[发明专利]一种采用自由曲面透镜实现离轴照明的光刻曝光装置

权利要求书

1.一种采用自由曲面透镜实现离轴照明的光刻曝光装置，其特征在于包括激光光源(LS)、光束扩束器(1)、自由曲面透镜光束整形器(2)、滤波光阑(3)、变焦光学系统(4)、光学积分器(5)、准直光学系统(6)、视场光阑(7)、中继光学系统(8)、掩膜(M)、光刻投影物镜(PL)、光刻胶(W)；中继光学系统(8)包括前透镜组(8.1)、中间反射镜(8.2)和后透镜组(8.3)；激光光源(LS)的出射激光光束依次经过光束扩束器(1)、自由曲面透镜光束整形器(2)、滤波光阑(3)、变焦光学系统(4)、光学积分器(5)、准直光学系统(6)、视场光阑(7)、中继光学系统(8)、掩膜(M)、光刻投影物镜(PL)，最后照射至光刻胶(W)；滤波光阑(3)所处位置和光学积分器(5)的前表面所处位置是变焦光学系统(4)的一对共轭位置，光学积分器(5)后表面所处位置和视场光阑(7)所处位置是准直光学系统(6)的一对共轭位置，视场光阑(7)所处位置和掩膜(M)所处位置是中继光学系统(8)的一对共轭位置，掩膜(M)所处位置和光刻胶(W)所处位置是光刻投影物镜(PL)的一对共轭位置。

2.根据权利要求1所述的一种采用自由曲面透镜实现离轴照明的光刻曝光装置，其特征在于所述的自由曲面透镜光束整形器(2)包括前表面平面(S1)、后表面自由曲面(S2)和侧面圆柱面(S3)，前表面平面(S1)与后表面自由曲面(S2)通过侧面圆柱面(S3)相连接，前表面平面(S1)垂直于激光光束传播方向，后表面自由曲面(S2)用于偏折激光光束；后表面自由曲面(S2)包括第一自由曲面(S2.1)、第二自由曲面(S2.2)、第三自由曲面(S2.3)、第四自由曲面(S2.4)、第五自由曲面(S2.5)、第六自由曲面(S2.6)、第七自由曲面(S2.7)、第八自由曲面(S2.8)和圆柱面(S2.9)，第一自由曲面(S2.1)、第二自由曲面(S2.2)、第三自由曲面(S2.3)、第四自由曲面(S2.4)、第五自由曲面(S2.5)、第六自由曲面(S2.6)、第七自由曲面(S2.7)和第八自由曲面(S2.8)通过圆柱面(S2.9)相连接，后表面自由曲面(S2)关于坐标平面平面xOz和坐标平面yOz对称；激光光束经第一自由曲面(S2.1)、第二自由曲面(S2.2)、第三自由曲面(S2.3)和第四自由曲面(S2.4)偏折，激光光束在目标面上的照明区域对应双四极均匀照明中的内环，激光光束经第五自由曲面(S2.5)、第六自由曲面(S2.6)、第七自由曲面(S2.7)和第八自由曲面(S2.8)偏折，激光光束在目标面上的照明区域对应双四极均匀照明中的外环；

其中，后表面自由曲面(S2)的面型由如下公式确定：

第一自由曲面(S2.1)、第二自由曲面(S2.2)、第三自由曲面(S2.3)和第四自由曲面(S2.4)的面型确定公式为

其中

第五自由曲面(S2.5)、第六自由曲面(S2.6)、第七自由曲面(S2.7)和第八自由曲面(S2.8)的面型确定公式为

其中

R1=-w022ln{1-[1-exp(-2Rmax2w02)](rmax12-rmin12)[(rmax12-rmin12)+(rmax22-rmin22)]},]]>

R_max为激光光束在前表面平面(S1)位置处截面的最大半径，r_max1和r_min1、r_max2和r_min2分别为目标面上双四极均匀照明光斑的内环区域和外环区域的最大外径和最小内径，w₀为前表面平面(S1)上光斑强度为中心强度的1/e处的半径，θ_max和θ_min为目标面照明区域内位于第一象限的双四极光斑的直线边界与x轴正向的夹角，(t_x，t_y，t_z)为目标面照明区域内点T的直角坐标，(θ，ρ)为后表面自由曲面(S2)上点P的球坐标，θ的取值范围为[0，π/2]，的取值范围为[0，π/2)，ρ_θ和分别为矢径ρ关于θ和的偏导数，n_I为自由曲面透镜的折射率，n_O为介质的折射率，且n_O＜n_I，π为圆周率。