CN102707414B - 光刻投影物镜 - Google Patents
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Abstract
一种光刻投影物镜,把掩模的图像聚焦成像在硅片上,从掩模开始包括沿光轴依次设置的:第一透镜组、第二透镜组、孔径光阑AS、相对于孔径光阑与第二透镜组对称的第三透镜组、相对于孔径光阑与第一透镜组对称的第四透镜组。
Description
技术领域
本发明涉及一种投影物镜光学***,尤其涉及一种可以应用在步进曝光设备中的光刻投影物镜。
背景技术
光学光刻是一种用光将掩模图案投影复制的技术。集成电路就是由投影曝光装置制成的。借助于投影曝光装置,具有不同掩模图案的图形被成像至基底上,如硅片或LCD板,用于制造集成电路、薄膜磁头、液晶显示板,或微机电(MEMS)等一系列结构。过去数十年曝光设备技术水平不断发展,满足了更小线条尺寸,更大曝光面积,更高可靠性及产率,更低成本的需求。为了实现这种大曝光面积下高分辨率的图案,曝光装置必须提高物镜高数值孔径,缩短光源波长,及采用更复杂的光刻工艺技术。
提高分辨率方法之一就是使用更短的曝光波长。 从掩模面成像到硅片面的图案包含数层,所以必须校正光学畸变。其次,必须校正场曲,减少焦深范围内的套刻误差。最后,为了增加焦深,减小套刻误差及放大倍率误差,投影物镜必须实现物方、像方双远心。
步进式光刻设备广泛应用于光刻领域。步进式投影光学的主要特征是:
(1) 大的成像范围
(2) 宽光谱光源,如汞灯
(3) 倾向采用1x放大倍率
为了获得高产率,必须使用宽光谱的汞灯或激光光源。光学光刻领域的大视场步进光刻装置通常使用从g线到h线宽光谱光源。掩模面的光刻胶对波长敏感,为了获得曝光光谱区域内的锐利线条,投影物镜必须校正轴向色差和倍率色差。就g-h线光源光谱区域而言,可以使用很多传统光学玻璃材料。
美国专利US 5,159,496 (Oct,27, 1992) ,介绍了一种将掩模图案投影到光刻胶的物镜。物镜可以校正两种或三种波长的色差。物镜包含光阑,位于物方和光阑之间的前部光学***,位于像面和光阑之间的后部光学***。前部及后部光学***各自包含三个透镜组。部分透镜由反常色散玻璃构成,以校正倍率色差。物镜F数较大,相当于较小的数值孔径0.04。该物镜不是远心结构,且有很大的场曲和像散。使用的光谱区域为g-h线波段。
美国专利US5,930,049 (Jul,17, 1999)介绍了另一种g-h线波段,高数值孔径光刻投影物镜。该物镜是一种多透镜结构(29-31个透镜),由五个透镜组实现1/5x放大倍率。物镜应用在扫描类型光刻机中,而不是步进型光刻机。提供的实施例不能实现4纳米带宽内所需的像质,校正色差的玻璃为虚拟玻璃。无玻璃制造商提供。
美国专利US7,158,215 (Jan,2, 2007) 介绍了另一种光刻投影物镜。该投影物镜是Offner类型折反射式1x放大倍率***。***包含主镜凹透镜,次镜凹面反射镜,及校正色差的弯月折射透镜。环形狭缝形的视场,一个视场方向很窄,相对宽视场方向的像差尤其是高级像散不能够校正。光阑位于较小的次镜上,如果要改变数值孔径,就不可避免产生渐晕。远心误差由物镜相对光轴的偏移量决定,不能够校正。从视场的形状判断可能是应用于扫描光刻投影装置,而不是步进光刻装置。
美国专利US7,148,953 (Dec,12, 2006)。介绍了另一种光刻投影物镜。该投影物镜采用Wynne-Dyson类型对称式结构。1x放大倍率***包含一个透镜组,一个凹面反射镜和两个物像方的折转棱镜。视场是离轴的,而且一个方向很窄,这不适合应用在步进光刻中。其次,不能避免上面专利US7,158,215中的所有缺点。而且这个物镜只有很小的工作距离,物面和像面不互相平行,导致掩模和硅片的工作台需要更大的空间。Dyson类型***需要分光棱镜,分光棱镜会产生镀膜和胶和问题,还会减少掩模和硅片面的工作距离。
综上所述,需要设计一种光刻投影物镜,使之既能满足大视场、平场的需求,也能够校正畸变、场曲、像散,和宽光谱区域内的轴向及倍率色差。还要保证物镜是双远心,掩模和硅片面工作距离较大,以留出安装空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光刻投影物镜,把掩模的图像聚焦成像在硅片上,从掩模开始包括沿着光轴依次设置的:
具有正光焦度的第一透镜组;
具有正光焦度的第二透镜组;
孔径光阑AS;
具有正光焦度的第三透镜组,相对于孔径光阑与第二透镜组对称;
具有正光焦度的第四透镜组,相对于孔径光阑与第一透镜组对称;
第一透镜组将来自掩模的光线会聚至第二透镜组,第一透镜组包含四个光焦度依次为负、负、正、正的透镜,第一透镜、第二透镜组成具有负光焦度的子透镜组G1-1n;
第二透镜组收集从第一透镜组出射的光线,准直后出射至第三透镜组,第二透镜组包含四个光焦度依次为负、正、负、正的透镜,第一透镜和第二透镜组成具有正光焦度的第一子透镜组G2-1p,第三透镜和第四透镜组成具有负光焦度的第二子透镜组G2-2n;
其中,光刻投影物镜的放大倍率为近似1x。
其中,光刻投影物镜的带宽为400纳米到440纳米。
其中,第一透镜组的第一透镜为双凹透镜,第二透镜为第一面为非球面且凹面面向掩模的弯月式透镜,第三透镜为凹面面向掩模的弯月透镜,第四透镜为双凸透镜;第二透镜组的第一透镜是凹面面向硅片的弯月透镜,第二透镜是双凸透镜,第三透镜为凹面面向硅片的弯月透镜,第四透镜是凹面面向硅片的正光焦度的弯月透镜。
