專利名稱：一種折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻是半導(dǎo)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(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)把掩模的圖案投影在如干膠片等的感光性基板上再進(jìn) 行曝光，曝光質(zhì)量的好壞對(duì)后續(xù)的刻蝕工序?qū)⒂衈f艮大的影響。隨著半導(dǎo)體元件 集成度的提高，半導(dǎo)體制造工藝對(duì)投影光學(xué)系統(tǒng)分辨率的要求也有所提高。為 了滿足對(duì)投影光學(xué)系統(tǒng)分辨率的要求，曝光裝置需要縮短照明光(曝光用光)
的波長(zhǎng)，或者提高投影光學(xué)系統(tǒng)的像方數(shù)值孔徑(NA)。
專利US 6，496，306 Bl和專利US 6,195,213 Bl所描述的兩種折反射式投影光 學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)際使用的視場(chǎng)僅有光學(xué)設(shè)計(jì)的一半，曝光視場(chǎng)的降低將會(huì)影響產(chǎn)率。
專利US 2002/0167737 Al所描述的一種折反射投影光學(xué)系統(tǒng)使用了較大的 偏振分光棱鏡，隨著投影物鏡數(shù)值孔徑和視場(chǎng)的增大，導(dǎo)致偏振分光棱鏡的尺 寸變得越來(lái)越大，使得偏振分光棱鏡的加工難度加大；且在深紫外光譜范圍內(nèi)， 1/4偏振分光膜的實(shí)現(xiàn)也變得極其困難。
專利US 6,169,627 Bl所描述的一種折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)使用了兩塊超大 尺寸的反射鏡，實(shí)現(xiàn)高精度加工需求的超大尺寸反射鏡的難度較大，且超大尺 寸反射鏡的裝配難度也較大。
本專利是為了避免上述專利所遇到的實(shí)際問(wèn)題，而發(fā)明的一種折反射式投 影光學(xué)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，以滿足對(duì)投影光學(xué)系
統(tǒng)分辨率的要求，縮短照明光(曝光用光)的波長(zhǎng)，提高投影光學(xué)系統(tǒng)的像方
數(shù)值孔徑(NA )。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，包括由第一 透鏡組和第二透鏡組組成的第一透鏡系統(tǒng)、與入射主光軸呈45度設(shè)置的平面反 射鏡、反射凹面朝向所述平面反射鏡且相互成直角設(shè)置的球面反射鏡一和球面 反射鏡二，以及第三透鏡組；成像光穿過(guò)該第一透鏡系統(tǒng)后，射向該平面反射 鏡的背面；該成4象光一部分4皮該平面反射鏡吸收，未^皮吸收的部分射向該J求面 反射鏡一；該球面反射鏡一反射成像光線到該平面反射鏡的反射面；該平面反 射鏡的反射面將該成像光反射到該球面反射鏡二；該成像光經(jīng)過(guò)該球面反射鏡 二反射， 一部分被該平面反射鏡遮擋，未被遮擋的部分進(jìn)入該第三透鏡組在像 面成4象。
該第 一透鏡組與第二透鏡組之間的空間距離需要大于入射到所述第二透鏡 組的該成像光尺寸的1.5倍。以滿足在該空間使用反射鏡轉(zhuǎn)折光路，使得物面與 像面保持平行，便于掩模臺(tái)和工件臺(tái)同步精度的控制。
從該第二透鏡組出射的光束角度小于5度，便于約束光束在平面反射鏡上 的尺寸。
該平面反射鏡的攔光區(qū)域小于入射的該成像光的30%。 該平面反射鏡的一個(gè)表面鍍有高反射膜，另一個(gè)表面鍍吸收膜。 該平面反射鏡的材料基底為低熱膨脹系數(shù)的材料，該低熱膨脹系數(shù)的材料 可以是Si02。
該第三透鏡組組靠近像面的鏡片表面可以為平面，便于應(yīng)用于曝光過(guò)程中 的調(diào)平調(diào)焦技術(shù)。
該折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于大于0.75的數(shù)值孔徑時(shí)，可以將球面反射 鏡一和球面反射鏡二替換為非球面反射鏡，以達(dá)到更好到的成像質(zhì)量。
該像面與該第三透鏡組靠近像面的鏡片之間可以填充液體介質(zhì)，以增大該 折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)的像方數(shù)值孔徑(>1.0)從而提高分辨率。
該成像光可以使用紫外波段的光譜，該紫外波段的光諳可以是365nm,可 以是248nm、可以是193nm,還可以是157nm。
該平面反射鏡可以使用不同尺寸進(jìn)行替換。
本發(fā)明的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，可以使用光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全視場(chǎng)，避免
