專利名稱：投影光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影光學(xué)系統(tǒng)，具體地，涉及一種具有高數(shù)值孔徑的投影光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
平版印刷工藝普遍使用于半導(dǎo)體元件的制造，例如集成電路(IC)、LSI、液晶元件、微構(gòu)圖部件以及微機(jī)械部件。
用于光刻的投影曝光裝置通常包括具有光源的照明光學(xué)系統(tǒng)和投影光學(xué)系統(tǒng)。來(lái)自照明光學(xué)系統(tǒng)的光照亮具有給定圖案的刻線(第一對(duì)象)，投影光學(xué)系統(tǒng)將刻線圖案(第一對(duì)象)的像轉(zhuǎn)印到感光基板(第二對(duì)象)的區(qū)域上。通過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)還可以減小刻線圖案的像的大小，從而在基板上產(chǎn)生較小的刻線圖案像。
向更小且更精細(xì)的小型器件發(fā)展的趨勢(shì)使得對(duì)用于制造這些器件的投影曝光系統(tǒng)以及由此對(duì)投影光學(xué)系統(tǒng)的需求越來(lái)越大。為了在對(duì)基板的曝光中獲得更好的分辨率，正在開(kāi)發(fā)數(shù)值孔徑增大的投影光學(xué)系統(tǒng)。此外，減小用于對(duì)基板進(jìn)行曝光的光的波長(zhǎng)。這兩種變化導(dǎo)致在投影光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及透鏡材料選擇方面的全方位新挑戰(zhàn)。
目前，在最近開(kāi)發(fā)的投影曝光系統(tǒng)中主要采用波長(zhǎng)短于200nm的照明光。適用于具有高數(shù)值孔徑并且波長(zhǎng)短的投影光學(xué)系統(tǒng)的高質(zhì)量透鏡材料往往供應(yīng)不足，且通常成本很高。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，已經(jīng)知道數(shù)值孔徑(投影光學(xué)系統(tǒng)的基板側(cè)的數(shù)值孔徑)高達(dá)0.9的投影光學(xué)系統(tǒng)。由于需要校正投影光學(xué)系統(tǒng)中的像差，所以在這種系統(tǒng)中通常希望成像光束(將第一對(duì)象的像轉(zhuǎn)印到第二對(duì)象的區(qū)域上)的入射角和偏轉(zhuǎn)角較小。這通常導(dǎo)致投影光學(xué)系統(tǒng)包含大直徑的透鏡并且在第一對(duì)象與第二對(duì)象(或者分別為刻線與基板)之間的距離較長(zhǎng)。然而，大透鏡直徑和長(zhǎng)距離通常意味著大塊的透鏡材料，因此意味著高成本。結(jié)果，投影光學(xué)系統(tǒng)往往變得很重。
因此，跟隨當(dāng)前趨勢(shì)并且開(kāi)發(fā)使用波長(zhǎng)短于200nm的照明光且具有更高數(shù)值孔徑的投影光學(xué)系統(tǒng)，同時(shí)采用增大投影光學(xué)系統(tǒng)的尺寸的方法，將不可以避免地導(dǎo)致投影光學(xué)系統(tǒng)以及其中包含的透鏡的尺寸大得不現(xiàn)實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有高數(shù)值孔徑和良好成像性能的投影光學(xué)系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供如下的投影光學(xué)系統(tǒng)，其具有緊湊的設(shè)計(jì)，具體地在物面(或第一對(duì)象)與像面(或第二對(duì)象)之間具有較短的長(zhǎng)度、并且/或者具有直徑相對(duì)較小和/或透鏡材料塊相對(duì)較小的透鏡，同時(shí)提供良好的成像性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種使用波長(zhǎng)短于250nm、優(yōu)選地短于200nm的光將第一對(duì)象成像到第二對(duì)象的區(qū)域上的投影光學(xué)系統(tǒng)，其包括沿該投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸設(shè)置的多個(gè)透鏡，其中所述多個(gè)透鏡可以按如下方式分為四個(gè)不重疊的透鏡組被設(shè)置為最靠近第一對(duì)象的第一組的總折射力為負(fù)折射力，被設(shè)置為與第一組直接相鄰的第二組的總折射力為正折射力，被設(shè)置為與第二組直接相鄰的第三組的總折射力為負(fù)折射力，被設(shè)置為與第三組直接相鄰的第四組的總折射力為正折射力，在該投影光學(xué)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)如下所述的本發(fā)明的第一、第二、第三和第四方面中的至少一個(gè)方面。
在優(yōu)選實(shí)施例中，第一組、第二組、第三組和第四組的總折射力的絕對(duì)值之和為最大值(尤其是與通過(guò)其他可能的組劃分方法可以獲得的值相比為最大值)。
此處使用的透鏡是指單個(gè)透鏡元件，而不是包括多個(gè)透鏡元件的光學(xué)系統(tǒng)。
優(yōu)選地，所述投影光學(xué)系統(tǒng)為完全的折射或屈光投影光學(xué)系統(tǒng)，即不包括諸如反射鏡的反射光學(xué)元件。
