CN103901593B - 一种离轴无遮拦极紫外投影光刻物镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离轴无遮拦极紫外投影光刻物镜，通过对第五反射镜和第六反射镜进行旋转和倾斜，使得第五反射镜和第六反射镜可以无遮拦的将中间像成像于本极紫外投影光刻物镜的像面上，因此可以克服因增大系统数值孔径NA后，第五反射镜的上边缘和第六反射镜的下边缘存在光路遮拦所导致的边缘视场光学调制函数(MTF)和分辨力降低的问题；通过对六个镜片设计参数进行改进，使得本极紫外投影光刻物镜的像方数值孔径达到0.4，因此相应的提高了光刻分辨力；像方扫描方向视场宽度达到1.5mm，保证了硅片的产率；通过对六个镜片上的非旋转对称自由曲面的各参数进行改进，使得获取的投影光刻物镜具有优良的成像质量，所有视场波像差均方根(RMS)值小于0.0442λ，全视场变畸变小于1.85nm。

Description

一种离轴无遮拦极紫外投影光刻物镜

技术领域

本发明涉及一种离轴无遮拦极紫外投影光刻物镜，其可用于扫描-步进式极紫外光刻系统中，属于光学设计技术领域。

背景技术

极紫外光刻作为最有前景的下一代光刻技术，可实现半导制造16nm以及更高技术节点的产业化要求。极紫外光刻使用波长为11～15nm的光源照明，由于几乎所有光学材料在这一波段具有很强的吸收性，所以极紫外光刻系统均采用镀有反射薄膜的反射式光学元件。极紫外投影光刻物镜作为极紫外光刻系统的核心部件，有着高分辨力，高像质，大视场的设计要求。

光刻系统的理论分辨力可以用公式R＝k1λ/NA计算，其中k1为工艺因子，其与光刻系统工艺有关，λ为曝光波长，NA为投影物镜的像方数值孔径，由式中可以看出NA越大光刻系统分辨力就越高。当采用13.5nm的曝光波长，像方数值孔径NA为0.3的投影物镜可达到约22nm的理论分辨力。日本的Nikon公司，Cannon公司，荷兰ASML公司，德国CarlZeiss公司等光刻机制造及相关加工企业非常重视极紫外光刻物镜的设计和制造。已公开的极紫外投影物光刻物镜设计可按反射镜片数目划分。对于4反射镜设计，当NA＞0.2时没有足够的自由度校正像差。对于5反射镜设计，当NA＞0.2时有足够的自由度校正像差，但奇数次的光路反射使得物面(掩模)和像面(硅片)在物镜的同侧，物像同侧的扫描曝光为光刻系统机械结构的实现带来困难。6反射镜设计的NA可达到0.2以上，扫描方向视场可达到1～2mm，像差可以得到很好的校正，可以满足32nm技术节点对产业化极紫外光刻物镜的要求。当NA大于0.33时，对于6反射镜共轴无遮拦系统则会面临遮拦难以消除和像差难于校正的双重的困难，为了解决这一困难则需要增加更多自由度，所以在不增加镜片数量的前提下，对每个反射镜镜进行偏心和倾斜来消除遮拦，并且采用非旋转对称曲面进行像差校正，这样则可以达到既能消除遮拦又可以很好的校正像差的目的。

现有离轴无遮拦6反射镜设计美国专利US2009/0052073A1中的第五种结构，该结构像方数值孔径为0.4，可以实现高分辨力的设计要求。但该系统波像差达到了0.083λ，没有满足高成像性能要求。

现有离轴无遮拦6反射镜设计美国专利US2009/0052073A1中的第七种结构，该结构构像方数值孔径为0.4，可以实现高分辨力的设计要求。但该系统物方中心视场主光线入射角角为7°超出了最佳角6°，会导致掩模产生阴影效应。

现有离轴无遮拦6反射镜设计美国专利US2009/0052073A1中的第八种结构，该结构像方数值孔径为0.4，可以实现高分辨力的设计要求。但该系统的成像畸变达到了12nm，无法达到成像精度。

