一種應用于投影光刻機的大視場投影曝光物鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種應用于投影光刻機的大視場投影曝光物鏡，其作用是把投影光刻機掩模版上的圖形經(jīng)過成像復制后轉移到硅片上。投影曝光物鏡是光刻機的核心部件，決定了光刻機的主要性能。本發(fā)明所涉及的大視場投影曝光物鏡由26片透鏡組成，物鏡分辨力1.5μm，放大倍率為-1.25倍，曝光視場132mm×132mm。本投影曝光物鏡采用4面非球面校正系統(tǒng)場曲、畸變和波像差；同時，選用對i線(365nm)透過率較高的玻璃材料，提高系統(tǒng)光學透過率，滿足大視場投影光刻機的高精度及高產(chǎn)率需求。
【專利說明】一種應用于投影光刻機的大視場投影曝光物鏡
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的一種應用于投影光刻機的大視場投影曝光物鏡，用于大面積平板顯示的投影光刻機，屬于微電子設備及微細加工領域。
【背景技術】
[0002]以大規(guī)模集成電路為核心的微電子技術的快速發(fā)展，對微電子設備和微細加工技術提出了新的要求。自1978年美國推出第一臺商業(yè)化的投影式光刻機，光學投影曝光作為應用領域最廣、技術更新快和生命力強的微細加工技術，是驅動微電子技術進步的核心。大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求在較大面積的芯片上容納越來越精細的線條，高精度(微米級)、大曝光場的光刻機需求日益增加。為提高投影光刻的生產(chǎn)效率，物鏡曝光視場從早期的幾毫米逐步增大到幾十毫米，對投影物鏡的設計提出了更高的要求。
[0003]目前,大面積曝光投影光刻機市場主要由日本尼康(Nikon)和佳能(Canon)公司占據(jù)。日本專利JP2000199850A介紹一種倍率-1/0.6的投影物鏡。該物鏡系統(tǒng)由37片透鏡組成，其中包含一個非球面，系統(tǒng)ΝΑ0.1，視場為100 X 100mm。
[0004]日本專利JP2002072080A介紹一組由32片透鏡和4個非球面組成的大面積投影曝光物鏡，系統(tǒng)NA為0.145，曝光視場為100 X 100mm。
[0005]日本專利JP2006267383A提供一種NA為0.145，放大倍率為-1.25的大面積投影曝光物鏡。系統(tǒng)由27片透鏡組成，包含一個非球面，曝光視場為132X 132mm。
[0006]日本專利JP2007079015A提供一種數(shù)值孔徑NA為0.225，分辨力為I μ m的投影物鏡。該物鏡系統(tǒng)由32片透鏡組成，包含7各非球面，曝光視場面積為132X 132mm。
[0007]美國專利US2009080086A提供一組數(shù)值孔徑NA由0.02-0.25的投影物鏡。此組投影曝光物鏡均采用對稱結構，物鏡前半部分和后半部分關于光闌對稱，放大倍率為-1，曝光半視場為50mm。
[0008]國內開展大面積投影光刻機研制的單位主要包括上海微電子裝備有限公司、中科院光電技術研究所等單位。中國專利CN102401980A介紹了一種大面積投影曝光物鏡，用17片透鏡完成1.6倍放大倍率的投影物鏡設計，曝光半視場為100mm。
[0009]中國專利CN102279457A利用對稱結構，完成數(shù)值孔徑NA為0.15，曝光視場為200mm的投影物鏡設計。
【發(fā)明內容】
[0010]針對大面積投影光刻機對投影光刻物鏡的像質和成像尺寸提出的新要求，本發(fā)明旨在設計一種應用于投影光刻機的大視場投影物鏡，滿足高精度光刻機需求。為減小掩模及硅片由于位置變化引起的倍率誤差和對準誤差，并完成掩模和硅片的同軸對準，投影光學系統(tǒng)應采用雙遠心結構。
