本发明专利技术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。本发明专利技术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
【技术实现步骤摘要】
一种应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜
[0001]本专利技术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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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
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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
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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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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
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100mm。该物镜设计和加工成本同样较高。
[0007]总体而言，目前报道的1
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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，本专利技术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。
技术实现思路
[0008]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，本专利技术旨
在设计一组投影物镜，满足高精度无掩膜光刻机需求。本专利技术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。
[0009]本专利技术采用的技术方案为：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。
[0010]所述的应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，物镜系统至少由12片透镜组成：系统放大倍率为-1。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由第一负透镜L1、第一正透镜L2、第二正透镜L3、第三正透镜L4、第四正透镜L5和第二负透镜L6组成；透镜组Ⅱ由第三负透镜L7、第五正透镜L8、第六正透镜L9、第七正透镜L10、第八正透镜L11和第四负透镜L12组成。
[0011]所述的应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，物镜系统的工作波长为365
±
2nm，选用不同色散特性的材料校正系统色差，具体的：
[0012]1)透镜组Ⅰ中第一负透镜L1、第一正透镜L2、第二正透镜L3、第三正透镜L4、第四正透镜L5；透镜组Ⅱ第五正透镜L8、第六正透镜L9、第七正透镜L10、第八正透镜L11和第四负透镜L12采用常用的冕玻璃，其材料特性为：
[0013]1.51<N
d
<1.53
[0014]60.16<V
d
<66.02
[0015]其中，N
d
为负透镜L1、L12，正透镜L2～L5、L8～L11的折射率；V
d
为其对应的色散系数；
[0016]2)第二负透镜L6、第三负透镜L7采用火石玻璃，其材料特性满足：
[0017]1.59<N
d6～7
<1.61
[0018]36.95<V
d6～7
<42.76
[0019]其中，N
d6～7
为透镜6、透镜7的折射率；V
d6～7
为其对应的色散系数。
[0020]所述的应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，投影物镜物像共轭距为1000mm，即系统总长为1000mm，结构紧凑；物方和像方工作距大于100mm，为后续系统结构设计留出足够的空间。为满足系统需求，投影物镜结构满足：
[0021]f
I～II
<160
[0022]所述的应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，投影物镜数值孔径NA为0.05，分辨力为6μm；曝光视场为15mm
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15mm；场曲优于
±
5μm；畸变优于
±
0.05μm，满足光刻机需求。
[0023]透镜组组成双远心结构，镜头两端用压圈进行精密固定，镜筒之间通过法兰精密定为连接，有效校正多种像差，尤其是畸变和球差。
[0024]该镜头为等比例成倒像，其中物方视场为110mm，物方数值孔径NA＝0.05，缩小倍率β＝-1x，即等比例成像于镜头的像面上。
[0025]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0026](1)利用现有光学设计手段，采用12片物镜组成的透射结构，完成分辨率为6μm的大面积曝光投影物镜设计；
[0027](2)采用常用的光学玻璃材料，节约光学系统的生产和装配成本；
[0028](3)系统结构紧凑，投影物镜的物像共轭距即系统总长度不超过1000mm，同时具有较大的物像方工作本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，其特征在于：该投影曝光物镜采用双远心结构，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；前后两组透镜共12片透镜，其中透镜组Ⅰ包括L1～L6六片透镜，透镜组Ⅱ包括L7～L12六片透镜，且均为球面镜。2.根据权利要求1所述的应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，其特征在于：透镜组Ⅰ和透镜组Ⅱ至少由12片透镜组成：除了L2～L3、L10～L11为正透镜，其余均为负透镜。3.根据权利要求1所述的应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，其特征在于：透镜组Ⅰ和透镜组Ⅱ组成的物镜系统至少由12片透镜组成：透镜组Ⅰ和透镜组Ⅱ组成的系统放大倍率为-1。4.根据权利要求1所述的应用于投影光刻机的单倍率大视场投影曝光物镜，其特征在于：透镜组Ⅰ和透镜组Ⅱ组成的物镜系统的工作波长为365
±
2nm，选用不同色散特性的材料校正系统色差，具体的：1)负透镜L1、L12，正透镜L2～L5、L8～L11采用常用的冕玻璃，其材料特性为：1.51<N
d
<1.5360.16<V
d
<66.02其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，朱咸昌，唐燕，胡松，刘锡，金川，刘磊，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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