现有离轴无遮拦6反射镜设计美国专利US2012/0069314A1中的第三种结构，该结构具有很优良的成像性能，但系统总长达到了1849mm，不利于加工制造，而且数值孔径为0.38，对提高光刻系统分辨力效果欠佳。

现有无遮拦6反射镜设计中国专利CN102608737中结构，该结构具有较好成像性能，但数值孔径仅有0.25，无法满足极紫外高分辨力成像要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种缩放比为4倍的离轴极紫外投影光刻物镜，该物镜结构紧凑，整个视场无光路遮拦，在掩模中心视场光线入射角等于6°的情况下实现了大小为0.4的像方数值孔径，既保证了光刻系统工作时掩模具有良好状态，又能满足目前16nm及以下节点的高分辨率成像要求。

本发明的一种离轴无遮拦极紫外投影光刻物镜，包括在沿光路方向上顺次排列的第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3、第四反射镜M4、第五反射镜M5以及第六反射镜M6；由所述第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3和第四反射镜M4组成的第一镜组用于将物面成中间像于第五反射镜M5和第六反射镜M6之间，且所述中间像位于第六反射镜M6的下边缘下方，由第五反射镜M5和第六反射镜M6组成的第二镜组用于将所述中间像成像于像面上；所述第五反射镜M5和第六反射镜M6均在同一平面内偏心与倾斜，使得第六反射镜M6的下边缘对从第四反射镜M4反射的光束不产生遮拦，同时，第五反射镜M5上边缘对从第六反射镜M6反射的光束不产生遮拦。

进一步的，各反射镜的光学参数如下：第一反射镜M1为凹面镜，其曲率半径为-2736.3151mm，口径为129.2593mm，与第二反射镜M2之间间隔为-363.3955mm，与物面距离为-639.9361mm；第一反射镜M1沿Y轴方向的偏心量为8.5955mm，绕X轴倾斜角为3.8272°；

第二反射镜M2为凹面镜，其曲率半径为943.2602mm，口径为182.1112mm，与第三反射镜M3之间的间隔为483.9877mm，第二反射镜M2沿Y轴方向的偏心量为0.0018mm，绕X轴倾斜角为-3.2814°；

第三反射镜M3为凸面镜，其曲率半径为308.5236mm，口径为53.4959mm，与第四反射镜M4之间的间隔为-197.0520mm，第三反射镜M3沿Y轴方向的偏心量为-0.3168mm，绕X轴倾斜角为-0.4209°；

第四反射镜M4为凹面镜，其曲率半径为443.3831mm，口径为58.9348mm，与第五反射镜M5之间的间隔为664.8039mm，第四反射镜M4沿Y轴方向的偏心量为-0.0022mm，绕X轴倾斜角为-0.0663°；

第五反射镜M5为凸面镜，其曲率半径为350.9966mm，口径为76.0702mm，与第六反射镜M6之间的间隔为-345.3178mm，第五反射镜M5沿Y轴方向的偏心量为0.1011mm，绕X轴倾斜角为-2.1341°；

第六反射镜M6为凹面镜，其曲率半径为418.1257mm，口径为301.2769mm，与像面之间的间隔为380.5230mm，第六反射镜M6沿Y轴方向的偏心量为0.8458mm，绕X轴倾斜角为2.0754°；

曲率半径的正、负号定义原则为：镜片的曲率中心到其顶点的方向与光路方向同向时定义为负，反之为正；

间隔的正、负号定义原则为：若当前表面与参考轴的交点到后一表面与参考轴的交点的方向与光路方向同向为正，反之为负；

偏心量的正、负号定义原则为：沿Y轴向上偏移为正，反之为负；

倾斜角的正、负号定义原则为：绕X轴逆时针旋转为正，反之为负；

XYZ坐标系的定义为：Z轴与所述参考轴平行且与光路方向同向，Y轴垂直于Z轴向上，X轴垂直Y轴与Z轴组成的平面；所述六片反射镜在YZ平面内偏心与倾斜。

进一步的，所述六片反射镜均采用非旋转对称的自由曲面，每一片反射镜的自由曲面方程为：

$Z_o=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{j=2}{\overset{66}{\mathrm{\Σ}}}{C}_j{X_o}^m{Y_o}^n$

