專利名稱：一種用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，屬于光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)光刻是光刻機(jī)用光學(xué)投影曝光的方法將掩模板上的電路器件結(jié)構(gòu)圖形刻蝕到硅片上的過(guò)程。光刻機(jī)主要由曝光光源、照明系統(tǒng)、掩模、光刻投影物鏡以及硅片工件臺(tái)五部分組成。為獲取更高的光刻分辨率，要求曝光光源出射光的波長(zhǎng)向深紫外甚至是極紫外波段發(fā)展，同時(shí)也要求光刻投影物鏡需要具有高的數(shù)值孔徑NA，因此，需要開發(fā)針對(duì)于深紫外入射光、高數(shù)值孔徑投影光刻物鏡的像差檢測(cè)技術(shù)。通常采用基于夏克-哈特曼波前傳感器的像差檢測(cè)技術(shù)以及基于干涉原理的像差檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)光刻機(jī)投影光刻物鏡的像差檢測(cè)。如圖1所示，基于夏克-哈特曼波前傳感器的像差檢測(cè)原理框圖，在投影物鏡的物面上放置一針孔掩膜板，由前級(jí)準(zhǔn)分子激光器照明系統(tǒng)將此針孔掩模板進(jìn)行照明，由此針孔發(fā)出的光束進(jìn)入投影物鏡，以高數(shù)值孔徑光束微縮成像至像面上，再經(jīng)過(guò)后級(jí)準(zhǔn)直物鏡將投影出射光束進(jìn)行耦合平行出射，為了保證光束完好耦合，準(zhǔn)直物鏡的入瞳與投影物鏡的出瞳要求重合，在準(zhǔn)直物鏡的出瞳位置處放置夏克-哈特曼波前傳感器，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)直物鏡波像差進(jìn)行標(biāo)定后進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)投影物鏡的波像差檢測(cè)。當(dāng)前，若采用全反射結(jié)構(gòu)(如施瓦茨查爾德系的準(zhǔn)直物鏡實(shí)現(xiàn)上述深紫外入射光、高數(shù)值孔徑投影光刻物鏡的像差檢測(cè)，存在以下不足第一、 ^Awarzschild系統(tǒng)包括兩個(gè)同心的球面鏡，只能校正三級(jí)球差、慧差和像散，系統(tǒng)的五級(jí)球差限制了系統(tǒng)數(shù)值孔徑的增大，當(dāng)數(shù)值孔徑大于0. 6，至少要引入一個(gè)非球面來(lái)校正像差，加大系統(tǒng)的制造難度和成本；第二、受限系統(tǒng)校正球差的原則，約束了主次鏡的曲率半徑之比約為2. 6左右，因此系統(tǒng)中心遮攔也受到限制，約在30%以上；第三，khwarzschild系統(tǒng)的主反射鏡是懸浮在光路中，需要特定的支撐結(jié)構(gòu)，從而又進(jìn)一步增加了遮攔和衍射效應(yīng)，不能將投影物鏡的光束完全耦合進(jìn)入準(zhǔn)直物鏡中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，該準(zhǔn)直物鏡工作帶寬寬，數(shù)值孔徑大且遮攔比小，可以滿足對(duì)深紫外入射光、高數(shù)值孔徑投影光刻物鏡的像差檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，包括耦合鏡組G1、折反鏡組G2、 準(zhǔn)直鏡組G3以及孔徑光闌；所述折反鏡組G2包括第四鏡片L4及第五鏡片L5，第四鏡片L4 和第五鏡片L5之間距離的取值范圍為49 53mm ；上述各部件沿光束入射方向的順序關(guān)系為耦合鏡組G1、第四鏡片L4、孔徑光闌、第五鏡片L5以及準(zhǔn)直鏡組G3，且所述各部件的中心在同一直線上；第四鏡片L4的后表面為平面，前表面的中心區(qū)域?yàn)殄冇懈叻茨R的凸面反射面， 前表面的外環(huán)邊緣區(qū)域?yàn)殄冇锌狗茨R的平面透射面；第四鏡片L4前表面的中心區(qū)域?yàn)橹睆降扔讦?的圓，其中5mm< Φ4< 8mm，第四鏡片上凸面反射面的曲率半徑的取值范圍為 12mm 18mm ；第五鏡片L5為彎月負(fù)透鏡，其厚度的取值范圍為8 15mm ；前表面為凹面，其曲率半徑的取值范圍為65 70mm，且前表面鍍有抗反膜AR ；后表面為凸面，其曲率半徑的取值范圍為80 88mm，后表面中心區(qū)域?yàn)殄冇锌狗茨R的透射面，外環(huán)邊緣區(qū)域?yàn)殄冇懈叻茨R的反射面；第五鏡片L5后表面中心區(qū)域?yàn)橹睆降扔讦?