專利名稱：：一種投影光學系統的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用于半導體光刻以及照相制版的投影光學系統，特別涉及一種雙遠心投影光學系統。
背景技術：
：光刻是半導體制造工藝中非常重要的一道工序，光刻工序中所使用的曝光裝置，通過投影光學系統把掩模的圖案投影在如干膠片等的感光性基板上再進行曝光，曝光質量的好壞對后續(xù)的刻蝕工序將有^f艮大的影響。隨著半導體元件集成度的提高，半導體制造工藝對投影光學系統分辨率的要求也有所提高。為了滿足對投影光學系統分辨率的要求，曝光裝置需要縮短照明光(曝光用光)的波長，或者提高投影光學系統的像方數值孔徑(NA)。然而，采用大數值孔徑的投影物鏡必須使用更多的鏡片數量或引入非球面鏡片來校正投影物鏡的像差。在美國專利US6,606,144(公告日2003年8月12日)中，描述了在數值孔徑NA-0.75，照明光波長為193.3nm的條件下，使用28塊常規(guī)鏡片加3塊非球面鏡片的全折射系統來滿足成像質量的技術方案。在另一件美國專利US2001/0050820(公開日2001年12月13日)中，公開了在NA二0.725,波長為193.3nm的條件下，使用具有29塊鏡片且其中至少包括一塊非球面鏡片的全折射系統來滿足成像質量的技術方案。在上述的兩件專利中，投影光學系統的鏡片數量都超過了28片。鏡片數量的增多將導致制造成本的增加，同時也增加了光學裝調的難度。此外，才艮據前一專利所提供的實施例，該方案所能實現的物方和^^方工作距分別小于64mm和14mm,小的物和^象方工作距給掩模和硅片的,運動定位、傳輸結構等的結構設計帶來很大的困難。
發(fā)明內容有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種鏡片數量較少、物方和像方工作距較大的投影光學系統，以降低制造成本及光學裝調難度。為解決上述技術問題，本發(fā)明釆用了如下技術方案根據本發(fā)明的一種投影光學系統，從物面到像面依次排列有六個鏡片組第一鏡片組G1具有正光焦度，從物面到像面依次包括兩個鏡片L1L2，其中，鏡片Ll是單凸透鏡且正對物面的表面是平面，L2是正透鏡；第二鏡片組G2具有負光焦度，從物面到像面依次包括三個鏡片L3L5，其中，L3是凸面正對物面的負彎月透鏡，L4是雙凹透鏡，L5是凹面正對物面的負彎月透鏡；第三鏡片組G3具有正光焦度，從物面到像面依次排列有兩個凹面正對物面的正彎月透鏡L6、L7,兩個雙凸透鏡L8、L9，以及凸面正對物面的正彎月透鏡L10;第四鏡片組G4具有負光焦度，從物面到像面依次包括凸面正對物面的負厚彎月透鏡Lll和兩個雙凹透鏡L12、L13;第五鏡片組G5具有正光焦度，從物面到像面依次包括凹面正對物面的正彎月透鏡L14和雙凸透鏡L15;第六鏡片組G6具有正光焦度，從物面到像面依次包括六個鏡片L16L22，其中，L16和L17是正透鏡，L18是凹面朝向物面的正彎月透鏡，L19、L20和L21是凹面正對像面的正彎月透鏡，L22為單凹透鏡且正對像面的表面是平面。進一步地，在所述第五鏡片組G5和所述第六鏡片組G6之間還設有一孔徑光闌。在上述投影光學系統中，所述第四鏡片組G4中的負厚彎月透鏡Lll用于校正整個系統的場曲和《象散，該負厚彎月透4竟L11的厚度〉60mm。在上述投影光學系統中，鏡片L3靠近像面的表面、鏡片L10靠近像面的表面、鏡片L15靠近物面的表面、以及鏡片L21靠近物面的表面均為非球面。在上述投影光學系統中，所有的鏡片均采用Si02為光學材料制成，且所述投影光學系統可采用波長是248nm、193nm或157nm的照明光。與現有4支術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和積才及效果1、本發(fā)明使用22塊鏡片包含4個非球面，較好地實現了物方和像方雙遠心結構，減小了光學總長，降低了制造成本和光學裝調難度；2、本發(fā)明利用一塊厚彎月透鏡較好地實現場曲和像散的校正，將場曲和像散都控制在士2nm以內；3、本發(fā)明提供較大的物距和像距(物距68mm，像距16mm),為工件臺和掩模臺及其對準系統提供較大的空間布局。圖l是本發(fā)明的投影光學系統的透鏡組成圖。圖2是本發(fā)明的投影光學系統的像散場曲和畸變圖。具體實施例方式本發(fā)明提供了一種雙遠心投影光學系統(物方和像方遠心誤差均小于lmrad)，使用了一塊負厚彎月透鏡校正了場曲和像散(場曲和像散均在土2nm以內)，同時獲得較好的畸變和成像質量，并且提供了較大的物方和像方工作距物方68mm，像方16mm。