專利名稱：一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代高分辨率集成電路制造工藝的光刻技術(shù)中光刻裝置是一種十分重要的設(shè)備。光刻物鏡系統(tǒng)是光刻裝備中至關(guān)重要的核心部件。光刻裝置按是否采用掩模板主要分為有掩模光刻裝置和無掩模光刻裝置兩大類，兩種光刻方式大多采用投影式光刻曝光形式。有掩模光刻裝置將掩模板上的曝光圖形信息投影到刻蝕基片上；無掩模光刻裝置將空間光調(diào)制器的曝光圖形信息投影到刻蝕基片上，刻蝕基片通過顯影等復(fù)雜工藝將掩模板上的曝光圖形信息呈現(xiàn)出來。但光刻物鏡系統(tǒng)基本采用定焦系統(tǒng)，即一套光刻物鏡系統(tǒng)只能曝光出掩模板或數(shù)字光調(diào)制器的一種比例的曝光圖形，無法實(shí)現(xiàn)在同一光刻設(shè)備中光刻物鏡的變焦距功能，即也不能實(shí)現(xiàn)掩模板曝光圖形不同比例大小的呈現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有光刻物鏡為定焦系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)同一光刻物鏡曝光出不同比例大小的掩模板曝光圖形的問題，提供一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，從物面到像面依次為物面、第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、第四透鏡組、第五透鏡組和像面；物面為掩模板所在平面；第一透鏡組為前固定組，具有正光焦度，用于固定物面與變焦距系統(tǒng)第一片透鏡的距離；第二透鏡組為變倍組，具有負(fù)光焦度，起到改變光刻物鏡焦距及像面尺寸的作用；第三透鏡組為補(bǔ)償組，具有正光焦度，作用在于當(dāng)變倍組移動過程中補(bǔ)償像面的移動，使像面在整個變倍過程中保持位置固定；第四透鏡組，具有負(fù)光焦度，第五透鏡組，具有正光焦度，兩者構(gòu)成后固定組，用于保證光刻物鏡靠近像面一側(cè)的最后一片透鏡與像面距離不變；像面為刻蝕基片所在平面。所述一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)共包括22塊透鏡，從靠近物面一側(cè)到靠近像面一側(cè)依次排列。所述第一透鏡組由第一透鏡至第三透鏡組成，第一透鏡為雙凸正透鏡、第二透鏡為左凸右凹負(fù)透鏡和第三透鏡為雙凸薄正透鏡。所述第二透鏡組由第四透鏡和第五透鏡組成，第四透鏡為左凹右凸薄負(fù)透鏡，第五透鏡為雙凹負(fù)透鏡，且第四透鏡的后表面與第五透鏡的前表面曲率半徑相同，第四透鏡和第五透鏡可交合在一起或可無限接近。
所述第三透鏡組由第六透鏡和第七透鏡組成，第六透鏡和第七透鏡均為雙凸正透鏡。所述第四透鏡組由第八透鏡至第十二透鏡組成，第八透鏡為左凹右凸正彎月透鏡，第九透鏡至第十二透鏡為左凹右凸負(fù)透鏡，第十二透鏡、第十三透鏡均為雙凹負(fù)透鏡；第八透鏡的后表面與第九透鏡的前表面曲率半徑相同，第八透鏡和第九透鏡可膠合在一起或可無限接近。所述第五透鏡組由第十四透鏡至第二十二透鏡組成，第十四透鏡為左凹右凸正透鏡，第十五透鏡為雙凸正透鏡，第十六透鏡和第十七透鏡均為左凸右凹正透鏡，第十八透鏡為左凸右凹負(fù)透鏡鏡，第十九透鏡為雙凹負(fù)透鏡，第二十透鏡為左凸右凹正透鏡，第二 i^一透鏡和第二十二透鏡為左凸右凹正彎月透鏡。工作原理說明第一透鏡組Gl將物方的遠(yuǎn)心光束壓縮進(jìn)變倍組，第二透鏡組G2即變倍組自左向右地移動到四個變焦距位置，第三透鏡組G3即補(bǔ)償組同時(shí)自左向右移動來補(bǔ)償變倍組移動過程中像面的移動同時(shí)將物方遠(yuǎn)心光束再次壓入第四透鏡組，第四透鏡組將光束顛倒入射到由十片透鏡組成的第五透鏡組第五透鏡組主要完成像差的校正及產(chǎn)生像方遠(yuǎn)心。在整個變焦過程中控制物面0到像面I的距離始終為805mm，物面到第一透鏡前表面的距離為147. 5733mm，第二十二透鏡后表面到像面的距離為3. 5mm。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明將變焦距與雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)結(jié)合在一個系統(tǒng)中，在一組光刻物鏡系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)不同倍率高分辨率的成像質(zhì)量；本發(fā)明光變焦距光刻物鏡的所有透鏡均為球面鏡，光學(xué)總長短、通光口徑較小，結(jié)構(gòu)緊湊，降低了加工難度和制造成本。


