紫外投影光刻物镜的光路优化分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：投影光刻物镜一般要求“双远心”工作，这一是希望物镜的放大率不因物距不同而改变；二是希望物镜的像高不因像面离焦而发生变化。所以可将物镜以孔径光阑为界划分成两部分gb和ga，其中gb表示光刻物镜孔径光阑前的整个光组，ga表示光刻物镜孔径光阑后的整个光组。为图示简明，将gb和ga都用薄透镜表示，则光刻物镜轴外点主光线的光路如图6-1所示。图6-1 双远心光刻物镜中轴外点主光线的光路图图6-2 光刻物镜光路简图

投影光刻物镜一般要求“双远心”工作，这一是希望物镜的放大率不因物距不同而改变；二是希望物镜的像高不因像面离焦而发生变化。所以可将物镜以孔径光阑为界划分成两部分gb和g_a，其中g_b表示光刻物镜孔径光阑前的整个光组，g_a表示光刻物镜孔径光阑后的整个光组。为满足物方远心，则孔径光阑必须放在g_b的像方焦平面F_b′上；同样，为满足像方远心，则孔径光阑必须放在g_a的物方焦平面F_a上，因此光刻物镜的光路特点是g_b的像方焦点F_b′和g_a的物方焦点F_a重合，孔径光阑放置在这两个焦点重合的焦平面上。为图示简明，将g_b和g_a都用薄透镜表示，则光刻物镜轴外点主光线的光路如图6-1所示。

由图6-1可以看出，双远心光刻物镜主光线光路的基本特征是对“入瞳-孔径光阑-出瞳”这套物像来说的“刻卜勒望远镜”光路。

这个系统及其光路的特点是：

1）它是一个无焦系统，它的物方主面H、像方主面H′都在无穷远处，它的物方焦点F和像方焦点F′都在无穷远处，它的焦距f′为无穷大。

2）它的横向放大率β与物体放在什么地方无关，是个定值，为，这里f_b′是光刻物镜前半部g_b的焦距，f_a′是光刻物镜后半部g_a的焦距。

3）轴外点的主光线入射光刻物镜前平行于光轴，从光刻物镜出射后平行于光轴。

由此建议在双远心光刻物镜中不宜说它的焦距f′多长，也不宜说它的主面H、H′在何处，参见参考文献[26]的第30～31页，因为它们不是无穷大就是在无穷远，是个不定数。建议在涉及到此类问题时，说它的前（后）半部焦距各有多长，前（后）半部系统的主面各在何处，整个光刻物镜的物像共轭距为多少。

4）既然是“双远心”光路，光刻物镜的横向放大率就与物在何处无关，那么光刻物镜的物体（掩膜）安放在什么地方为好呢？如果将物平面放在前半部系统g_b的物方焦平面F_b上，则像平面就与后半部g_a的像方焦平面F_a′重合，g_b和g_a间是平行光路，如图6-2所示。这样的光路在其他地方都曾见过，例如-1^×转像系统，又例如无穷大筒长显微物镜与辅助物镜合在一起的光路。如果光刻物镜采用这样的光路，则构造物镜初始结构的思路就十分清晰，即可用两个倍率（焦距）不同的无穷大筒长的显微物镜，将各自的“物方”相对放置，构成光刻物镜的原始雏型。这个光路的横向放大率为，只与两个半部的焦距有关，而与两者间平行光路的长短无关。(https://www.chuimin.cn)

不同的地方是无穷大筒长显微物镜与辅助物镜合在一起的光路一般不是这里讲的“双远心”光路，辅助物镜的像方焦点一般也不与无穷大筒长显微物镜的物方焦点重合，更值得指出的是孔径光阑一般也不一定要安放在无穷大筒长显微物镜的物方焦点上。

5）由图6-2看出，物像共轭距是2（f_b′+f_a′）。对目前要做的设计任务而言，横向放大率β为-0.25^×，前半部g_b的焦距f_b′是后半部g_a焦距f_a′的4倍，如果后半部g_a的焦距取在7～10mm之间，则物镜的物像共轭距大致在70～100mm范围内。

图6-1 双远心光刻物镜中轴外点主光线的光路图

图6-2 光刻物镜光路简图

紫外投影光刻物镜的光路优化分析

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