如圖1所示，本發(fā)明的投影光學系統包括22片鏡片且被分成G1G6六個鏡片組依次排列在物面和像面之間。第一鏡片組Gl、第三鏡片組G3、第五鏡片組G5和第六鏡片組G6具有正光焦度，第二鏡片組G2和第四鏡片組G4具有負光焦度。第一鏡片組G1包括兩個鏡片L1L2，其中，鏡片Ll是單凸透鏡且正對物面的表面是平面，L2是正透鏡。第一鏡片組G1的主要貢獻是在保持物方、像方雙遠心的同時，通過正光焦度產生的正畸變來平衡G1與像面之間的多個鏡片組所產生的負畸變。第二鏡片組G2具有負光焦度，它包括三個鏡片L3L5，其中，L3是凸面正對物面的負彎月透鏡，L4是雙凹透鏡，L5是凹面正對物面的負彎月透鏡。G2的主要作用是校正匹茲凡和以獲得平場像面。具有正光焦度的第三鏡片組G3從物側到像側依次排列有兩個凹面正對物面的正彎月透鏡L6、L7,兩個雙凸透鏡L8、L9,以及凸面正對物面的正彎月透鏡LIO。該鏡片組G3可以有效地校正由第二鏡片組G2和第四鏡片組G4產生的負畸變和彗差，同時也能有效地平衡第二鏡片組G2和第四鏡片組G4校正匹茲凡和的4又重。第四鏡片組G4具有負光焦度，包括凸面正對物面的負厚彎月透鏡Lll和兩個雙凹透鏡L12、L13。G4在避免產生彗差的同時可有效地校正球差，同時負厚彎月透鏡Lll較好的校正了整個鏡頭的場曲和像散，且該負厚彎月透鏡的厚度滿足>60謹。第五鏡片組G5具有正光焦度，包括凹面正對物面的正彎月透鏡L14和雙凸透鏡L15。G5在保持大像方數值孔徑的同時可以有效地平衡并校正球差、畸變和匹茲凡和。具有正光焦度的第六鏡片組G6包括七個鏡片L16L22,其中，L16和L17是雙凸透鏡，L18是凹面朝向物面的正彎月透鏡，L19、L20和L21是凹面正對像面的正彎月透鏡，L22為單凹透鏡且正對像面的表面是平面。第六鏡片組G6的作用是在保持大像方數值孔徑的同時避免產生高階球差和負畸變?？讖焦怅@被設置在第五鏡片組G5和第六鏡片組G6之間。圖1中貫穿整個投影光學系統的兩組曲線，從左到右依次對應了該投影光學系統從物面的1.0視場和軸上視場投影到像面的光路走向。為了提高分辨率，本發(fā)明的投影光學系統采用工作波長為193.3nm的照明光，將像方數值孔徑NA設定為0.75，并將物方和像方工作距分別增大至68mm和16mm，其余的參數設計值請參閱表1。當然，該投影物鏡系統也可以采用248nm或157nm等其他波長的照明光。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明的實施例提供了一種能夠滿足表1所列的各參數要求的投影光學系統，其具有圖l所示的鏡片組成結構，且為了制造方便，22塊鏡片均采用Si02為光學材料制成，實現了對軸向色差的校正，其他的光學材料同樣可以使用。表2給出了本實施例的投影光學系統的每一片鏡片的具體參數值,其中，"所屬對象"一欄指示了從物面到像面之間每一表面所對應的鏡片；"半徑"及"1/2孔徑"分別給出了每一表面所對應的球面半徑及l(fā)/2孔徑的數值；"厚>1/間距"一欄給出了相鄰兩表面之間的中心距離，如果該兩表面屬于同一鏡片，則"厚度/間距，，的數值表示該鏡片的厚度，否則表示物/像面到鏡片的距離或者相鄰鏡片的間距。以鏡片L1和L2為例，Ll的上表面l是平面，其球面半徑無限大，表示為1.00E+18,1/2孔徑為59.87115mm;下表面2是凸面正對像面的球面，其球面半徑的大小為-576.354mm(負號"-"表示了表面的彎曲方向)，1/2孔徑為61.58551mm;Ll的上表面1到物面(表面0)的距離為68.01064mm/(即物方工作距約為68mm),上表面1和下表面2的中心間距17.33722mm即為鏡片Ll的厚度，而Ll的下表面2到L2的上表面3的距離0.618389mm則表示相鄰兩塊鏡片Ll、L2的間距。鏡片L2的上表面3和下表面4分別為凸面正對物面和凸面正對像面的球面，上、下表面3、4的球面半徑分別為163.0717mm和-2469.85mm,1/2孔徑分別為63.77933mm和62.74443mm，鏡片L2的厚度為28.26126mm。除了像面(表面46)的1/2孔徑表示像方^見場的半徑外，其余各表面的參數值含義根據L1、L2類推。需要注意的是，本實施例的投影光學系統采用了四個非球面表面，分別是鏡片L3的下表面6、鏡片L10的下表面20、鏡片L15的上表面29、鏡片L21的上表面42,將這些非球面表面記為ASP1ASP4，則非球面ASP1ASP4的計算方程如下其中，z表示矢高，/z表示高度，及表示曲率半徑，^表示離心率，G表示非球面系數。