專利名稱：：低熱效應(yīng)投影物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種全折射式投影光學(xué)系統(tǒng)。背景技水目前在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，微米級(jí)分辨率，高產(chǎn)率的投影光學(xué)系統(tǒng)需求日益增加。但從紫外到深紫外波段都遇到了鏡片熱效應(yīng)問題(lensheating)的困擾，相應(yīng)地產(chǎn)生了很多關(guān)于如何補(bǔ)償熱效應(yīng)的裝置和方法的探討，例如美國專利US7294814,US7084952,US5898479等，介紹的裝置都針對(duì)鏡片熱效應(yīng)進(jìn)行檢測或補(bǔ)償。、但是如何從設(shè)計(jì)和選材角度預(yù)防鏡片的熱效應(yīng)，相關(guān)報(bào)道較少。美國專利US7239450從熱效應(yīng)角度討論了石英晶體(SILICA)和螢石(CAF2)兩種材料的使用。專利的主要貢獻(xiàn)是總結(jié)小通光孔徑的厚透鏡，比大通光口徑的薄透鏡受壽命(lifetime)或熱效應(yīng)(lensheating)的影響更大，并給出了單個(gè)鏡片壽命/熱效應(yīng)敏感度系數(shù)其中，D表示單個(gè)鏡片厚度；C4表示單個(gè)鏡片的有效通光口徑；〈D〉表示AT個(gè)鏡片的平均中心厚度；〈G4〉表示W(wǎng)個(gè)鏡片的平均通光口徑。氟化物晶體(如CAF2)比傳統(tǒng)的石英晶體(SILICA)在短波^歐內(nèi)有更高的透光率，由于低吸收所以產(chǎn)生的熱效應(yīng)更小。因此對(duì)于敏感度系數(shù)《^高的鏡片，考慮使用氟化物晶體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石英晶體。專利US7239450只探討了深紫外波段的SILICA和CAF2兩種材料的使用。在400nm440nm波段，可供選擇的材料相對(duì)較多，從選材的角度避免熱效應(yīng)能發(fā)揮更大的作用。而且鏡片的熱效應(yīng)不僅與透過率有關(guān)，與材料的熱傳導(dǎo)、折射率溫度系數(shù)、材料熱膨脹特性等都有密切的關(guān)系，很值得關(guān)注。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有低熱效應(yīng)的投影物鏡，以降低熱效應(yīng)對(duì)投影光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了一種低熱效應(yīng)投影物鏡，包括從物方到像方沿光軸依次排列的第一至第十二透鏡，所述第六和第七透鏡之間設(shè)有光闌，所述第一至第六透鏡與所述第十二至第七透鏡關(guān)于所述光闌對(duì)稱；其中，所述第一、第二、第六透鏡具有正光焦度，所述第三、第四、第五透鏡具有負(fù)光焦度；所述的十二片透鏡中，全部采用了10mm內(nèi)部透光率達(dá)到0.999的材料制成，且所述的十二片透鏡均不包含非球面表面。進(jìn)一步的，所述第一、第二透鏡組成負(fù)光焦組；其中，所述第一透鏡為雙凹透鏡，使用SILICA材料制成；所述第二透鏡為凹面正對(duì)物面的彎月型透鏡，使用BSL7Y材料制成。所述第三、第四透鏡組成正光焦組；其中，所述第三透鏡為近似平凸透鏡，其曲率較小的一面朝向物方，使用BSL7Y材料制成；所述第四透鏡為雙凸透鏡，使用BSL7Y材料制成。所述第五、第六透鏡為正負(fù)光焦度組合；其中，所述第五透鏡為雙凸透鏡，使用小塊CAF2材料制成，用于校正色差;所述第六透鏡為雙凹透鏡,使用PBLlY材料制成。本發(fā)明的低熱效應(yīng)投影物鏡通過選擇合適材料并通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)在高曝光劑量下較小的熱效應(yīng)，降低了熱效應(yīng)補(bǔ)償?shù)碾y度，同時(shí)能在44mmx44mm方形視場范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好均勻的像質(zhì)，物方像方工作距離達(dá)到30mm,總長不超過800mm，且不包含非球面鏡片，不給加工、測試和裝調(diào)增加難度。圖1是本發(fā)明一具體實(shí)施例的低熱效應(yīng)投影物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明一具體實(shí)施例的投影物鏡的象差圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。參見圖1，本實(shí)施例的投影物鏡采取對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，前后半部系統(tǒng)關(guān)于光闌AS對(duì)稱，一共有12片鏡片L1L12。