CN103698885A - 一种紫外波段的高像质投影光学系统 - Google Patents

一种紫外波段的高像质投影光学系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103698885A
CN103698885A CN201410004957.3A CN201410004957A CN103698885A CN 103698885 A CN103698885 A CN 103698885A CN 201410004957 A CN201410004957 A CN 201410004957A CN 103698885 A CN103698885 A CN 103698885A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transmission group
optical system
lens
projection optical
picture element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410004957.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103698885B (zh
Inventor
白瑜
邢廷文
林妩媚
朱红伟
吕保斌
邓超
廖志远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN201410004957.3A priority Critical patent/CN103698885B/zh
Publication of CN103698885A publication Critical patent/CN103698885A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103698885B publication Critical patent/CN103698885B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明提出了一种紫外波段的高像质投影光学系统，用于将物平面的图像成像到像平面内。该紫外波段的高像质投影光学系统，沿其光轴方向包括透射组1、透射组2、透射组3、透射组4、透射组5、透射组6和透射组7，从光束入射方向依次排布透射组1具有正光焦度，透射组2具有负光焦度，透射组3具有正光焦度，透射组4具有负光焦度，透射组5具有负光焦度，透射组6具有正光焦度，透射组7具有正光焦度，本发明的紫外波段的高像质投影光学系统具有高像质，结构紧凑等优点，可将将物平面的图像缩小0.25倍成像到像平面内。

Description

一种紫外波段的高像质投影光学系统
技术领域
本发明属于投影光学技术领域，具体涉及一种紫外波段的高像质投影光学系统，其为用于微影工艺、半导体元件制作装置中的非球面紫外光刻物镜。
背景技术
光学投影光刻是利用光学投影成像的原理，将掩模版上IC图形以分步重复或步进扫描曝光的方式将高分辨力图形转移到涂胶硅片上的光学曝光过程。光学投影光刻技术是在接触式和接近式光刻技术基础上发展起来的。采用投影光刻，可以延长掩模使用寿命，如果采用缩小倍率的投影物镜，还便于掩模制作。光学投影光刻经历了分步重复光刻(stepper)和步进扫描光刻(scanner)的发展过程。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家生产商为荷ASML，Nikon和Canon。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。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。本发明提出了一种数值孔径为0.75的紫外波段的高像质投影光学系统，对于高端光刻机中的投影曝光光学系统有一定的参考价值。
发明内容
本发明为解决现有光刻物镜像质较差的不足，提出了一种工作波长为193nm，数值孔径为0.75的高像质投影光学系统，该镜头具有高像质，结构紧凑等优点，可将将物平面的图像缩小0.25倍成像到像平面内。
一种紫外波段的高像质投影光学系统，沿其光轴方向依次包括透射组1、透射组2、透射组3、透射组4、透射组5、透射组6和透射组7，所有透射组均处于同一光轴，其特征在于，透射组1具有正光焦度，透射组2具有负光焦度，透射组3具有正光焦度，透射组4具有负光焦度，透射组5具有负光焦度，透射组6具有正光焦度，透射组7具有正光焦度。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，透射组1包括第一平板保护窗口1、第一正透镜2、第一负透镜3。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，透射组2包括第二负透镜4、第三负透镜5。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，透射组3包括第二正透镜6、第三正透镜7、第四正透镜8。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，透射组4包括第五正透镜9、第四负透镜10。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，透射组5包括第五负透镜11、第六负透镜12、第六正透镜13、第七正透镜14、第八正透镜15。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，透射组6包括第七负透镜16、第九正透镜17。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，透射组7包括第十正透镜18、第十一正透镜19、第八负透镜20、第十二正透镜21、第十三正透镜22、第二平板保护窗口23和像面24。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统透射镜使用的光学材料都是熔石英。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，高像质投影光学系统的孔径光阑设置在透射组5和透射组6之间。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，高像质投影光学系统的束腰（通光口径最小的镜片）设置在透射组5中。
所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于，紫外波段的高像质投影光学系统含有八个非球面，分别在第一负透镜3、第二负透镜4、第三负透镜5、第四负透镜10、第五负透镜11、第八负透镜20、第十二正透镜21上。
本发明具有以下优点：
1、本发明的高像质投影光学系统的数值孔径为0.75，工作波长为193纳米，像方视场为26mm×10.5mm，物镜数值孔径较大，提高了光刻分辨率。
2、本发明的高像质投影光学系统由透射组1、透射组2、透射组3、透射组4、透射组5、透射组6和透射组7构成，七个透射组同轴，减小了装调集成难度。
3、本发明的高像质投影光学系统中透射组1包含3片透镜，透射组2包含2片透镜，透射组3包含3片透镜，透射组4包含2片透镜，透射组5包含5片透镜，透射组6包含2片透镜，透射组7包含6片透镜，所有透射组内的镜子均为单片镜，系统结构简单紧凑。
4、本发明的高像质投影光学系统具有良好的成像特性。
本发明所提出的高像质投影光学系统，可以应用于照明光源波长为193nm的深紫外投影光刻装置中。
附图说明
图1为本发明的一种紫外波段的高像质投影光学系统的结构示意图；
标号说明：1-保护窗口、2-第一正透镜、3-第一负透镜、4-第二负透镜、5-第三负透镜、6-第二正透镜、7-第三正透镜、8第四正透镜、9-第五正透镜、10-第四负透镜、11-第五负透镜、12-第六负透镜、13-第六正透镜、14-第七正透镜、15-第八正透镜、16-第七负透镜、17-第九正透镜、18-第十正透镜、19-第十一正透镜、20-第八负透镜、21-第十二正透镜、22-第十三正透镜、23-第二平板保护窗口、24-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为本发明紫外波段的高像质投影光学系统布局示意图，23片光学元件形成透射组1、透射组2、透射组3、透射组4、透射组5、透射组6、透射组7，依次从光束入射方向设置。
透射组1为具有正光焦度的透射组，包括第一平板保护窗口1、第一正透镜2、第一负透镜3，光线由物面投射经过透射组1会聚后进入透射组2。
透射组2为具有负光焦度的透射组，包括第二负透镜4、第三负透镜5。光线由透射组1进入透射组2后，经过透射组2发散后离开透射组2。
透射组3为具有正光焦度的透射组，包括第二正透镜6、第三正透镜7、第四正透镜8。光线由透射组2进入透射组3后，经过透射组3会聚后离开透射组3。
透射组4为具有负光焦度的透射组，包括第五正透镜9、第四负透镜10。光线由透射组3进入透射组4后，经过透射组4发散后离开透射组4。
透射组5为具有负光焦度的透射组，包括第五负透镜11、第六负透镜12、第六正透镜13、第七正透镜14、第八正透镜15。光线由透射组4进入透射组5后，经过透射组5发散后离开透射组5。
透射组6为具有正光焦度的透射组，包括第七负透镜16、第九正透镜17。光线由透射组5进入透射组6后，经过透射组6会聚后离开透射组6。
透射组7为具有正光焦度的透射组，包括第十正透镜18、第十一正透镜19、第八负透镜20、第十二正透镜21、第十三正透镜22、第二平板保护窗口23和像面24。光线由透射组6进入透射组7后，经过透射组7会聚后到达像面。
该紫外波段的高像质投影光学系统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1.560219。
为提高紫外波段的高像质投影光学系统的像质，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×10.5mm，光学系统的数值孔径(NA)=0.75，光学系统缩小倍率为4倍，高像质投影光学系统第一镜子距离物面60mm，光线由物面处发出经透射组1、透射组2、透射组3、透射组4、透射组5、透射组6和透射组7后成缩小四倍的像到达像面即硅片上。
本发明的紫外波段的高像质投影光学系统从掩膜面到硅片面的距离为1250mm，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紫外波段的高像质投影光学系统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0.56nm。
表1紫外波段的高像质投影光学系统的波像差
视场 均方根波像差
f1 0.0009λ
f2 0.0016λ
f3 0.0026λ
f4 0.0027λ
f5 0.0029λ
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，得到了紫外波段的高像质投影光学系统，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 (5)

