CN111381346A - 一种光刻投影物镜 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种光刻投影物镜，所述光刻投影物镜包括沿光轴顺次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组，所述第一透镜组、所述第三透镜组均具有负光焦度，所述第二透镜组和所述第四透镜组具有正光焦度，所述第五透镜组的光焦度为0，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组的光焦度的和为0；所述光刻投影物镜还包括光阑；所述第一透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组均包括非球面透镜，一个所述非球面透镜包括一个非球面表面；所述非球面透镜的数量大于等于4且小于等于8。本发明实施例提供一种光刻投影物镜，以实现减少非球面透镜的数量，降低加工成本。

Description

一种光刻投影物镜
技术领域
本发明实施例涉及光刻技术，尤其涉及一种光刻投影物镜。
背景技术
光学光刻是一种用光将掩模图案投影复制的技术。集成电路就是由投影曝光装置制成的。借助于投影曝光装置，具有不同掩模图案的图形被成像至基底上，如硅片或LCD板，用于制造集成电路、薄膜磁头、液晶显示板，或微机电(MEMS)等一系列结构。过去数十年曝光设备技术水平不断发展，满足了更小线条尺寸，更大曝光面积，更高可靠性及产率，更低成本的需求。
高的成像性能要求光刻投影物镜能够实现较大的数值孔径(例如大于数值孔径0.5)，且成像的像差控制在合理的范围内，在一些应用场景中，高的成像性能还要求光刻投影物镜能够适用于较长波长(长波长例如大于等于193nm)，现有的光刻投影物镜在高的成像性能要求下需要使用较多的非球面透镜，加工成本高。
发明内容
本发明实施例提供一种光刻投影物镜，以实现减少非球面透镜的数量，降低加工成本。
本发明实施例提供一种光刻投影物镜，所述光刻投影物镜包括沿光轴顺次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组，所述第一透镜组、所述第三透镜组均具有负光焦度，所述第二透镜组和所述第四透镜组具有正光焦度，所述第五透镜组的光焦度为0，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组的光焦度的和为0；所述光刻投影物镜还包括光阑；
所述第一透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组均包括非球面透镜，一个所述非球面透镜包括一个非球面表面；所述非球面透镜的数量大于等于4且小于等于8。
可选地，所述第一透镜组以及所述第三透镜组中，所有所述非球面透镜的非球面偏离度均小于0.5mm；所述第四透镜组中存在至少一个非球面偏离度大于等于0.5mm的非球面透镜；或者，
所述第一透镜组以及所述第四透镜组中，所有所述非球面透镜的非球面偏离度均等于0.5mm；所述第三透镜组中存在至少一个非球面偏离度大于等于0.5mm的非球面透镜；
其中，非球面透镜的非球面偏离度为非球面透镜的非球面表面与最佳拟合球面之间的轴向距离。
可选地，所述第四透镜组中存在至少一个具有负光焦度的透镜。
可选地，所述第一透镜组中存在至少一个具有正光焦度的透镜。
可选地，所述第二透镜组包括多个具有正光焦度的透镜；所述第一透镜组中具有正光焦度的透镜的光焦度数值，小于所述第二透镜组中任一透镜的光焦度数值。
可选地，所述第一透镜组和所述第三透镜组均包括弯月透镜。
可选地，所述第一透镜组和所述第四透镜组共至少包括两个所述弯月透镜。
可选地，所述第三透镜组包括至少两个非球面透镜。
可选地，所述光阑位于所述第四透镜组中相邻的两个透镜之间。
可选地，所述第一透镜组包括3个透镜，所述第一透镜组的3个透镜中有2个非球面透镜；
所述第二透镜组包括4个透镜；
所述第三透镜组包括3个透镜，所述第三透镜组的3个透镜中有2个非球面透镜；
所述第四透镜组包括7个透镜，所述第四透镜组的7个透镜中有3个或者4个非球面透镜；
所述第五透镜组包括2个透镜。
可选地，所述第五透镜组中的任一透镜的入光面以及出光面均为平面。
可选地，所述第一透镜组包括变形镜片补偿器，所述变形镜片补偿器为所述第一透镜组中的一个透镜，所述变形镜片补偿器的径厚比的范围为9-10，径厚比为透镜的最大口径与厚度的比值；
所述变形镜片补偿器的第一表面的有效通光口径为φ1，所述变形镜片补偿器的第二表面的有效通光口径为φ2，所述变形镜片补偿器的第二表面位于所述变形镜片补偿器的第一表面与所述第二透镜组之间，φ2-φ1＞20mm。
可选地，所述光刻投影物镜适用于ArF准分子激光器发出的光，以及KrF准分子激光器发出的光。
可选地，所述光刻投影物镜的最大像方数值孔径为0.82。
