一種高na投影物鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種高NA投影物鏡，用于將掩膜面的圖像成像到硅片面內(nèi)。該高NA投影物鏡，由第一單元、第二單元、第三單元、第四單元、第五單元、第六單元、第七單元、第八單元、第九單元和第十單元組成。其中第一單元L1、第二單元L2、第三單元L3、第五單元L5、第八單元L8具有正光焦度，第七單元L7、第九單元L9、第十單元L10具有負(fù)光焦度，第四單元L4、第六單元L6為45°放置的平面反射鏡。本發(fā)明的高NA投影物鏡可將物成縮小1/4的像，具有數(shù)值孔徑大，分辨力高，結(jié)構(gòu)緊湊，成像質(zhì)量好等優(yōu)點。
【專利說明】一種高NA投影物鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于微影工藝、半導(dǎo)體元件制作裝置中的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，屬于投影光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻是一種集成電路制造技術(shù)，它利用光學(xué)投影影像的原理將掩模板上的IC圖形以曝光的方式將高分辨率圖形轉(zhuǎn)移到涂膠硅片上的光學(xué)曝光過程，幾乎所有集成電路的制造都是采用光學(xué)投影光刻技術(shù)。最初，半導(dǎo)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(shù)。1957年，接觸式光刻技術(shù)實現(xiàn)了特征尺寸為20微米的動態(tài)隨機(jī)存儲器的制造。之后，半導(dǎo)體行業(yè)引入掩模與硅片間具有一定間隙的接近式光刻技術(shù)，并分別于1971年和1974年制造出特征尺寸為10微米和6微米的動態(tài)隨機(jī)存儲器。1978年，美國GCA公司研發(fā)了世界上第一臺分布重復(fù)投影光刻機(jī)，分辨率可達(dá)2微米，分布重復(fù)投影光刻機(jī)迅速成為半導(dǎo)體制造技術(shù)中的主流。分布重復(fù)投影光刻機(jī)的對準(zhǔn)精度可達(dá)±0.5μπι，與此前的光刻機(jī)相比，分步光刻機(jī)極大地改善了系統(tǒng)的分辨率和掩模/硅片套刻時的對準(zhǔn)精度。
[0003]光刻技術(shù)是我國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支持技術(shù)之一，投影光刻裝置是大規(guī)模集成電路制造工藝的關(guān)鍵設(shè)備，高分辨率高精度投影光學(xué)系統(tǒng)是高尖端光刻機(jī)的核心部件，它的性能直接決定著光刻機(jī)的精度。目前國內(nèi)剛剛開始工作波長193nm的投影光學(xué)系統(tǒng)實用化研究，以往設(shè)計數(shù)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(guī)模集成電路制造和研究的需求。
[0004]由瑞利衍射定理可得到光刻機(jī)分辨力的公式如下:
[0005]R = k! λ /NA`[0006]上式中R為光刻機(jī)的分辨力，Ic1為工藝系數(shù)因子，λ為工作波長，NA為投影光刻物鏡的數(shù)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(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑來實現(xiàn)，但是光源的波長縮短時，因為光學(xué)玻璃對光的吸收而用于投影光學(xué)系統(tǒng)的材料種類會受到很大限制。目前國際上光刻機(jī)的制造幾乎處于壟斷地位，最大的3家生產(chǎn)商為荷ASML，Nikon和Canon。從2004年起，這幾家公司就提供193nm浸沒式光刻機(jī)樣品供各大芯片制造商使用，至今，已開發(fā)出多種型號的193nm浸沒式光刻機(jī)。本發(fā)明提出了一種可實現(xiàn)超高分辨率的高NA投影物鏡，對于高NA光刻機(jī)中的投影曝光光學(xué)系統(tǒng)有一定的參考價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為解決現(xiàn)有投影物鏡分辨率低的不足，提出了一種工作波長為193nm，數(shù)值孔徑達(dá)到1.35的高NA投影物鏡，該高NA投影物鏡可將物成縮小1/4的像，具有具有數(shù)值孔徑大，分辨力高，結(jié)構(gòu)緊湊，成像質(zhì)量好等優(yōu)點。
