CN102981255B - 一种大视场投影物镜 - Google Patents

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Abstract

本发明一种大视场投影物镜，其特征在于投影物镜光学系统沿物面依次包括：由第一凹面反射镜和第一凸面反射镜组成的第一折返光路，一前透镜组，一中间像面，一后透镜组，以及由第二凸面反射镜和第二凹面反射镜组成的第二折返光路。本发明实现了正1x放大倍率设计，满足了多个镜头成像视场的拼接需求。同时降低了对单个反射镜尺寸的需求，获得更大的曝光视场。

Description

一种大视场投影物镜
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种应用于半导体光刻装置的单倍放大倍率大视场投影物镜。
背景技术
目前在半导体或液晶平板(FPDs)加工领域，单个纯透射系统的最大视场，受高均匀性的玻璃材料尺寸的限制很难做大，折返射或全反射系统在这方面的优势凸现出来。而且多个此类折返射或全反射镜头的拼接组合，就可以实现更大的曝光视场。
美国专利US2004/0263429A1介绍了一种平板显示(FPDs)用投影物镜，主要由一片反射主镜(可分为两部分)，一片反射次镜构成。专利的一个实施例中还包含两块玻璃平板，可以形成环状视场高度大于550mm，宽度大于10mm，放大倍率为-1倍，且其中大部分光焦度由两片反射镜承担，其加工的难度主要体现在大尺寸反射主镜上，使用这种结构反射主镜的口径要接近环状视场高度的3倍，即使反射主镜分为两部分制造，其口径也达到环状视场高度的1.5倍左右。
上述背景专利视场的增大仅仅依赖于反射镜尺寸的增大，即受加工制造能力的限制较大。而且随着物面尺寸的不断增大，物面自身的重力变形不可忽视，必须加以校正。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投影物镜设计，降低对单个反射镜尺寸的需求，消除物面重力变形的影响，同时获得更大的曝光视场。
本发明一种大视场投影物镜，其特征在于投影物镜光学系统沿物面依次包括：由第一凹面反射镜和第一凸面反射镜组成的第一折返光路，一前透镜组，一中间像面，一后透镜组，以及由第二凸面反射镜和第二凹面反射镜组成的第二折返光路。
其中，所述投影物镜光学系统整体放大倍率为+1倍。
较优地，所述前透镜组和后透镜组相对所述中间像面对称设置，至少包含一个正透镜，一个负透镜。
其中，所述前、后透镜组中的正透镜使用高色散材料，负透镜使用低色散材料，所述高色散材料的阿贝数小于45的材料，所述低色散材料的阿贝数大于65的材料。
其中，通过改变所述前、后透镜组中正负透镜的间隔改变光学系统的放大倍率。
其中，所述凹面反射镜的口径大于凸面反射镜的口径。
其中，所述投影物镜形成视场的长边与短边的比小于10。
其中，所述光学系统中光学元件为共轴设置，或不共轴设置。
本发明实现了正1x放大倍率设计，满足了多个镜头成像视场的拼接需求。同时降低了对单个反射镜尺寸的需求，获得更大的曝光视场。
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为本发明投影物镜第一实施例光学系统结构图；
图2为本发明投影物镜第二实施例光学系统结构图；
图3为本发明投影物镜第三实施例光学系统结构图。
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。
实施例1
本发明投影物镜第一实施例光学系统10结构如图1所示。在这个实施例中，物面及像面与光路在同一个轴向上。光学系统10的各参数要求如表1所示。
表1
工作波长 ＠ghi line
像方数值孔径NA 0.17
放大倍率 +1
在本发明的第一实施例中，光学系统10沿光路，从物面开始依次经过一片透镜Ea，反射镜M11，反射镜M12，反射镜M11，透镜组G1后，产生中间像IMI。中间像处的放大倍率为-1倍。其后的光学系统与前部基本对称，包含透镜组G2，反射镜M13，反射镜M14，反射镜M13，透镜Eb。实施例的整体放大倍率为正1倍，孔径光阑位于反射镜M12处。本实施例至少包含两片凹面反射镜及两片凸面反射镜，具体为反射镜M11和M13为凹面反射镜，反射镜M12与M14为凸面反射镜。
透镜组G1和G2都包含一对正负透镜，改变正透镜与负透镜的间隔可以改变光学系统的放大倍率。此正负透镜为反常色散组合，即正透镜使用高色散材料，负透镜使用低色散材料，此处高色散玻璃指阿贝数小于45的材料。低色散玻璃指阿贝数大于65的材料。
表2为本实施例中投影物镜10的具体设计值，“STOP”表示孔径光阑AS，所有尺寸单位都是毫米。
表2
面序号 半径 厚度 i线折射率 注释
OBJECT 129.507
S1 -693.517 18.000 1.475 Ea
S2 -605.593 433.264 AIR
S3 -655.525 -322.218 AIR M11
S4 -333.148 322.218 AIR M12
S5 -655.525 -638.672 AIR M11
S6 -1120.211 -30.000 1.596
S7 1299.273 -14.792 AIR
S8 1249.003 -15.417 1.487
S9 -1063.440 -56.058 AIR
S10 -4488.550 -15.000 1.487 Ec
S11 INFINITY -65.620 AIR
S12 1063.440 -15.417 1.487
S13 -1249.003 -14.792 AIR
S14 -1299.273 -30.000 1.596
S15 1120.211 -596.562 AIR
S16 655.525 322.218 AIR M13
S17 333.148 -322.218 AIR M14
S18 655.525 433.264 AIR M13
S19 605.593 18.000 1.475 Eb
S20 693.517 129.507 AIR
IMAGE
实施例2
本发明投影物镜第二实施例光学系统20结构如图2所示。在这个实施例中，物面及像面与光路不在同一个轴向上，因此又增加了一对反射镜以改变光路的方向。
在本发明的第二实施例中，光学系统20沿光路，从物面开始依次经过一片反射镜Ma，反射镜M11，反射镜M12，反射镜M11，透镜组G1后，产生中间像IMI，。中间像处的放大倍率为-1倍。其后的光学系统与前部基本对称，包含透镜组G2，反射镜M13，反射镜M14，反射镜M13，反射镜Mb。实施例的整体放大倍率为正1倍，孔径光阑位于反射镜M12处，
本实施例包含四片凹面反射镜及两片凸面反射镜，具体为反射镜Ma、Mb、M11和M13为凹面反射镜，反射镜M12与M14为凸面反射镜。
透镜组G1和G2都包含一对正负透镜，改变正透镜与负透镜的间隔可以改变光学系统的放大倍率。此正负透镜为反常色散组合，即正透镜使用高色散材料，负透镜使用低色散材料，此处高色散玻璃指阿贝数小于45的材料。低色散玻璃指阿贝数大于65的材料。
表3为本实施例中投影物镜20的具体设计值，“STOP”表示孔径光阑AS，所有尺寸单位都是毫米。
表3
面序号 半径 厚度 i线折射率 注释
OBJECT 109.97
S1 -2046.979 414.952 AIR Ma
S2 -655.525 -322.218 AIR M11
S3 -333.148 322.218 AIR M12
S4 -655.525 -638.672 AIR M11
S5 -1120.211 -30 1.596
S6 1299.273 -14.792 AIR
S7 1249.003 -15.417 1.487
S8 -1063.44 -56.058 AIR
S9 -4488.55 -15 1.487 Ec
S10 INFINITY -65.62 AIR
S11 1063.44 -15.417 1.487
S12 -1249.003 -14.792 AIR
S13 -1299.273 -30 1.596
S14 1120.211 -596.562 AIR
S15 655.525 322.218 AIR M13
S16 333.148 -322.218 AIR M14
S17 655.525 433.264 AIR M13
S18 2046.979 109.97 AIR Mb
IMAGE
实施例3
本发明投影物镜第三实施例光学系统30结构如图3所示。在这个实施例中，物面及像面不在光学系统同侧。
在本发明的第三实施例中，光学系统30沿光路，从物面开始依次经过一片反射镜Ma，反射镜M11，反射镜M12，反射镜M11，透镜组G1后，产生中间像IMI。中间像处的放大倍率为-1倍。其后的光学系统与前部基本对称，包含透镜组G2，反射镜M13，反射镜M14，反射镜M13，反射镜Mb。本实施例中光学系统整体放大倍率为正1倍，孔径光阑位于反射镜M12处，本实施例至少包含四片凹面反射镜及两片凸面反射镜，具体为反射镜Ma、Mb、M11和M13为凹面反射镜，反射镜M12与M14为凸面反射镜。
透镜组G1和G2都包含一对正负透镜，改变正透镜与负透镜的间隔可以改变光学系统的放大倍率。此正负透镜为反常色散组合，即正透镜使用高色散材料，负透镜使用低色散材料，此处高色散玻璃指阿贝数小于45的材料。低色散玻璃指阿贝数大于65的材料。
实施例10和20的共光轴设计的优点是装调简单，但物面和像面的距离较近，装置布局受限。
而实施例30的优点则物面和像面的距离较远，装置的布局有更大空间。
上述三个实施例均可实现长200mm，宽50mm的离轴环形视场，控制长边与短边的长度比不大于10，可以减小照明视场均匀性控制的难度。
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 (6)