可选地，所述光刻投影物镜的物像共轭距小于等于1100mm。
本发明实施例提供的光刻投影物镜包括五个透镜组，每个透镜组中包括至少两个透镜，并全部采用折射的方式实现对光线的控制。本发明实施例中的非球面透镜只具有一个非球面表面，有利于降低非球面透镜的制造和测量成本。且本发明实施例中非球面透镜的数量大于等于4小于等于8，使用了较少的非球面透镜，从而实现减少非球面透镜的数量，降低加工成本。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种光刻投影物镜的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的平行平板的光路示意图；
图3为图1中所示光刻投影物镜的视场内波像差分布图；
图4为图1中所示光刻投影物镜的视场质心畸变分布图；
图5为本发明实施例二提供的一种光刻投影物镜的结构示意图；
图6为图5中所示光刻投影物镜的视场内波像差分布图；
图7为图5中所示光刻投影物镜的视场质心畸变分布图；
图8为本发明实施例三提供的一种光刻投影物镜的结构示意图；
图9为图8中所示光刻投影物镜的视场内波像差分布图；
图10为图8中所示光刻投影物镜的视场质心畸变分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种光刻投影物镜的结构示意图，参考图1，光刻投影物镜包括沿光轴顺次排列的第一透镜组LG1、第二透镜组LG2、第三透镜组LG3、第四透镜组LG4和第五透镜组LG5，第一透镜组LG1、第三透镜组LG3均具有负光焦度，第二透镜组LG2和第四透镜组LG4具有正光焦度，第五透镜组LG5的光焦度为0，第一透镜组LG1、第二透镜组LG2、第三透镜组LG3、第四透镜组LG4和第五透镜组LG5的光焦度的和为0。第一透镜组LG1为光刻投影物镜的最前端(入射端，靠近物面)，第五透镜组LG5为光刻投影物镜的最后端(出射端，靠近像面)，腰部位于第三透镜组LG3内。第一透镜组LG1和第三透镜组LG3具有负光焦度，第一透镜组LG1和第三透镜组LG3可以主要包含具有负光焦度的负透镜。这些负光焦度的负透镜出现在光刻投影物镜光路中光斑口径相对较小的区域中，使得第一透镜组LG1和第三透镜组LG3能使用有效通光口径相对较小的透镜，而且有利于像差中场曲的矫正。光刻投影物镜可以为具有单个腰部的光学系统结构。腰部表示透镜口径收缩的位置，因此穿过相应透镜的光斑有效口径减小。本发明各实施例中透镜的口径指的是透镜的有效通光口径。
其中，光焦度等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。第一透镜组LG1、第二透镜组LG2、第三透镜组LG3、第四透镜组LG4和第五透镜组LG5的光焦度的和越接近0，第一透镜组LG1、第二透镜组LG2、第三透镜组LG3、第四透镜组LG4和第五透镜组LG5构成的双远心结构的远心误差越小。本发明实施例中第一透镜组LG1、第二透镜组LG2、第三透镜组LG3、第四透镜组LG4和第五透镜组LG5的光焦度的和为0，有利于降低高数值孔径的光刻投影物镜的像质矫正难度。光刻投影物镜还包括光阑AS，可以通过调节光阑AS来调节光刻投影物镜有效通光口径，因此可以通过调节光阑AS来调节光刻投影物镜的数值孔径，以适应不同的光刻投影物镜应用场景。
第一透镜组LG1、第三透镜组LG3和第四透镜组LG4均包括非球面透镜，一个非球面透镜包括一个非球面表面，该非球面透镜的另一个表面为球面或者平面。因为只具有一个非球面表面的非球面透镜加工检测难度要远远低于具有两个非球面表面的非球面透镜，因此设置非球面透镜包括一个非球面表面，降低了非球面透镜的制造和测量成本。非球面透镜的数量大于等于4且小于等于8。其中，非球面透镜为具有非球面的透镜。这里所用的术语“非球面”应理解为非球面表面与最佳拟合球面之间的最大轴向距离2μm以上的非球面表面。该定义用于排除具有期望变形的球形表面以及通常在透镜/投影光学系统的制造之后为了对像差进行校正而引入的非球面表面部分，这些像差通常是由于制造过程引起的而不是投影光学系统的具体设计所固有的。
本发明实施例提供的光刻投影物镜包括五个透镜组，每个透镜组中包括至少两个透镜，并全部采用折射的方式实现对光线的控制。本发明实施例中的非球面透镜只具有一个非球面表面，有利于降低非球面透镜的制造和测量成本。且本发明实施例中非球面透镜的数量大于等于4小于等于8，使用了较少的非球面透镜，从而实现减少非球面透镜的数量，降低加工成本。
可选地，本发明实施例提供的光刻投影物镜的最大像方数值孔径可以达到0.82，属于高数值孔径的光刻投影物镜。由于光刻投影物镜还包括光阑AS，因此可以通过调节光阑AS使光刻投影物镜的数值孔径实现0-0.82。
