CN102955235B - 一种大视场折反射投影光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种大视场折反射投影光学系统，沿光线传播方向依次经过第一光学镜片，第一透镜，第一反射镜，第二透镜，第三透镜；其中，所述第一光学镜片包含一透射部，及一反射部，且所述各光学元件在同一光轴上。本发明提出的一种i线一倍投影光学系统，能校正大视场范围内畸变、场曲、像散，并实现物像空间的双远心。在实现了NA0.1的数值孔径设计，满足实际的产品需求的同时，具有大的曝光视场，而且镜片数量减少到5片。

Description

一种大视场折反射投影光学系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及一种用于光刻装置的大视场折反射投影光学系统。

背景技术

LCD显示器，LED显示器等平板显示器FPD的制作，涉及与集成电路(IC)工业类似的制作工艺，把掩模板的图形通过曝光系统成像，使涂在基板上的光刻胶曝光，再处理已曝光的基板就得到电路图形，再使基板与其它部件集成，就能得到平板显示屏。

欧洲专利EP1959289介绍了一种大视场的折反射投影物镜，曝光光谱为ghi线设计，专利第一实施例由两片主反射和七片补偿副透镜构成，镜片的数量为9片。可以提供的最大视场为130mm，实施例的放大倍率都为1倍，数值孔径0.2。

综合上述背景技术，需要设计一种NA为0.1的一倍投影光刻物镜，像质和视场达到或接近背景专利，而结构设计则要用较少的镜片数量降低镜头成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提出一种既可以达到设计要求，同时使用的镜片数量更少，从而降低制造成本的投影光学系统。

本发明一种大视场折反射投影光学系统，所述光学系统包括第一光学镜片，第一透镜，第一反射镜，第二透镜，第三透镜；其中，所述第一光学镜片包含一透射部，及一反射部，且所述各光学元件在同一光轴上。

其中，所述光学系统沿光线传播方向依次经过第一光学镜片的所述反射部反射，进入第一透镜，经第一反射镜反射，反射回第一透镜，再次进入第一光学镜片，经过所述透射部透射，进入第二透镜和第三透镜。

其中，所述第一光学镜片的反射部包括一镀膜反射层。

其中，所述第一光学镜片的反射部面积不超过所述第一光学镜片面积的二分之一。

其中，孔径光阑设置在所述第一反射镜上。

其中，所述各光学元件的表面至少包括一非球面。

其中，所述第一反射镜为凹面反射镜。

其中，所述各光学元件的材料为氟化钙CAF₂。

本发明提出的一种i线一倍投影物镜，能校正大视场范围内畸变、场曲、像散，并实现物像空间的双远心。相对于以上背景技术，实现了NA0.1的数值孔径设计，满足实际的产品需求；不但曝光视场大于背景专利，而且镜片数量减少到5片。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为本发明大视场折反射投影光学系统结构示意图；

图2为本发明光学系统中第一光学镜片结构示意图；

图3为本发明光学系统曝光视场示意图；

图4为本发明光学系统像差曲线示意图；

图5为本发明光学系统光学传递函数图；

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明的一种大视场折反射投影光学系统，各参数如表1所示。

表1

工作波长	i line
		像方数值孔径NA	0.1
放大倍率	-1
		物距	183.74mm
像距	107.89mm

如图1所示，本发明的大视场折反射投影光学系统100沿光线传播方向依次经过第一光学镜片112反射，进入第一透镜114，经第一反射镜104反射，反射回第一透镜114，再次进入第一光学镜片112透射，进入第二透镜116和第三透镜118。其中，第一光学镜片112包括一反射部和一透射部共同构成。孔径光阑设置在第一反射镜104上。

光学折反射系统100中每个镜片都具有面向物平面方向的第一表面和面向像平面方向的第二表面。每一个透镜的第一表面用“a”标注，例如第一透镜114的第一个表面标注为114a；每一个透镜的第二表面用“b”标注，例如第一透镜114的第二个表面标注为114b。

第一光学镜片112的第一表面为112a，第二表面为112b，其中表面112b既包含透射部又包含反射部。具体的是表面112b的一半为反射部分，而另外一半的表面部分为透射部分，详细见图2。

