平行平板分光的1:1折反射式光学系统技术方案

本发明专利技术是一种平行平板分光的１∶１折反射式光学系统，含有两大部分－照明部分和成像部分。成像部分含有两组结构完全相同的折射镜组，用以分光的厚度相同的两平行平板，两平行平板中间夹有半透半反射面和中心带有中心孔的主反射镜。照明部分含有均匀照明器、分前后两组聚光镜，中心遮栏的孔径光阑或视场光阑和掩模板。本发明专利技术主要用于精密图形照相复制，特别是用于投影光刻机上。具有数值孔径大、分辨率高、能够充分利用系统的视场的优点。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了一种平行平板分光的1∶1折反射式光学系统，主要用于精细图形的照相复制，特别是用于大规模集成电路芯片的投影式光刻机上。赫希尔(Ronald.S.Hershel)的美国专利4，391，494介绍了一种1×投影光学系统，如图1所示。该系统由反射镜1、厚透镜2、平凸透镜8、棱镜5和6、掩模板3和硅片4构成，其中掩模板3和硅片4对称位于光轴7的两侧;系统中所有球面几乎同心，整个光学系统为全对称结构，自动消除三级彗差、畸变和垂轴色差。从掩模板3发出的光线经棱镜5内反射时，入射角大于临界角的光线被全反射，入射角小于临界角的光线不能被全反射，只能部分反射，而且反射产生的位相差异为入射角的函数，透射出去的光形成杂光。严重的渐晕降低了该系统的视场利用率，限制了该系统的数值孔径。这种结构所获得的视场仅为该系统可用总视场的25%-35%，当系统的数值孔径较小时，渐晕小，视场利用率高，如图2A所示，视场的中间位置9没有被利用，仅用到了边缘部分10或11;当系统的数值孔径较大时，渐晕大，视场利用率低，如图2B所示，视场的中间位置12没有被利用，仅用到了边缘部分13或14。总之，这种光学系统的视场利用率低，且随系统的数值孔径增大而降低。本专利技术的目的为了克服上述缺点提供一种平行平板分光的1∶1折反射式光学系统，它既具有数值孔径大、分辨率高的特点，又能充分利用光学系统的视场。本专利技术的光学系统含有照明部分和成象部分。本专利技术的成象部分D或D′含有两组结构完全相同的由透镜构成的折射镜组20、21，用以分光的两块厚度相等的平行平板22、23，两平行平板中间夹有半透半反射面24和主反射镜25。两块等同厚度的平行平板的位置在所说的折射镜组20与主反射镜25之间，两平行平板是紧靠置放的，或者是分离置放的。本专利技术的主反射镜25是带有中心孔的反射镜，折射镜组21置于主反射镜25的中心孔内。两平行平板紧靠置放时，如图3D所示，两平行平板22和23置于由半球透镜27和弯月透镜26组成的折射镜组20与主反射镜25中间，由半球透镜27和弯月透镜26组成的折射镜组21和折射镜组20对称地位于半透半反射面24的两边。当两块平行平板的厚度满足下式时，成象部分的球差被校正。D1=n2n3P(n2-1)2(n2P-1)·［1+14NA2(1+1n)2+18NA2(1-1n)2］［1+14NA2n2(1+1nP)2+18NA2n2(1-1nP)2］·l (1)]]>(1)式中D1-两平行平板22和23的厚度，np-两平行平板22和23的折射率，n-半球透镜27的折射率，NA-成象部分的数值孔径，l-由掩模板3到折射镜组20的半球透镜27的距离。又由于折射镜组的色差与两平行平板的色差符号相反，数值接近，在波长短于248nm的紫外光谱区，这种光学系统能在10nm的光谱范围内自动消色差。两平行平板分离置放时，如图4D′所示，平行平板22置于折射镜组20与主反射镜25之间，并使半透半反射面24位于折射镜组20与主反射镜25两者距离的中间位置，平行平板23紧靠折射镜组21的弯月透镜26的表面，折射镜组20与折射镜组21对称地位于半透半反射面24的两边。当两平行平板的厚度满足下式时，成象部分的球差被校正。D2=n2n3P(n2-1)n2P-1·［1+14NA2(1+1n)2+18NA2(1-1n)2］［1+14NA2n2(1+1nP)2+18NA2n2(1-1nP)2］·l (2)]]>(2)式中D2-两平行平板22和23的厚度，np-两平行平板22和23的折射率，n-半球透镜27的折射率，NA-成象部分的数值孔径，l-由掩模板3到折射镜组20的半球透镜27的距离。