[发明专利]一种大数值孔径的纯折射式干式投影光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种工作于预定波长紫外光的投影光学系统，特别涉及一种大数值孔径的纯折射式干式投影光学系统。

背景技术

光刻是半导体制造工艺中非常重要的一道工序，几十年来，投影光学系统都用于制造半导体元件和其它精密部件。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，掩膜或刻线板上的图案经过投影光学系统，以高分辨率缩小投影到涂覆有光敏层的硅片表面上，投影光学系统的曝光质量好坏对整个刻蚀工序有很大的影响。

为了曝光出越来越细的100nm数量级以下的结构，一方面使用波长低于260nm的紫外光作为曝光系统的光源，例如248nm、193nm、157nm或更短波长的光源；另一方面尽可能增大光学系统的像方数值孔径，尝试将投影光学系统的像方数值孔径增大到0.8或0.8以上。在波长越短的情况下，光学系统所能使用的材料也越少，对在低于260nm紫外光使用的投影光学系统而言，目前所能使用的折射材料一般只有人造石英和氟化晶体等材料，这些材料的折射率都比较低，因此，对于大数值孔径光学系统的设计而言，将会存在很大的匹兹瓦场曲，这将导致光学系统的像面严重弯曲，而对于曝光半导体硅片而言，获得平场像是很重要的。另外，随着数值孔径的增大，投影光学系统在三个方向上的尺寸也急剧增大，这给材料的生产、加工等方面带来困难。

本发明中的投影光学系统很好地实现了系统的大数值孔径，且很好地解决了由系统的大数值孔径带来的像面弯曲和系统尺寸过大的问题。本发明的特点在于实现了系统大数值孔径、且保证了系统极高的成像质量和紧凑的系统结构，可有效地降低制造成本，降低镜片的加工、检测和装调难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大数值孔径的纯折射式干式投影光学系统，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0.93的干式投影光学系统，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。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种大数值孔径的纯折射式干式投影光学系统，所述大数值孔径投影光学系统沿其光轴方向依次包括了第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组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为没有光焦度的平板玻璃，第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4都具有正光焦度，第五透镜组G5也为没有光焦度的平板玻璃。

其中第一透镜组G1为平板玻璃1。

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、第一双凹负透镜3、第二双凹负透镜4、第一弯月负透镜5、第一弯月正透镜6、第二弯月正透镜7、第三弯月正透镜8。该镜组的主要作用是将每个视场发出的光线尽可能地整形为相互平行。

其中第三透镜组G3为类似双高斯的结构，第三透镜组G3包括第二双凸正透镜9、第四弯月正透镜10、第二弯月负透镜11、第三弯月负透镜12、第三双凹负透镜13、第四弯月负透镜14、第五弯月正透镜15、第六弯月正透镜16、第三双凸正透镜17、第一平凸正透镜18。其中，大数值孔径投影光学系统的腰部位于第三透镜组G3，腰部结构至少包含了一个双凹透镜和两个弯月负透镜，并且双凹透镜位于两个弯月负透镜中间，而两个弯月负透镜的弯月正对双凹负透镜。第三透镜组G3的其它透镜近似以腰部为中心呈对称分布，第四弯月正透镜10、第二弯月负透镜11、第六弯月正透镜16、第三双凸正透镜17的弯月都朝向腰部。

其中第四透镜组G4包括第五弯月负透镜19、第四双凸正透镜20、第五双凸正透镜21、第七弯月正透镜22、第八弯月正透镜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。该镜组的主要作用是将同一个视场发出的已经发散开的光线会聚到一个点，这个镜组对矫正系统的场曲也作出了很大的贡献。

其中第五透镜组G5为平板玻璃27。

其中第三透镜组G3和第四透镜组G4之间有一孔径光阑。

其中第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4和第五透镜组G5中所有的元件均采用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：