一种投影物镜的制作方法

专利名称：：一种投影物镜的制作方法
技术领域：
：本发明属于光学领域，涉及一种投影物镜，特别涉及一种折射式投影物镜。
背景技术：
：随着半导体芯片特征尺寸的不断减小，为了得到更加精细的结构，投影物镜所使用的波长在不断减少，目前使用的lOOnm节点及以下技术中，工作波长248nm、193nm被大量使用，同时投影物镜像方数值孔径也在不断增大。美国专利US2003/0147061中给出了几种投影物镜结构，均针对193nm波长设计，放大倍率0.25，像方数值孔径0.75，其中第八个实施例的结构，如图1所示，具有三个凸部和两个腰部，共由28片镜片组成。图中，A(R)为物面(掩模面)，B(W)为像面(硅片面)，AX为光轴，A(R)到B(W)距离(系统总长)为1370mm，整个系统分成前组GF和后组GR两部分，以光阑AS为分界。前组GF包含19块镜片L11L29，其中含有3个非球面表面ASP1、ASP2和ASP3，分别位于L20、L27和L28上，并包含一片氟化钙(CaF2)玻璃镜片L24;后组GR包含9块镜片L51L59,其中L51L53以及L56L58均为氟化钙玻璃镜片，且L52和L53镜片口径较大，半口径均超过了150mm。上述结构正负光焦度布局合理，便于初级球差、匹兹万(Petzval)场曲及色差的校正，其缺点在于系统总长过长，达到1370mm，使得系统透过率较低；结构凸部最大镜片半口径达到150mm以上，给加工带来4艮大难度，而且不利于像方数值孔径的扩大；同时采用了7片大口径的氟化钙玻璃镜片，不利于实际加工制造。
发明内容本发明的目的是提供一种投影物镜结构，采用较少数量的非球面表面和氟化钩玻璃镜片来实现场曲和畸变的校正，提供良好的〗象质。4本发明的另一个目的是提供一种结构紧凑、总长较短、口径较小的投影物镜结构，以提高系统透过率，降低加工难度。为达到上述目的，本发明提供了一种投影物镜，用于将物面的图案成像在像面上，所述投影物镜包括从物面一侧到像面一侧依次排列的第一透镜组，具有正光焦度，用于扩大入射光束口径，进行轴外像差校正，并同时校正匹兹万场曲；第二透镜组，具有负光焦度，包含一个非球面表面，用于校正场曲和畸变；第三透镜组，具有正光焦度，包含一片氟化钙玻璃镜片，用于校正色差；第四透镜组，具有负光焦度，包含两个非球面表面和一片氟化钙玻璃镜片，用于校正与光阑有关的像差；光阑.，用于限制所述投影物镜的最大通光孔径；第五透镜组，具有正光焦度，包含三片氟化钙玻璃镜片，用于平衡色差，以及两片厚透镜，用于校正像面场曲。所述投影物镜中，氟化钙玻璃镜片的最大半口径小于140mm。所述投影物镜由28片镜片组成，且所有镜片的半口径均小于145mm，具体的，所述'第一透镜组包括第一至第六镜片，其中，第一镜片为双凹负透镜，第五镜片为弯月形负透镜，其余四片镜片均为双凸正透镜；所述第二透镜组包括第七至第十镜片，其中，第七至第九镜片为双凹负透镜，第十镜片为弯月形负透镜，且所述第十镜片靠近物面的表面采用非球面；所述第三透镜组包括第十一至第十五镜片，其中，第十一和第十三镜片为弯月形正透镜，第十二、十四和十五镜片为双凸正透镜，且所述第十四镜片为氟化钙玻璃镜片，其半口径不超过135mm;所述第四透镜组包括第十六至第十九镜片，其中，第十六镜片为弯月形负透镜，第十七、十八镜片为双凹负透镜，第十九镜片为弯月形正透镜，所述第十七和第十九镜片靠近物面的表面为非球面，且所述第十九镜片为氟化钙玻璃镜'片；所述第五透镜组包括第二十至第二十八镜片，其中，第二十、二十一、二十三和二十八镜片为双凸正透镜，第二十四至二十六镜片为弯月形正透镜，第二十二镜片为弯月形负透镜，第二十七镜片为双凹负透镜，第二十四至二十六镜片为氟化钙玻璃镜片，第二十七和二十八镜片为厚透镜，用于校正像面场曲。较佳地，所述第一透镜组和第二透镜组的总长不超过334mm，镜片总数不超过10片，在整个投影物镜中所占比重不超过1/3。较佳地，所述投影物镜的总长为1300mm，且所述投影物镜采用双远心结构，4吏得物方和^象方的远心角均小于3mrad。本发明的投影物镜包括三个凸部和两个腰部，由五个透镜组构成，光焦度分配情况是正-负-正-负-正，光阑位于第四透镜组和第五透镜组之间，总共采用了3个非球面表面和5片氟化钙玻璃镜片，可有效校正场曲和畸变，得到较好的像质。通过调整正、负透镜组之间的光焦度分配，使得整个投影物镜结构紧凑，总长控制在1300mm以内，有效提高了系统透过率；通过减少氟化钙玻璃，特别是大口径氟化钙玻璃镜片的数量，同时控制镜片的最大半口径，可大大降低加工难度，便于实际加工制造。-图1为专利US2003/0147016中第八实施例的投影物镜结构示意图。图2为本发明较佳实施例的投影物镜的结构示意图。图3为采用本发明较佳实施例的投影物镜获得的场曲和畸变曲线图。具体实施'方式以下通过具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实施例加以实施或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。如图2所示，本发明一较佳实施例提供了一种工作在193nm波长的折射式投影物镜(以下也简称"系统")，用于将物面(掩模面)的图案成像在像面(硅片面)上，其具有三个凸部和两个腰部，由28片光学镜片组成，从物面一侧到像面一侧依次标记为L1L28，该28片光学镜片根据光焦度分配情况被分成G1G5五组，其光焦度呈正-负-正-负-正分布，系统总长不超过1300mm，最大镜片半口径不超过145mm，适用于193nm工作波长，像方数值孔径0.75，放大倍率0.25,像面大小28mm。下面对本实施例的投影物镜的具体结构进行详细描述。，第一透镜组Gl具有正光焦度，包括6片镜片L1L6，其中，第一镜片Ll为双凹负透镜，第五镜片L5为弯月形负透镜(凸面朝向物面)，其余四个镜片L2L4、L6均为双凸正透镜。第一镜片Ll采用负透镜的目的在于扩大入射光束口径，便于轴外像差校正；第五镜片L5可提供相当数量的正球差以平衡正透镜亏I起的初级球差，同时校正Petzval场曲。第二透镜组G2具有负光焦度，包括4片镜片L7L10，其中，L7L9为双凹负透镜，第十镜片L10为弯月形负透镜，其前表面(靠近物面的表面)采用非球面ASP-1，用于校正轴外高级像差。较佳的，第一透镜组G1和第二透镜组G2的总长不超过334mm，镜片总数不超过10片，在整个系统中所占比重不超过1/3,如此设计的目的是一方面保证系统的紧凑，另一方面控制前两组结构使之不会引入过量的轴外像差。本实施例中，Gl、G2的总长为334mm，镜片总数为10片，在整个系统中所占的比重没有超过1/3。第三透镜组G3具有正光焦度，包括5片镜片L11L15，其中，L11和L13为弯月形正透镜，L12、L14和L15为双凸正透镜。由于第三透镜组G3位于第二个凸部，承担了较多的正光焦度，因此镜片口径较大，为了降低加工难度，扩大像方数值孔径，在设计中需要控制镜片的口径在一定范围内(例如小于140mm)，以满足加工需求。在第三透镜组G3中，L14位于较大凸起位置，且为了校正色差而采用了氟化钙玻璃，为了适当降低加工难度，本实施例中设定L14的半'口径不超过135mm。第四透镜组G4具有负光焦度，包括4片镜片L16L19，其中，L16为弯月形负透镜，L17、L18为双凹负透镜，L19为弯月形正透镜，采用氟化钙玻璃材质。由于第四透镜组G4接近光阑Stop位置(位于第四、第五镜組之间)，因此在L17和L19的前表面都采用了非球面ASP-2、ASP-3，主要用于校正与光阑有关的像差。光阑Stop位于第四透镜组G4和第五透镜组G5之间，可以有效限制系统，特别是G5的最大通光孔径，使镜片的大小满足实际加工需求。第五透镜组G5具有正光焦度，这是承担光焦度最多，镜片数量也最多的一组，共有9片镜片L20L28,其中，L20、L21、L23和L28为双凸正透镜，L24L267为弯月形正透镜，采用氟化钩玻璃材质，仅L22和L27为负透镜，分别是弯月形负透镜和双凹负透镜，这两片具有负光焦度的镜片L22和L27主要用于平衡正透镜产生的初级球差，三块氟化钙玻璃镜片L24-L26用于平衡因承担较多的光焦度而产生的色差，最后两片镜片L27和L28为厚透镜，用于校正像面场曲。此外，本发明的投影物镜系统还采用了双远心结构，使得物方和像方的远心角均小于3mrad。如下表1是本发明一较佳实施例的投影物镜中各个镜片的设计参数，其中记载了每.一片镜片的材料、前后表面的曲率半径和半口径，以及镜片厚度或者相邻两个镜片表面的间隔距离，从表中可以看出，该投影物镜的系统总长为1294.266mm,不超过1300mm;最大镜片半口径为139.295mm，不超过145mm。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>系统k正后的场曲和畸变如图3所示，可以看出系统的正负光焦度分配合理，场曲和畸变校正的很好，场曲小于56nm，像散小于70nm,畸变在0.001%以内，基本消除了畸变的影响，提供了良好的像质。上述实施例所提供的系统共包括3个非球面表面和5片氟化钙玻璃镜片，与图1所示的现有结构相比，在达到同样的场曲和畸变校正效果的前提下，不仅氟化钓玻璃镜片数量减少了，而且系统总长及最大镜片半口径都有所减小，既有利于提高系统透过率，扩大像方数值孔径，也使得整个系统结构紧凑，便于加工。上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与变化。因此，本发明的权利保护范围，应以权利要求书的范围为依据。权利要求1、一种投影物镜，用于将物面的图案成像在像面上，其特征在于，包括从物面一侧到像面一侧依次排列的第一透镜组，具有正光焦度，用于扩大入射光束口径，进行轴外像差校正，并同时校正匹兹万场曲；第二透镜组，具有负光焦度，包含一个非球面表面，用于校正场曲和畸变；第三透镜组，具有正光焦度，包含一片氟化钙玻璃镜片，用于校正色差；第四透镜组，具有负光焦度，包含两个非球面表面和一片氟化钙玻璃镜片，用于校正与光阑有关的像差；光阑，用于限制所述投影物镜的最大通光孔径；第五透镜组，具有正光焦度，包含三片氟化钙玻璃镜片，用于平衡色差，以及两片厚透镜，用于校正像面场曲。2、如权利要求l所述的投影物镜，其特征在于，所述投影物镜中，氟化钙玻璃镜片的最大半口径小于140mm。3、如权利要求l所述的投影物镜，其特征在于，所述投影物镜由28片镜片组成，且所有镜片的半口径均小于145mm。4、如权利要求3所述的投影物镜，其特征在于，所述第一透镜组包括第一至第六镜.片，其中，第一镜片为双凹负透镜，第五镜片为弯月形负透镜，其余四片镜片均为双凸正透镜。5、如权利要求3所述的投影物镜，其特征在于，所述第二透镜组包括第七至第十镜片，其中，第七至第九镜片为双凹负透镜，第十镜片为弯月形负透镜。6、如权利要求5所述的投影物镜，其特征在于，所述第十镜片靠近物面的表面采用'非球面。7、如权利要求3所述的投影物镜，其特征在于，所述第三透镜组包括第十一至第十五镜片，其中，第十一和第十三镜片为弯月形正透镜，第十二、十四和十五镜片为双凸正透镜。8、如权利要求7所述的投影物镜，其特征在于，所述第十四镜片为氟化钙玻璃镜片，其半口径不超过135mm。，用于扩大入射光束口径，进行轴外像差校正,，包含一个非球面表面，用于校正场曲和畸变;，包含一片氟化钙玻璃^;片，用于校正色差；，包含两个非球面表面和一片氟化钙玻璃镜片，9、如权利要求3所述的投影物镜，其特征在于，所述第四透镜组包括第十六至第十九镜片，其中，第十六镜片为弯月形负透镜，第十七、十八镜片为双凹负透镜'，第十九镜片为弯月形正透镜。10、如权利要求9所述的投影物镜，其特征在于，所述第十七和第十九镜片靠近物面的表面为非球面，且所述第十九镜片为氟化钙玻璃镜片。11、如权利要求3所述的投影物镜，其特征在于，所述第五透镜组包括第二十至第二.十八镜片，其中，第二十、二十一、二十三和二十八镜片为双凸正透镜，第二十四至二十六镜片为弯月形正透镜，第二十二镜片为弯月形负透镜，第二十七镜片为双凹负透4竟。12、如权利要求ll所述的投影物镜，其特征在于，第二十四至二十六镜片为氟化钙玻璃镜片。13、如权利要求ll所述的投影物镜，其特征在于，第二十七和二十八镜片为厚透镜，用于校正像面场曲。14、如权利要求l所述的投影物镜，其特征在于，所述第一透镜组和第二透镜组的总长不超过334mm,镜片总数不超过10片，在整个投影物镜中所占比重不超过1/3。15、如权利要求l所述的投影物镜，其特征在于，所述投影物镜的总长为1300腿。16、如权利要求l所述的投影物镜，其特征在于，所述投影物镜采用双远心结构，使得物方和像方的远心角均小于3mrad。17、如权利要求l所述的投影物镜，其特征在于，所述投影物镜用于193nm工作波长。全文摘要本发明提供了一种投影物镜，包括三个凸部和两个腰部，由五个透镜组构成，光焦度分配情况是正-负-正-负-正，光阑位于第四透镜组和第五透镜组之间，总共采用了3个非球面表面和5片氟化钙玻璃镜片，可有效校正场曲和畸变，得到较好的像质。通过调整正、负透镜组之间的光焦度分配，使得整个投影物镜结构紧凑，总长控制在1300mm以内，有效提高了系统透过率；通过减少氟化钙玻璃，特别是大口径氟化钙玻璃镜片的数量，同时控制镜片的最大半口径，可大大降低加工难度，便于实际加工制造。文档编号G02B13/18GK101587230SQ20091004904公开日2009年11月25日申请日期2009年4月9日优先权日2009年4月9日发明者朱立荣申请人:上海微电子装备有限公司