可变倍率的激光光刻投影物镜[实用新型专利]

[12]实用新型专利说明书

[21]ZL 专利号

96223156.8

[51]Int.CI6

G02B 15/00

[45]授权公告日1998年5月20日[22]申请日96.12.26

[73]专利权人中国科学院上海光学精密机械研究所

地址201800上海市800－211邮政信箱[72]设计人沈蓓军 黄惠杰 王润文 路敦武

[11]授权公告号CN 2282197Y

[21]申请号96223156.8

[74]专利代理机构上海华东专利事务所

代理人李兰英

权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页

[]实用新型名称

可变倍率的激光光刻投影物镜

[57]摘要

本实用新型是一种用激光器或远紫外激光器作为光源的可变倍率的激光光刻投影物镜。它由两组透镜之间以镜管活动连接所构成。其中一组是含有N1(≥1)个光学透镜构成具有缩比倍率M1的高倍光刻投影物镜组,另一组是含有N2(≥1)个光学透镜构成的具有缩比倍率M2(< M1)的低倍转换镜组。本新型具有变换缩比方便,对面积相差悬殊的元件均可顺利地进行光刻。

96223156.8

权 利 要 求 书

第1/1页

1.一种以激光器作为光源的可变倍率的激光光刻投影物镜，含有置于带有孔径光阑(7)的镜管(10)和镜管(13)内的光学透镜(1)、(2)、(3)、(4)，其特征在于具体结构是： (1)它是由一组含有N1个光学透镜(2)、(3)、(4)构成具有缩比倍率M1的高倍光刻投影物镜组(5)和一组含有N2个光学透镜(1)的具有缩比倍率M2的低倍转换镜组(14)所构成；

(2)构成高倍光刻投影物镜组(5)的N1个光学透镜(2)、(3)、(4)按照前(2)、中(3)、后(4)的顺序置于带有孔径光阑(7)的镜管(10)中，并且每相邻两个光学透镜(2)与(3)、(3)与(4)之间均有定位结构(8)、(9)将其隔开；

(3)构成低倍转换镜组(14)的N2个光学透镜(1)是置于镜管(13)内； (4)高倍光刻投影物镜组(5)的镜管(10)与低倍转换镜组(14)的镜管(13)之间是活动连接(15)。

