CN117369084A - 投影光刻物镜及光刻机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种投影光刻物镜及光刻机。其中，所述投影光刻物镜中的第一镜组、第三镜组和第五镜组的组合光焦度均为负值；第二镜组、第四镜组和第六镜组的组合光焦度均为正值；其中，第三镜组中至少一个透镜面呈非球面，第五镜组中至少两个透镜面呈非球面，第六镜组中至少一个透镜面呈非球面；且呈非球面的透镜面朝向物面设置。显然，本发明可实现减少非球面镜片的使用数量，即在第三镜组和第六镜组中仅仅具有一个非球面，以及在第五镜组中仅具有两个非球面的情况下，通过四个非球面的设置同样可以实现高分辨率的大视场曝光，不仅可以降低制备成本、生产周期和工艺难度，还减少了整个系统镜片总数，缩小物镜总长度，使得整体结构更为简单。
Description
技术领域
本发明涉及光刻机制造技术领域，特别涉及一种投影光刻物镜及光刻机。
背景技术
光学曝光装置，又称为光刻机，是利用光学投影成像的原理将掩模版上集成电路(Integrated circuit,IC)图形以分布重复或扫描的方式转移至涂胶硅片上，由此来制备半导体器件。但随着市场需求量的增加，以及集成电路器件集成度的不断提高，对光刻的精度要求和产量要求也越来越高。因此，在高产率的前提下，提高光刻物镜的分辨率成为本领域的技术难题之一。
众所周知，提高光刻的分辨率可以通过缩短波长、增大数值孔径(NA)、降低工艺因子等途径来实现。高产率可采用大的投影物镜曝光视场来实现。然而，采用大数值孔径实现大视场在投影光学系统很难实现。因为光学系统按类别可分为高数值孔径小视场和低数值孔径大视场光学系统，如果要同时实现高数值孔径和大视场，设计难度将会呈指数增加。另外，在投影曝光的纯折射光学系统中，类似于对像差进行校准的各种需求，会随数值孔径或视场的增大而增大。并且投影光学系统的重量和尺寸往往会随着这些系统的数值孔径和视场的增大而增大，同时还会增加投影物镜的成本。
对此，现有技术将非球面引入至光刻物镜中。非球面技术最早追溯到17世纪首次被用于反射式望远镜中校正球差，但是也只在19世纪90年代后，日系光学企业的工艺改良和超精密的计算机数控加工设备的引入才进入全盛时期。而在光刻光学领域，早期由于非球面加工和测量技术还达不到光刻光学透镜的要求，光刻物镜都采用全球面设计，透镜使用数量非常多，导致整个镜头复杂且总体透过率偏低。二十世纪末期二十一世纪初，非球面技术的基本达到成熟，才非球面引入至光刻物镜。因非球面相比于球面增加了优化的自由度，则一片非球面原理上可以代替2-3片球面镜片的像差矫正效果，故可以大幅度压缩镜头尺寸、减少镜片数量和降低结构的复杂度，同时还可以增大视场，提高透过率。然而，高偏离度的非球面镜片不但加工和测量难度大，工艺实现困难，而且成本高昂，加工周期长。
除此之外，现阶段在制的前道i-line物镜视场较小，只能通过扫描式曝光实现26mmx33mm视场，而不能用于步进式曝光直接实现26mmx33mm视场。因此，需要一种新的投影光刻物镜，以在保证高分辨率和大视场曝光的前提下，减少非球面镜片的使用数量，降低制备成本和生产周期，以及缩小尺寸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投影光刻物镜及光刻机，以解决如何在保证高分辨率和大视场曝光的前提下，减少非球面镜片的使用数量，降低制备成本和生产周期，以及缩小尺寸的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种投影光刻物镜，包括：沿光路依次设置的第一镜组、第二镜组、第三镜组、第四镜组、第五镜组以及第六镜组，且所述第一镜组、所述第三镜组和所述第五镜组的组合光焦度均为负值；所述第二镜组、所述第四镜组和所述第六镜组的组合光焦度均为正值；
其中，所述第三镜组中至少一个透镜面呈非球面，所述第五镜组中至少两个透镜面呈非球面，所述第六镜组中至少一个透镜面呈非球面；且呈非球面的所述透镜面朝向物面设置。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，
所述第一镜组的组合光焦度范围为：
所述第二镜组的组合光焦度范围为：
所述第三镜组的组合光焦度范围为：
所述第四镜组的组合光焦度范围为：
所述第五镜组的组合光焦度范围为：
所述第六镜组的组合光焦度范围为：
