專利名稱：：一種投影光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體光刻以及照相制版的投影光學(xué)系統(tǒng)，特別涉及一種雙遠(yuǎn)心投影光學(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，或者提高投影光學(xué)系統(tǒng)的像方數(shù)值孔徑(NA)。然而，采用大數(shù)值孔徑的投影物鏡必須使用更多的鏡片數(shù)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(shù)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(tǒng)來滿足成像質(zhì)量的技術(shù)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(tǒng)來滿足成像質(zhì)量的技術(shù)方案。在上述的兩件專利中，投影光學(xué)系統(tǒng)的鏡片數(shù)量都超過了28片。鏡片數(shù)量的增多將導(dǎo)致制造成本的增加，同時(shí)也增加了光學(xué)裝調(diào)的難度。此外，才艮據(jù)前一專利所提供的實(shí)施例，該方案所能實(shí)現(xiàn)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(yùn)動(dòng)定位、傳輸結(jié)構(gòu)等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大的困難。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鏡片數(shù)量較少、物方和像方工作距較大的投影光學(xué)系統(tǒng)，以降低制造成本及光學(xué)裝調(diào)難度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明釆用了如下技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一種投影光學(xué)系統(tǒng)，從物面到像面依次排列有六個(gè)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(gè)鏡片L1L2，其中，鏡片Ll是單凸透鏡且正對(duì)物面的表面是平面，L2是正透鏡；第二鏡片組G2具有負(fù)光焦度，從物面到像面依次包括三個(gè)鏡片L3L5，其中，L3是凸面正對(duì)物面的負(fù)彎月透鏡，L4是雙凹透鏡，L5是凹面正對(duì)物面的負(fù)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(gè)凹面正對(duì)物面的正彎月透鏡L6、L7,兩個(gè)雙凸透鏡L8、L9，以及凸面正對(duì)物面的正彎月透鏡L10;第四鏡片組G4具有負(fù)光焦度，從物面到像面依次包括凸面正對(duì)物面的負(fù)厚彎月透鏡Lll和兩個(gè)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(duì)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(gè)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(duì)像面的正彎月透鏡，L22為單凹透鏡且正對(duì)像面的表面是平面。進(jìn)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(shè)有一孔徑光闌。在上述投影光學(xué)系統(tǒng)中，所述第四鏡片組G4中的負(fù)厚彎月透鏡Lll用于校正整個(gè)系統(tǒng)的場(chǎng)曲和《象散，該負(fù)厚彎月透4竟L11的厚度〉60mm。在上述投影光學(xué)系統(tǒng)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(xué)系統(tǒng)中，所有的鏡片均采用Si02為光學(xué)材料制成，且所述投影光學(xué)系統(tǒng)可采用波長是248nm、193nm或157nm的照明光。與現(xiàn)有4支術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和積才及效果1、本發(fā)明使用22塊鏡片包含4個(gè)非球面，較好地實(shí)現(xiàn)了物方和像方雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)，減小了光學(xué)總長，降低了制造成本和光學(xué)裝調(diào)難度；2、本發(fā)明利用一塊厚彎月透鏡較好地實(shí)現(xiàn)場(chǎng)曲和像散的校正，將場(chǎng)曲和像散都控制在士2nm以內(nèi)；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(tái)和掩模臺(tái)及其對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)提供較大的空間布局。圖l是本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡組成圖。圖2是本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的像散場(chǎng)曲和畸變圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種雙遠(yuǎn)心投影光學(xué)系統(tǒng)(物方和像方遠(yuǎn)心誤差均小于lmrad)，使用了一塊負(fù)厚彎月透鏡校正了場(chǎng)曲和像散(場(chǎng)曲和像散均在土2nm以內(nèi))，同時(shí)獲得較好的畸變和成像質(zhì)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(xué)系統(tǒng)包括22片鏡片且被分成G1G6六個(gè)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(fù)光焦度。第一鏡片組G1包括兩個(gè)鏡片L1L2，其中，鏡片Ll是單凸透鏡且正對(duì)物面的表面是平面，L2是正透鏡。第一鏡片組G1的主要貢獻(xiàn)是在保持物方、像方雙遠(yuǎn)心的同時(shí)，通過正光焦度產(chǎn)生的正畸變來平衡G1與像面之間的多個(gè)鏡片組所產(chǎn)生的負(fù)畸變。第二鏡片組G2具有負(fù)光焦度，它包括三個(gè)鏡片L3L5，其中，L3是凸面正對(duì)物面的負(fù)彎月透鏡，L4是雙凹透鏡，L5是凹面正對(duì)物面的負(fù)彎月透鏡。G2的主要作用是校正匹茲凡和以獲得平場(chǎng)像面。具有正光焦度的第三鏡片組G3從物側(cè)到像側(cè)依次排列有兩個(gè)凹面正對(duì)物面的正彎月透鏡L6、L7,兩個(gè)雙凸透鏡L8、L9,以及凸面正對(duì)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(chǎn)生的負(fù)畸變和彗差，同時(shí)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(fù)光焦度，包括凸面正對(duì)物面的負(fù)厚彎月透鏡Lll和兩個(gè)雙凹透鏡L12、L13。G4在避免產(chǎn)生彗差的同時(shí)可有效地校正球差，同時(shí)負(fù)厚彎月透鏡Lll較好的校正了整個(gè)鏡頭的場(chǎng)曲和像散，且該負(fù)厚彎月透鏡的厚度滿足>60謹(jǐn)。第五鏡片組G5具有正光焦度，包括凹面正對(duì)物面的正彎月透鏡L14和雙凸透鏡L15。G5在保持大像方數(shù)值孔徑的同時(shí)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(gè)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(duì)像面的正彎月透鏡，L22為單凹透鏡且正對(duì)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(shù)值孔徑的同時(shí)避免產(chǎn)生高階球差和負(fù)畸變?？讖焦怅@被設(shè)置在第五鏡片組G5和第六鏡片組G6之間。