紫外单倍率投影曝光物镜及光刻机

技术领域

本发明涉及光学镜片技术领域，特别涉及一种紫外单倍率投影曝光物镜及光刻机。

背景技术

现阶段，光刻机监控系统通常采用两种监控方式，第一种是在光刻物镜的上方设置观测系统对工件成像进行观察，这种方式通常会导致整个光学系统体积较大，不利于设备的小型化；另一种方式是使用旁轴成像观察系统，由于旁轴观察需要增加一个新的镜头，会额外提高成本，且同样会增加整个设备的体积。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种紫外单倍率投影曝光物镜及光刻机，旨在解决现有光刻机监控系统体积大成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提出的紫外单倍率投影曝光物镜具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，包所述紫外单倍率投影曝光物镜包括：

光刻组件，包括从物侧至像侧依次设置的第一透镜组件及第二透镜组件；以及，

观测组件，包括胶合分光棱镜和观测透镜组件，所述胶合分光棱镜具有呈相背设置的棱镜光射入面与棱镜光射出面，及处于侧端的观测光射出面，所述胶合分光棱镜设于所述第一透镜组件与所述第二透镜组件之间，以使所述棱镜光射出面正对所述第二透镜组件的光射入面，所述棱镜光射入面正对所述第一透镜组件的光射出面，所述观测透镜组件的光射入面正对所述观测光射出面设置。

可选地，所述第一透镜组件包括：

调平透镜组件，用以将入射光调整为平行光；以及，

聚光透镜组件，用以将经所述调平透镜组件射出的光线汇聚；

其中，所述聚光透镜组件的光射出面与所述棱镜光射入面呈相对设置。

可选地，所述调平透镜组件包括沿所述物侧至所述像侧方向依次设置的第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜及第四负透镜；和/或，