[0011]本發(fā)明采用的技術方案為:一種應用于投影光刻機的大視場投影曝光物鏡，該投影曝光物鏡采用雙遠心結構，即物鏡物方和像方主光線與光軸平行；投影曝光物鏡分為前后兩部分:透鏡組I和透鏡組II，光闌位于透鏡組I和II的共焦面；透鏡組I和透鏡組II分別由兩組透鏡組成，透鏡系統(tǒng)從掩模面到硅片面沿光軸依次由正光焦度的透鏡組1、負光焦度透鏡組2、光闌、負光焦度透鏡組3和正光焦度透鏡組4組成。
[0012]所述大視場投影曝光物鏡，其特征在于物鏡系統(tǒng)至少由26片透鏡組成:投影曝光物鏡第一片透鏡是雙凹的負透鏡；最后一片透鏡為玻璃平板，作為光學保護窗口同時便于替換。
[0013]所述的大視場投影曝光物鏡，其特征在于:為減小系統(tǒng)體積和重量、減小透鏡片數(shù)、節(jié)約材料和透鏡加工成本，使用非球面校正系統(tǒng)像差。
[0014]本發(fā)明所述的大視場投影曝光物鏡，應用于i線(365nm)曝光光刻機，玻璃選用對i線透過率較高的材料，完成放大倍率為1.25x投影物鏡設計。投影物鏡物像共軛距不超過1700mm,即系統(tǒng)總長小于1700mm ;物方工作距不小于60mm，像方工作距不小于70mm，為后續(xù)物鏡結構設計留出足夠的空間。投影物鏡數(shù)值孔徑NA為0.16，分辨力為1.5 μ m ;曝光視場為132mmX132mm;場曲優(yōu)于±4 μ m;畸變優(yōu)于±0.08 μ m，滿足高精度大面積光刻機需求。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
[0016](I)利用現(xiàn)有光學設計手段，采用26片物鏡組成的透射結構，完成1.5μπι的大面積曝光投影物鏡設計。在大曝光視場內較好的校正系統(tǒng)的色差、場曲和畸變等像差，滿足目前國內處于領先水平的平板顯示器光刻機的實際使用需求。
[0017](2)為減小投影物鏡系統(tǒng)的體積和重量，減少透鏡數(shù)量和節(jié)約成本，采用4片非球面校正系統(tǒng)像差。同時，利用光學設計軟件控制非球面鏡的非球面度，滿足現(xiàn)有光學加工技術的要求。
[0018](3)物鏡結構采用雙遠心光路，能滿足高精度光刻機在實際使用過程中的對準精度和套刻精度要求。并使用目前國內玻璃廠商生產(chǎn)的光學玻璃材料完成具備自主知識產(chǎn)權的投影物鏡設計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]本發(fā)明所述的大視場投影曝光物鏡具體結構形式和像質特性以附圖形式作進一步闡述:
[0020]圖1為本發(fā)明所述的大視場投影曝光物鏡的光學結構示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明所述的投影物鏡系統(tǒng)的場曲和畸變示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明所述的投影物鏡像差曲線示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明所述的投影物鏡波像差示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明所述投影物鏡的物方和像方遠心度示意圖，其中圖5(a)為物方遠心度，圖5(b)為像方遠心度。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明旨在提供一種大視場投影曝光物鏡，用于i線光刻機。結合附圖對本發(fā)明的具體實施措施作詳細說明。
[0026]根據(jù)高精度大視場投影光刻機的要求，本發(fā)明所述的投影物鏡光學指標要求如下所示:
[0027]?工作波長:365 ± 2.5nm
[0028]籲分辨力:1.5μπι
[0029]?數(shù)值孔徑 NA:0.16
[0030]?放大倍率:1.25χ