其中,第一透镜组的第一透镜由低色散材料构成,第三透镜由高色散材料构成,第四透镜由高色散材料构成;第二透镜组的第一透镜由高色散材料构成,第二透镜由低色散材料构成,第三透镜由高色散材料构成,第四透镜由低色散材料构成。
其中,所述的光刻投影物镜满足以下关系式:
0.10<f1/ f2<0.30 (3-1)
-0.85< fG1-1n / f1< -1.15 (3-2)
0.10< fG2-1p / f2< 0.25 (3-3)
1.9< Vel71 / Vel73< 2.55 (3-4)
2.10< Vel71 / Ve74< 2.60 (3-5)
0.30< Vel75 / Ve76< 0.50 (3-6)
0.35< Vel77 / Ve78< 0.45 (3-7)
其中,f1是第一透镜组的焦距,f2是第二透镜组的焦距,fG1-1n是第一透镜组的子透镜组 G1-1n的焦距,fG2-1p是第二透镜组第一子透镜组 G2-1p的焦距,Vel71 和Vel73 是第一透镜组的第一透镜和第三透镜的阿贝数,Vel74是第一透镜组的第四透镜的阿贝数,Vel75和Vel76是第二透镜组的第一透镜和第二透镜的阿贝数,Vel77和Vel78是第二透镜组的第三透镜和第四透镜的阿贝数。
根据本发明的光刻投影物镜,能校正多种像差,特别是畸变、场曲、像散、轴向色差、倍率色差,并实现物像空间的双远心。
附图说明
通过本发明实施例并结合其附图的描述,可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中,附图为:
图1所示为根据本发明第一实施例的光刻投影物镜的示意图;
图2所示为根据本发明第一实施例的光刻投影物镜的波像差曲线;
图3所示为根据本发明第一实施例的光刻投影物镜的场曲、像散、畸变像差;
图4所示为根据本发明第一实施例的光刻投影物镜的倍率色差;
图5所示为根据本发明第一实施例的光刻投影物镜的边缘光线像差曲线;
图6所示为根据本发明第一实施例的光刻投影物镜的远心误差;
图7所示为根据本发明第二实施例的光刻投影物镜的示意图;
图8所示为根据本发明第二实施例的光刻投影物镜的波像差曲线;
图9所示为根据本发明第二实施例的光刻投影物镜的场曲、像散、畸变像差;
图10所示为根据本发明第二实施例的光刻投影物镜的倍率色差;
图11所示为根据本发明第二实施例的光刻投影物镜的边缘光线像差曲线;
图12所示为根据本发明第二实施例的光刻投影物镜的远心误差;
图13所示为根据本发明第三实施例的光刻投影物镜的示意图;
图14所示为根据本发明第三实施例的光刻投影物镜的波像差曲线;
图15所示为根据本发明第三实施例的光刻投影物镜的场曲、像散、畸变像差;
图16所示为根据本发明第三实施例的光刻投影物镜的倍率色差;
图17所示为根据本发明第三实施例的光刻投影物镜的边缘光线像差曲线;
图18所示为根据本发明第三实施例的光刻投影物镜的远心误差。
具体实施方式
下面,结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。
本发明提供一种大数值孔径、大曝光视场的投影物镜,且能够校正宽光谱g-h线波像差。该投影物镜能够良好校正畸变、场曲、像散,轴向及倍率色差,并实现物像方空间双远心的物面和像面分离,整个***为近似1x放大倍率。
第一实施例:
图1为根据本发明第一实施例的光刻投影物镜30的光学***示意图。
物镜30包含四个正透镜组G1, G2, G3 和 G4。孔径光阑AS 100位于第二透镜组G2与第三透镜组G3之间。掩模R投影到硅片W的线性放大倍率为近似1x。第一透镜组G1与第四透镜组G4关于光阑对称。第二透镜组G2与第三透镜组G3也关于光阑对称。
第一透镜组G1将来自掩模的光线会聚至第二透镜组。第一透镜组G1包含六个透镜1、2、3、4、5、6,光焦度依次为负、负、正、正、正、负。第一透镜组包含两个子透镜组G1-1n和G1-2n,第一子透镜组G1-1n为负光焦度,包含第一透镜组的第一透镜1、第二透镜2;第二子透镜组G1-2n为负光焦度,包含第一透镜组的第五透镜5、第六透镜6。第一透镜组的第一透镜1为负光焦度,是双凹透镜,第一透镜组G1的第二透镜2为负光焦度弯月式透镜,且凹面103面向掩模R。第一透镜组G1的第三透镜3为正光焦度双凸透镜。第三透镜3第一面105为非球面,用来校正像散和远心误差。第一透镜组G1的第四透镜4为正光焦度双凸透镜。第一透镜组G1的第五透镜5为正光焦度弯月透镜,凹面110面向硅片W。第一透镜组G1的第六透镜6为负光焦度的双凹透镜,由高色散材料构成。以上第一透镜组的透镜结构组合校正了像散,场曲,远心,且压缩了光学***总长。
第二透镜组G2收集从第一透镜组G1出射的近似平行光,也近似平行地出射至第三透镜组G3。第二透镜组G2包含三个透镜7、8、9,光焦度依次为正、负、正。第二透镜组G2包含一负光焦度的子透镜组G2-1n,子透镜组G2-1n包含第二透镜组G2的第一透镜7和第二透镜8。第二透镜组G2的第一透镜7是正光焦度的双凸透镜。第二透镜组G2的第二透镜8为负光焦度的双凹透镜,由高色散玻璃构成。第二透镜组G2第二透镜8面向硅片W的面130为非球面,用于补偿高级球差。第二透镜组G2的第三透镜9是正光焦度的双凸透镜。以上第二透镜组的透镜结构组合校正了球差,轴向色差和二级光谱。
