[发明专利]一种变焦光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种变焦光学系统，尤其是用于光刻照明系统内的变焦光学系统。

背景技术

光学投影光刻是利用光学投影成像的原理，将掩膜上的集成电路(IC)图形以分步重复或步进扫描曝光的方式将高分辨率的图形转移到涂胶硅片上。随着IC集成度的不断提高，需要转移的图形线条尺寸也越来越细，这就对光刻性能提出了越来越高的要求。

为掩膜面提供均匀照明是光刻照明系统的主要功能，根据光刻机实际工作时不同的曝光要求，需要光刻照明系统提供不同形状，不同大小相干因子的照明光瞳，从而降低光刻工艺因子，提高整个光刻系统的分辨率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种全球面，具有中间像面的变焦光学系统，结构简单，易于制作，成像质量优良，能够方便的对输入的照明光瞳系统进行缩放以得到所需要的照明光瞳形状。

所述的变焦光学系统沿其光轴方向包括第一透镜组L1、第二透镜组L2、第三透镜组L3和第四透镜组L4，所述透镜单元均处于同一光轴，其特征在于：第一镜组L1为前固定组，具有正光焦度，第二透镜组L2为变倍组，具有正光焦度，第三透镜组L3为补偿组，具有负光焦度，第四透镜组L4为后固定组，具有正光焦度，其中变倍组L2和补偿组L3可沿光轴方向移动，改变变焦系统的焦距。

所述第一透镜组L1沿光轴方向依次包括第一正透镜、第二正透镜和第一负透镜。

在所述第一透镜组L1后、第二透镜组L2前的某一位置有一中间像面，在该中间像平面上能够调整变焦系统像面出射的光瞳形状和能量分布。

所述第二透镜组L2沿光轴方向依次包括第三正透镜和第四正透镜。

所述的第三正透镜和第四正透镜能够沿光轴方向移动，改变系统焦距。

所述第三透镜组L3由一片透镜组成，即第二负透镜。

所述的第二负透镜能够沿光轴方向移动，补偿由于第三正透镜和第四正透镜移动改变系统焦距时像面的移动，使在变焦过程中保持在光轴方向的同一位置。

所述第四透镜组L4由一片透镜组成，即第五正透镜。

所述变焦光学系统为像方远心光学系统，适用于深紫外照明光源，包括波长为157nm、193.3nm或248nm的光源。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）本发明的变焦光学系统所有的透镜均为球面透镜，系统结构简单，能有效地降低制造成本，降低镜片的加工、检测和装调难度。

（2）本发明的移动组件，其运动轨迹简单，接近于线性，能够降低凸轮等机械装置与控制系统的制作难度。

（3）本发明的前固定组后有一中间像面，可以在此平面内调整系统像面得到的照明光瞳的能量分布，使其形状、能量分布特性符合特定的要求。

（4）本发明的后固定组与像面距离很长，可以在此加入一组可沿光轴方向移动的锥镜来配合变焦镜组，得到更加复杂的照明光瞳形状。

（5）本发明为像方远心光学系统，因此，即使放置于其像面的光学元件存在一定安装误差，也不会影响系统整体的性能。

附图说明

图1所示为本发明的一种变焦光学系统的结构示意图；

图2所示为本发明的变焦光学系统的变焦示意图；

图3所示为本发明的变焦光学系统长焦位置时的能量包围圆示意图；

图4所示为本发明的变焦光学系统长焦位置时的场曲与畸变示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。

图1为本发明的变焦光学系统布局示意图，共使用7片透镜，从光束入射方向依次包括第一透镜组L1、第二透镜组L2、第三透镜组L3和第四透镜组L4。第一透镜组L1具有正光焦度，第二透镜组L2具有正光焦度，第三透镜组L3具有负光焦度，第四透镜组L4具有正光焦度，像面8为光刻曝光系统的光瞳面，本发明的变焦系统还具有一个中间像面9，可以在此平面内调整系统像面得到的照明光瞳的能量分布，使其形状、能量分布特性符合特定的要求。

所述的第一透镜组L1为变焦系统的前固定组，由三片透镜组成，包括第一正透镜1，第二正透镜2和第一负透镜3。其主要作用是接收来自衍射光学元件（DOE）等照明系统部件所传递的入射光，并将其成像于变焦系统的中间像面9。