阅读说明：本技术 一种光刻投影物镜 (Photoetching projection objective lens ) 是由 安福平 储兆祥 于 2018-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供一种光刻投影物镜,所述光刻投影物镜包括沿光轴顺次排列的第一透镜组、第二透镜组、光阑、第三透镜组和第四透镜组,所述光阑所在平面为光阑面,所述第一透镜组与所述第四透镜组关于所述光阑面对称,所述第二透镜组与所述第三透镜组关于所述光阑面对称；所述第一透镜组和所述第四透镜组具有正的光焦度,所述第二透镜组和所述第三透镜组具有负的光焦度；所述第一透镜组以及所述第四透镜组均包括两个双凹负透镜、两个双凸正透镜和一个弯月正透镜,所述第二透镜组以及所述第三透镜组均包括两个弯月负透镜、一个双凹负透镜和一个双凸正透镜。本发明实施例提供一种光刻投影物镜,增大了投影曝光装置的视场尺寸,提升了产率。(The embodiment of the invention provides a photoetching projection objective which comprises a first lens group, a second lens group, a diaphragm, a third lens group and a fourth lens group which are sequentially arranged along an optical axis, wherein the plane where the diaphragm is located is a diaphragm surface, the first lens group and the fourth lens group are symmetrical relative to the diaphragm surface, and the second lens group and the third lens group are symmetrical relative to the diaphragm surface; the first lens group and the fourth lens group have positive optical power, and the second lens group and the third lens group have negative optical power; the first lens group and the fourth lens group each include two biconcave negative lenses, two biconvex positive lenses and one meniscus positive lens, and the second lens group and the third lens group each include two meniscus negative lenses, one biconcave negative lens and one biconvex positive lens. The embodiment of the invention provides a photoetching projection objective, which increases the field size of a projection exposure device and improves the yield.)

一种光刻投影物镜

技术领域

本发明实施例涉及光刻技术，尤其涉及一种光刻投影物镜。

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。

现有的光刻投影物镜视场相对较小，此问题亟待解决。

发明内容

本发明实施例提供一种光刻投影物镜，增大了投影曝光装置的视场尺寸，提升了产率。

本发明实施例提供一种光刻投影物镜，所述光刻投影物镜包括沿光轴顺次排列的第一透镜组、第二透镜组、光阑、第三透镜组和第四透镜组，所述光阑所在平面为光阑面，所述第一透镜组与所述第四透镜组关于所述光阑面对称，所述第二透镜组与所述第三透镜组关于所述光阑面对称；所述第一透镜组和所述第四透镜组具有正的光焦度，所述第二透镜组和所述第三透镜组具有负的光焦度；

所述第一透镜组以及所述第四透镜组均包括两个双凹负透镜、两个双凸正透镜和一个弯月正透镜，所述第二透镜组以及所述第三透镜组均包括两个弯月负透镜、一个双凹负透镜和一个双凸正透镜。

可选地，所述光刻投影物镜中所有的透镜均为球面透镜。

可选地，所述第一透镜组包括沿光轴依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜和所述第二透镜为双凹负透镜，所述第三透镜为弯月正透镜，所述第四透镜和所述第五透镜为双凸正透镜；

所述第四透镜组包括沿光轴依次排列的第十四透镜、第十五透镜、第十六透镜、第十七透镜和第十八透镜，所述第十四透镜和所述第十五透镜为双凸正透镜，所述第十六透镜为弯月正透镜，所述第十七透镜和所述第十八透镜为双凹负透镜；

所述第三透镜与所述第十六透镜的凹面背离所述光阑面。

可选地，所述第二透镜组包括沿光轴依次排列的第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜，所述第六透镜和所述第七透镜为弯月负透镜，所述第八透镜为双凹负透镜，所述第九透镜为双凸正透镜；

所述第三透镜组包括沿光轴依次排列的第十透镜、第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜，所述第十透镜为双凸正透镜，所述第十一透镜为双凹负透镜，所述第十二透镜和所述第十三透镜为弯月负透镜；

