一种光刻投影物镜及光刻机的制作方法

本发明实施例涉及光刻技术，尤其涉及一种光刻投影物镜及光刻机。

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存在诸如数值孔径较小、分辨率低、适用波段窄、数值孔径不可变和通常包括非球面透镜加工制造成本高等问题，目前尚没有任何文献或产品公开了能同时解决上述问题的现有技术。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种光刻投影物镜及光刻机，以解决上述现有技术中存在的问题。

第一方面，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、第三透镜组、光阑、第四透镜组、第五透镜组和第六透镜组，所述第一透镜组与所述第六透镜组关于所述光阑对称，所述第二透镜组与所述第五透镜组关于所述光阑对称；所述第三透镜组和所述第四透镜组关于所述光阑对称；

其中，f1为所述第一透镜组以及所述第六透镜组的焦距，f2为所述第二透镜组以及所述第五透镜组的焦距，f3为所述第三透镜组以及所述第四透镜组的焦距。

可选地，所述第一透镜组以及所述第六透镜组具有正的光焦度，所述第二透镜组以及所述第五透镜组具有负的光焦度，所述第三透镜组以及所述第四透镜组的焦距具有正的光焦度。

可选地，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组、所述第五透镜组和所述第六透镜组中的所有的透镜均为球面透镜。

可选地，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组、所述第五透镜组和所述第六透镜组均包括至少一个弯月透镜。

可选地，所述第一透镜组包括4个透镜，所述第二透镜组包括2个透镜；所述第三透镜组包括4个透镜；

所述第四透镜组包括4个透镜；所述第五透镜组包括2个透镜；所述第六透镜组包括4个透镜。

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、第三透镜和第四透镜；所述第一透镜为双凹透镜，所述第二透镜和所述第三透镜均为弯月透镜，所述第四透镜为双凸透镜；

所述第六透镜组包括沿光轴依次排列的第十七透镜、第十八透镜、第十九透镜和第二十透镜；所述第十七透镜为双凸透镜，所述第十八透镜和所述第十九透镜均为弯月透镜，所述第二十透镜为双凹透镜。

可选地，所述第二透镜组包括沿光轴依次排列的第五透镜和第六透镜；所述第五透镜为弯月透镜，所述第六透镜为双凹透镜；

所述第五透镜组包括沿光轴依次排列的第十五透镜和第十六透镜；所述第十五透镜为双凹透镜，所述第十六透镜为弯月透镜。

可选地，所述第三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；所述第七透镜为弯月透镜，所述第八透镜和所述第十透镜为双凸透镜，所述第九透镜为双凹透镜；所述第四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；所述第十一透镜和所述第十三透镜为双凸透镜，所述第十二透镜为双凹透镜，所述第十四透镜为弯月透镜。

可选地，所述光刻透镜物镜在i线波段光照下的最大像方数值孔径为0.18。

可选地，所述光刻透镜物镜在i线波段、h线波段和g线波段光照下的最大像方数值孔径为0.14。

可选地，所述光刻透镜物镜的曝光视场直径为62.934mm。

第二方面，本发明实施例提供一种光刻机，包括：第一方面所述的光刻透镜物镜。

本发明实施例提供一种光刻投影物镜，包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，以及与第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组关于光阑对称设置的第四透镜组、第五透镜组和第六透镜组。通过调节光阑的通光孔的大小可以调节光刻投影物镜的数值孔径，从而增加光刻投影物镜适用于不同场景的能力。且第一透镜组的焦距f1与第二透镜组的焦距f2满足第二透镜组的焦距f2与第三透镜组的焦距f3满足从而增大光刻投影物镜的数值孔径，提升光刻投影物镜的分辨率。本发明实施例提供光刻投影物镜可以适用于i线波段、h线波段和g线波段，适用波段较宽。本发明实施例中的透镜全部采用球面透镜且透镜数量少仅有20片，从而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。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种光刻投影物镜的结构示意图；

图2为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为1时在光瞳处的子午像差分布图；

图3为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为1时在光瞳处的弧矢像差分布图；

图4为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为0.89时在光瞳处的子午像差分布图；

图5为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为0.89时在光瞳处的弧矢像差分布图；

图6为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为0.67时在光瞳处的子午像差分布图；

图7为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为0.67时在光瞳处的弧矢像差分布图；

图8为光刻透镜物镜在365nm光照下的垂轴色差图；

图9为光刻透镜物镜在365nm光照下的物像方远心图；

图10为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为1时在光瞳处的子午像差分布图；

图11为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为1时在光瞳处的弧矢像差分布图；

图12为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为0.89时在光瞳处的子午像差分布图；

图13为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为0.89时在光瞳处的弧矢像差分布图；

图14为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为0.67时在光瞳处的子午像差分布图；

图15为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为0.67时在光瞳处的弧矢像差分布图；

图16为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下的垂轴色差图；

图17为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下的物像方远心图。

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。

图1为本发明实施例提供一种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、第三透镜组g3、光阑stop、第四透镜组g4、第五透镜组g5和第六透镜组g6，第一透镜组g1与第六透镜组g6关于光阑stop对称，第二透镜组g2与第五透镜组g5关于光阑stop对称，第三透镜组g3和第四透镜组g4关于光阑stop对称。第一透镜组g1校正场分布相关的球差、像散和场曲，第二透镜组g2匹配补偿第一透镜组g1和第三透镜组g3产生的像差，第三透镜组g3校正色差、常数项球差和像散，第四透镜组g4、第五透镜组g5和第六透镜组g6分别与第一透镜组g1、第二透镜组g2和第三透镜组g3关于光阑stop对称，第四透镜组g4、第五透镜组g5和第六透镜组g6可以分别补偿第一透镜组g1、第二透镜组g2和第三透镜组g3产生的彗差和畸变。光刻投影物镜满足公式：其中，f1为第一透镜组g1以及第六透镜组g6的焦距，f2为第二透镜组g2以及第五透镜组g5的焦距，f3为第三透镜组g3以及第四透镜组g4的焦距。

本发明实施例提供一种光刻投影物镜，包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，以及与第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组关于光阑对称设置的第四透镜组、第五透镜组和第六透镜组。通过调节光阑的通光孔的大小可以调节光刻投影物镜的数值孔径，从而增加光刻投影物镜适用于不同场景的能力。且第一透镜组的焦距f1与第二透镜组的焦距f2满足第二透镜组的焦距f2与第三透镜组的焦距f3满足从而增大光刻投影物镜的数值孔径，提升光刻投影物镜的分辨率。本发明实施例提供光刻投影物镜可以适用于i线波段、h线波段和g线波段，适用波段较宽。本发明实施例中的透镜可以全部采用球面透镜且透镜数量少仅有20片，从而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以及第六透镜组g6具有正的光焦度，第二透镜组g2以及第五透镜组g5具有负的光焦度，第三透镜组g3以及第四透镜组g4的焦距具有正的光焦度。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。

可选地，参考图1，第一透镜组g1、第二透镜组g2、第三透镜组g3、光阑stop、第四透镜组g4、第五透镜组g5和第六透镜组g6中的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、第二透镜组g2、第三透镜组g3、光阑stop、第四透镜组g4、第五透镜组g5和第六透镜组g6均包括至少一个弯月透镜。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，用于像差的矫正。在所有的透镜组中均设置至少一个弯月透镜，有利于像差的矫正。

可选地，参考图1，第一透镜组g1包括4个透镜，第二透镜组g2包括2个透镜，第三透镜组g3包括4个透镜。由于第四透镜组g4、第五透镜组g5和第六透镜组g6分别与第一透镜组g1、第二透镜组g2和第三透镜组g3关于光阑stop对称，相应地，第四透镜组g4包括4个透镜，第五透镜组g5包括2个透镜，第六透镜组g6包括4个透镜。本发明实施例中，光刻投影物镜一共包括20个透镜。需要说明的是，在其他实施方式中，光刻投影物镜还可以包括其他数量的透镜，只要满足即可。

