一种用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微纳加工设备中的光学系统设计的技术领域，特别涉及一种用于光刻 系统的单倍双远心光刻投影物镜。
【背景技术】
[0002] 光刻设备是一种将所需图案应用于工件上的装置。通常是将所需图案应用于工件 上目标部分上的装置。光刻装置能够被用于许多微纳加工领域，如集成电路的制造。通常光 刻设备的应用包括但不限于集成电路制造光刻装置、平板显示面板光刻装置、MEMS/M0EMS 光刻装置、先进封装光刻装置等。虽然微纳加工领域，微米级分辨率，高产率的投影光学系 统需求日益增加，但成熟生产线都十分依赖进口设备，致使成本较高。所以投影光刻是微纳 加工生产线国产化需要攻克的核心设备之一。
[0003] 国内现有光刻机主要存在图像传输能力差和生产效率低两个问题。而造成这两个 问题的主要原因就是国内缺乏一种成像质量好，成本低，易于加工的光刻投影物镜。随着各 行各业对微纳加工的需求不断扩大，急需降低生产成本，提高生产效率。光刻系统为了获得 高产率，同时为了简化设计，倾向于采用单倍放大倍率的系统。
[0004] 日本专利JP2002072080A介绍了另一种单倍放大倍率的投影物镜，该物镜同样采 用多个透镜结构，包括32个镜片，包含多个非球面镜，致使成本较高，且非球面镜加工难度 较大。
[0005] 中国专利CN102279457A所介绍的单倍放大倍率的投影物镜，该物镜同样采取多 个透镜结构，包括16片透镜，其物象共辄总长为1650mm。虽然镜片数目减少，且全部为球面 镜，但其共辄总长较长，在实际的光刻系统中，不利于整机装配。
[0006]目前国内外成熟的光刻物镜和现有的一些相关专利中大多采用20枚以上的镜 片，光学结构十分复杂，成本较高。同时，目前大多光刻物镜的共辄距较长，大部分约1500mm 左右，结构不紧凑，体积大，不易于光刻系统整机装配。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于设计一种用于光刻系统的双远心光刻投影物镜，该物镜能平衡 好各类像差，达到较高的图像传输能力，并且保证物方和像方双远心特性，可达到较高的成 像质量。同时，要求尽可能使用较少的镜片数，使成本较低，共辄距短，结构较为紧凑，体积 小，质量轻，易于装配。
[0008] 本发明采用的技术方案为：一种用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜，用于 将光刻图案投射到所述投影物镜像平面内，沿光轴方向从物面一侧依次设置有前后两透镜 组共12片透镜，以及中心孔径光阑，其中前组包括Ll~L6六片透镜，后组包括L7~L12 六片透镜，且均为球面镜，其中第1枚即Ll和第12枚即L12为负透镜，其余为正透镜；中心 孔径光阑置于前组第六片透镜后19. 33mm处，距后组第一面透镜距离为17. 74mm。
[0009] 该光刻投影物镜12片镜片构成一个物方远心和像方远心的双远心光路，物方和 像方远心度均保持在±0. 5度以内，这样设计可以保证物面、像面有一定偏离的情况下，依 然保证镜头有良好的成像质量以及相同的放大倍率。
[0010] 该光刻投影物镜该光学系统共辄总长（即物方到像方）为L = 419mm，物方工作距 为80mm，像方工作距为71. 74mm，放大倍率为M = - Ix倍。
[0011] 该光刻投影物镜的中心孔径光阑位于前组的像方焦平面上，同时也是后组的物方 焦面，这使得其放大倍率恒定，不随景深变化而变化，无视差，且其前组与后组关于孔径光 阑前后使用相同的镜片材料和结构，只是细微调整空气间隔，形成为类似对称结构，便于平 衡校正各类像差，保证良好的成像质量，同时给加工制作带来便利。
[0012] 该光刻投影物镜的各镜片材料牌号分别为H-K9L，H-QK3以及QF5的玻璃，经过实 际测试，该三种国产玻璃材料对常见波长光源的成像性能较好，且都为普通常见玻璃，生产 厂家为成都光明光电有限公司。
[0013] 该光刻物镜采用国产玻璃优化设计之后，本发明分辨率σ约为5um，畸变控制在 全视场的0.0003%以下。
[0014] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0015] (1)、本发明的光刻投影物镜结构具有双远心特性，其放大倍率恒定，不随景深变 化而变化，无视差。
[0016] (2)、本发明其前组与后组关于孔径光阑前后使用相同的镜片材料和结构，只是细 微调整空气间隔，形成为类似对称结构，便于平衡校正各类像差，保证良好的成像质量，同 时给加工制作带来便利。
[0017] (3)、本发明的光刻投影物镜使用较少的镜片，且都是易于加工的球面镜，其材料 为较为常见的国产玻璃，成本较低，结构紧凑，共辄总长较短，易于装配。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜结构示意图。
[0019] 图2为本发明用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜MTF曲线。
[0020] 图3为本发明用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜像差曲线。
[0021] 图4为本发明用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜点扩散斑图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图以及具体实施例对本
【发明内容】
作进一步的说明。