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述投影光刻物镜为三腰双凸结构；其中，所述第一镜组、所述第三镜组和所述第五镜组的形貌呈凹陷状；所述第二透镜和所述第四透镜形貌呈凸出状。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第一镜组包括第一透镜，且所述第一透镜为弯月负透镜。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第二镜组包括沿光路设置的第二透镜、第三透镜和第四透镜；且所述第二透镜为弯月正透镜，所述第三透镜和所述第四透镜均为双凸正透镜。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第三镜组包括沿光路设置的第五透镜、第六透镜和第七透镜；且所述第五透镜为弯月负透镜，所述第六透镜和所述第七透镜均为双凹负透镜。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第五透镜朝向物面的一侧呈非球面。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第四镜组包括沿光路设置的第八透镜、第九透镜和第十透镜；且所述第八透镜和所述第九透镜均为双凸正透镜，所述第十透镜为平凸正透镜。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第五镜组包括沿光路设置的第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜；且所述第十一透镜和所述第十二透镜均为双凹负透镜，所述第十三透镜为弯月负透镜。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第十一透镜和所述第十二透镜朝向物面的一侧呈非球面。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第六透镜包括沿光路设置的第十四透镜、第十五透镜、第十六透镜、第十七透镜、第十八透镜、第十九透镜、第二十透镜、第二十一透镜和第二十二透镜；且所述第十四透镜、所述第十五透镜、所述第十六透镜、所述第十八透镜和所述第十九透镜均为双凸正透镜，所述第二十透镜为双凹负透镜，所述第二十一透镜和所述第二十二透镜均为弯月正透镜。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第十七透镜为双凹负透镜，所述第二十透镜为弯月负透镜，所述第二十二透镜朝向物面的一侧呈非球面。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第十七透镜为弯月负透镜，所述第二十透镜为双凹负透镜，所述第二十一透镜和所述第二十二透镜朝向物面的一侧均呈非球面。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述第六镜组还包括孔径光阑，且所述第十五透镜和所述第十六透镜关于所述孔径光阑呈对称分布。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述投影光刻物镜还包括物面平板和像面平板；其中，所述物面平板的一侧靠近物面，且相对的另一侧靠近所述第一镜组；所述像面平板的一侧靠近像面，且相对的另一侧靠近所述第六镜组。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述投影光刻物镜的像方数值孔径小于或等于0.57。
可选的，在所述的投影光刻物镜中，所述投影光刻物镜中的正透镜的材质包括火石玻璃，负透镜的材质包括冕牌玻璃。
基于同一发明构思，本发明提供一种光刻机，包括所述的投影光刻物镜。
综上所述，本发明提供一种投影光刻物镜及光刻机。其中，所述投影光刻物镜包括：沿光路依次设置的第一镜组、第二镜组、第三镜组、第四镜组、第五镜组以及第六镜组，且所述第一镜组、所述第三镜组和所述第五镜组的组合光焦度均为负值；所述第二镜组、所述第四镜组和所述第六镜组的组合光焦度均为正值；其中，所述第三镜组中至少一个透镜面呈非球面，所述第五镜组中至少两个透镜面呈非球面，所述第六镜组中至少一个透镜面呈非球面；且呈非球面的所述透镜面朝向物面设置。显然，本发明可实现减少非球面镜片的使用数量，即在所述第三镜组和所述第六镜组中仅仅具有一个非球面，以及在所述第五镜组中仅具有两个非球面的情况下，通过四个非球面的设置同样可以实现高分辨率的大视场曝光，不仅可以降低制备成本、生产周期和工艺难度，还减少了整个系统镜片总数，缩小物镜总长度，使得整体结构更为简单。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种投影光刻物镜的结构示意图；
