[发明专利]一种大数值孔径的投影光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光刻装置的投影光学系统，特别涉及一种大数值孔径的投影光学系统。

背景技术

光刻是半导体制造工艺中非常重要的一道工序，投影光学系统是光刻工序中用作对硅片进行扫描曝光的装置，通过投影光学系统将掩膜上的图案缩小后投射到如干胶片等的感光基板上进行曝光，曝光质量的好坏对整个刻蚀工序有很大的影响。为了提高投影光学系统的分辨率，一方面使用波长低于260nm的紫外光作为曝光系统的光源；另一方面尽可能增大光学系统的像方数值孔径，如果使曝光系统的像方介质为高折射率的液体（例如水：折射率为1.43），就能得到像方数值孔径大于1的投影光学系统。

由于投影光学系统使用的折射材料一般只有人造石英和氟化晶体等材料，这些材料的色散效果都很接近，因此，对于纯折射式投影光学系统而言，复消色差将是大问题；另外，对于大数值孔径光学系统而言，由于存在很大的匹兹瓦场曲，这将导致光学系统的像面弯曲严重，而对于曝光半导体硅片而言，获得平场像是很重要的。为了复消色差和获得平场像，其中一个解决的方法就是将投影光学系统设计为折反射式投影光学系统，这个折反射投影光学系统里包含折射元件和反射元件，由于凹面反射镜具有类似于正透镜光焦度但却有负透镜场曲，利于矫正场曲且不引入色差，因此，折反射投影光学系统的反射元件中至少有一个凹面反射镜。

为了能很好地校正色差和减小系统的重量，折反射投影光学系统一般至少包含两个凹面反射镜。美国专利US20090190208A1中TABLE16描述了在数值孔径为1.35和照明光波长为193.3nm的条件下，使用22片透镜和2片反射镜的折反射系统来满足成像质量的技术方案。光学系统使用非球面能大大提高成像质量，而以上专利描述的光学系统的非球面度太大，这会给后续的加工或检测工作带来很多困难，严重时甚至根本无法加工或检测。另外，以上专利描述的投影光学系统缺少物方保护玻璃，这会在工程上造成很大困扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种浸没式、大数值孔径的投影光学系统，提高曝光分辨率。本发明提出了适用于深紫外光波长照明且数值孔径达到1.35的投影光学系统，该光学系统结构紧凑、大视场、成像质量优良，且具有适中的尺寸和材料消耗。

本发明采用的技术方案为：一种大数值孔径的投影光学系统，所述大数值孔径投影光学系统沿其光轴方向包括第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三反射镜组G3、第四透镜组G4和第五透镜组G5，从光束入射方向的第一透镜组G1没有光焦度，第二透镜组G2具有正光焦度，第三反射镜组G3具有负光焦度，第四透镜组G4具有正光焦度，第五透镜组G5具有正光焦度。所述大数值孔径的投影光学系统包含了25片透镜和两片反射镜，且包含有非球面表面。

其中第一透镜组G1为一块平行平板。

所述大数值孔径投影光学系统第二透镜组G2包括第一双凸正透镜2、第一弯月负透镜3、第二双凸正透镜4、第二弯月负透镜5、第三双凸正透镜6、第一弯月正透镜7、第二弯月正透镜8、第三弯月正透镜9、第四弯月正透镜10和第三弯月负透镜11。第二透镜组G2包括10块透镜，是类双高斯物镜结构形式。

其中第三反射镜组G3包括第一反射镜12、第二反射镜13。第一反射镜12和第二反射镜13分别只使用了两个凹非球面反射镜的离轴部分，这两个凹非球面反射镜的圆对称轴为系统的光轴。第三反射镜组G3具有负光焦度。

其中第四反射镜组G4包括第四双凸正透镜14、第四弯月负透镜15、第一双凹负透镜16、第五弯月负透镜17、第五弯月正透镜18、第六弯月正透镜19、第七弯月正透镜20、第八弯月正透镜21和第六弯月负透镜22。第四反射镜组G4具有正光焦度。

其中第五反射镜组G5包括第五双凸正透镜23、第九弯月正透镜24、第十弯月正透镜25、第十一弯月正透镜26和第一平凸正透镜27。第五反射镜组G5具有正光焦度，它的作用是将经过第四反射镜组G4整形的中间像最终成像到像面上。第五反射镜组G5最后一块透镜是平凸透镜，最后一面为平面。

其中第四反射镜组G4和第五反射镜组G5之间有一孔径光阑。

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

其中所述大数值孔径投影光学系统为双远心系统。

其中所述的大数值孔径投影光学系统适用于深紫外照明光源，例如波长为157nm、193.3nm或248nm的光源。

本发明与现有技术相比有以下优势：