專利名稱：1∶1折反射式光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于具有或無折射元件的反射面光學(xué)系統(tǒng)，特別是提供了一種放大倍率為1∶1的折反式光學(xué)系統(tǒng)，主要用于精細(xì)和超精細(xì)圖形的照相復(fù)制，特別是用于投影式光刻機(jī)上。
美國的赫希爾(R.S.Hershel)在“Optics in the model 900 Projection Stepper”，(發(fā)表在SPIE，Vol.174 P54)使用了維納-戴森(Wynne-Dyson)折反式光學(xué)系統(tǒng)。如

圖1所示，它包括兩個(gè)棱鏡3，透鏡4，透鏡5組成的雙膠合鏡，一個(gè)球面反射鏡6組成，系統(tǒng)中所有球面都幾乎同心，放大倍率為1∶1。當(dāng)系統(tǒng)中透鏡5的折射率高于透鏡4的折射率，并且折射率差值適當(dāng)時(shí)，修改透鏡的曲率半徑可以同時(shí)校正整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的球差和場(chǎng)曲，若透鏡5同時(shí)還有比透鏡4適當(dāng)高的色散，則系統(tǒng)的色差也能校正。在可見光光譜區(qū)，有許多光學(xué)玻璃可以選用，這兩個(gè)條件可以同時(shí)滿足，所以，這種光學(xué)系統(tǒng)的最大數(shù)值孔徑可以達(dá)到0.3，并有直徑為幾厘米的視場(chǎng)和很寬的工作光譜區(qū)(例如從390nm至450nm)。但在紫外光譜區(qū)，當(dāng)波長短于365nm時(shí)，可以使用的折射材料目前僅有熔石英，CaF2晶體，LiF晶體，BaF2晶體。折射率條件和色散條件都因材料限制而無法滿足，因而無法校正場(chǎng)曲和色差，系統(tǒng)只能在比可見光譜區(qū)小的視場(chǎng)(10×10mm2以下)和很窄的波長范圍內(nèi)(小于3 )工作。這種光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑無法增大，限制了系統(tǒng)分辨的提高。而且在＜365nm光譜區(qū)內(nèi)較好的工作光源是準(zhǔn)分子激光器，其輸出帶寬在3 以上(例如XeCl準(zhǔn)分子激光器，輸出光波長為308nm，帶寬10 )，因此激光器要采用注入鎖模或在激光腔內(nèi)加法布里干涉板等手段，使輸出激光帶寬變窄，才能做好這種光學(xué)系統(tǒng)的光源。這些手段一方面使光源系統(tǒng)變得復(fù)雜和昂貴，另一方面激光由于相干性好，做光源使用時(shí)有散斑問題，激光窄帶化使相干性更高，散斑也更嚴(yán)重，使得光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量劣化，降低了實(shí)際分辨率。
本發(fā)明的目的是提供一種新的光學(xué)系統(tǒng)，具有數(shù)值孔徑大，分辨率高的特點(diǎn)，而且在波長短于365nm的紫外光譜區(qū)，采用現(xiàn)有的材料，可獲得像質(zhì)好，視場(chǎng)等于或大于10×10mm2的結(jié)果。
本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)，包括由棱鏡的透鏡組成的折射鏡組，校正板，球面反射鏡構(gòu)成，所說的校正板的位置在所說的折射鏡組與球面反射鏡之間，校正板可以是透明的平行平板或至少有一個(gè)工作表面為球面的透明校正板。
校正板為平行平板時(shí)，如圖2所示，平等平板6置于由棱鏡3、8，透鏡4、5組成的折射鏡組與反射鏡7之間，當(dāng)平板厚度滿足下式S≈ (2n35×n42)/((n25-1)×n21) ［ (d2)/(n2) ×(1- (n21)/(n23) )+d1×(n21-2+ (n21)/(n22) )］式中S為平等平板厚度d1＝(d1′+d1″)/2d1′為物2到棱鏡8表面的距離d1″為像1到棱鏡3表面的距離n1為棱鏡3、8的折射率n2為折射鏡組中透鏡4的折射率ns為校正板折射率
d2為棱鏡展開厚度系統(tǒng)的球差被校正。由于折射鏡組的色差與平行平板的色差符號(hào)相反，數(shù)值相近，即使不專門校正色差，當(dāng)其他單色象差校正好之后，在波長短于365nm紫外光譜區(qū)，這種光學(xué)系統(tǒng)能在100 左右的光譜范圍內(nèi)自動(dòng)消色差。
當(dāng)校正板的工作表面至少有一面是球面時(shí)，如圖3、圖4所示，校正板結(jié)構(gòu)參數(shù)取數(shù)范圍為校正板沿光軸厚度S＝2.5mm-88mm校正板表面12的曲率ρ1＝(-0.46～0.57)/R2校正板表面13的曲率ρ2＝(-0.46～0.39)/R2其中ρ1＝1/r1，r1為校正板前表面12的半徑ρ2＝1/r2，r2為校正板后表面13的半徑R2為折射透鏡5表面11的半徑。