所述聚光透镜组件包括沿方向依次设置的第五正透镜、第六正透镜、第七负透镜、第八正透镜及第九负透镜；其中，所述第九负透镜的光射出面与所述棱镜光射入面呈相对设置。

可选地，所述第一正透镜的材质为火石玻璃，所述第一正透镜的折射率为Nd1，所述第一正透镜的色散系数为Vd1，其中：1.58

所述第二正透镜的材质为冕玻璃，所述第二正透镜的折射率为Nd2，所述第二正透镜的色散系数为Vd2，其中：1.48

所述第三正透镜的材质为冕玻璃，所述第三正透镜的折射率为Nd3，所述第三正透镜的色散系数为Vd3，其中：1.48

所述第四负透镜的材质为火石玻璃，所述第四负透镜的折射率为Nd4，所述第四负透镜的色散系数为Vd4，其中：1.58

所述第五正透镜的材质为冕玻璃，所述第五正透镜的折射率为Nd5，所述第五正透镜的色散系数为Vd5，其中：1.48

所述第六正透镜的材质为冕玻璃，所述第六正透镜的折射率为Nd6，所述第六正透镜的色散系数为Vd6，其中：1.48

所述第七负透镜的材质为火石玻璃，所述第七负透镜的折射率为Nd7，所述第七负透镜的色散系数为Vd7，其中：1.58

所述第八正透镜的材质为冕玻璃，所述第八正透镜的折射率为Nd8，所述第八正透镜的色散系数为Vd8，其中：1.48

所述第九负透镜的材质为火石玻璃，所述第九负透镜的折射率为Nd9，所述第九负透镜的色散系数为Vd9，其中：1.58

可选地，所述聚光透镜组件还包括第一光阑，所述第一光阑设于所述第六正透镜与所述第七负透镜之间。

可选地，所述第二透镜组件包括沿所述物侧至所述像侧方向依次设置的第十正透镜、第十一正透镜、第十二正透镜及第十三负透镜；

其中，所述第十正透镜的光射入面与所述棱镜光射出面呈相对设置。

可选地，所述第十正透镜的材质为冕玻璃，所述第十正透镜的折射率为Nd10，所述第十正透镜的色散系数为Vd10，其中：1.48

所述第十一正透镜的材质为火石玻璃，所述第十一正透镜的折射率为Nd11，所述第十一正透镜的色散系数为Vd11，其中：1.58

所述第十二正透镜的材质为冕玻璃，所述第十二正透镜的折射率为Nd12，所述第十二正透镜的色散系数为Vd12，其中：1.48

所述第十三负透镜的材质为火石玻璃，所述第十三负透镜的折射率为Nd13，所述第十三负透镜的色散系数为Vd13，其中：1.58

可选地，所述观测透镜组件包括远离所述观测光射出面依次设置的第十四负透镜、第十五正透镜、第十六正透镜、第十七正透镜、第十八正透镜及第十九负透镜。

可选地，所述第十四负透镜的材质为火石玻璃，所述第十四负透镜的折射率为Nd14，所述第十四负透镜的色散系数为Vd14，其中：1.58

所述第十五正透镜的材质为冕玻璃，所述第十五正透镜的折射率为Nd15，所述第十五正透镜的色散系数为Vd15，其中：1.48

所述第十六正透镜的材质为冕玻璃，所述第十六正透镜的折射率为Nd16，所述第十六正透镜的色散系数为Vd16，其中：1.48

所述第十七正透镜的材质为冕玻璃，所述第十七正透镜的折射率为Nd17，所述第十七正透镜的色散系数为Vd17，其中：1.48

所述第十八正透镜的材质为冕玻璃，所述第十八正透镜的折射率为Nd18，所述第十八正透镜的色散系数为Vd18，其中：1.48

所述第十九负透镜的材质为火石玻璃，所述第十九负透镜的折射率为Nd19，所述第十九负透镜的色散系数为Vd19，其中：1.58

本发明还提出一种光刻机，包括上述的紫外单倍率投影曝光物镜，所述光刻机还包括：

图像传感器，用以正对所述观测透镜组件的光射出面设置；

光刻光源，用以对应照射于掩模板；以及，

观察光源，用以对应照射于待刻蚀工件。

本发明提供的技术方案中，通过在所述第二透镜组件和所述第一透镜组件之间设置所述胶合分光棱镜，使得经由所述第二透镜组件反射回的观测光线通过所述胶合分光棱镜的胶合分光面反射分光，最后射入所述观测透镜组件进行观测监控，只需对原有光刻机物镜的结构进行少量改动，即可在不影响光刻机物镜工作的同时最光刻的工件进行实时的监测，装置改动成本低，整体体积小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的紫外单倍率投影曝光物镜的一实施例的结构示意图；

图2为图1中的第一透镜组件及第二透镜组件组成的曝光系统的场曲和畸变图；

图3为图1中的第一透镜组件及第二透镜组件组成的曝光系统的MTF曲线图；

图4为图1中的第一透镜组件及第二透镜组件组成的曝光系统的离焦MTF曲线图；

图5为图1中的第二透镜组件及观测组件组成的成像系统的MTF曲线图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

现阶段，光刻机监控系统通常采用两种监控方式，第一种是在光刻物镜的上方设置观测系统对工件成像进行观察，这种方式通常会导致整个光学系统体积较大，不利于设备的小型化，同时由于光刻波长为365nm，而观察波长通常为650nm，因为波长变化范围大，存在较大色差，无法实现高质量的成像观察效果；另一种方式是使用旁轴成像观察系统，由于旁轴观察需要增加一个新的镜头，会额外提高成本，同时增加整个设备的体积。

鉴于此，本发明提出一种紫外单倍率投影曝光物镜及光刻机，旨在解决现有光刻机监控系统体积大成本高的问题，其中图1为本发明提供的紫外单倍率投影曝光物镜一实施例的结构示意简图，图2至图5为本发明提供的紫外单倍率投影曝光物镜一实施例的仿真效果示意图。本发明提供的所述紫外单倍率投影曝光物镜具有如下指标：

工作波长：365±10nm；

观测波长：650±30nm；

分辨率：2um；

放大倍率：-1x；

曝光视场：12x12mm；

由所述第一透镜组件及所述第二透镜组件组成的曝光系统(以掩模板作为物方，以待刻蚀工件作为像方)：

物像共轭距：480mm；

物方工作距离：135mm；

像方工作距离：30mm；

所述曝光系统的光路采用双远心光路，物方、像方的远心度小于±0.1度。

由所述第二透镜组件及所述观测组件组成的成像系统(以待刻蚀工件作为物方，以图像传感器作为像方)：

物像共轭距：380mm；

物方工作距离：30mm；

像方工作距离：120mm。

请参阅图1，所述紫外单倍率投影曝光物镜100具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述紫外单倍率投影曝光物镜100包括光刻组件1及观测组件2，所述光刻组件1包括从物侧至像侧依次设置的第一透镜组件11及第二透镜组件12；所述观测组件2包括胶合分光棱镜21和观测透镜组件22，所述胶合分光棱镜21具有呈相背设置的棱镜光射入面211与棱镜光射出面212，及处于侧端的观测光射出面213，所述胶合分光棱镜21设于所述第一透镜组件11与所述第二透镜组件12之间，以使所述棱镜光射出面212正对所述第二透镜组件12的光射入面，所述棱镜光射入面211正对所述第一透镜组件11的光射出面，所述观测透镜组件22的光射入面正对所述观测光射出面213设置。

