[發明專利]一種大數值孔徑的投影光學系統

有效

• 申請號: 201310470645.7
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103499877A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 鄧超;邢廷文;廖志遠;朱紅偉;楊雄;白瑜
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08;G03F7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

技術領域

本發明涉及光刻裝置的投影光學系統，特別涉及一種大數值孔徑的投影光學系統。

背景技術

光刻是半導體制造工藝中非常重要的一道工序，投影光學系統是光刻工序中用作對硅片進行掃描曝光的裝置，通過投影光學系統將掩膜上的圖案縮小后投射到如干膠片等的感光基板上進行曝光，曝光質量的好壞對整個刻蝕工序有很大的影響。為了提高投影光學系統的分辨率，一方面使用波長低于260nm的紫外光作為曝光系統的光源；另一方面盡可能增大光學系統的像方數值孔徑，如果使曝光系統的像方介質為高折射率的液體（例如水：折射率為1.43），就能得到像方數值孔徑大于1的投影光學系統。

由于投影光學系統使用的折射材料一般只有人造石英和氟化晶體等材料，這些材料的色散效果都很接近，因此，對于純折射式投影光學系統而言，復消色差將是大問題；另外，對于大數值孔徑光學系統而言，由于存在很大的匹茲瓦場曲，這將導致光學系統的像面彎曲嚴重，而對于曝光半導體硅片而言，獲得平場像是很重要的。為了復消色差和獲得平場像，其中一個解決的方法就是將投影光學系統設計為折反射式投影光學系統，這個折反射投影光學系統里包含折射元件和反射元件，由于凹面反射鏡具有類似于正透鏡光焦度但卻有負透鏡場曲，利于矯正場曲且不引入色差，因此，折反射投影光學系統的反射元件中至少有一個凹面反射鏡。

為了能很好地校正色差和減小系統的重量，折反射投影光學系統一般至少包含兩個凹面反射鏡。美國專利US20090190208A1中TABLE16描述了在數值孔徑為1.35和照明光波長為193.3nm的條件下，使用22片透鏡和2片反射鏡的折反射系統來滿足成像質量的技術方案。光學系統使用非球面能大大提高成像質量，而以上專利描述的光學系統的非球面度太大，這會給后續的加工或檢測工作帶來很多困難，嚴重時甚至根本無法加工或檢測。另外，以上專利描述的投影光學系統缺少物方保護玻璃，這會在工程上造成很大困擾。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種浸沒式、大數值孔徑的投影光學系統，提高曝光分辨率。本發明提出了適用于深紫外光波長照明且數值孔徑達到1.35的投影光學系統，該光學系統結構緊湊、大視場、成像質量優良，且具有適中的尺寸和材料消耗。

本發明采用的技術方案為：一種大數值孔徑的投影光學系統，所述大數值孔徑投影光學系統沿其光軸方向包括第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、第三反射鏡組G3、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5，從光束入射方向的第一透鏡組G1沒有光焦度，第二透鏡組G2具有正光焦度，第三反射鏡組G3具有負光焦度，第四透鏡組G4具有正光焦度，第五透鏡組G5具有正光焦度。所述大數值孔徑的投影光學系統包含了25片透鏡和兩片反射鏡，且包含有非球面表面。

其中第一透鏡組G1為一塊平行平板。

所述大數值孔徑投影光學系統第二透鏡組G2包括第一雙凸正透鏡2、第一彎月負透鏡3、第二雙凸正透鏡4、第二彎月負透鏡5、第三雙凸正透鏡6、第一彎月正透鏡7、第二彎月正透鏡8、第三彎月正透鏡9、第四彎月正透鏡10和第三彎月負透鏡11。第二透鏡組G2包括10塊透鏡，是類雙高斯物鏡結構形式。

其中第三反射鏡組G3包括第一反射鏡12、第二反射鏡13。第一反射鏡12和第二反射鏡13分別只使用了兩個凹非球面反射鏡的離軸部分，這兩個凹非球面反射鏡的圓對稱軸為系統的光軸。第三反射鏡組G3具有負光焦度。

其中第四反射鏡組G4包括第四雙凸正透鏡14、第四彎月負透鏡15、第一雙凹負透鏡16、第五彎月負透鏡17、第五彎月正透鏡18、第六彎月正透鏡19、第七彎月正透鏡20、第八彎月正透鏡21和第六彎月負透鏡22。第四反射鏡組G4具有正光焦度。

其中第五反射鏡組G5包括第五雙凸正透鏡23、第九彎月正透鏡24、第十彎月正透鏡25、第十一彎月正透鏡26和第一平凸正透鏡27。第五反射鏡組G5具有正光焦度，它的作用是將經過第四反射鏡組G4整形的中間像最終成像到像面上。第五反射鏡組G5最后一塊透鏡是平凸透鏡，最后一面為平面。

其中第四反射鏡組G4和第五反射鏡組G5之間有一孔徑光闌。

其中第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5均采用SIO₂玻璃。

其中所述大數值孔徑投影光學系統為雙遠心系統。

其中所述的大數值孔徑投影光學系統適用于深紫外照明光源，例如波長為157nm、193.3nm或248nm的光源。

本發明與現有技術相比有以下優勢：