[0008]一種高NA投影物鏡，包括第一單元L1、第二單元L2、第三單元L3、第四單元L4、第五單元L5、第六單元L6、第七單元L7、第八單元L8、第九單元L9和第十單元L10，其特征在于，第一單元LI具有正光焦度，第二單元L2具有正光焦度，第三單元L3具有正光焦度，第四單元L4為45°放置的平面反射鏡，第五單元L5具有正光焦度，第六單元L6為45°放置的平面反射鏡，第七單元L7具有負(fù)光焦度，第八單元L8具有正光焦度，第九單元L9具有負(fù)光焦度，第十單元LlO具有負(fù)光焦度。
[0009]所述的一種高NA投影物鏡，其特征在于，第一單元LI包括第一正透鏡1、第二正透鏡2、第一負(fù)透鏡3和第三正透鏡4。
[0010]第二單元L2包括第四正透鏡5和第二負(fù)透鏡6。
[0011]第三單元L3包括第五正透鏡7，第六正透鏡8和第七正透鏡9。
[0012]第四單元L4包括第一平面反射鏡10。
[0013]第五單元L5包括第三負(fù)透鏡11，第四負(fù)透鏡12，第八正透鏡13和第一曲面反射鏡14。
[0014]第六單元L6包括第二平面反射鏡18。
[0015]第七單元L7包括第五負(fù)透鏡19,第六負(fù)透鏡20和第七負(fù)透鏡21。
[0016]第八單元L8包括第九正透鏡22，第十正透鏡23和第八負(fù)透鏡24。
[0017]第九單元L9包括第九負(fù)透鏡25，第十負(fù)透鏡26，第^^一負(fù)透鏡27，第十二負(fù)透鏡28。
[0018]第十單元LlO包括第十三負(fù)透鏡29，第十四負(fù)透鏡30，第十五負(fù)透鏡31，和像面32。
[0019]所述的一種高NA投影物鏡，其特征在于，第一單元L1、第二單元L2、第三單元L3、第四單元L4、第五單元L5、第六單元L6、第七單元L7、第八單元L8、第九單元L9和第十單元LlO內(nèi)的光學(xué)元件都是單片鏡。
[0020]所述的一種高NA投影物鏡，其特征在于，所述的高NA投影物鏡中含有18個非球面。
[0021]所述的一種高NA投影物鏡，其特征在于，所述的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)的折射鏡使用的光學(xué)材料都是熔石英。
[0022]所述的一種高NA投影物鏡，其特征在于，所述的高NA投影物鏡的縮小倍率為1/4。
[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0024]1、本發(fā)明的高NA投影物鏡的數(shù)值孔徑NA為1.35，工作波長為193nm，像方視場為26mmX5.5mm,由于物鏡數(shù)值孔徑很大，克服了現(xiàn)有投影光學(xué)系統(tǒng)分辨率低的不足，提高了光刻分辨率。
[0025]2、本發(fā)明的高NA投影物鏡由31片光學(xué)元件構(gòu)成，均為單片鏡，沒有采用膠合光學(xué)元件，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。
[0026]3、本發(fā)明的高NA投影物鏡中的31片光學(xué)元件，由十個單元構(gòu)成，使用兩個反射鏡對光路進(jìn)行了折轉(zhuǎn)，有效減小了系統(tǒng)長度。
[0027]本發(fā)明所提出的 高NA投影物鏡，可以應(yīng)用于照明光源波長為193nm的高NA深紫外投影光刻設(shè)備中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的一種高NA投影物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；[0029]標(biāo)號說明:1-第一正透鏡、2-第二正透鏡、3-第一負(fù)透鏡、4-第三正透鏡、5-第四正透鏡、6-第二負(fù)透鏡、7-第五正透鏡、8第六正透鏡、9-第七正透鏡、10-第一平面反射鏡、11_第二負(fù)透鏡、12-第四負(fù)透鏡、13-第八正透鏡、14-第一曲面反射鏡、18-第二平面反射鏡、19-第四負(fù)透鏡、20-第五負(fù)透鏡、21-第六負(fù)透鏡、22-第九正正透鏡、23-第十正透鏡、24-第七負(fù)透鏡、25-第八負(fù)透鏡、26-第九負(fù)透鏡、27-第十負(fù)透鏡、28-第^^一負(fù)透鏡、29-第十二負(fù)透鏡、30-第十二負(fù)透鏡、31-第十四負(fù)透鏡、32-像面。
【具體實施方式】
[0030]為了更好地說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)
一步說明。
[0031]圖1為本發(fā)明高NA投影物鏡布局示意圖，31片光學(xué)元件形成第一單元L1、第二單元L2、第三單元L3、第四單元L4和第五單元L5，第六單元L6、第七單元L7、第八單元L8、第九單元L9和第十單元L10。
[0032]該高NA投影物鏡利用兩個平面反射鏡將光學(xué)系統(tǒng)折疊，有效縮短了系統(tǒng)總長。本發(fā)明中所有透射鏡使用的都是熔石英材料，在中心波長193nm處時熔石英玻璃的折射率為1.560491。
