CN102540416A - 大视场大工作距投影光刻物镜 - Google Patents
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Abstract
本发明一种投影光刻物镜，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：具有正光焦度的第一透镜组G11；具有负光焦度的第二透镜组G12；具有正光焦度的第三透镜组G13；具有负光焦度的第四透镜组G14；以及具有正光焦度的第五透镜组G15。上述五个透镜组，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，物方工作距及像方工作距均大于130mm，为整机空间布置留有足够余量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，特别涉及光刻机投影光学系统中的一种大视场大工作距投影光刻物镜。
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，同时为了配合掩模面尺寸，部分光学系统采用了1.25或1.6倍放大倍率。
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、H线波段，像面视场大小117.6mm，物距小于75mm，像距小于90mm，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，物方及像方工作距均接近100mm。
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，物方工作距小于70mm，像方工作距小于60mm。
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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大工作距大曝光视场的投影光刻物镜，同时能校正畸变、场曲、像散、轴向色差、倍率色差，并实现物像空间的双远心。
为达上述及其他目的，本发明提出一种投影光刻物镜，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：具有正光焦度的第一透镜组G11；具有负光焦度的第二透镜组G12；具有正光焦度的第三透镜组G13；具有负光焦度的第四透镜组G14；以及具有正光焦度的第五透镜组G15；
其中，所述各透镜组G11、G12、G13、G14、G15满足以下关系：
0.52＜|fG11/fG13|＜0.85 (1)
0.50＜|fG12/fG14|＜0.85 (2)
0.19＜|fG13/L|＜0.33 (3)
其中：fG11：第一透镜组G11的焦距；fG12：第二透镜组G12的焦距；fG13：第三透镜组G13的焦距；fG14：第四透镜组G14的焦距；L：从物面到像面的距离。
较优地，所述第一透镜组G11由至少三片透镜构成，所述第一透镜组G11包含一子透镜组G11-1n，所述子透镜组G11-1n光焦度为正，包含所述第一透镜组G11的两个透镜；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由至少五片透镜构成，所述第三透镜组G13包含一子透镜组G13-1n，所述子透镜组G13-1n光焦度为正，包含所述第三透镜组G13的两个透镜；所述第四透镜组G14由至少四片透镜构成；所述第五透镜组G14由至少三片透镜构成；
其中，所述各透镜组与子透镜组之间满足以下关系式：
1.3＜|fG11-1n/fG11|＜2.1 (4)
0.5＜|fG12-1n/fG12|＜0.95 (5)
其中：fG11-1n：第一透镜组G11的子透镜组G11-1n的焦距；fG12-1n：第二透镜组G12的子透镜组G12-1n的焦距。
较优地，所述靠近物面的第一透镜为凹面面向物面的弯月式的正透镜，靠近像面的最后一片透镜为凹面弯向像面的弯月式正透镜。
所述第二透镜组G12内至少包含一对凹面相对透镜，所述第四透镜组G14内至少包含两对凹面相对透镜。
其中，所述投影物镜由至少两种高折射率材料与至少两种低折射率材料构成。
所述高折射率材料是指I线折射率大于1.55的材料，包括I线折射率大于1.55且阿贝数小于45的第一种材料，以及I线折射率大于1.55且阿贝数大于50的第二种材料；所述低折射率材料是指I线折射率小于1.55的材料，包括I线折射率小于1.55且阿贝数小于55的第三种材料，以及I线折射率小于1.55且阿贝数大于60的第四种材料。
较优地，所述第一、二、三、四、五透镜组都至少包含一片镜片由第一或第二种材料构成。
所述第一、三、五透镜组包含至少一片镜片由第一种材料构成；所述第二、四透镜组包含至少一片镜片由第二种材料构成。
较优地，物方工作距离及像方工作距离均大于100mm。
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，这些都是为了满足高产率光刻设备需求。同时，物方工作距及像方工作距均大于130mm，为整机空间布置留有足够余量。因此，本发明以相对简单的结构实现所需的微米极的分辨率，同时校正大视场范围内畸变、像散、色差，且留有更大的物方及像方工作距离。
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的成像畸变曲线图；
图3所示为本发明光刻物镜的物方及像方远心曲线图；
图4所示为本发明光刻物镜的像差曲线图。
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。
本发明的一实施例的光学结构示意图如图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 | 165mm |
| 像方工作距离 | 133mm |
如图1所示，投影物镜10为18片结构，全部为球面。分为五个透镜组G11、G12、G13、G14、G15，光焦度依次为正、负、正、负、正。
第一透镜组G11由三片透镜构成，光焦度分别为正、正、正。
第二透镜组G12由三片透镜构成，光焦度依次为负、负、负。
第三透镜组G13由五片透镜构成，光焦度依次为正、正、正、负、正。第三透镜组G13包含一子透镜组G13-1n，子透镜组G13-1n光焦度为正，包含第三透镜组G13的第一、第二透镜。
第四透镜组G14由四片透镜构成，光焦度依次为负、正、负、负。
第五透镜组G15由三片透镜构成，光焦度依次为正、正、正。
投影物镜10由至少两种高折射率材料与至少两种低折射率材料构成：
其中高折射率材料指I线折射率大于1.55的材料，包括I线折射率大于1.55且阿贝数小于45的第一种材料，及I线折射率大于1.55且阿贝数大于50的第二种材料；其中低折射率材料指I线折射率小于1.55的材料，包括I线折射率小于1.55且阿贝数小于55的第三种材料，及I线折射率小于1.55且阿贝数大于60的第四种材料。
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为正透镜。透镜11可以由第一种或第三种材料构成，优选为第一种材料；透镜12、13可以由第二种或第四种材料构成。
第二透镜组G12由三片透镜14、15、16构成。透镜14、16为双凹式负透镜，透镜15为弯月式负透镜，透镜15凹面弯向物面R。透镜14可以由第二种或第四种材料构成，优选为第二种材料；透镜15、16可以由第一种或第三种材料构成。第二透镜组内包含一对凹面相对透镜，即透镜14、15。
第三透镜组G13由五片透镜17、18、19、20、21构成，透镜19、20为接近双胶合结构的正负透镜对。透镜20可以由第一种或第三种材料构成；透镜17、18、19、21可以由第二种或第四种材料构成，优选为第四种材料。
第四透镜组G14由四片透镜22、23、24、25构成，透镜22与透镜25为凹面相对的弯月式透镜。透镜23、24、25可以由第一种或第三种材料构成，透镜22可以由第二种或第四种材料构成，优选为第二种材料。第四透镜组内包含两对凹面相对透镜，即透镜23、24凹面相对，透镜24、25凹面相对。
第五透镜组G15由三片透镜26、27、28构成，透镜26、28可以由第一种或第三种材料构成，优选为第一种材料；透镜27可以由第二种或第四种材料构成。
如上所述，在第一、二、三、四、五透镜组都至少包含一片镜片由第一或第二种材料构成，且第一、三、五透镜组包含至少一片镜片由第一种材料构成；第二、四透镜组包含至少一片镜片由第二种材料构成。
投影物镜10，物方工作距离及像方工作距离均大于100mm。
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：
0.52＜|fG11/fG13|＜0.85 (1)
0.50＜|fG12/fG14|＜0.85 (2)
0.19＜|fG13/L|＜0.33 (3)
1.3＜|fG11-1n/fG11|＜2.1 (4)
0.5＜|fG12-1n/fG12|＜0.95 (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；fG11-1n：透镜组G11的子透镜组G11-1n的焦距；fG12-1n：透镜组G12的子透镜组G12-1n的焦距。
关系式(1)-(5)定义了透镜组G11、G12、G13、G14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10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
| 7 | -241.501 | 28.000 | BSM51Y_OHARA | L4 |
| 8 | 135.223 | 29.411 | ||
| 9 | -153.388 | 27.018 | BAL15Y_OHARA | L5 |
| 10 | -211.435 | 30.621 | ||
| 11 | -209.981 | 25.318 | PBL25Y_OHARA | L6 |
| 12 | 657.409 | 4.883 | ||
| 13 | 547.666 | 31.234 | SFSL5Y_OHARA | L7 |
| 14 | -204.316 | 9.490 | ||
| 15 | 441.395 | 39.396 | SFSL5Y_OHARA | L8 |
| 16 | -286.756 | 1.000 | ||
| 17 | INF | 100.274 | (Stop) | |
| 18 | 398.171 | 35.699 | SFSL5Y_OHARA | L9 |
| 19 | -270.240 | 6.011 | ||
| 20 | -235.240 | 18.000 | PBM18Y_OHARA | L10 |
| 21 | -1120.069 | 161.502 | ||
| 22 | 277.469 | 30.000 | SFSL5Y_OHARA | L11 |
| 23 | -914.523 | 16.677 | ||
| 24 | 419.032 | 49.087 | BSM51Y_OHARA | L12 |
| 25 | 138.005 | 14.895 | ||
| 26 | 162.204 | 32.620 | PBL25Y_OHARA | L13 |
| 27 | 206.273 | 30.288 | ||
| 28 | -124.208 | 22.005 | BAL15Y_OHARA | L14 |
