CN103278912B - 一种折反式紫外光刻物镜 - Google Patents

Abstract

本发明一种折反式紫外光刻物镜，以物平面输入光束传播方向为系统光轴，在系统光轴上依次放置第一透射组、反射组件和第二透射组，第一透射组具有正光焦度，反射组具有负光焦度，第二透射组具有正光焦度；其中第一透射组包括第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜、第三正透镜、第四正透镜、第二负透镜、第五正透镜、第六正透镜、第三负透镜、第七正透镜、第八正透镜；反射组包括第一反射镜、第二反射镜；第二透射组包括第九正透镜、第四负透镜、第十正透镜、第五负透镜、第十一正透镜、第十二正透镜、第十三正透镜、第十四正透镜、第十五正透镜、第十六正透镜、第十七正透镜、第十八正透镜、第十九正透镜。本发明数值孔径大、成像质量好等优点。

Description

一种折反式紫外光刻物镜

技术领域

本发明涉及一种用于微影工艺、半导体元件制作装置中的折反式紫外光刻物镜，属于投影光学技术领域。

背景技术

光刻是一种集成电路制造技术，它利用光学投影影像的原理将掩模板上的IC图形以曝光的方式将高分辨率图形转移到涂胶硅片上的光学曝光过程，几乎所有集成电路的制造都是采用光学投影光刻技术。

随着科学技术的不断进步，各类半导体芯片广泛应用于航空航天军事领域和计算机等民用领域，随着对设备性能要求的不断提高，对半导体芯片的分辨率要求越来越高。目前国际上光刻机的制造几乎处于垄断地位，最大的3家生产商为ASML，Nikon和Canon。从2004年起，这几家公司就提供193nm浸没式光刻机样品供各大芯片制造商使用，至今，已开发出多种型号的193nm浸没式光刻机。光刻技术是我国芯片产业发展的重要支持型技术之一，投影光刻装置是大规模集成电路制造工艺的关键设备。大数值孔径高精度投影光学系统是高尖端光刻机的核心部件，它的性能直接决定着光刻机的精度。目前国内刚刚开始工作波长193nm的投影光学系统实用化研究，以往设计数值孔径也都不很高，最高分辨力为0.35-0.5微米。由于分辨率低，不能制作出高精度高分辨率的图形，已不能满足大规模集成电路制造和研究的需求。

由瑞利衍射定理可得到光刻机分辨力的公式如下：

R＝k₁λ/NA

上式中R为光刻机的分辨力，k₁为工艺系数因子，λ为工作波长，NA为投影光刻物镜的数值孔径。

由以上公式可知，为了获得更高的分辨率，可以通过缩短光源的波长，或者增大投影光刻物镜的数值孔径来实现，但是光源波长缩短时，由于光学玻璃对光的吸收而用于投影光刻物镜的材料种类会受到很大限制。

发明内容

为了解决现有光刻物镜数值孔径小的不足，本发明的目的是提供一种工作波长为193nm，数值孔径为1.35的折反式紫外光刻物镜。

为达成所述目的，本发明提供一种折反式紫外光刻物镜，以物平面输入光束传播方向为系统光轴，在系统光轴上依次放置第一透射组、反射组件和第二透射组，其中第一透射组具有正光焦度，反射组具有负光焦度，第二透射组具有正光焦度；其中：第一透射组包括第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜、第三正透镜、第四正透镜、第二负透镜、第五正透镜、第六正透镜、第三负透镜、第七正透镜、第八正透镜；反射组包括第一反射镜、第二反射镜；第二透射组包括第九正透镜、第四负透镜、第十正透镜、第五负透镜、第十一正透镜、第十二正透镜、第十三正透镜、第十四正透镜、第十五正透镜、第十六正透镜、第十七正透镜、第十八正透镜、第十九正透镜。

本发明具有以下优点：

1、本发明的折反式紫外光刻物镜的数值孔径为1.35，工作波长为193nm，像方视场为26mm×5.5mm，由于物镜数值孔径大，克服了现有投影光刻物镜数值孔径小的不足，提高了光刻分辨率。

2、本发明的折反式紫外光刻物镜由第一透射组、反射组和第二透射组构成，三组镜子同轴，减小了装调集成难度，使用时第一透射组、第二透射组中的镜子为同轴使用，反射组中的镜子为离轴使用。

3、本发明的折反式紫外光刻物镜中第一透射组包含11片透镜，第二透射组包含13片透镜，反射组仅包含2片反射镜，所有透射组和反射组内的镜子均为单片镜，系统结构简单紧凑。

4、本发明的折反式紫外光刻物镜具有良好的成像特性。

本发明所提出的折反式紫外光刻物镜，可以应用于照明光源波长为193nm的深紫外浸没式投影光刻装置中。

本发明具有大数值孔径的折反式紫外光刻物镜，对于浸没式光刻机中的投影曝光光学系统有一定的参考价值。

附图说明

图1为本发明的一种折反式紫外光刻物镜的结构示意图；

附图标号说明：

1-第一正透镜、2-第一负透镜、3-第二正透镜、

4-第三正透镜、5-第四正透镜、6-第二负透镜、

7-第五正透镜、8第六正透镜、9-第三负透镜、

10-第七正透镜、11-第八正透镜、12-第一反射镜、

13-第二反射镜、14-第九正透镜、15-第四负透镜、

16-第十正透镜、17-第五负透镜、18-第十一正透镜、

19-第十二正透镜、20-第十三正透镜、21-第十四正透镜、

22-第十五正透镜、23-第十六正透镜、24-第十七正透镜、

25-第十八正透镜、26-第十九正透镜、27-像面。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明折反式紫外光刻物镜布局示意图，26片光学元件形成第一透射组、反射组、第二透射组，依次从光束入射方向设置。

