[发明专利]一种投影物镜光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及光刻设备的投影物镜光学系统。

背景技术

美国专利US6806942公开了一种相对带宽                                               ，甚至的波长范围的三凸双腰结构投影物镜，其中三个凸起具有正光焦度，两个腰部具有负光焦度，并且通过对于材料的优化选择，很好的校正色差，使系统具有较好的稳定性。

图1所示为美国专利US6806942的投影物镜，共包括31片光学元件，可分成五组：G1、G2、G3、G4和G5， G1包括第1片到第5片共5片透镜，第1片和第3片采用高透过率材料，第2片为负透镜；G2包括第6片到第9片，共4片透镜，均为负透镜，其中第9片采用高折射率材料；G3包括第10片到第13片共4片透镜，为正透镜，其中第13片采用高透过率材料：G4包括第14到16片，为负透镜，均采用高折射率材料。G5包括第17到第31片，其中第20片为光学平板，第22片、第27片、第30片和第31片采用高折射率材料。在图1中，107表示光轴，103表示物面，113表示中心视场，109和111分别表示中心视场的上下两条边缘光线，121表示边缘视场，115和119分别表示边缘视场上下两条边缘光线，123表示光阑面，105表示像面。

图2为图1所示的投影物镜的近轴场曲和畸变图；图3为图1所示的投影物镜的像差曲线图。由图2和图3可知，这种结构的投影物镜的缺点在于，系统的场曲较大，导致波像差也很大，在实际光刻机系统中会造成焦深损失，影响曝光图形成像质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种投影物镜系统，其具有大孔径双远心结构，用于将该投影物镜物平面上的图案成像到投影物镜的像平面上，以避免先前技术中投影物镜场曲较大而引起焦深损失，同时由于球差过大，波像差恶化将导致硅片面上的成像质量的缺失。

本发明提出一种投影物镜光学系统，从物面到像面依次包括：第一透镜组，其光焦度为正；第二透镜组，其光焦度为负；第三透镜组，其光焦度为正；第四透镜组，其光焦度为负；第五透镜组，其光焦度为正；以及光阑，位于第五透镜组之间；其特征在于，该投影物镜系统的有效焦距f、该物面至像面的距离L满足以下条件：。

其中，至少包括两种光学材料，一种是在工作波长处折射率大于1.6的高折射率材料，一种是在工作波长处折射率小于1.6的低折射率材料

其中，所述第一透镜组包括具有负光焦度的第一子透镜组，该第一子透镜组至少包括一片负透镜，该负透镜的前表面为非球面；以及具有正光焦度的第二子透镜组，该第二子透镜组至少包括三个透镜。

其中，所述第一透镜组中第一子透镜组中的负透镜的材料为低折射率材料，所述第一透镜组中的第二子透镜组中至少有一个透镜的材料为高折射率材料。

其中，所述第二透镜组至少包括三片负透镜。

其中，所述第二透镜组中的负透镜至少有两个的材料为高折射率材料。

其中，所述第三透镜组至少包括三片正透镜。

其中，所述第三透镜组中至少有一个正透镜的材料是高折射率材料。

其中，所述第四透镜组至少包括三片负透镜，最后一个透镜的后表面为非球面。

其中，所述第四透镜组中至少有两个负透镜的材料是高折射率材料。

其中，所述第五透镜组的第一子透镜组中最靠近光阑的正透镜的前表面弯向光阑，其弯曲顶点远离光阑，曲率半径为正值，后表面同样弯向光阑，其弯曲顶点靠近光阑，且曲率半径大于该前表面的曲率半径。

其中，所述第五透镜组的光阑前透镜均为正透镜；该第五透镜组光阑后透镜中包括至少三片负透镜，该负透镜曲率半径R满足1/R〉-1/300。

其中，所述第五透镜组中第二子透镜组具有非球面表面的负透镜的口径不小于0.93Dmax，Dmax为最大镜片口径。

其中，还包括第一、第二、第三平板，分别位于所述物面与第一透镜组之间、所述光阑与第五透镜组的第一块镜片之间、以及所述第五透镜组与像面之间。

其中，所述第一、第三平板作为保护玻璃，避免内部光学镜片受外界影响。

其中，投影物镜的物方工作距离>45mm，像方工作距离>12mm，所成像与光轴的夹角<5mrad。

其中，所述光阑处由各个视场发出的光束最大口径之差与中心视场发出的光束的最大口径之比<1%。