[0031]?曝光視場:132mm X 132mm
[0032].物像共軛距:1700mm
[0033]?物方工作距:60mm
[0034]?像方工作距:70mm
[0035]本發(fā)明所述的投影物鏡采用雙遠心結構，物鏡系統(tǒng)由26片透鏡組成:投影物鏡第一片透鏡是雙凹的負透鏡；最后一片透鏡為玻璃平板，作為光學保護窗口同時便于替換。
[0036]本發(fā)明所述是投影物鏡結構如圖1所示。投影物鏡系統(tǒng)分為前后兩部分透鏡組I和透鏡組II，光闌位于透鏡組I和II的共焦面；前透鏡組I和后透鏡組II分別由兩組透鏡組成，透鏡系統(tǒng)從掩模面到硅片面沿光軸依次由正光焦度的透鏡組1、負光焦度透鏡組2、光闌、負光焦度透鏡組3和正光焦度透鏡組4組成。
[0037]具體的，本發(fā)明所述的投影物鏡中:正光焦度的透鏡組I由7片透鏡組成，分別為雙凹負透鏡1、彎月負透鏡2、彎月正透鏡3、雙凸正透鏡4、彎月正透鏡5、彎月負透鏡6和平凹負透鏡7組成。
[0038]負光焦度透鏡組2由4片透鏡組成，包括雙凹負透鏡8和雙凸透鏡9組成的虛擬膠合透鏡組、彎月負透鏡10和雙凸正透鏡11。
[0039]負光焦度透鏡組3由6片透鏡組成:雙凸正透鏡12、雙凸正透鏡13、雙凸正透鏡
14、雙凸正透鏡15、雙凹負透鏡16和平凹負透鏡17。
[0040]正光焦度透鏡組4包含9片透鏡，由雙凹負透鏡18、彎月負透鏡19、彎月正透鏡20、雙凸正透鏡21、雙凸正透鏡22、彎月正透鏡23、彎月負透鏡24、雙凹負透鏡25和平板26組成。
[0041]為校正系統(tǒng)色差，投影物鏡需選用兩種以上的材料。為節(jié)約投影物鏡設計成本，本發(fā)明所述的投影物鏡選用常用的K9和F2兩種材料，用于系統(tǒng)像差優(yōu)化設計，設計結果如下表格I所示:
[0042]表格I
[0043]
【權利要求】
1.一種應用于投影光刻機的大視場投影曝光物鏡，其特征在于:該投影曝光物鏡采用雙遠心結構，即物鏡物方和像方主光線與光軸平行；投影曝光物鏡分為前后兩部分:透鏡組I和透鏡組II，光闌位于透鏡組I和II的共焦面；透鏡組I和透鏡組II分別由兩組透鏡組成，透鏡組I和透鏡組II從掩模面到硅片面沿光軸依次由正光焦度的透鏡組(I)、負光焦度透鏡組(2)、光闌、負光焦度透鏡組(3)和正光焦度透鏡組(4)組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的應用于投影光刻機的大視場投影曝光物鏡，其特征在于:透鏡組I和透鏡組II至少由26片透鏡組成:該投影曝光物鏡第一片透鏡是雙凹的負透鏡；最后一片透鏡為玻璃平板，作為光學保護窗口同時便于替換。
3.根據(jù)權利要求1所述的應用于投影光刻機的大視場投影曝光物鏡，其特征在于:為減小系統(tǒng)體積和重量、減小透鏡片數(shù)、節(jié)約材料和透鏡加工成本，共使用4片14階非球面校正系統(tǒng)像差。
4.根據(jù)權利要求1所述的應用于投影光刻機的大視場投影曝光物鏡，其特征在于:該投影曝光物鏡物像共軛距不超過1700mm，即系統(tǒng)總長小于1700mm ;物方工作距不小于60mm，像方工作距不小于70mm，為后續(xù)物鏡結構設計留出足夠的空間。
5.根據(jù)權利要求1所述的應用于投影光刻機的大視場投影曝光物鏡，其特征在于:該投影曝光物鏡數(shù)值孔徑NA為0.16，分辨力為1.5μπι;曝光視場為132_X132mm;場曲優(yōu)于±4 μ m ;畸變優(yōu)于±0.08 μ m,滿足高精度大面積光刻機需求。
【文檔編號】G02B13/00GK104199175SQ201410477962
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權日:2014年9月18日
【發(fā)明者】朱咸昌, 胡松, 趙立新 申請人:中國科學院光電技術研究所