CN103926683B - 一种变焦光学系统 - Google Patents
一种变焦光学系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103926683B CN103926683B CN201410157886.0A CN201410157886A CN103926683B CN 103926683 B CN103926683 B CN 103926683B CN 201410157886 A CN201410157886 A CN 201410157886A CN 103926683 B CN103926683 B CN 103926683B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- group
- lenses
- optical axis
- zoom
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 64
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 9
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims abstract description 5
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000306 component Substances 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
本发明涉及一种变焦光学系统，尤其是用于光刻照明系统内的变焦光学系统，该变焦光学系统沿其光轴方向包括第一、第二、第三和第四共四个透镜组。其中第一镜透镜组L1为前固定组，具有正光焦度，第二透镜组L2为变倍组，具有正光焦度，第三透镜组L3为补偿组，具有负光焦度，第四透镜组L4为后固定组，具有正光焦度，其中第二透镜组L2和第三透镜组L3可沿光轴方向移动，改变系统的焦距，将入射的照明图形缩放后成像于光刻曝光系统的光瞳面。本发明的变焦系统所有的透镜均为球面透镜，能有效降低制造成本，降低镜片的加工、检测和装调难度；且系统内有一中间像面，可以调整系统像面得到的照明图形，使其形状、能量分布特性符合特定的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种变焦光学系统，尤其是用于光刻照明系统内的变焦光学系统。
背景技术
光学投影光刻是利用光学投影成像的原理，将掩膜上的集成电路(IC)图形以分步重复或步进扫描曝光的方式将高分辨率的图形转移到涂胶硅片上。随着IC集成度的不断提高，需要转移的图形线条尺寸也越来越细，这就对光刻性能提出了越来越高的要求。
为掩膜面提供均匀照明是光刻照明系统的主要功能，根据光刻机实际工作时不同的曝光要求，需要光刻照明系统提供不同形状，不同大小相干因子的照明光瞳，从而降低光刻工艺因子，提高整个光刻系统的分辨率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种全球面，具有中间像面的变焦光学系统，结构简单，易于制作，成像质量优良，能够方便的对输入的照明光瞳系统进行缩放以得到所需要的照明光瞳形状。
所述的变焦光学系统沿其光轴方向包括第一透镜组L1、第二透镜组L2、第三透镜组L3和第四透镜组L4，所述透镜单元均处于同一光轴，其特征在于：第一镜组L1为前固定组，具有正光焦度，第二透镜组L2为变倍组，具有正光焦度，第三透镜组L3为补偿组，具有负光焦度，第四透镜组L4为后固定组，具有正光焦度，其中变倍组L2和补偿组L3可沿光轴方向移动，改变变焦系统的焦距。
所述第一透镜组L1沿光轴方向依次包括第一正透镜、第二正透镜和第一负透镜。
在所述第一透镜组L1后、第二透镜组L2前的某一位置有一中间像面，在该中间像平面上能够调整变焦系统像面出射的光瞳形状和能量分布。
所述第二透镜组L2沿光轴方向依次包括第三正透镜和第四正透镜。
所述的第三正透镜和第四正透镜能够沿光轴方向移动，改变系统焦距。
所述第三透镜组L3由一片透镜组成，即第二负透镜。
所述的第二负透镜能够沿光轴方向移动，补偿由于第三正透镜和第四正透镜移动改变系统焦距时像面的移动，使在变焦过程中保持在光轴方向的同一位置。
所述第四透镜组L4由一片透镜组成，即第五正透镜。
所述变焦光学系统为像方远心光学系统，适用于深紫外照明光源，包括波长为157nm、193.3nm或248nm的光源。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
（1）本发明的变焦光学系统所有的透镜均为球面透镜，系统结构简单，能有效地降低制造成本，降低镜片的加工、检测和装调难度。
（2）本发明的移动组件，其运动轨迹简单，接近于线性，能够降低凸轮等机械装置与控制系统的制作难度。
（3）本发明的前固定组后有一中间像面，可以在此平面内调整系统像面得到的照明光瞳的能量分布，使其形状、能量分布特性符合特定的要求。
（4）本发明的后固定组与像面距离很长，可以在此加入一组可沿光轴方向移动的锥镜来配合变焦镜组，得到更加复杂的照明光瞳形状。