圖1為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在四個變焦位置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zooml時(shí)的傳遞函數(shù)。圖3為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zooml時(shí)離焦I U m時(shí)的傳遞函數(shù)。圖4為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zooml時(shí)的場曲圖及畸變圖。圖5為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置Z00m2時(shí)的傳遞函數(shù)。圖6為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom2時(shí)離焦I U m時(shí)的傳遞函數(shù)。圖7為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom2時(shí)的場曲及畸變圖。圖8為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置Z00m3時(shí)的傳遞函數(shù)。圖9為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom3時(shí)離焦I U m時(shí)的傳遞函數(shù)。圖10為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom3時(shí)的場曲及畸變圖。圖11為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom4時(shí)的傳遞函數(shù)。圖12為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom4時(shí)離焦I U m時(shí)的傳遞函數(shù)。圖13為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom4時(shí)的場曲及畸變圖。圖14為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zooml時(shí)的畸變圖。
圖15為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置Z00m2時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖16為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom2時(shí)的畸變圖。
圖17為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置z oom3時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖18為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom3時(shí)的畸變圖。圖19為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom4時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖20為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在變焦位置zoom4時(shí)的畸變圖。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對實(shí)施方式進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:如圖1所示，本發(fā)明按zooml的結(jié)構(gòu)提供了一種工作在410nm波長的折射式變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，用于將物面0的圖案成像在像面I上，其由22片光學(xué)透鏡組成，從物面一方到像面一方將透鏡標(biāo)記為L1 L22,該22片光學(xué)透鏡按光焦度及在本發(fā)明系統(tǒng)中的作用被分成Gf G5組，光焦度的分配從物面到像面依次為正-負(fù)-正-負(fù)-正，物面到像面距離為805mm，系統(tǒng)中最大鏡片全口徑小于153mm，像方F數(shù)2，像方數(shù)值孔徑0. 2，放大倍率為0. 25，像面大小14. 8mm。
