一種用于桌面stepper光刻機的投影物鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡，其采用了雙遠心、14片結構，工作波長為i線(365nm)。該物鏡光學共軛總長(物方到像方)L＝500mm，物方、像方工作距均為60mm。物方有效視場為75mm×75mm，物方數(shù)值孔徑NA＝0.055。經過面型優(yōu)化和機械結構微調后，該光刻投影物鏡像方分辨力能達到<5mm。該光刻機的投影物鏡的數(shù)值孔徑較高，可以有效提高光刻分辨力；該光刻機的投影物鏡的總片數(shù)較少，且未采用非球面，可以在有效平衡像差的同時，降低加工裝配的難度；該光刻機的投影物鏡的光學共軛距較短，可以很好地集成入小型化光刻設備之中。
【專利說明】-種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡，屬于微納加工設備中的光 學系統(tǒng)設計領域。

【背景技術】
[0002] 根據(jù)摩爾定律，集成電路的集成度每三年就會在原有基礎上增加2倍，器件的特 征尺寸因此縮小到原值的目前，摩爾定律依然有效，很大程度上歸功于光刻設備的進 步。但光刻機設備性能在不斷向前突破的同時，其體積也進一步增大。目前大型高精度光 刻機系統(tǒng)市場被荷蘭ASML、日本NIKON和Canon三家廠商壟斷。
[0003] 但實驗室級的小型化光刻系統(tǒng)需要在保證光刻效果的同時兼顧成本和設備體積。 設計制造一款可以用于實驗室成像高質量桌面級別的STEPPER光刻機，其核心是設計一 種。
[0004] 中國專利201010585454. 1公布了一種用于365nm波長的投影光刻物鏡，其采用了 18片鏡片，各類像差都矯正得較好。但該鏡頭全采用國外OHARA廠商生產的材料，成本較 商。
[0005] 日本專利JP2006266738A公布了一種應用于i線的光刻投影物鏡，其工藝因子可 以控制在0. 4以下。其光學系統(tǒng)由27枚鏡片組成，其中有一個14階非球面。該物鏡成像 質量優(yōu)異，成為現(xiàn)階段國內外大型光刻物鏡的設計原型。該物鏡成像質量雖然出眾，但造價 不菲且體積龐大，故并不適用于實驗室級光刻設備。
[0006] 國內目前在投影光刻物鏡設計、加工、裝配等方面落后國外較多。由于工藝的限 制，國內光刻投影物鏡的工藝因子一般限制在〇. 7?0. 8左右。與此同時，為了達到提高分 辨力的目的，國內同等分辨力光刻投影物鏡的數(shù)值孔徑設計值比國外高。這就大大增加了 物鏡的設計難度。特別是桌面STEPPER光刻機這類對各分系統(tǒng)體積有較大限制的光刻設 備，高性能的投影物鏡設計進一步受到限制。總之，要用較少的鏡片在較大視場范圍內矯正 各類像差并降低加工裝配難度是目前桌面STEPPER這類小型化光刻機亟需突破的難題。


【發(fā)明內容】

[0007] 為了解決上述提到的問題，使小型化的桌面STEPPER光刻機本發(fā)明設計了一種大 視場高數(shù)值孔徑的i-line光刻機投影物鏡，鏡片數(shù)較少，可以有效地校正各類像差，達到 較高的成像質量。
[0008] 本發(fā)明采用的技術方案為：一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡，其特征是 該光刻投影物鏡物象共軛距L= 500mm;
[0009] 從入射方向開始到光闌前，為第一透鏡組，依次設置LI?L7共7枚鏡片，其中第 2枚即鏡片L2、第6枚即鏡片L6為負透鏡，其余鏡片均為正透鏡；
[0010] 從光闌開始到像面前，為第二透鏡組，依次設置L8?L14共7枚鏡片，其中第9枚 即鏡片L9、第13枚即鏡片L13為負透鏡，其余鏡片均為正透鏡；
[0011] 第一透鏡組與第二透鏡組鏡片類型關于光闌成鏡像對稱，構成雙遠心結構，物方、 像方遠心度均控制在±0. 5度以內。
[0012] 進一步的，其工作波長為i線，即365nm。
[0013] 進一步的，其物方工作距、像方工作距均為60mm。
[0014] 進一步的，該雙遠心結構式光刻投影物鏡在物面、像面有一定偏離的情況下，依然 保證鏡頭有良好的成像質量以及相同的放大倍率；該雙遠心結構式光刻投影物鏡平衡了透 過率和鏡片片數(shù)之間的關系，透過率估算可以達到40%以上，而14枚鏡片的應用能夠有效 矯正多種像差，尤其是邊緣視場的畸變和場曲。
[0015] 進一步的，該雙遠心結構式光刻投影物鏡的放大倍率M=-IX。
[0016] 進一步的，其物方有效視場為75mmX75mm，物方數(shù)值孔徑為NA= 0. 055 ;
[0017] 同時，根據(jù)瑞利公式= k代表光刻工藝因子，NA為物鏡數(shù)值孔徑，其中工 NA 藝因子取〇. 7,該物鏡的分辨率理論上能達到〈5μm。
[0018] 進一步的，其鏡片材料牌號分別為H-K9L、H-QK3L以及F2的玻璃。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：
[0020] (1)、該光刻物鏡的數(shù)值孔徑較高，可以有效提高光刻分辨力；
[0021] (2)、該光刻物鏡的總片數(shù)較少，且未采用非球面，可以在有效平衡像差的同時，降 低加工裝配的難度；
[0022] (3)、該光刻物鏡的光學共軛距較短，可以很好地集成入小型化光刻設備之中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡光學構圖，其中Ll為第一 塊鏡片,L2為第二塊鏡片，L3為第三塊鏡片，L4為第四塊鏡片，L5為第五塊鏡片，L6為第六 塊鏡片，L7為第七塊鏡片，L8為第八塊鏡片，L9為第九塊鏡片，LlO為第十塊鏡片，Lll為 第十一塊鏡片，L12為第十二塊鏡片，L13為第十三塊鏡片，L14為第十四塊鏡片；此外，圖中 objective space為物鏡的物面，STO為物鏡光闌，image space為物鏡的像面；
[0024] 圖2為本發(fā)明一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡MTF曲線；
[0025] 圖3為本發(fā)明一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡場曲和畸變；
[0026] 圖4為本發(fā)明一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡點擴散斑圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡波像差；
[0028] 圖6為本發(fā)明一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡光學機械裝配圖。