根據(jù)本發(fā)明的沿投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向(從第一對(duì)象開(kāi)始的給定順序)在負(fù)透鏡組之后是正透鏡組、接著是負(fù)透鏡組、接著又是正透鏡組的設(shè)置得到通常所謂的“單腰型”投影光學(xué)系統(tǒng)。腰部表示投影光學(xué)系統(tǒng)的收縮部或最小直徑。具體地，腰部由第三透鏡組中的透鏡形成。
在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足以下關(guān)系式 其中y為投影光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行成像的最大像域的直徑的一半，單位為mm，NA為第二對(duì)象側(cè)的最大數(shù)值孔徑，i為第i透鏡的折射力，單位為mm-1，k為投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡的總數(shù)，并且V1大于0.045。
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，V1大于0.055。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的投影光學(xué)系統(tǒng)中，使用折射力相對(duì)較高的透鏡，由此用于將第一對(duì)象的像轉(zhuǎn)印到第二對(duì)象的區(qū)域上的成像光束可以具有相當(dāng)大的偏轉(zhuǎn)/入射角。使用折射力相對(duì)較高的透鏡使得投影光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠緊湊，具體為使得第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的距離相對(duì)較短、并且使得能夠使用直徑相對(duì)較小的透鏡。例如，可以實(shí)現(xiàn)第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的距離短到大約1000mm。根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡的最大直徑可以小于大約300mm。
對(duì)在投影光學(xué)系統(tǒng)中使用的高折射力透鏡所至程度的適當(dāng)度量是該投影光學(xué)系統(tǒng)中的全部透鏡的平均折射力m，其由下式給出 i和k的定義如上。
在投影光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中很重要的另一個(gè)參數(shù)是展度(etendue)E，其可以表示為
E＝2·y·NA (3)由此，還可以將式(1)寫作E·m≥V1(4)本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)m與E的乘積大于0.045、尤其是大于上面已經(jīng)提到的0.055時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)具有良好成像特性的投影光學(xué)系統(tǒng)的有利的緊湊設(shè)計(jì)。
在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足以下關(guān)系式2·y·NA·sin(1k·Σi=1k|δi1|+|δi2|)≥V2---(5)]]>其中y、NA以及k的定義如上，δi1是成像光束在第i透鏡的第一光學(xué)表面的最大偏轉(zhuǎn)角，δi2是成像光束在第i透鏡的第二光學(xué)表面的最大偏轉(zhuǎn)角，并且，其中V2大于4。
根據(jù)另一示例性實(shí)施例，V2大于5。
在簡(jiǎn)化的表達(dá)式中，該關(guān)系式可以寫為sin(δm)·E＞V2(6)其中，δm為成像光束在投影光學(xué)系統(tǒng)中的多個(gè)透鏡的表面的最大偏轉(zhuǎn)角的絕對(duì)值的均值，如式(5)中的下式所定義1k·Σ|δi1|+|δi2|---(7)]]>特意使用大入射角和大偏轉(zhuǎn)角中的至少一個(gè)的、具有良好成像特性的投影光學(xué)系統(tǒng)與通常的教導(dǎo)頗為不同，通常的教導(dǎo)為在光學(xué)系統(tǒng)中，光束入射到各個(gè)透鏡面的角度越小，產(chǎn)生的像差就越小，容限就越寬松。
具體地，對(duì)于在根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)中使用高折射力透鏡和出現(xiàn)大入射/偏轉(zhuǎn)角，可以通過(guò)在投影光學(xué)系統(tǒng)中使用非球面來(lái)有利地執(zhí)行對(duì)諸如像差的成像誤差的校正。這里將成像誤差定義為成像特性與成像特性最優(yōu)值的任何偏差。
根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，所述多個(gè)透鏡中的至少五個(gè)透鏡中的每一個(gè)都具有至少一個(gè)非球面。根據(jù)示例性實(shí)施例，投影曝光系統(tǒng)包含的非球面不多于10個(gè)。
