0·35μm分辨率的远紫外投影光刻物镜

　　分步投影曝光机是微电子设备中的关键设备之一,投影光刻镜头是其一项关键基础技术。国外在投影光刻镜头方面的竞争也异常激烈,几个主要镜头生产厂家几乎每年都有各自更高指标的新投影光刻镜头出现。可以说,没有更高性能的投影光刻镜头,就没有更高档次的分步投影曝光机。

　　1　国外发展概况

　　为了提高分步投影曝光机的生产效率,投影光刻镜头的视场在增大;为了提高分辨率,NA也在逐渐增大,同时,使用的谱线波长越来越短。从早先的g线、h线到365 nm的i线,接着又出现了248 nm的KrF准分子激光谱线,最近又有193 nm的ArF准分子激光投影光刻镜头产品问世。

　　1984年美国原GCA公司的TROPEL分部研制出了第一只248 nm准分子激光镜头,紧接着, (ASML) - ZEISS、CANON、NIKON等公司也随着准分子激光步进机的出现,推出了商品化了的248 nm投影光刻镜头。十几年来,以上各公司的248 nm远紫外投影光刻镜头都有了长足的进步,主要表现在视场和NA的增大,尤其是NA已达相当惊人的程度。就5倍镜头而言,GCA和　　CANON近年来都出现了NA0·4~0·6的248 nm远紫外镜头;NIKON的248 nm镜头,NA达到0·60,视场都在22 mm×22 mm。有的公司的248 nm镜头,NA已经达到0·48~0·65 (可变)。表1列出了1989年以来各公司使用的248 nm投影曝光机镜头概况。

　　2　光学设计

　　为了给248 nm准分子激光步进机作好镜头方面的准备工作,我们进行了光学设计。

　　主要技术指标为:

　　倍　率5×

　　NA　0·50

　　视　场≥15 mm×15 mm

　　分辨率0·35μm

　　谱　线248 nm

　　按照总结的经验公式,先大致确定光学系统要采用的总片数。将以上NA和倍率指标代入公式:

　　先按24片组,然后根据设计情况考虑工艺因素,可适当进行增减。

　　光学设计结果用调制传递函数(MTF)评价。由于该类镜头的分辨率指标越来越高,对镜头制作要求也越来越高,因此,相应地提高了光学设计质量指标。仍以MTF≥0·40为准,但最终设计结果计算MTF时,所对应的频率(线对数/mm)数要达到:

　　采用双高斯复杂化结构型式,只是系统中无胶合面,我们使用从上海和北京以及本所的程序软件,对该结构进行反复优化、分析,计算得出了较好的结果。相应的各个视场的MTF曲线如图1,几个特征频率的MTF值如表2。

　　从图中不难看出,在MTF=0·40时,各视场子午和弧矢2个方向所对应的频率都达到或超过2000线对/mm。表中各视场1 500线对/mm的MTF值大于0·50。本系统畸变校正得比较好,除边缘视场为0·04μm外,其余视场均为0·01μm。在该镜头光学设计过程中,不只采用了二个光学设计软件。我们的体会是,不论用那个程序进行光学设计,要想得到可以使用的结果,都必须反复精心地进行人工干预,不同的是,初始结构选择合理,则设计起来顺利些,干预次数少些,只有不断地精雕细刻才能使光学设计结果越来越好。