CN105807410B

CN105807410B - 一种基于高数值孔径的折反射式投影物镜

Info

Publication number: CN105807410B
Application number: CN201410851438.0A
Authority: CN
Inventors: 刘雅丽
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2018-11-09
Anticipated expiration: 2034-12-31
Also published as: CN105807410A

Abstract

本发明公开了一种基于高数值孔径的折反射式投影物镜，用于将掩模上的图案成像到像平面上，包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组同光轴，第一透镜的光焦度为正，第二透镜组、第三透镜组的光焦度均为负，第一透镜组包括至少一对相对的凹面反射面，所述相对的凹面反射面之间设有至少两个负弯月透镜。本发明在第一透镜组相对的凹面反射面之间设负弯月透镜，通过负弯月透镜产生的负光焦度补偿凹面反射面产生的正光焦度，有效校正一次成像时的场曲和色差，对第二透镜组的光线入射角度起到很好的约束作用，降低了镜片的最大口径，减少了非球面的数量，降低了光学系统的制造、加工成本和光学元件的检测难度。

Description

一种基于高数值孔径的折反射式投影物镜

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种基于高数值孔径的折反射式投影物镜。

背景技术

随着集成电路器件集成度的不断提高，对光刻曝光系统分辨率的要求也越来越高。为提高系统分辨率，通常采用两种方法：一是采用短波长曝光光源，二是增大投影物镜的数值孔径。

然而在缩短光源波长并增大投影物镜数值孔径的同时也会出现以下几个方面的问题：一是随着光源波长的减小，对光学材料的要求也越来越高，对应力双折射、透过率、光吸收系数和化学稳定性等方面都有严格要求，导致可选用的光学材料受限，且光学材料间阿贝数相近，不利于光学系统色差的校正；二是为了更好地校正光学系统的色差和场曲等像质，镜片的口径须随着数值孔径的增大而增大，不仅提高了光学制造和检测的难度，而且大大增加了使用成本；三是使用传统的全折射光学系统难以实现对初步像差的校正。

针对上述问题，现有技术提供了一种折反射式投影物镜，如图1所示，包括第一透镜组G1’、第二透镜组G2’和第三透镜组G3’，该折反射式投影物镜像方数值孔径为1.03，其第一透镜组G1’虽然采用了一对凹面反射镜M1’、M2’，但其中间加入一正透镜，没有对中间像质起到很好的校正作用，导致光学系统的最大口径达到294mm，且使用了11个非球面，光学制造成本较高，且当像方数值孔径大于1.03时，其第一透镜组G1’的一对反射镜与正透镜的组合对像质的校正效果大大降低，对整个光学系统的分辨率造成很大影响。

发明内容

本发明为了克服以上不足，提供了一种既能有效校正像差，又能降低投影物镜成本的基于高数值孔径的折反射式投影物镜。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于高数值孔径的折反射式投影物镜，用于将掩模上的图案成像到像平面上，包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，所述第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组同光轴，第一透镜组的光焦度为正，第二透镜组、第三透镜组的光焦度均为负，掩模上的图像分别通过第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组进行一次成像、二次成像和三次成像，最终汇聚于像平面上，所述第一透镜组包括至少一对相对的凹面反射面，所述相对的凹面反射面之间设有至少两个负弯月透镜。

进一步的，所述第二透镜组包括至少一个正透镜和至少一对相对的凹面反射面，所述相对的凹面反射面之间设有至少有两个负弯月透镜。

进一步的，所述第一透镜组包括5个镜片，其中1个非球面镜。

进一步的，所述第二透镜组包括7个镜片，其中1个非球面镜。

进一步的，所述第三透镜组包括第一子透镜组、第二子透镜组、第三子透镜组，和一个光阑，所述光阑设于第二子透镜组和第三子透镜组之间。

进一步的，所述第一子透镜组包括至少一个负透镜和至少一个正透镜，所述第二子透镜组包括至少两个负透镜和一个正透镜，所述第三子透镜组包括至少一个负透镜和两个正透镜。

进一步的，所述第一子透镜组包括3个镜片，其中1个非球面，所述第二子透镜组包括7个镜片，其中1个非球面，所述第三子透镜组包括7个镜片，其中2个非球面。

进一步的，所述第二透镜组的光线入射角小于38°。

进一步的，所述第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组采用具有良好内透过率和光学质量的熔石英制成。

本发明提供的基于高数值孔径的折反射式投影物镜，在第一透镜组相对的凹面镜之间设负弯月透镜，通过负弯月透镜产生的负光焦度补偿凹面反射面产生的正光焦度，有效校正一次成像时的场曲和色差，对第二透镜组的光线入射角度起到很好的约束作用，降低了镜片的最大口径，减少了非球面的数量，降低了光学系统的制造、加工成本和光学元件的检测难度。

附图说明

图1是现有投影物镜的结构示意图；

图2是本发明一实施例中基于高数值孔径的折反射式投影物镜的结构示意图。

图1中所示：G1’、第一透镜组；G2’、第二透镜组；G3’、第三透镜组；M1’-M2’、凹面反射镜。

图2中所示：G1、第一透镜组；G2、第二透镜组；G3、第三透镜组；G31、第一子透镜组；G32、第二子透镜组；G33、第三子透镜组；M1-M3、凹面镜；L1-L4、负弯月透镜；L11、负弯月透镜的前表面；OS、掩模；AS、光阑；IS、像平面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