在本文使用時(shí)，應(yīng)該將術(shù)語(yǔ)“非球面”理解為表示其中在非球面與最佳擬合球之間的最大軸向距離為2μm或更大的非球面。該定義用于排除具有非預(yù)期變形的球面，以及通常在制造了透鏡/投影光學(xué)系統(tǒng)之后為了對(duì)像差(所述像差通常是由制造工藝引起的，而不是投影光學(xué)系統(tǒng)的特定設(shè)計(jì)所固有的)進(jìn)行校正而引入的非球面部分。為了描述表面非球面的程度，按照使得非球面的中心和外周位于其上的方式來(lái)選擇(虛擬的)理想球形或最佳擬合球，然后確定最佳擬合球與非球面之間的軸向距離。在圖1a中示出了徑向表面輪廓以及根據(jù)上述方法選擇的最佳擬合球。已經(jīng)大量研究了非球面對(duì)像差的影響、特別是非球面對(duì)于提高成像性能提供的參數(shù)，并將其記錄在文獻(xiàn)中。
在第三方面中，提供了一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其中所述多個(gè)透鏡中的至少五個(gè)透鏡中的每一個(gè)都具有至少一個(gè)非球面，并且其中非球面與最佳擬合球之間的軸向距離大于約300μm且小于約500μm。如上所述，按照使得非球面的中心和外周位于其上的方式來(lái)選擇最佳擬合球。上述值表示所使用的透鏡面為相當(dāng)顯著的非球面，即與最佳擬合球的偏差相當(dāng)大。優(yōu)選地，這種非球面位于第一透鏡組中并且/或者如果在投影光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置有孔徑光闌則這種非球面靠近孔徑光闌。
在投影光學(xué)系統(tǒng)中使用非球面透鏡有助于減小投影光學(xué)系統(tǒng)的長(zhǎng)度以及所需要的透鏡材料用量，并且有助于提高成像性能。
根據(jù)另一示例性實(shí)施例，非球面的曲率(dc/ds)最大變化的絕對(duì)值大于300m-2。
在投影光學(xué)系統(tǒng)的示例性實(shí)施例中，尤其是根據(jù)本發(fā)明的第三方面，所述至少五個(gè)非球面中的每一個(gè)具有有效直徑Das，其最佳擬合球的曲率中心位于該非球面背離具有該非球面的透鏡的一側(cè)上，其中Das為第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的設(shè)計(jì)距離LD的0.2倍。換言之，優(yōu)選地，非球面設(shè)置在透鏡的具有整體凹形的表面上。
制造具有距最佳擬合球的軸向距離如上所述地大的非球面的透鏡對(duì)于制造工藝本身以及對(duì)所制造非球面的光學(xué)檢測(cè)兩者都提出了很高的要求。為了檢測(cè)這種表面，優(yōu)選地使用干涉技術(shù)。為了對(duì)非球面進(jìn)行干涉測(cè)量，需要使非球面波前與之進(jìn)行比較的基準(zhǔn)波前的波前為非球面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)要測(cè)量的波前的理想擬合。為此，必須開(kāi)發(fā)所謂的“空光學(xué)元件(null-optics)”或“空系統(tǒng)(null-system)”，其能夠產(chǎn)生適合于對(duì)透鏡的非球面進(jìn)行干涉測(cè)量的非球面波前。變形較大且Zernike系數(shù)的值較高的非球面需要的干涉儀的折射系統(tǒng)如此復(fù)雜以至于這些折射系統(tǒng)實(shí)際上是不可能的并且/或者在經(jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō)不可能生產(chǎn)。
非球面的強(qiáng)烈變形通常需要在對(duì)該非球面的干涉測(cè)量中使用計(jì)算機(jī)生成的全息圖，即衍射系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)生成的全息圖(CGH)如果適當(dāng)?shù)嘏c少量折射元件進(jìn)行結(jié)合或者甚至它們自身進(jìn)行結(jié)合則能夠生成幾乎所有類型的波前。然而，由于在制造CGH中使用的技術(shù)(例如電子束、激光束以及光刻技術(shù))所帶來(lái)的限制，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)生成的全息圖也在可制造性方面受到實(shí)際限制，尤其是對(duì)于其尺寸的實(shí)際限制。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如上所述，通過(guò)按使得非球面位于透鏡的整體凹面上的方式將非球面設(shè)置在投影光學(xué)系統(tǒng)中，可以解決或者至少緩解這一問(wèn)題。如上所述，透鏡的整體凹面是最佳擬合球的曲率中心位于非球面的背離具有該非球面的透鏡的一側(cè)上的表面。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，作為最大直徑大于約200mm的多個(gè)透鏡的一部分的全部非球面都位于整體凹面上。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，根據(jù)上述方法設(shè)置的非球面具有與它們相關(guān)聯(lián)的最佳擬合球，這些最佳擬合球的半徑大于300mm并且/或者小于2000mm。下限由與制造相關(guān)的因素決定，而上限由在對(duì)非球面進(jìn)行干涉測(cè)量中所使用的“空光學(xué)元件”的最大可能長(zhǎng)度決定。
具有偏轉(zhuǎn)/入射角相當(dāng)大的非球面和球面的投影光學(xué)系統(tǒng)使得可以使用相對(duì)少量的玻璃，特別是在玻璃塊的角度，由此有助于減小投影光學(xué)系統(tǒng)的成本和重量。
在本發(fā)明的第四方面中，提供了一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足以下關(guān)系式GD2·y·NA≤V4---(8)]]>
其中y和NA的定義如上，并且其中GD是全部的透鏡軸向厚度之和，其中各透鏡的軸向厚度表示透鏡在光軸位置的厚度，并且其中V4小于40。
根據(jù)示例性實(shí)施例，V4小于35。
GD是在投影光學(xué)系統(tǒng)中使用的透鏡材料的量(尤其是在塊方面)的適當(dāng)指示符，由此是與透鏡材料相關(guān)聯(lián)的成本的適當(dāng)指示符。
在示例性實(shí)施例中，投影光學(xué)系統(tǒng)包括設(shè)置在第四透鏡組中的兩個(gè)透鏡之間的孔徑光闌。在這些實(shí)施例中，第四透鏡組包括第一對(duì)象(或者，更準(zhǔn)確地說(shuō)，第三透鏡組)與孔徑光闌之間的第一子透鏡組以及孔徑光闌與第二對(duì)象之間的第二子透鏡組。
根據(jù)本發(fā)明的其他示例性實(shí)施例，滿足以下條件f1f2<0.9·|β|---(9)]]>其中f1為包括第一組、第二組和第三組以及第四組中的第一子組的透鏡單元的焦距，f2為第四組中的第二子組的焦距，β為投影光學(xué)系統(tǒng)的放大率。
在本發(fā)明的另選實(shí)施例中，滿足以下條件f1f2>1.1·|β|---(10)]]>f1、f2和β的定義如上。
包括孔徑光闌與第一對(duì)象之間的全部透鏡在內(nèi)的透鏡單元的焦距與第四透鏡組中的包括孔徑光闌與第二對(duì)象之間的全部透鏡在內(nèi)的第二子組的焦距的失配用于產(chǎn)生無(wú)焦點(diǎn)投影光學(xué)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，滿足以下條件LD·Dbeam·log(1NA)100·FD<3---(11)]]>其中LD為第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的設(shè)計(jì)距離，Dbeam為光束的最大直徑，
NA為第二對(duì)象側(cè)的最大數(shù)值孔徑，并且FD為第一對(duì)象的最大域高度。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“設(shè)計(jì)距離”或“設(shè)計(jì)長(zhǎng)度”表示在工作或曝光模式下第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的距離，即，由投影光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而預(yù)測(cè)的當(dāng)?shù)谝粚?duì)象與第二對(duì)象都準(zhǔn)焦時(shí)第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的距離。
根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，非球面的徑向表面輪廓具有至多一個(gè)曲率拐點(diǎn)。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，至多一個(gè)非球面的徑向表面輪廓在該非球面的光學(xué)有效區(qū)域中具有曲率拐點(diǎn)。因?yàn)榉乔蛎嫱ǔＪ切D(zhuǎn)對(duì)稱的，所以此處使用的一個(gè)拐點(diǎn)可以包括如下實(shí)施例其中拐點(diǎn)按給定形狀(特別為圓形)在非球面的表面上展開(kāi)。例如，圖1a中所示的徑向表面輪廓落入恰有一個(gè)拐點(diǎn)的非球面的意義范圍內(nèi)。
根據(jù)示例性實(shí)施例，投影光學(xué)系統(tǒng)的焦距短于250mm。選擇該特定焦距使得投影光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的焦闌特性，特別是在第二對(duì)象側(cè)。
在根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的示例性實(shí)施例中，第四透鏡組中的第二子組中的至少一個(gè)透鏡為正折射力的透鏡，并且所述至少一個(gè)透鏡滿足以下條件i1·(u1i+u1o)+i2·(u2i+u2o)＞2.5并且f4p＜2500mm (12)其中i1為成像光束在所述至少一個(gè)透鏡的第一表面上的最大入射角，i2為成像光束在所述至少一個(gè)透鏡的第二表面上的最大入射角，u1i為成像光束與光軸之間在所述至少一個(gè)透鏡的外部在第一表面處形成的最大角，u2i為成像光束與光軸之間在所述至少一個(gè)透鏡的內(nèi)部在第二表面處形成的最大角，u1o為成像光束與光軸之間在所述至少一個(gè)透鏡的內(nèi)部在第一表面處形成的最大角，u2o為成像光束與光軸之間在所述至少一個(gè)透鏡的外部在第二表面處形成的最大角，并且f4p為所述至少一個(gè)透鏡的焦距。
圖1b中示意性地示出了上面涉及的角度。對(duì)于所述至少一個(gè)透鏡的焦距的限制用于排除平面平行板的價(jià)值不大的情況。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第一透鏡組僅由具有負(fù)折射力的透鏡組成，其中第一組的透鏡中的一個(gè)為凸面面向第一對(duì)象的凹凸透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第二透鏡組僅由具有正折射力的透鏡組成，其中第二組的透鏡中的至少一個(gè)透鏡具有(整體)凹進(jìn)的非球面。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，第二透鏡組包括至少三個(gè)透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第三透鏡組中的至少一個(gè)透鏡具有非球面。