在紫外光刻领域，透镜的折射率随着波长变短而增加，例如：熔融石英材料在193nm波段下的折射率为1.56，在248nm波段下的折射率为1.508。在光刻投影物镜的数值孔径、视场和像差的要求固定时，长波长相对于短波长更难于实现。示例性地，本发明实施例提供的光刻投影物镜可以基于KrF准分子激光器发出的光(248nm)进行设计。因此本发明实施例提供的光刻投影物镜可以适用于KrF准分子激光器发出的光，即使用KrF准分子激光器发出的光来作为光刻投影物镜的曝光光束。在其他实施方式中，光刻投影物镜还可以适用于ArF准分子激光器发出的光，即使用ArF准分子激光器发出的光来作为光刻投影物镜的曝光光束。
可选地，参考图1，第一透镜组LG1以及第三透镜组LG3中，所有非球面透镜的非球面偏离度均小于等于0.5mm，第四透镜组LG4中存在至少一个非球面偏离度大于等于0.5mm的非球面透镜。其中，非球面透镜的非球面偏离度为非球面透镜的非球面表面与最佳拟合球面之间的轴向距离。最佳拟合球面可以为过非球面顶点和边缘的包络球。一方面，高度非球面透镜(高度非球面透镜为具有非球面偏离度大于等于0.5mm非球面表面的透镜)具有较好的像差矫正能力。另一方面，非球面偏离度越大的非球面，其制造以及检测难度越大；非球面偏离度越小的非球面，其制造以及检测难度越小。其中，检测难度主要体现在高精度的透镜表面面型干涉仪检测上所用于校正的计算全息(CGH)的设计和制造成本。高度非球面透镜的表面面型干涉仪检测上所用的计算全息的设计和制造成本非常高昂。在其他可选的实施方式中也可以为：第一透镜组LG1以及第三透镜组LG3中，所有非球面透镜的非球面偏离度均小于0.5mm，第四透镜组LG4中存在至少一个非球面偏离度大于等于0.5mm的非球面透镜。本发明实施例既保证了光刻投影物镜具有良好的像差矫正能力，又降低了光刻投影物镜中非球面透镜总体的制作成本。
示例性地，参考图1，第一透镜组LG1包括沿光轴顺次排列的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3。第三透镜组LG3包括沿光轴顺次排列的第八透镜8、第九透镜9和第十透明10。第八透镜8第九透镜9和第十透明10均为具有负光焦度的负透镜。第四透镜组LG4包括沿光轴顺次排列的第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13、第十四透镜14、第十五透镜15、第十六透镜16和第十七透镜17。第四透镜组LG4中的第十六透镜16为高度非球面透镜。第一透镜组LG1中的第一透镜1和第二透镜2、第三透镜组LG3中的第九透镜9、第十透镜10和第十一透镜11，以及第四透镜组LG4中的第十四透镜14的非球面偏离度小于0.5mm。
可选地，参考图1，第一透镜组LG1中存在至少一个具有正光焦度的透镜。由于第一透镜组LG1具有负光焦度，第一透镜组LG1主要包含具有负光焦度的负透镜。如果第一透镜组LG1中全部采用负光焦度的负透镜，则第一透镜组LG1不容易消除像差。本发明实施例中，通过在第一透镜组LG1中设置至少一个具有正光焦度的透镜，以更好地消除像差。
示例性地，参考图1，第一透镜1和第三透镜3为具有负光焦度的负透镜，第二透镜2为具有正光焦度的正透镜。
可选地，参考图1，第二透镜组LG2包括多个具有正光焦度的透镜，第一透镜组LG1中具有正光焦度的透镜的光焦度数值，小于第二透镜组LG2中任一透镜的光焦度数值。第一透镜组LG1中具有正光焦度的透镜的光焦度数值比较小，第一透镜组LG1中具有正光焦度的透镜不会对第一透镜组LG1以及光刻投影物镜的光焦度造成较大影响，从而起到微调的作用，有利于实现第一透镜组LG1、第二透镜组LG2、第三透镜组LG3、第四透镜组LG4和第五透镜组LG5的光焦度的和为0。
示例性地，参考图1，第二透镜组LG2包括沿光轴顺次排列的第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7，第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7均为具有正光焦度的正透镜。第二透镜2的光焦度小于第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7的光焦度。
可选地，参考图1，第四透镜组LG4中存在至少一个具有负光焦度的透镜。由于第四透镜组LG4具有正光焦度，第四透镜组LG4主要包含具有正光焦度的正透镜。如果第四透镜组LG4中全部采用正光焦度的正透镜，则第四透镜组LG4不容易消除像差。本发明实施例中，通过在第四透镜组LG4中设置至少一个具有负光焦度的透镜，以更好地消除像差。
示例性地，参考图1，第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13、第十五透镜15、第十六透镜16和第十七透镜17均为具有正光焦度的正透镜。第十四透镜14为具有负光焦度的负透镜。
