1∶1折反式非球面光学系统.pdf

本发明属于具有或无折射元件的反射面光学系统，特别是提供了一种放大倍率为1∶1的折反式非球面光学系统，它主要用于精细图形的照相复制，例如用于投影式光刻机上。
    美国赫希尔（R.S.Hershel）在“Optics in model 900 Projection Stepper”，（发表在SPIE，Vol，174，1979，P.54）使用的维纳-戴森（Wynne-Dyson）光学系统。如图1所示，由一个球面反射镜6，透镜4，透镜5，二个折光棱镜3组成，在这种光学系统中，所有球面都几乎同心，透镜4，透镜5是胶合的，当透镜5的折射率高于透镜4，并且折射率差值适当时，修改透镜曲率半径可以同时校正整个系统的球差和场曲。在可见光光谱区，有许多光学玻璃可以使用，这个条件可以满足，系统的最大数值孔径可以达到0.3，视场直径为几厘米，但在波长短于365nm的紫外光谱区，可以使用的材料目前仅有熔石英，CaF2晶体，LiF2晶体，BaF2晶体，这个条件无法满足，场曲无法校正，因此视场要比可见光谱区小（小于10×10mm2）。

    这种系统数值孔径无法增大，限制了分辨率的提高，在紫外光谱区，因材料限制无法校正场曲，使视场小于10×10mm2，影响了生产率。

    本发明的目的是提供一种具有更大数值孔径和更高分辨率的光学系统，采用现有材料，在波长短于365nm的紫外光谱区获得10×10mm2以上的工作视场。

    本发明采用的技术方案如图2所示，光学系统包括两个折射棱镜3，由透镜4和透镜5胶合成的双胶合透镜，非球面反射镜6。所采用的非球面是二次幂或二次幂以上的轴对称非球面，其表达式为：

    y2＝2RX+（B-1）X2+CX3+DX4

    式中：B＝0.0-0.015

    C＝0.0-0.01

    D＝0.0-0.01

    X轴与光轴重合。

    R≈-2 × (n3-n2n3n2r1+1-n3n3r2)-1]]>

    式中：n2为透镜4折射率

    r1为透镜4球面半径

    n3为透镜5折射率

    r2为透镜5非胶合面半径。

    本发明的优点是：（1）光学系统数值孔径大于0.4，分辨率高。（2）在波长短于365nm时，采用现有材料可以获得18×18mm2的工作视场。

    图1，为已有技术的维纳-戴森光学系统。

    图2，为1∶1折反式非球面光学系统。

    非球面为二次幂的最佳实施例：

    序号    半径    间距    材料

    1    （物）平面    2.00    空气

    2    平面    32.16    溶石英

    3    平面    20.65    CaF2晶体

    4    -55.0    110.00    溶石英

    5    -165.0    422.8    空气

    6    （R）-587.8    -422.8    空气

    7    -165.0    -110.0    溶石英

    8    -55.0    -20.65    CaF2晶休

    9    平面    -32.16    溶石英

    10    平面    -2.02    空气

    11    （像）平面

    非球面：y2＝-2×587.8X-0.9944X2

    其性能指标为：

    数值孔径：0.45

    视场：18×18mm2

    工作波长：308nm

    工作带宽：1nm

    非球面为四次幂时的实施例：

    序号    半径    间距    材料

    1    （物）平面    2.00    空气

    2    平面    31.44    CaF2晶体

    3    平面    20.65    CaF2晶体

    4    -55.0    110.00    溶石英

    5    -165.8    414.4    空气

    6    （R）-590.5    -414.4    空气

    7    -165.8    -110.0    溶石英

    8    -55.0    -20.65    CaF2晶体

    9    平面    -31.44    CaF2晶体

    10    平面    -1.97    空气

    11    （像）平面

    非球面：y2＝-2×590.5X-0.9918X2+0.6×106X4

    其性能指标为：

    数值孔径：0.5

    视场：18×18mm2

    工作波长：308nm

    工作带宽：1nm