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和第四透镜4。第一透镜1为双凹透镜，第二透镜2和第三透镜3均为弯月透镜，第四透镜4为双凸透镜。由于第六透镜组g6与第一透镜组g1关于光阑stop对称，相应地，第六透镜组g6包括沿光轴依次排列的第十七透镜17、第十八透镜18、第十九透镜19和第二十透镜20。第十七透镜17为双凸透镜，第十八透镜18和第十九透镜19均为弯月透镜，第二十透镜20为双凹透镜。

可选地，参考图1，第二透镜组g2包括沿光轴依次排列的第五透镜5和第六透镜6，第五透镜5为弯月透镜，第六透镜6为双凹透镜。由于第五透镜组g5与第二透镜组g2关于光阑stop对称，相应地，第五透镜组g5包括沿光轴依次排列的第十五透镜15和第十六透镜16，第十五透镜15为双凹透镜，第十六透镜16为弯月透镜。

可选地，参考图1，第三透镜组g3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为弯月透镜，第八透镜8和第十透镜10为双凸透镜，第九透镜9为双凹透镜。由于第四透镜组g4与第三透镜组g3关于光阑stop对称，相应地，第四透镜组g4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。第十一透镜11和第十三透镜13为双凸透镜，第十二透镜12为双凹透镜，第十四透镜14为弯月透镜。

可选地，参考图1，光刻透镜物镜在365nm光照下的最大像方数值孔径为0.18。即，使用汞灯的i线波段(i线波段的中心波长为365nm)作为曝光光源时，光刻透镜物镜的最大像方数值孔径为0.18。光刻透镜物镜的物像共轭距为900mm，光刻透镜物镜的物像共轭距为光刻透镜物镜的物平面与光刻透镜物镜的像平面之间的距离。光刻透镜物镜的放大倍率为-1，曝光视场直径为62.934mm，物距和像距均为55.65mm。

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“ima”代表光刻投影物镜的像面。“类型”一栏中，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(邻近像面ima一侧)，负的半径值代表曲率中心在表面的左边(远离像面ima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“12.026046”的单元格代表第一透镜1的厚度为12.026046mm，序号为“2”厚度为“31.00701”的单元格代表第一透镜1与第二透镜2之间的距离为31.00701mm。“全口径”一栏代表当前表面的最大通光口径。“材料”一栏中的'air'表示空气，'n2'表示氮气，填充氮气可以防止空气中杂质污染镜片表面，产生杂散光，造成光路污染。'pbm18y1*'表示牌号为pbm18y1的玻璃，'sfsl5y2*'表示牌号为sfsl5y2的玻璃，'sfsl5y1*'表示牌号为sfsl5y1的玻璃，'pbm18y2*'表示牌号为pbm18y2的玻璃。

图2为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为1时在光瞳处的子午像差分布图。图3为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为1时在光瞳处的弧矢像差分布图。图4为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为0.89时在光瞳处的子午像差分布图。图5为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为0.89时在光瞳处的弧矢像差分布图。图6为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为0.67时在光瞳处的子午像差分布图。图7为光刻透镜物镜在365nm光照下，相对物方视场点高度为0.67时在光瞳处的弧矢像差分布图。参考图2-图7，横坐标代表光瞳上的高度(单位为mm)，其中中心点(即，横坐标和纵坐标的交叉点)代表光瞳中心，纵坐标代表像差大小(单位为mm)，每幅图的不同曲线分别代表各波长下的像差曲线。从图2-图7中可以看出各视场点的最大像差均小于0.005969mm，光刻透镜物镜的波像差均得到较好的校正。