半部系統(tǒng)中包含6個(gè)鏡片，第一、第二、第六塊鏡片L1、L2、L6具有負(fù)光焦度，第三、第四、第五塊鏡片L3、L4、L5具有正光焦度。而且在400nm420nm波段內(nèi)，全部選用高透過率低熱效應(yīng)材料，考慮了高曝光劑量下光刻物#]的實(shí)用需求。紫外亞微米光刻物鏡對(duì)紫外光學(xué)材料的要求極其苛刻，尤其是高曝光劑量下，鏡片材料如果選擇不當(dāng)會(huì)使鏡片在紫外光強(qiáng)的照射下升溫幾度。下面表1列出了一些紫外材料的特性參數(shù)，表中折射率n與阿貝數(shù)V是400nm440nm波段內(nèi)的近似值，后四列是材料的溫度特性(thermalproperty)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>降低熱效應(yīng)的物鏡設(shè)計(jì)應(yīng)該從選材和結(jié)構(gòu)兩方面考慮，本發(fā)明符合以下幾項(xiàng)設(shè)計(jì)原則1、材料選擇內(nèi)部透光率(InternalTransmittance):表1中所列材料的10mm內(nèi)部透光率均高于0.998，熱效應(yīng)源于材料吸收的能量，透光率越高則吸收越少，熱效應(yīng)也越小。本實(shí)施例使用的四種材料的10mm內(nèi)部透光率都為0.999。熱傳導(dǎo)率(ThermalConductivity):由于鏡筒外壁有恒溫控制，熱傳導(dǎo)率高的材料可將吸收的熱量較多地傳遞出去。相對(duì)折射率溫度系數(shù)(TemperatureCoe伍cientsofRefractiveIndex)和熱膨脹系數(shù)(ExpansionCoe伍cients):鏡片溫度上升，使材料的折射率發(fā)生變化，且隨著熱膨脹也會(huì)發(fā)生面型變化，最終對(duì)像質(zhì)產(chǎn)生影響。這兩種變化可以通過相對(duì)折射率溫度系數(shù)和熱膨脹系數(shù)得到體現(xiàn)，數(shù)值越大影響越大。但如CaF2，二者系數(shù)符號(hào)相反，產(chǎn)生的熱效應(yīng)可以部分相互抵消。2、從降低熱效應(yīng)角度考慮光焦度的分配，對(duì)熱效應(yīng)大的材料不要分配太大的光焦度。3、不要在小通光口徑的厚鏡片上使用這種材料，原則上符合美國專利US7239450提出的鏡片壽命/熱效應(yīng)敏感度系數(shù)大的鏡片使用熱效應(yīng)特性小的材料的準(zhǔn)則，即《C4,其中，D表示單個(gè)鏡片厚度；C4表示單個(gè)鏡片的有效通光口徑；〈Z)〉表示W(wǎng)個(gè)鏡片的平均中心厚度；〈C4〉表示TV個(gè)鏡片的平均通光口徑。4、由于非球面的面型精度要求高，如果采用非球面，應(yīng)避免置在熱效應(yīng)大的材料上(本發(fā)明實(shí)例中未使用非球面)。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的投影物鏡作更詳細(xì)的描述。如圖l所示，本發(fā)明的投影光刻物鏡為12片結(jié)構(gòu)，透鏡表面全部為球面，且前后半部系統(tǒng)對(duì)稱，形成-1倍的放大倍率，垂軸象差自動(dòng)補(bǔ)償?？拷锩娴牡谝黄琇l，為雙凹透鏡，作用是使更多的軸外光線1,實(shí)現(xiàn)44mmx44mm的大視場，它以大量的正場曲來平衡后面透鏡的負(fù)場曲，同時(shí)正畸變保證了物方遠(yuǎn)心。第二片L2為凹面朝向物面的彎月形負(fù)透鏡，光焦度很小，對(duì)邊緣口徑的軸外光線不產(chǎn)生大的象差。第三片L3為近平凸透鏡，且凸面向著像方，第四片L4為雙凸透鏡，第三、四兩片L3、L4會(huì)聚軸外光線同時(shí)平衡了球差和畸變。第五片與第六片L5、L6—起校正了大部分色差。圖1中貫穿整個(gè)物鏡的三組曲線，從左到右依次對(duì)應(yīng)了從物面的0視場、0.7視場和邊緣視場投影到像面的光路走向。本發(fā)明的實(shí)例的各參數(shù)要求如表2所示<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3給出了本實(shí)施例的投影物鏡的具體設(shè)計(jì)值，定義沿光軸方向從物面到像面為坐標(biāo)軸正方向，則正的半徑值表示曲率中心的坐標(biāo)大于表面頂點(diǎn)的坐標(biāo)，負(fù)的半徑值代表曲率中心的坐標(biāo)小于表面頂點(diǎn)的坐標(biāo)。光學(xué)元件厚度或兩個(gè)光學(xué)元件之間的間隔是到下一個(gè)表面的軸上距離。所有尺寸單位都是毫米。表3中，"S弁"表示表面編號(hào)，"STOP，，表示孔徑光闌AS，表面類型項(xiàng)中，"FLT"表示平面，"SPH"表示球面。半徑項(xiàng)中，"INF，表示無窮大。"CC"表示凹面，"CX"表示凸面。表中所列的材料均表示材料的牌號(hào)，在國標(biāo)和業(yè)界通用，具體可以參考國標(biāo)GB/T903-1987無色光學(xué)玻璃。