2.根据权利要求1的一种光刻投影物镜，其特征在于高倍光刻投影物镜组(5)的缩比倍率M1比低倍转换镜组(14)的缩比倍率M2大，即M1＞M2。

3.根据权利要求1的一种光刻投影物镜，其特征在于构成高倍光刻投影物镜组(5)的光学透镜(2)、(3)、(4)的数目N1≥1。

4.根据权利要求1的一种光刻投影物镜，其特征在于构成低倍转换镜组(14)的光学透镜(1)的数目N2≥1。

5.根据权利要求1的一种光刻投影物镜，其特征在于镜管(10)与镜管(13)的活动连接(15)是螺纹连接，或者是卡口连接，或者是紧密配合连接。

6.根据权利要求1的一种光刻投影物镜，其特征在于镜管(10)或镜管(13)中的定位结构(8)、(9)是隔圈，或者是压圈，或者是定位台阶。

2

96223156.8

说 明 书

可变倍率的激光光刻投影物镜

第1/4页

本实用新型是一种以激光器特别是以远紫外激光器作为光源的可变倍率的激光光刻投影物镜，它可应用于微电子工业以及微电子机械行业中的微细加工光刻工艺。 从现有的光刻投影物镜来看主要分成三大类：一类是折射式光刻投影物镜，其典型产品有法国赛岗公司生产的Supavot 743、Clivia 862、Althea、Lippia型的光刻物镜，德国S-Planar型、UMV-SW型、UMV、UM型光刻物镜以及美国GCA公司和日本尼康公司产品等(Э.С.ГУРЕБНЧ等“投影光刻物镜”LSI制造与测试Vol.10，No.5，19 P.44-48)，这些物镜的缩比倍率通常为5倍或10倍。另一类是全反射式光刻物镜，其典型产品如美国P-E公司的1∶1扫描投影光刻机中的光学主投影系统的镜头(美国专利No.3955163)，这种镜头由两个同心球面的反射镜组成，其缩比倍率为1倍。第三类为折反射光刻镜头，它在全反射式光刻镜头的基础上加入折射元件对光学系统作某些修正，从而提高了光刻镜头的性能，如扫描式投影光刻机物镜(中国专利No.85104369.0)、1∶1反射式非球面光学系统(中国专利申请号：103483.8)、1∶1折反射光学系统(中国专利No.103586.9)、有像差校正的1∶1折反射式光学系统(中国专利No.ZL911074.9)以及平行平板分光的1∶1折反射式光学系统(中国专利No.ZL92113820.2)，这些物镜的缩比倍率均为1倍。 通常投影光刻镜头的缩比倍率不会影响到光刻工艺，只对掩模图案的大小有影响。在微电子集成电路光刻中，各种集成电路芯片面积大小相差不大，选用单一倍率的光刻镜头对掩模图案大小的影响不大。然而在微电子机械行业微细加工中，由于微电子机械元件大小各异，光刻图形面积相差很大，如果采用较大缩比的光刻镜头，对大面积元件进行光刻时其掩模图案就会很大，有时甚至会超出物镜的视场范围，而如果采用较小缩比的光刻物镜，对小面积元件光刻时其掩模图案就需很小，因而增加了掩模的制造难度。所以选择适当缩比的光刻镜头就显得尤其重要。

本实用新型的目的是设计一种倍率可以变化的光刻投影物镜以解决上述面积相差悬殊元件光刻时所产生的问题。

本实用新型可变倍率的激光光刻投影物镜是以激光器作为光源结构如图1所示，它由二组透镜组构成，即低倍转换镜组14和高倍光刻投影物镜组5(简称：高倍物镜组5)。其中，高倍光刻投影物镜组5是一组的具有缩比倍率M1的光刻投影物镜组，该高倍物镜组5可以由一片或数片光学透镜组成，即光学透镜的数目N1≥1，高

3

96223156.8说 明 书 第2/4页

倍光刻投影物镜组5的结构如图1所示，当N1＝3时，高倍物镜组5含有三片透镜2、3、4，分为前片透镜2、中片透镜3和后片透镜4，它们均被安装在高倍光刻投影物镜组5的镜管10中，光学透镜间的光学间隔通过安装在镜管10中透镜间的定位结构8、9将其隔开，为保证每相邻两透镜之间的间距，定位结构8、9是隔圈或者是压圈，或者是在镜管中设置定位台阶等结构来保证透镜间的光学间隔。固定压圈12通过高倍光刻投影物镜5的镜管10上的连接螺纹11对高倍光刻投影物镜组5的前片透镜2、中片透镜3和后片透镜4进行轴向固定。镜管10、光学透镜2、3和4、定位结构8和9以及压圈12通过以上描述的结构有机地结合在一起构成了缩比倍率为M1的高倍光刻投影物镜组5。低倍转换镜组14是一个倍率转换镜组，它必须与高倍光刻投影物镜组5组合在一起才构成一完整的缩比倍率为M2的光刻投影物镜，缩比倍率M1与M2间的关系是：M1＞M2，故将上述二组镜组中的具有较高倍率M1的光刻投影物镜组相应称为高倍光刻投影物镜组5，而具有较低倍率M2的镜组相应称为低倍转换镜组14。低倍转换镜组14的结构如图1所示，该镜组可以是如图1所示由一片透镜1组成的，也可以是由多片透镜组成的，其光学透镜的数目N2≥1。图1所示的低倍转换镜组14是一个由一片透镜组成的转换镜组。低倍转换镜组14的透镜1采用包边法直接被固定在低倍转换镜组14的镜管13上，如果采用多片透镜的转换镜组，每相邻两透镜之间也有定位结构，如隔圈、压圈、定位台阶等机械结构将透镜紧固在镜管上。为方便低倍转换镜组14的装、卸，低倍转换镜组14与高倍光刻投影物镜组5之间采用活动连接15，其活动连接的结构可以是如图1所示的螺纹连接，也可以采用如照相物镜标准卡口，或者是紧密配合连接。整体物镜的数值孔径通过孔径光阑7来，孔径光阑7通过连接螺纹6安装在高倍光刻投影物镜组5的镜管10上。实际使用中，当对面积不大的元件进行光刻时，由于高倍光刻投影物镜组5与低倍转换镜组14之间采用的是活动连接，因此只要卸去低倍转换镜组14，整体物镜就变成一高倍的光刻投影物镜，从而实现用缩比倍率为高倍的物镜进行光刻，而当对大面积元件进行光刻时，只要在高倍物镜组5上装上低倍转换镜组14物镜就成为一低倍率的光刻投影物镜，从而实现以缩比倍率为低倍的物镜进行光刻。

