[发明专利]光刻投影物镜

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种投影物镜光学系统，尤其涉及一种可以应用在步进曝光设备中的光刻投影物镜。

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。为了实现这种大曝光面积下高分辨率的图案，曝光装置必须提高物镜高数值孔径，缩短光源波长，及采用更复杂的光刻工艺技术。

提高分辨率方法之一就是使用更短的曝光波长。 从掩模面成像到硅片面的图案包含数层，所以必须校正光学畸变。其次，必须校正场曲，减少焦深范围内的套刻误差。最后，为了增加焦深，减小套刻误差及放大倍率误差，投影物镜必须实现物方、像方双远心。

步进式光刻设备广泛应用于光刻领域。步进式投影光学的主要特征是：

(1)  大的成像范围

(2)  宽光谱光源，如汞灯

(3)  倾向采用1x放大倍率

为了获得高产率，必须使用宽光谱的汞灯或激光光源。光学光刻领域的大视场步进光刻装置通常使用从g线到h线宽光谱光源。掩模面的光刻胶对波长敏感，为了获得曝光光谱区域内的锐利线条，投影物镜必须校正轴向色差和倍率色差。就g-h线光源光谱区域而言，可以使用很多传统光学玻璃材料。

美国专利US 5,159,496 (Oct，27, 1992) ，介绍了一种将掩模图案投影到光刻胶的物镜。物镜可以校正两种或三种波长的色差。物镜包含光阑，位于物方和光阑之间的前部光学系统，位于像面和光阑之间的后部光学系统。前部及后部光学系统各自包含三个透镜组。部分透镜由反常色散玻璃构成，以校正倍率色差。物镜F数较大，相当于较小的数值孔径0.04。该物镜不是远心结构，且有很大的场曲和像散。使用的光谱区域为g-h线波段。

美国专利US5,930,049 (Jul，17, 1999)介绍了另一种g-h线波段，高数值孔径光刻投影物镜。该物镜是一种多透镜结构（29-31个透镜），由五个透镜组实现1/5x放大倍率。物镜应用在扫描类型光刻机中，而不是步进型光刻机。提供的实施例不能实现4纳米带宽内所需的像质，校正色差的玻璃为虚拟玻璃。无玻璃制造商提供。

美国专利US7,158,215 (Jan，2, 2007) 介绍了另一种光刻投影物镜。该投影物镜是Offner类型折反射式1x放大倍率系统。系统包含主镜凹透镜，次镜凹面反射镜，及校正色差的弯月折射透镜。环形狭缝形的视场，一个视场方向很窄，相对宽视场方向的像差尤其是高级像散不能够校正。光阑位于较小的次镜上，如果要改变数值孔径，就不可避免产生渐晕。远心误差由物镜相对光轴的偏移量决定，不能够校正。从视场的形状判断可能是应用于扫描光刻投影装置，而不是步进光刻装置。

美国专利US7,148,953 (Dec，12, 2006)。介绍了另一种光刻投影物镜。该投影物镜采用Wynne-Dyson类型对称式结构。1x放大倍率系统包含一个透镜组，一个凹面反射镜和两个物像方的折转棱镜。视场是离轴的，而且一个方向很窄，这不适合应用在步进光刻中。其次，不能避免上面专利US7,158,215中的所有缺点。而且这个物镜只有很小的工作距离，物面和像面不互相平行，导致掩模和硅片的工作台需要更大的空间。Dyson类型系统需要分光棱镜，分光棱镜会产生镀膜和胶和问题，还会减少掩模和硅片面的工作距离。

综上所述，需要设计一种光刻投影物镜，使之既能满足大视场、平场的需求，也能够校正畸变、场曲、像散，和宽光谱区域内的轴向及倍率色差。还要保证物镜是双远心，掩模和硅片面工作距离较大，以留出安装空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大数值孔径、大曝光视场投影物镜。

本发明提出的一种光刻投影物镜，把掩模的图像聚焦成像在硅片上，从掩模开始包括沿着光轴依次设置的：

具有正光焦度的第一透镜组；

具有负光焦度的第二透镜组；

孔径光阑AS；

具有负光焦度的第三透镜组，相对于孔径光阑与第二透镜组对称；

具有正光焦度的第四透镜组，相对于孔径光阑与第一透镜组对称；

第一透镜组接收来自掩模的光线，包含五个光焦度依次为负、负、正、正、正的透镜，第一透镜和第二透镜组成具有负光焦度的子透镜组G1-1n；