變焦距光刻物鏡系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)第一透鏡組Gl具有正光焦度，包括三片透鏡即第一透鏡Lf第三透鏡L3，其中，第一透鏡LI為雙凸正透鏡，第二透鏡L2為左凸右凹負(fù)透鏡(右邊朝像面)，第三透鏡L3為雙凸薄正透鏡。第一透鏡LI采用雙凸正透鏡的目的在于將軸外視場光線壓低，避免鏡片過大通光口徑的產(chǎn)生，第二透鏡L2可以提供較大的球差，同時(shí)平衡第一透鏡LI的負(fù)畸變，第三透鏡L3采用薄正透鏡校正第二透鏡L2產(chǎn)生的過大的正Petzval場曲。第二透鏡組G2具有負(fù)光焦度，包括兩片透鏡即第四透鏡L4和第五透鏡L5，其中第四透鏡L4為左凹右凸負(fù)透鏡(右凸面朝像面)，第五透鏡L5為雙凹負(fù)透鏡，其中第四透鏡L4的右凸面和第五透鏡L5的左凹面曲率半徑相等，第四透鏡L4和第五透鏡L5間隔無限小(為加工方便可將第四透鏡L4、第五透鏡L5做雙膠合處理)，較佳的，第二透鏡組G2采用較少的鏡片數(shù)，同時(shí)保證負(fù)光焦度的產(chǎn)生，主要目的有兩點(diǎn)盡量在第二透鏡組G2變倍組減少鏡片數(shù)量已使整個系統(tǒng)的鏡片數(shù)量減少進(jìn)而可縮短系統(tǒng)總長，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較緊湊，另一方面校正第一透鏡組Gl的負(fù)畸變。第三透鏡組G3具有正光焦度，包括兩片透鏡即第六透鏡L6和第七透鏡L7，第六透鏡L6和第七透鏡L7均為雙凸正透鏡，兩片鏡產(chǎn)生較大的正光焦度，作為補(bǔ)償組出現(xiàn)在系統(tǒng)前部，主要目的是當(dāng)?shù)诙哥R組G2在變焦過程中保持像面不發(fā)生移動及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)變倍的功能，另外兩個正光焦度的透鏡可以校正前兩組透鏡的正球差，第六透鏡L6和第七透鏡L7產(chǎn)生負(fù)的子午和弧矢彗差，補(bǔ)償前兩組的較大的正彗差，同時(shí)校正第二透鏡組G2產(chǎn)生的正Petzval 場曲。第四透鏡組G4具有負(fù)光焦度，包括六片透鏡即第八透鏡Lf第十三透鏡L13，第八透鏡L8為左凹右凸正透鏡，第九透鏡L9、第十透鏡L10、第^^一透鏡Lll為左凹右凸負(fù)透鏡，第十二透鏡L12、第十三透鏡L13為雙凹負(fù)透鏡，其中第八透鏡L8的右凸面和第九透鏡L9的左凹面曲率半徑相等，間隔無限小(為加工方便可做雙膠合處理)。由于經(jīng)過前三組透鏡組后各視場的邊緣光線近乎平行于光軸，在后組鏡片數(shù)量較少而直接會聚到像面上時(shí)將產(chǎn)生很大的像差，尤其在像方數(shù)值孔徑較大時(shí)像差甚為嚴(yán)重，第四透鏡組G4將入射光向外發(fā)散一定角度和后面的透鏡組構(gòu)成一個凸部，校正單色像差。第五透鏡組G5具有正光焦度，承擔(dān)光焦度最多，綜合補(bǔ)償變焦過程中像面的成像質(zhì)量，同時(shí)產(chǎn)生各視場均一的照度及大的像方數(shù)值孔徑值。包括九片透鏡即第十四透鏡L14 第二十二透鏡L22，第十四透鏡L14為左凹右凸正彎月透鏡，第十五透鏡L15為雙凸正透鏡，第十六透鏡L16為雙突正彎月透鏡，第十七透鏡L17為左凸右凹正透鏡，第十八透鏡L18為左凸右凹負(fù)透鏡，第十九透鏡L19為雙凹負(fù)透鏡，第二十透鏡L20為左凸右凹正透鏡，第二i^一透鏡L21、第二十二透鏡L22為左凸右凹正彎月透鏡，其中第十八透鏡L18、第十九透鏡L19主要用于平衡系統(tǒng)正透鏡產(chǎn)生的初級球差，最后兩塊左凸右凹正彎月透鏡L21、L22主要校正像面彎曲。下面表I給出的是系統(tǒng)處在zooml位置時(shí)變焦距光刻物鏡中各個鏡片的設(shè)計(jì)參數(shù)，記錄了每一片透鏡前后表面曲率半徑、折射率，色散阿貝數(shù)及鏡片厚度或相鄰兩個鏡片表面的間隔距離(曲率半徑和厚度或間隔的單位為_)。表1:具體實(shí)施實(shí)例的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)表。
權(quán)利要求
1.一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，其特征在于，從物面一側(cè)到像面一側(cè)依次為物面(O)、第一透鏡組(Gl)、第二透鏡組(G2 )、第三透鏡組(G3 )、第四透鏡組(G4 )、第五透鏡組(G5 )和接收面(I);物面(O)為掩模板所在平面；第一透鏡組(Gl)為前固定組，具有正光焦度，用于固定物面(O)與變焦距系統(tǒng)第一片透鏡的距離；第二透鏡組(G2)為變倍組，具有負(fù)光焦度，起到改變光刻物鏡焦距及像面尺寸的作用；第三透鏡組(G3)為補(bǔ)償組，具有正光焦度，作用在于當(dāng)變倍組移動過程中補(bǔ)償像面的移動，使像面在整個變倍過程中保持位置固定；第四透鏡組(G4)，具有負(fù)光焦度，第五透鏡組(G5)，具有正光焦度，兩者構(gòu)成后固定組，用于保證光刻物鏡靠近像面一側(cè)的最后一片透鏡與像面距離不變；像面(I)為刻蝕基片所在平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，其特征在于，變焦距光刻物鏡系統(tǒng)共包括22塊透鏡，從靠近物面一側(cè)到靠近像面一側(cè)依次排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，其特征在于，第一透鏡組(Gl)由第一透鏡至第三透鏡組成，第一透鏡為雙凸透鏡、第二透鏡為負(fù)彎月透鏡和第三透鏡為雙凸透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，其特征在于，第二透鏡組(G2)由第四透鏡和第五透鏡組成，第四透鏡為薄負(fù)透鏡，第五透鏡為負(fù)透鏡，且第四透鏡的后表面與第五透鏡的前表面曲率半徑相同，第四透鏡和第五透鏡可交合在一起或可無限接近。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，其特征在于，第三透鏡組(G3)由第六透鏡和第七透鏡組成，第六透鏡為雙凸透鏡，第七透鏡為雙凸透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，其特征在于，第四透鏡組(G4)由第八透鏡至第十二透鏡組成，第八透鏡為正彎月透鏡、第九透鏡為負(fù)彎月透鏡、第十透鏡至第十二透鏡為薄負(fù)彎月透鏡；且第八透鏡的后表面與第九透鏡的前表面曲率半徑相同，第八透鏡和第九透鏡可交合在一起或可無限接近。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，其特征在于，第五透鏡組(G5)由第十三透鏡至第二十二透鏡組成，第十三透鏡為厚負(fù)透鏡，第十四透鏡至第十五透鏡為正透鏡，第十七透鏡為正彎月透鏡，第十八透鏡為厚彎月鏡，第十九透鏡為負(fù)透鏡，第二十透鏡為薄正透鏡，第二 H^一透鏡和第二十二透鏡為厚正透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，其特征在于，光刻物鏡系統(tǒng)中最大透鏡全口徑小于153_。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，其特征在于，光刻物鏡系統(tǒng)的總長為805mm，光學(xué)透鏡組的總長655. 4mm，物面(O)到第一透鏡前表面的距離為147. 5733mm,第二十二透鏡后表面到像面(I)的距離為3. 5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，其特征在于，光刻物鏡系統(tǒng)的工作波長為410nm。
全文摘要
一種變焦距光刻物鏡系統(tǒng)，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明為了解決現(xiàn)有光刻物鏡無法實(shí)現(xiàn)同一光刻物鏡曝光出不同比例大小的掩模板曝光圖形的問題，本發(fā)明系統(tǒng)從物面到像面依次為物面、第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、第四透鏡組、第五透鏡組和像面；物面為掩模板所在平面；第一透鏡組用于固定物面與變焦距系統(tǒng)第一片透鏡的距離；第二透鏡組起到改變光刻物鏡焦距及像面尺寸的作用；第三透鏡組作用在于當(dāng)變倍組移動過程中補(bǔ)償像面的移動，使像面在整個變倍過程中保持位置固定；第四透鏡組，具有負(fù)光焦度，第五透鏡組，具有正光焦度，兩者構(gòu)成后固定組，用于保證光刻物鏡靠近像面一側(cè)的最后一片透鏡與像面距離不變；像面為刻蝕基片所在平面。
文檔編號G02B15/173GK102998779SQ201210279818
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者劉偉奇, 呂博, 馮睿, 魏忠倫, 柳華, 康玉思, 姜珊 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所