[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于投影光刻機(jī)的單倍率大視場(chǎng)投影曝光物鏡

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011382807.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112415865A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊超;朱咸昌;唐燕;胡松;劉錫;金川;劉磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G03F7/20
• 分類號(hào): G03F7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于投影光刻機(jī)的單倍率大視場(chǎng)投影曝光物鏡，其作用是把投影光刻機(jī)掩模版上的圖形經(jīng)過(guò)成像復(fù)制后轉(zhuǎn)移到硅片上。投影曝光物鏡是光刻機(jī)的核心部件，決定了光刻機(jī)的主要性能。本發(fā)明所涉及的單倍率投影曝光物鏡由12片透鏡組成，其光學(xué)結(jié)構(gòu)為雙方遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)。物鏡分辨力6μm，放大倍率為?1，曝光視場(chǎng)為110mm×110mm。本投影物鏡共軛距總長(zhǎng)(物方到像方)為L(zhǎng)＝1000mm，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊；同時(shí)，選用對(duì)i線(365nm)透過(guò)率較高的玻璃材料，提高系統(tǒng)光學(xué)透過(guò)率，滿足大視場(chǎng)投影光刻機(jī)的高精度及高產(chǎn)率需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的一種應(yīng)用于投影光刻機(jī)的單倍率大視場(chǎng)投影曝光物鏡，用于基于數(shù)字微鏡陣列(DMD)的無(wú)掩膜投影光刻機(jī)，屬于微電子設(shè)備及微細(xì)加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

以大規(guī)模集成電路為核心的微電子技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)微電子設(shè)備和微細(xì)加工技術(shù)提出了新的要求。自1978年美國(guó)推出第一臺(tái)商業(yè)化的投影式光刻機(jī)，光學(xué)投影曝光作為應(yīng)用領(lǐng)域最廣、技術(shù)更新快和生命力強(qiáng)的微細(xì)加工技術(shù)，是驅(qū)動(dòng)微電子技術(shù)進(jìn)步的核心。投影光刻機(jī)將掩模上的圖形，經(jīng)過(guò)投影物鏡成像復(fù)制在硅片面上。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(lái)越精細(xì)的線條，高精度的光刻機(jī)需求日益增加，掩模的制作精度成為影響光刻機(jī)性能的關(guān)鍵因素?；跀?shù)字微鏡陣列(DMD)的無(wú)掩膜光刻機(jī)具有無(wú)需掩模、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低和高分辨力等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于現(xiàn)代微細(xì)加工領(lǐng)域。無(wú)掩膜光刻機(jī)中，投影物鏡將DMD控制的出射光成像到硅片表面，通過(guò)控制DMD的出射光即可完成不同結(jié)構(gòu)尺寸的加工制作。投影物鏡受DMD尺寸限制，其曝光視場(chǎng)較小但要求結(jié)構(gòu)緊湊，投影物鏡的物像共軛距較??；且投影物鏡多采用低數(shù)值孔徑的1倍左右的放大倍率設(shè)計(jì)。

目前，針對(duì)1倍左右放大倍率的投影物鏡，為避免系統(tǒng)色差和減小系統(tǒng)共軛距，采用發(fā)射鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物鏡。美國(guó)專利US7158215介紹一種折反式1^×放大倍率光刻投影物鏡系統(tǒng)，由主鏡凹透鏡、次鏡凹反射鏡和彎月折射透鏡組成。美國(guó)專利US7148953介紹了另外一種1^×放大倍率的折反式光刻投影物鏡，由一個(gè)折射透鏡組、凹面反射鏡和兩個(gè)折轉(zhuǎn)棱鏡組成。投影物鏡中采用反射鏡，能有效降低投影物鏡的口徑和共軛距，減少物鏡數(shù)目；但反射結(jié)構(gòu)尤其是離軸式反射結(jié)構(gòu)，加工及裝配較困難。

全折射式投影物鏡由于其裝配難度較低，可具有較大的物像方工作距且改變系統(tǒng)NA不會(huì)引起漸暈等優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用。中國(guó)專利CN102200624A介紹了一種1倍放大的投影光刻物鏡。該物鏡系統(tǒng)的工作波段為gh線，共由18片透鏡組成，其中包含4片非球面。該投影物鏡設(shè)計(jì)成本和加工難度較高。

美國(guó)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(duì)稱結(jié)構(gòu)，物鏡前半部分和后半部分關(guān)于光闌對(duì)稱，放大倍率為-1，曝光半視場(chǎng)為50mm。此投影物鏡系統(tǒng)同樣具有非球面透鏡，加工制造難度較大。

日本專利JP2002072080A介紹一組由32片透鏡和4個(gè)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(chǎng)為100×100mm。該物鏡設(shè)計(jì)和加工成本同樣較高。

總體而言，目前報(bào)道的1^×投影光刻物鏡，多用于大面積平板顯示器光刻。針對(duì)DMD光刻設(shè)備高分辨力、較短共軛距的成像需求，本發(fā)明介紹一種對(duì)稱式結(jié)構(gòu)的投影光刻物鏡，滿足其成像設(shè)計(jì)要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)DMD無(wú)掩膜光刻機(jī)對(duì)投影光刻物鏡的像質(zhì)和系統(tǒng)尺寸提出的要求，本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一組投影物鏡，滿足高精度無(wú)掩膜光刻機(jī)需求。本發(fā)明目的在于利用簡(jiǎn)單的透鏡成像，同步校正系統(tǒng)的畸變、像散、場(chǎng)曲和色差等；同時(shí)，系統(tǒng)共軛距較短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種應(yīng)用于投影光刻機(jī)的單倍率大視場(chǎng)投影曝光物鏡，為減小掩模及硅片由于位置變化引起的倍率誤差和對(duì)準(zhǔn)誤差，并完成掩模和硅片的同軸對(duì)準(zhǔn)，投影光學(xué)系統(tǒng)采用雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)，即物鏡物方和像方主光線與光軸平行；物像共軛總長(zhǎng)為1000mm，鏡片整體設(shè)計(jì)再組合優(yōu)化。