[发明专利]一种自由曲面折反式光刻投影物镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种自由曲面折反式光刻投影物镜，可用于扫描-步进式深紫外光刻系统中，属于光学设计技术领域。

背景技术

光刻是一种集成电路制造技术，光学光刻为主流技术，光刻投影物镜是投影曝光装置的核心部件。掩模板上的IC图形经光刻投影物镜投影成像到涂胶硅片上。

由于科学技术不断提高，多种半导体芯片广泛应用于航空航天军事领域和计算机等民用领域，因此对光刻技术要求越来越高。国外浸没式光刻机已经实现产业化，日本的Nikon公司，Canon公司，荷兰ASML公司，德国Carl Zeiss公司技术相对成熟，而我国基础相对薄弱，同时，国际上限制中国进口高端光刻机，因此，我国必须自主设计研制大数值孔径(NA)浸没式光刻机。

光刻投影物镜作为投影曝光装置的核心部件其结构经历了几代的进化。比如，最初的DUV光刻物镜使用全球面折射式结构，数值孔径约0.7；随着非球面应用到DUV光刻物镜中，其数值孔径达到0.9，完成了DUV光刻物镜第一次跳跃；采用像方液浸技术，数值孔径达到了1.07，为第二次技术革新；最新的技术跳跃为使用反射镜的折返式结构，可以使数值孔径达到1.2，1.3。随着非球面和浸没技术的应用，及物镜结构的发展，DUV光刻物镜的数值孔径超过1，能够实现更高分辨力。然而，深紫外光刻物镜元件数量多，影响系统的透过率，体积大，不利于机械调整。对于既定结构和成像性能的光刻投影物镜强行减少元件数量，会使镜片边缘对入射光线产生遮拦。为了解决这一困难，需要在物镜中增加自由度，提高像差校正的能力，因此引入多自由度的非旋转对称曲面，既能够消除遮拦又能够很好的校正像差。

现有美国专利US8643824B2报道的自由曲面深紫外光刻物镜设计，使用6面自由曲面反射镜，6片全球面折射元件结构使像方数值孔径达到0.8，波像差为80mλ，虽然系统使用的元件数量少，但是其数值孔径小，分辨力低，没有满足高成像性能要求。

现有美国专利US7869122B2的第三十六种结构，该结构像方数值孔径为1.2，可以实现高分辨力的设计要求，但是该结构包含25个光学元件，玻璃材料总厚度为659mm，系统总长1253mm，元件数量多，影响系统的透过率，体积大，不利于机械调整。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明提供一种自由曲面折反式光刻投影物镜：

包括第一透镜组G1、第二反射镜组G2、第三透镜组G3以及孔径光阑；上述各部件沿光束入射方向的顺序关系为：第一透镜组G1、第二反射镜组G2、第三透镜组G3，孔径光阑位于第三透镜组中，其中，

所述第一透镜组G1是复杂化双高斯结构，具有正光焦度，缩放倍率范围为1.1～1.8，将物平面发出的远心光束经过第一透镜组G1成像到第一中间像，该第一中间像位于第二反射镜组G2第一片反射镜之前；第一透镜组G1包含至少一片折射元件。

所述第二反射镜组G2包含至少二片反射元件，具有负光焦度，校正所述投影物镜的场曲，缩放倍率范围为0.6～1.4；第一中间像经第二反射镜组G2成像到第二中间像，该第二中间像位于第三透镜组G3第一片透镜之前。

所述第三透镜组G3是会聚透镜结构，具有正光焦度，包含至少一片折射元件，实现数值孔径的增大及缩小成像，缩放倍率范围为0.15～0.28；第二中间像经第三透镜组G3成像到像平面上。

所述自由曲面折反式光刻投影物镜，物面和像面之间的距离范围为200mm～2500mm。

优选地，第一透镜组G1包括第一镜片L1正透镜、第二镜片L2弯月透镜、第三镜片L3正透镜、第四镜片L4正透镜、第五镜片L5负透镜、第六镜片L6正透镜、第七镜片L7负透镜、第八镜片L8正透镜、第九镜片L9正透镜；其中，第一镜片L1前表面为非球面，第二镜片L2后表面为非球面，第三镜片L3后表面为非球面，第八镜片L8前表面为自由曲面，第九镜片L9前表面为非球面。

优选地，第二反射镜组G2包括第十镜片L10凹面反射镜、第十一镜片L11凹面反射镜；其中，第十镜片L10和第十一镜片L11都为自由曲面。