[发明专利]全折射投影光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种投影光学系统，特别涉及一种用于半导体光刻等相关领域的全折射投影光学系统。

背景技术

随着投影光刻技术的发展，投影光学系统的性能逐步提高，并可以适用于集成电路制造等多种领域。现已将投影光刻技术成功应用于亚微米分辨率集成电路制造领域。在半导体封装技术中，投影光刻技术可用于要求较低分辨率(如几微米)、较大焦深、较高产率的金凸块/锡凸块、硅片级芯片尺度封装(WLCSP)技术等领域。

然而在现有技术中，如美国专利US 6,879,383(公告日：2005年4月12日)，其采用折反射结构，与全折射结构比，最大缺点是横向尺寸大，导致对透镜材料的要求十分苛刻，尤其是大口径的凹面反射镜的加工、检测要求都十分严格，而且视场尺寸、工作距离、装校要求、成本等方面也不如全折射结构有更大的优势。再者，该专利给出该光学系统5个实施例中，其工作距离仅达到7.5mm～11mm范围，其光学总长达到1150mm～1200mm以上。在实际投影光学系统的应用中，该工作距离将对工件台、尤其是掩模台的设计提出十分苛刻的尺寸限制，如使用0.25英寸(6.35mm)厚掩模版的掩模台，其尺寸设计将受到极大的限制。另外，该专利也没有提供成像质量，没有提到可加工性，还采用1个非球面光学元件来增加工作距离到11mm，压缩光学总长到1150mm，此非球面光学元件的引入将给光学加工、光学检测等工作带来很大的困难。

申请号为CN200310100169.6的中国专利(公开日：2005年4月20日)提供了一种用于芯片检测的双远心物镜系统，但是该专利既未给出物镜的设计数据，也未说明成像质量。

专利号为ZL98113037.2的中国专利(公告日：2003年7月23日)给出了一种像方远心双高斯光学系统，适用于精密光学仪器的成像物镜。该专利给出了物镜数据，也给出了成像质量，但是像差不能满足凸块(Bumping)光刻技术的要求，而且还有2个胶合面也不符合光刻技术的要求。

因此，如何提供一种成像质量得到良好保证的投影光学系统，并且提高投影光学系统的工作距离、并压缩其光学总长，为工件台和掩模台提供较大的设计空间，已成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全折射投影光学系统，不仅能有效地校正像差、具备良好的成像质量，而且具有较大的工作距离，在装校和成本方面也兼具优势。

本发明的目的是这样实现的：一种全折射投影光学系统，沿其光轴方向包括前组、孔径光阑和后组，其中该前组和该后组的透镜组件以该孔径光阑为对称面光学结构完全对称，该前组从物面一侧顺次是具有正光焦度的第一镜组(G1)、及负光焦度的第二镜组(G2)，该第一及第二镜组(G1、G2)由第一到第九透镜(L1-L9)组成；该后组从物面一侧顺次是具有负光焦度的第三镜组(G3)、及正光焦度的第四镜组(G4)，该第三及第四镜组(G3、G4)由第十到第十八透镜(L10-L18)组成，所述孔径光阑放置于该第二镜组(G2)和第三镜组(G3)之间。

上述的全折射投影光学系统，其中：该第一镜组(G1)沿其光轴方向包括第一到第四透镜(L1-L4)，其中该第一透镜(L1)是双凹负透镜，该第二透镜(L2)是凹面朝向物面一侧的弯月负透镜，该第三透镜(L3)是凹面朝向物面一侧的弯月正透镜，该第四透镜(L4)是双凸正透镜，该第一镜组(G1)的主要作用是保持双远心，同时校正场曲。

上述的全折射投影光学系统，其中：该第二镜组(G2)包括第五到第九透镜(L5-L9)，其中该第五透镜(L5)和第八透镜(L8)是双凹负透镜，该第六透镜(L6)、第七透镜(L7)和第九透镜(L9)是双凸正透镜。

上述的全折射投影光学系统，其中：该第四镜组(G4)具有第十五到第十八透镜(L15-L18)，该组透镜的光学参数分别与该第一镜组(G1)的第四到第一透镜(L4-L1)关于该孔径光阑对称。

上述的全折射投影光学系统，其中：该第三镜组(G3)具有第十透镜到第十四透镜(L10-L14)，该组透镜的光学参数分别与该第二镜组(G2)的第九到第五透镜(L9-L5)关于该孔径光阑对称。

上述的全折射投影光学系统，其中：所述每一透镜的光学表面均为球面。

上述的全折射投影光学系统，其中：上述第二到第五透镜(L2-L5)、第十四到第十七透镜(L14-L17)选择高折射率、高色散系数、高透过率的火石玻璃，比如PBL26Y玻璃。