[0023] 本发明的结构如图1所示，一种用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜，该物 镜的物像共辄总长为L = 419mm ;工作波长为365nm ;其物方半视场高度为36mm，像方掩模 板尺寸为36mmX 36mm，物方工作距为80. 8mm，像方工作距为74. 14mm ;光学结构为双远心结 构；沿光轴方向从物面一侧依次设置有前后两透镜组共12片透镜，镜片编号Ll~L12,其 中Ll~L6为前组，L7~L12为后组，且均为球面镜；并将中心孔径光阑位于前组的像方焦 平面上，同时也是后组的物方焦面，也即是置于前组第六片透镜后19. 33mm处，距后组第一 面透镜距离为17. 74_。其具体的系统结构参数如下表1所示，其中，镜片Ll的离物面近的 表面的表面序号为1，另一表面的表面序号为2,然后依次编号，镜片L7的离物面近的表面 的表面序号为14,另一表面的表面序号为15,然后依次编号。
[0027] 以汞灯作为光源，出射光线经滤光准直匀光后，均匀照明到掩膜图像，该图像经过 本发明设计的光刻投影物镜，成一一 Ix倍像于像面上（匀好胶的硅片上）。本物镜前后两组 12片镜片构成一个物方远心和像方远心的双远心光路，物方和像方远心度均保持在±0. 5 度以内，这样设计可以保证物面、像面有一定偏离的情况下，依然保证镜头有良好的成像质 量以及相同的放大倍率。
[0028] 本设计中前组与后组透镜关于孔径光阑前后使用相同的镜片材料和结构，只是细 微调整空气间隔，形成为类似对称结构，便于平衡校正各类像差，保证良好的成像质量，同 时给加工制作带来便利。各镜片材料牌号分别为H-K9L，H-QK3以及QF5的玻璃，经过实际 测试，该三种国产玻璃材料在i线成像中性能较好，透过率较高，且都为普通常见玻璃，生 产厂家为成都光明光电有限公司。牌号为H-K9L，H-QK3以及QF5三种玻璃材料在365nm下 的参数如下表2所示：
[0029] 表2三种玻璃材料折射率（n365)及阿贝数（V )表
[0031] 上述表2阿贝数的计算公式为
分别为曝光中心 波长和波段上下线所对应的折射率。阿贝数主要用来衡量某一玻璃材料或介质在对应波段 内的色散程度。其值与玻璃色散能力成反比。
【主权项】
1. 一种用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜，用于将光刻图案投射到所述投影物 镜像平面内，其特征在于：沿光轴方向从物面一侧依次设置有前后两透镜组共12片透镜， 以及中心孔径光阑，其中前组包括L1~L6六片透镜，后组包括L7~L12六片透镜，且均为 球面镜，其中第1枚即L1和第12枚即L12为负透镜，其余为正透镜；中心孔径光阑置于前 组第六片透镜后19. 33mm处，距后组第一面透镜距离为17. 74mm。2. 根据权利要求1所述的用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜，其特征在于：12 片镜片构成一个物方远心和像方远心的双远心光路，物方和像方远心度均保持在±0. 5度 以内，这样设计可以保证物面、像面有一定偏离的情况下，依然保证镜头有良好的成像质量 以及相同的放大倍率。3. 根据权利要求1所述的用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜，其特征在于： 该光学系统共辄总长（即物方到像方）为L= 419mm，物方工作距为80mm，像方工作距为 71. 74mm，放大倍率为Μ= -lx倍。4. 根据权利要求1所述的用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜，其特征在于：中 心孔径光阑位于前组的像方焦平面上，同时也是后组的物方焦面，这使得其放大倍率恒定， 不随景深变化而变化，无视差，该物镜前组与后组关于孔径光阑前后使用相同的镜片材料 和结构，细微调整空气间隔，形成为类似对称结构，便于平衡校正各类像差，保证良好的成 像质量，同时给加工制作带来便利。5. 根据权利要求1、2或3所述的用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜，其特征在 于：其镜片材料牌号分别为H-K9L，H-QK3以及QF5的玻璃，生产厂家为成都光明光电有限公 司。6. 根据权利要求5所述的用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜，其特征在于：采 用国产玻璃优化设计之后，该物镜分辨率〇接近5μπι，畸变控制在全视场的0.0003%以 下。
【专利摘要】本发明公开了一种用于光刻系统的单倍双远心光刻投影物镜，其采用了双远心结构，主要用于将光刻图案投射到所述投影物镜像平面内。该单倍双远心物镜包括从所述物平面沿光轴依次设置了共12片透镜，其中第1枚和第12枚透镜为负透镜，其余均为正透镜。该物镜前组与后组关于孔径光阑前后使用相同的镜片材料和结构，细微调整空气间隔，形成为类似对称结构。该物镜共轭总长(物方到像方)为L＝419mm，像方工作距为71.74mm。物方、像方远心度均控制在±0.5度以内，放大倍率为-1倍。本发明能够良好的校正多种像差、畸变。该物镜共轭总长较短，镜片较少，结构紧凑，并保证物方和像方双远心特性，可以满足高像质光刻设备要求。
【IPC分类】G03F7/20
【公开号】CN105259740
【申请号】CN201510862320
【发明人】邓茜, 刘俊伯, 赵立新, 胡松, 司新春, 邓钦元, 周毅, 程依光
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年12月1日