本专利技术的照明部分是采用环形斜光束照明结构，可以是临界照明，也可以是柯拉照明。采用临界照明时，从均匀照明器15发出的光束，照明视场光阑16，视场光阑16经前组聚光镜17、孔径光阑18和后组聚光镜19成象在掩模板3上，孔径光阑18经后组聚光镜19成象在无限远处，孔径光阑18中心遮栏，实现对掩模板3的环形斜光束照明。如图3C所示。采用柯拉照明时，从均匀照明器15发出的光束，照明前组聚光镜17，孔径光阑18紧靠前组聚光镜17前，孔径光阑18经后组聚光镜19成象在掩模板3上，视场光阑16经后组聚光镜19成象在无限远处，视场光阑16中心遮栏，实现对掩模板3的环形斜光束照明。如图4C′所示。由于本专利技术的照明部分采用了孔径或视场光阑中心遮栏，实现了对掩模板的环形斜光束照明;又由于本专利技术的成象部分采用了平行平板分光，实现了物象分离，使本专利技术具有以下优点(1)视场的利用率为100%。(2)避免了棱镜的部分反射，以及由此产生的位相差异、渐晕和杂光。(3)能满足大数值孔径、高分辨率的需要。(4)照明部分的孔径或视场光阑中心遮栏，使象的光能分布沿成象部分轴线方向伸长。当中心遮栏比(即遮栏半径与通光半径之比)为70%时，其伸长量增加一倍，即焦深增大;同时使象的衍射斑第一暗环半径缩小，当中心遮栏比为50%时，该半径缩小约20%，光阑中心遮栏的这种效应，能缓解增大数值孔径焦深缩短的矛盾。(5)光学系统结构紧凑、体积小;易于加工和装调，且费用低。 附图说明图1为赫希尔专利的光学系统图。图2为赫希尔专利的视场利用情形示意图。图3为本专利技术的结构示意图之一，其中照明部分为临界照明，成象部分为两平行平板22和23紧靠置放。图4为本专利技术的结构示意图之二，其中照明部分为柯拉照明，成象部分为两平行平板22和23分离置放。实施例1性能指标数值孔径0.4工作视场 20×20mm2工作波长248nm工作带宽10nm平行平板厚度1.84mm光阑中心遮栏比35%具体参数序号半径间距材料1∞0.5空气2-45.0044.26氟化钙3-130.5086.50溶石英4∞162空气5∞1.84溶石英6∞1.84溶石英7-459.26162.82空气8∞-162.82空气9∞-1.84溶石英10∞-1.84溶石英11-130.50-162空气12-45.00-86.5溶石英13∞-44.26氟化钙14∞-0.49空气实施例2性能指标数值孔径0.4工作视场 20×20mm2工作波长248nm工作带宽10nm平行平板厚度3.68mm光阑中心遮栏比35%具体参数序号半径间距材料1∞0.5空气2-45.044.26氟化钙3-130.5086.50溶石英4∞162空气5∞3.68溶石英6-459.26162.82空气7∞-324.82空气8∞-3.68溶石英9-130.5-0.001空气10-45.00-86.5溶石英11∞-44.26氟化钙12∞-0.49空气实施例3性能指标数值孔径0.4工作视场Φ16mm工作波长248nm工作带宽10nm平行平板厚度2.18mm光阑中心遮栏比37%具体参数序号半径间距材料1∞0.7空气2-30.3429.34氟化锂3-75.145.78溶石英4∞120.9空气5∞2.18溶石英6∞2.18溶石英7-321.4120.97空气8∞-120.97空气9∞-2.18溶石英10∞-2.18溶石英11-75.1-120.9空气12-30.34-45.78溶石英13∞-29.34氟化锂14∞-0.7空气实施例4性能指标数值孔径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平行平板分光的１∶１折反射式光学系统，含有两大部分－照明部分和成象部分，其特征在于成象部分含有两组结构完全相同的由弯月透镜（２６）和半球透镜（２７）构成的折射镜组（２０）和（２１），用以分光的两块厚度相等的平行平板（２２）和（２３），并两平行平板中间夹有半透半反射面（２４）和中心带有中心孔的主反射镜（２５）；照明部分是采用环形斜光束照明结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢雨，邹海兴，王之江，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]