全折射式投影光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种全折射式投影光学系统，选择透过率大于９９．９％的两种光学材料制作，在宽带光（ｇ线、ｈ线）工作条件下，像方数值孔径达到０．３３，像方视场较大（视场半径２４．６ｍｍ），放大倍率为－１倍，可以达到很高的成像质量（斯特列尔比Ｓｔｒｅｈｌ　Ｒａｔｉｏ大于０．９６），同时，最大远心角误差小于０．３９°＝６．８ｍｒａｄ，倍率误差为０．０２ｐｐｍ。本发明专利技术的投影光学系统，其物方和像方工作距离都为１５ｍｍ，而光学总长小于１１６０ｍｍ。本发明专利技术的投影光学系统，如果选取比较容易实现的工艺因子ｋ１＝０．８，光刻分辨率可以达到１微米，足以满足凸块（Ｂｕｍｐｉｎｇ）封装光刻机４４ｍｍ×２２ｍｍ尺寸芯片封装的技术要求，也可以用于前道工艺的光刻装置，并且选择高透过率光学材料，可以适用于大剂量曝光要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种投影光学系统，特别涉及用于半导体光刻等相关领域的投 影光学系统。
技术介绍
投影光刻技术已经成功用于亚微米分辨率集成电路制造领域。在半导体封 装技术中，投影光刻技术用于要求较低分辨率(如几微米)、较大焦深、较高产率的金凸块/锡凸块(Bumping)、硅片级芯片尺度封装(WLCSP)技术等领域， 并且对于低分辨率投影光学系统不断提出改进提高性能的需求。美国专利US. 6,879,383 (公开日2005年4月12日)提出了 一种折反射投 影光学系统，与全折射结构相比，最大缺点是横向尺寸大，导致对透镜材料的 要求十分高，尤其是大口径的凹面反射镜的加工、检测要求都十分苛刻。而且 该专利给出该光学系统的5个实施例中，其数值孔径分别为0.15、 0.16、 0.16、 0.16和0.20，比较小，其工作距离仅达到7.5mm llmm范围，其光学总长达到 1150mm~ 1200mm以上。而实际用于投影光刻机中该工作距离将对工件台、尤 其是掩模台的设计提出十分苛刻的尺寸限制，例如对于使用0.25英寸厚掩模版 的掩模台设计提出苛刻的限制。该专利提供其光学系统成像质量为中心点亮 度，即斯特列尔比(Strehl Ratio)大于0.95，对应的RMS波像差为0.036X。全折射结构，与折反射结构相比，在校正单色像差方面有天然的优势，而 如果选用合适的光学材料组合，可以校正位置色差、倍率色差等。同时，全折 射结构在视场尺寸、工作距离、装校要求、成本等方面也比折反射结构具有更 大的优势。申请号为200310100169.6的中国专利(2005年4月20日)给出了一种双 远心物镜结构，涉及生物芯片检测，但是没有给出物镜结构数据、也没有给出 成像质量数据。申请号为98113037.2的中国专利(2000年6月14日)提出了一种像方远 心双高斯系统，涉及精密光学仪器，虽然提供物镜结构数据，并给出成像质量 曲线及数据，但是像差校正根本不满足光刻技术的要求，而且还有2个胶合面 也不符合光刻技术要求。申请号为200710040304.0的中国专利，提供满足凸块(Bumping)光刻技 术的投影光学系统，像方视场可以获得期望值，但是存在像方数值孔径的限制， 光学总长不能很好的达到期望值，而且因透镜材料选取而存在材料内部吸收较 大的问题，这样将导致采用该投影光学系统的投影啄光装置产生因为透镜材料 吸收光能引起的诸多像质劣化的负面影响问题。申请号为200710170750.3的中国专利，提供满足凸块(Bumping)光刻技 术的投影光学系统，像方视场可以获得期望值，但是存在像方数值孔径的限制， 而且因透镜材料选取而存在一定的材料内部吸收问题该专利选用3种光学材 料，其中PBL26Y玻璃的透过率为99.6%@i-line、 99.8%@h-line、 99.9%@g-line; SFPL51Y玻璃的透过率为99.7%@i-line、 99.9%@gh-lines; SI02材料的透过 率为99.9%@ghi-lines (以上数据均是对10mm厚光学材料)。申请号为200710173558.X的中国专利，提供满足凸块(Bumping)光刻技 术的投影光学系统，像方视场可以获得期望值，但是存在像方数值孔径的限制， 而且因透镜材料选取而存在材料内部吸收较大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种成像质量良好、双远心控制良好的投影光学系 统，以提高投影光学系统的工作距离，为工件台和掩模台提供较大的设计空间。