CN220894634U - 一种深紫外波段的光刻镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种深紫外波段的光刻镜头,涉及光刻镜头设计技术领域。光刻镜头包括前透镜组、孔径光阑和后透镜组,从物面侧至像面侧方向上,前透镜组、孔径光阑和后透镜组沿光轴方向依次设置。其中,前透镜组包括依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜;后透镜组包括依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜。前透镜组与孔径光阑用于限制入瞳直径的大小,后透镜组用于接收孔径光阑的出射光线,使光线平滑会聚形成像方远心光线。本实用新型的光刻镜头成像质量高、公差宽松、长度合理,解决了因大数值孔径镜头公差敏感导致的装配困难问题的同时保证了光刻的精度,适合量产。
Description
技术领域
本实用新型涉及光刻镜头设计技术领域,尤其是一种深紫外波段的光刻镜头,主要用于266nm波长。
背景技术
光刻镜头是光刻设备的核心部分,光刻镜头的设计参数和成像质量直接影响着光刻的精度。光刻镜头应用的波段越低,衍射分辨率越高,光刻线宽的极限宽度就越小。但是,深紫外波段的光刻镜头的设计难度大于常用波段,现有光刻镜头大部分应用在405nm波段,适用于深紫外波段的光刻镜头结构很少。同样,目前大部分光刻镜头的放大倍率在0.7以上,缺少高缩小倍率的光刻镜头结构。
为满足设计要求,光刻镜头多为大数值孔径的镜头,大数值孔径的镜头虽然曝光时间总面积大、效率更高一些,但具有公差敏感难以控制的问题,以目前国内的装配水平很难装配出效果好的大数值孔径镜头,使得镜头装配难度提升。
实用新型内容
本发明人针对上述问题及技术需求,提出了一种深紫外波段的光刻镜头,主要应用于266nm波长,可实现高缩小倍率成像,公差宽松,易于装配,像质水平高。本实用新型的技术方案如下:
一种深紫外波段的光刻镜头,包括前透镜组、孔径光阑和后透镜组,从物面侧至像面侧方向上,前透镜组、孔径光阑和后透镜组沿光轴方向依次设置;其中,前透镜组包括依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜,前透镜组与孔径光阑用于限制入瞳直径的大小;后透镜组包括依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜,后透镜组用于接收孔径光阑的出射光线,使光线平滑会聚形成像方远心光线。
其进一步的技术方案为,第一透镜为平凸透镜,用于将深紫外波段的物方远心光线会聚至第二透镜,以使入射光线匹配孔径光阑口径;第二透镜为双凸透镜,与第一透镜邻近放置,用于初步减少像差和进一步将光线会聚至第三透镜;第三透镜为双凹透镜,位于第二透镜的像方焦点内,用于进一步校正像差并将光线扩散至第四透镜,以使入射光线匹配孔径光阑口径;第四透镜为弯月透镜,与第三透镜邻近放置,用于将光线整形成所需角度进入孔径光阑;后透镜组中的透镜依次邻近放置,其中,第五透镜为双凸透镜,位于第四透镜的像方焦点内,用于接收孔径光阑的出射光线并进一步校正像差,以使出射光线匹配像面;第六透镜为平凸透镜,用于进一步校正像差使出射光线匹配像面;第七至第十一透镜皆为弯月透镜,用于增加光线平滑度并校正像差,其中第七至第十透镜用于逐渐将光线会聚至下一弯月透镜,进一步使出射光线匹配像面;第十一透镜用于将光线会聚至像面,形成像方远心光线。
其进一步的技术方案为,光线在第二透镜表面的入射角小于40°,在第四、第七至第十一透镜表面的入射角小于30°,以减少光刻镜头的公差敏感度。
其进一步的技术方案为,第一至第五透镜以及第十透镜采用康宁7980制成;第六至第九透镜采用石英制成;第十一透镜采用氟化钙制成。
其进一步的技术方案为,孔径光阑邻近第五透镜的物面侧设置,用于接收和限制前透镜组的出射光线;经过前透镜组到达孔径光阑的物方各视场光线重叠,使各视场的F数达到设计要求。
其进一步的技术方案为,第一透镜的物面侧曲率半径为R1,像面侧曲率半径为R2,其中,R1=∞,49.6mm<R2<74.4mm;
第二透镜的物面侧曲率半径为R3,像面侧曲率半径为R4,其中,49mm<R3<74mm,168mm<R4<252mm;
第三透镜的物面侧曲率半径为R5,像面侧曲率半径为R6,其中,42mm<R5<63mm,20mm<R6<30mm;