的圓，其中2mm< Φ5<20πιπι。本發(fā)明所述耦合鏡組Gl包括第一鏡片Li、第二鏡片L2以及第三鏡片L3，沿光束入射方向其順序關(guān)系為第一鏡片Li、第二鏡片L2以及第三鏡片L3，所述耦合鏡組Gl用于將入射光耦合至折反鏡組G2內(nèi)。本發(fā)明所述準(zhǔn)直鏡組G3包括第六鏡片L6和第七鏡片L7，沿光束入射方向其順序關(guān)系為第六鏡片L6和第七鏡片L7，所述準(zhǔn)直鏡組G3用于將折反鏡組G2出射的光束轉(zhuǎn)換成平行光束出射。有益效果第一、本發(fā)明在第四鏡片L4和第五鏡片L5之間采用折反式全球面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在反射面上分配較大的光焦度，大大降低了對(duì)激光器光源帶寬的要求，使得本發(fā)明與高數(shù)值孔徑光刻投影物鏡和波前像差傳感器配合使用，可實(shí)現(xiàn)高數(shù)值孔徑光刻投影物鏡波像差的檢測(cè)。第二、本發(fā)明第五鏡片L5外環(huán)邊緣區(qū)域?yàn)殄兏叻茨R的反射面，該高反膜分擔(dān)了系統(tǒng)的大部分光焦度，且使用負(fù)彎月形的第五鏡片L5—定程度校正了折射元件引入的色差，以實(shí)現(xiàn)寬的工作帶寬。第三、本發(fā)明準(zhǔn)直物鏡，光路在其內(nèi)部發(fā)生了多次折反，其可優(yōu)化的參量增多，因此提高了本發(fā)明準(zhǔn)直物鏡設(shè)計(jì)的自由度，提高校正像差的能力，特別是球差和彗差。第四、本發(fā)明第四鏡片L4的前表面中心區(qū)域的凸面反射面與第四鏡片L4是一個(gè)整體，也即在同一基材上制作，因此不需要特定的支撐結(jié)構(gòu)來(lái)支撐小凸面反射鏡，降低機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，同時(shí)不會(huì)引入由于支撐結(jié)構(gòu)引入的衍射問(wèn)題，提高光能利用率；通過(guò)引入準(zhǔn)直鏡組G3，可以適度增大第四鏡片和第五鏡片的曲率半徑之比，可以提高數(shù)值孔徑、減小遮攔比等。第五、本發(fā)明準(zhǔn)直物鏡共采用7片熔石英鏡片，鏡片數(shù)量少，均采用全球面設(shè)計(jì)， 無(wú)膠合件，大大降低的加工、制造、檢測(cè)的難度，同時(shí)降低加工成本。第六、本發(fā)明通過(guò)調(diào)整孔徑光闌位置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直物鏡的入瞳與投影物鏡的出瞳相匹配，使其可適用于對(duì)不同光刻機(jī)像差的檢測(cè)。


圖1為基于夏克哈特曼波前傳感器的像差檢測(cè)原理框圖；圖2為本發(fā)明準(zhǔn)直物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為工作波段為193nm準(zhǔn)直物鏡光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)；
圖4為工作波段為193nm準(zhǔn)直物鏡的光程差曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明設(shè)計(jì)原理本發(fā)明將khwarzschild系統(tǒng)改造成折反式結(jié)構(gòu)，利用具有折反射功能的第四鏡片L4和第五鏡片L5分別代替^Awarzschild系統(tǒng)中的兩個(gè)球心位置相同的球面主反射鏡和球面次反射鏡，利用光線在第四鏡片L4和第五鏡片L5之間多次折反， 獲取可以滿足對(duì)深紫外入射光、高數(shù)值孔徑投影光刻物鏡的像差進(jìn)行檢測(cè)的準(zhǔn)直物鏡。如圖2所示，本發(fā)明用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，包括耦合鏡組G1、 折反鏡組G2、準(zhǔn)直鏡組G3以及孔徑光闌；所述折反鏡組G2包括第四鏡片L4及第五鏡片L5， 第四鏡片L4和第五鏡片L5之間距離的取值范圍為49 53mm ；上述各部件沿光束入射方向的順序關(guān)系為耦合鏡組G1、第四鏡片L4、孔徑光闌、第五鏡片L5以及準(zhǔn)直鏡組G3，且所述各部件的中心在同一直線上。