为了达到上述目的，本专利技术提供一种全折射式投影光学系统，沿其光轴方 向从物面到像面依次排列正光焦度的第一镜组、正光焦度的第二镜组和正光焦 度的第三镜组，其中，所述第一镜组从物面一侧顺次排列凹面朝向物面一侧的 弯月正透镜(第一透镜)、凹面朝向物面一侧的弯月负透镜(第二透镜)、凹面 朝向物面一侧的弯月正透镜(第三透镜)、凹面朝向物面一侧的弯月正透镜(第 四透镜)；所述第二镜组从物面一侧顺次排列双凹负透镜(第五透镜)、凹面朝 向物面一侧的弯月正透镜(第六透镜)、凹面朝向物面一侧的弯月正透镜(第七透镜)、双凸正透镜(第八透镜)、双凸正透镜(第九透镜)、双凸正透镜(第十透镜)、凸面朝向物面一侧的弯月正透镜(第H~—透镜)、双凹负透镜(第十二 透镜)、双凸正透镜(第十三透镜)、双凹负透镜(第十四透镜)；所述第三镜组 从物面一侧顺次排列凸面朝向物面一侧的弯月正透镜(第十五透镜)、凸面朝向 物面一侧的弯月正透镜(第十六透镜)、凸面朝向物面一侧的弯月负透镜(第十 七透镜)、凸面朝向物面一侧的弯月负透镜(第十八透4竟)；孔径光阑放置于所 述第九透镜和第十透镜之间。所述的第一透镜和第二透镜的入射表面为非球面，第十七透镜和第十八透 镜的出射表面为非球面。该第一透镜、第六透镜、第七透镜、第八透4竟、第九透镜、第十透镜、第 十一透镜、第十二透镜、第十三透镜、第十八透镜可以使用高透过率的晃牌玻 璃SFPL51Y。该第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第十四透镜、第十五透镜、 第十六透镜、第十七透镜可以使用高透过率的火石玻璃PBL1Y。本专利技术的投影光学系统选用冕牌玻璃SFPL51Y和火石玻璃PBL1Y作为制 作透镜的材料，该两种材料在宽带光(g线、h线)工作条件下(10mm厚光学 材料)的透过率都大于99.9%，使得该投影光学系统在宽带光工作条件下，像方 数值孔径达到0.33，像方视场较大(视场半径24.6mm)，放大倍率为-1倍，可 以达到很高的成像质量(视场内最大的RMS波像差小于0.032XM3nm，对应的 斯特列尔比(Strehl Ratio)大于0.96，成像质量优于
技术介绍
中提到的专利)， 同时，最大远心角误差小于0.39°=6.8mrad,倍率误差为0.02ppm。本专利技术的投 影光学系统，其物方和像方工作距离都为15mm,而光学总长(物像共辄距)小 于1160mm。根据上述数据可知，本专利技术的投影光学系统，各项指标均达到实际应用的 要求，像方数值孔径达到0.33，如果选取比较容易实现的工艺因子kl-0.8,那 么光刻分辨率可以达到1微米(对于占空比1:1周期性物体的半周期长度)。像 方视场半径达到24.6mm,可以提供44.0mmx22.0mm的矩形像方视场，足以满 足凸块(Bumping )封装光刻机用于44mmx22mm视场尺寸芯片封装的技术要求， 也可以用于前道工艺的光刻装置，并且选择高透过率光学材料，可以适用于大剂量曝光技术要求。 附图说明图l是本专利技术的投影光学系统的光路图2是本专利技术的投影光学系统的传递函数MTF。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。 如图1所示，本专利技术提供了一种投影光学系统，其像方数值孔径达到0.33, 工作波长为436nm、 405nm，即光学领域上定义的g线、h线，像方视场半径是 24.6mm，可以提供44.0mmx22.0mm的矩形视场，其作用是将物面的图形投影 成像在像面上。该投影光学系统为全折射式结构，放大倍率为-1。如图l所示，该投影光学 系统共包括18块透镜，沿其光轴方向从物面到像面依次分为第一镜组Gl、第 二镜组G2和第三镜组G3，其中第一镜组G1从物面一侧顺次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全折射式投影光学系统，沿其光轴方向从物面到像面依次排列正光焦度的第一镜组、正光焦度的第二镜组和正光焦度的第三镜组，其特征在于：　所述第一镜组从物面一侧依次包括：第一透镜，其为凹面朝向物面一侧的弯月正透镜；第二透镜，其为凹面朝向物面一侧的弯月负透镜；第三透镜，其为凹面朝向物面一侧的弯月正透镜；第四透镜，其为凹面朝向物面一侧的弯月正透镜；　所述第二镜组从物面一侧依次包括：第五透镜，其为双凹负透镜；第六透镜，其为凹面朝向物面一侧的弯月正透镜；第七透镜，其为凹面朝向物面一侧的弯月正透镜；第八透镜，其为双凸正透镜；第九透镜，其为双凸正透镜；第十透镜，其为双凸正透镜；第十一透镜，其为凸面朝向物面一侧的弯月正透镜；第十二透镜，其为双凹负透镜；第十三透镜，其为双凸正透镜；第十四透镜，其为双凹负透镜；　所述第三镜组从物面一侧依次包括：第十五透镜，其为凸面朝向物面一侧的弯月正透镜；第十六透镜，其为凸面朝向物面一侧的弯月正透镜；第十七透镜，其为凸面朝向物面一侧的弯月负透镜；第十八透镜，其为凸面朝向物面一侧的弯月负透镜；　其中，所述第九透镜和第十透镜之间设置有一孔径光阑。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡燕民，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]