專利名稱：一種投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種具有大視場、1×放大倍率、寬光譜、物方視場與像方視場平行、折反式結(jié)構(gòu)形式的投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，投影式光刻技術(shù)已在亞微米級分辨率的集成電路(IC)制造中得到廣泛使用。隨著植金凸塊(Gold-bumping)和其他硅片級IC封裝技術(shù)的發(fā)展，對相應(yīng)的低分辨率(如，幾個微米)、大焦深以及高產(chǎn)率的投影光學(xué)系統(tǒng)的需求日益增加，投影式光刻技術(shù)也逐漸在該領(lǐng)域得到發(fā)展和應(yīng)用。
本發(fā)明與美國專利US 6,879,383(以下簡稱“383專利”)具有相似的結(jié)構(gòu)形式，同屬于經(jīng)典的Dyson-Wynne光學(xué)結(jié)構(gòu)形式。
請參閱圖1，圖1為“383專利”的光學(xué)系統(tǒng)100的示意圖。光學(xué)系統(tǒng)100是一個具有大視場(方形視場大小61.5mm×61.5mm或更大，或者矩形視場大小50mm×100mm或更大)、寬光譜(g，h，i汞燈光線，波長分別為436nm，405nm，365nm)、消色差、消像散的折反式投影光學(xué)系統(tǒng)，以1×放大倍率將掩模圖案所成的像投影至基底(硅片)上。
光學(xué)系統(tǒng)100包含一個沿光軸A1的凹球面反射鏡M，反射鏡M帶有一個孔徑光闌AS2。反射鏡M包含一個軸上的孔徑AP，可引入光線，用于對準(zhǔn)物像或觀察物方(如掩模)。系統(tǒng)基本上相對于孔徑光闌對稱，因此可以消除彗差、畸變和橫向色差。系統(tǒng)內(nèi)所有的球面基本同軸。
光學(xué)系統(tǒng)100還包含一個遠離反射鏡M的視場校正透鏡組G。透鏡組G包含一個由面S3和面S4構(gòu)成的正透鏡L1，S3為平面，S4為凸面。透鏡組G還包含與透鏡L1相鄰的負透鏡L2和L3。透鏡L2兩表面為S5和S6，透鏡L3兩表面為S7和S8。負透鏡L2和L3均為彎月形結(jié)構(gòu)，S6和S8為凸面。與透鏡組G相鄰的一個棱鏡PA具有兩表面S1A和S2A，另一個棱鏡PB具有兩表面S1B和S2B。面S1A面向物面OP2，面S1B面向像面IP2。物面OP2和像面IP2分別距離面S1A和S1B一段工作距離WDA和WDB，且WDA＝WDB。棱鏡PA和PB未包含在透鏡組G中，這兩個棱鏡可以校正像差(包括色差)。
盡管“383專利”中描述的光學(xué)系統(tǒng)具有大視場、寬光譜、像質(zhì)好等特點，但其物面和像面之間存在一定夾角，這種物面和像面的不平行性為整機設(shè)計帶來了困難。因此需要設(shè)計一種光學(xué)系統(tǒng)，使之既能滿足大視場、寬光譜和像質(zhì)好的需求，也能保證物面與像面的平行性，從而降低整機設(shè)計的技術(shù)風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能滿足大視場、寬光譜、物像平行、成像質(zhì)量好的要求，以1×放大倍率將掩模圖案所成的像投影至硅片基底上。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括一個光軸；一個凹面球面反射鏡；
一組具有正光焦度的透鏡組，與球面反射鏡間隔一定的距離；按照離反射鏡從遠到近的距離排列，包括一個第一平凸透鏡，凸面朝向反射鏡，平面背向反射鏡；一個彎月形負透鏡，與第一平凸透鏡相鄰，并間隔一段距離，具有凹面和凸面，其凹面朝向第一平凸透鏡的凸面，其凸面朝向反射鏡；一個正透鏡，具有凹面和凸面，其凹面朝向相鄰彎月形負透鏡，凸面朝向反射鏡；一個雙凹負透鏡，與正透鏡間隔一段較大距離，其中一個凹面朝向正透鏡，另一凹面朝向反射鏡；一個第二平凸透鏡，平面朝向雙凹負透鏡，凸面朝向反射鏡；一對棱鏡，每一個棱鏡都具有相應(yīng)的第一和第二平面，第二平面與第一平凸透鏡的平面按照與光軸相反的方向緊密接觸，而第一平面則分別朝向物方平面和像方平面；所述具有正光焦度的透鏡組和一對棱鏡提供對光譜中g(shù)，h，i三線波長的色差校正。
其中，所述光學(xué)系統(tǒng)必須至少具有一個大小為44mm×44mm的方形視場，且數(shù)值孔徑為0.18或更大。
所述具有正光焦度的透鏡組中的光學(xué)透鏡的表面均為球面。
所述光學(xué)系統(tǒng)的物方平面與像方平面平行。
本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)能在大視場、寬光譜的條件下，具有很好的成像質(zhì)量，能達到較小的分辨率(最小可分辨2μm)，能得到大焦深，并保證物方平面與像方平面的平行性，有效降低整機設(shè)計的技術(shù)風(fēng)險。


附圖1為現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；附圖2為本發(fā)明投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)示意圖；附圖3為本發(fā)明投影光學(xué)系統(tǒng)的視場區(qū)域示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖2，圖2為本發(fā)明投影光學(xué)系統(tǒng)200的示意圖。這里所有附圖僅為了說明原理，并未按實際尺寸繪制，某些尺寸有意夸張表示。
光學(xué)系統(tǒng)200包含一個光軸A2，一個凹球面反射鏡M1，其凹面為12。系統(tǒng)孔徑光闌AS1設(shè)置于凹球面反射鏡M1處。
與凹球面反射鏡M1相鄰的是一個平凸透鏡E5，與反射鏡M1間隔一段距離。平凸透鏡E5具有兩個表面10和11，面11為凸面，面向球面反射鏡M1的凹面。與平凸透鏡E5相鄰的是一個雙凹負透鏡E4，具有兩個表面8和9，面9面向反射鏡M1。正透鏡E3與雙凹負透鏡E4間隔一段較大距離，E3具有兩個表面6和7，面7為凸面，面6為凹面，凸面7朝向雙凹負透鏡E4。與正透鏡E3相鄰的是彎月形負透鏡E2，具有兩表面4和5，面5為凸面，面4為凹面，凸面5朝向正透鏡E3。負透鏡E2與正透鏡E3之間間隔一段很小的距離。平凸透鏡E1與負透鏡E2相鄰，間隔一段距離，兩表面為2和3，面2為平面，面3為凸面，凸面3朝向負透鏡E2。平凸透鏡E1、負透鏡E2、正透鏡E3、雙凹負透鏡E4以及平凸透鏡E5構(gòu)成一組具有正光焦度的透鏡組。
棱鏡P1的表面A2與棱鏡P2的表面B2與平凸透鏡E1的平面2緊密接觸，棱鏡P1的面A1朝向物面OP，并與物面OP間隔一段距離WD1。棱鏡P2的面B1朝向像面IP，并與像面IP間隔一段距離WD2。由于系統(tǒng)相對于孔徑光闌對稱，因此WD1與WD2相等。具有正光焦度的透鏡組和棱鏡P1與P2對于系統(tǒng)像差校正，包括對于光譜中g(shù)，h，i三線波長的色差校正，具有一定作用。并且光學(xué)系統(tǒng)的物方平面與像方平面平行。
本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)具有很好的成像質(zhì)量，其單色波像差(波長為365nm)小于44nm，能滿足硅片級集成電路封裝應(yīng)用(如植金凸塊光刻技術(shù))，而不需要很高的分辨率。由于系統(tǒng)采用折反式Dyson-Wynne結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)能很好的校正色差與像散，能基本消除彗差、畸變和橫向色差。所有透鏡及反射鏡表面均為球面。
本發(fā)明是一種用于集成電路封裝的光刻投影光學(xué)系統(tǒng)。
其特點描述如下1)大視場。這里的視場是指使方形成像區(qū)域44mm×44mm內(nèi)成像質(zhì)量滿足系統(tǒng)要求所需要的成像范圍。請參閱圖3，圖3為像方視場的示意圖，圖中半圓區(qū)域為像方視場范圍，方形區(qū)域為硅片所處位置，半圓半徑為像方高度。根據(jù)此圖可計算得，光學(xué)系統(tǒng)的物方視場(物方高度與像方高度相等)需大于69.6mm。本發(fā)明投影光學(xué)系統(tǒng)的視場為72mm。
2)寬光譜。光源采用汞燈光線中的g，h，i三種譜線，其波長分別為436nm，405nm，365nm。
3)1×放大倍率。物方視場與像方視場大小相等。
4)物像平行。物方視場與像方視場平行，有利于整機設(shè)計。
5)折反式光學(xué)系統(tǒng)，Dyson-Wynne形式。
表1中所列的數(shù)據(jù)為光學(xué)系統(tǒng)一個具體實施例子的參數(shù)。由于光學(xué)系統(tǒng)具有對稱性，表1中僅列出從物面OP到凹面反射鏡M的參數(shù)值。
在表1中，一個正的半徑值表示曲率中心在表面的右邊，負的半徑值則表示曲率中心在表面的左邊。光學(xué)元件厚度或兩個光學(xué)元件之間的間隔是到下一表面的軸上距離。所有的尺寸單位都是毫米。
在表1中，“S#”表示表面編號，“STOP”表示孔徑光闌AS，“REFL”表示反射面。表面類型項中，“FLT”表示平面，“SPH”表示球面。半徑項中，“INF”表示半徑值為無窮大?！癈C”表示凹面，“CX”表示凸面。
表1


表1中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)材料均采用熔石英(Fused Silica)，且所有光學(xué)表面均為球面。光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑為0.18，視場高度為72mm，工作波長為g，h，i三線，波長值分別為436nm，405nm，365nm，適合寬光譜的紫外汞燈光源。
權(quán)利要求
1.一種投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)包括一個光軸；一個凹面球面反射鏡；一組具有正光焦度的透鏡組，與球面反射鏡間隔一定的距離；按照離反射鏡從遠到近的距離排列，包括一個第一平凸透鏡，凸面朝向反射鏡，平面背向反射鏡；一個彎月形負透鏡，與第一平凸透鏡相鄰，并間隔一段距離，具有凹面和凸面，其凹面朝向第一平凸透鏡的凸面，其凸面朝向反射鏡；一個正透鏡，具有凹面和凸面，其凹面朝向相鄰彎月形負透鏡，凸面朝向反射鏡；一個雙凹負透鏡，與正透鏡間隔一段較大距離，其中一個凹面朝向正透鏡，另一凹面朝向反射鏡；一個第二平凸透鏡，平面朝向雙凹負透鏡，凸面朝向反射鏡；一對棱鏡，每一個棱鏡都具有相應(yīng)的第一和第二平面，第二平面與第一平凸透鏡的平面按照與光軸相反的方向緊密接觸，而第一平面則分別朝向物方平面和像方平面；所述具有正光焦度的透鏡組和一對棱鏡提供對光譜中g(shù)，h，i三線波長的色差校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)必須至少具有一個大小為44mm×44mm的方形視場，且數(shù)值孔徑為0.18或更大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述具有正光焦度的透鏡組中的光學(xué)透鏡的表面均為球面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)的物方平面與像方平面平行。
全文摘要
一種投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括一個光軸；一個凹面球面反射鏡；一組具有正光焦度的透鏡組；一對棱鏡，所述具有正光焦度的透鏡組和一對棱鏡提供對光譜中g(shù)，h，i三線波長的色差校正。本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)能在大視場、寬光譜照明的條件下，具有很好的成像質(zhì)量，能達到較小的分辨率(最小可分辨2μm)，能得到大焦深，并保證物方平面與像方平面的平行性，有效降低整機設(shè)計的技術(shù)風(fēng)險。
文檔編號G02B27/18GK1851526SQ20061002726
公開日2006年10月25日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者李鐵軍, 黃玲, 魏俊 申請人:上海微電子裝備有限公司