CN103033915A

CN103033915A - 一种对称式折反射光学系统

Info

Publication number: CN103033915A
Application number: CN2011103031366A
Authority: CN
Inventors: 郭银章; 武珩; 徐涛
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2031-10-10
Also published as: CN103033915B

Abstract

本发明提出一种大视场的对称式折反射光学系统，用于光刻曝光系统，沿光线传播方向依次包括：物面；第一反射镜；第一透镜组；一光阑；第二透镜组；第二反射镜；像面；其中，所述各光学元件在同一光轴上，且光阑前、后的光学系统相对于光阑对称。本发明的大视场对称式折反射光学系统，是满足ghi三线，双远心对称式的1倍折反射式投影物镜，满足实际产品需求。同时由于采用对称式设计，垂轴像差，慧差，畸变，倍率色差将会很小；用于补偿的折射镜组位于两主反射镜中间的光阑附近，所以有效减小了折射元件的口径，折射元件的口径和视场的比值做到了将近1：2，从而有效地控制了成本和加工难度。

Description

一种对称式折反射光学系统

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对称式折反射光学系统。

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。

传统的制作FPD的方法，例如美国专利US5710619，US4769680是采用拼接成像的技术，虽然显示器的尺寸达到了18英寸，但成品率，产率和拼接相邻电路之间的对准问题使得生产出来的FPD成本很高。

在中国专利CN1577102A中，设计放大率1倍的用于42寸,54寸,60寸平板显示器FPD生产的光学系统，采用了折反射式结构，由包含第一反射镜，第二反射镜的主反射镜，和附反射镜，以及放在物方和像方的各一组折射校正单元组成，在此专利中用于补偿像差的折射校正单元是放到主反射镜和基板或掩模之间，并且像方是圆环弧型视场，此专利补偿折射单元镜片的口径将接近于视场的大小，比如要制作42寸的FPD，相当于视场525mm, 所以射单元镜片的口径将接近于525mm，折射校正单元透射和视场的比值约为1：1。但FPD自从1980年投产以来，对屏的尺寸要求越来越大， 42寸,54寸,60寸或更大尺寸，那么补偿折射单元的尺寸也要越来越大，但是这样的大尺寸的折射元件是难于加工的，且均匀性能满足需求的材料也难于寻找。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提出一种能够减小折射元件的尺寸，从而降低成本及加工难度的大视场对称式折反射光学系统。

本发明是一种视场较大，采用对称式折反射设计，用于光刻曝光系统，其特征在于沿光线传播方向依次包括：物面；第一反射镜；第一透镜组；一光阑；第二透镜组；第二反射镜；像面；其中，所述各光学元件在同一光轴上，且光阑前、后的光学系统相对于光阑对称。

其中，所述光学系统成像最大视场与所述透镜组的数值孔径之比大于1:1。

其中，所述第一反射镜和第二反射镜为凹面反射镜，且曲率半径相等。

其中，所述第一透镜组沿光线传播方向依次包括第一透镜，第二透镜，所述第二透镜组沿光线传播方向依次包括第三透镜，第四透镜，所述第一透镜为弯月透镜，所述第二透镜为正透镜，所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜为弯月透镜。

其中，所述第一透镜和第四透镜所用材料为PBL7Y，所述第二透镜和第三透镜所用材料为氟化钙CAF2。

其中，所述各光学元件的各光学表面是球面或非球面。

其中，所述光学系统形成环形视场的狭缝径向宽度不小于5mm。

其中，所述第一透镜组和第二透镜组中的透镜所用材料为氟化钙CAF2。

其中，所述光学系统放大倍率为1:1。

其中，所述光学系统的像方数值孔径为0.1。

本发明的大视场对称式折反射光学系统，是满足ghi三线，双远心对称式的1倍折反射式投影物镜，满足实际产品需求。同时相对于以上背景技术，由于采用对称式设计，垂轴像差，慧差，畸变，倍率色差接近零；用于补偿的折射镜组位于两主反射镜中间的光阑附近，所以有效减小了折射元件的口径，折射元件的口径和视场的比值做到了将近1：2，从而有效地控制了成本和加工难度。