所述第六透镜与所述第十三透镜的凹面朝向所述光阑面，所述第七透镜与所述第十二透镜的凹面背离所述光阑面。

可选地，透镜远离所述光阑面一侧的表面为前表面，透镜靠近所述光阑面一侧的表面为后表面；

所述第二透镜组和所述第三透镜组中分别存在至少一个弯月透镜满足：R_L-(R_S+CT)≥10％*R_S，R_L＞R_S；

其中，R_L为透镜前表面的曲率半径的绝对值，R_S为透镜后表面的曲率半径的绝对值，CT为透镜的厚度。

可选地，所述光刻投影物镜还包括关于所述光阑面对称的第一平板和第二平板；

所述第一平板位于所述第一透镜组远离所述光阑面一侧，所述第二平板位于所述第四透镜组远离所述光阑面一侧。

可选地，所述第一透镜组包括沿光轴依次排列的第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第二透镜和所述第三透镜为双凹负透镜，所述第四透镜和所述第五透镜为双凸正透镜，所述第六透镜为弯月正透镜；

所述第四透镜组包括沿光轴依次排列的第十五透镜、第十六透镜、第十七透镜、第十八透镜和第十九透镜，所述第十五透镜为弯月正透镜，所述第十六透镜和所述第十七透镜为双凸正透镜，所述第十八透镜和所述第十九透镜为双凹负透镜；

所述第六透镜与所述第十五透镜的凹面朝向所述光阑面。

可选地，所述第二透镜组包括沿光轴依次排列的第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，所述第七透镜和所述第八透镜为弯月负透镜，所述第九透镜为双凹负透镜，所述第十透镜为双凸正透镜；

所述第三透镜组包括沿光轴依次排列的第十一透镜、第十二透镜、第十三透镜和第十四透镜，所述第十一透镜为双凸正透镜，所述第十二透镜为双凹负透镜，所述第十三透镜和所述第十四透镜为弯月负透镜；

所述第七透镜与所述第十四透镜的凹面朝向所述光阑面，所述第八透镜与所述第十三透镜的凹面背离所述光阑面。

可选地，所述第一透镜组的五个透镜中至少有一个透镜采用氟化钙材料制作，所述第一透镜组的五个透镜中至少有一个透镜采用火石玻璃材料制作，且采用火石玻璃材料制作的透镜具有正的光焦度。

可选地，所述第二透镜组的四个透镜中至少有一个透镜采用冕牌玻璃材料制作，所述第二透镜组的四个透镜中至少有一个透镜采用火石玻璃材料制作，且采用冕牌玻璃材料制作的透镜具有正的光焦度，采用火石玻璃材料制作的透镜具有负的光焦度。

本发明实施例提供一种光刻投影物镜，光源发出的光照射到掩模板上，将掩模板上的图案通过光刻投影物镜投射到工件上，对工件上涂覆的光刻胶进行曝光。光刻投影物镜包括关于光阑面对称设置的第一透镜组和第四透镜组，以及关于光阑面对称设置的第二透镜组和第三透镜组，这种对称设置可以补偿场内非对称性相差，提升成像质量。第一透镜组包括两个双凹负透镜、两个双凸正透镜和一个弯月正透镜。第二透镜组包括两个弯月负透镜、一个双凹负透镜和一个双凸正透镜。由于第三透镜组与第二透镜组关于光阑面对称，因此第三透镜组也包括两个弯月负透镜、一个双凹负透镜和一个双凸正透镜。由于第四透镜组与第一透镜组关于光阑面对称，因此第四透镜组也包括两个双凹负透镜、两个双凸正透镜和一个弯月正透镜。第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的组合，增大了投影曝光装置的视场尺寸，提升了产率。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的光刻投影物镜的结构示意图；

图2为图1中所示光刻投影物镜的波像差曲线图；

图3为图1中所示光刻投影物镜在250cl/mm各视场的光学传递函数图；

图4为图1中所示光刻投影物镜的场曲、像散图；

图5为图1中所示光刻投影物镜的畸变图；

图6为本发明实施例二提供的光刻投影物镜的结构示意图；

图7为图6中所示光刻投影物镜的波像差曲线图；

图8为图6中所示光刻投影物镜在250cl/mm各视场的光学传递函数图；

图9为图6中所示光刻投影物镜的场曲、像散图；

图10为图6中所示光刻投影物镜的畸变图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的光刻投影物镜的结构示意图，参考图1，光刻投影物镜包括沿光轴顺次排列的第一透镜组G1、第二透镜组G2、光阑Stop、第三透镜组G3和第四透镜组G4，光阑Stop所在平面为光阑面，光阑可以限制光刻投影物镜的光束大小。第一透镜组G1与第四透镜组G4关于光阑面对称，第二透镜组G2与第三透镜组G3关于光阑面对称。第一透镜组G1和第四透镜组G4具有正的光焦度，第二透镜组G2和第三透镜组G3具有负的光焦度。光焦度等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统。第一透镜组G1以及第四透镜组G4均包括两个双凹负透镜、两个双凸正透镜和一个弯月正透镜，第二透镜组G2以及第三透镜组G3均包括两个弯月负透镜、一个双凹负透镜和一个双凸正透镜。

