一種寬譜線投影光學系統和光刻設備技術方案

本發明專利技術公開一種寬譜線投影光學系統和光刻設備。寬譜線投影光學系統為在物方和像方皆接近遠心光路的縮小的投影光學系統，其從物平面到像平面依次包括具有正光焦度的第一鏡組、可變孔徑光闌、第二鏡組和具有正光焦度的第三鏡組。第二鏡組滿足關系式：vd＝(nd－1)/(nF－nC)，nd＜1.65且vd＞65的正透鏡最少有2個，nd＞1.50且vd＜55的負透鏡最少有2個。第三鏡組中，最接近像平面的透鏡為負透鏡，負透鏡具有一個面向像平面的凹面，且滿足以下關系式：nd＜1.66且vd＞58，0.6＜ri/ti＜5.0。各鏡組滿足關系式：0.05<f1/L<1.3，|f2|/L>0.3，0.03<f3/L<0.8。

【技術實現步驟摘要】
一種寬譜線投影光學系統和光刻設備
本專利技術涉及一種微細加工用光刻設備的光學系統，尤其涉及一種寬譜線投影光學 系統和應用所述寬譜線投影光學系統的光刻設備，所述寬譜線投影光學系統主要應用于微 機電系統（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)，半導體、太陽能電池、液晶、印刷電 路板等光刻系統以及照相制版的投影光學系統。
技術介紹
隨著投影光刻技術的發展，投影光學系統的性能逐步提高，投影光學系統已經可 以適用于多種微細加工用領域。高產率的投影光學系統需求日益增加。在使用寬光譜光源 如汞燈時，希望盡可能同時使用多種特征譜線，這樣可以成倍提高產率。超高壓水銀燈光源 的特征譜線如圖2所示。 專利CN 101063743公開了一種光刻鏡頭，包含12個鏡片。對軸向色差的二次光譜 沒能充分校正，僅能使用光譜g線和i線，難以滿足產率需求。 在很多電路基板的實際生產過程中，由不同的設備生產制造的基板，其圖形尺寸 和倍率會有細微差異，同時在各種物理和化學加工處理過程中，基板會有細微的膨脹或收 縮，也會導致基板圖形尺寸的變化，而且不同的基板的圖形尺寸變化也不盡相同。所以在很 多基板的生產制造過程中，尤其是多層基板需要層間定位過程中，為了提高定位精度和布 線密度，需要根據實際基板的圖形尺寸或倍率變化，修正或調節投影光學系統的投影倍率。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種寬譜線投影光學系統和應用所 述寬譜線投影光學系統的光刻設備（如光刻機），實現了光學系統的球面像差、彗差、像散、 像場彎曲和畸變，軸向色像差和倍率色像差等各項像差都得到良好校正。尤其對軸向色差 的二級光譜校正良好，又可以降低鏡頭的加工，測試和裝校的難度和成本。 同時在保持良好的雙遠心投影光學特性和良好的光學成像質量的條件下，可以方 便有效地修正或調節投影倍率的光學系統。 本專利技術是這樣實現的，一種寬譜線投影光學系統，其用于將物平面內的圖形成像 到像平面內，所述寬譜線投影光學系統從放大一側到縮小一側沿其光軸方向，即從物平面 到像平面依次包括第一鏡組（G1)、光闌（AS)、第二鏡組（G2)和第三鏡組（G3);所述寬譜 線投影光學系統為在物方和像方皆為接近遠心光路的縮小的投影光學系統，第一鏡組（G1) 和第三鏡（G3)組均具有正光焦度，光闌（AS)在第一鏡組（G1)與第三鏡組（G3)中間， 第二鏡組（G2)滿足關系式： vd = (nd - 1) / (nF - nC), nd < 1. 65且vd > 65的正透鏡最少有2個， nd > 1. 50且vd < 55的負透鏡最少有2個， 其中，Vd為色散系數、體現光學材料的色散程度的常數， nF為波長486nm的F線折射率， nd為波長587nm的d線折射率， nC為波長656nm的C線折射率； 第三鏡組（G3)中，最接近所述像平面的透鏡為負透鏡，所述負透鏡具有一個面向 所述像平面的凹面，且滿足以下關系式： nd < 1. 66, vd > 58, 0. 6 < ri/ti < 5. 