$j=\frac{{(m+n)}^2+m+3n}{2}+1$

其中，r²＝X_o ²+Y_o ²为反射镜的曲率半径，c为自由曲面顶点曲率，k为非球面系数，C_j为多项式X_o ^mY_o ⁿ的系数，n取正整数，m取偶数；X_oY_oZ_o坐标系为反射镜的局部坐标系，Z_o为反射镜的局部光轴，Y_o轴垂直Z_o轴向上，X_o轴垂直于Y_o轴和Z_o轴组成的平面；

每个反射镜的曲面方程中参数具体取值如下：

M1

M2

M3

M4

M5

M6

k

-6.191603789

0.27219598

0.042006196

0.026074328

0.483285442

0.043074708

C3

0.006164633

0.038231299

-0.005342382

-0.015537189

-0.10017549

-0.011425787

C4

-2.12041E-05

-7.13835E-06

-8.53903E-05

-2.09159E-05

4.37465E-05

4.26193E-07

C6

3.22784E-05

1.19015E-05

6.23293E-06

4.4637E-06

-7.9361E-06

5.60198E-07

C8

4.52382E-07

-4.38738E-08

-2.17674E-07

-1.97652E-07

1.03323E-06

-2.40502E-08

C10

1.90825E-07

-9.09055E-09

-2.1157E-07

-2.05565E-08

-7.8841E-07

-3.2058E-08

C11

1.66614E-09

-1.36479E-10

-2.5949E-09

6.34432E-11

5.86484E-09

4.4817E-11

C13

2.70643E-09

-2.55919E-10

-9.98424E-10

-1.13533E-09

1.73733E-08

8.84395E-11

C15

1.37569E-09

-3.84107E-11

-1.78646E-09

8.50272E-11

1.01835E-08

3.75047E-11

C17

-1.25461E-11

-5.5612E-13

-1.96478E-13

2.32881E-12

-1.9591E-10

-1.18311E-13

C19

-1.72777E-11

-2.18191E-12

1.43544E-11

-2.89925E-12

-2.6011E-10

-2.85118E-13

C21

-4.46736E-12

-7.65866E-13

3.8285E-12

-1.13215E-13

-1.1309E-10

-1.40603E-13

C22

-2.58729E-14

-1.75728E-15

3.41671E-14

-1.04378E-15

1.08427E-12

4.31497E-16

C24

-3.0881E-14

-4.12867E-15

1.4579E-13

1.30786E-14

2.37944E-12

1.24227E-15

C26

3.55158E-15

4.22161E-16

-1.13354E-13

7.89036E-15

1.90191E-12

1.09807E-15

C28

-1.92123E-14

2.10899E-15

-2.88511E-14

-9.22687E-16

9.62551E-13

2.45029E-16

C30

2.68729E-16

-1.17063E-18

2.23479E-15

2.79006E-17

7.67274E-15

-5.73161E-19

C32

4.73266E-16

8.58689E-18

1.70497E-15

4.88488E-17

8.38967E-15

-1.7821E-18

C34

1.27885E-16

-1.7711E-17

2.57672E-16

5.01193E-17

-3.0981E-15

-2.37145E-18

C36

7.1827E-17

-5.39246E-18

-5.39501E-17

-1.60985E-18

3.06256E-15

-8.03052E-19

C37

4.23114E-19

-1.10152E-20

7.97077E-18

2.53223E-19

-1.3336E-17

2.57267E-21

C39

4.88732E-19

-1.49152E-19

3.54508E-17

3.53428E-19

-1.2172E-17

1.03112E-20

C41

-1.53553E-18

-2.32936E-19

-4.39895E-18

2.9947E-19

1.02044E-16

1.61361E-20

C43

3.13191E-19

-1.79466E-19

7.7976E-18

4.87304E-20

5.40071E-17

9.64426E-21

C45

8.44159E-19

-9.54625E-21

9.24708E-19

-7.77052E-21

-4.7517E-17

2.39444E-21

C47

-4.86242E-21

-3.8997E-22

1.80856E-19

2.05816E-21

-3.6586E-19

-5.33195E-24

C49

-1.29064E-20

4.35047E-22

2.13812E-19

1.31088E-21

-1.8888E-18

-1.64218E-23

C51

5.61315E-21

-1.63677E-22

-1.15666E-19

1.24266E-21

-8.963E-19

-3.12509E-23

C53

-6.0851E-21

-1.80811E-23

-4.97337E-21

-8.60398E-23

-5.1962E-19

-2.05319E-23

C55

-4.1416E-21

-1.18669E-22

3.31778E-21

-4.99259E-23

-3.2051E-19

-5.32307E-24

C56

-3.24613E-24

-2.81223E-24

-5.00376E-24

-2.40612E-25

1.12722E-21

3.26745E-26

C58

9.79153E-24

-4.72577E-24

9.81426E-22

4.25408E-24

7.26423E-21

1.39872E-25

C60

3.58487E-23

-9.88812E-24

2.76211E-22

1.64607E-24

4.88614E-21

2.84179E-25

C62

-3.59423E-23

-8.22867E-24

-4.78535E-22

1.94161E-24

1.16125E-20

2.5035E-25

C64

1.5211E-23

-4.1484E-24

-2.12168E-22

-2.55649E-26

-5.0354E-21

1.12702E-25

C66

1.43412E-24

1.10573E-25

-1.11799E-23

-6.51036E-26

8.06319E-21

1.26799E-26

本发明具有如下有益效果：

（1）、本发明通过对第五反射镜和第六反射镜进行旋转和倾斜，使得第五反射镜和第六反射镜可以无遮拦的将中间像成像于本极紫外投影光刻物镜的像面上，因此可以克服因增大系统数值孔径NA后，第五反射镜的上边缘和第六反射镜的下边缘存在光路遮拦所导致的边缘视场光学调制函数(MTF)和分辨力降低的问题。

（2）、本发明通过对六个镜片设计参数进行改进，使得本极紫外投影光刻物镜的像方数值孔径达到0.4，因此相应的提高了光刻分辨力；像方扫描方向视场宽度达到1.5mm，保证了硅片的产率。

（3）、本发明通过对六个镜片上的非旋转对称自由曲面的各参数进行改进，使得获取的投影光刻物镜具有优良的成像质量，所有视场波像差均方根(RMS)值小于0.0442λ，全视场变畸变小于1.85nm。

（4）、本发明的光刻物镜的系统总长为1263mm，较现有的六反射镜结构相比具有结构紧凑的特点。

附图说明

图1为本发明的离轴极紫外投影光刻物镜结构示意图；

图2为本发明中第五反射镜M5和第六反射镜M6的位置关系示意图；

图3为现有技术中存在光路遮拦的物镜设计的第五片反射镜M5上通光区域和反射区域示意图；

图4为现有技术中存在光路遮拦的物镜设计中第六片反射镜M6上通光区域和反射区域示意图；

图5为本发明中无光路遮拦的物镜第五片反射镜M5上通光区域和反射区域示意图；

图6为本发明中的无光路遮拦的物镜第六片反射镜M6上通光区域和反射区域示意图；

图7为本发明的物镜物方离轴矩形视场图；

图8为本发明的无光路遮拦的物镜在所有视场点的光学调制传递函数(MTF)图，其中图8（a）对应图7中视场点F1-F5的MTF，8（b）对应图7中视场点F6-F10的MTF，8（c）对应图7中视场点F11-F15的MTF，8（d）对应图7中视场点F16-F20的MTF；

图9为本发明的物镜在空间频率为30000lp/mm(对应16nm分辨力)时MTF随焦深的变化图，其中图9（a）为图7中视场点F1-F5的MTF随焦深的变化图，图9（b）为图7中视场点F6-F10的MTF随焦深的变化图，图9（c）为图7中视场点F11-F15的MTF随焦深的变化图，图9（d）为图7中视场点F16-F20的MTF随焦深的变化图；