第一透射组为具有正光焦度的单元组，包括第一正透镜1、第一负透镜2、第二正透镜3、第三正透镜4、第四正透镜5、第二负透镜6、第五正透镜7、第六正透镜8、第三负透镜9、第七正透镜10、第八正透镜11。光线由物面投射经过第一透射组会聚后进入反射镜组。

反射组为具有负光焦度的单元组，包括第一反射镜12、第二反射镜13。所述的折反式紫外光刻物镜的一次像面位于反射组内部，具体地光线由第一透射组出射进入第一反射镜12后，经第一反射镜12在进入第二反射镜13前在第一反射镜12和第二反射镜13之间成一次像面。

第二透射组为具有正光焦度的单元组，包括第九正透镜14、第四负透镜15、第十正透镜16、第五负透镜17、第十一正透镜18、第十二正透镜19、第十三正透镜20、第十四正透镜21、第十五正透镜22、第十六正透镜23、第十七正透镜24、第十八正透镜25、第十九正透镜26。光线由反射组出射进入第二透射组后，经过第二透射组会聚最后到达像面27。光阑面设置在第十三正透镜20和第十四正透镜21之间。

第一透射组、第二透射组中所有透射镜使用的都是熔石英材料，在中心波长193nm处时熔石英玻璃的透射率为1.560491。所述第一反射镜12和第二反射镜13的材料都是铝合金。所述第一透射组、第二透射组中透射镜的像方处使用的浸没液为水。

为提高折反式紫外光刻物镜的像质，以物镜各个表面的半径、厚度、间隔、非球面系数作为变量，应用光学设计软件Code-v构造特定的优化函数，对系统进行反复优化，逐步优化为现有结果。

本实施例通过以下技术措施实现：照明光源工作波长193纳米，像方视场26mm×5.5mm，光学系统的数值孔径(NA)＝1.35，光刻分辨力(R)＝40nm，光学系统缩小倍率为4倍，折反式紫外光刻物镜第一镜子距离物面40.36mm。

本发明的折反式紫外光刻物镜的将物面即掩膜置于物镜系统的第一正透镜前40.36mm处，光线由物面处发出经第一透射组、反射组、第二透射组三个单元组后成缩小四倍的像到达像面即硅片上。

本发明的折反式紫外光刻物镜从掩膜面到硅片面的距离仅为1338mm，结构简单紧凑。通过优化各透镜的曲率半径、厚度、非球面系数以及改变各透镜之间的间隔减小光学系统的各种像差。

波像差是成像质量很高的光学系统的都要用到的光学评价指标，它可以直观反应低阶像差和高阶像差的情况。表2列出了本实施例所设计的折反式紫外光刻物镜各个视场以质心为参考的各个视场的均方根波像差，其中f1、f2、f3、f4、f5表示5个视场，λ表示波长，可知，该系统最大波像差为0.88nm。

表1折反式紫外光刻物镜的波像差

视场	均方根波像差
		f1	0.0021λ
f2	0.0025λ
		f3	0.0029λ
f4	0.0038λ
		f5	0.0046λ

本发明通过优化各个镜子的曲率半径、厚度参数、非球面系数以及透镜间隔，得到了高分辨率、像质优良的折反式紫外光刻物镜，具有整结构简单紧凑、成像优良等优点。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种折反式紫外光刻物镜，其特征在于，所述折反式紫外光刻物镜工作波长为193nm，像方视场为26mm×5.5mm，光学系统的数值孔径＝1.35，光刻分辨力＝40nm，光学系统缩小倍率为4倍；以物平面输入光束传播方向为系统光轴，在系统光轴上沿光束传播方向依次放置第一透射组、反射组和第二透射组，其中第一透射组具有正光焦度，反射组具有负光焦度，第二透射组具有正光焦度；第一透射组、反射组和第二透射组同轴；使用时第一透射组、第二透射组中的镜子为同轴使用，反射组中的镜子为离轴使用；所述第一透射组、第二透射组中透射镜的像方处使用的浸没液为水；第一透射组、第二透射组中所有透射镜使用的都是熔石英材料，在中心波长193nm处时熔石英玻璃的透射率为1.560491；其中：

第一透射组包括第一正透镜(1)、第一负透镜(2)、第二正透镜(3)、第三正透镜(4)、第四正透镜(5)、第二负透镜(6)、第五正透镜(7)、第六正透镜(8)、第三负透镜(9)、第七正透镜(10)、第八正透镜(11)；将物面置于第一正透镜(1)前40.36mm处，光线由物面处发出经第一透射组、反射组、第二透射组后成缩小四倍的像到达像面上；从物面到像面的距离为1338mm；反射组包括第一反射镜(12)、第二反射镜(13)；所述第一反射镜(12)和第二反射镜(13)的材料都是铝合金；第二透射组包括第九正透镜(14)、第四负透镜(15)、第十正透镜(16)、第五负透镜(17)、第十一正透镜(18)、第十二正透镜(19)、第十三正透镜(20)、第十四正透镜(21)、第十五正透镜(22)、第十六正透镜(23)、第十七正透镜(24)、第十八正透镜(25)、第十九正透镜(26)。

2.根据权利要求1所述的折反式紫外光刻物镜，其特征在于：在所述第十三正透镜(20)和第十四正透镜(21)之间设置孔径光阑。

3.根据权利要求1所述的折反式紫外光刻物镜，其特征在于：所述的折反式紫外光刻物镜的一次像面位于反射组内部。