可选地，参考图1，第一透镜组LG1和第三透镜组LG3均包括弯月透镜。弯月透镜一般由两个曲率半径较小，数值相差也很少的球面构成，弯月透镜呈现出新月形，用于像差的矫正。弯月透镜相对于普通的球面透镜来说，其加工难度大、加工成本高。第一透镜组LG1和第三透镜组LG3具有负光焦度，第一透镜组LG1和第三透镜组LG3中的透镜出现在光刻投影物镜光路中光斑口径相对较小的区域中，因此将弯月透镜设置于第一透镜组LG1和第三透镜组LG3中，有利于减小弯月透镜的口径，降低弯月透镜的加工难度和加工成本，从而降低光刻投影物镜的加工成本。
可选地，参考图1，第一透镜组LG1和第四透镜组LG4共至少包括两个弯月透镜。由于弯月透镜的加工难度和加工成本较高，本发明实施例中提供的光刻投影物镜中使用的弯月透镜的数量较少，因此可以降低光刻投影物镜的加工成本。
示例性地，参考图1，第一透镜组LG1中的第三透镜3为弯月透镜，第四透镜组LG4中的第十四透镜14为弯月透镜。
进一步地，本发明实施例中采用的弯月透镜还可以满足：弯月透镜的同心度小于100mm，其中，弯月透镜的同心度为弯月透镜的两个表面的球心点之间的距离。首先，弯月透镜由于前表面(前表面为球面)对应的球心和后表面(后表面为球面)对应的球心非常靠近，所以其光焦度非常小，弯月透镜的中心视场光线和边缘视场光线能形成光程差，从而弯月透镜可以实现例如场曲或高级像差等的校正。另外，在弯月透镜的加工过程中，由于前表面对应的球心和后表面对应的球心非常靠近，不利于光学定心，透镜的定心磨边工艺性不好。本发明实施例提供的弯月透镜的同心度小于100mm，
既可以实现对像差的校正，又能够保证弯月透镜的加工工艺性能。
可选地，参考图1，第三透镜组LG3包括至少两个非球面透镜。由于第一透镜组LG1具有正光焦度，第二透镜组LG2具有正光焦度，第三透镜组LG3具有负光焦度，第四透镜组LG4具有正光焦度，这种设置使得光刻投影物镜的腰部位于第三透镜组LG3内，第三透镜组LG3中的透镜具有较小的口径，因此可以在第三透镜组LG3内设置至少两个非球面透镜，从而减小非球面透镜的口径，降低非球面透镜的加工难度和检测难度，从而降低光刻投影物镜的加工成本。
示例性地，参考图1，第三透镜组LG3中，第八透镜8和第十透镜10为非球面透镜。
可选地，参考图1，光刻投影物镜还包括光阑AS，光阑AS位于第四透镜组LG4中相邻的两个透镜之间。第四透镜组LG4具有正光焦度，第四透镜组LG4中包括整个光刻投影物镜中口径最大的透镜，透镜的口径指的是有效通光口径。将光阑AS位于第四透镜组LG4中，光阑AS与口径最大的透镜距离较近，有利于调节光刻投影物镜的数值孔径。
示例性地，光刻投影物镜中口径最大的透镜为第四透镜组LG4中的第十三透镜13，光阑AS位于第四透镜组LG4中，且位于第十三透镜13与第十四透镜14之间，将光阑AS设置于第四透镜组LG4中，且光阑AS位于光刻投影物镜中口径最大的透镜和与光刻投影物镜中口径最大的透镜邻近的透镜之间，光阑AS与口径最大的透镜距离最近(光阑AS与第十三透镜13之间无其他透镜)，进一步地提高了调节光刻投影物镜的数值孔径的便捷性。可以理解的是，可以通过光阑AS来调节光刻投影物镜的数值孔径，本发明实施例中光刻投影物镜的数值孔径为NA，并满足：0.5≤NA≤0.82。
图2为本发明实施例提供的平行平板的光路示意图，参考图1和图2，第五透镜组LG5中的任一透镜的入光面以及出光面均为平面。也就是说，第五透镜组LG5中的透镜均为平行平板，例如可以采用平板玻璃，第五透镜组LG5中任一透镜的光焦度为0。这样设计的优点在于，在保证像差最小的同时，最大限度地减小光刻投影物镜最后端的光束口径，从而使光刻投影物镜靠近像面的最后端的元器件的尺寸更小、更紧凑。
示例性地，参考图2，第一光线L1以及第二光线L2在未放置平板玻璃P时按照图2中虚线传播，并于点A交叉；第一光线L1以及第二光线L2在放置平板玻璃P时照射到平板玻璃P的一侧表面，并在平板玻璃P的一侧表面处发生折射，然后在平板玻璃P中继续传播，然后在平板玻璃P的另一侧表面处发生折射，然后继续在空气中传播，并于点B交叉。由于平行玻璃P的折射作用，点A与平板玻璃P之间的距离D1，点B与平板玻璃P之间的第二距离D2，D1＞D2。将第一光线L1与第二光线L2看做是一光束的边缘时，容易看出：平板玻璃P的存在减小了光束口径。
可选地，参考图1，第一透镜组LG1包括变形镜片补偿器，变形镜片补偿器为第一透镜组LG1中的一个透镜，变形镜片补偿器的径厚比为9-10，即变形镜片补偿器的径厚比可以为9：1到10：1中的任一数值，且包括端点值9：1和10：1。变形镜片补偿器的第一表面的有效通光口径为φ1，变形镜片补偿器的第二表面的有效通光口径为φ2，变形镜片补偿器的第二表面位于变形镜片补偿器的第一表面与第二透镜组LG2之间，φ2-φ1＞20mm。变形镜片补偿器的第一表面也可以称为变形镜片补偿器的前表面，变形镜片补偿器的第二表面也可以称为变形镜片补偿器的后表面。本发明实施例提供的变形镜片补偿器，其第一表面和第二表面的有效通光口径差异较大，且径厚比的范围为9-10，可以补偿光刻投影物镜中其他透镜在使用过程中发生的形变，从而保证光刻投影物镜的正常使用。其中，径厚比为透镜的最大口径与厚度的比值。示例性地，透镜的前表面的口径小于该透镜的后表面的口径，则该透镜的径厚比为该透镜的后表面的口径与厚度的比值。
