深紫外投影光刻物镜制造技术

深紫外投影光刻物镜，包括外层的恒温密封外套、中间层和内层结构，中间层为镜筒，由第一镜筒和第二镜筒用连接件连接而成，内层为十个光学透镜元件及十个分隔固定光学透镜元件的透镜框组件，十个光学透镜元件组成的光学系统为双远心系统，在内层的十个光学透镜元件之间设有分辨力增强组件，分辨力增强组件将十个光学透镜元件分为前后二组物镜，前组物镜由第一至第四透镜组成，后组物镜由第五至第十透镜组成，分辨力增强组件的光栏面既是前组物镜的像方焦面，也是后组物镜的物方焦面，同时也是光学系统的光瞳面。本发明专利技术具有分辨力增强能力，克服了现有投影光刻物镜光刻分辨力只能实现传统光学极限分辨力的不足，同时还具有结构简单、成本低、光学缩小倍率大、大幅降低制作超微细掩模难度的特点，使之能制作更高分辨力微细图形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种深紫外投影光刻物镜，属于投影光刻装置高分辨力投影光刻物镜

技术介绍
在大规模集成电路制造工艺的关键设备中投影光刻装置是一种及其重要的设备。投影光 刻物镜又是投影光刻装置的核心部件。目前国内的光刻物镜工作波长都是436纳米、365纳米、 248纳米和193纳米等，数值孔径也都不很高，最高分辨力为O. 15-0.5微米。由于分辨力低， 不能制作高分辨力图形，已不能满足大规模集成电路制造和研究的需求。深紫外投影光刻物 镜是制作超微细图形的投影光刻装置的核心部件。现有日本尼康(Nikon)、加农(Canon)、 德国蔡司(Zeiss)、美国楚普(Tropel )等公司公开的深紫外(193纳米)投影光刻物镜， 数值孔径都大于等于0.50-0.60，分辨力也很高；但这些物镜结构复杂，价格昂贵， 一般单位 都无法制造，也买不起，同时由于光学縮小倍率小，制作超微细掩模比较困难。在目前现有 的投影光刻物镜中也没有加减光、位相匹配和偏振叠加等各种新型分辨力增强装置，只具有传 统光学极限分辨力。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种光刻分辨力更高，光学元件数 量少，结构简单，掩模制作容易，具有分辨率增强技术的深紫外投影光刻物镜。本专利技术的技术解决方案深紫外投影光刻物镜，包括外层的恒温密封外套、中间层和内 层结构，中间层为镜筒，由第一镜筒和第二镜筒用连接件连接而成，内层为分隔固定光学透 镜元件的十个透镜框组件，以及十个光学透镜元件和分辨力增强组件组成，十个光学透镜元件组成的光学系统为双远心系统，光学系统縮小倍率20倍，数值孔径贴=0.62，分辨力增强组件将十个光学透镜元件分为前后二组物镜，前组物镜由第一至第四透镜组成，后组物镜由 第五至第十透镜共六个透镜组成，分辨力增强组件的光栏面既是前组物镜的像方焦面，也是 后组物镜的物方焦面，同时也是光学系统的光瞳面，分辨力增强组件对分辨率有增强作用， 使光刻图形的对比度增加，提高光刻分辨力。所述的分辨力增强组件的增强板为减光增强板，在其上面制作有边长为b的方形减光层，安装时边长方向和光刻图形线条方向保持一致，对193nm光减光40-60%, b的取值范围0. 4 r3到0.6r ，其中r为增强板的通光半径,能减少成像图形的O级光，增强光刻图形酌对比度， 提高光刻分辨力。所述的分辨力增强板组件的增强板为位相增强板，位相增强板由石英基板以及石英基板 下平面制作的减光层和石英基板上平面制作的位相层组成，减光层是一个两台阶的正方形 减光层，外正方形边长为c,, d的取值范围0.4至0.55r,，内正方形边长为c2， c2的取值 范围为0.2 r,至0.4r"其中r,为位相增强板的通光半径，从外正方形到内正方形之间区域 .比内正方形区域对193nm光减光要少些。位相层完全透光，由16x16-64x64个小方块阵列图 形组成，位相取值为O，；rZ2， ；r四个值，它是针对不同掩模线条和点孔图形的不 同分布而制作的，由于放置了具有减光和位相补偿的位相增强板，在成像光减少不多的情况 下，增强了光刻图形的对比度，提高微细图形的光刻分辨力。所述的分辨力增强组件的增强板为偏振增强板，S偏振方向是一致的，它并且平行于下 表面正方形减光层的某一边长，也平行于光刻图形的线条方向，从光刻物镜前组射下来的 光线，通过增强板的偏振层后，从增强板偏振层下面出射的偏振光，S偏振全是由上面所说 的平行于正方形某一边长的S偏振光，该单一偏振光再通过光刻物镜后组，成像于硅片上， 成像偏振光在图形的两个方向上对称，起互相叠加的作用。与此偏振增强板相配对，作在石 英基板下平面的减光层是一个由两个台阶的正方形减光层组成，外正方边长为d,， d'取值 范围为0. 