本发明提供的技术方案中，通过在所述第二透镜组件12和所述第一透镜组件11之间设置所述胶合分光棱镜21，使得经由所述第二透镜组件12反射回的观测光线通过所述胶合分光棱镜21的胶合分光面反射分光，最后射入所述观测透镜组件22进行观测监控，只需对原有光刻机物镜的结构进行少量改动，即可在不影响光刻机物镜工作的同时最光刻的工件进行实时的监测，装置改动成本低，整体体积小。

进一步地，本实施例中，所述第一透镜组件11包括调平透镜组件111及聚光透镜组件112，所述调平透镜组件111用以将入射光调整为平行光；所述聚光透镜组件112用以将经所述调平透镜组件111射出的光线汇聚；其中，所述聚光透镜组件112的光射出面与所述棱镜光射入面211呈相对设置。可以理解的是，所述调平透镜组件111用于将入射光调整为平行光，其具体结构形式本实施例不作限定，所述聚光透镜组件112用以将经所述调平透镜组件111射出的光线汇聚，其具体结构形式本实施例不作限定。

进一步地，本实施例中，所述调平透镜组件111包括沿所述物侧至所述像侧方向依次设置的第一正透镜1111、第二正透镜1112、第三正透镜1113及第四负透镜1114。通过多个不同规格的透镜对光线进行调节，可以提高成像质量。

另一实施例中，所述聚光透镜组件112包括沿方向依次设置的第五正透镜1121、第六正透镜1122、第七负透镜1123、第八正透镜1124及第九负透镜1125；其中，所述第九负透镜1125的光射出面与所述棱镜光射入面211呈相对设置。通过多个不同规格的透镜对光线进行调节，可以提高成像质量。

需要说明的是，上述两个并列的技术特征可以择一设置，也可以同时设置，可以理解的是，同时设置的效果更好。

进一步地，所述聚光透镜组件112还包括第一光阑1126，所述第一光阑1126设于所述第六正透镜1122与所述第七负透镜1123之间，通过所述第一光阑1126可以实现对曝光光线的强弱进行调节。

本实施例中，所述第二透镜组件12包括沿所述物侧至所述像侧方向依次设置的第十正透镜121、第十一正透镜122、第十二正透镜123及第十三负透镜124；其中，所述第十正透镜121的光射入面与所述棱镜光射出面212呈相对设置。通过多个不同规格的透镜对光线进行调节，可以提高成像质量。

本实施例中，所述观测透镜组件22包括远离所述观测光射出面213依次设置的第十四负透镜221、第十五透镜、第十六正透镜223、第十七正透镜224、第十八正透镜225及第十九负透镜226。通过多个不同规格的透镜对光线进行调节，可以提高成像质量，减少像差和色差。

进一步地，所述观测透镜组件22还包括第二光阑，所述第二光阑设于所述胶合分光棱镜21与所述第十四负透镜221之间，通过所述第二光阑可以实现对观测光线的强弱进行调节。