示例性地，参考图1，第一透镜组LG中的第一透镜1为变形镜片补偿器。
示例性地，参考图1，本发明实施例提供一种光刻投影物镜，第一透镜组LG1包括3个透镜，第一透镜组LG1包括沿光轴顺次排列的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3。第一透镜1和第三透镜3为具有负光焦度的负透镜，第二透镜2为具有正光焦度的正透镜。第一透镜组LG1的3个透镜中有2个非球面透镜，第一透镜组LG1中的第一透镜1与第二透镜2为非球面透镜。第二透镜组LG2包括4个透镜。第二透镜组LG2包括沿光轴顺次排列的第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7，第二透镜组LG2中的透镜全部为具有正光焦度的正透镜。第二透镜组LG2中无非球面透镜。第三透镜组LG3包括3个透镜，第三透镜组LG3包括沿光轴顺次排列的第八透镜8、第九透镜9和第十透明10。第三透镜组LG3中的透镜全部为具有负光焦度的负透镜。第三透镜组LG3的3个透镜中有2个非球面透镜，第八透镜8和第十透明10为非球面透镜。第四透镜组包括7个透镜，第四透镜组LG4包括沿光轴顺次排列的第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13、第十四透镜14、第十五透镜15、第十六透镜16和第十七透镜17。第十四透镜14为具有负光焦度的负透镜，第四透镜组LG4中除第十四透镜14外的其他透镜为具有正光焦度的正透镜。第四透镜组LG4的7个透镜中有3个非球面透镜。第十一透镜11、第十四透镜14和第十六透镜16为非球面透镜。第五透镜组LG5包括2个透镜。第五透镜组LG5包括沿光轴顺次排列的第十八透镜18和第十九透镜19，第十八透镜18和第十九透镜19的光焦度均为0，第十八透镜18和第十九透镜19可以为平板玻璃。本发明实施例提供的光刻投影物镜的数值孔径可以达到0.82，成像光束的波长可以为248.3271nm，波长带宽为0.35pm，倍率为-1/4，像方半视场高度为54.6mm，透镜最大口径为274mm，最大非球面透镜口径为255mm，非球面透镜数量为7个，透镜数量为19个。非球面平均偏离度为0.21mm，非球面最大偏离度为0.46mm，像方远心为1.1微弧度，非球面平均斜率为0.019，非球面最大斜率为0.034，最大光线角度为50度，波像差RMS(场内均值)为0.0073个波长，畸变(场内均值)为1.5nm，变形镜片补偿器的径厚比为9：1，光刻投影物镜在距离像面66mm处最大(本发明实施例以距离像面66mm为例进行解释说明，在其他实施方式中，还可以选择其他位置来比较不同光刻投影物镜的有效通光口径)的有效通光口径为127.5mm。现有技术中，光刻投影物镜距离像面66mm处的有效通光口径通常在170mm左右，本发明实施例提供的光刻投影物镜具有更小的底部尺寸，从而为其他部件的布局留出更多的空间。在本发明实施例提供的光刻投影物镜的实际使用场景中，较小的底部尺寸能为调焦调平装置等部件留出更多空间，从而本发明实施例提供的光刻投影物镜能应用于包括两个工件台的光刻机中，包括两个工件台的光刻机相对于仅包括一个工件台的光刻机而言，由于可以对两个工件台上的工件实现光刻，提高了光刻机的工作效率。可选地，光刻投影物镜的物像共轭距小于等于1100mm。物像共轭距为光刻投影的物平面与像平面之间的距离。现有技术中，光刻投影物镜的物像共轭距通常在1250mm左右，本发明实施例提供的光刻投影物镜具有更小的物像共轭距，从而可以缩短光刻投影物镜的长度。
表1光刻投影物镜的一种具体设计值
Figure BDA0001932517590000141
Figure BDA0001932517590000151
表1示出了光刻投影物镜的一种具体设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本发明实施例的限制。表1中示出的光刻投影物镜可以为图1中所示。一个透镜一般包括两个表面，每一个表面为一个折射面。表1中的序号根据各个透镜的表面来进行编号。其中，序号“1”表示物面，序号“41”表示像面，序号“28”表示光阑。正的半径值表示曲率中心在表面靠近像面一侧，负的半径值代表曲率中心在表面靠近物面一侧。“厚度”一栏中的数值表示当前表面到下一个表面的轴上距离。折射率是在中心波长为248.3271nm时的折射率。透镜材料可以为熔融二氧化硅材料，表示为’Silica’，“透镜材料”一栏中的空格表示空气。“折射率”一栏中的空格表示空气的折射率。熔融二氧化硅材料的折射率为相对于空气的折射率。