1.一种大视场投影物镜，投影物镜光学系统沿物面依次包括：由第一凹面反射镜和第一凸面反射镜组成的第一折返光路，一前透镜组，一中间像面，一后透镜组，以及由第二凸面反射镜和第二凹面反射镜组成的第二折返光路，所述前透镜组和后透镜组相对所述中间像面对称设置，其特征在于，
所述前透镜组至少包含一个正透镜、一个负透镜，所述后透镜组至少包含一个正透镜、一个负透镜，通过改变所述前、后透镜组中正负透镜的间隔改变光学系统的放大倍率。
2.根据权利要求1所述的大视场投影物镜，其特征在于所述投影物镜光学系统整体放大倍率为＋1倍。
3.根据权利要求1所述的大视场投影物镜，其特征在于所述前、后透镜组中的正透镜使用高色散材料，负透镜使用低色散材料，所述高色散材料的阿贝数小于45的材料，所述低色散材料的阿贝数大于65的材料。
4.根据权利要求1所述的大视场投影物镜，其特征在于所述凹面反射镜的口径大于凸面反射镜的口径。
5.根据权利要求1所述的大视场投影物镜，其特征在于所述投影物镜形成视场的长边与短边的比小于10。
6.根据权利要求1所述的大视场投影物镜，其特征在于所述光学系统中光学元件为共轴设置，或不共轴设置。
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