CN103376539B - 一种折反射式投影物镜 - Google Patents

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本发明提出一种折反射式投影物镜，用于将投影物镜物平面上的图案成像到像平面上，包括前组透镜组，光阑和后组透镜组，其中，所述光阑设置在所述前组透镜和所述后组透镜之间，所述后组透镜组与所述前组透镜组同光轴；所述前组透镜组包括沿光轴依次排列的第一透镜组，反射镜组和第二透镜组；所述前透镜组包含一双高斯结构镜组，及两片厚透镜。本发明将投影物镜以光阑为分界点，对光阑以前部分和光阑以后部分分别进行优化，前组透镜组中包括一双高斯结构镜组，含有两片厚透镜，有效控制光阑像差尤其是像散和场曲，使物方远心得到有效控制；后组透镜包括三片非球面，用于平衡像差，一片厚透镜用于校正场曲，还包括一个校正平板，可以用于产生任意的非球面，用于在重抛后校正系统像差。整个投影物镜有效控制了远心对畸变的影响。同时在接近像面的位置采用两片非球面校正畸变，使物镜在有效焦深范围内的畸变可以得到有效控制。

Description

一种折反射式投影物镜
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种光刻曝光装置的折反射式投影物镜。
背景技术
随着集成电路器件集成度的不断提高，对光刻曝光系统分辨率的要求也越来越高，目前大NA、短波长的折反射式投影物镜已经成为前道步进扫描光刻机的主流。美国专利US2010172019如图1所示，提出一种折反射式“干式”投影物镜，采用折反式物镜设计，包括18片透镜和两片反射镜，所有透镜和反射镜均位于同一光轴上。整个系统分成三组P1、P2和P3，其中P1为正透镜组，包括7片透镜，采用类双高斯结构；P2为反射镜组，有两个凹面反射镜相对放置，可以代替正透镜产生正的光焦度，但不产生色差。IMI1为第一中间像点，有物面发出的光束经P1后成像在第一中间像点上，第一中间像点由反射镜组P2后会聚在第二中间像点IMI2上。P3为透镜组，包括10片镜片，6个非球面，光阑位于P3中间。其像方NA<1,用于波长〈260nm，如248nm或193nm波段，其优点在于采用同轴结构，所有镜片包括反射镜在同一光轴上，采用大量非球面镜片，既校正了像差，也减少了整个系统镜片总数，提高了系统透过率。同时有效控制了光束在各个镜片的入射高度，最大镜片口径和NA之比（Dmax/NA）小于240，整个系统结构非常紧凑。其缺点在于由于光阑的像差没有得到很好校正，使物方和像方存在一定的远心，畸变难以校正。
发明内容
本发明的目的在于提供一种折反射式投影物镜，用于将该投影物镜物平面上的图案成像到投影物镜的像平面上，使物镜在有效焦深范围内的畸变可以得到有效控制。
本发明提出一种折反射式投影物镜，用于将投影物镜物平面上的图案成像到像平面上，包括前组透镜组，光阑和后组透镜组，其中，所述光阑设置在所述前组透镜和所述后组透镜之间，所述后组透镜组与所述前组透镜组同光轴；所述前组透镜组包括沿光轴依次排列的第一透镜组，反射镜组和第二透镜组；所述前透镜组包含一双高斯结构镜组，及两片厚透镜。其中，所述第一透镜组具有正光焦度，含有两片厚透镜；所述第一透镜组采用双高斯结构，包括8片镜片，其中至少6片镜片含有非球面表面。
其中，所述反射镜组为正光焦度，由两片相对的凹面镜组成。
其中，所述两片反射镜同时满足远离光瞳位置，即各视场在此反射镜上的入射光束口径小于反射镜直径的20%。
其中，所述第二透镜组具有负光焦度，包括7片镜片，含有3个非球面表面。
其中，所述后组透镜组包含7片透镜，其中有3片为非球面镜。
其中，所述后组透镜组中第六片镜片为非球面镜。
其中，所述后组透镜组中靠近光阑的第二片镜片为一平板玻璃。
其中，所述投影物镜采用离轴视场，视场大小26mm*5.5mm，视场中心离开光轴的距离小于7.5mm。
本发明将投影物镜以光阑为分界点，对光阑以前部分和光阑以后部分分别进行优化，前组透镜组中包括一双高斯结构镜组，含有两片厚透镜，有效控制光阑像差尤其是像散和场曲，使物方远心得到有效控制；后组透镜包括三片非球面，用于平衡像差，一片厚透镜用于校正场曲，还包括一个校正平板，可以用于产生任意的非球面，用于在重抛后校正系统像差。整个投影物镜有效控制了远心对畸变的影响。同时在接近像面的位置采用两片非球面校正畸变，使物镜在有效焦深范围内的畸变可以得到有效控制。
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是现有投影物镜结构示意图；
图2是本发明投影物镜结构示意图。
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。
本发明折反射式投影物镜结构如图2所示，从物面发出的光束经第一透镜组汇聚在第一中间像点（IMA1）上，第一透镜组为双高斯结构，含有两块厚透镜，其直径和厚度的比值小于1.7，可以有效校正像散和场曲。第一中间像点发出的光束首先入射到反射镜R2上，经R2反射后近似平行光入射到反射镜R1上，经过反射镜R1的光束会聚在中间像点IMA2上。第一中间像点IMA1和第二中间像点IMA2位于反射镜R1和R2之间。由第二中间像点发出的光束经第二透镜组到达光阑，由于厚透镜的校正作用，前组透镜在光阑处的像散和场曲得到有效控制。光束通过光阑后到达后组，后组包括三片非球面镜片用于校正前组的高级像差，以及一片平板镜片，可以在重抛后校正整场像差。