图10为本发明的具体实施方式中物镜在全视场内成像畸变的分布图。

图11为本发明的具体实施方式中物镜在全视场内均方根波像差分布图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明的极紫外投影光刻物镜，其为离轴光学系统，且无旋转对称轴，其物面即掩模所在平面，像面即硅片所在平面；该物镜包括第一镜组和第二镜组，其中第一镜组包括四枚反射镜：第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3和第四反射镜M4；第二镜组包括两枚反射镜，为第五反射镜M5和第六反射镜M6；沿光路方向的位置关系为：第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3、第四反射镜M4、第五反射镜M5和第六反射镜M6。

本发明的极紫外投影光刻物镜的工作过程为：照明系统发出的光线经掩模反射后入射到第一反射镜M1上，经过第一反射镜M1反射后各视场的光线充满作为圆形光阑的第二反射镜M2上，再经过第三反射镜M3和第四反射镜M4成中间像于第六反射镜M6下边缘附近。中间像设置在M6的下边缘处是由于中间像处光束口径最小，可以最大程度上避免光路反射区域和通光区域发生重叠，产生光路遮拦。中间像经过第二镜组后各视场主光线垂直于像面出射(像方远心)，最终该极紫外光刻投影物镜实现了以1/4的物像缩小倍率成像于硅片上。

现有的共轴六反射镜光刻物镜，增大数值孔径NA后，在第五反射镜M5的上边缘和第六反射镜M6的下边缘存在光路遮拦(即光路反射区域和通光区域互相重叠区域对入射光束产生遮挡，导致光束无法通过)。存在光路遮拦的物镜设计中第五反射镜M5上反射区域和通光区域如附图3所示；存在光路遮拦的物镜设计中第六反射镜M6上反射区域和通光区域如附图4所示。对于现有六镜设计，系统的中间像通常设置在第六反射镜M6的下边缘附近，因此当第六反射镜M6下边缘存在光路遮挡将导致大量成像光束无法到达像面成像。为了使所有成像光束可以无遮挡的通过，不被反射镜镜片遮拦，可以将反射镜上遮挡通光部分的反射镜挖除。但挖除反射镜的部分反射区后，通过反射镜片的成像光束不能全部被反射到达像面成像，从而会导致渐晕。

基于上述原因，本发明通过对第五反射镜M5和第六反射镜M6进行偏心与倾斜设计，如图5所示，第五反射镜M5的反射区域和上边缘的通光区域各自独立，不相重叠，使得第五反射镜M5上边缘对从第六反射镜M6反射的光束不产生遮拦；如图6所示，第六反射镜M6的反射区域和下边缘的通光区域各自独立，互不重叠，使得第六反射镜M6的下边缘对从第四反射镜M4反射的光束不产生遮拦，从而保证全视场无光路遮拦，因此可以克服因增大系统数值孔径NA后，第五反射镜M5的上边缘和第六反射镜M6的下边缘存在光路遮拦所导致的边缘视场光学调制函数(MTF)降低，分辨力降低的问题。

表1给出了本实施实例各镜片的具体设计参数，其中参数前的正、负号的定义原则分别为：

曲率半径的正、负号定义原则为：镜片的曲率中心到其顶点的方向与光路方向同向时定义为负，反之为正。

间隔的正、负号定义原则为：若当前表面与参考轴的交点到后一表面与参考轴的交点的方向与光路方向同向为正，反之为负。

偏心量的正、负号定义原则为：沿Y轴向上偏移为正，反之为负。

倾斜角的正、负号定义原则为：绕X轴逆时针旋转为正，反之为负。

其中，XYZ坐标系的定义为：Z轴与所述参考轴平行且与光路方向同向，Y轴垂直于Z轴向上，X轴垂直Y轴与Z轴组成的平面；所述六片反射镜在YZ平面内偏心与倾斜。上述各元件均采用光学设计软件CODEV中DecentandBend方式进行偏心与倾斜。

表1、各反射镜的设计参数

本发明通过对六个镜片设计参数进行改进，使得本极紫外投影光刻物镜的像方数值孔径达到0.4，因此相应的提高了光刻分辨力；像方扫描方向视场宽度达到1.5mm，保证了硅片的产率。

