[發明專利]光刻投影物鏡

有效

• 申請號: 201210195607.0
• 申請日: 2010-03-23
• 公開（公告）號: CN102707414A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 武珩;黃玲
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G02B13/18
• 分類號: G02B13/18;G02B13/22;G03F7/20
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 王光輝

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技術領域

本發明涉及一種投影物鏡光學系統，尤其涉及一種可以應用在步進曝光設備中的光刻投影物鏡。

背景技術

光學光刻是一種用光將掩模圖案投影復制的技術。集成電路就是由投影曝光裝置制成的。借助于投影曝光裝置，具有不同掩模圖案的圖形被成像至基底上，如硅片或LCD板，用于制造集成電路、薄膜磁頭、液晶顯示板，或微機電（MEMS）等一系列結構。過去數十年曝光設備技術水平不斷發展，滿足了更小線條尺寸，更大曝光面積，更高可靠性及產率，更低成本的需求。為了實現這種大曝光面積下高分辨率的圖案，曝光裝置必須提高物鏡高數值孔徑，縮短光源波長，及采用更復雜的光刻工藝技術。

提高分辨率方法之一就是使用更短的曝光波長。?從掩模面成像到硅片面的圖案包含數層，所以必須校正光學畸變。其次，必須校正場曲，減少焦深范圍內的套刻誤差。最后，為了增加焦深，減小套刻誤差及放大倍率誤差，投影物鏡必須實現物方、像方雙遠心。

步進式光刻設備廣泛應用于光刻領域。步進式投影光學的主要特征是：

(1)??大的成像范圍

(2)??寬光譜光源，如汞燈

(3)??傾向采用1x放大倍率

為了獲得高產率，必須使用寬光譜的汞燈或激光光源。光學光刻領域的大視場步進光刻裝置通常使用從g線到h線寬光譜光源。掩模面的光刻膠對波長敏感，為了獲得曝光光譜區域內的銳利線條，投影物鏡必須校正軸向色差和倍率色差。就g-h線光源光譜區域而言，可以使用很多傳統光學玻璃材料。

美國專利US?5,159,496?(Oct，27,?1992)?，介紹了一種將掩模圖案投影到光刻膠的物鏡。物鏡可以校正兩種或三種波長的色差。物鏡包含光闌，位于物方和光闌之間的前部光學系統，位于像面和光闌之間的后部光學系統。前部及后部光學系統各自包含三個透鏡組。部分透鏡由反常色散玻璃構成，以校正倍率色差。物鏡F數較大，相當于較小的數值孔徑0.04。該物鏡不是遠心結構，且有很大的場曲和像散。使用的光譜區域為g-h線波段。

美國專利US5,930,049?(Jul，17,?1999)介紹了另一種g-h線波段，高數值孔徑光刻投影物鏡。該物鏡是一種多透鏡結構（29-31個透鏡），由五個透鏡組實現1/5x放大倍率。物鏡應用在掃描類型光刻機中，而不是步進型光刻機。提供的實施例不能實現4納米帶寬內所需的像質，校正色差的玻璃為虛擬玻璃。無玻璃制造商提供。

美國專利US7,158,215?(Jan，2,?2007)?介紹了另一種光刻投影物鏡。該投影物鏡是Offner類型折反射式1x放大倍率系統。系統包含主鏡凹透鏡，次鏡凹面反射鏡，及校正色差的彎月折射透鏡。環形狹縫形的視場，一個視場方向很窄，相對寬視場方向的像差尤其是高級像散不能夠校正。光闌位于較小的次鏡上，如果要改變數值孔徑，就不可避免產生漸暈。遠心誤差由物鏡相對光軸的偏移量決定，不能夠校正。從視場的形狀判斷可能是應用于掃描光刻投影裝置，而不是步進光刻裝置。

美國專利US7,148,953?(Dec，12,?2006)。介紹了另一種光刻投影物鏡。該投影物鏡采用Wynne-Dyson類型對稱式結構。1x放大倍率系統包含一個透鏡組，一個凹面反射鏡和兩個物像方的折轉棱鏡。視場是離軸的，而且一個方向很窄，這不適合應用在步進光刻中。其次，不能避免上面專利US7,158,215中的所有缺點。而且這個物鏡只有很小的工作距離，物面和像面不互相平行，導致掩模和硅片的工作臺需要更大的空間。Dyson類型系統需要分光棱鏡，分光棱鏡會產生鍍膜和膠和問題，還會減少掩模和硅片面的工作距離。

綜上所述，需要設計一種光刻投影物鏡，使之既能滿足大視場、平場的需求，也能夠校正畸變、場曲、像散，和寬光譜區域內的軸向及倍率色差。還要保證物鏡是雙遠心，掩模和硅片面工作距離較大，以留出安裝空間。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光刻投影物鏡，把掩模的圖像聚焦成像在硅片上，從掩模開始包括沿著光軸依次設置的：

具有正光焦度的第一透鏡組；

具有正光焦度的第二透鏡組；

孔徑光闌AS；

具有正光焦度的第三透鏡組，相對于孔徑光闌與第二透鏡組對稱；

具有正光焦度的第四透鏡組，相對于孔徑光闌與第一透鏡組對稱；

第一透鏡組將來自掩模的光線會聚至第二透鏡組，第一透鏡組包含四個光焦度依次為負、負、正、正的透鏡，第一透鏡、第二透鏡組成具有負光焦度的子透鏡組G1-1n；