第四透镜的物面侧曲率半径为R7,像面侧曲率半径为R8,其中,10mm<R7<15mm,27mm<R8<40mm;
第五透镜的物面侧曲率半径为R9,像面侧曲率半径为R10,其中,635mm<R9<952mm,164mm<R10<247mm;
第六透镜的物面侧曲率半径为R11,像面侧曲率半径为R12,其中,131mm<R11<196mm,R12=∞;
第七透镜的物面侧曲率半径为R13,像面侧曲率半径为R14,其中,71mm<R13<106mm,171mm<R14<256mm;
第八透镜的物面侧曲率半径为R15,像面侧曲率半径为R16,其中,45mm<R15<68mm,80mm<R16<120mm;
第九透镜的物面侧曲率半径为R17,像面侧曲率半径为R18,其中,30mm<R17<45mm,48mm<R18<72mm;
第十透镜的物面侧曲率半径为R19,像面侧曲率半径为R20,其中,19mm<R19<28mm,28mm<R20<43mm;
第十一透镜的物面侧曲率半径为R21,像面侧曲率半径为R22,其中,11mm<R21<16mm,15mm<R22<22mm。
其进一步的技术方案为,光刻镜头的应用波长为266nm时,放大倍率为0.033倍。
本实用新型的有益技术效果是:
本申请提出了一种深紫外波段的光刻镜头,包括从物面侧至像面侧方向上依次设置的前透镜组、孔径光阑和后透镜组,形成了双远心镜头。其中,前透镜组包括第一至第四透镜,曲面依次为平凸、双凸、双凹和弯月,后透镜组包括第五至第十一透镜,曲面依次为双凸、平凸、剩余皆为弯月;通过合理设置前后透镜组中透镜的曲面组合,以及设置曲面曲率半径范围,使得入射至选定透镜表面的入射角很小,有利于减少像差敏感度,从而进一步减少公差敏感度,降低了镜头装配难度;到达孔径光阑的物方各视场光线重叠在一起,使光刻镜头具有高像面均匀性;第一与第六透镜采用平凸透镜,平面相较于大曲率半径的凸面,更易于加工;第四、第七至第十一透镜采用弯月透镜,增加了光线的平滑度,使得光线逐渐平滑的落入像面。综上,该光刻镜头结构具有成像质量高、像面均匀性高、公差宽松和光刻线条均匀等优点,是一种能够量产的高精度光刻镜头。
附图说明
图1是本申请提供的镜头结构示意图。
图2是本申请提供的镜头MTF(Modulation Transfer Function,调制传递函数)曲线图。
图3是本申请提供的镜头畸变图。
图4是本申请提供的镜头场曲图。
图5是本申请提供的镜头像方远心度曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示,本申请实施例提供了一种深紫外波段的光刻镜头,实现了十一片式双远心高缩小倍率的镜头结构。该光刻镜头包括从物面侧至像面侧方向上沿光轴依次设置的前透镜组、孔径光阑5和后透镜组。其中,前透镜组包括依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4。后透镜组包括依次设置的第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9、第九透镜10、第十透镜11和第十一透镜12。
具体地,第一透镜1为平凸透镜,用于将深紫外波段的物方远心光线略微会聚至第二透镜2,以使入射光线匹配孔径光阑口径;且应用平面代替大曲率半径的凸面,提高了透镜的加工性。第二透镜2为双凸透镜,与第一透镜1邻近放置,用于初步减少像差和进一步将光线会聚至第三透镜3,同时光线在第二透镜2表面的入射角小于40°,在会聚光线的同时可以使光线折转平滑,减小公差敏感度。第三透镜3为双凹透镜,位于第二透镜2的像方焦点内,具体位于第二透镜后方30mm处,用于进一步校正像差并将光线角度略微放大,以使入射光线匹配孔径光阑口径,则光线会扩散至第四透镜4。第四透镜4为弯月透镜,与第三透镜3邻近放置,用于将光线整形成所需角度进入孔径光阑5,弯月透镜可以增加光线的平滑度,且光线在第四透镜表面的入射角小于30°,有利于减少像差敏感度,从而进一步减少公差敏感度。
孔径光阑5位于后透镜组的物方位置,即邻近第五透镜6的物面侧设置,具体位置在第五透镜6前方1-2mm处,有利于减少轴外像差。孔径光阑5用于接收和限制前透镜组的出射光线,与物方四片透镜共同限制了入瞳直径的大小,以使入瞳直径达到设计要求;可选的,本实施例中设计的入瞳直径为4mm。经过前透镜组到达孔径光阑5的物方各视场光线重叠在一起,使各视场的F数达到设计要求,从而提高了像面均匀性。
