CN1029533C - 偏振光成象1:1折反射式光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种偏振光成象1∶1折反射式光学系统。主要用于精细或超精细图形的照相复制。含有由偏振棱镜组构成的物象分离器件、消象差折射镜组和主反射镜三大部分，其中偏振棱镜组是由两个45°的直角棱镜以斜面胶合在一起的立方体，立方体内含有起偏器和检偏器，在主反射镜的反射面上置有λ/4波片膜。该发明的光学系统具有大面积可利用的工作视场，又具有没有杂光影响，象面对比度高的优点。
Description
本发明是利用偏振光成象的一种1∶1折反射式光学系统，主要用于精细或超精细图形照相复制，如用于制造大规模集成电路芯片的光刻机上。
已有技术：
1.中国科学院上海光学精密机械研究所发明人王之江发明的有象差校正的1∶1折反射式光学系统，专利申请号91107489.9，该系统由作为物象分离器件1的三角棱镜组、有弯月透镜组、象差校正板和平凸透镜构成的消象差折射镜组2以及主反射镜3构成。三角棱镜组胶合于消象差折射镜组2的平凸透镜的第一平面上，对于双三角棱镜，每个三角棱镜各占第一平面口径的一半，用来使物象分离，结构如图1所示，图中O表示物面，I表示象面。这种分离法的视场利用情况如图2所示，虽然这种系统的视场利用率比以前有所改善，但从图2中可以看出，还有相当一部分工作视场没有被利用。
2.发明人张雨东所著的《宽带准分子激光投影光刻研究》（上海光机所博士论文）。论文第三章中叙述了一种系统，该系统由一块半透半反分光棱镜4，消象差折射镜组2和主反射镜3构成。半透半反分光棱镜4胶合于消象差折射镜组2的平凸透镜的第一平面，占第一平面全口径，用来使物象分离。这样工作视场可以得到充分利用，视场使用情况如图4。系统图如图3所示，图中O表示物面，I表示象面。该系统存在以下缺点：杂散光严重，反射面a，b，c剩余反射会产生严重的返回杂光，通过棱镜4而到达象面，使象面杂散光严重，对比度不降，从而使成象分辨率降低，使这种系统不实用。
本发明的目的：
为了克服上述系统的不足，本发明提供一种新的光学系统，以偏振棱镜组作为物象分离器件，使该系统既具有大的可利用视场，又杂散光小，提高其像面对比度。
本发明的光学系统含有由偏振棱镜组5构成的物象分离器件1.由弯月透镜组、象差校正板和平凸透镜构成的消象差折射镜组2.λ/4波片膜6和主反射镜3。所说的偏振棱镜组5是用两个45°的直角棱镜A、B以两直角三角棱镜的斜面胶合而成一立方体，其斜面的胶合面上置有介质膜作为起偏器7，直角棱镜B正对象面的直角面B′置有与上述起偏器偏振方向成垂直方向的检偏器8。该偏振棱镜组5以直角平面D胶合于消象差折射镜组2中平凸透镜第一平面上，并占有第一面的全口径，用以分离物象，该系统的工作视场可以得到充分利用，视场利用情况同如图4。λ/4波片膜6镀在主反射镜3的反射面上，并且λ/4波片膜的光轴设置成与起偏器光轴成45°角。全部光学系统如图5所示，图中O仍表示物面，I仍表示象面。当物光线通过偏振棱镜组5后起偏成线偏振光线，再经主反射镜3反射时，也就通过了λ/4波片膜5。由于该光学系统中除消象差折射镜组2中校正板以外的光学元件是同曲率中心，而物面O设置于该曲率中心处，所以成象光线在主反射镜反射面的入射角和反射角是相等的，即使有点偏离也很小，属于正入射情况，所以当光线两次通过λ/4波片膜后，偏振方向改变了90°，当光线通过偏振棱镜组5反射时，成象光线的偏振方向与检偏器8的偏振方向一致，所以才能到达象面成象。由于物面O发生的光线起偏后，除到达主反射镜反射面的反射光束用于成象外，还有一小部分光束被e、f、h面反射，而形成杂光，但由于这些杂光
未经过λ/4波片膜6，所以这些光的偏振方向与检偏器8的偏振方向垂直，不能到达象面I，从而达到消除杂光，提高象面I的对比度的要求。
本发明的优点：
与已有技术1相比，在同样结构、尺寸大小相同的情况下，满足同样分辨率刻划要求时，视场利用面积扩大6倍。与已有技术2相比，本发明采用λ/4波片膜和起偏器检偏器的结构，光学系统消除了杂光的影响，提高了象面的对比度。
附图说明：
图1为有象差校正的1∶1折反射式光学系统示意图;
