[发明专利]高分辨率福布斯非球面光刻物镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分辨率福布斯非球面光刻物镜，属于高分辨力投影光刻物镜技术领域。

背景技术

光刻是一种集成电路制造技术，利用光学的方法将掩膜版上的电路图形转移到硅片上，几乎所有集成电路的制造都是采用光学光刻技术。

随着时间发展，光刻机先后经历了接触式、接近式、全硅片扫描投影式、分步重复投影式到现在的步进扫描投影式。随之曝光波长从436nm(g线)，365nm(i线)，48nm(KrF)减小到目前常见的193nm(ArF)，甚至到157nm的极紫外光，与13.5nm波长的极端紫外光。20世纪60年代以来，光刻机内的物镜绝大部分都是由透镜组成。由于光刻的要求越来越高，光刻物镜的结构越来越复杂，现在比较普遍的193nm准分子激光分步光刻机的透射式物镜多为三四十片透镜组成，结构非常复杂。且随着光刻机的曝光波长越来越短，对折射式系统的设计提出了更大的挑战。

在光刻系统中使用非球面设计能够大幅提高像质。福布斯曲面是美国QED公司著名光学专家G.Forbes提出的一种正交曲面，目的在于改进传统非球面的描述方法。福布斯非球面系数的特性提供了对非球面斜率的快速计算，使得在光学设计中约束非球面度成为可能。非球面度的降低将会降低系统的检测与加工难度，并且有可能降低系统公差灵敏度。

本专利以专利申请号为201010278088的“深紫外全球面光刻物镜”中系统作为初始结构进行改进。原系统虽然较现有技术的其他大多数物镜在成像质量等方面有很大提高，但成像质量仍有可提高的空间，部分结构参数不是最优化的制造参数，工艺性有待进一步提高。

发明内容

本发明为进一步提高成像质量，并解决现有技术的福布斯非球面光刻物镜非球面个数多、公差灵敏度高的问题，提出一种高分辨率福布斯非球面光刻物镜。

本发明所述的高分辨率福布斯非球面光刻物镜包括前透镜组、后透镜组，数值孔径为0.75，共使用29片透镜，其中有6个表面使用了福布斯非球面；透镜材料使用熔石英和氟化钙，其中氟化钙的作用为校正色差。

前组透镜包括第一负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜、第四正透镜、第二弯月透镜、第二负透镜、第三弯月透镜、第三负透镜、第四负透镜、第五负透镜、第四弯月透镜、第五正透镜、第六正透镜、第七正透镜、第五弯月透镜、第六弯月透镜、第六负透镜、第七负透镜、第七弯月透镜。以上透镜顺次排列，各透镜同光轴，用透镜外框上的机械组件固定它们之间的相对位置。

所述的第二正透镜后表面为12次福布斯非球面。所述的第四负透镜前表面为14次福布斯非球面。所述的第六弯月透镜后表面为12次福布斯非球面。

后组透镜包括第八正透镜、第九正透镜、第八负透镜，第十正透镜、第十一正透镜、第十二正透镜、第十三正透镜、第九负透镜与第十四正透镜。以上透镜顺次排列，各透镜同光轴，用透镜外框上的机械组件固定它们之间的相对位置。

所述的第八正透镜前表面为14次福布斯非球面。所述的第九负透镜前表面为14次福布斯非球面。所述的第十四正透镜后表面为8次福布斯非球面。

前后透镜组通过透镜外框上的机械组件按一定间距固定连接在一起，两个透镜组同光轴。

本发明的高分辨率福布斯非球面光刻物镜的工作过程为：将物面即掩膜置于物镜系统的第一负透镜前，各视场中心光线垂直入射第一镜，为物方远心，经过前透镜组折射后各视场分别充满第七弯月透镜与第八正透镜之间的光阑，再经过后透镜组折射聚焦，缩小四倍成像在第十四正透镜后的像面即硅片上。各视场中心光线垂直入射像面，系统为像方远心。

本发明进一步提高了现有投影光刻物镜的分辨力，确保了每个非球面与非球面系数的有效性，使得系统设计在减少非球面个数与有效数字个数的同时提高了像质，并大幅降低了公差灵敏度，各个透镜元件的半径、厚度间距在优化中发生改变以配合福布斯非球面更好的校正像差。以中心光线为参考时单色均方根波像差小于0.5nm，畸变小于0.5nm。

有益效果

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、投影光刻物镜的数值孔径(NA)＝0.75，工作波长＝193纳米，由于物镜数值孔径大，提高了光刻分辨力(R)。

2、工作波长193纳米投影光刻物镜由29片透镜构成，无一片胶合件，只使用了六个福布斯非球面，因此物镜结构简单，简化了物镜制作工艺，降低了制作成本，同时大幅提高了物镜质量。