后透镜组中的透镜依次邻近放置,其中,第五透镜6为双凸透镜,位于第四透镜4的像方焦点内,具体位于第四透镜后方300mm处,间隔较大有利于减小表面光线入射角并降低公差,第五透镜6用于接收孔径光阑5的出射光线并进一步校正像差,以使出射光线匹配像面。第六透镜7为平凸透镜,用于进一步校正像差使出射光线匹配像面,且应用平面代替大曲率半径的凸面,提高了透镜的加工性。第七至第十一透镜8~12皆为弯月透镜,用于增加光线平滑度并校正像差。其中,第七至第十透镜8~11用于逐渐将光线会聚至下一弯月透镜,进一步使出射光线匹配像面。第十一透镜12用于将光线会聚至像面,形成像方远心光线,最终减少像差,使像质达到要求。光线在第七至第十一透镜表面的入射角小于30°,有利于减少公差敏感度,因此上述光刻镜头结构整体的公差敏感度很低,解决了大数值孔径镜头公差敏感导致的装配困难的同时保证了光刻的精度,整套系统加工和装配的公差非常宽松,适合量产。
为了满足上述设计要求,本申请实施例还给出了各透镜的曲率半径范围如下:
第一透镜1的物面侧曲率半径为R1,像面侧曲率半径为R2,其中,R1=∞,49.6mm<R2<74.4mm;
第二透镜2的物面侧曲率半径为R3,像面侧曲率半径为R4,其中,49mm<R3<74mm,168mm<R4<252mm;
第三透镜3的物面侧曲率半径为R5,像面侧曲率半径为R6,其中,42mm<R5<63mm,20mm<R6<30mm;
第四透镜4的物面侧曲率半径为R7,像面侧曲率半径为R8,其中,10mm<R7<15mm,27mm<R8<40mm;
第五透镜6的物面侧曲率半径为R9,像面侧曲率半径为R10,其中,635mm<R9<952mm,164mm<R10<247mm;
第六透镜7的物面侧曲率半径为R11,像面侧曲率半径为R12,其中,131mm<R11<196mm,R12=∞;
第七透镜8的物面侧曲率半径为R13,像面侧曲率半径为R14,其中,71mm<R13<106mm,171mm<R14<256mm;
第八透镜9的物面侧曲率半径为R15,像面侧曲率半径为R16,其中,45mm<R15<68mm,80mm<R16<120mm;
第九透镜10的物面侧曲率半径为R17,像面侧曲率半径为R18,其中,30mm<R17<45mm,48mm<R18<72mm;
第十透镜11的物面侧曲率半径为R19,像面侧曲率半径为R20,其中,19mm<R19<28mm,28mm<R20<43mm;
第十一透镜12的物面侧曲率半径为R21,像面侧曲率半径为R22,其中,11mm<R21<16mm,15mm<R22<22mm。
需要说明的是,光刻镜头的设计还需注意吸热问题。绝大部分材料在266nm波长透过率很低,光刻镜头工作时,光源功率上升会导致镜片内部吸收热量,温度升高会使曲率半径和折射率发生变化,影响成像质量,最终会影响高功率曝光的质量。因此,本实施例中的镜头采用石英、氟化钙和康宁7980三种在266nm波长拥有极低内部吸收率的材料制成,实现镜头结构的无热化。光刻镜头各镜片的具体参数如表1所示。
表1 镜片参数表
可选的,将表1提供的镜片参数制得到的光刻镜头配以波长为266nm光源时,测得真实像高为0.41mm,物高为12.3mm,因此该镜头可以提供的缩小倍率(像高/物高)为0.033,因此本实施例提供的光刻镜头具有高缩小倍率。如表1所示,第五透镜6与第六透镜7采用的材料不同,折射率不同,有助于进一步校正像差使出射光线匹配像面;同理,第九透镜10与第十透镜11的折射率不同也有助于进一步校正像差使出射光线匹配像面。
如图2所示,根据光刻镜头的MTF曲线图,可以反映出MTF曲线接近衍射极限,代表本实施例的光刻镜头具有较好的成像质量。如图3 所示,光刻镜头的畸变值仅为0.00045,镜头畸变值很小。如图4和图5所示,光刻镜头的场曲值<0.006mm且远心度<0.02°。综上所述,本申请实施例提供的一种深紫外波段的光刻镜头成像质量高,镜头畸变值和场曲值小,远心度小,公差宽松易于加工和装配,无明显鬼像、长度合理,是一款能够量产的高精度光刻镜头。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式,本实用新型不限于以上实施例。可以理解,本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化,均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种深紫外波段的光刻镜头,其特征在于,所述光刻镜头包括前透镜组、孔径光阑和后透镜组,从物面侧至像面侧方向上,所述前透镜组、所述孔径光阑和所述后透镜组沿光轴方向依次设置;其中,所述前透镜组包括依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜,所述前透镜组与所述孔径光阑用于限制入瞳直径的大小;所述后透镜组包括依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜,所述后透镜组用于接收孔径光阑的出射光线,使光线平滑会聚形成像方远心光线。