本发明示例性实施方式中，非球面可以用Q-type非球面多项式表示。Q-type非球面多项式为：
Figure BDA0001932517590000161
其中，z为表面Z向的轴向矢高，cbfs为最佳拟合球面的曲率，
Figure BDA0001932517590000162
x和y的对角线上的径向距离，x和y分别为X向和Y向的坐标值，X向、Y向和Z向符合笛卡尔坐标系，k为最佳拟合圆锥的圆锥系数，u为归一化径向距离，am为多项式系数，
Figure BDA0001932517590000164
为以am为系数的m阶正交化jacobi多项式。
表2光刻投影物镜中非球面的一种具体设计值
Figure BDA0001932517590000163
Figure BDA0001932517590000171
表2为光刻投影物镜中非球面的一种具体设计值，表2中的“表面2”、“表面4”、“表面17”、“表面20”、“表面22”、“表面29”和“表面34”与表1中的序号“2”、“4”、“17”、“20”、“22”、“29”和“34”一一对应。表2中未给出的Q-type非球面多项式中对应的参数为本领域公知。表2“参数”一栏中的各个参数与Q-type非球面多项式相一致。
图3为图1中所示光刻投影物镜的视场内波像差分布图，参考图1和图3，像差已消除，视场内成像良好。
图4为图1中所示光刻投影物镜的视场质心畸变分布图，参考图1和图4，畸变已消除，视场内成像良好。其中，图3和图4的横坐标为X物方视场高度，表示的是物方视场在X方向高度，横坐标的单位是mm，图3和图4的纵坐标为Y物方视场高度，表示的是物方视场在Y方向高度，纵坐标的单位是mm。
实施例二
图5为本发明实施例二提供的一种光刻投影物镜的结构示意图，实施例二中与实施例一相同之处在此不再赘述，图5中的附图标记与图1中的附图标记相一致，相同之处在此也不再赘述，参考图5，第一透镜组LG1包括3个透镜，第一透镜组LG1包括沿光轴顺次排列的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3。第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3均为具有负光焦度的负透镜。第一透镜组LG1的3个透镜中有2个非球面透镜，第一透镜组LG1中的第一透镜1与第三透镜3为非球面透镜。第二透镜组LG2包括4个透镜。第三透镜组LG3包括3个透镜。第三透镜组LG3的3个透镜中有2个非球面透镜。第四透镜组包括7个透镜，第四透镜组LG4包括沿光轴顺次排列的第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13、第十四透镜14、第十五透镜15、第十六透镜16和第十七透镜17。第十五透镜15为具有负光焦度的负透镜，第四透镜组LG4中除第十五透镜15外的其他透镜为具有正光焦度的正透镜。第四透镜组LG4的7个透镜中有4个非球面透镜。第十一透镜11、第十二透镜12、第十五透镜15和第十七透镜17为非球面透镜。第五透镜组LG5包括2个透镜。本发明实施例提供的光刻投影物镜的数值孔径可以达到0.82，成像光束的波长可以为248.3271nm，波长带宽为0.35pm，倍率为-1/4，像方半视场高度为54.4mm，透镜最大口径为281mm，最大非球面透镜口径为237mm，非球面透镜数量为8个，透镜数量为19个。非球面平均偏离度为0.29mm，非球面最大偏离度为0.44mm，像方远心为0.9微弧度，非球面平均斜率为0.03，非球面最大斜率为0.045，最大光线角度为51.2度，波像差RMS(场内均值)为0.0045个波长，畸变(场内均值)为1.6nm，变形镜片补偿器的径厚比为9：1，光刻投影物镜在距离像面66mm处最大的有效通光口径为128.9mm。
表3光刻投影物镜的另一种具体设计值
Figure BDA0001932517590000181
Figure BDA0001932517590000191
表3示出了光刻投影物镜的另一种具体设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本发明实施例的限制。表3中示出的光刻投影物镜可以为图5中所示。一个透镜一般包括两个表面，每一个表面为一个折射面。表3中的序号根据各个透镜的表面来进行编号。其中，序号“1”表示物面，序号“41”表示像面，序号“27”表示光阑。正的半径值表示曲率中心在表面靠近像面一侧，负的半径值代表曲率中心在表面靠近物面一侧。“厚度”一栏中的数值表示当前表面到下一个表面的轴上距离。折射率是在中心波长为248.3271nm时的折射率。透镜材料可以为熔融二氧化硅材料，表示为'FS_22_N2'，“透镜材料”一栏中的空格表示氮气。“透镜材料”一栏中的'A_22_N2'表示空气。“折射率”一栏中的空格表示氮气的折射率。熔融二氧化硅材料的折射率为相对于氮气的折射率。由于实施二中熔融二氧化硅材料的折射率为相对于氮气的折射率，而实施例一种熔融二氧化硅材料的折射率为相对于空气的折射率，为了区分，实施例二中使用了与实施例一不同的标记来表示。
