[发明专利]一种同轴对准消色差光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种同轴对准消色差光学系统，尤其涉及一种在半导体光刻设备中用于同轴对准系统的消色差光学系统。

背景技术

在半导体光刻设备中，位置对准装置是非常重要的装置之一。从结构上讲，可将位置对准装置分为同轴位置对准装置和离轴位置对准装置两大类。同轴位置对准是指对曝光对象标记的照明和成像都通过曝光装置中的光学投影系统。

同轴位置对准装置位于掩模板上方，同轴对准光学系统是同轴位置对准装置的重要部件之一，其设计质量的优劣将直接影响该同轴位置对准装置的对准精度。同轴对准光学系统的设计不仅受曝光设备空间结构尺寸的制约，同时要求该同轴对准光学系统不仅能对掩模标记均匀照明和清晰成像，而且还要求其与光学投影系统一起实现对曝光对象标记的均匀照明和清晰成像。

在美国专利US 5621813中，设计了放大倍率近20倍的对准光学系统来实现对掩模标记及曝光对象标记清晰成像，为了优化成像质量，并保证足够长的工作距离，在对准光学系统光路中设置了多个反射镜以保证光学元件之间的空间布局更加紧凑；这种结构的设计虽然能保证得到较高的成像分辨率，但由于光路中设置了多块反射镜，不仅增加了对准光学系统的装校难度，也使该对准光学系统的空间结构尺寸比较大。

在美国专利US 7148953 B2中，曝光设备中设计了宽波带的光学投影系统，这个设计波段不仅包括了紫外曝光波段365nm～436nm，而且还包括了用于曝光对象标记成像的可见光波段520nm～650nm；这种结构的设计虽然消除了曝光对象标记在通过光学投影系统成像时在可见光波段产生的色差，但是当增大光学投影系统的设计视场和数值孔径时，为满足设计指标需求，光学投影系统光路中的主反射镜则需要设计为非球面，这样不仅增大了该光学投影系统的设计复杂度，更重要的是增加了装校的难度和设备加工制造成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种同轴对准消色差光学系统，其不仅可解决背景技术中同轴对准光学系统存在的工作距离长、体积大、装校困难等缺陷；同时光学投影系统在对准可见光波段产生的色差也将由该对准光学系统进行补偿，从而降低了设备中光学投影系统的结构复杂度、有效控制了设备的加工制造成本。

为达上述目的，本发明提供一种同轴对准消色差光学系统，其包含同轴对准光学系统和同轴对准曝光系统，该同轴对准光学系统包含掩模标记照明系统和掩模标记成像系统，该同轴对准曝光系统包含曝光对象标记照明系统和曝光对象标记成像系统；特点是：

所述的掩模标记照明系统包含：从照明光纤出射端开始沿光轴依次放置的照明物镜组、滤波片、分束直角棱镜、孔径光阑和前组成像物镜组，其对于依次放置在所述前组成像物镜组后的掩模板下表面上的掩模标记实现均匀照明；

所述的掩模标记成像系统包含：从掩模板下表面开始沿光轴依次放置的前组成像物镜组、孔径光阑、分束直角棱镜、后组成像物镜组和CCD(电荷耦合器件)摄像机接收面，其对所述掩模板上的掩模标记实现清晰成像；

所述的曝光对象标记照明系统是由掩模标记照明系统和光学投影系统组成的，即其包含：从照明光纤出射端开始沿光轴依次放置的照明物镜组、滤波片、分束直角棱镜、孔径光阑、前组成像物镜组、掩模板和光学投影系统，其对依次放置在光学投影系统后的曝光对象上表面上的曝光对象标记实现均匀照明；

所述的曝光对象标记成像系统是由掩模标记成像系统和光学投影系统组成的，即其包含：从曝光对象上表面开始沿光轴依次放置的光学投影系统、掩模板、前组成像物镜组、孔径光阑、分束直角棱镜、后组成像物镜组和CCD摄像机接收面，其对所述曝光对象上的曝光对象标记实现清晰成像。

所述的掩模板下表面为掩模标记成像系统的物面；所述的CCD摄像机接收面为掩模标记成像系统的像面。

所述的曝光对象上表面为曝光对象标记成像系统的物面；所述的CCD摄像机接收面为曝光对象标记成像系统的像面。

所述的掩模标记照明系统根据位置对准精度和掩模标记照明均匀性的要求，可以是临界照明系统，也可以是柯勒照明系统。

所述的掩模标记照明系统为临界照明系统时，照明光纤出射端与掩模板的下表面为物像共轭面，且所述的照明物镜组是照明双胶合物镜组。

所述的照明双胶合物镜组由照明双胶合物镜组第一透镜和照明双胶合物镜组第二透镜胶合组成；该照明双胶合物镜组第一透镜是双凸透镜，该照明双胶合物镜组第二透镜是双凹透镜。

所述的掩模标记照明系统为柯勒照明系统时，所述的照明物镜组是柯勒照明物镜组。