前面所說的兩種校正板，可以處在折射鏡組與反射鏡之間的任何位置，對(duì)校正結(jié)果沒有影響。所處的位置不同時(shí)，只是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)不同而已。
在采用校正板校正像差后，折射鏡組與反射鏡要校正的像差只有象散，當(dāng)透鏡4、透鏡5采用同一種材料時(shí)(即用單透鏡替代雙膠合透鏡)系統(tǒng)也能校正象散，使視場(chǎng)達(dá)到10×10mm2。若透鏡4、透鏡5采用不同的材料，則高級(jí)象散也能校正，這時(shí)系統(tǒng)的線視場(chǎng)要比采用同一種材料時(shí)大一倍左右。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑大于0.4，提高了系統(tǒng)的分辨率。(2)當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)的工作波長小于365nm時(shí)，采用現(xiàn)有材料，可以校正色差和象散，使光學(xué)系統(tǒng)具有1nm以上的工作帶寬和10×10mm2以上的工作視場(chǎng)?？梢杂迷跍?zhǔn)分子激光光源的投影光學(xué)系統(tǒng)，激光不必作窄帶化處理。(3)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。
圖1，為已有技術(shù)的維納-戴森光學(xué)系統(tǒng)圖。
圖2，為校正板是平行平板的1∶1折反射式光學(xué)系統(tǒng)圖。
圖3，為具有正曲率半徑板正板的1∶1折反射光學(xué)系統(tǒng)。
圖4，為具有負(fù)曲率半徑校正板的1∶1折反射式光學(xué)系統(tǒng)圖。
下面是本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1，校正板6為平行平板序號(hào)半徑間距材料1(物)平面(d1′)2.00空氣2平面(d2)31.44CaF2晶體3平面20.65CaF2晶體4-55.0110.00溶石英5-161.50.0空氣6平面(S)14.9溶石英7平面396.0空氣8-572.8-396.0空氣9平面(S)-14.9溶石英10平面0.0空氣11-161.5-110.0溶石英12-55.0-20.65CaF2晶體13平面(-d2)-31.44CaF2晶體14平面(-d1″)-2.02空氣15(像)平面其性能指標(biāo)為數(shù)值孔徑0.45視場(chǎng)直徑為53.1mm工作波長308nm工作帶寬10nm實(shí)施例2，校正板6參數(shù)為沿光軸厚度S＝2.5表面12曲率ρ1≈-0.46/R2表面13曲率ρ2≈-0.46/R2序號(hào)半徑間距材料1(物)平面2.00空氣2平面31.44CaF2晶體3平面20.65CaF2晶體4-55.0110.00溶石英5(R2)-161.50.0空氣6(r1)356.7(S)2.5溶石英7(r2)356.0416.2空氣8-582.0-416.2空氣9(r2)356.7(-S)-2.5溶石英10(r1)356.00.0空氣11(R2)-161.0-110.0溶石英12-55.0-20.65CaF2晶體13平面-31.44CaF2晶體14平面-1.98空氣15(像)平面其性能指標(biāo)為數(shù)值孔徑0.45視場(chǎng)直徑為53.1mm工作波長308nm工作帶寬334nm-296nm實(shí)施例3，校正板6參數(shù)為沿光軸厚度S＝88.1表面12曲率ρ1≈0.57/R2表面13曲率ρ2≈0.39/R2序號(hào)半徑間距材料1(物)平面2.00空氣2平面31.44CaF2晶體3平面20.65CaF2晶體4-55.0110.00溶石英5(R2)-164.30.0空氣6(r1)-288.6(S)88.1溶石英7(r2)-418.7498.5空氣8-740.0-498.5空氣9(r2)418.7(-S)-88.1溶石英10(r1)-288.60.0空氣11(R2)-164.3-110.0溶石英12-55.0-20.65CaF2晶體13平面-31.44CaF2晶體14平面-2.01空氣15(像)平面其性能參數(shù)為數(shù)值孔徑0.45視場(chǎng)直徑為53.1mm工作波長308nm工作帶寬1nm由于XeCl準(zhǔn)分子激光器輸出波長為308nm，輸出光的帶寬為10
(即1nm)，故這性能指標(biāo)已能滿足使用要求。