圖1中貫穿整個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)的兩組曲線，從左到右依次對(duì)應(yīng)了該投影光學(xué)系統(tǒng)從物面的1.0視場(chǎng)和軸上視場(chǎng)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(xué)系統(tǒng)采用工作波長為193.3nm的照明光，將像方數(shù)值孔徑NA設(shè)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(shù)設(shè)計(jì)值請(qǐng)參閱表1。當(dāng)然，該投影物鏡系統(tǒng)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(shí)施例提供了一種能夠滿足表1所列的各參數(shù)要求的投影光學(xué)系統(tǒng)，其具有圖l所示的鏡片組成結(jié)構(gòu)，且為了制造方便，22塊鏡片均采用Si02為光學(xué)材料制成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸向色差的校正，其他的光學(xué)材料同樣可以使用。表2給出了本實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的每一片鏡片的具體參數(shù)值,其中，"所屬對(duì)象"一欄指示了從物面到像面之間每一表面所對(duì)應(yīng)的鏡片；"半徑"及"1/2孔徑"分別給出了每一表面所對(duì)應(yīng)的球面半徑及l(fā)/2孔徑的數(shù)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(shù)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(duì)像面的球面，其球面半徑的大小為-576.354mm(負(fù)號(hào)"-"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(duì)物面和凸面正對(duì)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(chǎng)的半徑外，其余各表面的參數(shù)值含義根據(jù)L1、L2類推。需要注意的是，本實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)采用了四個(gè)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(jì)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(shù)。本實(shí)施例中，ASP1的非球面系數(shù)為:及=105.6292,￡^=0，C產(chǎn)-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(shù)為及=畫2721.07，^￡^=0，C產(chǎn)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(shù)為及=1757.858，￡Z=0,C產(chǎn)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(shù)為及=113.9123,EAH)，C產(chǎn)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(gè)鏡片組G1G6的22塊鏡片外，鏡片L15和L16之間還設(shè)置有孔徑光闌，其1/2孔徑大小的改變將影響該投影光學(xué)系統(tǒng)的成像效果。圖2顯示了本實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差設(shè)計(jì)結(jié)果，從左到右的兩個(gè)坐標(biāo)系中的曲線分別表示系統(tǒng)像散場(chǎng)曲和畸變情況。從圖中可以看出本實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)像散和場(chǎng)曲的絕對(duì)值控制在±2nm以內(nèi)，并且畸變?yōu)榱?。采用本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)，可在大數(shù)值孔徑的條件下，有效地降低制造成本，降低光學(xué)鏡片的加工和裝調(diào)難度，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)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(quán)利要求1、一種投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將物平面內(nèi)的圖案投射到像平面內(nèi)，所述的投影光學(xué)系統(tǒng)從物面到像面依次排列有六個(gè)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(gè)鏡片L1～L2，其中，鏡片L1是單凸透鏡且正對(duì)物面的表面是平面，L2是正透鏡；第二鏡片組G2具有負(fù)光焦度，從物面到像面依次包括三個(gè)鏡片L3～L5，其中，L3是凸面正對(duì)物面的負(fù)彎月透鏡，L4是雙凹透鏡，L5是凹面正對(duì)物面的負(fù)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(gè)凹面正對(duì)物面的正彎月透鏡L6、L7，兩個(gè)雙凸透鏡L8、L9，以及凸面正對(duì)物面的正彎月透鏡L10；第四鏡片組G4具有負(fù)光焦度，從物面到像面依次包括凸面正對(duì)物面的負(fù)厚彎月透鏡L11和兩個(gè)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(duì)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(gè)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(duì)像面的正彎月透鏡，L22為單凹透鏡且正對(duì)像面的表面是平面。2、如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，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(shè)有一孔徑光闌。3、如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第四鏡片組G4中的負(fù)厚彎月透鏡Lll用于校正整個(gè)系統(tǒng)的場(chǎng)曲和像散，該負(fù)厚彎月透鏡Lll的厚度〉60mm。4、如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，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(quán)利要求l所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述投影光學(xué)系統(tǒng)的所有鏡片均釆用Si02為光學(xué)材料制成。6、如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述投影光學(xué)系統(tǒng)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(xué)系統(tǒng)，由22片鏡片分成六個(gè)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(fù)光焦度。所述的投影光學(xué)系統(tǒng)中使用了一塊負(fù)厚彎月透鏡來校正場(chǎng)曲和像散，將場(chǎng)曲和像散控制在±2nm以內(nèi)，通過引入四個(gè)非球面，較好地實(shí)現(xiàn)了物方和像方雙遠(yuǎn)心，使得物方和像方遠(yuǎn)心誤差均小于1mrad。該投影光學(xué)系統(tǒng)具有較大的物方和像方工作距，為工件臺(tái)和掩模臺(tái)及其對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)提供較大的空間布局。文檔編號(hào)G02B1/02GK101320122SQ200810040350公開日2008年12月10日申請(qǐng)日期2008年7月8日優(yōu)先權(quán)日2008年7月8日發(fā)明者儲(chǔ)兆祥,李鐵軍申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司