僅有一半視場(chǎng)的可用率，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)率；該折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)使用了 兩塊球面反射鏡和一塊平面方射鏡(具有攔光功能)，避免使用較大尺寸的偏振 分光棱鏡，同時(shí)避免使用深紫外光譜范圍內(nèi)的1/4偏振分光膜，降低了制造難度； 該折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)避免使用超大尺寸的反射鏡，降低了超大尺寸球面反 射鏡的加工和裝配難度。


圖1為本發(fā)明的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)原理示意圖； 圖2為本發(fā)明的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖中1、物體；2、光學(xué)系統(tǒng)；21、第一透《免系統(tǒng)；211、第一透鏡組；
212、第二透鏡組；22、鏡組；221、球面反射鏡一；222、王求面反射鏡二； 223、
平面反射鏡；23、第三透鏡組；3、像。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明。
附圖1示出了本發(fā)明的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)原理示意圖，物體1通 過(guò)光學(xué)系統(tǒng)2成像獲得像3，其中光學(xué)系統(tǒng)2包括第一透鏡系統(tǒng)21、鏡組22和 第三透鏡組23三個(gè)部分組成，鏡組22由兩塊球面反射鏡和一塊平面反射鏡組 成，且該平面反射鏡在光學(xué)系統(tǒng)中具有攔光功能。
附圖2示出了本發(fā)明的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖，該投影光 學(xué)系統(tǒng)從物面到像面依次包括第一透鏡系統(tǒng)21、鏡組22和第三透鏡組23，其 中第一透鏡系統(tǒng)21包括第一透鏡組211和第二透鏡組212,鏡組22包括球面反 射鏡一 221 、球面反射鏡二 222和平面反射鏡223。
第一透鏡系統(tǒng)包括第一鏡組211和第二鏡組212。第一鏡組211包括鏡片 Ll，鏡片Ll是正透鏡；第二鏡組212包括鏡片L2-L7,鏡片L2是正透鏡、鏡 片L3是凸面朝向物面的負(fù)彎月透鏡、鏡片L4是凹面朝向物面的負(fù)彎月透鏡、 鏡片L5是凸面朝向物面的負(fù)彎月透鏡、鏡片L6是正透鏡、鏡片L7是正透鏡。 第一透鏡系統(tǒng)21中第一透鏡組211與第二透鏡組212之間的空間距離需要滿足
大于1.5倍的入射到第二透鏡組212光束尺寸大小的距離，以滿足在該空間使用
反射鏡轉(zhuǎn)折光路，使得物面與像面保持平行，便于掩模臺(tái)和工件臺(tái)同步精度的 控制；從第二透鏡組212出射的平行光束的角度需要小于5度，便于約束光束 在平面反射鏡223上的尺寸。
鏡組22中包括球面反射鏡一 221反射凹面朝向物面、球面反射鏡二 222反 射凹面朝向像面和平面反射鏡223與入射主光軸成45度放置，光束從第二透鏡 組212出射后，首先經(jīng)過(guò)平面反射鏡223,在平面反射鏡223尺寸范圍內(nèi)的光束 被截?cái)啵叽绶秶獾墓馐鴤鬏數(shù)角蛎娣瓷溏R一221,經(jīng)過(guò)球面反射鏡一221 反射的光束照射到平面反射鏡223的有效尺寸上反射到球面反射鏡二 222上， 通過(guò)球面反射鏡二 222再次反射到鏡組第三透鏡組23。其中平面反射鏡223的 尺寸需要滿足攔光區(qū)域應(yīng)小于總?cè)肷涔馐?0%以內(nèi)。平面反射鏡223的一 個(gè)表面需要鍍高反射膜，另一個(gè)表面鍍吸收膜，且材料基底需要為低熱膨脹系 數(shù)的材料如Si02等。
第三透鏡組23包括鏡片L8-L12,鏡片L8和L9是正透鏡、鏡片L10和Lll 是凹面朝向像面的正透鏡、鏡片L12是正透鏡。第三透鏡組23將從球面反射鏡 二 222入射的光束成像到像面，其中靠近像面的鏡片表面為平面，便于應(yīng)用于 曝光過(guò)程中的調(diào)平調(diào)焦技術(shù)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于大于0.75，例 如0.93的數(shù)值孔徑時(shí)，可以將兩塊球面反射鏡221和222替換為兩塊非球面反 射鏡，能夠達(dá)到更好的成像質(zhì)量。
在本發(fā)明的另 一實(shí)施例中，還可在該折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)的像面與靠近 像面的鏡片L12表面之間填充液體介質(zhì)，例如折射率為1.437，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為 193nm的超純水。通過(guò)填充液體介質(zhì)可使該折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)的像方數(shù)值 孔徑從0.93增大到1.30,從而提高分辨率。