本投影光刻物镜中各反射镜均为非旋转对称的自由曲面，下面根据自由曲面系数给定原则，给定各反射镜的设计参数：本投影光刻物镜各反射镜自由曲面方程采用X_oY_o多项式形式，则自由曲面方程可表示为：

$Z_o=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{j=2}{\overset{66}{\mathrm{\Σ}}}{C}_j{X_o}^m{Y_o}^n$

$j=\frac{{(m+n)}^2+m+3n}{2}+1$

其中，r²＝X_o ²+Y_o ²为反射镜的曲率半径，c为自由曲面顶点曲率，k为非球面系数，C_j为多项式X_o ^mY_o ⁿ的系数，n取正整数，m取偶数；X_oY_oZ_o坐标系为反射镜的局部坐标系，Z_o为反射镜的局部光轴，Y_o轴垂直Z_o轴向上，X_o轴垂直于Y_o轴和Z_o轴组成的平面，如图2所示，图中显示了第五反射镜M5和第六反射镜M6的局部光轴。本设计中为了简化面型复杂度、提高优化效率，自由曲面表达式中只取X_o偶次项，这样系统仍关于子午面对称，表2给出本实施实例中各反射镜的设计参数及自由曲面系数。

表2、各反射镜的自由曲面系数

M1

M2

M3

M4

M5

M6

K

-6.191603789

0.27219598

0.042006196

0.026074328

0.483285442

0.043074708

C3

0.006164633

0.038231299

-0.005342382

-0.015537189

-0.10017549

-0.011425787

C4

-2.12041E-05

-7.13835E-06

-8.53903E-05

-2.09159E-05

4.37465E-05

4.26193E-07

C6

3.22784E-05

1.19015E-05

6.23293E-06

4.4637E-06

-7.9361E-06

5.60198E-07

C8

4.52382E-07

-4.38738E-08

-2.17674E-07

-1.97652E-07

1.03323E-06

-2.40502E-08

C10

1.90825E-07

-9.09055E-09

-2.1157E-07

-2.05565E-08

-7.8841E-07

-3.2058E-08

C11

1.66614E-09

-1.36479E-10

-2.5949E-09

6.34432E-11

5.86484E-09

4.4817E-11

C13

2.70643E-09

-2.55919E-10

-9.98424E-10

-1.13533E-09

1.73733E-08

8.84395E-11

C15

1.37569E-09

-3.84107E-11

-1.78646E-09

8.50272E-11

1.01835E-08

3.75047E-11

C17

-1.25461E-11

-5.5612E-13

-1.96478E-13

2.32881E-12

-1.9591E-10

-1.18311E-13

C19

-1.72777E-11

-2.18191E-12

1.43544E-11

-2.89925E-12

-2.6011E-10

-2.85118E-13

C21

-4.46736E-12

-7.65866E-13

3.8285E-12

-1.13215E-13

-1.1309E-10

-1.40603E-13

C22

-2.58729E-14

-1.75728E-15

3.41671E-14

-1.04378E-15

1.08427E-12

4.31497E-16

C24

-3.0881E-14

-4.12867E-15

1.4579E-13

1.30786E-14

2.37944E-12

1.24227E-15

C26

3.55158E-15

4.22161E-16

-1.13354E-13

7.89036E-15

1.90191E-12

1.09807E-15

C28

-1.92123E-14

2.10899E-15

-2.88511E-14

-9.22687E-16

9.62551E-13

2.45029E-16

C30

2.68729E-16

-1.17063E-18

2.23479E-15

2.79006E-17

7.67274E-15

-5.73161E-19

C32

4.73266E-16

8.58689E-18

1.70497E-15

4.88488E-17

8.38967E-15

-1.7821E-18

C34

1.27885E-16

-1.7711E-17

2.57672E-16

5.01193E-17

-3.0981E-15

