CN102540415B - 一种投影光刻物镜 - Google Patents

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Abstract

一种投影光刻物镜，把掩模的图像聚焦成像在硅片上，从掩模开始沿光轴依次包括：一具有正光焦度的第一透镜组G11；一具有正光焦度的第二透镜组G12；一具有正光焦度的第三透镜组G13；一具有正光焦度的第四透镜组G14；以及一具有正光焦度的第五透镜组G15，五个透镜组，构成2x放大倍率设计。使用I线设计，±5nm的I线带宽，保证了足够的曝光光强。校正大视场范围内的场曲、畸变、色差，并实现物像空间的双远心。像方工作距大于100mm，为整机空间布置留有余量。

Description

一种投影光刻物镜
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，特别是涉及光刻机投影光学系统中的一种2倍放大率的投影光刻物镜。
背景技术
目前在半导体加工领域，微米级分辨率，高产率的投影光学系统需求日益增加。步进式光刻设备为了获得高产率，通常采用大的曝光视场。
日本专利JP2000199850公开了一种1.6x放大倍率的光刻投影物镜。曝光波长使用G线、H线波段，像面视场大小117.6mm，物距71.28mm，像面数值孔径为0.1。此物镜为38片的多透镜结构，且包含一片非球面。
日本专利JP2006267383公开了一种1.25x放大倍率光刻投影物镜。使用曝光波长为I线，带宽为+/-3nm，半视场为93.5mm，物距90mm。
日本专利JP2007079015公开了另一种1.25x放大倍率投影物镜，该物镜使用曝光波长也为I线，带宽为+/-1.5nm，半视场大小为93.5mm，物距61.02mm。
在LCD光刻机领域大曝光视场设计通常占有优势，同时为了配合掩模尺寸，很多光学系统采用大于1倍甚至接近2倍放大倍率的投影物镜。综合上述背景技术，及实际使用需求，需要设计一种2倍投影光刻物镜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投影光刻物镜，能校正大视场范围内的畸变、场曲、像散、轴向色差、倍率色差，并实现物像空间的双远心。
一种投影光刻物镜，把掩模的图像聚焦成像在硅片上，从掩模开始沿光轴依次包括：
一具有正光焦度的第一透镜组G11；
一具有正光焦度的第二透镜组G12；
一具有正光焦度的第三透镜组G13；所述第三透镜组G13内包括一孔径光阑AS；
一具有正光焦度的第四透镜组G14；以及
一具有正光焦度的第五透镜组G15；
其中，所述各透镜组满足以下关系：
0.2＜|fG12/fG11|＜0.5
0.75＜|fG13/fG14|＜1.2
0.1＜|fG12/L|＜0.3
0.19＜|fG15/L|＜0.58
其中：
fG11：所述第一透镜组G11的焦距；fG12：所述第二透镜组G12的焦距；fG13：所述第三透镜组G13的焦距；fG14：所述第四透镜组G14的焦距；fG15：所述第五透镜组G15的焦距；L：从物面到像面的距离。
优选地，所述第一透镜组G11由至少三片透镜构成；
所述第二透镜组G12由至少三片透镜构成；
所述第三透镜组G13由至少六片透镜构成；所述第三透镜组G13包含一具有负光焦度的子透镜组G13-1n，所述子透镜组G13-1n包含所述第三透镜组G13的至少三片相邻负透镜；
所述第四透镜组G14由至少四片透镜构成；
所述第五透镜组G15由至少二片透镜构成；
其中，所述第三透镜组G13与子透镜组G13-1n之间满足以下关系式：
-0.004＜|fG13-1n/fG13|＜0.008
其中：
fG13-1n：第三透镜组G13的子透镜组G13-1n的焦距；fG13：第三透镜组G13的焦距。
较佳地，所述第一透镜组G11内至少包含一对凹面相对透镜，所述第三透镜组G13内至少包含一对凹面相对透镜，所述第四透镜组G14内至少包含一对凹面相对透镜。
其中，像方工作距离大于100mm。
较佳地，在所述第一、二、四、五透镜组G11、G12、G14、G15中所有弯月透镜使用在365nm波长下折射率大于1.6的材料；在包含所述孔径光阑AS的所述第三透镜组G13中的所有弯月透镜，使用在365nm波长下折射率小于1.6的材料。
相对于以上背景技术，本发明使用I线设计，完成2x放大倍率设计。半视场大小100mm，±5nm的I线带宽，保证了足够的曝光光强。同时，本发明的像方工作距大于100mm，为整机空间布置留有余量。本发明以相对简单的结构实现所需的微米极的分辨率，带宽相对于背景专利有所提高，而且畸变、像散、色差校正良好。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1所示为本发明光刻物镜的光学结构示意图；
图2所示为本发明光刻物镜成像畸变曲线图；
图3所示为本发明光刻物镜物方及像方远心曲线图；
图4所示为本发明光刻物镜像差曲线图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
如图1所示，本发明的投影光刻物镜10由18片透镜组成，各参数要求如表1所示：
表1
  工作波长   365nm±5nm
  像方数值孔径NA   0.1
  放大倍率   -2
  像方视场(直径)   200mm
  物像距离   1500mm
  物方工作距离   47mm
  像方工作距离   100mm
投影物镜10由18片透镜组成，18片透镜全部为球面。分为五个透镜组G11、G12、G13、G14、G15，光焦度依次为正、正、正、正、正。
第一透镜组G11由三片透镜构成，光焦度分别为正、负、负。
第二透镜组G12由三片透镜构成，光焦度依次为正、负、正。