具体的，本实施例中，所述第十四负透镜221的材质为火石玻璃，所述第十四负透镜221的折射率为Nd14，所述第十四负透镜221的色散系数为Vd14，其中：1.58

另一实施例中，所述第十五正透镜222的材质为冕玻璃，所述第十五正透镜222的折射率为Nd15，所述第十五正透镜222的色散系数为Vd15，其中：1.48

另一实施例中，所述第十六正透镜223的材质为冕玻璃，所述第十六正透镜223的折射率为Nd16，所述第十六正透镜223的色散系数为Vd16，其中：1.48

另一实施例中，所述第十七正透镜224的材质为冕玻璃，所述第十七正透镜224的折射率为Nd17，所述第十七正透镜224的色散系数为Vd17，其中：1.48

另一实施例中，所述第十八正透镜225的材质为冕玻璃，所述第十八正透镜225的折射率为Nd18，所述第十八正透镜225的色散系数为Vd18，其中：1.48

另一实施例中，所述第十九负透镜226的材质为火石玻璃，所述第十九负透镜226的折射率为Nd19，所述第十九负透镜226的色散系数为Vd19，其中：1.58

需要说明的是，上述六个并列的技术特征可以择一设置、可以择二设置、可以择三设置、可以择四设置、可以择五设置也可以同时设置，可以理解的是，同时设置的效果更好。

具体的，本实施例中，所述第一正透镜1111的材质为火石玻璃，所述第一正透镜1111的折射率为Nd1，所述第一正透镜1111的色散系数为Vd1，其中：1.58

另一实施例中，所述第二正透镜1112的材质为冕玻璃，所述第二正透镜1112的折射率为Nd2，所述第二正透镜1112的色散系数为Vd2，其中：1.48

另一实施例中，所述第三正透镜1113的材质为冕玻璃，所述第三正透镜1113的折射率为Nd3，所述第三正透镜1113的色散系数为Vd3，其中：1.48

另一实施例中，所述第四负透镜1114的材质为火石玻璃，所述第四负透镜1114的折射率为Nd4，所述第四负透镜1114的色散系数为Vd4，其中：1.58

另一实施例中，所述第五正透镜1115的材质为冕玻璃，所述第五正透镜1115的折射率为Nd5，所述第五正透镜1115的色散系数为Vd5，其中：1.48

另一实施例中，所述第六正透镜1121的材质为冕玻璃，所述第六正透镜1121的折射率为Nd6，所述第六正透镜1121的色散系数为Vd6，其中：1.48

另一实施例中，所述第七负透镜1122的材质为火石玻璃，所述第七负透镜1122的折射率为Nd7，所述第七负透镜1122的色散系数为Vd7，其中：1.58

另一实施例中，所述第八正透镜1123的材质为冕玻璃，所述第八正透镜1123的折射率为Nd8，所述第八正透镜1123的色散系数为Vd8，其中：1.48

另一实施例中，所述第九负透镜1124的材质为火石玻璃，所述第九负透镜1124的折射率为Nd9，所述第九负透镜1124的色散系数为Vd9，其中：1.58

需要说明的是，上述九个并列的技术特征可以择一设置、可以择二设置、可以择三设置、可以择四设置、可以择五设置、可以择六设置、可以择七设置、可以择八设置也可以同时设置，可以理解的是，同时设置的效果更好。

具体的，本实施例中，所述第十正透镜121的材质为冕玻璃，所述第十正透镜121的折射率为Nd10，所述第十正透镜121的色散系数为Vd10，其中：1.48

另一实施例中，所述第十一正透镜122的材质为火石玻璃，所述第十一正透镜122的折射率为Nd11，所述第十一正透镜122的色散系数为Vd11，其中：1.58

另一实施例中，所述第十二正透镜123的材质为冕玻璃，所述第十二正透镜123的折射率为Nd12，所述第十二正透镜123的色散系数为Vd12，其中：1.48

另一实施例中，所述第十三负透镜124的材质为火石玻璃，所述第十三负透镜124的折射率为Nd13，所述第十三负透镜124的色散系数为Vd13，其中：1.58

需要说明的是，上述四个并列的技术特征可以择一设置、可以择二设置、可以择三设置也可以同时设置，可以理解的是，同时设置的效果更好。

所述第一透镜组件11及所述第二透镜组件12组成的曝光系统的镜头参数如下表所示：

表1曝光系统各个镜头的参数

所述的第二透镜组件12及所述观测组件2组成的成像系统的镜头参数如下表所示：

表2成像系统各个镜头的参数

请参阅图2，为所述第一透镜组件11及所述第二透镜组件12组成的曝光系统的场曲和畸变图，其中，场曲小于10um；绝对畸变小于1um，满足光刻机设计要求；

请参阅图3，为所述第一透镜组件11及第二透镜组件12组成的曝光系统的MTF曲线图；

请参阅图4，为所述第一透镜组件11及第二透镜组件12组成的曝光系统的离焦MTF曲线图，离焦10um时，MTF大于0.8.系统具有较好的像质；

请参阅图5，为所述第二透镜组件12及观测组件2组成的成像系统的MTF曲线图。

此外，本发明还提供一种光刻机，所述光刻机包括上述方案中的所述紫外单倍率投影曝光物镜100，需要说明的是，所述光刻机中的紫外单倍率投影曝光物镜100的结构可参照上述紫外单倍率投影曝光物镜100的实施例，此处不再赘述；由于在本发明提供的光刻机中使用了上述紫外单倍率投影曝光物镜100，因此，本发明提供的光刻机的实施例包括上述紫外单倍率投影曝光物镜100全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

进一步地，本实施例中，所述光刻机还包括图像传感器、光刻光源及观察光源，所述图像传感器用以正对所述观测透镜组件的光射出面设置；所述光刻光源用以对应照射于掩模板；所述观察光源用以对应照射于待刻蚀工件。可以理解的是，所述掩模板设于所述物侧，所述待刻蚀工件设于所述像侧

需要解释的是所述图像传感器为本领域常规设置，本实施例对此不作赘述。

具体的，所述光刻光源为UV-LED，用以提供365nm的光刻波长，可以实现二维光学微纳米结构的光刻，具有高分辨率的优点；所述观察光源为红光LED，用以提供650nm的观察波长，通过所述胶合分光棱镜分光到图像传感器，实现对待刻蚀工件较为清晰的观测。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。