[0033]為滿足結(jié)構(gòu)參數(shù)要求，并進(jìn)一步提高像質(zhì)，對系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，經(jīng)過優(yōu)化后各個表面的半徑與厚度間隔發(fā)生變化，本實施例的具體優(yōu)化措施為應(yīng)用光學(xué)設(shè)計軟件構(gòu)造優(yōu)化函數(shù)，并加入像差與結(jié)構(gòu)限制參量，逐步優(yōu)化為現(xiàn)有結(jié)果。
[0034]本實施例通過以下 技術(shù)措施實現(xiàn):照明光源工作波長193nm，像方視場26mmX5.5mm，光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為1.35，光刻分辨力為40nm，光學(xué)系統(tǒng)縮小倍率為1/4，本發(fā)明的高NA投影物鏡第一鏡子和掩模面之間距離為35mm，最后一片鏡子距離和硅片面之間距離為3.1mm，本發(fā)明的高NA投影物鏡從掩膜面到硅片面的距離為1236mm。
[0035]通過優(yōu)化各個光學(xué)元件的曲率半徑、厚度以及改變各光學(xué)元件之間的間隔，非球面系數(shù)來減小高NA投影物鏡的各種像差，系統(tǒng)的最大波像差為3nm。
[0036]在實際操作中，以上各光學(xué)元件的具體參數(shù)(如曲率半徑，光學(xué)元件厚度，光學(xué)元件間隔，非球面系數(shù))可做一定的調(diào)整來滿足不同的系統(tǒng)參數(shù)要求。
[0037]波像差是成像質(zhì)量很高的光學(xué)系統(tǒng)通常用到的光學(xué)評價指標(biāo)，它可以直觀反應(yīng)低階像差和高階像差的情況。表2列出了本實施例所設(shè)計的高NA投影物鏡各個視場以質(zhì)心為參考的各個視場的均方根波像差，其中ω表示全視場，λ表示波長，可知，該系統(tǒng)最大波像差為2.9nm。
[0038]表2各視場的均方根波像差
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種高NA投影物鏡，包括第一單元(LI)、第二單元(L2)、第三單元(L3)、第四單元(L4)、第五單元(L5)、第六單元(L6)、第七單元(L7)、第八單元(L8)、第九單元(L9)和第十單元(L10)，其特征在于，第一單元(LI)具有正光焦度，第二單元(L2)具有正光焦度，第三單元(L3)具有正光焦度，第四單元(L4)為45°放置的平面反射鏡，第五單元(L5)具有正光焦度，第六單元(L6)為45°放置的平面反射鏡，第七單元(L7)具有負(fù)光焦度，第八單元(L8)具有正光焦度,第九單元(L9)具有負(fù)光焦度,第十單元(LlO)具有負(fù)光焦度； 第一單元(LI)包括第一正透鏡(I)、第二正透鏡(2)、第一負(fù)透鏡(3)和第三正透鏡(4); 第二單元(L2)包括第四正透鏡(5)和第二負(fù)透鏡(6)； 第三單元(L3)包括第五正透鏡(7)，第六正透鏡(8)和第七正透鏡(9)； 第四單元(L4)包括第一平面反射鏡(10)； 第五單元(L5)包括第三負(fù)透鏡(11)，第四負(fù)透鏡(12)，第八正透鏡(13)和第一曲面反射鏡(14)； 第六單元(L6)包括第二平面反射鏡(18)； 第七單元(L7)包括第五負(fù)透鏡(19),第六負(fù)透鏡(20)和第七負(fù)透鏡(21)； 第八單元(L8)包括第九正透鏡(22)，第十正透鏡(23)和第八負(fù)透鏡(24)； 第九單元(L9)包括第九負(fù)透鏡(25),第十負(fù)透鏡(26),第^^一負(fù)透鏡(27),第十二負(fù)透鏡(28)； 第十單元(LlO)包括第十三負(fù)透鏡(29)，第十四負(fù)透鏡(30)，第十五負(fù)透鏡(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高NA投影物鏡，其特征在于:所述的一種高NA投影物鏡中包括有18個非球面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高NA投影物鏡，其特征在于:所述的一種高NA投影物鏡折射鏡使用的光學(xué)材料都是熔石英。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高NA投影物鏡，其特征在于:所述的一種高NA投影物鏡的縮小倍率為1/4。
【文檔編號】G02B17/08GK103885159SQ201410155301
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】白瑜, 邢廷文, 呂保斌, 鄧超, 朱紅偉, 廖志遠(yuǎn) 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所