根據(jù)本發(fā)明的其他示例性實(shí)施例，第三透鏡組僅由具有負(fù)折射力的透鏡組成。
根據(jù)本發(fā)明的其他示例性實(shí)施例，第三透鏡組包括三個(gè)或更多個(gè)負(fù)折射力的透鏡。根據(jù)其他示例性實(shí)施例，在第三透鏡組中，在具有負(fù)折射力的兩個(gè)透鏡之間設(shè)置有具有正折射力的透鏡。
在第四透鏡組中的第一子組包括負(fù)折射力的至少一個(gè)透鏡時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例被證明為有利，所述至少一個(gè)透鏡具有第一表面和第二表面，并滿足如下條件|c11+c12c11-c12|<-0.5---(13)]]>其中，c11是所述至少一個(gè)透鏡的第一表面的曲率，并且c12是所述至少一個(gè)透鏡的第二表面的曲率。
根據(jù)另一示例性實(shí)施例，第四透鏡組的第一子組包括兩個(gè)到四個(gè)正折射力的透鏡。
根據(jù)另一示例性實(shí)施例，第四透鏡組的第一子組(還)包括負(fù)折射力的至少一個(gè)透鏡，所述至少一個(gè)透鏡具有第一表面和第二表面，其滿足以下條件|c21+c22c21-c22|>0.5---(14)]]>其中，
c21是所述至少一個(gè)透鏡的第一表面的曲率，并且c22是所述至少一個(gè)透鏡的第二表面的曲率。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，第四透鏡組中的第二子組僅包括一個(gè)具有負(fù)折射力的透鏡。
根據(jù)另一示例性實(shí)施例，第四透鏡組中的第二子組包括在具有正折射力的透鏡附近設(shè)置的具有負(fù)折射力的透鏡，所述具有正折射力的透鏡(較之所述具有負(fù)折射力的透鏡)被設(shè)置為更靠近第二對(duì)象，并且其中所述負(fù)透鏡滿足以下條件|c31+c32c31-c32|<-0.5---(15)]]>其中，c31是所述至少一個(gè)透鏡的第一表面的曲率，并且c32是所述至少一個(gè)透鏡的第二表面的曲率。
根據(jù)本發(fā)明的其他示例性實(shí)施例，第四透鏡組中的第二子組包括鄰近具有負(fù)折射力的透鏡設(shè)置的具有正折射力的透鏡，所述具有負(fù)折射力的透鏡被設(shè)置為更靠近第二對(duì)象，并且其中所述負(fù)透鏡滿足以下條件|c41+c42c41-c42|>0.5---(16)]]>其中，c41是所述至少一個(gè)透鏡的第一表面的曲率，并且c42是所述至少一個(gè)透鏡的第二表面的曲率。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第四透鏡組中的第二子組包括不少于兩個(gè)且不多于四個(gè)的正凹凸透鏡，這些正凹凸透鏡的凹面對(duì)著第二對(duì)象。該實(shí)施例有助于實(shí)現(xiàn)消球差設(shè)計(jì)。
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，第一透鏡組包含最多兩個(gè)非球面透鏡，第二透鏡組包含最多兩個(gè)非球面透鏡，第三透鏡組包含最多一個(gè)非球面透鏡，第四透鏡組中的第一子組包含最多三個(gè)非球面透鏡，第四透鏡組中的第二子組包含最多三個(gè)非球面透鏡。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，這些非球面透鏡中的每一個(gè)都僅具有一個(gè)非球面。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在第四透鏡組的第二子組中，具有非球面的所有透鏡的非球面都位于該透鏡面向第二對(duì)象的一側(cè)。
根據(jù)另一示例性實(shí)施例，在第一透鏡組中，具有非球面的所有透鏡的非球面都位于該透鏡面向第一對(duì)象的一側(cè)。
如果在根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例中滿足以下條件則是有利的LDGD>1.4---(17)]]>其中，GD是所有透鏡的軸向厚度之和，如上所定義，LD是第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的設(shè)計(jì)距離。
選擇一種合適的透鏡材料或多種合適的透鏡材料很大程度上取決于在成像光束中所使用的并由此用于對(duì)第二對(duì)象進(jìn)行曝光的光的波長(zhǎng)。理想地，透鏡材料不容易出現(xiàn)嚴(yán)重的輻射致?lián)p傷(例如由諸如致密和稀疏的現(xiàn)象而導(dǎo)致的透射增大或者折射率變化)，并且理想地，應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)較低的雙折射，包括應(yīng)力導(dǎo)致的雙折射和固有雙折射。
對(duì)透鏡材料的適當(dāng)選擇和設(shè)置使得可以對(duì)投影光學(xué)系統(tǒng)中的色差進(jìn)行校正，由此多少減輕對(duì)投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)的要求。