實(shí)施例4，校正板6有一面為平面，一面為球面。其中ρ1＝0.0序號(hào)半徑間距材料1(物)平面2.00空氣2平面31.44CaF2晶體3平面20.65CaF2晶體4-55.0110.00溶石英5(R2)-162.90.0空氣6(r1)平面(S)6.03溶石英7(r2)19295.0415.1空氣8-584.2-415.1空氣9(r2)19295.0(-S)-6.03溶石英10(r1)平面0.0空氣11(R2)-162.9-110.0溶石英12-55.0-20.65CaF2晶體13平面-31.44CaF2晶體14平面-2.03空氣15(像)平面其性能指標(biāo)為數(shù)值孔徑0.45視場(chǎng)直徑為53.1mm工作波長308nm工作帶寬334nm-297nm實(shí)施例5，校正板6的參數(shù)為沿光軸厚度S＝5.48表面12的曲率ρ1≈-0.017/R2表面13的曲率ρ2≈-0.025/R2序號(hào)半徑間距材料1(物)平面2.00空氣2平面31.44CaF2晶體3平面20.65CaF2晶體4-55.0110.00溶石英5(R2)-163.30.0空氣6(r1)9398.7(S)5.48溶石英7(r2)6563.7416.2空氣8-585.0-416.2空氣9(r2)6563.7(-S)-5.48溶石英10(r1)9398.70.0空氣11(R2)-163.3-110.0溶石英12-55.0-20.65CaF2晶體13平面-31.44CaF2晶體14平面-1.98空氣15(像)平面其性能指標(biāo)為數(shù)值孔徑0.45視場(chǎng)直徑為53.1mm工作波長308nm工作帶寬334nm-296nm實(shí)施例6，透鏡4和5采用相同材料，也就是透鏡4和5是一個(gè)單透鏡時(shí)，光學(xué)系數(shù)為序號(hào)半徑間距材料1(物)平面2.00空氣2平面31.44溶石英3平面130.65溶石英4(R2)-162.60.0空氣5(r1)1154.0(S)11.78溶石英6(r2)1105.0318.1空氣7-491.8-318.1空氣8(r2)1205.0(S)-11.78溶石英9(r1)1154.00.0空氣10(R2)-162.6-130.65溶石英11平面-31.44溶石英12平面-2.04空氣13(像)平面其性能指標(biāo)為數(shù)值孔徑0.45視場(chǎng)10×10mm工作波長308nm工作帶寬334nm-296nm
權(quán)利要求
1.用于精細(xì)和超精細(xì)圖形照相復(fù)制或光刻的11折反射式光學(xué)系統(tǒng)，包括一個(gè)球面反射鏡7、由棱鏡3、8，透鏡4、5組成的折射鏡組，其特征在于所說的球面反射鏡和折射鏡組之間還有校正板6。
2.按照權(quán)利要求1的折反射式光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所說的校正板6是一塊透明平等平板，其厚度S滿足下式S≈ (2n35×n42)/((n25-1)×n21) ［ (d2)/(n2) ×(1- (n21)/(n23) )+d1×(n21-2+ (n21)/(n22) )］式中S為平行平板厚度d1＝(d1′+d1″)/2d1′為物2到棱鏡8表面的距離d1″為像1到棱鏡3表面的距離n1為棱鏡折射率n2為透鏡4折射率d2為棱鏡展開厚度
3.按照權(quán)利要求1的折反射式光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所說的校正板是一塊其工作表面至少有一面是球面的透明校正板，它的參數(shù)為校正板沿光軸厚度S＝2.5mm-88mm校正板表面12的曲率ρ1＝(-0.46～0.57)/R2校正板表面13的曲率ρ2＝(-0.46～0.39)/R2其中ρ1＝1/r1，r1為校正板前表面12的半徑ρ2＝1/r2，r2為校正板后表面13的半徑R2為透鏡5表面11的半徑
4.按照權(quán)利要求1、2、3的折反射式光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所說的透鏡4、5是同一種材料制成的單透鏡。
5.按照權(quán)利要求1、2、3的折反射式光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所說的透鏡4、透鏡5是不同的材料制成的。
全文摘要
1∶1折反射式光學(xué)系統(tǒng)。它主要用于精細(xì)圖形的照相復(fù)制。包括一個(gè)由棱鏡和透鏡組成的折射鏡組，一個(gè)球面反射鏡，其特征是在折射鏡組與反射鏡之間還有一塊校正板。它具有數(shù)值孔徑大，分辨率高的特點(diǎn)。在波長短于365nm的光譜區(qū)，采用現(xiàn)有材料可以獲得很好的象質(zhì)和較大的視場(chǎng)。
文檔編號(hào)G02B17/08GK1039486SQ8910358
公開日1990年2月7日 申請(qǐng)日期1989年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月23日
發(fā)明者陳雨東 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所