1.一种紫外波段的高像质投影光学系统，沿其光轴方向依次包括透射组1、透射组2、透射组3、透射组4、透射组5、透射组6和透射组7，所有透射组均处于同一光轴，其特征在于，透射组1具有正光焦度，透射组2具有负光焦度，透射组3具有正光焦度，透射组4具有负光焦度，透射组5具有负光焦度，透射组6具有正光焦度，透射组7具有正光焦度；
透射组1包括第一平板保护窗口（1）、第一正透镜（2）、第一负透镜（3）；
透射组2包括第二负透镜（4）、第三负透镜（5）；
透射组3包括第二正透镜（6）、第三正透镜（7）、第四正透镜（8）；
透射组4包括第五正透镜（9）、第四负透镜（10）；
透射组5包括第五负透镜（11）、第六负透镜（12）、第六正透镜（13）、第七正透镜（14）、第八正透镜（15）；
透射组6包括第七负透镜（16）、第九正透镜（17）；
透射组7包括第十正透镜（18）、第十一正透镜（19）、第八负透镜（20）、第十二正透镜（21）、第十三正透镜（22）、第二平板保护窗口（23）和像面（24）。
2.根据权利要求1所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于：所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统透射镜使用的光学材料都是熔石英。
3.根据权利要求1所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于：紫外波段的高像质投影光学系统的孔径光阑设置在透射组5和透射组6之间。
4.根据权利要求1所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于：紫外波段的高像质投影光学系统的束腰（通光口径最小的镜片）设置在透射组5中。
5.根据权利要求1所述的一种紫外波段的高像质投影光学系统，其特征在于：紫外波段的高像质投影光学系统含有八个非球面，分别在第一负透镜（3）、第二负透镜（4）、第三负透镜（5）、第四负透镜（10）、第五负透镜（11）、第八负透镜（20）、第十二正透镜（21）上。
CN201410004957.3A 2014-01-06 2014-01-06 一种紫外波段的高像质投影光学系统 Expired - Fee Related CN103698885B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410004957.3A CN103698885B (zh) 2014-01-06 2014-01-06 一种紫外波段的高像质投影光学系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410004957.3A CN103698885B (zh) 2014-01-06 2014-01-06 一种紫外波段的高像质投影光学系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103698885A true CN103698885A (zh) 2014-04-02
CN103698885B CN103698885B (zh) 2016-01-20