熔融硅石(尤其是合成熔融硅石)是使用較短波長(zhǎng)(例如，193nm)進(jìn)行曝光的投影曝光系統(tǒng)中最常用的材料。熔融硅石材料對(duì)紫外致?lián)p傷的敏感性與材料的化學(xué)和物理特性相關(guān)，而材料的化學(xué)和物理特性又與制造和/或處理材料的方法緊密相關(guān)。在曝光于高強(qiáng)度輻射下時(shí)，發(fā)現(xiàn)給定材料的透鏡的曝光區(qū)域的密度發(fā)生變化，具體地為致密或稀疏。通常可以認(rèn)為投影曝光裝置中的透鏡的曝光區(qū)域的密度變化對(duì)于透鏡的光學(xué)特性具有有害影響。具體地，例如，波前畸變表示致密或稀疏，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)母缮娣椒▽?duì)其進(jìn)行測(cè)量和確定。例如，透鏡材料密度的增大縮短了通過(guò)該材料的物理路程，而且改變了折射率(其通常增大到更大程度)，從而總效果是光路增大。對(duì)于稀疏現(xiàn)象則是相反情況。
對(duì)于紫外輻射透明并且至少迄今尚未發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)與光學(xué)特性變化相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)變化的透鏡材料是氟化鈣，CaF2。因此，氟化鈣是在通常使用的遠(yuǎn)紫外波長(zhǎng)(例如，193nm和157nm)合適的材料。此外，其他的特性與氟化鈣的特性類似的堿土氟化物材料也是合適的透鏡材料。由于硅石材料中發(fā)現(xiàn)的輻射致?lián)p傷，所以當(dāng)要延長(zhǎng)投影光學(xué)系統(tǒng)的使用壽命并由此延長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的投影曝光系統(tǒng)的使用壽命時(shí)，氟化鈣是透鏡材料的選擇。然而，為了使氟化鈣適用于光學(xué)透鏡，其需要為單晶形式，這不僅昂貴而且在技術(shù)上難以制造，從而導(dǎo)致的供應(yīng)有限多少限制了其實(shí)際應(yīng)用。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，全部透鏡都是用氟化鈣制成的。在另選實(shí)施例中，全部透鏡都是以硅石、特別是熔融硅石制成的。
在其他實(shí)施例中，可以使用一種或更多種透鏡材料(特別是特殊晶體材料)作為透鏡材料。在這些實(shí)施例中，透鏡材料/晶體材料可以包括諸如氟化鈣、氟化鋇以及其他適當(dāng)氟化物的氟化物材料。
根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，最靠近第二對(duì)象設(shè)置的四個(gè)透鏡中的一個(gè)或更多個(gè)是由氟化物材料制成的，其中在所述一個(gè)或更多個(gè)透鏡中氟化物材料相對(duì)于光軸的晶體取向在兩個(gè)或更多個(gè)透鏡中是相同的。例如，全部四個(gè)透鏡可以都由<110>熒石材料制成，其中對(duì)于全部四個(gè)透鏡，特別選擇的晶格相對(duì)于光軸都沿一個(gè)預(yù)定朝向設(shè)置。
根據(jù)另一示例性實(shí)施例，第三透鏡組中的一個(gè)或更多個(gè)透鏡由氟化物材料制成，以幫助延長(zhǎng)投影光學(xué)系統(tǒng)的使用壽命。
根據(jù)本發(fā)明的其他示例性實(shí)施例，第二透鏡組中的一個(gè)或更多個(gè)透鏡是由氟化物材料制成的。優(yōu)選地，第四透鏡組中的正透鏡中的一個(gè)是由氟化物材料制成的。這些實(shí)施例在校正色差方面、尤其是在減小橫向色差方面尤為有利。
當(dāng)在投影光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)或更多個(gè)透鏡中使用氟化鈣或另一氟化物材料時(shí)，優(yōu)選地，按使得由于固有雙折射而導(dǎo)致的對(duì)比度下降小于0.5％的方式來(lái)選擇透鏡中使用的氟化物的直徑、厚度以及晶體取向。
本發(fā)明的示例性實(shí)施例中使用的孔徑光闌優(yōu)選為可調(diào)的。為了使得投影光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠非常緊湊，本發(fā)明的示例性實(shí)施例具有可調(diào)的孔徑光闌，其中由該孔徑光闌形成的孔徑的軸向位置隨該孔徑的大小而變化，其中孔徑的軸向位置是由該孔徑定義的平面(即，包含該孔徑的平面)與光軸的交點(diǎn)定義的。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可調(diào)孔徑光闌包括基本為平面形狀的薄片。另選地，可調(diào)孔徑光闌可以包括基本全部具有相同球形的薄片。在相同受讓人的2000年10月4日提交的US 6,445,510中描述了這種孔徑的示例，在此通過(guò)引用并入其全部?jī)?nèi)容。有利地使用其中孔徑的軸向位置隨孔徑的大小而變化的孔徑，以使得該孔徑前面的透鏡和其后面的透鏡(沿在從第一對(duì)象到第二對(duì)象的方向上傳播的光的方向)能夠非常靠近地設(shè)置在一起，即，減小這兩個(gè)透鏡之間的必要間隔。由于不再給出先前對(duì)于與孔徑光闌直接相鄰的透鏡之間的大間隔的要求，所以這一能力在投影光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面提供了進(jìn)一步的可能性。