本實施例中，ASP1的非球面系數為:及=105.6292,￡^=0，C產-3.44e-008，C2=-9.47e-013，C3=2.07e-017，C4=6.49e-020，C5=5.81e-023,C6=-2.05e-026;ASP2的非球面系數為及=畫2721.07，^￡^=0，C產2.22e國008，C2=-2.91e-013，C3=8.04e-018，C4=-3.04e-022，C5=1.87e-026,C6=-8.03e-031;ASP3的非球面系數為及=1757.858，￡Z=0,C產陽7.36e陽011,C2=-9.87e-015，C3=-5.88e-019，C4=1.36e-024,C5=-1.75e-027，C6=-3.47e-032;ASP4的非J求面系數為及=113.9123,EAH)，C產2.71e-009,C2=1.83e-013,C3=1.46e-016,C4=-2.49e-020,C5=3.68e-024，C6=4.18e-029。除了六個鏡片組G1G6的22塊鏡片外，鏡片L15和L16之間還設置有孔徑光闌，其1/2孔徑大小的改變將影響該投影光學系統的成像效果。圖2顯示了本實施例的投影光學系統的像差設計結果，從左到右的兩個坐標系中的曲線分別表示系統像散場曲和畸變情況。從圖中可以看出本實施例的投影光學系統像散和場曲的絕對值控制在±2nm以內，并且畸變?yōu)榱?。采用本發(fā)明的投影光學系統，可在大數值孔徑的條件下，有效地降低制造成本，降低光學鏡片的加工和裝調難度，同時也可以實現較大的物方和像方工作距。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2(續(xù))<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權利要求1、一種投影光學系統，用于將物平面內的圖案投射到像平面內，所述的投影光學系統從物面到像面依次排列有六個鏡片組，其特征在于第一鏡片組G1具有正光焦度，從物面到像面依次包括兩個鏡片L1～L2，其中，鏡片L1是單凸透鏡且正對物面的表面是平面，L2是正透鏡；第二鏡片組G2具有負光焦度，從物面到像面依次包括三個鏡片L3～L5，其中，L3是凸面正對物面的負彎月透鏡，L4是雙凹透鏡，L5是凹面正對物面的負彎月透鏡；第三鏡片組G3具有正光焦度，從物面到像面依次排列有兩個凹面正對物面的正彎月透鏡L6、L7，兩個雙凸透鏡L8、L9，以及凸面正對物面的正彎月透鏡L10；第四鏡片組G4具有負光焦度，從物面到像面依次包括凸面正對物面的負厚彎月透鏡L11和兩個雙凹透鏡L12、L13；第五鏡片組G5具有正光焦度，從物面到像面依次包括凹面正對物面的正彎月透鏡L14和雙凸透鏡L15；第六鏡片組G6具有正光焦度，從物面到像面依次包括六個鏡片L16～L22，其中，L16和L17是正透鏡，L18是凹面朝向物面的正彎月透鏡，L19、L20和L21是凹面正對像面的正彎月透鏡，L22為單凹透鏡且正對像面的表面是平面。2、如權利要求1所述的投影光學系統，其特征在于在所述第五鏡片組G5和所述第六鏡片組G6之間還設有一孔徑光闌。3、如權利要求1所述的投影光學系統，其特征在于所述第四鏡片組G4中的負厚彎月透鏡Lll用于校正整個系統的場曲和像散，該負厚彎月透鏡Lll的厚度〉60mm。4、如權利要求1所述的投影光學系統，其特征在于鏡片L3靠近像面的表面、鏡片L10靠近像面的表面、鏡片L15靠近物面的表面、以及鏡片L21靠近物面的表面均為非^求面。5、如權利要求l所述的投影光學系統，其特征在于所述投影光學系統的所有鏡片均釆用Si02為光學材料制成。6、如權利要求1所述的投影光學系統，其特征在于所述投影光學系統采用波長是248nm、193nrn或157nm的照明光。全文摘要本發(fā)明提供了一種投影光學系統，由22片鏡片分成六個鏡片組依次排列在物面和像面之間組成，其中，第一、第三、第五和第六鏡片組具有正光焦度，第二和第四鏡片組具有負光焦度。所述的投影光學系統中使用了一塊負厚彎月透鏡來校正場曲和像散，將場曲和像散控制在±2nm以內，通過引入四個非球面，較好地實現了物方和像方雙遠心，使得物方和像方遠心誤差均小于1mrad。該投影光學系統具有較大的物方和像方工作距，為工件臺和掩模臺及其對準系統提供較大的空間布局。文檔編號G02B1/02GK101320122SQ200810040350公開日2008年12月10日申請日期2008年7月8日優(yōu)先權日2008年7月8日發(fā)明者儲兆祥,李鐵軍申請人:上海微電子裝備有限公司