图2为本发明实施例中的第一次仿真测试中的像面波像差分布图；
图3为本发明实施例中的第一次仿真测试中的畸变像面分布图；
图4为本发明实施例中的第一次仿真测试中的色差曲线图；
图5为本发明实施例中的第一次仿真测试中的色球差场曲畸变曲线图；
图6为本发明实施例中的第一次仿真测试中的像差曲线图；
图7为本发明实施例中的一种投影光刻物镜的结构示意图；
图8为本发明实施例中的第二次仿真测试中的像面波像差分布图；
图9为本发明实施例中的第二次仿真测试中的畸变像面分布图；
图10为本发明实施例中的第二次仿真测试中的色差曲线图；
图11为本发明实施例中的第二次仿真测试中的色球差场曲畸变曲线图；
图12为本发明实施例中的第二次仿真测试中的像差曲线图；
图13为本发明实施例中的第三次仿真测试中的像面波像差分布图；
图14为本发明实施例中的第三次仿真测试中的畸变像面分布图；
图15为本发明实施例中的第三次仿真测试中的色差曲线图；
图16为本发明实施例中的第三次仿真测试中的色球差场曲畸变曲线图；
图17为本发明实施例中的第三次仿真测试中的像差曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
请参阅图1，本实施例提供一种投影光刻物镜，包括：沿光路依次设置的第一镜组G1、第二镜组G2、第三镜组G3、第四镜组G4、第五镜组G5以及第六镜组G6，且所述第一镜组G1、所述第三镜组G3和所述第五镜组G5的组合光焦度均为负值；所述第二镜组G2、所述第四镜组G4和所述第六镜组G6的组合光焦度均为正值；其中，所述第三镜组G3中至少一个透镜面呈非球面，所述第五镜组G5中至少两个透镜面呈非球面，所述第六镜组G6中至少一个透镜面呈非球面；且呈非球面的所述透镜面朝向物面设置。显然，本实施例可实现减少非球面镜片的使用数量，即在所述第三镜组G3和所述第六镜组G6中仅仅具有一个非球面，以及在所述第五镜组G5中仅具有两个非球面的情况下，通过四个非球面的设置同样可以实现高分辨率的大视场曝光，不仅可以降低制备成本、生产周期和工艺难度，还减少了整个系统镜片总数，缩小物镜总长度，使得整体结构更为简单。
进一步的，所述第一镜组G1的组合光焦度范围为：
所述第二镜组G2的组合光焦度范围为：
所述第三镜组G3的组合光焦度范围为：
所述第四镜组G4的组合光焦度范围为：
所述第五镜组G5的组合光焦度范围为：
所述第六镜组G6的组合光焦度范围为：
其中，光焦度(focal power)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。当光焦度值为正值时，光线的屈折呈汇聚性。当光焦度值为负值时，则光线的屈折呈扩散性。基于此，所述投影光刻物镜为三腰双凸结构；其中，所述第一镜组G1、所述第三镜组G3和所述第五镜组G5的形貌呈凹陷状，即为腰部；所述第二透镜3和所述第四透镜5形貌呈凸出状，即为凸出部。本实施例通过增加腰部的数量来降低大视场下的场曲像差，实现物像空间的双远心下的高性能成像。
进一步的，所述第一镜组G1、所述第三镜组G3和所述第五镜组G5中的透镜均为负透镜，所述第二镜组G2、所述第四镜组G4和所述第六镜组G6中的透镜均为正透镜。所述第一镜组G1包括第一透镜2。可选的，所述第一透镜2为弯月负透镜。所述第二镜组G2包括沿光路设置的第二透镜3、第三透镜4和第四透镜5。可选的，所述第二透镜3为弯月正透镜，所述第三透镜4和所述第四透镜5均为双凸正透镜。所述第三镜组G3包括沿光路设置的第五透镜6、第六透镜7和第七透镜8。可选的，所述第五透镜6为弯月负透镜，所述第六透镜7和所述第七透镜8均为双凹负透镜。其中，所述第五透镜6朝向物面的一侧呈非球面。因非球面相比于球面增加了优化的自由度，则一片非球面原理上可以代替2-3片球面镜片的像差矫正效果，故在调整像差上，一片非球面镜片可替代多片球面镜片，以大幅度压缩镜头尺寸、减少镜片数量和降低结构的复杂度，同时还可以增大视场，提高透过率。
