[发明专利]一种应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜

说明书

本发明涉及一种应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，其作用是把投影光刻机掩模版上的图形经过成像复制后转移到硅片上。投影曝光物镜是光刻机的核心部件，决定了光刻机的主要性能。本发明所涉及的单倍率投影曝光物镜由12片透镜组成，其光学结构为双方远心结构。物镜分辨力6μm，放大倍率为‑1，曝光视场为110mm×110mm。本投影物镜共轭距总长(物方到像方)为L＝1000mm，系统结构紧凑；同时，选用对i线(365nm)透过率较高的玻璃材料，提高系统光学透过率，满足大视场投影光刻机的高精度及高产率需求。

技术领域

本发明涉及的一种应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，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：一种应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，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；物像共轭总长为1000mm，镜片整体设计再组合优化。