-2.37145E-18

C36

7.1827E-17

-5.39246E-18

-5.39501E-17

-1.60985E-18

3.06256E-15

-8.03052E-19

C37

4.23114E-19

-1.10152E-20

7.97077E-18

2.53223E-19

-1.3336E-17

2.57267E-21

C39

4.88732E-19

-1.49152E-19

3.54508E-17

3.53428E-19

-1.2172E-17

1.03112E-20

C41

-1.53553E-18

-2.32936E-19

-4.39895E-18

2.9947E-19

1.02044E-16

1.61361E-20

C43

3.13191E-19

-1.79466E-19

7.7976E-18

4.87304E-20

5.40071E-17

9.64426E-21

C45

8.44159E-19

-9.54625E-21

9.24708E-19

-7.77052E-21

-4.7517E-17

2.39444E-21

C47

-4.86242E-21

-3.8997E-22

1.80856E-19

2.05816E-21

-3.6586E-19

-5.33195E-24

C49

-1.29064E-20

4.35047E-22

2.13812E-19

1.31088E-21

-1.8888E-18

-1.64218E-23

C51

5.61315E-21

-1.63677E-22

-1.15666E-19

1.24266E-21

-8.963E-19

-3.12509E-23

C53

-6.0851E-21

-1.80811E-23

-4.97337E-21

-8.60398E-23

-5.1962E-19

-2.05319E-23

C55

-4.1416E-21

-1.18669E-22

3.31778E-21

-4.99259E-23

-3.2051E-19

-5.32307E-24

C56

-3.24613E-24

-2.81223E-24

-5.00376E-24

-2.40612E-25

1.12722E-21

3.26745E-26

C58

9.79153E-24

-4.72577E-24

9.81426E-22

4.25408E-24

7.26423E-21

1.39872E-25

C60

3.58487E-23

-9.88812E-24

2.76211E-22

1.64607E-24

4.88614E-21

2.84179E-25

C62

-3.59423E-23

-8.22867E-24

-4.78535E-22

1.94161E-24

1.16125E-20

2.5035E-25

C64

1.5211E-23

-4.1484E-24

-2.12168E-22

-2.55649E-26

-5.0354E-21

1.12702E-25

C66

143412E-24

110573E-25

-111799E-23

-651036E-26

806319E-21

126799E-26

如图7所示，本发明投影光刻物镜的物方采用离轴矩形视场，物方中心视场高度为116mm，物方视场宽度为6mm，长度为104mm，物面20个视场点(F1～F20)用于进行像质评价。

1、光学调制传递函数MTF

分辨力和焦深是光刻物镜的重要技术指标，光学调制传递函数是对物镜分辨力和焦深的直接评价。如附图8所示，4个图中的每个图分别对应附图7的其中5个视场点的MTF，图中显示MTF已经接近衍射极限。如附图9所示，4个图中的每个图分别与附图7的其中5个视场点对应，图中显示，在50nm的焦深范围，空间频率为30000lp/mm(对应16nm分辨力)的线条，系统在全视场范围内传递函数基本均可达到45％。

2、畸变

畸变是影响系统光刻性能的重要因素，对于非旋转对称系统视场点分布在整个物面上，对畸变的控制尤为重要。如附图10所示畸变在全视场内的二维分布图，物面上的所有视场点的畸变均小于1.85nm。

3均方根波像差

均方根波像差是表征一个光学系统成像性能的重要指标。图11为均方根波像差在全视场内的二维分布图，全视场波像差RMS最大值为0.0448λ，全视场平均波像差RMS值为0.0326λ。

综上所述，本发明的一种投影光刻物镜，当入射光的波长为13.5nm时，则性能参数如表3所示：

表3、性能参数

系统总长（物面到像面的距离）为1263.0454mm。像方中心视场主光线入射角度为0.18°，保证了像面有微小轴向移动的情况下物镜的放大倍率不变。在物方中心视场主光线角度为6°的情况下，数值孔径达到了0.4，较大程度上提高了光刻系统的分辨力。