Family

ID=50360471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410004957.3A Expired - Fee Related CN103698885B (zh) 2014-01-06 2014-01-06 一种紫外波段的高像质投影光学系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103698885B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109656092A (zh) * 2019-01-07 2019-04-19 中国科学院福建物质结构研究所 一种紫外中继分幅光学系统以及紫外分幅相机
CN110501809A (zh) * 2019-09-20 2019-11-26 沈阳中一光学科技有限公司 1-5倍变倍的数码相机全画幅微距镜头
CN113092483A (zh) * 2021-04-02 2021-07-09 常州雷射激光设备有限公司 一种基于深紫外线光斑照明的倾斜物体成像系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1920608A (zh) * 2006-09-11 2007-02-28 中国科学院上海技术物理研究所 一种用于紫外探测器的大相对孔径宽波段紫外物镜
CN101021607A (zh) * 2007-03-27 2007-08-22 上海微电子装备有限公司 一种对称式双远心投影光学系统
US20080068576A1 (en) * 2002-08-23 2008-03-20 Nikon Corporation Projection optical system and method for photolithography and exposure apparatus and method using same
CN101526665A (zh) * 2008-03-04 2009-09-09 株式会社尼康 摄影透镜、具有其的光学设备及摄影透镜的制造方法
CN101876744A (zh) * 2009-04-29 2010-11-03 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 投影镜头

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080068576A1 (en) * 2002-08-23 2008-03-20 Nikon Corporation Projection optical system and method for photolithography and exposure apparatus and method using same
CN1920608A (zh) * 2006-09-11 2007-02-28 中国科学院上海技术物理研究所 一种用于紫外探测器的大相对孔径宽波段紫外物镜
CN101021607A (zh) * 2007-03-27 2007-08-22 上海微电子装备有限公司 一种对称式双远心投影光学系统
CN101526665A (zh) * 2008-03-04 2009-09-09 株式会社尼康 摄影透镜、具有其的光学设备及摄影透镜的制造方法
CN101876744A (zh) * 2009-04-29 2010-11-03 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 投影镜头

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109656092A (zh) * 2019-01-07 2019-04-19 中国科学院福建物质结构研究所 一种紫外中继分幅光学系统以及紫外分幅相机
CN109656092B (zh) * 2019-01-07 2024-04-12 中国科学院福建物质结构研究所 一种紫外中继分幅光学系统以及紫外分幅相机
CN110501809A (zh) * 2019-09-20 2019-11-26 沈阳中一光学科技有限公司 1-5倍变倍的数码相机全画幅微距镜头
CN110501809B (zh) * 2019-09-20 2021-07-23 沈阳中一光学科技有限公司 数码相机全画幅微距镜头
CN113092483A (zh) * 2021-04-02 2021-07-09 常州雷射激光设备有限公司 一种基于深紫外线光斑照明的倾斜物体成像系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN103698885B (zh) 2016-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103278912B (zh) 一种折反式紫外光刻物镜
JP2005519348A5 (zh)
US20080117532A1 (en) Unit magnification projection objective
US20060056064A1 (en) Projection optical system and method
CN100547448C (zh) 一种投影光学系统及投影曝光装置
CN103499877A (zh) 一种大数值孔径的投影光学系统
US7957069B2 (en) Projection optical system
CN102566011B (zh) 一种投影光学系统
TW448307B (en) Optical projection system
CN103499876B (zh) 一种大数值孔径的纯折射式投影光学系统
KR20200057037A (ko) 투사 대물렌즈
CN103698885B (zh) 一种紫外波段的高像质投影光学系统
US6590715B2 (en) Optical projection system
CN102662307B (zh) 一种高分辨率投影光学系统
WO2004008507A1 (ja) オプティカルインテグレータ、照明光学装置、露光装置および露光方法
CN103616757B (zh) 一种非球面紫外光刻物镜
CN104062746B (zh) 一种大数值孔径的折反射浸没投影光学系统
EP2660638B1 (en) Large view field projection lithography objective
CN102608737B (zh) 一种极紫外投影光刻物镜
WO2007071569A1 (en) Projection objective of a microlithographic projection exposure apparatus
CN103885159B (zh) 一种高na投影物镜
CN102508353B (zh) 高分辨率福布斯非球面光刻物镜
CN103149808B (zh) 一种浸没式紫外光学系统
CN106773556B (zh) 一种自由曲面折反式光刻投影物镜
CN103837967B (zh) 一种大视场高数值孔径的i-line光刻机投影物镜

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160120

Termination date: 20220106