大视场投影光刻物镜的研究

　　1　引　言

　　大规模集成电路的制造有多个工艺过程,其中投影光刻是最为关键的工艺,需要用到投影光刻机,光刻物镜是光刻机的核心,其性能直接决定了光刻的图形传递能力。一方面,目前投影光刻物镜向深亚微米、高分辨力方向发展,其主要用于超大规模集成电路的生产制造;另一方面,目前用的方法获得的导线太宽,密度低等,为此用投影光刻方法来制作大面积、高分辨力印刷线路板具有重要的意义,这种光刻其分辨力虽然达不到亚微米量级,但是要求一次光刻面积大。在光刻物镜的所有指标当中,分辨力是最核心的指标,分辨力的大小,表征了电路集成度的高低。目前国内的投影光刻机能做到的分辨力是1.0μm,它使用的光源是高压汞灯,且这一类光刻机,只适用于实验的研究,还不能达到大规模生产企业用的标准。国际上在光刻机的研发和生产中处于领先地位的是欧洲和日本。

　　现对用于印刷线路板的大视场、大口径的光刻投影物镜进行研发,主要论述光学系统的设计和装校过程,最后达到光刻分辨力5μm和全视场畸变3μm的指标要求。

　　2　系统形式

　　2.1　大视场光刻物镜光学系统参量

　　根据分辨力公式:

　　(1)k1值是和照明系统的相干度、照明方式有关的量,对于典型的i线,一般k1的值在0.25～0.35之间[1],这里不作讨论。

　　(2)λ是光源的照明波长,目前在集成电路制造企业所用的光刻机大部分用的光源是高压汞灯,其谱线主要有G-Line(436nm),H-Line(405nm),I-Line(365nm),DUV(150nm～250nm,强度弱)等几种。

　　(3)NA是光学系统的数值孔径,从提高分辨本领来看,主要是改变照明方式,改变k1选择大的数值孔径和减小光源的波长,而针对提出的投影光刻物镜来说,大视场成为较关键的问题,所以在放大倍率的选择上,尽可能采用小的放大倍率,β减小的一个优点是曝光面积增大,成像视场大而不需要曝光过程中的分步重复,而它的另一个优点是光学系统的结构容易对称,有利于畸变的校正。

　　对于研发的光刻物镜,其各项参量指标为:

　　其中,全视场畸变和分辨力的要求是系统结果检验的关键指标。

　　2.2　大视场光刻物镜光学系统设计

　　2.2.1　设计难点

　　(1)设计的系统必须达到理论极限。像Nikon的σ=0.1μm,NA=0.78,使用ArF(193nm)光源的投影光刻物镜整个系统有18块透镜,其中有5个非球面。

　　(2)设计的系统要求很好地校正畸变。集成电路中一个很高的要求就是元件制造过程中图形不发生变形,比如设计的图形(掩模板)上是1μm的线条,那么经过光刻机后,也要保持在整个视场上是一样的,即硅片上中心部的线条宽度和边缘是一致的,1μm的线条畸变不能超过0.1μm,这对光学系统的设计提出了严格的要求,设计时应该尽可能采用孔径光阑在中心的全对称结构。