0, 其中，ri為所述負透鏡的凹面的曲率半徑， ti為所述負透鏡的凹面到所述像平面之間的距離； 第一鏡組（G1)、第二鏡組（G2)、第三鏡組（G3)各鏡組之間滿足關系式： 0. 05<fl/L<l. 3, f2|/L>0. 3, 0. 03<f3/L<0. 8, 其中，fl為第一鏡組（G1)的組合焦距， f2為第二鏡組（G2)的組合焦距， f3為第三鏡組（G3)的組合焦距， L為物平面到像平面之間的距離。 作為上述方案的進一步改進，第三鏡組（G3)中，nd > 1. 50且vd < 54的正透鏡 最少有1個。 作為上述方案的進一步改進，第一鏡組（G1)中，nd > 1. 50且vd < 54的正透鏡 最少有1個。 作為上述方案的進一步改進，第二鏡組（G2)沿該寬譜線投影光學系統的光軸方 向依次包括第四透鏡（L4)、第五透鏡（L5)、第六透鏡（L6)、第七透鏡（L7)、第八透鏡（L8)、 第九透鏡（L9)、第十透鏡（L10)、第十一透鏡（L11)，第四透鏡（L4)、第六透鏡（L6)、第八透 鏡（L8)與第十透鏡（L10)均具有負光焦度，第五透鏡（L5)、第七透鏡（L7)、第九透鏡（L9)、 第十一透鏡（L11)均具有正光焦度。優選地，第四透鏡（L4)具有一個面向該像平面的凹面， 第十透鏡（L10)為雙凹透鏡，第五透鏡（L5)、第九透鏡（L9)、第十一透鏡（L11)均為雙凸透 鏡，第六透鏡（L6)、第八透鏡（L8)均具有一個面向該物平面的凹面，第七透鏡（L7)具有一 個面向該像平面的凸面。 作為上述方案的進一步改進，第三鏡組（G3)沿該寬譜線投影光學系統的光軸方 向依次包括第十二透鏡（L12)、第十三透鏡（L13)、第十四透鏡（L14)、第十五透鏡（L15)、 第十六透鏡（L16)，第十二透鏡（L12)、第十三透鏡（L13)、第十四透鏡（L14)均具有正光焦 度，第十五透鏡（L15)、第十六透鏡（L16)均具有負光焦度；第十二透鏡（L12)、第十三透鏡 (L13)、第十四透鏡（L14)均具有一個面向該物平面的凸面，第十五透鏡（L15)、第十六透鏡 (L16)均具有一個面向該像平面的凹面。 作為上述方案的進一步改進，第一鏡組（G1)沿該寬譜線投影光學系統的光軸方 向依次包括第一透鏡（L1)、第二透鏡（L2)、第三透鏡（L3)，第一透鏡（L1)與第二透鏡（L2) 均具有正光焦度，第三透鏡（L3)具有負光焦度；第一透鏡（L1)具有一個面向該像平面的凸 面，第二透鏡（L2)為雙凸透鏡，第三透鏡（L3)具有一個面向該物平面的凹面。 作為上述方案的進一步改進，所述寬譜線投影光學系統的透鏡總數量位于10到 24之間；所述光闌為可變孔徑光闌且在所述第一鏡組與所述第二鏡組中間。 本專利技術還提供一種光刻設備，其包括投影光學系統和使用所述投影光學系統將物 面位置的光學掩膜上的圖像投影到像面位置的涂有感光材料的基板，對基板進行微細光刻 加工，所述投影光學系統為上述任意所述寬譜線投影光學系統。 作為上述方案的進一步改進，使用所述寬譜線投影光學系統將物面位置的光學掩 膜上的圖像投影到像面位置的涂有感光材料的基板，對基板進行微細光刻加工的光刻設 備。 本專利技術的寬譜線投影光學系統和應用所述寬譜線投影光學系統的光刻設備在寬 光譜范圍內補償軸向色差和倍率色差，寬譜線投影光學系統的軸向色差如圖3所示，使具 有該寬譜線投影光學系統的光刻機能夠同時使用超高壓水銀燈光源具有的i線（365nm)，h 線（405nm)和g線（436nm)等多種特征譜線，超高壓水銀燈光源的特征譜線如圖2所示；具 有這樣寬譜線投影光學系統的投影鏡頭設計十分復雜困難，也是投影式光刻機中極其少見 