第三透镜组与第二透镜组相对于光阑AS对称。第三透镜组G3收集从第二透镜组G2出射的近似平行光,也是近似平行地出射至第四透镜组G4。第三透镜组G3包含三个透镜10、11、12,光焦度依次为正、负、正。第三透镜组G3包含一负光焦度的子透镜组G3-1n,子透镜组G3-1n包含第三透镜组G3的第二透镜11,第三透镜12。第三透镜组G3的第一透镜10为双凸正透镜。第三透镜组G3的第二透镜11为双凹的负透镜,由高色散材料构成。第三透镜组G3第二透镜11的面向掩模R的面140为非球面,用于补偿高级球差。第三透镜组G3的第三透镜12是正光焦度的双凸透镜。
第四透镜组与第一透镜组相对光阑对称。第四透镜组会聚第三透镜组的出射光线,并聚焦于硅片W。第四透镜组包含六个透镜13、14、15、16、17、18,光焦度依次为负、正、正、正、负、负。第四透镜组G4包含两个子透镜组G4-1n及G4-2n,第一子透镜组G4-1n为负光焦度,包含第四透镜组的第一透镜13和第二透镜14;第二子透镜组G4-2n为负光焦度,包含第四透镜组的第五透镜17和第六透镜18。第四透镜组的第一透镜13为负光焦度的双凹透镜,由高色散材料构成。第四透镜组的第二透镜14为正光焦度弯月透镜,凹面114面向掩模R。 第四透镜组的第三透镜15为正光焦度双凸透镜。第四透镜组第四透镜16,是双凸透镜,透镜16的面向硅片W的面117为非球面,用于校正像散和远心误差。第四透镜组第五透镜17为负光焦度弯月透镜,透镜17凹面120面向硅片W。第四透镜组的第六透镜18为负光焦度双凹透镜。
第一透镜组G1和第四透镜组G4分别靠近物面和像面,用于校正物镜的远心误差,像散和场曲。第二透镜组G2和第三透镜组G3均靠近光阑AS,用于校正物镜的球差和轴向色差。
投影物镜关于光阑对称,所以不存在慧差,畸变及倍率色差。正光焦度透镜使用低色散材料,负光焦度透镜使用高色散材料,这种组合校正了色差。单个透镜对总色差的贡献量与轴向点近轴光线投射高度的平方、透镜光焦度、材料阿贝数的倒数,三者成正比。第二及第三透镜组的设计校正了轴向色差。第一及第四透镜组校正了像散。第一透镜组透镜3及第四透镜组透镜16的非球面有助于校正子午像散和整个***的远心。球差由第二及第三透镜组校正。
场曲和弧矢像散的校正通过第一透镜组G1的第一子透镜组G1-1n中的负透镜1及厚弯月式弱负光焦度透镜2组合实现,其中弯月透镜2的凹面103面向掩模R。相同的校正通过第四透镜组G4的第二子透镜组G4-2n中的负透镜18及厚弯月式弱负光焦度透镜17组合实现,其中弯月透镜17的凹面120面向硅片W。
透镜组G1的第三、第四透镜3、4和透镜组G4的第三、第四透镜15、16用于校正子午像散和远心误差。由于这个目的,这些透镜都被设计为正光焦度,透镜3的第一个面105和透镜16的第二个面117为高次非球面。透镜3的非球面105面向掩模R,透镜16的非球面117面向硅片W。
望远式子透镜组G1-2n包含正光焦度低色散透镜5和负光焦度高色散透镜6,G1-2n子透镜组用来压缩透镜总长,同时补偿由子透镜组G1-1n及透镜3、4带来的色球差。类似的望远式子透镜组G4-1n包含负光焦度高色散透镜13和正光焦度低色散透镜14,G4-1n子透镜组用来压缩透镜总长,同时补偿由子透镜组G4-2n及透镜15、16带来的色球差。子透镜组G1-2n的透镜5和子透镜组G4-1n的透镜14由熔融石英构成。子透镜组G1-2n的透镜6和子透镜组G4-1n的透镜13由BSM51Y-OHARA构成。
由于光源具有400到440nm宽带宽,必须校正轴向色差和二级光谱。这是通过以下方法实现的:子透镜组G2–1n的透镜7由低色散反常色散材料构成,透镜8由高色散材料构成。同样的,子透镜组G3–1n的透镜11由高色散材料构成,透镜12由低色散反常色散材料构成。Caf2作为低色散反常色散材料,BSM51Y作为高色散材料。子透镜组G2-1n 与G3-1n的光焦度都是负值,透镜组G2的第三透镜9与透镜组G3的第一透镜10为正光焦度。透镜9、10补偿子透镜组G2-1n 与G3-1n带来的球差。
以下透镜组G1、G2、G3、G4、及其子透镜组透镜间的关系式进一步确立了物镜像质优化的基础。
0.45<f1/ f2<0.75 (1-1)
-0.84< fG1-1n / f1< -0.45 (1-2)
-20< fel2/ f1<-4.5 (1-3)
-1.85< fG1-2n / f1< -1.56 (1-4)
-0.75< fG2-1n / f2< -0.55 (1-5)
1.1< Vel5 / Vel6< 1.35 (1-6)
1.1< Vel7 / Vel8< 1.65 (1-7)
其中:
f1 :透镜组G1的焦距;
f2 :透镜组G2的焦距;
fG1-1n :透镜组G1的子透镜组 G1-1n的焦距;
fel2 :子透镜组 G1-1n中弯月式透镜2的焦距;
fG1-2n:透镜组G1的子透镜组 G1-2n的焦距;
fG2-1n :透镜组G2的子透镜组G2-1n 的焦距;
Vel5 和Vel6 :子透镜组G1-2n中透镜5和透镜6的阿贝数;
Vel7 和Vel8:子透镜组G2-1n中透镜7和透镜8的阿贝数;
由于是近似1x放大倍率***,透镜组G3、G4及相应子透镜组、透镜也应满足类似的关系式。
关系式(1-1)–(1-7)定义了透镜组G1、G2、G3、G4、及其子透镜组、透镜校正像差的结构关系。
本实施例中光刻投影物镜中的各透镜的参数如表1所示:
表面类型 | 半径(mm) | 厚度(mm) | 材料 | 通光口径(mm) | 备注 |
Infinity | 45.14445 | Object | |||
Sphere | -126.932 | 8.116472 | SILICA | 42.09159 | |
Sphere | 211.6409 | 16.78667 | 49.11572 | ||