所述第四镜组G4包括沿光路设置的第八透镜9、第九透镜10和第十透镜11。可选的，所述第八透镜9和所述第九透镜10均为双凸正透镜，所述第十透镜11为平凸正透镜。所述第五镜组G5包括沿光路设置的第十一透镜12、第十二透镜13和第十三透镜14。可选的所述第十一透镜12和所述第十二透镜13均为双凹负透镜，所述第十三透镜14为弯月负透镜。其中，所述第十一透镜12和所述第十二透镜13朝向物面的一侧呈非球面，以大幅度压缩镜头尺寸、减少镜片数量和降低结构的复杂度，同时还可以增大视场，提高透过率。
进一步的，所述第五镜组G5中的所述第十一透镜12、所述第十二透镜13和所述第十三透镜14构成了密接三分离式透镜组以实现色差校正。因本实施例涉及的光刻投影物镜光源为汞灯，使用光谱范围为I-line，是有一定光谱带宽的。所以投影物镜设计时必须进行色差校正。对此，用于实现色差校正的密接三分离形式透镜组中的正负透镜的光焦度不相互补偿，且保留一定的组合光焦度残余。且正负透镜的两种光学材料的阿贝常数(色散)相差尽可能大些。故优选具有高折射率的火石玻璃和具有高色散的冕牌玻璃，从而利用密接三分离形式透镜组实现矫正大视场中严重的色差，以保证透过率，提高成像质量。
所述第六透镜7包括沿光路设置的第十四透镜15、第十五透镜16、第十六透镜17、第十七透镜18、第十八透镜19、第十九透镜20、第二十透镜21、第二十一透镜22和第二十二透镜23。可选的，所述第十四透镜15、所述第十五透镜16、所述第十六透镜17、所述第十八透镜19和所述第十九透镜20均为双凸正透镜，所述第十七透镜18为双凹负透镜，所述第二十透镜21为弯月负透镜，所述第二十一透镜22和所述第二十二透镜23均为弯月正透镜。其中，所述第六镜组G6还包括孔径光阑a，位于所述第十五透镜16和所述第十六透镜17之间，且所述第十五透镜16和所述第十六透镜17关于所述孔径光阑a呈对称分布。进一步的，所述第十六透镜17和所述第十七透镜18、所述第十九透镜20和所述第二十透镜21分别为正负透镜组合，以形成两个双分离形式透镜组。两个所述双分离形式透镜组均位于所述孔径光阑a的一侧具有矫正场曲/像散效果，进一步提高成像质量。
进一步，所述第二十二透镜23朝向物面的一侧呈非球面。显然，本实施例提高的所述投影光刻物镜仅仅设置了四个透镜面为非球面，且所有非球面均为加工性能较好的凹面，其中最大的非球面偏离度达到了工程化实现的易于加工和测量的<0.29mm水平，最大非球面半口径<75mm。则本实施例减少了非球面的使用，降低制备成本、生产周期和工艺难度，减少了整个系统镜片总数，缩小物镜总长度，使得整体结构更为简单。并且，通过三腰双凸的结构设计，和每个镜组的组合光焦度的设定范围，所述投影光刻物镜还能够实现高分辨率的大视场曝光。
此外，为了保护各透镜，投影光刻物镜还包括物面平板1和像面平板24。其中，物面平板1的一侧靠近物面，且相对的另一侧靠近第一镜组G1。像面平面24的一侧靠近像面，且相对的另一侧靠近第六镜组G6。其中，物面平板1和像面平板24的光焦度为零。
进一步的，所述投影光刻物镜中透镜的材质包括两种材料，分为为：在工作波长中心参考波长365.3nm处折射率大于1.61的紫外高透过光学玻璃，例如火石玻璃；以及在工作波长中心参考波长365.3nm处折射率小于1.51的紫外高透过光学玻璃，例如冕牌玻璃。其中，紫外高透过光学玻璃在激光照射下会产生一些特定的变化。其一，会导致透过率变化(Solarization)，其主要物理表现为材料结构变化(Densification稠化作用)，几何变化，厚度减少，物理变化，密度增加；其二，会发生光程差变化(主要因素为密度变化导致折射率变化)，受光照区域尺寸，剂量和杂质(OH-content)含量影响，密部(Compaction)折射率增加，疏部(rarefaction)折射率减小。因而在紫外激光的辐射下，材料的折射率和透过率会随着材料照射剂量而发生变化，从而引起物镜像质的变化，影响光刻机的寿命。
因此，本实施例选用的紫外高透过光学玻璃，以使得投影光刻物镜具有随时间增加而成像稳定的特性。即，投影光刻物镜的透过率可以在操作使用期间随着时间的推移衰减率得到减小，特别是应用于高生产率的晶片的曝光时。进一步的，所述投影光刻物镜中的正透镜的材质选用火石玻璃，负透镜的材质包选用冕牌玻璃。