第四鏡片L4的后表面為平面，前表面的中心區(qū)域?yàn)殄冇懈叻茨R的凸面反射面， 前表面的外環(huán)邊緣區(qū)域?yàn)殄冇锌狗茨R的平面透射面；第四鏡片L4前表面的中心區(qū)域?yàn)橹睆降扔讦?的圓，其中5mm< Φ4< 8mm，第四鏡片上凸面反射面的曲率半徑的取值范圍為12mm 18mm。本發(fā)明較佳的選取第四鏡片中心區(qū)域的直徑Φ4為7. 1mm。第五鏡片L5為彎月負(fù)透鏡，其厚度的取值范圍為8 15mm ；前表面為凹面，其曲率半徑的取值范圍為65 70mm，且前表面鍍有抗反膜AR ；后表面為凸面，其曲率半徑的取值范圍為80 88mm，后表面中心區(qū)域?yàn)殄冇锌狗茨R的透射面，外環(huán)邊緣區(qū)域?yàn)殄冇懈叻茨R的反射面；第五鏡片L5后表面中心區(qū)域?yàn)橹睆降扔讦?的圓，其中2mm< Φ5<20πιπι。 本發(fā)明較佳的選取第五鏡片中心區(qū)域的直徑小5為18. 1mm。本發(fā)明中較佳地令第四鏡片L4上凸面反射面的曲率半徑為14. 677mm ；所述第五鏡片L5前表面凹面的曲率半徑為68. 030mm ；所述第五鏡片后表面凸面的曲率半徑為 84. 580mm。本發(fā)明耦合鏡片組Gl由第一鏡片Li、第二鏡片L2以及第三鏡片L3組成，其具有正光焦度，鏡片L1、L2和L3都是彎月負(fù)透鏡，曲率背向物面，該鏡組將物面發(fā)出的光束耦合進(jìn)入折反鏡組G2。折反鏡組G2中的第四鏡片L4和第五鏡片L5是具有折射和反射兩種功能的元件，耦合鏡片組Gl出射的光束進(jìn)入折反鏡組G2，先經(jīng)過(guò)第四鏡片L4折射，再經(jīng)第五鏡片L5的前表面折射后前表面反射前表面折射，會(huì)聚光束再經(jīng)過(guò)第四鏡片L4的后表面折射進(jìn)入L4后表面中心區(qū)域的凸面反射面，經(jīng)過(guò)該面反射后，再次經(jīng)過(guò)第四鏡片L4的后表面折射，在第四鏡片L4與第五鏡片L5之間形成一個(gè)中間實(shí)像，以便使準(zhǔn)直物鏡的出瞳滿足波前傳感器的探測(cè)要求；準(zhǔn)直鏡組G3由第六鏡片L6和第七鏡片L7組成，鏡片L6和L7皆為彎月正透鏡；準(zhǔn)直鏡組G3將中間像發(fā)出的發(fā)散光束準(zhǔn)直，并形成有限遠(yuǎn)的出瞳距離和特定大小的出瞳直徑，其中出瞳大小由波前像差傳感器的探測(cè)面積決定?？梢哉{(diào)整位于第四鏡片L4與第五鏡片L5中間的孔徑光闌，實(shí)現(xiàn)與前級(jí)投影物鏡的光瞳匹配。本發(fā)明各鏡片均采用康寧ArF級(jí)熔石英材料，折射率η = 1. 560380193. ^nm，折射率均勻性小于lppm，應(yīng)力雙折射小于lnm/cm。在設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，合理控制優(yōu)化第五鏡片L5和第四鏡片L4的曲率半徑來(lái)控制系統(tǒng)的中心遮攔比，滿足對(duì)準(zhǔn)直物鏡入瞳和出瞳的
5大小和位置的要求，同時(shí)考慮光學(xué)加工及檢測(cè)、鍍膜工藝、裝配制造等因素，如曲率半徑和通光口徑的比率、空氣間隔、元件的厚度、抗反膜和高反膜層之間過(guò)渡區(qū)域等，實(shí)現(xiàn)了一種便于加工制造的深紫外準(zhǔn)直物鏡。表1給出了本實(shí)施例的準(zhǔn)直物鏡的所有鏡片詳細(xì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中“序號(hào)”一欄表示鏡片編號(hào)、空氣間隔及特定表面；“半徑”及“全通光孔徑”分別給出每個(gè)光學(xué)鏡片的前后表面曲率半徑和前后表面的全通光口徑，單位為mm，其中曲率半徑值前面有負(fù)號(hào)，表示該表面的曲率中心位于頂點(diǎn)的左邊，反之，曲率半徑值前面為無(wú)負(fù)號(hào)，表該表面的曲率中心位于頂點(diǎn)的右邊；“厚度”一欄給出鏡片中心厚度或鏡片間的中心空氣間隔距離，單位為mm ；“材料”一欄表示光學(xué)鏡片的玻璃材料。其中，第一鏡片Li、第二鏡片L2、第三鏡片L3、第六鏡片L6和第七鏡片L7為透鏡；第四鏡片L4和第五鏡片L5為折反射鏡，第四鏡片L4的后表面及前表面外環(huán)邊緣為平面折射面，其前表面中心區(qū)域?yàn)榉瓷涿?，第二鏡片L2的后表面的中心區(qū)域?yàn)檎凵涿?，邊緣外環(huán)及后表面為折射面。