Sphere | -98.6014 | 30.26171 | SILICA | 49.11738 | |
Sphere | -76.7787 | 2.542089 | 62.68226 | ||
Asphere | -154.404 | 34.13505 | SILICA | 73.31192 | A(1) |
Sphere | -125.644 | 0.5 | 75.44307 | ||
Sphere | 202.0771 | 31.50521 | SILICA | 80.17842 | |
Sphere | -244.778 | 0.5 | 80.59215 | ||
Sphere | 99.11957 | 32.08076 | SILICA | 71.28397 | |
Sphere | 1841.601 | 20.92147 | 65.18342 | ||
Sphere | -3161.45 | 8 | BSM51Y | 52.72192 | |
Sphere | 69.60824 | 138.834 | 47.79705 | ||
Sphere | 665.4425 | 24.19691 | CAF2 | 47.39707 | |
Sphere | -84.4703 | 0.5 | 47.36307 | ||
Sphere | -83.4967 | 8.003024 | BSM51Y | 47.1338 | |
Asphere | 234.0162 | 14.10928 | 48.66002 | A(2) | |
Sphere | 200.9549 | 28.86588 | CAF2 | 52.89498 | |
Sphere | -114.815 | 5.000002 | 53.58722 | ||
Sphere | Infinity | 5.000002 | 51.629 | stop | |
Sphere | 114.8153 | 28.86588 | CAF2 | 54.05004 | |
Sphere | -200.955 | 14.10928 | 53.45288 | ||
Asphere | -234.016 | 8.003024 | BSM51Y | 49.43503 | A(3) |
Sphere | 83.49668 | 0.5 | 48.10195 | ||
Sphere | 84.47029 | 24.19691 | CAF2 | 48.37204 | |
Sphere | -665.443 | 138.834 | 48.43772 | ||
Sphere | -69.6082 | 8 | BSM51Y | 48.57738 | |
Sphere | 3161.448 | 20.92147 | 53.65113 | ||
Sphere | -1841.6 | 32.08076 | SILICA | 66.13762 | |
Sphere | -99.1196 | 0.5 | 72.11115 | ||
Sphere | 244.7777 | 31.50521 | SILICA | 81.65227 | |
Sphere | -202.077 | 0.5 | 81.28062 | ||
Sphere | 125.6437 | 34.13505 | SILICA | 76.17766 | |
Asphere | 154.4039 | 2.542089 | 74.34292 | A(4) | |
Sphere | 76.77872 | 30.26171 | SILICA | 63.23572 | |
Sphere | 98.60136 | 16.78667 | 49.47638 | ||
Sphere | -211.641 | 8.116472 | SILICA | 49.65886 | |
Sphere | 126.9322 | 45.14445 | 42.39329 | ||
Infinity | Image |
其中,非球面参数为:
表1
本实施例的光刻投影物镜的波像差如图2所示,其中全视场波前已被校正。
本实施例的光刻投影物镜的视场像差如图3所示,其中场曲、像散已被校正。
本实施例的光刻投影物镜的倍率色差如图4所示,其中全视场倍率色差已被校正。
本实施例的光刻投影物镜的边缘光线像差曲线如图5所示,其中0.2数值孔径的球差和离轴球差已被校正。
本实施例的光刻投影物镜的远心误差如图6所示,其中物镜为校正远心的双远心结构。
第二实施例:
图7所示为根据本发明第二实施例的光刻投影物镜40的光学***示意图。
物镜40包含四个透镜组G1, G2, G3 和 G4。孔径光阑AS位于第二透镜组G2与第三透镜组G3之间。掩模R投影到硅片W的线性放大倍率为近似1x。第一透镜组G1与第四透镜组G4关于光阑对称。第二透镜组G2与第三透镜组G3也关于光阑对称。透镜组G1, G2, G3 和 G4的光焦度依次为正、负、负、正。
第一透镜组G1将来自掩模的光线会聚至第二透镜组。第一透镜组G1包含五个透镜50、51、52、53、54,光焦度依次为负、负、正、正、正。第一透镜组包含一个子透镜组G1-1n,子透镜组G1-1n为负光焦度,包含第一透镜组的第一透镜50、第二透镜51。第一透镜组的第一透镜50为负光焦度的双凹透镜,第一透镜组G1的第二透镜51为负光焦度的弯月式透镜,且凹面202面向掩模R。第一透镜组G1的第三透镜52为正光焦度双凸透镜。第三透镜52的第一面204为非球面,用于校正像散和远心误差。第一透镜组G1的第四透镜53为正光焦度弯月透镜,透镜53的凹面206面向掩模R。第一透镜组G1的第五透镜54为正光焦度弯月透镜,凹面208面向硅片W。以上第一透镜组的透镜结构组合校正了像散,场曲,远心,且压缩了光学***总长。
第二透镜组G2收集从第一透镜组G1出射的光线,准直后出射至第三透镜组G3。第二透镜组G2包含四个透镜55、56、57、58,光焦度依次为负、正、负、正。第二透镜组G2包含一负光焦度的子透镜组G2-1n,子透镜组G2-1n包含第二透镜组G2的第二透镜56和第三透镜57。第二透镜组G2的第一透镜55是双凹透镜。第二透镜组G2的第二透镜56是双凸透镜,由低色散玻璃构成。第二透镜组G2第三透镜57为双凹透镜,由高色散材料构成。第三透镜57的第二个面210为非球面以补偿高级球差及减小物镜的F数。第二透镜组G2的第四透镜58是正光焦度的双凸透镜。以上第二透镜组的四个透镜结构组合校正了球差,轴向色差和二级光谱。
投影物镜为近似1x放大倍率***,关于光阑AS对称。第四透镜组G4与第一透镜组G1结构近似对称。第三透镜组G3与第二透镜组G2结构近似对称。
第一透镜组G1和第四透镜组G4分别靠近物面和像面,校正物镜的远心误差、像散和场曲。第二透镜组G2和第三透镜组G3均靠近光阑AS,校正物镜的球差和轴向色差。
与第一实施例相类似,投影物镜关于光阑对称,所以不存在慧差,畸变及倍率色差。正光焦度透镜使用低色散材料,负光焦度透镜使用高色散材料,这种组合校正了色差。第二及第三透镜组的设计校正了轴向色差。第一及第四透镜组校正了像散。第一透镜组的透镜52及第四透镜组的透镜65的非球面有助于校正子午像散和整个***的远心。球差由第二透镜组G2 及第三透镜组G3 校正。第二透镜组G2的透镜57 及第三透镜组G3的透镜60的非球面校正了高级球差。场曲的校正通过透镜组G1、G2、G3、G4的光焦度组合来实现。
场曲和弧矢像散的校正通过第一透镜组G1的第一子透镜组G1-1n中的负透镜50及厚弯月式(弱光焦度的负透镜)51组合实现。弯月透镜51的凹面202面向掩模R。
透镜组G1的第三透镜52、第四透镜53、第五透镜54均为正光焦度透镜,用来校正像散和远心误差。透镜52的面204为面向掩模R的非球面,校正高级像散。
为了补偿由子透镜组G1-1n带来的场曲和色球差,透镜52、53、54由与子透镜组G1-1n相同的低色散材料SFPL51Y OHARA构成。
校正轴向色差和二级光谱是通过以下方法实现的:子透镜组G2–1n的透镜56由低色散反常色散材料构成,透镜57由高色散材料构成。Caf2作为低色散反常色散材料,BSM51Y作为高色散材料。子透镜组G2-1n的光焦度都是负值,透镜组G2的第一透镜55为负光焦度,透镜组G2第四透镜58为正光焦度。透镜58补偿子透镜组G2-1n带来的球差。
以下透镜组G1、G2,及其子透镜组和透镜间的关系式进一步确立了物镜像质优化的基础。
-1.25<f1/ f2<-0.08 (2-1)
-1.65< fG1-1n / f1< -1.25 (2-2)
-12< fel2/ f1<-3.5 (2-3)
0.15< fG2-1n / f2< 0.55 (2-4)
1.45< Vel56 / Vel57< 1.75 (2-5)
0.8< Vel50 / Vel51< 1.25 (2-6)
其中:
f1 :透镜组G1的焦距;
f2 :透镜组G2的焦距;
fG1-1n :透镜组G1的子透镜组 G1-1n的焦距;
fel2 :子透镜组 G1-1n弯月式透镜51的焦距;
fG2-1n :透镜组G2的子透镜组G2-1n 的焦距;
Vel56 和Vel57 :子透镜组G1-2n中的透镜56和透镜57的阿贝数;
Vel50 和Vel51:子透镜组G2-1n中的透镜50和透镜51的阿贝数。
关系式(2-1)–(2-6)定义了投影物镜透镜组G1、G2、G3、G4、及其子透镜组、透镜校正像差的结构关系。
本实施例中光刻投影物镜中的各透镜的参数如表2所示:
表面类型 | 半径(mm) | 厚度(mm) | 材料 | 通光口径(mm) | 备注 |
Infinity | 46.2727 | Object | |||
Sphere | -163.368 | 8 | SFPL51Y_OHARA | 40.395 | |
Sphere | 309.9971 | 21.53847 | 44.121 | ||
Sphere | -67.2551 | 34.9658 | SFPL51Y_OHARA | 44.738 | |
Sphere | -83.9536 | 12.87321 | 60.309 | ||
Asphere | -620.063 | 23.31362 | SFPL51Y_OHARA | 74.016 | A(1) |
Sphere | -202.432 | 0.5 | 78.014 | ||
Sphere | 402.9276 | 31.88811 | SFPL51Y_OHARA | 84.714 | |
Sphere | -209.634 | 0.537955 | 85.172 | ||
Sphere | 179.934 | 21.99608 | SFPL51Y_OHARA | 82.072 | |
Sphere | 966.3272 | 132.4133 | 80.846 | ||
Sphere | -842.049 | 8.399738 | BSM51Y_OHARA | 43.475 | |
Sphere | 83.90816 | 30.81834 | 40.397 | ||
Sphere | 147.4593 | 27.07599 | CAF2_SPECIAL | 42.63 | |