本发明实施例提供一种光刻投影物镜，光源发出的光照射到掩模板上，将掩模板上的图案通过光刻投影物镜投射到工件上，对工件上涂覆的光刻胶进行曝光。光刻投影物镜包括关于光阑面对称设置的第一透镜组和第四透镜组，以及关于光阑面对称设置的第二透镜组和第三透镜组，这种对称设置可以补偿场内非对称性相差，提升成像质量。第一透镜组包括两个双凹负透镜、两个双凸正透镜和一个弯月正透镜。第二透镜组包括两个弯月负透镜、一个双凹负透镜和一个双凸正透镜。由于第三透镜组与第二透镜组关于光阑面对称，因此第三透镜组也包括两个弯月负透镜、一个双凹负透镜和一个双凸正透镜。由于第四透镜组与第一透镜组关于光阑面对称，因此第四透镜组也包括两个双凹负透镜、两个双凸正透镜和一个弯月正透镜。第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的组合，增大了投影曝光装置的视场尺寸，提升了产率。

可选地，参考图1，光刻投影物镜中所有的透镜均为球面透镜。球面透镜是指从透镜的中心到边缘具有恒定的曲率，球面透镜的两个折射面均为球面，而非球面透镜则是从中心到边缘之曲率连续发生变化，因此球面透镜相对于非球面透镜而言更容易加工。本发明实施例中的透镜全部采用球面透镜，降低了光刻投影物镜中透镜的加工成本，缩短了透镜的加工周期，提升了光刻投影物镜的装调效率。

可选地，参考图1，第一透镜组G1包括沿光轴依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5，第一透镜1和第二透镜2为双凹负透镜，第三透镜3为弯月正透镜，第四透镜4和第五透镜5为双凸正透镜。第四透镜组G4包括沿光轴依次排列的第十四透镜14、第十五透镜15、第十六透镜16、第十七透镜17和第十八透镜18。第四透镜组G4与第一透镜组G1关于光阑面对称，对应地，第十四透镜14和第十五透镜15为双凸正透镜，第十六透镜16为弯月正透镜，第十七透镜17和第十八透镜18为双凹负透镜。第三透镜3与第十六透镜16的凹面背离光阑面。弯月正透镜为弯月透镜的一种，弯月透镜还包括弯月负透镜，弯月透镜一般由两个曲率半径较小，数值相差也很少的球面构成，弯月透镜呈现出新月形。

可选地，参考图1，第二透镜组G2包括沿光轴依次排列的第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8和第九透镜9，第六透镜6和第七透镜7为弯月负透镜，第八透镜8为双凹负透镜，第九透镜9为双凸正透镜。第三透镜组G3包括沿光轴依次排列的第十透镜10、第十一透镜11、第十二透镜12和第十三透镜13。第三透镜组G3与第二透镜组G2关于光阑面对称，对应地，第十透镜10为双凸正透镜，第十一透镜11为双凹负透镜，第十二透镜12和第十三透镜13为弯月负透镜。第六透镜6与第十三透镜13的凹面朝向光阑面，第七透镜7与第十二透镜12的凹面背离光阑面。

可选地，参考图1，透镜远离光阑面一侧的表面为前表面，透镜靠近光阑面一侧的表面为后表面；第二透镜组G2和第三透镜组G3中分别存在至少一个弯月透镜(第六透镜6和第十三透镜13；或者，第七透镜7和第十二透镜12；或者，第六透镜6、第七透镜7、第十二透镜12和第十三透镜13)满足：R_L-(R_S+CT)≥10％*R_S，R_L＞R_S；其中，R_L为透镜前表面的曲率半径的绝对值，R_S为透镜后表面的曲率半径的绝对值，CT为透镜的厚度。

示例性地，参考图1，第二透镜组G2中的第六透镜6为弯月透镜(弯月负透镜)，第六透镜6远离光阑面一侧表面的曲率半径为R_L，第六透镜6靠近光阑面一侧表面的曲率半径为R_S，CT为第六透镜6的厚度，则第六透镜6满足：R_L-(R_S+CT)≥10％*R_S，R_L＞R_S。由于第三透镜组G3与第二透镜组G2关于光阑面对称，因此第十三透镜13也满足上述公式。