本发明的极紫外投影光刻物镜像质优良，具有继续增大数值孔径且不产生光路遮挡的潜力。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种离轴无遮拦极紫外投影光刻物镜，包括在沿光路方向上顺次排列的第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3、第四反射镜M4、第五反射镜M5以及第六反射镜M6；由所述第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3和第四反射镜M4组成的第一镜组用于将物面成中间像于第五反射镜M5和第六反射镜M6之间，且所述中间像位于第六反射镜M6的下边缘下方，由第五反射镜M5和第六反射镜M6组成的第二镜组用于将所述中间像成像于像面上，其特征在于：所述第五反射镜M5和第六反射镜M6均在同一平面内偏心与倾斜，使得第六反射镜M6的下边缘对从第四反射镜M4反射的光束不产生遮拦，同时，第五反射镜M5上边缘对从第六反射镜M6反射的光束不产生遮拦；

第一反射镜M1为凹面镜，其曲率半径为-2736.3151mm，口径为129.2593mm，与第二反射镜M2之间间隔为-363.3955mm，与物面距离为-639.9361mm；第一反射镜M1沿Y轴方向的偏心量为8.5955mm，绕X轴倾斜角为3.8272°；

第二反射镜M2为凹面镜，其曲率半径为943.2602mm，口径为182.1112mm，与第三反射镜M3之间的间隔为483.9877mm，第二反射镜M2沿Y轴方向的偏心量为0.0018mm，绕X轴倾斜角为-3.2814°；

第三反射镜M3为凸面镜，其曲率半径为308.5236mm，口径为53.4959mm，与第四反射镜M4之间的间隔为-197.0520mm，第三反射镜M3沿Y轴方向的偏心量为-0.3168mm，绕X轴倾斜角为-0.4209°；

第四反射镜M4为凹面镜，其曲率半径为443.3831mm，口径为58.9348mm，与第五反射镜M5之间的间隔为664.8039mm，第四反射镜M4沿Y轴方向的偏心量为-0.0022mm，绕X轴倾斜角为-0.0663°；

第五反射镜M5为凸面镜，其曲率半径为350.9966mm，口径为76.0702mm，与第六反射镜M6之间的间隔为-345.3178mm，第五反射镜M5沿Y轴方向的偏心量为0.1011mm，绕X轴倾斜角为-2.1341°；

第六反射镜M6为凹面镜，其曲率半径为418.1257mm，口径为301.2769mm，与像面之间的间隔为380.5230mm，第六反射镜M6沿Y轴方向的偏心量为0.8458mm，绕X轴倾斜角为2.0754°；

曲率半径的正、负号定义原则为：镜片的曲率中心到其顶点的方向与光路方向同向时定义为负，反之为正；

间隔的正、负号定义原则为：若当前表面与参考轴的交点到后一表面与参考轴的交点的方向与光路方向同向为正，反之为负；

偏心量的正、负号定义原则为：沿Y轴向上偏移为正，反之为负；

倾斜角的正、负号定义原则为：绕X轴逆时针旋转为正，反之为负；

XYZ坐标系的定义为：Z轴与所述参考轴平行且与光路方向同向，Y轴垂直于Z轴向上，X轴垂直Y轴与Z轴组成的平面；所述六片反射镜在YZ平面内偏心与倾斜。

2.如权利要求1所述的一种离轴无遮拦极紫外投影光刻物镜，其特征在于，

所述六片反射镜均采用非旋转对称的自由曲面，每一片反射镜的自由曲面方程为：

$\begin{array}{c}{Z}_o=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{j=2}{\overset{66}{\Σ}}{C}_j{X_o}^m{Y_o}^n\\ j=\frac{{(m+n)}^2+m+3n}{2}+1\end{array}$

其中，r²＝X_o ²+Y_o ²为反射镜的曲率半径，c为自由曲面顶点曲率，k为非球面系数，C_j为多项式X_o ^mY_o ⁿ的系数，n取正整数，m取偶数；X_oY_oZ_o坐标系为反射镜的局部坐标系，Z_o为反射镜的局部光轴，Y_o轴垂直Z_o轴向上，X_o轴垂直于Y_o轴和Z_o轴组成的平面；

每个反射镜的曲面方程中参数具体取值如下：