如图2所示，本发明提供一种基于高数值孔径的折反射式投影物镜，用于将掩模OS上的图案成像到像平面IS上，适用于像方数值孔径大于0.93的传统光刻机和像方数值孔径大于1.35的浸没式光刻机，其沿光传播方向依次包括第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3，第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3同光轴且均采用具有良好内透过率和光学质量的熔石英制成，降低装调难度并提高了投影物镜的分辨率，第一透镜组G1的光焦度为正，第二透镜组G2、第三透镜组G3的光焦度均为负，分别对掩模OS上的图像进行一次成像、二次成像和三次成像，最终汇聚于像平面IS上，第一透镜组G1包括一对相对的凹面反射面，所述相对的凹面反射面分别指凹面镜M1和负弯月透镜L1的前表面L11的下半部分，相对的两个凹面反射面之间设有两个负弯月透镜L1、L2。通过负弯月透镜L1、L2产生的负光焦度补偿凹面反射面产生的正光焦度，有效校正一次成像中的场曲和色差，对第二透镜组G2的光线入射角度起到很好的约束作用，降低了镜片的最大口径，减少了非球面的数量，降低了光学系统的制造、加工成本和光学元件的检测难度。

优选的，所述第二透镜组G2包括一个正透镜和一对相对的凹面反射面，该相对的凹面反射面分别为凹面镜M2、M3，所述相对的凹面镜M2、M3之间设有至少有两个负弯月透镜L3、L4。通过负弯月透镜L3、L4产生的负光焦度补偿凹面镜M2、M3反射时产生的正光焦度，有效校正二次成像时的场曲和色差，同时通过第一透镜组G1对一次成像时场曲和色差的校正，使正透镜的光线入射角小于38°，从而控制正透镜的最大口径不超过250mm。

优选的，所述第三透镜组包括第一子透镜组G31、第二子透镜组G32、第三子透镜组G33，和一个光阑AS，所述光阑AS设于第二子透镜组G32和第三子透镜组G33之间；所述第一子透镜组G31包括至少一个负透镜和至少一个正透镜；所述第二子透镜组G32包括至少两个负透镜和一个正透镜；所述第三子透镜组G33包括至少一个负透镜和两个正透镜，通过正负透镜彼此分离，很好地校正了第三透镜组G3的色差和场曲。

优选的，所述第一透镜组G1包括5个镜片，其中1个非球面镜；所述第二透镜组G2包括7个镜片，其中1个非球面镜；所述第一子透镜组G31包括3个镜片，其中1个非球面，所述第二子透镜组G32包括7个镜片，其中1个非球面，所述第三子透镜组G33包括7个镜片，其中2个非球面，通过非球面以进一步平衡像差。整个系统仅设有6个非球面，大大减少了非球面的数量，降低了系统的使用成本。

本发明可干、湿两用，像方介质为干空气时，像方数值孔径可大于0.93，像方介质为水时，像方数值孔径可大于1.35。

本实施例中投影物镜结构参数参见表1，其中面序号是指光线从掩模OS到像平面IS经过的所有反射面和透射面，非球面系数参见表2。

表1

表2

非球面1

非球面2

非球面3

非球面4

非球面5

非球面6

K

0

A

1.5627E-08

-9.6967E-09

-9.9073E-08

-5.7746E-08

3.5145E-08

-6.2043E-08

B

6.7062E-13

1.9777E-12

3.2207E-12

9.8611E-13

-6.2683E-14

8.2897E-12

C

3.4062E-16

-2.0475E-16

1.0015E-15

-2.2196E-17

1.3421E-17

-4.2189E-16

D

-1.3068E-19

1.4099E-20

-9.8984E-20

1.4065E-20

-5.5896E-21

1.1320E-20

E

2.0316E-23

-6.7642E-25

1.1884E-23

-1.1284E-24

-1.2046E-25

1.9893E-25

F

-1.6488E-27

1.8831E-29

-5.1937E-28

1.3538E-28

2.8956E-29

-3.7571E-29

注：非球面计算公式如下：

其中，z为非球面的表面矢高，c为表面中心曲率半径，h为到中心的距离。k为圆锥曲线系数，A、B、C、D、E、F分别为4次、6次、8次、10次、12次、14次非球面系数。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于高数值孔径的折反射式投影物镜，用于将掩模上的图案成像到像平面上，其特征在于：包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，所述第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组同光轴，第一透镜组的光焦度为正，第二透镜组、第三透镜组的光焦度均为负，所述第一透镜组包括至少一对相对的凹面反射面，所述相对的凹面反射面之间设有至少两个负弯月透镜；所述第二透镜组包括至少一个正透镜和至少一对相对的凹面反射面，所述相对的凹面反射面之间设有至少有两个负弯月透镜；

其中，

所述第一透镜组包括5个镜片，其中1个非球面镜；

所述第二透镜组包括7个镜片，其中1个非球面镜；

所述第三透镜组包括第一子透镜组、第二子透镜组、第三子透镜组，和一个光阑，所述光阑设于第二子透镜组和第三子透镜组之间；

所述第一子透镜组包括至少一个负透镜和至少一个正透镜，所述第二子透镜组包括至少两个负透镜和一个正透镜，所述第三子透镜组包括至少一个负透镜和两个正透镜；

所述第一子透镜组包括3个镜片，其中1个非球面，所述第二子透镜组包括7个镜片，其中1个非球面，所述第三子透镜组包括7个镜片，其中2个非球面。

2.根据权利要求1所述的基于高数值孔径的折反射式投影物镜，其特征在于：所述第二透镜组的光线入射角小于38°。

3.根据权利要求1所述的基于高数值孔径的折反射式投影物镜，其特征在于：所述第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组采用熔石英制成。