图8为光刻透镜物镜在365nm光照下的垂轴色差图，参考图8，纵坐标为物方高度(单位为mm)，横坐标为垂轴色差(单位为mm)，曲线l1表示了360nm和374nm波长在各物方视场高度下的垂轴色差值，曲线l2为360nm和365nm波长在各物方视场高度下的垂轴色差值。从图8可以看出光刻透镜物镜最大垂轴色差为14nm，说明光刻透镜物镜的垂轴色差已被很好校正。

图9为光刻透镜物镜在365nm光照下的物像方远心图，参考图9，横坐标为物方视场高度(单位为mm)，纵坐标为远心(单位为mrad)，图9中两条曲线分别为光刻透镜物镜的像方远心和物方远心，由于两条曲线距离非常近，在图9中重叠，整个视场内物方远心和像方远心最大值不超过6.87mrad，光刻透镜物镜的的远心已被很好校正。

可选地，参考图1，光刻透镜物镜在i线波段、h线波段和g线波段光照下的最大像方数值孔径为0.14。即，使用汞灯的i线波段(i线波段的中心波长为365nm)、h线波段(h线波段的中心波长为405nm)和g线波段(g线波段的中心波长为436nm)作为曝光光源时，光刻透镜物镜的最大像方数值孔径为0.14。光刻透镜物镜的物像共轭距为900mm，光刻透镜物镜的物像共轭距为光刻透镜物镜的物平面与光刻透镜物镜的像平面之间的距离。光刻透镜物镜的放大倍率为-1，曝光视场直径为62.934mm，物距和像距均为55.65mm。

图10为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为1时在光瞳处的子午像差分布图。图11为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为1时在光瞳处的弧矢像差分布图。图12为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为0.89时在光瞳处的子午像差分布图。图13为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为0.89时在光瞳处的弧矢像差分布图。图14为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为0.67时在光瞳处的子午像差分布图。图15为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下，相对物方视场点高度为0.67时在光瞳处的弧矢像差分布图。参考图2-图7，横坐标代表光瞳上的高度(单位为mm)，其中中心点代表光瞳中心，纵坐标代表像差大小(单位为mm)，每幅图的不同曲线分别代表各波长下的像差曲线。从图10-图15中可以看出各视场点的最大像差均小于0.009656mm，光刻透镜物镜的波像差均得到较好的校正。

图16为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下的垂轴色差图，参考图16，纵坐标为物方高度(单位为mm)，横坐标为垂轴色差(单位为mm)，曲线l1表示了360nm和374nm波长在各物方视场高度下的垂轴色差值，曲线l2为360nm和365nm波长在各物方视场高度下的垂轴色差值。从图8可以看出光刻透镜物镜最大垂轴色差为18nm，说明光刻透镜物镜的垂轴色差已被很好校正。

图17为光刻透镜物镜在365nm、405nm和436nm光照下的物像方远心图，参考图17，横坐标为物方视场高度(单位为mm)，纵坐标为远心(单位为mrad)，图17中两条曲线分别为光刻透镜物镜的像方远心和物方远心，由于两条曲线距离非常近，在图17中重叠，整个视场内物方远心和像方远心最大值不超过5.88mrad，光刻透镜物镜的的远心已被很好校正。

本发明实施例还提供一种光刻机，包括上述实施例中的的光刻透镜物镜。光源发出的光经过光刻透镜物镜后照射到工件上，从而实现光刻过程。由于本发明实施例提供的光刻机包括上述实施例中的的光刻透镜物镜，光刻投影物镜的分辨率高，因此使用光刻透镜物镜的光刻机能对产品实现更为细致的曝光，从而提高产品良率。光刻投影物镜的数值孔径大，因此使用光刻透镜物镜的光刻机能对产品实现更大范围的曝光，从而提高产品产量。光刻投影物镜的数值孔径可调，因此使用光刻透镜物镜的光刻机可以在不更换光刻投影物镜的情况下应用于不同数值孔径的曝光场景。光刻投影物镜的可适用于i线波段、h线波段和g线波段，因此使用光刻透镜物镜的光刻机可以具有更宽的应用波段。

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。