本实用新型的优点就在于采用本新型的可变倍率光刻投影物镜可以方便地实现光刻物镜的缩比倍率变换，从而解决了面积相差悬殊元件的光刻问题。也就是说采用本新型的光刻投影物镜无论被光刻元件的面积大小均可顺利地进行光刻。 本新型的物镜采用上述的新颖的光学结构，只要在较高倍物镜组5的基础上加上一低倍转换镜组14就成为低倍光刻物镜，这使得光学系统的结构大大简化，物镜制造成本也大大降低了。

4

96223156.8说 明 书 第3/4页

附图说明

图1为本实用新型的可变倍率的激光光刻投影物镜的结构图。

图2为实用新型可变倍率的激光光刻投影物镜在实施例中的光学透镜曲面及光路示意图。 实施例

根据图1所示的光刻投影物镜结构，设计了一用远紫外激光器(波长为248nm)作为光源的可变倍率的激光光刻投影物镜，选择的设计参数为：高倍物镜组5的缩比倍率M1＝10，低倍转换镜组14的缩比倍率M2＝5；高倍光刻投影物镜组5的光学透镜数目N1＝3，低倍转换镜组14的光学透镜数N2＝1；低倍转换镜组14与高倍光刻投影物镜组5间的活动连接15采用如图1所示的螺纹连接。光刻投影物镜的光学透镜曲面与光路结构如图2所示，具体设计数据如下：

光学透镜编号  曲面编号  曲率半径(mm)  透镜中心厚(mm)  间隔距(mm)  透镜材料   1         R11         ∞            3.00                     熔石英             R12        -119.120

  2         R21         28.900        6.00         D1：4.00    熔石英             R22         19.104

  3         R31        124.170        8.00         D2：45.80   熔石英             R32        -60.000

  4         R41        105.680        8.00         D3：2.50    熔石英             R42        -.740

其中R11为低倍转换镜组14的透镜1的第一面曲面     R12为低倍转换镜组14的透镜1的第二面曲面

    R21为高倍光刻投影物镜组5的前片透镜2的第一面曲面     R22为高倍光刻投影物镜组5的前片透镜2的第二面曲面     R31为高倍光刻投影物镜组5的中片透镜3的第一面曲面     R32为高倍光刻投影物镜组5的中片透镜3的第二面曲面     R41为高倍光刻投影物镜组5的后片透镜4的第一面曲面     R42为高倍光刻投影物镜组5的后片透镜4的第二面曲面

    D1为低倍转换镜组14的透镜1与高倍光刻投影物镜组5的前片透镜2间       光学间隔

    D2为高倍光刻投影物镜组5的前片透镜2与高倍光刻投影物镜组5的中       片透镜3间的光学间隔

5

96223156.8说 明 书 第4/4页

D3为高倍光刻投影物镜组5的中片透镜3与高倍光刻投影物镜组5的后   片透镜4间的光学间隔光刻投影物镜总体性能指标如下： 数值孔径：0.05 像面：    2×2mm

2

共轭距：  3(5倍)、585(10倍) 物距：    232(5倍)、456(10倍) 工作波长：248nm

6

96223156.8

说 明 书 附 图

第1/1页

图1

图2

7