根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)通常在第二對(duì)象側(cè)具有該投影光學(xué)系統(tǒng)的高數(shù)值孔徑，在示例性實(shí)施例中，數(shù)值孔徑大于0.91。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，第四透鏡組包括至少一對(duì)緊鄰的透鏡，其中這對(duì)透鏡中的第一透鏡具有第一表面和第二表面，并且這對(duì)透鏡中的第二透鏡具有第三表面和第四表面，其中第一表面、第二表面、第三表面和第四表面按此順序沿著光軸設(shè)置，并且其中，滿足以下條件d<V5|c51+c52c51-c52|>V6c51>V7---(18)]]>其中，d為第二表面與第三表面之間的最大距離，c51為第一表面的曲率，c52為第四表面的曲率，并且V5＝15mm、V6＝10、V7＝0.003mm-1。
根據(jù)其他示例性實(shí)施例，V5＝10mm并且/或者V6＝15并且/或者V7＝0.004mm-1。
在這些實(shí)施例中，第一表面和第四表面(即，兩個(gè)不同透鏡的兩個(gè)表面)實(shí)際上形成凹凸透鏡，具體為凹凸透鏡的光學(xué)表面。已經(jīng)證明了該設(shè)置有利于投影光學(xué)系統(tǒng)的成像特性、尤其是緊湊設(shè)計(jì)(即，第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較短，并且投影光學(xué)系統(tǒng)中包括的多個(gè)透鏡的最大直徑相對(duì)較小)的投影光學(xué)系統(tǒng)的成像特性。
根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)使得能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊的設(shè)計(jì)，具體為第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的短設(shè)計(jì)長(zhǎng)度以及相對(duì)較小的透鏡最大直徑，并且能夠?qū)崿F(xiàn)較低的色差。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種投影曝光系統(tǒng)，該投影曝光系統(tǒng)包括照明光學(xué)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生波長(zhǎng)短于250nm的光的光束；固定器，用于固定作為第一對(duì)象的構(gòu)圖結(jié)構(gòu)；基板固定器，用于固定作為第二對(duì)象的輻射敏感基板；以及如上所述的根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將第一對(duì)象成像到第二對(duì)象的區(qū)域。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種制造微結(jié)構(gòu)器件的方法，包括以下步驟使用投影曝光系統(tǒng)，該投影曝光系統(tǒng)包括照明光學(xué)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生波長(zhǎng)短于250nm的光的光束；固定器(mount)，用于固定作為第一對(duì)象的構(gòu)圖結(jié)構(gòu)；基板固定器，用于固定作為第二對(duì)象的輻射敏感基板；以及如上所述的根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將第一對(duì)象成像到第二對(duì)象的區(qū)域；以及利用波長(zhǎng)短于250nm的光的光束將構(gòu)圖結(jié)構(gòu)成像到輻射敏感基板上。
本發(fā)明的另一方面涉及一種利用上述方法制造的微結(jié)構(gòu)器件。


以下參照附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中圖1a是透鏡的非球面的徑向表面輪廓的示意圖；圖1b是透鏡的兩個(gè)表面上的入射角和偏轉(zhuǎn)角的圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一實(shí)施例的光路圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的第二實(shí)施例的光路圖。
具體實(shí)施例方式
圖1a示出了擬合有對(duì)應(yīng)的最佳擬合球2的非球面1的徑向表面輪廓的示意表示。點(diǎn)3表示非球面的中心，點(diǎn)4表示非球面的外周。點(diǎn)5表示非球面透鏡的曲率拐點(diǎn)。因?yàn)樗枥L的非球面是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，所以拐點(diǎn)5在非球面上沿圓形展開(kāi)，從而在此處使用的術(shù)語(yǔ)中非球面被認(rèn)為僅具有一個(gè)拐點(diǎn)。Δ表示與最佳擬合球的偏差，即非球面與與之最佳擬合的理想球之間的軸向距離。
圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例的透鏡的選段，其中為了進(jìn)行說(shuō)明而標(biāo)出u1i、u2i、u1o和u2ou1i為成像光束與光軸之間在透鏡外部在第一表面處形成的最大角，u2i為成像光束與光軸之間在透鏡內(nèi)部在第二表面處形成的最大角，u1o為成像光束與光軸之間在透鏡內(nèi)部在第一表面處形成的最大角，u2o為成像光束與光軸之間在透鏡外部在第二表面處形成的最大角。
