[发明专利]一种单倍率对称式投影曝光物镜

说明书

技术领域

本发明涉及的一种单倍率投影曝光物镜，用于基于数字微镜阵列(DMD)的无掩膜投影光刻机，属于微电子设备及微细加工领域。

背景技术

以大规模集成电路为核心的微电子技术的快速发展，对微电子设备和微细加工技术提出了新的要求。自1978年美国推出第一台商业化的投影式光刻机，光学投影曝光作为应用领域最广、技术更新快和生命力强的微细加工技术，是驱动微电子技术进步的核心。投影光刻机将掩模上的图形，经过投影物镜成像复制在硅片面上。大规模集成电路的发展，要求在较大面积的芯片上容纳越来越精细的线条，高精度的光刻机需求日益增加，掩模的制作精度成为影响光刻机性能的关键因素。基于数字微镜阵列(DMD)的无掩膜光刻机具有无需掩模、结构简单、成本低和高分辨力等优点，被应用于现代微细加工领域。无掩膜光刻机中，投影物镜将DMD控制的出射光成像到硅片表面，通过控制DMD的出射光即可完成不同结构尺寸的加工制作。投影物镜受DMD尺寸限制，其曝光视场较小但要求结构紧凑，投影物镜的物像共轭距较小；且投影物镜多采用低数值孔径的1倍左右的放大倍率设计。

目前，针对1倍左右放大倍率的投影物镜，为避免系统色差和减小系统共轭距，采用发射镜结构设计物镜。美国专利US7158215介绍一种折反式1^×放大倍率光刻投影物镜系统，由主镜凹透镜、次镜凹反射镜和弯月折射透镜组成。美国专利US7148953介绍了另外一种1^×放大倍率的折反式光刻投影物镜，由一个折射透镜组、凹面反射镜和两个折转棱镜组成。投影物镜中采用反射镜，能有效降低投影物镜的口径和共轭距，减少物镜数目；但反射结构尤其是离轴式反射结构，加工及装配较困难。

全折射式投影物镜由于其装配难度较低，可具有较大的物像方工作距且改变系统NA不会引起渐晕等优势得到广泛应用。中国专利CN102200624A介绍了一种1倍放大的投影光刻物镜。该物镜系统的工作波段为gh线，共由18片透镜组成，其中包含4片非球面。该投影物镜设计成本和加工难度较高。

美国专利US2009080086A提供一组数值孔径NA由0.02-0.25的投影物镜。此组投影曝光物镜均采用对称结构，物镜前半部分和后半部分关于光阑对称，放大倍率为-1，曝光半视场为50mm。此投影物镜系统同样具有非球面透镜，加工制造难度较大。

日本专利JP2002072080A介绍一组由32片透镜和4个非球面组成的大面积投影曝光物镜，系统NA为0.145，曝光视场为100×100mm。该物镜设计和加工成本同样较高。

总体而言，目前报道的1^×投影光刻物镜，多用于大面积平板显示器光刻。针对DMD光刻设备高分辨力、较短共轭距的成像需求，本发明介绍一种对称式结构的投影光刻物镜，满足其成像设计要求。

发明内容

针对DMD无掩膜光刻机对投影光刻物镜的像质和系统尺寸提出的要求，本发明旨在设计一组投影物镜，满足高精度无掩膜光刻机需求。本发明目的在于利用简单的透镜成像，同步校正系统的畸变、像散、场曲和色差等；同时，系统共轭距较短、结构简单紧凑。

本发明采用的技术方案为：一种单倍率对称式投影曝光物镜，为减小掩模及硅片由于位置变化引起的倍率误差和对准误差，并完成掩模和硅片的同轴对准，投影光学系统采用双远心结构，即物镜物方和像方主光线与光轴平行；投影物镜系统分为前后两部分透镜组Ⅰ和透镜组Ⅱ，光阑位于透镜组Ⅰ和透镜组Ⅱ的共焦面；透镜组Ⅰ和透镜组Ⅱ相对于光阑对称分布，分别由第一负透镜1、第一正透镜2、第二正透镜3、第三正透镜4、第四正透镜5和第二负透镜6组成。

所述的单倍投影物镜，其特征在于：呈对称分布的第一负透镜1为平凹负透镜，物镜系统的第1面和最后面为平面。

所述的单倍率投影曝光物镜，其特征在于物镜系统至少由12片透镜组成：物镜系统关于光阑对称，系统放大倍率为-1。具体的，为满足系统放大倍率要求，透镜组Ⅰ和透镜组Ⅱ满足：

0.992<f_I/f_II<1.008

其中，f_I和f_II分别为前透镜组Ⅰ和后透镜组Ⅱ的焦距。

所述的单倍率投影曝光物镜，其特征在于：物镜系统的工作波长为365±3nm，选用不同色散特性的材料校正系统色差，具体的：

1)第一负透镜1、第一正透镜2和第二正透镜3采用常用的冕玻璃，其材料特性为：

1.51<N_d1～3<1.53