为验证本实施例的技术效果，申请人对图1所示的投影光刻物镜进行仿真测试。其中，光刻投影物镜总长为1200mm，最大镜片半口径为119mm，投影物镜的物方工作距为32mm，像方工作距为21mm。选用i-line紫外光谱范围，最大光谱半高全宽为2.5nm，系统放大倍率为β均为1/4，像方的数值孔径为0.57，像方半视场高度为21mm，能实现的矩形曝光视场尺寸：26mm x 33mm。以及，所述第一镜组G1的组合光焦度为：-0.00285mm^-1；所述第二镜组G2的组合光焦度/>为：0.007391131mm^-1；所述第三镜组G3的组合光焦度/>为：-0.013788982mm^-1；所述第四镜组G4的组合光焦度/>为：0.007351818mm^-1；所述第五镜组G5的组合光焦度/>为：-0.012457385mm^-1；所述第六镜组G6的组合光焦度/>为：0.004744289mm^-1
其中，图1所示的投影光刻物镜实现了双远心结构，物方各视场的主光线近似平行于光轴入射在第一平行平板的前表面上；像方各视场的主光线近似平行于光轴出射，汇聚在像面上。且与光轴的夹角分别为：物方4.9mrad，像方1.7mrad。具体的实验参数参见下表：
表1第一次仿真设计参数
表2第一次仿真材料折射率
| 材料 | 相对氮气的折射率@365.30nm |
| NIFSS_NIKON | 1.474514 |
| N5742_NIKON | 1.61255 |
| N5859_NIKON | 1.614435 |
| SFSL5Y_OHARA | 1.504001 |
| PBL6Y_OHARA | 1.559515 |
| N4786_NIKON | 1.487227 |
表3第一次仿真非球面系数
其中，表1中的正的半径值表示曲率中心在表面的右边，负的半径值代表曲率中心在表面的左边，曲率半径数值为1.00E+18表示为平面。光学元件厚度或两个光学元件之间的间隔是到下一个表面的轴上距离，所有尺寸单位都是毫米。表2为本实施使用的光学材料在365.3nm波长下相对于氮气(N2)的相对折射率数据。
表3为与表1中表面序号对应的非球面系数，进一步的，本实施中所提供的投影光刻物镜中的非球面系数的计算公式为：
其中，x表示X方向的坐标值，y表示Y方向的坐标值，z表示Z方向的轴向矢高，X方向、Y方向和Z方向符合笛卡尔坐标系，k表示最佳拟合圆锥的圆锥系数，c表示最佳拟合球面的曲率(curv)，A、B、C、D、E、F、G、H和J均表示非球面系数。进一步的，本实施例中的G＝0，H＝0，J＝0。
根据测试结果可得：图2为在中心参考波长365.3nm下的像面波像差(WFE)分布图，从图示可以看出波像差非常好，达到了光刻物镜镜头性能要求的微波长范围。图3为畸变像面分布图，图示中图像畸矫正效果良好，达到了几纳米。图4为色差曲线，图5为色球差场曲畸变曲线，图6为像差曲线，为可见色差和像差的矫正效果非常好。故本实施例提供的光刻投影物镜产生的波像差、畸变矫正效果、色差矫正效果以及像差矫正效果均非常好。
因此，本实施例所提供的的投影光刻物镜仅利用四个非球面，实现增大视场，降低制备成本、生产周期和工艺难度，还减少了整个系统镜片总数，缩小物镜总长度，使得整体结构更为简单。以及利用所述第五镜组G5的密接三分离形式透镜组和所述第六镜组G6中的两个双分离形式透镜组实现大视场中的色差矫正，以进一步提高大视场的成像质量，提高分辨率和成像质量。
请参阅图7，为进一步缩短系统的总长度，且现实相同的技术效果，所述第六镜组G6中的所述第十七透镜18和所述第二十透镜21的类型可以替换，即所述第十七透镜18为弯月负透镜，所述第二十透镜21为双凹负透镜。如此设置并不影响所述第六镜组G6中形成两个双分离形式透镜组实现大视场中的色差矫正。同时，所述第二十一透镜22朝向物面的一侧也呈非球面，即所述第六镜组G6中设置有两个非球面。
为验证图7的技术效果，申请人次进行第二次仿真测试。其中，光刻投影物镜总长为1150mm，最大镜片半口径为119mm，投影物镜的物方工作距为32mm，像方工作距为21mm。选用i-line紫外光谱范围，最大光谱半高全宽为2.5nm，系统放大倍率为β均为1/4，像方的数值孔径为0.57，像方半视场高度为21mm，能实现的矩形曝光视场尺寸：26mm x 33mm。且所述第一镜组G1的组合光焦度为：-0.002145939mm^-1；所述第二镜组G2的组合光焦度/>为：0.007024421mm^-1；所述第三镜组G3的组合光焦度/>为：-0.017951927mm^-1；所述第四镜组G4的组合光焦度/>为：0.008598447mm^-1；所述第五镜组G5的组合光焦度/>为：-0.013903064mm^-1；所述第六镜组G6的组合光焦度/>为：0.005170349mm^-1。