（5）本发明为像方远心光学系统，因此，即使放置于其像面的光学元件存在一定安装误差，也不会影响系统整体的性能。
附图说明
图1所示为本发明的一种变焦光学系统的结构示意图；
图2所示为本发明的变焦光学系统的变焦示意图；
图3所示为本发明的变焦光学系统长焦位置时的能量包围圆示意图；
图4所示为本发明的变焦光学系统长焦位置时的场曲与畸变示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。
图1为本发明的变焦光学系统布局示意图，共使用7片透镜，从光束入射方向依次包括第一透镜组L1、第二透镜组L2、第三透镜组L3和第四透镜组L4。第一透镜组L1具有正光焦度，第二透镜组L2具有正光焦度，第三透镜组L3具有负光焦度，第四透镜组L4具有正光焦度，像面8为光刻曝光系统的光瞳面，本发明的变焦系统还具有一个中间像面9，可以在此平面内调整系统像面得到的照明光瞳的能量分布，使其形状、能量分布特性符合特定的要求。
所述的第一透镜组L1为变焦系统的前固定组，由三片透镜组成，包括第一正透镜1，第二正透镜2和第一负透镜3。其主要作用是接收来自衍射光学元件（DOE）等照明系统部件所传递的入射光，并将其成像于变焦系统的中间像面9。
所述的第二透镜组L2为变焦系统的变倍组，由两片透镜组成，包括第三正透镜4和第四正透镜5。其通过调整第三正透镜4和第四正透镜5在系统光路中的相对位置，来调整系统的焦距，达到变焦的目的，是本发明变焦系统和核心部件。
所述的第三透镜组L3为变焦系统的补偿组，只由一片透镜组成，即第二负透镜6。其通过调整第二负透镜6在系统光路中的位置，配合第二透镜组L2，在变焦的过程中，补偿系统像面在光轴方向的位置变化，使得变焦系统在任何变焦位置其像面均能稳定于同一平面内。
所述的第四透镜组L4为变焦系统的后固定组，只由一片透镜组成，即第五正透镜7。其作用为将变倍组L2和补偿组L3变焦后的出射光聚焦成像于系统的像面8，并调整使得该出射光为远心光路。远心光路的优点在于即使放置于系统像面8的光学元件存在一定安装误差，也不会影响系统整体的性能。
所述变焦光学系统，其变焦过程如图2所示，通过移动第二透镜组L2中的第三正透镜4和第四正透镜5来改变系统的焦距，通过移动第三透镜组L3中的第二负透镜6来补偿系统像面的轴向移动。图2中从上至下的5幅图演示了所述变焦光学系统从短焦位置至长焦位置的变焦过程，在此过程中，第三正透镜4和第四正透镜5距离L不断减小，系统的焦距相应的不断增大，系统的像高h也不断增大，同时第二负透镜6也沿光轴前后移动较小的距离，补偿系统像面的轴向移动，使得变焦的全过程中像面8始终稳定在光轴的同一位置。图中的两条虚线分别为第三正透镜4和第四正透镜5在变焦过程中的运动轨迹，可以看到两片透镜的运动轨迹接近线性，利于动镜的结构设计和控制系统设计。
所述变焦光学系统，在第一透镜组L1后、第二透镜组L2前的某一位置有一中间像面9，在该中间像平面上可调整变焦系统像面出射的光瞳形状和能量分布（参见中国专利CN201110327838.8中所使用的方法）。
所述变焦光学系统，其第三透镜组L3与第四透镜组L4之间留有足够长的距离，可以在此加入一组可沿光轴方向移动的锥镜组来配合变焦系统，得到光刻照明系统所需的更加复杂的照明光瞳形状。
所述变焦光学系统，其所有的7片透镜均处于同一光轴，使用的都是熔石英光学材料。所有的透镜表面均为球面，其优点在于能有效地降低制造成本，降低镜片的加工、检测和装调难度。
下面表1列出了本发明的变焦光学系统各个表面的具体参数，表中的“序号”是从光线入射端开始排列，第一正透镜1的光束入射面为序号1，光束出射面为序号2，其它镜面序号以此类推；“曲率半径”分别给出每个波面所对应的球面半径，如果顶点的曲率中心位于顶点左边，则曲率半径为负，反之为正，如果某个表面顶点区域为平面，则将之曲率半径记为“∞”；“间距”给出相邻两个表面之间沿光轴的中心距离，如果两个表面属于同一块镜片，则间距表示该镜片的厚度。光学系统的具体参数如下：
表1本发明的变焦光学系统结构参数
在实际操作中，以上各透镜的具体参数，如曲率半径，透镜厚度，透镜间隔等，可做一定的调整以满足不同的系统参数要求。
对本实施例制作的用于光刻照明系统的变焦系统采用以下两种评价手段进行测评：
1、能量包围圆
照明系统对成像质量的要求不高，可以用能量包围圆来进行评价，图3为本实施例制作的变焦系统长焦位置的能量包围圆示意图，横坐标代表包围圆的半径，纵坐标代表包围圆内的归一化能量值。由图3可知，对于所有的视场，其包含90%能量的能量包围圆半径均不超过0.09mm，对于照明光学系统来说这样的成像质量完全能够满足要求。
2、像散、场曲与畸变
图4为本实施例制作的变焦系统长焦位置的场曲与畸变示意图，左侧是场曲示意图，横坐标代表不同视场像点偏离焦面的量，纵坐标是变焦系统视场角，虚线表示像点在弧矢面上的场曲大小，实线表示像点在子午面上的场曲大小，而虚线与实线的差值为像点的像散；右侧是畸变示意图，横坐标代表畸变量，纵坐标是变焦系统视场角。由图4可以看出，本实施例制作的变焦系统的场曲和像散控制在0.7mm以内，畸变小于0.1%。
总之，本发明的变焦系统所有的透镜均为球面透镜，能有效降低制造成本，降低镜片的加工、检测和装调难度；且系统内有一中间像面，可以调整系统像面得到的照明图形，使其形状、能量分布特性符合特定的要求。
Claims (8)
1.一种变焦光学系统，其特征在于：所述变焦光学系统为像方远心光学系统，沿系统的光轴方向依次包括第一透镜组L1、第二透镜组L2、第三透镜组L3和第四透镜组L4，各透镜组均处于同一光轴，所述第一透镜组L1为前固定组，具有正光焦度，第二透镜组L2为变倍组，具有正光焦度，第三透镜组L3为补偿组，具有负光焦度，第四透镜组L4为后固定组，具有正光焦度，其中第二透镜组L2和第三透镜组L3能够沿光轴方向移动，改变变焦系统的焦距，同时系统的像面保持在光轴方向同一位置；
所述第一透镜组L1沿光轴方向依次包括第一正透镜、第二正透镜和第一负透镜。
2.根据权利要求1所述的一种变焦光学系统，其特征在于：在所述第一透镜组L1后、第二透镜组L2前的某一位置有一中间像平面，在该中间像平面上能够调整变焦系统像面出射的光瞳形状和能量分布。
3.根据权利要求1所述的一种变焦光学系统，其特征在于：所述第二透镜组L2沿光轴方向依次包括第三正透镜和第四正透镜。
4.根据权利要求3所述的一种变焦光学系统，其特征在于：所述的第三正透镜和第四正透镜能够沿光轴方向移动，改变系统焦距。
5.根据权利要求1所述的一种变焦光学系统，其特征在于：所述第三透镜组L3由一片透镜组成，即第二负透镜。
6.根据权利要求5所述的一种变焦光学系统，其特征在于：所述的第二负透镜能够沿光轴方向移动，补偿由于第三正透镜和第四正透镜移动改变系统焦距时像面的移动，使在变焦过程中保持在光轴方向的同一位置。
7.根据权利要求1所述的一种变焦光学系统，其特征在于：所述第四透镜组L4由一片透镜组成，即第五正透镜。
8.根据权利要求1所述的一种变焦光学系统，其特征在于：所述变焦光学系统适用于深紫外照明光源，包括波长为157nm、193.3nm或248nm的光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410157886.0A CN103926683B (zh) | 2014-04-18 | 2014-04-18 | 一种变焦光学系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410157886.0A CN103926683B (zh) | 2014-04-18 | 2014-04-18 | 一种变焦光学系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103926683A CN103926683A (zh) | 2014-07-16 |
| CN103926683B true CN103926683B (zh) | 2016-05-18 |
Family
ID=51144962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410157886.0A Expired - Fee Related CN103926683B (zh) | 2014-04-18 | 2014-04-18 | 一种变焦光学系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103926683B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107144947B (zh) * | 2017-06-26 | 2019-11-26 | 吉林工程技术师范学院 | 非球面变焦系统及照明光学系统 |
| CN108037632B (zh) * | 2017-12-27 | 2020-09-25 | 海信视像科技股份有限公司 | 一种用于投影的激光照明装置、投影系统及其调节方法 |
| CN110246403B (zh) * | 2019-07-24 | 2021-06-18 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种电镜像散及消像散的演示装置及方法 |
| CN111158103B (zh) * | 2019-12-31 | 2022-08-02 | Oppo广东移动通信有限公司 | 变焦镜头、相机模组和电子装置 |
| CN112882214B (zh) * | 2021-01-21 | 2022-06-10 | 南京信息工程大学 | 一种可见光连续变焦望远光学系统 |
| CN114217425B (zh) * | 2021-12-21 | 2024-04-09 | 安徽国芯光刻技术有限公司 | 一种用于光刻机的倍率内调镜头 |
| CN114279690A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-05 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种用于微复眼透镜阵列元件测量的傅里叶变换物镜 |
| CN114754984A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-07-15 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 折反式光瞳光轴传感器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6243212B1 (en) * | 1999-07-30 | 2001-06-05 | Amarel Precision Instruments, Inc. | Telecentric zoom lens |
| CN103370647A (zh) * | 2010-12-17 | 2013-10-23 | 株式会社尼康 | 光学系统、成像装置及用于制造光学系统的方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09329746A (ja) * | 1996-06-12 | 1997-12-22 | Nikon Corp | 有限距離用ズームレンズ |
| JP4900297B2 (ja) * | 2008-03-26 | 2012-03-21 | カシオ計算機株式会社 | ズームレンズ及びプロジェクタ装置 |
-
2014
- 2014-04-18 CN CN201410157886.0A patent/CN103926683B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6243212B1 (en) * | 1999-07-30 | 2001-06-05 | Amarel Precision Instruments, Inc. | Telecentric zoom lens |
| CN103370647A (zh) * | 2010-12-17 | 2013-10-23 | 株式会社尼康 | 光学系统、成像装置及用于制造光学系统的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103926683A (zh) | 2014-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103926683B (zh) | 一种变焦光学系统 | |
| US9945988B2 (en) | Array-based camera lens system | |
| CN103499877B (zh) | 一种大数值孔径的投影光学系统 | |
| CN102789044B (zh) | 一种非球面变焦距光刻物镜系统 | |
| CN102998779B (zh) | 一种变焦距光刻物镜系统 | |
| CN103472574B (zh) | 共轭距可变的光刻投影物镜 | |
| CN103488061B (zh) | 极紫外光刻机中匹配多个物镜的照明系统调整与设计方法 | |
| US20020191169A1 (en) | Projection optical system and projection and light exposure apparatus using it | |
| CN102662307B (zh) | 一种高分辨率投影光学系统 | |
| CN103499876B (zh) | 一种大数值孔径的纯折射式投影光学系统 | |
| KR20210108457A (ko) | 리소그래피 투영 대물렌즈 | |
| CN101000409A (zh) | 一种可变倍率投影光学系统 | |
| CN100492175C (zh) | 一种投影光学系统 | |
| TW201743102A (zh) | 光學系統及其光學鏡頭 | |
| US6600550B1 (en) | Exposure apparatus, a photolithography method, and a device manufactured by the same | |
| CN101551523B (zh) | 相干成像系统 | |
| CN103353669B (zh) | 一种高数值孔径浸没投影物镜 | |
| KR100992302B1 (ko) | 광학계, 노광장치 및 디바이스 제조방법 | |
| CN103713379B (zh) | 一种大数值孔径的折反射的干式投影光学系统 | |
| KR20030052967A (ko) | 배율보정 광학계 및 투영 노광장치 | |
| EP1522896B1 (en) | Illumination optical system and exposure apparatus having the same | |
| CN104111518A (zh) | 一种大数值孔径的投影物镜光学系统 | |
| CN100526986C (zh) | 光学投影曝光设备 | |
| JP5360529B2 (ja) | 投影光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 | |
| CN102508353A (zh) | 高分辨率福布斯非球面光刻物镜 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160518 Termination date: 20210418 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |