CN103105666A

CN103105666A - 一种曝光投影物镜

Info

Publication number: CN103105666A
Application number: CN2011103535940A
Authority: CN
Inventors: 武珩
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: CN103105666B

Abstract

本发明提出一种曝光投影物镜，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；一具有负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；所述第四透镜组G14内包含一孔径光阑AS；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：-0.3<f_G12/f_G11<-0.1 ; -0.6<f_G12/f_G13<-0.3 ; 0.1<f_G13/f_G14<0.4 0.25<f_G15/f_G14<0.45 ; 其中：f_G11：所述第一透镜组G11的焦距；f_G12：所述第二透镜组G12的焦距；f_G13：所述第三透镜组G13的焦距；f_G14：所述第四透镜组G14的焦距；f_G15：所述第五透镜组G15的焦距。

Description

一种曝光投影物镜

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及一种用于光刻装置的曝光投影物镜。

背景技术

目前亚微米中小基底光刻领域，采用体硅微加工工艺及表面硅微加工工艺，产生了一些新的应用，如：磁头，打印喷头，加速度计等器件。光刻投影系统在此领域的应用，在保证成像性能同时，需要控制成本并为整机设计带来便利。

亚微米中小基底光刻领域，中等视场(10mm<半视场<20mm)、中等数值孔径NA（0.2<NA<0.5）的曝光投影物镜，应用最为广泛。

美国专利US4871237公开了一种I线（365nm）设计投影物镜，像方数值孔径NA0.35，像方视场最大高度16mm，放大倍率0.1倍，镜片总数为17个镜片。

美国专利US4891663公开了248nm设计投影物镜，像方数值孔径NA0.3，像方视场最大高度5.3mm，放大倍率0.2倍，镜片总数11个镜片。上述专利的共同特点是中等视场、中等数值孔径NA光刻物镜，结构相对简单，镜片数量控制在20片以下。

美国专利US5808814公开了放大倍率0.25倍的物方远心设计，采用248nm光源设计，镜片数量控制在20片。

上述三篇专利都不能同时满足物方非远心，及（g线或h线或i线）汞灯光谱设计两个要求。物方不满足远心的设计会导致对掩膜的调整精度提出很高的需求，而不使用能量相对高的（g线或h线或i线）汞灯光源，则不能满足中小基底光刻的曝光剂量需求。

根据以上分析及实际需求，需要设计一种中等视场、中等数值孔径NA光刻物镜，满足物方远心需求，以降低对掩膜台调整精度需求；同时使用汞灯波段的光谱设计，满足曝光剂量需求。而比较汞灯光谱中的g线、h线或i线，使用i线设计对提高分辨率更有益。只要i线的带宽足够宽，也可以满足曝光剂量的需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种i线投影物镜设计，实现物方、像方双远心设计，满足实际的产品需求；同时具有中等视场与数值孔径，控制场曲、像散、畸变、色差等像差，保证最终良好的成像质量。

本发明提出一种曝光投影物镜，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；

一具有负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；所述第四透镜组G14内包含一孔径光阑AS；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：

-0.3 <f_G12/ f_G11< -0.1

-0.6<f_G12/ f_G13< -0.3

0.1<f_G13/ f_G14<0.4

0.25<f_G15/ f_G14<0.45

其中：f_G11 ：所述第一透镜组G11的焦距；f_G12 ：所述第二透镜组G12的焦距；f_G13 ：所述第三透镜组G13的焦距；f_G14 ：所述第四透镜组G14的焦距；f_G15 ：所述第五透镜组G15的焦距。

较优地，所述第一透镜组G11由至少两片透镜构成；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由至少四片透镜构成；所述第四透镜组G14由至少五片透镜构成；所述第五透镜组G15由至少两片透镜构成；其中，所述第四透镜组G14中包含至少两个透镜对，所述透镜对包括一正透镜和一负透镜。

较优地，所述光学系统由至少两种低色散材料与至少一种高色散材料构成，其中低色散材料指阿贝数小于50的材料，高色散材料指阿贝数大于50的材料；且其中第二透镜组G12与第四透镜组G14都至少包含一片低色散材料与至少一片高色散材料。

较优地，所述第二透镜组G12与第四透镜组G14都至少包含一个负透镜满足如下条件：

|f_{G12_e}/ L|<0.15

|f_{G14_e}/ L|<0.15

其中：L ：所述光学透镜从物面到像面的距离；f_{G12_e}：第二透镜组G12内一负透镜的焦距；f_{G14_e}：第四透镜组G14内一负透镜的焦距。

其中，所述曝光投影物镜的物方工作距离大于100mm。较优地，所述曝光投影物镜的物方工作距离大于150mm。更优地，所述曝光投影物镜物方工作距离大于180mm。

其中，所述曝光投影物镜的半高宽不小于2.5nm。较优地，光学系统的半高宽不小于3nm。

其中，所述曝光投影物镜的物方及像方远心均小于5mrad。较优地，物方远心小于2mrad，像方远心小于5mrad。

其中，所述曝光投影物镜使用i线光源。

本发明提出的i线投影物镜设计，实现了物方、像方双远心设计，满足实际的产品需求；同时具有中等视场与数值孔径，控制场曲、像散、畸变、色差等像差，保证最终良好的成像质量。

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为本发明投影物镜结构示意图；

图2为本发明投影物镜像散、畸变图；

图3为本发明投影物镜物方及像方校正图；

图4为本发明投影物镜相差曲线图。

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。

图1为本发明投影物镜结构示意图。本发明曝光投影物镜10中各光学元件参数要求如表1所示。

表1

工作波长	i line(半高宽3nm)
		像方视场高度	11.7mm
像方数值孔径NA	0.32
		放大倍率	-0.2

如图1所示，投影物镜10由16片透镜组成，16片透镜全部为球面。

投影物镜10共分为五个透镜组G11、G12、G13、G14、G15，光焦度依次为正、负、正、正、正。

第一透镜组G11由两片透镜构成，光焦度均为正。第二透镜组G12由三片透镜构成，光焦度均为负。第三透镜组G13由四片透镜构成，光焦度均为正。第四透镜组G14由五片透镜构成，光焦度依次为负、负、正、正、负，其中两个正负透镜对中间包含孔径光阑AS。第五透镜组G15由二片透镜构成，光焦度均为正。

在本实施例中，光学系统由至少两种低色散材料与至少一种高色散材料构成：其中低色散材料指阿贝数小于50的材料，高色散材料指阿贝数大于50的材料。

其中，第一透镜组G11由两片透镜11、12构成。透镜11、12均由高色散材料构成。第二透镜组G12由三片透镜13、14、15构成。透镜13为弯月式透镜，且凹面弯向像面，透镜14、15均为双凹式负透镜。透镜13由低色散材料构成，透镜14、15由高色散材料构成。第三透镜组G13由四片透镜16、17、18、19构成，透镜16、17、18、19均为低色散材料构成。第四透镜组G14由五片透镜20、21、22、23、24构成，光阑AS位于透镜22与23之间，即位于两个正负透镜对之间。透镜20为弯月式透镜，其凹面弯向光阑面，透镜20、21、24由高色散材料构成，透镜22、23由低色散材料构成。第五透镜组G15由两片透镜25、26构成，且由低色散材料构成。

透镜组G11、G12、G13、G14、G15之间满足以下关系式，进一步确立了物镜像质优化的基础。

-0.3 <f_G12/ f_G11< -0.1 (1)

-0.6<f_G12/ f_G13< -0.3 (2)

0.1<f_G13/ f_G14<0.4 (3)

0.25<f_G15/ f_G14<0.45 (4)

面序号	半径	厚度	折射率（365nm)
				OBJECT		186.7251
1	1721.126	22.0203	1.5792
				2	-234.158	0.7
3	140.221	30	1.5792
				4	255.778	47.30707
5	94.775	30	1.504046
				6	61.282	21.55515
7	-139.646	20	1.5792
				8	89.794	64.4723
9	-85.981	24.03675	1.5792
				10	280.262	16.95588
11	-395.964	22.55922	1.504046
				12	-132.899	0.7
13	623.503	32.71696	1.504046
				14	-112.838	0.7
15	255.041	20	1.504046
				16	-1068.192	0.7
17	141.827	20	1.504046
				18	320.448	15.9675
19	114.037	20.79153	1.5792
				20	69.239	26.53579
21	-93.732	21.24022	1.5792
				22	148.940	11.80966
23	206.244	21.61222	1.535742
				24	-105.323	3.28312
25（Stop）	INF	24.41952
				26	214.557	20	1.535742
27	-149.131	6.290302
				28	-162.057	20	1.5792
29	-640.351	38.63812
				30	178.305	26.0401	1.504046
31	-973.916	22.73399
				32	76.482	21.61514	1.504046
IMAGE	215.347	38

其中：f_G11 ：第一透镜组G11的焦距；f_G12 ：第二透镜组G12的焦距；f_G13 ：第三透镜组G13的焦距；f_G14 ：第四透镜组G14的焦距；f_G15 ：第五透镜组G15的焦距。

第二透镜组G12及第四透镜组G14内各包含至少一个负透镜，并满足：

|f_{G12_e}/ L|<0.15 (5)

|f_{G14_e}/ L|<0.15 (6)

其中，L ：从物面到像面的距离；f_{G12_e}：第二透镜组G12内光焦度最大的负透镜的焦距；f_{G14_e}：第四透镜组G14内光焦度最大的负透镜的焦距。

关系式(1) – (6)定义了透镜组G11、G12、G13、G14、G15及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

图2为本发明投影物镜像散、畸变图。图示表明本实施例光学系统像散、畸变良好。

图3为本发明投影物镜物方及像方校正图。图示表明本实施例的物方远心校正在5mrad左右，像方远心校正在2mrad左右。

图4为本发明投影物镜相差曲线图。图示表明本实施例光线像差曲线表明本实施例的像质校正情况较好。

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

1.一种曝光投影物镜，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；

一具有负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五透镜组G15；

其中，所述各透镜组满足以下关系：

-0.3 <f_G12/ f_G11< -0.1

-0.6<f_G12/f_G13< -0.3

0.1<f_G13/f_G14<0.4

0.25<f_G15/ f_G14<0.45

2.如权利要求1所述的曝光投影物镜，其特征在于：

所述第一透镜组G11由至少两片透镜构成；

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由至少四片透镜构成；

所述第四透镜组G14由至少五片透镜构成；

所述第五透镜组G15由至少两片透镜构成；

其中，所述第四透镜组G14中包含至少两个透镜对，所述透镜对包括一正透镜和一负透镜。

3.如权利要求2所述的曝光投影物镜，其特征在于所述光学系统由至少两种低色散材料与至少一种高色散材料构成，其中所述低色散材料指阿贝数小于50的材料，所述高色散材料指阿贝数大于50的材料；且其中所述第二透镜组G12与所述第四透镜组G14都至少包含一片低色散材料与至少一片高色散材料。

4.如权利要求3所述的曝光投影物镜，其特征在于所述第二透镜组G12与第四透镜组G14都至少包含一个负透镜，满足如下条件：

|f_{G12_e}/L|<0.15

|f_{G14_e}/ L|<0.15

其中：L ：所述光学透镜从物面到像面的距离；f_{G12_e}：所述第二透镜组G12内一负透镜的焦距；f_{G14_e}：所述第四透镜组G14内一负透镜的焦距。

5.如权利要求4所述的曝光投影物镜，其特征在于所述曝光投影物镜的物方工作距离大于100mm。

6.如权利要求4所述的曝光投影物镜，其特征在于所述曝光投影物镜的物方工作距离大于150mm。

7.如权利要求4所述的曝光投影物镜，其特征在于所述曝光投影物镜的物方工作距离大于180mm。

8.如权利要求4所述的曝光投影物镜，其特征在于所述曝光投影物镜的半高宽不小于2.5nm。

9.如权利要求4所述的曝光投影物镜，其特征在于所述曝光投影物镜的半高宽不小于3nm。

10.如权利要求4所述的曝光投影物镜，其特征在于所述曝光投影物镜的物方及像方远心均小于5mrad。

11.如权利要求4所述的曝光投影物镜，其特征在于所述曝光投影物镜的物方远心小于2mrad，像方远心小于5 mrad。

12.如权利要求4所述的投影光刻物镜，其特征在于所述曝光投影物镜使用i线光源。