[发明专利]一种大数值孔径的折反射浸没投影光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种工作于紫外波段的投影光学系统，特别涉及一种大数值孔径(数值孔径可达1.35)的折反射浸没投影光学系统。

背景技术

光学光刻是现代超大规模集成电路的最主要生产方法。随着需要的发展，光学投影光刻技术是目前大规模低成本生产大规模集成电路的最有效方法，该技术生产效率高，技术成熟稳定，广泛应用于平板显示、半导体照明等半导体产业。随着超大规模集成电路(VLSI)的发展，其集成度越来越高，其关键尺寸也变得越来越小，现在主流电子产品关键尺寸都在28nm，正向22nm大规模低成本化发展。这对光刻机曝光系统的光学性能提出了更高的要求。

要减小电子产品的关键尺寸，只有两种途径。一种是减小波长，使用波长更短的紫外光；另一个途径就是增加光刻投影物镜的像方数值孔径。现阶段主要是使用193nm的ArF紫外光。在波长不变的情况下，为了减小电子产品的关键尺寸，只有增加光刻投影物镜的像方数值孔径。对于干式曝光，光刻投影物镜的像方数值孔径在达到0.93后，已无法继续增加。为了增加像方数值孔径，只有增加投影物镜最后一面透镜材料在使用波长的折射率或增加最后一面与像面之间的折射率。相对更换透镜材料，在投影物镜最后一片透镜与像面间充入折射率较高的液体，则是一种相对容易实现且成本较低的方法。

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。因此，折反射投影光学系统中由于有一个或多个凹面反射镜。从而能很好地校正系统场曲。为了结构上的需要，凹面反射镜一般成对出现，即系统中的反射镜数量为偶数。

随着投影物镜像方数值孔径的增大，光学系统中透镜和反射镜的口径也急剧增大，这对光学材料的尺寸提出更高要求，给生产、加工大口径高质量的光学元件带来严重困难。同时也对检测提出更高要求。

本发明中涉及的投影光学系统在很好地实现系统的大数值孔径的同时，很好地解决了由系统的大数值孔径带来的像面弯曲和光学元件尺寸过大的问题。另外，与纯折射系统相比，本发明中的系统更好地解决了由大数值孔径带来的元件尺寸过大的问题。当投影物镜像方数值孔径达到1.35时，光学元件的最大尺寸大约在300mm，甚至更大。在本专利中涉及的投影物镜在像方数值孔径达到1.35时，光学元件的尺寸都控制在240mm以内。光学元件的口径减小20％。

本发明的特点在于在实现系统大数值孔径、且保证了系统极高的成像质量和紧凑的系统结构的同时，有效地减小了投影物镜中光学元件的口径，从而减小制造成本，降低元件的加工和检测的难度。

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折反射浸没投影光学系统，提高曝光分辨率，减小系统尺寸。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的浸没投影光学系统，该光学系统结构紧凑、视场大、成像质量好，且具有较小的尺寸和较少的材料消耗。

本发明采用的技术方案为：一种大数值孔径的折反射浸没投影光学系统，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、第二反射透射镜组G2、第三反射镜组G3和第四透镜组G4。本发明中的大数值孔径折反射浸没投影物镜的第一透镜组G1具有正光焦度，第二反射透射镜组G2具有负光焦度，第三透镜组G3具有正光焦度，第四透镜组G4具有正光焦度，所述大数值孔径的投影光学系统包含了二十四片透镜和四片反射镜，且包含多个非球面。

本发明中涉及的大数值孔径的折反射浸没投影光学系统的第一透镜组G1包含四个透镜，其中第一片透镜为平行平板1，第二片透镜为双凸透镜2，第三片透镜为正弯月透镜3，第四片透镜为正弯月透镜4。

本发明中涉及的大数值孔径的折反射浸没投影光学系统的第一透镜组G1中的双凸透镜2、正弯月透镜3、正弯月透镜4透镜沿垂直于系统光轴的方向具有偏离。

本发明中涉及的大数值孔径的折反射浸没投影光学系统的第二反射透射镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4沿垂直于系统光轴方向没有偏离。