同样，图7所示的投影光刻物镜实现了双远心结构，物方各视场的主光线近似平行于光轴入射在第一平行平板的前表面上；像方各视场的主光线近似平行于光轴出射，汇聚在像面上。且与光轴的夹角分别为：物方4.9mrad，像方1.7mrad。具体的实验参数参见下表：
表4第二次仿真设计参数
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/>
表5第二次仿真材料折射率
| 材料 | 相对氮气的折射率@365.30nm |
| NIFSS_NIKON | 1.474514 |
| N5742_NIKON | 1.61255 |
| N5859_NIKON | 1.614435 |
| SFSL5Y_OHARA | 1.504001 |
| N4786_NIKON | 1.487227 |
表6第二次仿真非球面系数
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根据测试结果可得：图8为在中心参考波长365.3nm下的像面波像差(WFE)分布图，从图示可以看出波像差非常好，达到了光刻物镜镜头性能要求的微波长范围。图9为畸变像面分布图，图示中图像畸矫正效果良好，达到了几纳米。图10为色差曲线，图11为色球差场曲畸变曲线，图12为像差曲线，为可见色差和像差的矫正效果非常好。显然，本实施例提供图7所示的光刻投影物镜产生的波像差、畸变矫正效果、色差矫正效果以及像差矫正效果均非常好。虽然图7所示的光刻投影物镜采用了五个非球面，但是同样可以达到高分辨率大视场曝光和良好的色差校正的效果，并且还可以缩短所述投影光刻物镜系统总长至1150mm，使得整体结构更为简单，降低了制备成本、生产周期和工艺难度。
进一步的，基于图7所示的光刻投影物镜，申请人修改了各个镜组的组合光焦度的参数，对其做了第三次仿真测试。
其中，光刻投影物镜总长为1150mm，最大镜片半口径为119mm，投影物镜的物方工作距为32mm，像方工作距为21mm。选用i-line紫外光谱范围，最大光谱半高全宽为2.5nm，系统放大倍率为β均为1/4，像方的数值孔径为0.57，像方半视场高度为21mm，能实现的矩形曝光视场尺寸：26mm x 33mm。以及，所述第一镜组G1的组合光焦度为：-0.003337575mm^-1；所述第二镜组G2的组合光焦度/>为：0.008227038mm^-1；所述第三镜组G3的组合光焦度为：-0.015703704mm^-1；所述第四镜组G4的组合光焦度/>为：0.008370563mm^-1；所述第五镜组G5的组合光焦度/>为：-0.015138928mm^-1；所述第六镜组G6的组合光焦度/>为：0.005198126mm^-1。
具体的实验参数参见下表：
表7第三次仿真设计参数
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表8第三次仿真材料折射率
表9第三次仿真非球面系数
| 表面序号 | 非球面_13A | 非球面_14A | 非球面_25A |
| 曲率半径 | 120.062959260921 | -313.356433232885 | 116.08187239943 |
| K | 0 | 0 | 0 |
| A | -1.567884260288e-08 | -8.41018504639879e-09 | 2.61077042886626e-08 |
| B | -1.21014202071371e-12 | 1.79019239725762e-12 | 5.17379207312547e-12 |
| C | -1.04980400533343e-16 | -9.68235722396105e-17 | 3.2331100829158e-16 |
| D | -6.21414191489911e-21 | 8.16238793368396e-21 | 4.99895002007582e-20 |
| E | -2.07373588619883e-24 | -1.79268502526743e-24 | -1.04400704035666e-23 |
| F | 2.51797415554184e-28 | 2.17255701292395e-28 | 2.35324577214963e-27 |
| G | -4.27697329938393e-32 | -8.37233767368129e-33 | -2.23372871605722e-31 |
| 表面序号 | 非球面_27A | 非球面_44A | 非球面_46A |