可选地，参考图1，第一透镜组G1的五个透镜中至少有一个透镜采用氟化钙材料制作，第一透镜组G1的五个透镜中至少有一个透镜采用火石玻璃材料制作，且采用火石玻璃材料制作的透镜具有正的光焦度。色差是源于不同波长的光线在玻璃里的色散和折射系数的差异，从而导致不同波长的光线有不同的焦点。利用氟化钙材料和火石玻璃材料的搭配，每种玻璃的色散可以被另一种玻璃所补偿，从而使得综合色差降至最低。

可选地，参考图1，第二透镜组G2的四个透镜中至少有一个透镜采用冕牌玻璃材料制作，第二透镜组G2的四个透镜中至少有一个透镜采用火石玻璃材料制作，且采用冕牌玻璃材料制作的透镜具有正的光焦度，采用火石玻璃材料制作的透镜具有负的光焦度。利用冕牌玻璃材料和火石玻璃材料的搭配，每种玻璃的色散可以被另一种玻璃所补偿，从而使得综合色差降至最低。

本发明实施例提供的光刻投影物镜的总长度不超过2500mm，适用于i-line(365nm)紫外光谱范围，同时可兼容g-line(405nm)与h-line(442nm)波段，可使用的最大光谱宽度可达到80nm，放大倍率为-1x，像方的数值孔径为0.1，像方视场尺寸为直径360mm。光刻投影物镜具有物方和像方双远心结构，物方各视场的主光线近似平行于光轴入射在第一透镜1上；像方各视场的主光线近似平行于光轴从第十八透镜18出射，汇聚在像面上，可提高套刻精度。投影物镜的物方工作距为80mm，像方工作距为80mm。

表1光刻投影物镜的一种具体设计值

表1示出了光刻投影物镜的一种具体设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本发明实施例的限制。一个透镜一般包括两个表面，每一个表面为一个折射面。表1中的序号根据各个透镜的表面来进行编号。“序号”一栏中的OBJ代表光刻投影物镜的物面，“序号”一栏中的“STOP”代表光阑，“序号”一栏中的“Image”代表光刻投影物镜的像面。“类型”一栏中的“Sphere”代表球面，所有的表面为球面，则所有的透镜为球面透镜。正的半径值表示曲率中心在表面的右边(靠近工件Wafer一侧)，负的半径值代表曲率中心在表面的左边(靠近掩膜面Reticle一侧)。“厚度”一栏中的数值表示当前表面到下一个表面的轴上距离。例如，序号为“1”厚度为“20.000”的单元格代表第一透镜1的厚度为20.000mm，序号为“2”厚度为“103.605”的单元格代表第一透镜1与第二透镜2之间的距离为103.605mm。

图2为图1中所示光刻投影物镜的波像差曲线图，参考图2，全市场波前已被校正。

图3为图1中所示光刻投影物镜在250cl/mm各视场的光学传递函数图，参考图3，光学传递函数(optical transfer function)是指以空间频率为变量，表征成像过程中调制度和横向相移的相对变化的函数。光学传递函数是光学系统对空间频谱的滤波变换。各条曲线的数值都在0.25以上，表明光刻投影物镜的成像质量良好。

图4为图1中所示光刻投影物镜的场曲、像散图，参考图4，场曲、像散已被校正。

图5为图1中所示光刻投影物镜的畸变图，参考图5，无畸变存在，畸变已被校正。

实施例二

图6为本发明实施例一提供的光刻投影物镜的结构示意图，参考图6，光刻投影物镜包括沿光轴顺次排列的第一透镜组G1、第二透镜组G2、光阑Stop、第三透镜组G3和第四透镜组G4，光阑Stop所在平面为光阑面。第一透镜组G1与第四透镜组G4关于光阑面对称，第二透镜组G2与第三透镜组G3关于光阑面对称。第一透镜组G1和第四透镜组G4具有正的光焦度，第二透镜组G2和第三透镜组G3具有负的光焦度。第一透镜组G1以及第四透镜组G4均包括两个双凹负透镜、两个双凸正透镜和一个弯月正透镜，第二透镜组G2以及第三透镜组G3均包括两个弯月负透镜、一个双凹负透镜和一个双凸正透镜。光刻投影物镜还包括关于光阑面对称的第一平板1和第二平板20，第一平板1位于第一透镜组G1远离光阑面一侧，第二平板20位于第四透镜组G4远离光阑面一侧。

本发明实施例提供一种光刻投影物镜，在上述实施例一的基础上增加了第一平板和第二平板，第一平板和第二平板位于第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的外侧，用于保护第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组免受外界的污染。

