[發明專利]一種投影光學系統

有效

• 申請號: 201210027757.0
• 申請日: 2012-02-08
• 公開（公告）號: CN102566011A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 白瑜;邢廷文;呂保斌;范真節;鄧超;張海波
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B13/14
• 分類號: G02B13/14;G02B13/22;G02B3/00;G02B7/02;G02B27/18;G03F7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李新華;成金玉

技術領域

本發明涉及一種用于微影工藝、半導體元件制作裝置中的深紫外全球面投影光學系統，屬于高分辨率投影光學系統技術領域。

背景技術

光刻是一種集成電路制造技術，它是利用光學投影影像原理將掩模板上的IC圖形以曝光方式將高分辨率圖形轉移到涂膠硅片上，幾乎所有集成電路的制造都是采用光學投影光刻技術。最初，半導體器件制造，采用的是掩模與硅片貼在一起的接觸式光刻技術。1957年，接觸式光刻技術實現了特征尺寸(Feature?Size)為20微米的動態隨機存儲器(DRAM，Dynamic?Random?Access?Memory)的制造。之后，半導體行業引入掩模與硅片間具有一定間隙的接近式光刻技術，并分別于1971年和1974年制造出特征尺寸為10微米和6微米的DRAM。1978年，美國GCA公司研發了世界上第一臺分布重復投影光刻機，分辨率可達2微米，分布重復投影光刻機迅速成為半導體制造技術中的主流。分布重復投影光刻機的對準精度可達±0.5微米，與此前的光刻機相比，分步光刻機極大地改善了系統的分辨率和掩模/硅片套刻時的對準精度。

光刻技術是我國芯片產業發展的重要支持型技術之一，投影光刻裝置是大規模集成電路制造工藝的關鍵設備，高分辨率高精度投影光學系統是高尖端光刻機的核心部件，它的性能直接決定著光刻機的精度。目前國內剛剛開始工作波長193納米的投影光學系統實用化研究，以往設計數值孔徑也都不很高，最高分辨力為0.35-0.5微米。由于分辨率低，不能制作出高精度高分辨率的圖形，已不能滿足大規模集成電路制造和研究的需求。

由瑞利衍射定理可得到光刻機分辨力的公式如下：

R＝k₁λ/NA

上式中R為光刻機的分辨力，k₁為工藝系數因子，λ為工作波長，NA為投影光刻物鏡的數值孔徑。因此，為了滿足更高的分辨率，需要將光源的波長縮短并增大投影光學系統的數值孔徑來實現，但是光源的波長縮短時，因為光學玻璃對光的吸收而用于投影光學系統的材料種類會受到很大限制。

日本尼康公司的大村泰弘提交在中國專利局的專利CN03121915給出了幾個數值孔徑為0.85，用于光刻分辨率70納米的投影光學系統，其結構中不僅含有很多高階非球面，而且在系統中還有用于折轉光路的反射鏡，這樣的系統加工成本會很大，而且檢測比較困難，用反射鏡來折轉光路雖然可以縮短投影光學系統的長度，但同時需要對系統提出很高的裝調精度，本發明提出了一種可實現超高分辨率的容易加工裝調的全球面投影曝光光學系統，可用在光刻機中達到70nm的光刻分辨率，這對于我國的光刻技術有著重要意義。

發明內容

本發明為解決現有投影光學系統分辨率低的不足，以及加工成本大，檢測精度高，裝調難度大的問題，提出了一種深紫外投影光學系統，該投影光學系統結構緊湊、大視場、成像質量優良，所有鏡片全部為球面鏡，降低了加工和裝調難度。

一種投影光學系統，沿其光軸方向依次包括第一透鏡單元L1、第二透鏡單元L2、第三透鏡單元L3、第四透鏡單元L4和第五透鏡單元L5，所述透鏡單元均處于同一光軸，其特征在于，第一透鏡單元L1具有負折光力，第二透鏡單元L2具有正折光力，第三透鏡單元L3具有負折光力，第四透鏡單元L4具有正折光力，第五透鏡單元L5具有正折光力，且所述透鏡均為球面。

所述的一種投影光學系統，其特征在于，第一透鏡單元L1包括第一正透鏡1、第二正透鏡2、第一負透鏡3、第二負透鏡4、第一彎月透鏡5和第二彎月透鏡6。

所述的一種投影光學系統，其特征在于，第二透鏡單元L2包括第三正透鏡7、第三彎月透鏡8、第四彎月透鏡9和第三負透鏡10。

所述的一種投影光學系統，其特征在于，第三透鏡單元L3包括第四負透鏡11、第五負透鏡12、第五彎月透鏡13、第四正透鏡14和第五正透鏡15。

所述的一種投影光學系統，其特征在于，第四透鏡單元L4包括第六彎月透鏡16、第六正透鏡17、第七正透鏡18和第八正透鏡19。

所述的一種投影光學系統，其特征在于，第五透鏡單元L5包括第九正透鏡20、第六負透鏡21、第十正透鏡22和第十一正透鏡23。

所述的一種投影光學系統，其特征在于，第一透鏡單元L1、第二透鏡單元L2、第三透鏡單元L3、第四透鏡單元L4和第五透鏡單元L5內的透鏡都是單片鏡，用透鏡外框上的機械組件固定各個透鏡之間的相對位置。