第三透镜组G13由六片透镜构成，光焦度依次为正、负、负、负、正、正。第三透镜组G13包含一子透镜组G13-1n，子透镜组G13-1n光焦度为负，包含第三透镜组G13的三片透镜，即第二、三、四透镜。第三透镜组G13内包括一位于双凹透镜附近的孔径光阑AS。
第四透镜组G14由四片透镜构成，光焦度依次为正、正、负、负。
第五透镜组G15由二片透镜构成，光焦度依次为正、负。
第一透镜组G11由三片透镜11、12、13构成。透镜11为凹面面向物面R的弯月式的正透镜，透镜12、13为凹面相对的弯月式负透镜。透镜11、12由高色散材料构成，透镜13由低色散材料构成。
第二透镜组G12由三片透镜14、15、16构成。透镜14为双凸式正透镜，透镜15、16组成接近双胶合结构的正负透镜对。透镜14、16由低色散材料构成，透镜15由高色散材料构成。
第三透镜组G13由六片透镜17、18、19、20、21、22构成，透镜18、19、20、21为高色散材料。透镜17、22为低色散材料。
第四透镜组G14由四片透镜23、24、25、26构成，透镜23、24为正透镜；透镜25、26为凹面相对的负透镜。透镜23、24由低色散材料构成，透镜25、26由高色散材料构成。
第五透镜组G15由两片透镜27、28构成，透镜27由低色散材料构成，透镜28由高色散材料构成。
该物镜第一透镜组第一片透镜及第四透镜组最后一片透镜，均由高色散材料构成，且阿贝数小于45；
以下透镜组G11、G12、G13、G14、G15及其子透镜组透镜间的关系式进一步确立了物镜像质优化的基础。
0.2＜|fG12/fG11|＜0.5          (1)
0.75＜|fG13/fG14|＜1.2         (2)
0.1＜|fG12/L|＜0.3             (3)
0.19＜|fG15/L|＜0.58           (4)
-0.004＜|fG13-1n/fG13|＜0.008  (5)
其中：
fG11：透镜组G11的焦距；fG12：透镜组G12的焦距；fG13：透镜组G13的焦距；fG14：透镜组G14的焦距；fG15：透镜组G15的焦距；L：从物面到像面的距离；fG13-1n：透镜组G13的子透镜组G13-1n的焦距。
关系式(1)-(5)定义了透镜组G11、G12、G13、G14、G15及其子透镜组、透镜校正像差的结构关系。
表2给出了本实例的投影物镜的具体设计值，正的半径值表示曲率中心在表面的右边，负的半径值代表曲率中心在表面的左边。光学元件厚度或两个光学元件之间的间隔是到下一个表面的轴上距离。所有尺寸单位都是毫米。
表2中，“S#”表示表面编号，“STOP”表示孔径光阑AS，半径项中，“INF”表示无穷大。
表2
Figure BSA00000383618600051
Figure BSA00000383618600061
图2表明本实施例畸变良好。
图3表明本实施例的物方校正在18mrad左右，像方远心校正在10mrad左右。
图4中的光线像差曲线表明本实施例的像质校正情况较好，实现了i线+/-5nm内的良好像质。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种投影光刻物镜，把掩模的图像聚焦成像在硅片上，从掩模开始沿光轴依次包括：
一具有正光焦度的第一透镜组G11；
一具有正光焦度的第二透镜组G12；
一具有正光焦度的第三透镜组G13；所述第三透镜组G13内包含一孔径光阑AS；
一具有正光焦度的第四透镜组G14；以及
一具有正光焦度的第五透镜组G15；
其中，所述各透镜组满足以下关系：
0.2<|fG12／fG11|<0.5
0.75<|fG13／fG14|<1.2
0.1<|fG12／L|<0.3
0.19<|fG15／L|<0.58
其中：
fG11：所述第一透镜组G11的焦距；fG12：所述第二透镜组G12的焦距；fG13：所述第三透镜组G13的焦距；fG14：所述第四透镜组G14的焦距；fG15：所述第五透镜组G15的焦距；L：从物面到像面的距离。
2.如权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于：
所述第一透镜组G11由至少三片透镜构成；
所述第二透镜组G12由至少三片透镜构成；
所述第三透镜组G13由至少六片透镜构成；所述第三透镜组G13包含一具有负光焦度的子透镜组G13-1n，所述子透镜组G13-1n包含所述第三透镜组G13的至少三片相邻负透镜；
所述第四透镜组G14由至少四片透镜构成；
所述第五透镜组G15由至少二片透镜构成；
其中，所述第三透镜组G13与子透镜组G13-1n之间满足以下关系式：
0<|fG13-1n／fG13|<0.008
其中：
fG13-1n：第三透镜组G13的子透镜组G13-1n的焦距；fG13：第三透镜组G13的焦距。
3.如权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第一透镜组G11内至少包含一对凹面相对透镜，所述第三透镜组G13内至少包含一对凹面相对透镜，所述第四透镜组G14内至少包含一对凹面相对透镜。
4.如权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，像方工作距离大于100mm。
5.如权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，在所述第一、二、四、五透镜组G11、G12、G14、G15中所有弯月透镜使用在365nm波长下折射率大于1.6的材料；在包含所述孔径光阑AS的所述第三透镜组G13中的所有弯月透镜，使用在365nm波长下折射率小于1.6的材料。
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