可选地，参考图6，第一透镜组G1包括沿光轴依次排列的第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6，第二透镜2和第三透镜3为双凹负透镜，第四透镜4和第五透镜5为双凸正透镜，第六透镜6为弯月正透镜。第四透镜组G4包括沿光轴依次排列的第十五透镜15、第十六透镜16、第十七透镜17、第十八透镜18和第十九透镜19。第四透镜组G4与第一透镜组G1关于光阑面对称，对应地，第十五透镜15为弯月正透镜，第十六透镜16和第十七透镜17为双凸正透镜，第十八透镜18和第十九透镜19为双凹负透镜。第六透镜6与第十五透镜15的凹面背离光阑面。

可选地，参考图6，第二透镜组G2包括沿光轴依次排列的第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10，第七透镜7和第八透镜8为弯月负透镜，第九透镜9为双凹负透镜，第十透镜10为双凸正透镜。第三透镜组G3包括沿光轴依次排列的第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13和第十四透镜14。第三透镜组G3与第二透镜组G2关于光阑面对称，对应地，第十一透镜11为双凸正透镜，第十二透镜12为双凹负透镜，第十三透镜13和第十四透镜14为弯月负透镜。第七透镜7与第十四透镜14的凹面朝向光阑面，第八透镜8与第十三透镜13的凹面背离光阑面。

可选地，参考图6，透镜远离光阑面一侧的表面为前表面，透镜靠近光阑面一侧的表面为后表面；第二透镜组G2和第三透镜组G3中分别存在至少一个弯月透镜(第七透镜7和第十四透镜14；或者，第八透镜8和第十三透镜13；或者，第七透镜7、第八透镜8、第十三透镜13和第十四透镜14)满足：R_L-(R_S+CT)≥10％*R_S，R_L＞R_S；其中，R_L为透镜前表面的曲率半径的绝对值，R_S为透镜后表面的曲率半径的绝对值，CT为透镜的厚度。

可选地，参考图6，第一透镜组G1的五个透镜中至少有一个透镜采用氟化钙材料制作，第一透镜组G1的五个透镜中至少有一个透镜采用火石玻璃材料制作，且采用火石玻璃材料制作的透镜具有正的光焦度。色差是源于不同波长的光线在玻璃里的色散和折射系数的差异，从而导致不同波长的光线有不同的焦点。利用氟化钙材料和火石玻璃材料的搭配，每种玻璃的色散可以被另一种玻璃所补偿，从而使得综合色差降至最低。

可选地，参考图6，第二透镜组G2的四个透镜中至少有一个透镜采用冕牌玻璃材料制作，第二透镜组G2的四个透镜中至少有一个透镜采用火石玻璃材料制作，且采用冕牌玻璃材料制作的透镜具有正的光焦度，采用火石玻璃材料制作的透镜具有负的光焦度。利用冕牌玻璃材料和火石玻璃材料的搭配，每种玻璃的色散可以被另一种玻璃所补偿，从而使得综合色差降至最低。

本发明实施例提供的光刻投影物镜的总长度不超过2500mm，适用于i-line(365nm)紫外光谱范围，同时可兼容g-line(405nm)与h-line(442nm)波段，可使用的最大光谱宽度可达到80nm，放大倍率为-1x，像方的数值孔径为0.1，像方视场尺寸为直径360mm。光刻投影物镜具有物方和像方双远心结构，物方各视场的主光线近似平行于光轴入射在第一平板1上；像方各视场的主光线近似平行于光轴从第二平板2出射，汇聚在像面上，可提高套刻精度。投影物镜的物方工作距为80mm，像方工作距为80mm。

表2光刻投影物镜的另一种具体设计值

表2示出了光刻投影物镜的另一种具体设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本发明实施例的限制。关于表2中各个单元格中所代表的含义与实施例一中的表1类似，在此不再赘述。

图7为图6中所示光刻投影物镜的波像差曲线图，参考图7，全市场波前已被校正。

图8为图6中所示光刻投影物镜在250cl/mm各视场的光学传递函数图，参考图8，光学传递函数(optical transfer function)是指以空间频率为变量，表征成像过程中调制度和横向相移的相对变化的函数。光学传递函数是光学系统对空间频谱的滤波变换。各条曲线的数值都在0.25以上，表明光刻投影物镜的成像质量良好。

图9为图6中所示光刻投影物镜的场曲、像散图，参考图9，场曲、像散已被校正。

图10为图6中所示光刻投影物镜的畸变图，参考图10，无畸变存在，畸变已被校正。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。