的，不僅能夠適用于多種不同需要的感光膠和基板，擴大應用范圍，又因為使用多波長的同本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種寬譜線投影光學系統，其用于將物平面內的圖形成像到像平面內，所述寬譜線投影光學系統從放大一側到縮小一側沿其光軸方向，從物平面到像平面依次包括第一鏡組(G1)、光闌(AS)、第二鏡組(G2)和第三鏡組(G3)；其特征在于：所述寬譜線投影光學系統為在物方和像方皆為接近遠心光路的縮小的投影光學系統，第一鏡組(G1)和第三鏡(G3)組均具有正光焦度，光闌(AS)在第一鏡組(G1)與第三鏡組(G3)中間，第二鏡組(G2)滿足關系式：vd＝(nd－1)/(nF－nC)，nd＜1.65且vd＞65的正透鏡最少有2個，nd＞1.50且vd＜55的負透鏡最少有2個，其中，vd為色散系數、體現光學材料的色散程度的常數，nF為波長486nm的F線折射率，nd為波長587nm的d線折射率，nC為波長656nm的C線折射率；第三鏡組(G3)中，最接近所述像平面的透鏡為負透鏡，所述負透鏡具有一個面向所述像平面的凹面，且滿足以下關系式：nd＜1.66，vd＞58，0.6＜ri/ti＜5.0，其中，ri為所述負透鏡的凹面的曲率半徑，ti為所述負透鏡的凹面到所述像平面之間的距離；第一鏡組(G1)、第二鏡組(G2)、第三鏡組(G3)各鏡組之間滿足關系式：0.05<f1/L<1.3，|f2|/L>0.3，0.03<f3/L<0.8，其中，f1為第一鏡組(G1)的組合焦距，f2為第二鏡組(G2)的組合焦距，f3為第三鏡組(G3)的組合焦距，L為物平面到像平面之間的距離。...

【技術特征摘要】
1. 一種寬譜線投影光學系統，其用于將物平面內的圖形成像到像平面內，所述寬譜線 投影光學系統從放大一側到縮小一側沿其光軸方向，從物平面到像平面依次包括第一鏡組 (G1)、光闌（AS)、第二鏡組（G2)和第三鏡組（G3);其特征在于：所述寬譜線投影光學系統 為在物方和像方皆為接近遠心光路的縮小的投影光學系統，第一鏡組（G1)和第三鏡（G3) 組均具有正光焦度，光闌（AS)在第一鏡組（G1)與第三鏡組（G3)中間， 第二鏡組（G2)滿足關系式： vd = (nd - 1) / (nF - nC), nd < 1. 65且vd > 65的正透鏡最少有2個， nd > 1. 50且vd < 55的負透鏡最少有2個， 其中，vd為色散系數、體現光學材料的色散程度的常數， nF為波長486nm的F線折射率， nd為波長587nm的d線折射率， nC為波長656nm的C線折射率； 第三鏡組（G3)中，最接近所述像平面的透鏡為負透鏡，所述負透鏡具有一個面向所述 像平面的凹面，且滿足以下關系式： nd < 1. 66, vd > 58, 0. 6 < ri/ti < 5. 0, 其中，ri為所述負透鏡的凹面的曲率半徑， ti為所述負透鏡的凹面到所述像平面之間的距離； 第一鏡組（G1)、第二鏡組（G2)、第三鏡組（G3)各鏡組之間滿足關系式： 0.05<fl/L<l. 3, f2|/L>0. 3, 0·03〈f3/L〈0. 8, 其中，Π 為第一鏡組（G1)的組合焦距， f2為第二鏡組（G2)的組合焦距， f3為第三鏡組（G3)的組合焦距， L為物平面到像平面之間的距離。2. 如權利要求1所述的寬譜線投影光學系統，其特征在于：第三鏡組（G3)中，nd > 1. 50且vd < 54的正透鏡最少有1個。3. 如權利要求1所述的寬譜線投影光學系統，其特征在于：第一鏡組（G1)中，nd > 1. 50且vd < 54的正透鏡最少有1個。4. 如權利要求1至3中任意一項所述的寬譜線投影光學系統，其特征在于：第二鏡 組（G2)沿該寬譜線投影光學系統的光軸方向依次包括第四透鏡（L4)、第五透鏡（L5)、第 六透鏡（L6)、第七透鏡（L7)、第八透鏡（L8)、第九透鏡（L9)、第十透鏡（L10)、第^^一透...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉鵬，
申請(專利權)人：張家港中賀自動化科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32