| 29 | 256.052 | 31.552 | ||
| 30 | -129.914 | 47.193 | BAL35Y_OHARA | L15 |
| 31 | -233.147 | 4.895 | ||
| 32 | -1299.031 | 49.078 | PBM18Y_OHARA | L16 |
| 33 | -381.971 | 1.000 | ||
| 34 | 295.746 | 50.000 | BSL7Y_OHARA | L17 |
| 35 | -1401.124 | 11.975 |
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9mrad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 (9)
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：
具有正光焦度的第一透镜组G11；
具有负光焦度的第二透镜组G12；
具有正光焦度的第三透镜组G13；
具有负光焦度的第四透镜组G14；以及
具有正光焦度的第五透镜组G15；
其中，所述各透镜组G11、G12、G13、G14、G15满足以下关系：
0.52＜|fG11/fG13|＜0.85 (1)
0.50＜|fG12/fG14|＜0.85 (2)
0.19＜|fG13/L|＜0.33 (3)
其中：fG11：第一透镜组G11的焦距；fG12：第二透镜组G12的焦距；fG13：第三透镜组G13的焦距；fG14：第四透镜组G14的焦距；L：从物面到像面的距离。
2.根据权利要求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，所述第一透镜组G11包含一子透镜组G11-1n，所述子透镜组G11-1n光焦度为正，包含所述第一透镜组G11的两个透镜；
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由至少五片透镜构成，所述第三透镜组G13包含一子透镜组G13-1n，所述子透镜组G13-1n光焦度为正，包含所述第三透镜组G13的两个透镜；
所述第四透镜组G14由至少四片透镜构成；
所述第五透镜组G14由至少三片透镜构成；
其中，所述各透镜组与子透镜组之间满足以下关系式：
1.3＜|fG11-1n/fG11|＜2.1 (4)
0.5＜|fG12-1n/fG12|＜0.95 (5)
其中：fG11-1n：第一透镜组G11的子透镜组G11-1n的焦距；fG12-1n：第二透镜组G12的子透镜组G12-1n的焦距。
3.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于所述靠近物面的第一透镜(11)为凹面面向物面的弯月式的正透镜，靠近像面的最后一片透镜(28)为凹面弯向像面的弯月式正透镜。
4.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于所述第二透镜组G12内至少包含一对凹面相对透镜，所述第四透镜组G14内至少包含两对凹面相对透镜。
5.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述投影物镜由至少两种高折射率材料与至少两种低折射率材料构成。
6.根据权利要求5所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述高折射率材料是指I线折射率大于1.55的材料，包括I线折射率大于1.55且阿贝数小于45的第一种材料，以及I线折射率大于1.55且阿贝数大于50的第二种材料；所述低折射率材料是指I线折射率小于1.55的材料，包括I线折射率小于1.55且阿贝数小于55的第三种材料，以及I线折射率小于1.55且阿贝数大于60的第四种材料。
7.根据权利要求6所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第一、二、三、四、五透镜组都至少包含一片镜片由第一或第二种材料构成。
8.根据权利要求6所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第一、三、五透镜组包含至少一片镜片由第一种材料构成；所述第二、四透镜组包含至少一片镜片由第二种材料构成。
9.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，物方工作距离及像方工作距离均大于100mm。
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| PB01 | Publication | ||
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Address after: 201203 1525 Zhang Dong Road, Zhangjiang hi tech park, Pudong District, Shanghai Patentee after: Shanghai microelectronics equipment (Group) Limited by Share Ltd Address before: 201203 1525 Zhang Dong Road, Zhangjiang hi tech park, Pudong District, Shanghai Patentee before: Shanghai Micro Electronics Equipment Co., Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |