[发明专利]一种全球面折反式光刻投影物镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种全球面折反式光刻投影物镜，属于光学设计技术领域。

背景技术

光学光刻技术是集成电路、平板显示器等微电子器件制造的主流技术，且光刻投影物镜是投影曝光装置的核心部件。根据瑞利分辨率极限公式，光刻工艺最小特征尺寸其中λ是真空中光波长，NA是投影物镜的像方数值孔径，k₁是光刻工艺因子，通过不断减小曝光波长、提高数值孔径以及降低工艺因子来提高光刻最小特性尺寸。当前曝光波长已经发展到深紫外甚至是极紫外波段，同时也不断寻求高数值孔径，以获得更高的分辨率。

传统的微缩光刻投影物镜采用全折射结构，其已经在紫外波段得到广泛的应用。但是当到深紫外波段供选择的透射光学材料只有熔石英和氟化钙两种，致使全折射系统校正色差能力很有限，也即系统工作带宽较窄，这就对深紫外激光器的带宽提出高要求，需要用到激光线宽压窄技术，致使整个曝光系统成本加大。即使是深紫外光源的带宽比较窄，由单一材料构成的全折射式光学系统也会引起较大的色差。另外，氟化钙是属于立方晶体，在深紫外波段具有本征双折射特性，会增大系统的偏振像差，主要是双向延迟像差，从而影响系统的成像性能。可见，全折射系统存在校正色差能力及氟化钙引入双向延迟的不足之处。

而对于全反射结构，如由两同心反射球面构成的经典施瓦茨查尔德Schwarzschild系统，虽然其不引入色差，但是该结构用在深紫外高NA的物镜设计时具有以下不足之处：相对口径较大的主镜会引入较大的中心遮拦，约在35％以上；主镜悬浮光路中，需要特定的支撑结构，从而又进一步增加了遮拦和衍射效应，从而影响成像对比度；设计优化参量少，系统高级像差校正能力有限，限制了数值孔径的提高；若想进一步降低中心遮拦，需要至少要引入一个高离球量的非球面来进一步校正球差，而对于高离球量的非球面的加工制造难度很大。

基于上述全折射系统在色差校正能力等方面不足，以及全反射系统大的中心遮拦和数值孔径限制等不足的情况下，进而采用折反式结构来克服两者的不足，综合利用反射镜不引入色差优势实现微缩成像，利用折射镜平衡反射镜引入的像差，从而实现高数值孔径、小中心遮拦、一定工作带宽以及高成像质量的光刻投影物镜。

美国专利US 2520635公开了一种折反式结构，它是基于典型的Schwarzschild系统的全反射结构进行的改进设计，将主镜悬浮于一个折射元件的前表面，次镜用一个曼金镜，此种结构相对其他折反结构很好的校正了球差，且具有较小的色差。但是，这种结构中心遮拦较大，而且数值孔径也受限，同时凸面反射镜需要用胶连接在折射元件上，由于胶在深紫外光照下会老化，使得反射镜会脱落，所以不适用于深紫外波段。

美国专利US 6560039公开一种折反结构，也是基于典型的Schwarzschild系统的全反射结构进行改进设计，与US 2520635的结构不同的是，将凸面反射面置于折射元件的后表面，不需要胶粘或特定的支撑结构，可以实现相对较小的中心遮拦，弥补了US 2520635结构的一些不足。但是，此专利是一个由两片光学元件组成的无限共轭距的Schwarzschild系统折反的基本结构，对于应用到深紫外高数值孔径的光刻物镜，需要做以下几点改进：将无限共轭距的望远物镜改进为有限共轭距的微缩投影成像物镜；进一步提高数值孔径、控制遮拦比、校正像差特别是球差以满足光刻物镜高成像性能的设计指标要求。

现有折反射系统虽然具有相对较小的中心遮拦和球差，以及相对较宽的工作带宽，但是仍不能满足深紫外波段的光刻物镜具有几乎接近衍射极限的高成像质量，更高的数值孔径，更小的中心遮拦，同时要满足相对较宽的工作带宽等要求。

发明内容

本发明提供一种全球面折反式光刻投影物镜，该光刻投影物镜具有高数值孔径、小的中心遮拦以及宽的工作带宽。

实现本发明的技术方案如下：

一种全球面折反式光刻投影物镜，包括耦合镜组G1、折反镜组G2、会聚透镜组G3以及孔径光阑，所述折反镜组G2包括第二镜片L2和第三镜片L3，第二镜片L2和第三镜片L3之间的距离的取值范围为45mm～35mm；上述各部件沿光束入射方向的顺序关系为：耦合镜组G1、第二镜片L2、孔径光阑、第三镜片L3以及会聚透镜组G3，且所述各部件的中心在同一直线上；