表中各透鏡的具體參數(shù)在實(shí)際操作中，可做微調(diào)以滿足不同的系統(tǒng)參數(shù)要求。表1準(zhǔn)直物鏡實(shí)施例的結(jié)構(gòu)參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，其特征在于包括耦合鏡組G1、折反鏡組G2、準(zhǔn)直鏡組G3以及孔徑光闌；所述折反鏡組G2包括第四鏡片L4及第五鏡片L5， 第四鏡片L4和第五鏡片L5之間距離的取值范圍為49 53mm ；上述各部件沿光束入射方向的順序關(guān)系為耦合鏡組G1、第四鏡片L4、孔徑光闌、第五鏡片L5以及準(zhǔn)直鏡組G3，且所述各部件的中心在同一直線上；所述第四鏡片L4的后表面為平面，前表面的中心區(qū)域?yàn)殄冇懈叻茨R的凸面反射面， 前表面的外環(huán)邊緣區(qū)域?yàn)殄冇锌狗茨R的平面透射面；第四鏡片L4前表面的中心區(qū)域?yàn)橹睆降扔讦?的圓，其中5mm< Φ4< 8mm，第四鏡片上凸面反射面的曲率半徑的取值范圍為 12mm 18mm ；所述第五鏡片L5為彎月負(fù)透鏡，其厚度的取值范圍為8 15mm ；前表面為凹面，其曲率半徑的取值范圍為65 70mm，且前表面鍍有抗反膜AR ；后表面為凸面，其曲率半徑的取值范圍為80 88mm，后表面中心區(qū)域?yàn)殄冇锌狗茨R的透射面，外環(huán)邊緣區(qū)域?yàn)殄冇懈叻茨R的反射面；第五鏡片L5后表面中心區(qū)域?yàn)橹睆降扔讦?的圓，其中2mm< Φ5<20πιπι。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，其特征在于，所述耦合鏡組Gl包括第一鏡片Li、第二鏡片L2以及第三鏡片L3，沿光束入射方向其順序關(guān)系為第一鏡片Li、第二鏡片L2以及第三鏡片L3，所述耦合鏡組Gl用于將入射光耦合至折反鏡組G2內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，其特征在于，所述準(zhǔn)直鏡組G3包括第六鏡片L6和第七鏡片L7，沿光束入射方向其順序關(guān)系為第六鏡片L6 和第七鏡片L7，所述準(zhǔn)直鏡組G3用于將折反鏡組G2出射的光束轉(zhuǎn)換成平行光束出射。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，其特征在于，所述各鏡片的材料為熔石英。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，其特征在于，所述第四鏡片中心區(qū)域的直徑Φ4為7. Imm ；所述第五鏡片中心區(qū)域的直徑Φ5為18. 1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，其特征在于，所述第四鏡片L4上凸面反射面的曲率半徑為14. 677mm ；所述第五鏡片L5前表面凹面的曲率半徑為68. 030mm ；所述第五鏡片后表面凸面的曲率半徑為84. 580mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于深紫外波段的全球面折反式準(zhǔn)直物鏡，包括耦合鏡組G1、折反鏡組G2、準(zhǔn)直鏡組G3以及孔徑光闌；所述折反鏡組G2包括第四鏡片L4及第五鏡片L5，第四鏡片L4和第五鏡片L5之間距離的取值范圍為49～53mm；上述各部件沿光束入射方向的順序關(guān)系為耦合鏡組G1、第四鏡片L4、孔徑光闌、第五鏡片L5以及準(zhǔn)直鏡組G3，且所述各部件的中心在同一直線上。本發(fā)明在第四鏡片L4和第五鏡片L5之間采用折反式全球面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在反射面上分配較大的光焦度，大大降低了對(duì)激光器光源帶寬的要求，使得本發(fā)明與高數(shù)值孔徑光刻投影物鏡和波前像差傳感器配合使用，可實(shí)現(xiàn)高數(shù)值孔徑光刻投影物鏡波像差的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G02B1/00GK102436058SQ20111041749
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉曉林, 李艷秋 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)