本发明的折反射式投影物镜采用离轴视场，大小26mm*5.5mm，视场中心离开光轴的距离小于7.5mm。物镜以光阑为分界点可以分成两部分：前组透镜组和后组透镜组。前组透镜组包括第一透镜组，反射镜组和第二透镜组，沿光轴依次排列。前组的三个镜组位于同一光轴上，即第一透镜组，反射镜组和第二透镜组的光轴在同一直线上。后组透镜组包括7片镜片，与前组同轴。因此，整个折反式投影物镜为同轴结构，即所有光学元件采用同一光轴。前组透镜组光焦度分配按：正光焦度—正光焦度—负光焦度排列。第一透镜组为正光焦度，采用双高斯结构，包括8片镜片，其中6片含有非球面，可以很好的平衡像差并且具有紧凑的结构，第一透镜组中含有两片厚透镜用于校正像散和场曲。由物面发出的光束经第一透镜组折射后成像在第一中间像点上。由第一中间像点发出的光束入射在反射镜组上。反射镜组由两片相对的凹面镜组成，产生正光焦度，可以代替正透镜，其优点是不产生色差。反射镜组位于远离光瞳位置，所谓远离光瞳，是指各视场在此反射镜上的入射光束口径小于反射镜直径的20%，或者H=Hc/Hm>1,其中Hc为边缘视场主光线在反射镜上的入射高度，Hm为轴上视场的边缘光线在反射镜上的入射高度。透过第一中间像点的光束在经反射镜R2反射后接近平行光入射到反射镜R1上，反射镜R1、R2同时满足远离光瞳位置要求。反射镜R1和R2与第一透镜组和第二透镜组在一条公共光轴上。经过反射镜组的光束经第二透镜组到达光阑，第二透镜组为负光焦度镜组，包括7片镜片，含有3个非球面。由第一透镜组和反射镜组产生的正球差在第二透镜组得到了有效校正。同时，第一透镜组中包含的两块厚透镜可以对场曲和像散进行校正，因此前组透镜对光阑像差尤其是像散和场曲的影响很小，入射光瞳接近无穷远，因此整个物镜的物方远心得到了有效控制。光阑以后为后镜组，后镜组包含7片镜片，其中有3片为非球面，前两个非球面主要校正高级球差和彗差，第三个非球面位于接近像面的第6片透镜上，主要用于畸变的控制。接近光阑的第2片镜片为一平板玻璃，可用于测试后重抛进行像差补偿。整个后组系统的像散和场曲得到很好校正，像方远心可以得到有效控制。
本发明实施例数据见表1和表2。
表1实例1结构参数
曲率半径（mm） 间隔（mm） 材料 说明
Infinity 40.00 　 　
Infinity 15.00 SILICA_SPECIAL 　
Infinity 0.50 AIR 　
129.75 41.80 SILICA_SPECIAL 　
-2668.44 0.50 AIR 非球面1
106.80 20.61 SILICA_SPECIAL 　
140.17 11.03 AIR 非球面2
211.66 17.96 SILICA_SPECIAL 　
3098.46 52.72 AIR 　
260.75 42.46 SILICA_SPECIAL 非球面3
-108.30 1.86 AIR 　
-108.95 30.00 SILICA_SPECIAL 非球面4
204.68 7.44 AIR 　
1248.58 40.00 SILICA_SPECIAL 非球面5
-111.42 36.65 AIR 　
-218.86 20.42 SILICA_SPECIAL 非球面6
-218.15 5.27 AIR 　
15403.95 57.23 SILICA_SPECIAL 非球面7
-140.03 287.65 AIR 　
-225.06 -267.65 MIRROR 非球面8
215.89 378.24 MIRROR 非球面9
621.86 30.93 SILICA_SPECIAL 　
119.05 50.01 AIR 非球面10
380.34 15.00 SILICA_SPECIAL 　
178.33 8.89 AIR 　
217.70 57.48 SILICA_SPECIAL 　
-366.52 4.79 AIR 　
-540.38 18.00 SILICA_SPECIAL 非球面11
-361.95 0.10 AIR 　
495.64 22.00 SILICA_SPECIAL 　
223.60 16.64 AIR 非球面12
583.96 26.26 SILICA_SPECIAL 　
Infinity 3.00 AIR 　
Infinity 2.00 AIR 　
415.79 76.06 SILICA_SPECIAL 　
-237.82 0.66 AIR 　
Infinity 25.00 SILICA_SPECIAL 　
Infinity 1.00 AIR 　
542.78 56.41 SILICA_SPECIAL 　
-327.90 0.50 AIR 　
110.80 41.43 SILICA_SPECIAL 　
351.07 0.50 AIR 非球面13
114.50 42.02 SILICA_SPECIAL 　
3454.14 7.10 AIR 非球面14
1298.87 33.70 SILICA_SPECIAL 　