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为本发明光学系统第一实施例结构示意图；

图2为本发明光学系统第二实施例结构示意图；

图3为本发明光学系统圆弧环状视场示意图；

图4为本发明光学系统圆弧环状视场扫描曝光示意图。

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

图1所示为本发明光学系统第一实施例结构示意图。在这个实施例中，光学系统100可以满足g、h、i三线，沿光线传播方向依次设置：将掩模图形从物平面102经过光学系统100传送到像平面106，光学系统100包括第一反射镜110，第一透镜组112，第二透镜组114和第二反射镜116。在此折反射镜组中，所有的反射镜和透射镜都关于光阑104中心对称，成像光学系统100能提供NA为0.1的数值孔径，成像质量和视场能满足32寸FPD屏的需求，物方、像方工作距离为821.4mm。

光学折反射系统100中补偿透镜组中各透镜都具有面向光线入射方向的第一表面和面向光线出射方向的第二表面，每一个透镜的第一表面用“a”标注，例如透镜118的第一个表面标注为118a。每一个透镜的第二表面用“b”标注，例如透镜118的第二个表面标注为118b。

第一透镜组112包括透镜118、120，透镜118的材料由PBL7Y构成，透镜120的材料由氟化钙Caf2构成；光学系统100中，透镜的中心厚度是沿轴上测量的，透镜118具有45mm的厚度，透镜120具有32.6mm厚度；两个镜片之间的间隔是沿轴线在两个镜片相对表面之间测量的。第一反射镜110与透镜118的间隔为202.5mm，透镜118与透镜120之间的间隔为37.9mm，透镜120与光阑面104之间的间隔为11.2mm。

第二透镜组114包括透镜124、126，透镜124的材料由氟化钙Caf2构成，透镜120的材料由PBL7Y构成；透镜124具有32.6mm的厚度，透镜126具有45mm厚度。光阑104与透镜124之间的间隔为11.2mm，透镜124与透镜126之间的间隔为37.9mm，透镜126与第二反射镜116的间隔为202.5mm。

表1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，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。在第一实施例的光学系统100中，镜片表面为全球面设计。

表 1

表面	表面类型	半径	厚度	材料
					102		infinity	821.4
110	Sphere	-667.35	-202.5
					118a	Sphere	-160.34	-45.0	BSL7Y_OHARA
118b	Sphere	-120.62	-37.9
					120a	Sphere	1251.75	-32.6	CAF2_SPECIAL
120b	Sphere	-212.93	-11.2
					104		infinity	-11.2
124a	Sphere	212.93	-32.6	CAF2_SPECIAL
					124b	Sphere	-1251.75	-37.9
126a	Sphere	120.62	-45.0	BSL7Y_OHARA
					126b	Sphere	160.34	-202.5
116	Sphere	667.35	821.4
					106		infinity	0.0

实施例2

图4所示为本发明光学系统第二实施例结构示意图。在这个实施例中，光学系统200在第一实施例100的基础上增加了非球面项，从而系统可设计成更大的视场，可以制作42英寸、47英寸、60英寸等尺寸的FPD屏，而且三阶、高阶像差也得到了很好的控制，所以具有更宽的狭缝宽度W，系统同样可以满足g、h、i三线曝光。

光学折反射系统200沿光线传播方向设置：将掩模图形从物平面202经过光学系统200传送到像平面206，光学系统200包括第一反射镜210，第一透镜组212，第二透镜组214和第二反射镜216。此折反射镜组中，所有的反射镜和透射镜都关于光阑204中心对称，成像光学系统200能提供NA为0.1的数值孔径，成像质量和视场完全能满足42英寸、47英寸、60英寸以及更大的FPD屏的需求，物方、像方工作距离为1201.96mm。

光学折反射系统200中透镜组中各透镜都具有面向光线入射方向的第一表面和面向光线出射方向的第二表面，每一个透镜的第一表面用“a”标注，例如透镜218的第一个表面标注为218a。每一个透镜的第二表面用“b”标注，例如透镜218的第二个表面标注为218b。

第一透镜组212包括透镜218、220，透镜218的材料由PBL7Y构成，透镜220的材料由氟化钙Caf2构成；光学系统200中，透镜的中心厚度是沿轴上测量的，透镜218具有59.18mm的厚度，透镜220具有57.85mm厚度；两个镜片之间的间隔是沿轴线在两个镜片相对表面之间测量的。第一反射镜210与透镜218的间隔为263.38mm,透镜218与透镜220之间的间隔为74.67mm，透镜220与光阑204之间的间隔为15.05mm。