| 曲率半径 | 291.131315203181 | 100.424049150313 | 138.805475789893 |
| K | 0 | 0 | 0 |
| A | 9.53786177021881e-08 | 1.82000724488671e-08 | -5.02884568004373e-08 |
| B | -6.58720050280217e-12 | 1.44543530219434e-12 | -1.91559772648877e-13 |
| C | -2.8643442215318e-16 | 1.42047342126724e-16 | -1.24367503212124e-16 |
| D | 3.53413116494135e-20 | 1.68437048959578e-20 | 7.86295488716311e-20 |
| E | -2.39854864065551e-25 | -1.24371937349571e-24 | -2.93828804861038e-23 |
| F | -7.08104619340503e-30 | 5.24968182980045e-28 | 6.31345742783999e-27 |
| G | -4.56272924110683e-33 | -4.57094687825776e-32 | -4.01693184547819e-31 |
根据测试结果可得：图13为在中心参考波长365.3nm下的像面波像差(WFE)分布图，从图示可以看出波像差非常好，达到了光刻物镜镜头性能要求的微波长范围。图14为畸变像面分布图，图示中图像畸矫正效果良好，达到了几纳米。图15为色差曲线，图16为色球差场曲畸变曲线，图12为像差曲线，为可见色差和像差的矫正效果非常好。显然，本实施例提供图7所示的光刻投影物镜产生的波像差、畸变矫正效果、色差矫正效果以及像差矫正效果均非常好。
由上述三次仿真测试可得，本实施例提供的投影光刻物镜主要适用于紫外光谱范围，特别是i-line的光刻投影物镜，色差矫正范围为光谱的半高全宽到2.5nm，像方数值孔径小于或等于0.57。可广泛用于280nm～350nm节点技术中，特别是可以用于300nm节点技术中。通过设置四个或五个非球面镜面，以及对每一所述镜组的组合光焦距的范围控制，可实现增大视场，降低制备成本、生产周期和工艺难度，还减少了整个系统镜片总数，缩小物镜总长度，使得整体结构更为简单。以及利用所述第五镜组G5的密接三分离形式透镜组和所述第六镜组G6中的两个双分离形式透镜组实现大视场中的色差矫正，以进一步提高大视场的成像质量，提高分辨率和成像质量。
基于同一发明构思，本实施例还提供一种光刻机，光刻机包括的投影光刻物镜。
综上所述，本实施例提供一种投影光刻物镜及光刻机。其中，所述投影光刻物镜包括：沿光路依次设置的第一镜组G1、第二镜组G2、第三镜组G3、第四镜组G4、第五镜组G5以及第六镜组G6，且所述第一镜组G1、所述第三镜组G3和所述第五镜组G5的组合光焦度均为负值；所述第二镜组G2、所述第四镜组G4和所述第六镜组G6的组合光焦度均为正值；其中，所述第三镜组G3中至少一个透镜面呈非球面，所述第五镜组G5中至少两个透镜面呈非球面，所述第六镜组G6中至少一个透镜面呈非球面；且呈非球面的所述透镜面朝向物面设置。显然，本实施例可实现减少非球面镜片的使用数量，即在所述第三镜组G3和所述第六镜组G6中仅仅具有一个非球面，以及在所述第五镜组G5中仅具有两个非球面的情况下，通过四个非球面的设置同样可以实现高分辨率的大视场曝光，不仅可以降低制备成本、生产周期和工艺难度，还减少了整个系统镜片总数，缩小物镜总长度，使得整体结构更为简单。
此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (18)
1.一种投影光刻物镜，包括：沿光路依次设置的第一镜组、第二镜组、第三镜组、第四镜组、第五镜组以及第六镜组，且所述第一镜组、所述第三镜组和所述第五镜组的组合光焦度均为负值；所述第二镜组、所述第四镜组和所述第六镜组的组合光焦度均为正值；
其中，所述第三镜组中至少一个透镜面呈非球面，所述第五镜组中至少两个透镜面呈非球面，所述第六镜组中至少一个透镜面呈非球面；且呈非球面的所述透镜面朝向物面设置。
2.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，