光学折反射系统100被配置成将掩模图形从物平面102透过第一光学镜片112的第一表面112a；光线到达第二表面112b后被反射回去；再透过112a到达第一透镜114；依次透过第一透镜114的第二表面114b、第一表面114a；然后光线到达被设置为孔径光阑的第一反射镜104；从第一反射镜104反射回来的光线再依次透过114a、114b，再依次透过第一光学镜片112的第一表面112a和第二表面112b，进入第二透镜116的第一表面116a、第二表面116b后到达第三透镜118，然后在依次透过第三透镜118的第一表面118a、第二表面118b；最后被传送到像平面106。

表2出示了镜头数据，包括光学系统100中的每个折反射面的曲率半径等，如果镜片表面的曲率中心和光线的入射面在同一侧，则镜片表面的曲率半径为负，如果镜片表面的曲率中心和光线的入射面在不在同一侧，则镜片表面的曲率半径为正。

表2

光学系统100中光学镜片的一些表面为非球面设计，具体地，表面112a、114a、116b、118b是非球面，在表2中，表面类型为Asphere的非球面标识。表3中的非球面系数可以通过下面的方程进行描述：

$z=\frac{\left(\mathrm{curv}\right)y^2}{1+{(1-(1+K){\left(\mathrm{curv}\right)}^2{y}^2)}^{1/2}}+\left(A\right)y^4+\left(B\right)y^6+\left(C\right)y^8+\left(D\right)y^{10}$

其中，Z是非球面垂直于光轴的平面的距离，是离光轴的垂直距离y的函数，curv是镜片表面在顶点出的曲率，K是非球面二次曲面常数(conicconstant)，系数A、B、C、D为非球面系数。

表3

表面	112a	114a
			CC	0	0
C1	-8.65E-09	-1.61E-08
			C2	6.55E-14	-1.27E-12
C3	-2.86E-18	1.56E-15
			C4	4.73E-23	-8.47E-19
C5	0	0
			C6	0	0
C7	0	0
			C8	0	0
C9	0	0
			表面	116b	118b
CC	0	0
			C1	5.74E-08	-6.33E-08
C2	-3.61E-13	2.67E-12
			C3	1.16E-18	-5.53E-17
C4	1.82E-22	4.22E-22
			C5	0	0
C6	0	0
			C7	0	0
C8	0	0
			C9	0	0

表4为光学系统100能达到的性能，如表4所示，本实施例在比较大的视场和狭缝下像质校正情况较好，完全能满足FPD屏2.5um像元对成像的需求。

表4

图3为本发明大视场折反射投影光学系统曝光视场示意图，狭缝的宽度为10mm，扫描视场的宽度为149.3mm。其中狭缝的宽度决定了FPD屏的生产效率，因为狭缝的宽度越宽，生产同样的屏，步进曝光的次数就更少，所以每小时就能生产更多的FPD基板。根据FPD设备对光源系统的通常功率，最底限度是5mm的弓型宽度；而扫描视场的宽度F决定了所能生产的最大FPD屏的尺寸，弓型的曝光视场沿FPD屏的高度方向步进扫描曝光，PFD屏一般工业标准为16∶9(长宽比)，比如12寸的屏，指的就是对角线为12英寸，约为304.8mm，生产这样的屏，对扫描视场的宽度最低要求为149.3mm。

图4为本发明光学系统的像差特性曲线。

图5为本发明光学系统的光学传递函数，从图中可以看到，像质已经接近衍射极限。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种大视场折反射投影光学系统，其特征在于：

所述光学系统包括第一光学镜片，第一透镜，第一反射镜，第二透镜，第三透镜，且所述光学系统的各光学元件在同一光轴上；其中，所述第一光学镜片包含一透射部，及一反射部；所述第一光学镜片的中心线上半部分为所述反射部，下半部分为所述透射部；所述光学系统沿光线传播方向依次经过所述反射部反射，进入第一透镜，经第一反射镜反射，反射回第一透镜，再次进入第一光学镜片，经过所述透射部透射，进入第二透镜和第三透镜。

2.如权利要求1所述的大视场折反射投影光学系统，其特征在于：所述反射部的面积与透射部的面积相等。

3.如权利要求1或2所述的大视场折反射投影光学系统，其中，所述第一光学镜片的反射部包括一镀膜反射层。

4.如权利要求1所述的大视场折反射投影光学系统，其中，孔径光阑设置在所述第一反射镜上。

5.如权利要求1所述的大视场折反射投影光学系统，其中，所述各光学元件的表面至少包括一非球面。

6.如权利要求1所述的大视场折反射投影光学系统，其中，所述第一反射镜为凹面反射镜。

7.如权利要求1所述的大视场折反射投影光学系统，其中，所述各光学元件的材料为氟化钙CAF₂。