【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖對本發(fā)明【具體實施方式】進行詳細說明。
[0030] 一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡，其特征是該光刻投影物鏡物象共軛距 L= 500mm〇
[0031] 從物面（objectivespace)入射方向開始到光闌（STO)前，為第一透鏡組，依次設 置Ll?L7共7枚鏡片。其中第2枚（L2)、第6枚（L6)鏡片為負透鏡，其余鏡片均為正透 鏡。
[0032] 從光闌（STO)開始到像面（imagespace)前，為第二透鏡組，依次設置L8?L14 共7枚鏡片，其中第9枚（L9)、第13枚（L13)鏡片為負透鏡，其余鏡片均為正透鏡。
[0033] 第一透鏡組與第二透鏡組鏡片類型關于光闌成鏡像對稱，構成雙遠心結構。
[0034] 本發(fā)明一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡總共包含14枚鏡片，少于國外現(xiàn) 有的成熟設計方案，并能較好地校正各類像差。物鏡結構參數(shù)如下表所示：

【權利要求】
1. 一種用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡，其特征是該光刻投影物鏡物象共軛距L =500mm； 從入射方向開始到光闌前，為第一透鏡組，依次設置LI?L7共7枚鏡片，其中第2枚 即鏡片L2、第6枚即鏡片L6為負透鏡，其余鏡片均為正透鏡； 從光闌開始到像面前，為第二透鏡組，依次設置L8?L14共7枚鏡片，其中第9枚即鏡 片L9、第13枚即鏡片L13為負透鏡，其余鏡片均為正透鏡； 第一透鏡組與第二透鏡組鏡片類型關于光闌成鏡像對稱，構成雙遠心結構，物方、像方 遠心度均控制在± 0. 5度以內。
2. 根據(jù)權利要求1所述的用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡，其特征是：其工作波 長為i線，即365nm。
3. 根據(jù)權利要求1所述的用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡，其特征是：其物方工 作距、像方工作距均為60mm。
4. 根據(jù)權利要求1所述的用于桌面STEPPER光刻機的投影物鏡，其特征是：該雙遠心 結構式光刻投影物鏡在物面、像面有一定偏離的情況下，依然保證鏡頭有良好的成像質量 以及相同的放大倍率；該雙遠心結構式光刻投影物鏡平衡了透過率和鏡片片數(shù)之間的關 系，透過率估算可以達到40%以上，而14枚鏡片的應用能夠有效矯正多種像差，尤其是邊 緣視場的畸變和場曲。
5. 根據(jù)權利要求1所述的用于桌面STEPPER光刻機的雙遠心投影物鏡，其特征是：該 雙遠心結構式光刻投影物鏡的放大倍率M=-IX。
6. 根據(jù)權利要求1所述的用于桌面STEPPER光刻機的雙遠心投影物鏡，其特征是：其 物方有效視場為75mmX75mm，物方數(shù)值孔徑為NA= 0. 055 ; 同時，根據(jù)瑞利公式σ= &^·,k代表光刻工藝因子，NA為物鏡數(shù)值孔徑，其中工藝因 子取〇. 7,該物鏡的分辨率理論上能達到〈5μm。
7. 根據(jù)權利要求1所述的用于桌面STEPPER光刻機的雙遠心投影物鏡，其特征是：鏡 片材料牌號分別采用國產H-K9UH-QK3L以及F2的玻璃。
【文檔編號】G02B13/22GK104238092SQ201410543114
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權日:2014年10月14日
【發(fā)明者】劉俊伯, 程依光, 趙立新, 胡松 申請人:中國科學院光電技術研究所