第二透镜组214包括透镜224、226，透镜224由氟化钙Caf2构成，透镜220由PBL7Y构成；透镜224具有57.85mm的厚度，透镜226具有59.18mm厚度。光阑204与透镜224之间的间隔为15.05mm，透镜224与透镜226之间的间隔为74.67mm，透镜226与第二反射镜216的间隔为263.38mm。

表2A出示了镜头数据，包括光学系统200中的每个折反射面的曲率半径，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2A

表面	表面类型	半径	厚度	材料
					202	Sphere	infinity	1201.96
210	Asphere	-876.06	-263.38
					218a	Asphere	-187.33	-59.18	BSL7Y
218b	Sphere	-109.31	-74.67
					220a	Sphere	545.89	-57.85	CAF2
220b	Asphere	-1670.22	-15.05
					204	Sphere	infinity	-15.05
224a	Asphere	1670.22	-57.85	CAF2
					224b	Sphere	-545.89	-74.67
226a	Sphere	109.31	-59.18	BSL7Y
					226b	Asphere	187.33	-263.38
216	Asphere	876.06	1201.96
					206	Sphere	infinity	0.00

光学系统200中镜片的一些表面为非球面设计，具体地，表面210、218a、220b、224a、226b、216是非球面，其中表面210和表面216为非球面反射镜，其余表面为非球面透射镜，在表2A中，表面类型为Asphere的非球面标识。表2B中的非球面系数可以通过下面的方程进行描述：

Figure 2011103031366100002DEST_PATH_IMAGE001

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(conic constant)，系数A、B、C、D为非球面系数。

表2B

表面	210	218a	220b
				CC	0	0	0
C1	5.24057E-10	-1.75948E-08	6.49041E-09
				C2	-8.1994E-16	-7.11411E-13	2.73755E-12
C3	-3.0244E-21	3.65001E-17	5.75947E-17
				C4	7.54703E-27	-2.15423E-21	-3.01653E-20
C5	0	0	0
				C6	0	0	0
C7	0	0	0
				C8	0	0	0
C9	0	0	0
				表面	224a	226b	216
CC	0	0	0
				C1	-6.49041E-09	1.75948E-08	-5.24057E-10
C2	-2.73755E-12	7.11411E-13	8.1994E-16
				C3	-5.75947E-17	-3.65001E-17	3.0244E-21
C4	3.01653E-20	2.15423E-21	-7.54703E-27
				C5	0	0	0
C6	0	0	0
				C7	0	0	0
C8	0	0	0
				C9	0	0	0

图3和图4为本发明光学系统圆弧环状视场以及扫描曝光示意图。图3中，W是狭缝的宽度，F是扫描视场的宽度，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。如图4所示，L为FPD屏的宽度，M为FPD屏的宽度，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42寸的屏，指的就是对角线为42英寸，约为1066.8mm，生产这样的屏，对扫描视场的宽度最地要求为525mm。

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

1. 一种用于光刻曝光系统的对称式折反射光学系统，其特征在于沿光线传播方向依次包括：物面；一第一反射镜；一第一透镜组；一光阑；一第二透镜组；一第二反射镜；像面；其中，所述各光学元件在同一光轴上，且光阑前、后的光学系统相对于光阑的中心对称。

2.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统成像最大视场与所述透镜组的数值孔径之比大于1:1。

3.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一反射镜和第二反射镜为凹面反射镜，且曲率半径相等。

4.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一透镜组沿光线传播方向依次包括第一透镜，第二透镜，所述第二透镜组沿光线传播方向依次包括第三透镜，第四透镜，所述第一透镜为弯月透镜，所述第二透镜为正透镜，所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜为弯月透镜。

5.如权利要求4所述的光学系统，其中，所述第一透镜和第四透镜所用材料为PBL7Y，所述第二透镜和第三透镜所用材料为氟化钙CAF2。

6.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述各光学元件的各光学表面是球面或非球面。

7.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统形成环形视场的狭缝径向宽度不小于5mm。

8.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一透镜组和第二透镜组中的透镜所用材料为氟化钙CAF2。

9.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统放大倍率为1:1。

10.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统的像方数值孔径为0.1。