3 1~2到0. 5r2,内正方形边长为d2, d2取值范围为0. 1 r2到0. 3r2，其中n为偏振 增强板的通光半径，从外正方形到内正方形之间区域比内正方形区域对193nm光减光要少些。 由于具有减光和偏振特性的偏振增强板，让成像光中能互相叠加的光通过，起抵消作用的光 不通过，大幅增强了光刻图形的对比度，提高微细图形的光刻分辨力。所述的分辨力增强组件的增强板为另一偏振增强板，S偏振方向是和与由圆心为起点沿 直径方向放射形射线相垂直，对该偏振层中，以板中心为圆心直经为5mni的圆面不作偏振 层。从光刻物镜前组射下来的光线，通过增强板的偏振层后，从增强板偏振层下面出射的偏 振光，S偏振全是由上面所述的与由圆心为起点的放射线相垂直，该成像偏振光也是以中心 为对称互相叠加。与此放射型偏振层相配对，作在石英基板下平面的减光层是由两个台阶的 圆形减光层组成，外圆形直径为》ei， ， (J)e,取值范围为0.3rjlj0.5r3，内层圆形直径为 *e2， (fce2取值范围为0. 1 n到0. 3r.,，其中r:,为偏振增强板的通光半径，从外圆形到内圆 形之间区域比内圆区域对193nra光减光要少些。由于具有减光和偏振特性的偏振增强板，让 成像光中能互相叠加的光通过，起抵消作用的光不通过，大幅增强了光刻图形的对比度，提 高微细图形的光刻分辨力。本专利技术与现有技术相比具有以下优点(1) 投影光刻物镜的数值孔径大(NA=0.62)，工作波长短((=193纳米)， 最佳传递函 数MTF-0.43;在2500对线/毫米，离焦士O. 2微米时，传递函数MTF》0. 38。由于物镜数值 孔径大，提高了光刻分辨力，最细光刻分辨力达到0.15微米。(2) 本专利技术仅由11个光学元件构成(IO个透镜和增强板)，光学元件数少，又无一胶 合件，因此物镜结构很简单，简化了物镜制作，也降低了制作成本，同时提高了物镜质量。(3) 在较短的波长下，保证了光学元件组成的光学系统为像方远心、物方远心的双远心 系统。由于是双远心系统，因此即使掩模图形和硅片偏离与倾斜，也不会改变投影光刻倍率。(4) 物镜缩小倍率达到20倍，比一般产品的5倍倍率大了 3倍，因此降低了超微细掩 模制作的难度，这就降低了制作集成电路的成本，适用于集成电路器件研究和小批量制作生 产。(5) 在物镜的数值孔径大波长短的同时，在物镜的光瞳面安装了减光、位相匹配补偿和 偏振叠加等各种形式的分辨力增强装置，使其在分辨力本来已很高的情况下，使成像分辨力 和焦深得到更大的提高和改善，达到最细光刻分辨力0. 11微米。附图说明图1为本专利技术实施例1的光学和机械总结构图2为本专利技术实施例1的离焦传递函数MTF曲线图3为本专利技术实施例1的畸变曲线图4为本专利技术实施例1的增强组件减光增强板结构示意图5为本专利技术实施例2的光学和机械总结构图6为本专利技术实施例2的分辨力增强组件位相增强板的结构图7为本专利技术实施例2增分辨力强组件位相增强板小方块阵列位相层结构示意图8为本专利技术实施例3的光学和机械总结构图9为本专利技术实施例》的分辨力增强组件偏振增强板的结构图10为本专利技术实施例3的分辨力增强组件偏振增强板的偏振层结构示意图11为本专利技术实施例3的分辨力增强组件偏振增强板偏振层结构的另一结构图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术实施例1包括恒温外套8、中间层、光学透镜元件和透镜框组件三 层结构。通有精密恒温的洁净循环水的恒温外套8为深紫外投本文档来自技高网...

【技术保护点】
深紫外投影光刻物镜，包括外层的恒温密封外套（８）、中间层和内层结构，中间层为镜筒，由第一镜筒和第二镜筒用连接件连接而成，内层为十个光学透镜元件及十个分隔固定光学透镜元件的透镜框组件，十个光学透镜元件组成的光学系统为双远心系统，其特征在于：在所述内层的十个光学透镜元件之间设有分辨力增强组件（７），分辨力增强组件（７）将十个光学透镜元件分为前后二组物镜，前组物镜由第一至第四透镜组成，后组物镜由第五至第十透镜组成，分辨力增强组件（７）的光栏面（２３）既是前组物镜的像方焦面，也是后组物镜的物方焦面，同时也是光学系统的光瞳面；所述的分辨力增强组件（７）为减光增强板（２４），在其上面制作有边长为ｂ的正方形减光层（４３），ｂ的取值范围为０．４ｒ到０．６ｒ，其中ｒ为减光增强板（２４）的通光半径。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭南，罗先刚，
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：51[中国|四川]