2.根据权利要求1所述的深紫外波段的光刻镜头,其特征在于,所述第一透镜为平凸透镜,用于将深紫外波段的物方远心光线会聚至所述第二透镜,以使入射光线匹配孔径光阑口径;所述第二透镜为双凸透镜,与所述第一透镜邻近放置,用于初步减少像差和进一步将光线会聚至所述第三透镜;所述第三透镜为双凹透镜,位于所述第二透镜的像方焦点内,用于进一步校正像差并将光线扩散至所述第四透镜,以使入射光线匹配孔径光阑口径;所述第四透镜为弯月透镜,与所述第三透镜邻近放置,用于将光线整形成所需角度进入所述孔径光阑;所述后透镜组中的透镜依次邻近放置,其中,所述第五透镜为双凸透镜,位于所述第四透镜的像方焦点内,用于接收所述孔径光阑的出射光线并进一步校正像差,以使出射光线匹配像面;所述第六透镜为平凸透镜,用于进一步校正像差使出射光线匹配像面;第七至第十一透镜皆为弯月透镜,用于增加光线平滑度并校正像差,其中第七至第十透镜用于逐渐将光线会聚至下一弯月透镜,进一步使出射光线匹配像面;所述第十一透镜用于将光线会聚至像面,形成像方远心光线。
3.根据权利要求1或2所述的深紫外波段的光刻镜头,其特征在于,光线在第二透镜表面的入射角小于40°,在第四、第七至第十一透镜表面的入射角小于30°,以减少所述光刻镜头的公差敏感度。
4.根据权利要求1或2所述的深紫外波段的光刻镜头,其特征在于,第一至第五透镜以及所述第十透镜采用康宁7980制成;第六至第九透镜采用石英制成;所述第十一透镜采用氟化钙制成。
5.根据权利要求1或2所述的深紫外波段的光刻镜头,其特征在于,所述孔径光阑邻近所述第五透镜的物面侧设置,用于接收和限制所述前透镜组的出射光线;经过所述前透镜组到达所述孔径光阑的物方各视场光线重叠,使各视场的F数达到设计要求。
6.根据权利要求1或2所述的深紫外波段的光刻镜头,其特征在于,所述第一透镜的物面侧曲率半径为R1,像面侧曲率半径为R2,其中,R1=∞,49.6mm<R2<74.4mm;
所述第二透镜的物面侧曲率半径为R3,像面侧曲率半径为R4,其中,49mm<R3<74mm,168mm<R4<252mm;
所述第三透镜的物面侧曲率半径为R5,像面侧曲率半径为R6,其中,42mm<R5<63mm,20mm<R6<30mm;
所述第四透镜的物面侧曲率半径为R7,像面侧曲率半径为R8,其中,10mm<R7<15mm,27mm<R8<40mm;
所述第五透镜的物面侧曲率半径为R9,像面侧曲率半径为R10,其中,635mm<R9<952mm,164mm<R10<247mm;
所述第六透镜的物面侧曲率半径为R11,像面侧曲率半径为R12,其中,131mm<R11<196mm,R12=∞;
所述第七透镜的物面侧曲率半径为R13,像面侧曲率半径为R14,其中,71mm<R13<106mm,171mm<R14<256mm;
所述第八透镜的物面侧曲率半径为R15,像面侧曲率半径为R16,其中,45mm<R15<68mm,80mm<R16<120mm;
所述第九透镜的物面侧曲率半径为R17,像面侧曲率半径为R18,其中,30mm<R17<45mm,48mm<R18<72mm;
所述第十透镜的物面侧曲率半径为R19,像面侧曲率半径为R20,其中,19mm<R19<28mm,28mm<R20<43mm;
所述第十一透镜的物面侧曲率半径为R21,像面侧曲率半径为R22,其中,11mm<R21<16mm,15mm<R22<22mm。
7.根据权利要求6所述的深紫外波段的光刻镜头,其特征在于,所述光刻镜头的应用波长为266nm时,放大倍率为0.033倍。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
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