图2为有象差校正的1∶1折反射式光学系统的视场利用情况示意图，图中圆内表示整个视场，阴影部分表示被利用的视场;
图3为用棱镜分光的1∶1折反射式光学系统示意图;
图4为本发明光学系统和用棱镜分光的1∶1折反射式光学系统的工作视场利用情况示意图，图中圆内部分表示整个视场，阴影部分表示被利用的视场;
图5为本发明的光学系统示意图。
实施例：
根据象差理论，利用计算机辅助光学设计程序计算，改变部分光学元件的半径和间距，给出以下三个实施例。
实施例1：
序号 半径 间距 材料
1 物平面 2.00 空气
2 平面 44.00 CaF2
3 平面 21.00 CaF2
4 -55.00 10.00 熔石英
5 -161.33 2.00 空气
6 -140.00 98.50 熔石英
7 -165.00 546.70 空气
8 -730.00 -546.70 空气
9 -165.00 -98.50 熔石英
10 -140.00 -2.00 空气
11 -161.33 -10.00 熔石英
12 -55.00 -21.00 CaF2
13 平面 -44.00 CaF2
14 平面 -1.98 空气
15 象面
该实施例工作波长为308nm，数值孔径为0.4，用于光刻机上，刻线宽度为0.8μm，利用的工作视场为60×60mm2。表中序号按光线通过系统的顺序而定。
实施例2：
序号 半径 间距 材料
1 物平面 2.00 空气
2 平面 44.00 CaF2
3 平面 21.00 CaF2
4 -54.00 10.00 熔石英
5 -161.33 1.80 空气
6 -140.20 98.50 熔石英
7 -165.00 539.70 空气
8 -690.00 -539.70 空气
9 -165.00 -98.50 熔石英
10 -140.20 -1.80 空气
11 -161.33 -10.00 熔石英
12 -54.00 -21.00 CaF2
13 平面 -44.00 CaF2
14 平面 -2.04 空气
15 象面
该实施例工作波长为248mm，数值孔径为0.4，用于光刻机上，刻线宽度为0.8μm，利用的工作视场为65×65mm2。表中序号按光线通过系统的顺序而定。
实施例3：
序号 半径 间距 材料
1 物平面 2.00 空气
2 平面 44.00 CaF2
3 平面 21.00 CaF2
4 -55.00 10.00 熔石英
5 -162.00 2.20 空气
6 -140.00 98.50 熔石英
7 -165.00 -547.80 空气
8 -728.00 -547.80 空气
9 -165.00 -98.50 熔石英
10 -140.00 -2.20 空气
11 -162.00 -10.00 熔石英
12 -55.00 -21.00 CaF2
13 平面 -44.00 CaF2
14 平面 -2.10 空气
15 象面
该实施例工作波长为308nm，数值孔径为0.4，用于光刻机上，刻线宽度为0.8μm，利用的工作视场为60×60nm2。其中表中的序号按光线通过系统的顺序而定。
Claims (4)
1、一种偏振光成象1∶1折反射式光学系统，含有物象分离器件1、由弯月透镜组、象差校正板和平凸透镜构成的消象差折射镜组2和主反射镜3，其特征在于物象分离器件1是一偏振棱镜组5，它由两个45°的直角棱镜A、B以两直角三角棱镜的斜面胶合而成一立方体，其斜面的胶合面上有起偏器7，一直角棱镜B正对象面的直角面B′上置有与上述起偏器7方向成垂直方向的检偏器8，主反射镜3的反射面上有λ/4波长膜。
2、根据权利要求1所述的一种偏振光成象1∶1折反射式光学系统，其特征在于偏振棱镜组5以一直角平面D胶合于消象差折射镜组2中平凸透镜的第一平面上，并占有第一面的全口径。
3、根据权利要求1所述的一种偏振光成象1∶1折反射式光学系统，其特征在于偏振棱镜组5中起偏器7和检偏器8均由介质膜构成。
4、根据权利要求1所述的一种偏振光成象1∶1折反射式光学系统，其特征在于置于主反射镜3反射面上的λ/4波片膜的光轴与起偏器7的光轴成45°角。
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