所述第一镜组的组合光焦度范围为：
所述第二镜组的组合光焦度范围为：
所述第三镜组的组合光焦度范围为：
所述第四镜组的组合光焦度范围为：
所述第五镜组的组合光焦度范围为：
所述第六镜组的组合光焦度范围为：
3.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述投影光刻物镜为三腰双凸结构；其中，所述第一镜组、所述第三镜组和所述第五镜组的形貌呈凹陷状；所述第二透镜和所述第四透镜形貌呈凸出状。
4.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第一镜组包括第一透镜，且所述第一透镜为弯月负透镜。
5.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第二镜组包括沿光路设置的第二透镜、第三透镜和第四透镜；且所述第二透镜为弯月正透镜，所述第三透镜和所述第四透镜均为双凸正透镜。
6.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第三镜组包括沿光路设置的第五透镜、第六透镜和第七透镜；且所述第五透镜为弯月负透镜，所述第六透镜和所述第七透镜均为双凹负透镜。
7.根据权利要求6所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第五透镜朝向物面的一侧呈非球面。
8.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第四镜组包括沿光路设置的第八透镜、第九透镜和第十透镜；且所述第八透镜和所述第九透镜均为双凸正透镜，所述第十透镜为平凸正透镜。
9.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第五镜组包括沿光路设置的第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜；且所述第十一透镜和所述第十二透镜均为双凹负透镜，所述第十三透镜为弯月负透镜。
10.根据权利要求9所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第十一透镜和所述第十二透镜朝向物面的一侧呈非球面。
11.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第六透镜包括沿光路设置的第十四透镜、第十五透镜、第十六透镜、第十七透镜、第十八透镜、第十九透镜、第二十透镜、第二十一透镜和第二十二透镜；且所述第十四透镜、所述第十五透镜、所述第十六透镜、所述第十八透镜和所述第十九透镜均为双凸正透镜，所述第二十一透镜和所述第二十二透镜均为弯月正透镜。
12.根据权利要求11所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第十七透镜为双凹负透镜，所述第二十透镜为弯月负透镜，所述第二十二透镜朝向物面的一侧呈非球面。
13.根据权利要求11所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第十七透镜为弯月负透镜，所述第二十透镜为双凹负透镜，所述第二十一透镜和所述第二十二透镜朝向物面的一侧均呈非球面。
14.根据权利要求11所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述第六镜组还包括孔径光阑，且所述第十五透镜和所述第十六透镜关于所述孔径光阑呈对称分布。
15.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述投影光刻物镜还包括物面平板和像面平板；其中，所述物面平板的一侧靠近物面，且相对的另一侧靠近所述第一镜组；所述像面平板的一侧靠近像面，且相对的另一侧靠近所述第六镜组。
16.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述投影光刻物镜的像方数值孔径小于或等于0.57。
17.根据权利要求1所述的投影光刻物镜，其特征在于，所述投影光刻物镜中的正透镜的材质包括火石玻璃，负透镜的材质包括冕牌玻璃。
18.一种光刻机，其特征在于，所述光刻机包括如权利要求1-17中任意一项所述的投影光刻物镜。
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