本发明示例性实施方式中，非球面可以用普通非球面多项式表示，具体为：
Figure BDA0001932517590000201
其中，z为表面Z向的轴向矢高，
Figure BDA0001932517590000202
x和y的对角线上的径向距离，x和y分别为X向和Y向的坐标值，X向、Y向和Z向符合笛卡尔坐标系，k为最佳拟合圆锥的圆锥系数，c为最佳拟合球面的曲率。A,B,C,D,E,F,G,H,J为非球面系数。
表4光刻投影物镜中非球面的另一种具体设计值
Figure BDA0001932517590000203
Figure BDA0001932517590000211
表4为光刻投影物镜中非球面的另一种具体设计值，表4中的“表面2”、“表面5”、“表面16”、“表面19”、“表面21”、“表面23”、“表面31”和“表面35”与表3中的序号“2”、“5”、“16”、“19”、“21”、“23”、“31”和“35”一一对应。
图6为图5中所示光刻投影物镜的视场内波像差分布图，参考图5和图6，像差已消除，视场内成像良好。
图7为图5中所示光刻投影物镜的视场质心畸变分布图，参考图5和图7，畸变已消除，视场内成像良好。其中，图6和图7的横坐标为X物方视场高度，表示的是物方视场在X方向高度，横坐标的单位是mm，图6和图7的纵坐标为Y物方视场高度，表示的是物方视场在Y方向高度，纵坐标的单位是mm。
实施例三
图8为本发明实施例三提供的一种光刻投影物镜的结构示意图，实施例三中与实施例一相同之处在此不再赘述，图8中的附图标记与图1中的附图标记相一致，相同之处在此也不再赘述。
本发明实施例提供的光刻投影物镜的数值孔径可以达到0.82，成像光束的波长可以为248.3271nm，波长带宽为0.35pm，倍率为-1/4，像方半视场高度为54.6mm，透镜最大口径为272mm，最大非球面透镜口径为227mm，非球面透镜数量为4个，透镜数量为19个。非球面平均偏离度为0.43mm，非球面最大偏离度为0.59mm，波像差RMS(场内均值)为0.0167个波长，畸变(场内均值)为0.3nm，光刻投影物镜在距离像面66mm处最大的有效通光口径126.9mm。
表5光刻投影物镜的另一种具体设计值
Figure BDA0001932517590000221
Figure BDA0001932517590000231
表5示出了光刻投影物镜的另一种具体设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本发明实施例的限制。表5中示出的光刻投影物镜可以为图8中所示。一个透镜一般包括两个表面，每一个表面为一个折射面。表5中的序号根据各个透镜的表面来进行编号。其中，序号“1”表示物面，序号“40”表示像面，序号“28”表示光阑。正的半径值表示曲率中心在表面靠近像面一侧，负的半径值代表曲率中心在表面靠近物面一侧。“厚度”一栏中的数值表示当前表面到下一个表面的轴上距离。折射率是在中心波长为248.3271nm时的折射率。透镜材料可以为熔融二氧化硅材料，表示为’Silica’，“透镜材料”一栏中的空格表示空气。“折射率”一栏中的空格表示空气的折射率。熔融二氧化硅材料的折射率为相对于空气的折射率。
实施例三中非球面用Q-type非球面多项式表示，非球面多项式表示和定义与实施例一相同之处在此不再赘述，详见实施例一中关于非球面Q-type非球面多项式表示和定义。
表6光刻投影物镜中非球面的另一种具体设计值
Figure BDA0001932517590000241
表6为光刻投影物镜中非球面的另一种具体设计值，表6中的“表面2”、“表面5”、“表面20”和“表面34”与表5中的序号“2”、“5”、“20”和“34”一一对应。表6中未给出的Q-type非球面多项式中对应的参数为本领域公知。表6“参数”一栏中的各个参数与Q-type非球面多项式相一致。
图9为图8中所示光刻投影物镜的视场内波像差分布图，参考图8和图9，像差已消除，视场内成像良好。