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>其中，第五塊鏡片L5為熱效應(yīng)敏感系數(shù)尺w^相對(duì)最大的鏡片，從降低熱效應(yīng)和校正色差角度考慮使用CAF2作為第五塊鏡片的材料。因?yàn)镃AF2的熱傳導(dǎo)率是表中最高的，而折射率溫度系數(shù)和熱膨脹系數(shù)的符號(hào)相反，二者熱效應(yīng)部分抵消。圖2顯示了本實(shí)施例的投影物鏡的象散、場曲和畸變結(jié)果，從圖2中可以看出本實(shí)施例的投影物鏡的場曲在6nm以內(nèi)，象散小于3iim。除此之外，波象差小于12nm,遠(yuǎn)心度小于3.5mrad,像點(diǎn)位置相對(duì)理想像點(diǎn)的偏移量小于10nm，達(dá)到衍射極限的成像質(zhì)量。為了驗(yàn)證本發(fā)明的投影物鏡設(shè)計(jì)確實(shí)具有低熱效應(yīng)的特點(diǎn)，以下分析了在44mmx44mm方形視場范圍內(nèi)，3300wy7cm2啄光劑量下，物鏡的溫度變化及成像質(zhì)量。熱效應(yīng)的仿真假設(shè)物鏡內(nèi)部原始溫度為23°C，鏡片邊緣空氣溫度恒定23°C。在熱效應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，各鏡片從邊緣到中心產(chǎn)生了遞增的溫度梯度。各鏡片中心點(diǎn)的最高溫度如下表5<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>可見，升溫最高的是中間兩片材料為PBL1Y的鏡片L6、L7,但最高升溫也只有1.14°C。依椐這個(gè)仿真結(jié)果，僅移動(dòng)焦面幾個(gè)微米，即可使波象差恢復(fù)到20nrn水平，但此時(shí)倍率和畸變?nèi)圆焕硐?。如果使用最后一個(gè)鏡片L12作為可動(dòng)鏡片，則倍率可校正到5ppm，畸變可以校正到100nm。實(shí)際投影物鏡的熱效應(yīng)還有很多不確定因素的影響，但仿真可以一定程度上判斷物鏡熱效應(yīng)特性的優(yōu)劣。本發(fā)明的投影物鏡設(shè)計(jì)結(jié)合材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了較低的熱效應(yīng)。權(quán)利要求1、一種低熱效應(yīng)投影物鏡，包括從物方到像方沿光軸依次排列的第一至第十二透鏡，所述第六和第七透鏡之間設(shè)有光闌，所述第一至第六透鏡與所述第十二至第七透鏡關(guān)于所述光闌對(duì)稱；其特征在于所述第一、第二、第六透鏡具有正光焦度，所述第三、第四、第五透鏡具有負(fù)光焦度；所述的十二片透鏡中，全部采用了10mm內(nèi)部透光率達(dá)到0.999的材料制成，且所述的十二片透鏡均不包含非球面表面。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影物鏡，其特征在于所述第一、第二透鏡組成負(fù)光焦組；其中，所述第一透鏡為雙凹透鏡，使用SILICA材料制成；所述第二透鏡為凹面正對(duì)物面的彎月型透鏡，使用BSL7Y材料制成。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的才殳影物鏡，其特征在于所述第三、第四透鏡組成正光焦組；其中，所述第三透鏡為近似平凸透鏡，其曲率較小的一面朝向物方，使用BSL7Y材料制成；所述第四透鏡為雙凸透鏡，使用BSL7Y材料制成。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影物鏡，其特征在于所述第五、第六透鏡為正負(fù)光焦度組合；其中，所述第五透鏡為雙凸透鏡，使用CAF2材料制成；所述第六透鏡為雙凹透鏡，使用PBL1Y材料制成。全文摘要本發(fā)明公開了一種低熱效應(yīng)投影物鏡，其選擇合適材料并通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)在高曝光劑量下較小的熱效應(yīng)，降低了熱效應(yīng)補(bǔ)償?shù)碾y度，同時(shí)能在44mm×44mm方形視場范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好均勻的像質(zhì)，物方像方工作距離達(dá)到30mm，總長不超過800mm，且不包含非球面鏡片，不給加工、測試和裝調(diào)增加難度。文檔編號(hào)G02B27/00GK101354476SQ200810042738公開日2009年1月28日申請(qǐng)日期2008年9月10日優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日發(fā)明者儲(chǔ)兆祥,珩武,濱趙申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司