Sphere | -69.2363 | 1.488135 | 42.41 | ||
Sphere | -65.9941 | 8.109269 | BSM51Y_OHARA | 41.811 | |
Sphere | 305.0855 | 14.77455 | 43.728 | ||
Sphere | 352.8892 | 22.19611 | CAF2_SPECIAL | 46.976 | |
Sphere | -87.4581 | 2.827303 | 47.52 | ||
Sphere | Infinity | 2.827303 | 43.078 | stop | |
Sphere | 87.45815 | 22.19611 | CAF2_SPECIAL | 47.835 | |
Sphere | -352.889 | 14.77455 | 47.329 | ||
Sphere | -305.085 | 8.109269 | BSM51Y_OHARA | 44.099 | |
Sphere | 65.99408 | 1.488135 | 42.113 | ||
Sphere | 69.23631 | 27.07599 | CAF2_SPECIAL | 42.714 | |
Sphere | -147.459 | 30.81834 | 42.915 | ||
Sphere | -83.9082 | 8.399738 | BSM51Y_OHARA | 40.598 | |
Sphere | 842.0489 | 132.4133 | 43.685 | ||
Sphere | -966.327 | 21.99608 | SFPL51Y_OHARA | 80.96 | |
Sphere | -179.934 | 0.537955 | 82.174 | ||
Sphere | 209.6341 | 31.88811 | SFPL51Y_OHARA | 85.243 | |
Sphere | -402.928 | 0.5 | 84.786 | ||
Sphere | 202.4321 | 23.31362 | SFPL51Y_OHARA | 78.043 | |
Asphere | 620.0626 | 12.87321 | 74.035 | A(2) | |
Sphere | 83.95359 | 34.9658 | SFPL51Y_OHARA | 60.285 | |
Sphere | 67.25506 | 21.53847 | 44.696 | ||
Sphere | -309.997 | 8 | SFPL51Y_OHARA | 44.054 | |
Sphere | 163.3681 | 46.2727 | 40.318 | ||
Infinity | 0 | Image |
其中,非球面参数为:
表2
本实施例的光刻投影物镜的波像差曲线如图8所示,其中全视场波前已被校正。
本实施例的光刻投影物镜的视场像差如图9所示,其中场曲、像散已被校正。
本实施例的光刻投影物镜的倍率色差如图10所示,其中全视场倍率色差已被校正。
本实施例的光刻投影物镜的边缘光线像差曲线如图11所示,其中0.2数值孔径的球差和离轴球差已被校正。
本实施例的光刻投影物镜的远心误差如图12所示,其中物镜为校正远心的双远心结构。
第三实施例
图13所示为根据本发明的第三实施例的光刻投影物镜70的光学***示意图。
物镜70包含四个正光焦度透镜组G1, G2, G3 和 G4。孔径光阑AS位于第二透镜组G2与第三透镜组G3之间。掩模R投影到硅片W的线性放大倍率为近似1x。第一透镜组G1与第四透镜组G4关于光阑对称。第二透镜组G2与第三透镜组G3关于光阑对称。
第一透镜组G1将来自掩模R的光线会聚至第二透镜组G2。第一透镜组G1包含四个透镜71、72、73、74,光焦度依次为负、负、正、正。第一透镜组G1包含一个子透镜组G1-1n,子透镜组G1-1n为负光焦度,包含第一透镜组G1的第一透镜71、第二透镜72。第一透镜组的第一透镜71为负光焦度双凹透镜,由低色散材料构成。第一透镜组G1的第二透镜72为负光焦度弯月式透镜,且凹面310面向掩模R。第二透镜72第一面310为非球面,用于校正像散和远心误差。第一透镜组G1的第三透镜73为正光焦度弯月透镜,凹面350面向掩模R,由高色散材料构成。
第一透镜组G1的第四透镜74为正光焦度双凸透镜,由高色散材料构成。
以上第一透镜组G1 透镜结构组合校正了像散,场曲,远心,且压缩了光学***总长。第一透镜组G1的材料组合校正了轴向色差和二级光谱。
第二透镜组G2收集从第一透镜组G1出射的光线,并出射至第三透镜组G3。第二透镜组G2包含四个透镜75、76、77、78,光焦度依次为负、正、负、正。第二透镜组G2包含一正光焦度的子透镜组G2-1p,和一负光焦度的子透镜组G2-2n。子透镜组G2-1p包含第二透镜组G2的第一透镜75和第二透镜76。第二透镜组G2的第一透镜75是负光焦度的弯月透镜,其凹面315面向硅片W,由高色散材料构成。第二透镜组G2的第二透镜76是双凸透镜,由低色散材料构成。
子透镜组G2-2n包含第二透镜组G2的第三透镜77,第四透镜78,。第二透镜组G2的第三透镜77为负光焦度透镜,其凹面325面向硅片W。第三透镜77由高色散材料构成。第二透镜组G2的第四透镜78是正光焦度的弯月透镜,其凹面335面向硅片W,由低色散玻璃构成。
以上第二透镜组的四个透镜结构组合校正了球差,轴向色差和二级光谱。