图10为图8中所示光刻投影物镜的视场质心畸变分布图，参考图8和图10，畸变已消除，视场内成像良好。其中，图9和图10的横坐标为X物方视场高度，表示的是物方视场在X方向高度，横坐标的单位是mm，图3和图4的纵坐标为Y物方视场高度，表示的是物方视场在Y方向高度，纵坐标的单位是mm。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种光刻投影物镜，其特征在于，所述光刻投影物镜包括沿光轴顺次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组，所述第一透镜组、所述第三透镜组均具有负光焦度，所述第二透镜组和所述第四透镜组具有正光焦度，所述第五透镜组的光焦度为0，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组的光焦度的和为0；所述光刻投影物镜还包括光阑；
所述第一透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组均包括非球面透镜，一个所述非球面透镜包括一个非球面表面；所述非球面透镜的数量大于等于4且小于等于8。
2.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述第一透镜组以及所述第三透镜组中，所有所述非球面透镜的非球面偏离度均小于0.5mm；所述第四透镜组中存在至少一个非球面偏离度大于等于0.5mm的非球面透镜；或者，
所述第一透镜组以及所述第四透镜组中，所有所述非球面透镜的非球面偏离度均小于0.5mm；所述第三透镜组中存在至少一个非球面偏离度大于等于0.5mm的非球面透镜；
其中，非球面透镜的非球面偏离度为非球面透镜的非球面表面与最佳拟合球面之间的轴向距离。
3.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述第四透镜组中存在至少一个具有负光焦度的透镜。
4.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述第一透镜组中存在至少一个具有正光焦度的透镜。
5.根据权利要求4所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述第二透镜组包括多个具有正光焦度的透镜；所述第一透镜组中具有正光焦度的透镜的光焦度数值，小于所述第二透镜组中任一透镜的光焦度数值。
6.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述第一透镜组和所述第三透镜组均包括弯月透镜。
7.根据权利要求6所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述第一透镜组和所述第四透镜组共至少包括两个所述弯月透镜。
8.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述第三透镜组包括至少两个非球面透镜。
9.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述光阑位于所述第四透镜组中相邻的两个透镜之间。
10.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述第一透镜组包括3个透镜，所述第一透镜组的3个透镜中有2个非球面透镜；
所述第二透镜组包括4个透镜；
所述第三透镜组包括3个透镜，所述第三透镜组的3个透镜中有2个非球面透镜；
所述第四透镜组包括7个透镜，所述第四透镜组的7个透镜中有3个或者4个非球面透镜；
所述第五透镜组包括2个透镜。
11.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述第五透镜组中的任一透镜的入光面以及出光面均为平面。
12.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述第一透镜组包括变形镜片补偿器，所述变形镜片补偿器为所述第一透镜组中的一个透镜，所述变形镜片补偿器的径厚比的范围为9-10，径厚比为透镜的最大口径与厚度的比值；
所述变形镜片补偿器的第一表面的有效通光口径为φ1，所述变形镜片补偿器的第二表面的有效通光口径为φ2，所述变形镜片补偿器的第二表面位于所述变形镜片补偿器的第一表面与所述第二透镜组之间，φ2-φ1＞20mm。
13.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述光刻投影物镜适用于ArF准分子激光器发出的光，以及KrF准分子激光器发出的光。
14.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述光刻投影物镜的最大像方数值孔径为0.82。
15.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于，所述光刻投影物镜的物像共轭距小于等于1100mm。
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