Infinity 1.26 AIR 　
Infinity 8.00 SILICA_SPECIAL 　
Infinity 2.53 AIR 　
像面 0.00 AIR 　
表2非球面系数
　 非球面1 非球面2 非球面3 非球面4 非球面5 非球面6 非球面7
K 　 　 　 　 　 　 -1.23E+00
A 9.79E-08 -1.18E-07 -2.60E-07 6.92E-08 -1.33E-08 -3.80E-08 -1.66E-08
B -1.09E-11 2.72E-11 -5.18E-12 9.02E-11 -1.77E-11 3.41E-12 -1.90E-12
C 1.28E-15 -3.03E-15 -1.40E-14 1.75E-14 1.63E-15 2.06E-17 1.46E-16
D -9.00E-20 5.26E-19 2.87E-17 -2.30E-17 -1.20E-19 7.23E-22 -7.01E-21
E -1.14E-23 -5.04E-23 -3.41E-20 3.64E-20 -5.63E-23 3.39E-24 1.87E-25
F 3.73E-27 2.70E-27 2.23E-23 -2.53E-23 0.00E+00 -6.55E-28 0.00E+00
G -3.76E-31 -5.37E-32 -8.14E-27 5.25E-27 0.00E+00 8.17E-32 0.00E+00
H 1.38E-35 1.45E-35 1.29E-30 6.83E-31 0.00E+00 -4.69E-36 0.00E+00
　 非球面8 非球面9 非球面10 非球面11 非球面12 非球面13 非球面14
K -1.09E+00 -3.36E-01 　 3.14E-02 　 　 　
A -3.86E-09 7.86E-10 -4.09E-08 -3.71E-08 3.24E-08 3.03E-08 4.89E-08
B -1.14E-14 1.69E-14 -2.02E-12 -1.65E-12 -7.03E-13 2.57E-12 3.22E-13
C 5.80E-18 -3.55E-19 -3.14E-16 4.80E-17 3.95E-17 -2.19E-17 1.74E-15
D -1.06E-21 1.20E-22 6.22E-20 -3.77E-21 -3.40E-21 4.15E-21 -5.95E-19
E 1.17E-25 -1.30E-26 -2.05E-23 1.03E-25 1.24E-26 -2.98E-24 1.66E-22
F -7.64E-30 8.55E-31 4.17E-27 0.00E+00 7.16E-30 5.94E-28 -2.91E-26
G 2.73E-34 -3.04E-35 -4.55E-31 0.00E+00 -3.95E-34 -1.06E-31 2.79E-30
H -4.07E-39 4.44E-40 2.08E-35 0.00E+00 1.27E-38 6.52E-36 -1.10E-34
注：非球面计算公式如下：
其中，z为非球面的表面矢高，c为表面中心曲率半径，h为到中心的距离。k为圆锥曲线系数，A,B,C,D,E,F,G,H,J分别为4次、6次、8次、10次、12次、14次、16次、18次和20次非球面系数。
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 (9)

1.一种折反射式投影物镜，用于将投影物镜物平面上的图案成像到像平面上，包括前组透镜组，光阑和后组透镜组，其中，所述光阑设置在所述前组透镜组和所述后组透镜组之间，所述后组透镜组与所述前组透镜组同光轴；所述前组透镜组包括沿光轴依次排列的第一透镜组，反射镜组和第二透镜组；所述前组透镜组包含一双高斯结构镜组，及两片厚透镜，所述两片厚透镜的直径和厚度的比值小于1.7。
2.如权利要求1所述的折反射式投影物镜，其中，所述第一透镜组具有正光焦度，含有所述两片厚透镜；所述第一透镜组采用双高斯结构，包括8片镜片，其中至少6片镜片含有非球面表面。
3.如权利要求1所述的折反射式投影物镜，其中，所述反射镜组具有正光焦度，由两片相对的凹面镜组成。
4.如权利要求3所述的折反射式投影物镜，其中，两片所述凹面镜同时满足远离光瞳位置，即各视场在所述凹面镜上的入射光束口径小于所述凹面镜直径的20%。
5.如权利要求1所述的折反射式投影物镜，其中，所述第二透镜组具有负光焦度，包括6片镜片，含有3个非球面表面。
6.如权利要求1所述的折反射式投影物镜，其中，所述后组透镜组包含7片镜片，其中有2片为非球面镜。
7.如权利要求6所述的折反射式投影物镜，其中，所述后组透镜组中第五片镜片为非球面镜。
8.如权利要求6所述的折反射式投影物镜，其中，所述后组透镜组中靠近光阑的第二片镜片为一平板玻璃。
9.如权利要求1所述的折反射式投影物镜，其中，所述投影物镜采用离轴视场，视场大小26mm*5.5mm，视场中心离开光轴的距离小于7.5mm。
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