在本發(fā)明的另 一實(shí)施例中，該折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)中使用的平面反射鏡 的尺寸大小可以根據(jù)光刻機(jī)的實(shí)際使用需求選擇特定攔光尺寸的平面反射鏡， 如攔光尺寸為20%、 15%和10%。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)分別使用365nm、 248nm、 193nm和157nm波段的光語(yǔ)。
權(quán)利要求
1、一種折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)包括由第一透鏡組和第二透鏡組組成的第一透鏡系統(tǒng)；與入射主光軸呈45度設(shè)置的平面反射鏡；反射凹面朝向所述平面反射鏡且相互成直角設(shè)置的球面反射鏡一和球面反射鏡二；以及第三透鏡組；成像光穿過(guò)所述第一透鏡系統(tǒng)后，射向所述平面反射鏡的背面；所述成像光一部分被所述平面反射鏡吸收，未被吸收的部分射向所述球面反射鏡一；所述球面反射鏡一反射成像光線到所述平面反射鏡的反射面；所述平面反射鏡的反射面將所述成像光反射到所述球面反射鏡二；所述成像光經(jīng)過(guò)所述球面反射鏡二反射，一部分被所述平面反射鏡遮擋，未被遮擋的部分進(jìn)入所述第三透鏡組在像面成像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一 透鏡組與第二透鏡組之間的空間距離需要大于入射到所述第二透鏡組的所述成 像光尺寸的1.5倍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于從所述第 二透鏡組出射的光束角度小于5度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述平面 反射鏡的攔光區(qū)域小于入射的所述成像光的30%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述平面 反射鏡的一個(gè)表面鍍有高反射膜，另一個(gè)表面鍍吸收膜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述平面 反射鏡的材料基底為低熱膨脹系數(shù)的材料。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述低熱 膨脹系數(shù)的材料可以是Si02。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第三透鏡組靠近像面的鏡片表面可以為平面。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述折反 射式投影光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于大于0.75的數(shù)值孔徑時(shí)，可以將球面反射鏡一和球面 反射鏡二替換為非球面反射鏡。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述像 面與所述第三透鏡組靠近像面的鏡片之間可以填充液體介質(zhì)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述成 像光可以使用紫外波段的光譜，所述紫外波段的光語(yǔ)可以是365nm,可以是 248nm、可以是193nm,還可以是157nm。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述平 面反射鏡可以使用不同尺寸進(jìn)行替換。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)，可以使用光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全視場(chǎng)，避免僅有一半視場(chǎng)的可用率，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)率；該折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)使用了兩塊球面反射鏡和一塊平面反射鏡(具有攔光功能)，避免使用較大尺寸的偏振分光棱鏡，同時(shí)避免使用深紫外光譜范圍內(nèi)的1/4偏振分光膜，降低了制造難度；該折反射式投影光學(xué)系統(tǒng)避免使用超大尺寸的反射鏡，降低了超大尺寸球面反射鏡的加工和裝配難度。
文檔編號(hào)G02B17/08GK101201451SQ20071017196
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者儲(chǔ)兆祥, 李鐵軍, 郭秀萍 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司