专利名称：一种投影物镜光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影物镜光学系统，尤其涉及一种具有大视场、1×放大倍率、宽光谱、物方视场与像方视场平行、折反式结构形式的投影物镜光学系统。
背景技术：
目前，投影式光刻技术已在亚微米级分辨率的集成电路(IC)制造中得到广泛使用。随着植金凸块(Gold-bumping)和其他硅片级IC封装技术的发展，对相应的低分辨率(如，几个微米)、大焦深以及高产率的投影光学系统的需求日益增加，投影式光刻技术也逐渐在该领域得到发展和应用。
本发明与美国专利US 6,879,383(以下简称“383专利”)具有相似的结构形式，同属于经典的Dyson-Wynne光学结构形式。
请参阅图1，图1为“383专利”的光学系统100的示意图。光学系统100是一个具有大视场(方形视场大小61.5mm×61.5mm或更大，或者矩形视场大小50mm×100mm或更大)、宽光谱(g，h，i汞灯光线，波长分别为436nm，405nm，365nm)、消色差、消像散的折反式投影光学系统，以1×放大倍率将掩模图案所成的像投影至基底(硅片)上。
光学系统100包含一个沿光轴A1的凹球面反射镜M，反射镜M带有一个孔径光阑AS2。反射镜M包含一个轴上的孔径AP，可引入光线，用于对准物像或观察物方(如掩模)。系统基本上相对于孔径光阑对称，因此可以消除彗差、畸变和横向色差。系统内所有的球面基本同轴。
光学系统100还包含一个远离反射镜M的视场校正透镜组G。透镜组G包含一个由面S3和面S4构成的正透镜L1，S3为平面，S4为凸面。透镜组G还包含与透镜L1相邻的负透镜L2和L3。透镜L2两表面为S5和S6，透镜L3两表面为S7和S8。负透镜L2和L3均为弯月形结构，S6和S8为凸面。与透镜组G相邻的一个棱镜PA具有两表面S1A和S2A，另一个棱镜PB具有两表面S1B和S2B。面S1A面向物面OP2，面S1B面向像面IP2。物面OP2和像面IP2分别距离面S1A和S1B一段工作距离WDA和WDB，且WDA＝WDB。棱镜PA和PB未包含在透镜组G中，这两个棱镜可以校正像差(包括色差)。
尽管“383专利”中描述的光学系统具有大视场、宽光谱、像质好等特点，但其物面和像面之间存在一定夹角，这种物面和像面的不平行性为整机设计带来了困难。因此需要设计一种光学系统，使之既能满足大视场、宽光谱和像质好的需求，也能保证物面与像面的平行性，从而降低整机设计的技术风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投影物镜光学系统，该系统能满足大视场、宽光谱、物像平行、成像质量好的要求，以1×放大倍率将掩模图案所成的像投影至硅片基底上。
本发明是通过以下技术方案实现的一种投影物镜光学系统，包括一个光轴；一个凹面球面反射镜；
一组具有正光焦度的透镜组，与球面反射镜间隔一定的距离；按照离反射镜从远到近的距离排列，包括一个第一平凸透镜，凸面朝向反射镜，平面背向反射镜；一个弯月形负透镜，与第一平凸透镜相邻，并间隔一段距离，具有凹面和凸面，其凹面朝向第一平凸透镜的凸面，其凸面朝向反射镜；一个正透镜，具有凹面和凸面，其凹面朝向相邻弯月形负透镜，凸面朝向反射镜；一个双凹负透镜，与正透镜间隔一段较大距离，其中一个凹面朝向正透镜，另一凹面朝向反射镜；一个第二平凸透镜，平面朝向双凹负透镜，凸面朝向反射镜；一对棱镜，每一个棱镜都具有相应的第一和第二平面，第二平面与第一平凸透镜的平面按照与光轴相反的方向紧密接触，而第一平面则分别朝向物方平面和像方平面；所述具有正光焦度的透镜组和一对棱镜提供对光谱中g，h，i三线波长的色差校正。
其中，所述光学系统必须至少具有一个大小为44mm×44mm的方形视场，且数值孔径为0.18或更大。
所述具有正光焦度的透镜组中的光学透镜的表面均为球面。
所述光学系统的物方平面与像方平面平行。
本发明的投影光学系统能在大视场、宽光谱的条件下，具有很好的成像质量，能达到较小的分辨率(最小可分辨2μm)，能得到大焦深，并保证物方平面与像方平面的平行性，有效降低整机设计的技术风险。
附图1为现有的光学系统示意图；附图2为本发明投影物镜光学系统示意图；附图3为本发明投影光学系统的视场区域示意图。
具体实施例方式
请参阅图2，图2为本发明投影光学系统200的示意图。这里所有附图仅为了说明原理，并未按实际尺寸绘制，某些尺寸有意夸张表示。
光学系统200包含一个光轴A2，一个凹球面反射镜M1，其凹面为12。系统孔径光阑AS1设置于凹球面反射镜M1处。
与凹球面反射镜M1相邻的是一个平凸透镜E5，与反射镜M1间隔一段距离。平凸透镜E5具有两个表面10和11，面11为凸面，面向球面反射镜M1的凹面。与平凸透镜E5相邻的是一个双凹负透镜E4，具有两个表面8和9，面9面向反射镜M1。正透镜E3与双凹负透镜E4间隔一段较大距离，E3具有两个表面6和7，面7为凸面，面6为凹面，凸面7朝向双凹负透镜E4。与正透镜E3相邻的是弯月形负透镜E2，具有两表面4和5，面5为凸面，面4为凹面，凸面5朝向正透镜E3。负透镜E2与正透镜E3之间间隔一段很小的距离。平凸透镜E1与负透镜E2相邻，间隔一段距离，两表面为2和3，面2为平面，面3为凸面，凸面3朝向负透镜E2。平凸透镜E1、负透镜E2、正透镜E3、双凹负透镜E4以及平凸透镜E5构成一组具有正光焦度的透镜组。
棱镜P1的表面A2与棱镜P2的表面B2与平凸透镜E1的平面2紧密接触，棱镜P1的面A1朝向物面OP，并与物面OP间隔一段距离WD1。棱镜P2的面B1朝向像面IP，并与像面IP间隔一段距离WD2。由于系统相对于孔径光阑对称，因此WD1与WD2相等。具有正光焦度的透镜组和棱镜P1与P2对于系统像差校正，包括对于光谱中g，h，i三线波长的色差校正，具有一定作用。并且光学系统的物方平面与像方平面平行。
本发明的投影光学系统具有很好的成像质量，其单色波像差(波长为365nm)小于44nm，能满足硅片级集成电路封装应用(如植金凸块光刻技术)，而不需要很高的分辨率。由于系统采用折反式Dyson-Wynne结构形式，本发明光学系统能很好的校正色差与像散，能基本消除彗差、畸变和横向色差。所有透镜及反射镜表面均为球面。
本发明是一种用于集成电路封装的光刻投影光学系统。
其特点描述如下1)大视场。这里的视场是指使方形成像区域44mm×44mm内成像质量满足系统要求所需要的成像范围。请参阅图3，图3为像方视场的示意图，图中半圆区域为像方视场范围，方形区域为硅片所处位置，半圆半径为像方高度。根据此图可计算得，光学系统的物方视场(物方高度与像方高度相等)需大于69.6mm。本发明投影光学系统的视场为72mm。
2)宽光谱。光源采用汞灯光线中的g，h，i三种谱线，其波长分别为436nm，405nm，365nm。
3)1×放大倍率。物方视场与像方视场大小相等。
4)物像平行。物方视场与像方视场平行，有利于整机设计。
5)折反式光学系统，Dyson-Wynne形式。
表1中所列的数据为光学系统一个具体实施例子的参数。由于光学系统具有对称性，表1中仅列出从物面OP到凹面反射镜M的参数值。
在表1中，一个正的半径值表示曲率中心在表面的右边，负的半径值则表示曲率中心在表面的左边。光学元件厚度或两个光学元件之间的间隔是到下一表面的轴上距离。所有的尺寸单位都是毫米。
在表1中，“S#”表示表面编号，“STOP”表示孔径光阑AS，“REFL”表示反射面。表面类型项中，“FLT”表示平面，“SPH”表示球面。半径项中，“INF”表示半径值为无穷大。“CC”表示凹面，“CX”表示凸面。
表1
表1中所述的光学系统，其光学材料均采用熔石英(Fused Silica)，且所有光学表面均为球面。光学系统数值孔径为0.18，视场高度为72mm，工作波长为g，h，i三线，波长值分别为436nm，405nm，365nm，适合宽光谱的紫外汞灯光源。
权利要求
1.一种投影物镜光学系统，其特征在于，所述光学系统包括一个光轴；一个凹面球面反射镜；一组具有正光焦度的透镜组，与球面反射镜间隔一定的距离；按照离反射镜从远到近的距离排列，包括一个第一平凸透镜，凸面朝向反射镜，平面背向反射镜；一个弯月形负透镜，与第一平凸透镜相邻，并间隔一段距离，具有凹面和凸面，其凹面朝向第一平凸透镜的凸面，其凸面朝向反射镜；一个正透镜，具有凹面和凸面，其凹面朝向相邻弯月形负透镜，凸面朝向反射镜；一个双凹负透镜，与正透镜间隔一段较大距离，其中一个凹面朝向正透镜，另一凹面朝向反射镜；一个第二平凸透镜，平面朝向双凹负透镜，凸面朝向反射镜；一对棱镜，每一个棱镜都具有相应的第一和第二平面，第二平面与第一平凸透镜的平面按照与光轴相反的方向紧密接触，而第一平面则分别朝向物方平面和像方平面；所述具有正光焦度的透镜组和一对棱镜提供对光谱中g，h，i三线波长的色差校正。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述光学系统必须至少具有一个大小为44mm×44mm的方形视场，且数值孔径为0.18或更大。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述具有正光焦度的透镜组中的光学透镜的表面均为球面。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述光学系统的物方平面与像方平面平行。
全文摘要
一种投影物镜光学系统，包括一个光轴；一个凹面球面反射镜；一组具有正光焦度的透镜组；一对棱镜，所述具有正光焦度的透镜组和一对棱镜提供对光谱中g，h，i三线波长的色差校正。本发明的投影光学系统能在大视场、宽光谱照明的条件下，具有很好的成像质量，能达到较小的分辨率(最小可分辨2μm)，能得到大焦深，并保证物方平面与像方平面的平行性，有效降低整机设计的技术风险。
文档编号G02B27/18GK1851526SQ20061002726
公开日2006年10月25日 申请日期2006年6月2日 优先权日2006年6月2日
发明者李铁军, 黄玲, 魏俊 申请人:上海微电子装备有限公司