投影物镜为近似1x放大倍率***,关于光阑AS对称。第四透镜组G4与第一透镜组G1结构近似对称。第三透镜组G3与第二透镜组G2结构近似对称。
第一透镜组G1和第四透镜组G4分别靠近物面和像面,校正物镜的远心误差,像散和场曲。第二透镜组G2和第三透镜组G3靠近光阑AS,校正物镜的球差和轴向色差,且并不引入弧矢像散。
投影物镜关于光阑对称,所以不存在慧差,畸变及倍率色差。此对称***前半部透镜组G1和G2的光焦度匹配及色散材料的匹配,校正了轴向色差、二级光谱和色球差。第一透镜组G1的第一透镜71由低色散的OHARA玻璃SFPL51Y构成,为负光焦度。第一透镜组G1的第三透镜73由高色散的OHARA玻璃PBM18Y构成,为正光焦度。第一透镜组G1的第四透镜74由高色散的OHARA玻璃PBM2Y构成,为正光焦度。
子透镜组G2-1p的第一透镜75及子透镜组G2-2n的第一透镜77分别由高色散的OHARA玻璃PBM2Y和PBL25Y构成。子透镜组G2-1p的第二透镜76及子透镜组G2-2n的第二透镜78分别由低色散的OHARA玻璃SFPL51Y和CAF2构成。以上玻璃组合校正了400到440nm范围内的色球差及二级光谱。
第一透镜组G1及第四透镜组G4校正了视场像差。第一透镜组G1的第一负透镜71及弱负光焦度非球面弯月透镜72组合有助于校正子午像散和弧矢像散。弯月透镜72的非球面凹面310面向掩模R。相似的校正通过第四透镜组G4的负透镜86及弱负光焦度非球面弯月透镜85来实现。透镜85的非球面凹面面向硅片W。
第一透镜组G1 的非球面透镜72及第四透镜组G4的非球面透镜85组合校正残余的子午像散及残余的远心误差。
场曲的校正要通过正负光焦度的匹配完成,第一子透镜组G1-1n为负光焦度,第一透镜组G1的透镜73和74为正光焦度,二者组合校正场曲。第二透镜组G2子透镜组G2-1p光焦度为正,子透镜组G2-2n光焦度为负,二者组合校正场曲。
以下透镜组G1、G2、G3、G4,及其子透镜组和透镜间的关系式进一步确立了物镜像质优化的基础。
0.10<f1/ f2<0.30 (3-1)
-0.85< fG1-1n / f1< -1.15 (3-2)
0.10< fG2-1p / f2< 0.25 (3-3)
1.9< Vel71 / Vel73< 2.55 (3-4)
2.10< Vel71 / Ve74< 2.60 (3-5)
0.30< Vel75 / Ve76< 0.50 (3-6)
0.35< Vel77 / Ve78< 0.45 (3-7)
其中:
f1 :第一透镜组G1的焦距;
f2 :第二透镜组G2的焦距;
fG1-1n :第一透镜组G1的第一子透镜组 G1-1n的焦距;
fG2-1p:第二透镜组G2的第一子透镜组 G2-1p的焦距;
Vel71 和Vel73 :第一透镜组G1中第一透镜71和第三透镜73的阿贝数;
Vel74 :第一透镜组G1中第四透镜74的阿贝数;
Vel75和Vel76:第二透镜组G2的第一子透镜组G2-1p中的第一透镜75和第二透镜76的阿贝数;
Vel77和Vel78:第二透镜组G2的第二子透镜组G2-1n中的第一透镜77和第二透镜78的阿贝数。
由于是近似1x放大倍率***,透镜组G3、G4及相应子透镜组、透镜也应满足类似的关系式。
关系式(3-1)–(3-7)定义了投影物镜透镜组G1、G2、G3、G4、及其子透镜组、透镜校正像差的结构关系。
本实施例中光刻投影物镜中的各透镜的参数如表3所示:
表面类型 | 半径(mm) | 厚度(mm) | 材料 | 通光口径(mm) | 备注 |
Infinity | 37.08826 | Object | |||
Sphere | -101.842 | 8.442844 | SFPL51Y_OHARA | 45.93631 | |
Sphere | 1228.205 | 22.28772 | 57.06461 | ||
Asphere | -73.2562 | 34.36661 | BSM51Y_OHARA | 57.06749 | A(1) |
Sphere | -79.9522 | 0.888375 | 69.4291 | ||
Sphere | -290.959 | 29.27068 | PBM18Y_OHARA | 83.0979 | |
Sphere | -112.325 | 3.244132 | 84.38392 | ||
Sphere | 375.4784 | 26.14982 | PBM2Y_OHARA | 85.99502 | |
Sphere | -473.064 | 229.5342 | 85.38206 | ||
Sphere | 79.25227 | 12.27328 | PBM2Y_OHARA | 31.82516 | |
Sphere | 67.57454 | 4.320224 | 29.15049 | ||
Sphere | 72.59654 | 20.89909 | SFPL51Y_OHARA | 28.97495 | |
Sphere | -321.347 | 0.586682 | 26.80145 | ||
Sphere | -211.639 | 8.021006 | PBL25Y_OHARA | 26.80078 | |
Sphere | 52.78387 | 0.5 | 25.20058 | ||
Sphere | 51.87459 | 8.50096 | CAF2_SPECIAL | 25.34734 | |
Sphere | 201.7557 | 3.626122 | 25.21417 | ||
Sphere | Infinity | 3.626122 | 29.85606 | stop | |
Sphere | -201.756 | 8.50096 | CAF2_SPECIAL | 25.29557 | |
Sphere | -51.8746 | 0.5 | 25.48163 | ||
Sphere | -52.7839 | 8.021006 | PBL25Y_OHARA | 25.35727 | |
Sphere | 211.6395 | 0.586682 | 27.25712 | ||
Sphere | 321.3472 | 20.89909 | SFPL51Y_OHARA | 27.25186 | |
Sphere | -72.5965 | 4.320224 | 29.51223 | ||
Sphere | -67.5745 | 12.27328 | PBM2Y_OHARA | 29.71287 | |
Sphere | -79.2523 | 229.5342 | 32.53597 | ||
Sphere | 473.0643 | 26.14982 | PBM2Y_OHARA | 88.253 | |
Sphere | -375.478 | 3.244132 | 88.75278 | ||
Sphere | 112.3253 | 29.27068 | PBM18Y_OHARA | 86.43404 | |
Sphere | 290.9591 | 0.888375 | 85.7513 | ||
Sphere | 79.95215 | 34.36661 | BSM51Y_OHARA | 70.52317 | |
Asphere | 73.25615 | 22.28772 | 58.56589 | A(2) | |
Sphere | -1228.2 | 8.442844 | SFPL51Y_OHARA | 59.63069 | |
Sphere | 101.8418 | 37.08826 | 47.11564 | ||
Infinity | 0 | Image |
其中,非球面参数为:
表3
本实施例的光刻投影物镜的波像差曲线如图14所示。
本实施例的光刻投影物镜的视场像差如图15所示。
本实施例的光刻投影物镜的倍率色差如图16所示。
本实施例的光刻投影物镜的边缘光线像差曲线如图17所示。
本实施例的光刻投影物镜的校正远心误差如图18所示。
本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在本发明的范围之内。
Claims (6)
1. 一种光刻投影物镜,把掩模的图像聚焦成像在基底上,从掩模开始包括沿着光轴依次设置的:
具有正光焦度的第一透镜组;
具有正光焦度的第二透镜组;
孔径光阑AS;
具有正光焦度的第三透镜组,相对于孔径光阑与第二透镜组对称;
具有正光焦度的第四透镜组,相对于孔径光阑与第一透镜组对称;
第一透镜组将来自掩模的光线会聚至第二透镜组,第一透镜组包含四个光焦度依次为负、负、正、正的透镜,第一透镜、第二透镜组成具有负光焦度的子透镜组G1-1n;
第二透镜组收集从第一透镜组出射的光线,准直后出射至第三透镜组,第二透镜组包含四个光焦度依次为负、正、负、正的透镜,第一透镜和第二透镜组成具有正光焦度的第一子透镜组G2-1p,第三透镜和第四透镜组成具有负光焦度的第二子透镜组G2-2n。
2.根据权利要求1所述的光刻投影物镜,其中,光刻投影物镜的放大倍率为近似1x。
3.根据权利要求2所述的光刻投影物镜,其中,光刻投影物镜的带宽为400纳米到440纳米。
4.根据权利要求2所述的光刻投影物镜,其中,第一透镜组的第一透镜为双凹透镜,第二透镜为第一面为非球面且凹面面向掩模的弯月式透镜,第三透镜为凹面面向掩模的弯月透镜,第四透镜为双凸透镜;第二透镜组的第一透镜是凹面面向硅片的弯月透镜,第二透镜是双凸透镜,第三透镜为凹面面向硅片的弯月透镜,第四透镜是凹面面向硅片的正光焦度的弯月透镜。
5.根据权利要求4所述的光刻投影物镜,其中,第一透镜组的第一透镜由低色散材料构成,第三透镜由高色散材料构成,第四透镜由高色散材料构成;第二透镜组的第一透镜由高色散材料构成,第二透镜由低色散材料构成,第三透镜由高色散材料构成,第四透镜由低色散材料构成。
6.根据权利要求1-5中任意一个所述的光刻投影物镜,其中,
所述的光刻投影物镜满足以下关系式:
0.10<f1/ f2<0.30 (3-1)
-0.85< fG1-1n / f1< -1.15 (3-2)
0.10< fG2-1p / f2< 0.25 (3-3)
1.9< Vel71 / Vel73< 2.55 (3-4)
2.10< Vel71 / Ve174< 2.60 (3-5)
0.30< Vel75 / Ve176< 0.50 (3-6)
0.35< Vel77 / Ve178< 0.45 (3-7)
其中,f1是第一透镜组的焦距,f2是第二透镜组的焦距,fG1-1n是第一透镜组的子透镜组 G1-1n的焦距,fG2-1p是第二透镜组第一子透镜组 G2-1p的焦距,Vel71 和Vel73 是第一透镜组的第一透镜和第三透镜的阿贝数,Vel74是第一透镜组的第四透镜的阿贝数,Vel75和Vel76是第二透镜组的第一透镜和第二透镜的阿贝数,Vel77和Vel78是第二透镜组的第三透镜和第四透镜的阿贝数。
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