在圖2中，示出了根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一實(shí)施例的光路圖。如括號(hào)所示，第一透鏡組LG1包括3個(gè)透鏡且具有負(fù)折射力，第二透鏡組LG2包括4個(gè)透鏡且具有正折射力，第三透鏡組LG3包括5個(gè)透鏡且具有負(fù)折射力，第四透鏡組LG4的第一子組SG41包括7個(gè)透鏡且具有正折射力，第四透鏡組LG4的第二子組SG42包括7個(gè)透鏡且具有正折射力?？偟膩?lái)說(shuō)，投影光學(xué)系統(tǒng)包括26個(gè)透鏡。第四透鏡組LG4還在第一子組與第二子組之間包括一孔徑光闌。
表1中列出了透鏡參數(shù)(例如透鏡的厚度、透鏡材料、光學(xué)表面的半徑、以及透鏡的直徑)的詳細(xì)信息。此外，表1中給出了非球面在投影光學(xué)系統(tǒng)中的位置及其參數(shù)的表示?？梢杂梢韵碌仁絹?lái)表征非球面p(h)=h2r1+1-(1+K)h2r2+c1·h4+c2·h6+...---(19)]]>其中，r為非球面頂點(diǎn)處的曲率(旁軸曲率)半徑，h為非球面上的點(diǎn)距光軸的距離(或非球面距光軸的高度)，p(h)為該表面在軸向的凹陷，即沿光軸方向從切平面到非球面頂點(diǎn)的距離，K為錐形系數(shù)，并且C1…C6為非球面系數(shù)。
如從表1所顯見(jiàn)，投影光學(xué)系統(tǒng)的第一實(shí)施例包含10個(gè)非球面，所有這些非球面都設(shè)置在整體凹進(jìn)的透鏡面上。第一實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)是針對(duì)波長(zhǎng)為193nm的成像光束而設(shè)計(jì)的。
表1


表1(續(xù))非球面



如從圖2中所顯見(jiàn)，第一透鏡組包括2個(gè)凹凸透鏡，一個(gè)凹凸透鏡的凹側(cè)面向第二對(duì)象，一個(gè)凹凸透鏡的凹側(cè)面向第一對(duì)象的方向。第一透鏡組具有相當(dāng)高的負(fù)折射力，并且僅需要三個(gè)透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)成像光束的強(qiáng)烈發(fā)散。
第三透鏡組LG3形成腰部，該腰部是Petzval校正所需要的。第三透鏡組LG3強(qiáng)烈發(fā)散成像光束。第一透鏡組LG1和第二透鏡組LG2形成第一透鏡配置(“腹部”)，第四透鏡組LG4形成第二透鏡配置(“腹部”)。第四透鏡組LG4中的第一子組SG41中的第三透鏡和第四透鏡(兩者都是凹面面向第二對(duì)象方向的凹凸透鏡)提供了較強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)角。在第四透鏡組LG4的第二子組SG42中，光學(xué)表面45和48(即，第二子組的第二透鏡的第一表面和該子組的第三透鏡的第二表面)一起形成凹凸透鏡。第二透鏡的第二表面46和第三透鏡的第一表面47被設(shè)置為非常靠近。
在表2中，列出了本發(fā)明的第一實(shí)施例的特征參數(shù)。
表2

如從表1和2中可以看出，在第一實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的第一、第二、第三和第四方面。
在圖3中，示出了根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的第二實(shí)施例的光路圖。如括號(hào)所示，第一透鏡組LG1包括負(fù)折射力的三個(gè)透鏡，第二透鏡組LG2包括五個(gè)透鏡且具有正折射力，第三透鏡組LG3包括負(fù)折射力的三個(gè)透鏡并形成投影光學(xué)系統(tǒng)的腰部。第四組LG4的第一子組SG41包括四個(gè)透鏡，第四透鏡組LG4的第二子組SG42包括八個(gè)透鏡，第四透鏡組LG4具有正折射力。第四透鏡組LG4進(jìn)一步包括可調(diào)孔徑光闌，其中該孔徑光闌包括當(dāng)孔徑尺寸改變時(shí)可以在球形的側(cè)表面上移動(dòng)的薄片。由此，并不提供在調(diào)節(jié)期間固定于光軸特定位置的孔徑，而是提供可調(diào)孔徑光闌，其薄片被成形且被設(shè)置為使得當(dāng)減小孔徑尺寸時(shí)該薄片沿球形移動(dòng)到光路中。因此，第一子組SG41的最末透鏡和第二子組SG42的第一透鏡可以被設(shè)置為彼此緊鄰。第三組LG3的最末透鏡和第一子組SG41的第一透鏡形成第一雙合透鏡(doublet)，第一子組SG41的第二透鏡和第三透鏡形成第二雙合透鏡。透鏡面27為相對(duì)于第二對(duì)象方向凹進(jìn)的面，在該表面處成像光束具有相當(dāng)大的入射角和偏轉(zhuǎn)角。該透鏡面具有較強(qiáng)的校正效果，尤其是對(duì)于投影光學(xué)系統(tǒng)的彗差和球差。第一子組SG41的最末透鏡的透鏡面31和第二子組SG42的第一透鏡的透鏡面34一起形成凹凸透鏡。由于第一子組的最末透鏡對(duì)成像光束施加的大偏轉(zhuǎn)/入射角，所以該透鏡也是很重要的。在第二子組SG42的第一透鏡與第二透鏡之間，形成有空氣透鏡。第二子組SG42的第二透鏡具有較高的正折射力。
表3中列出了關(guān)于透鏡參數(shù)(例如透鏡的厚度、透鏡材料、光學(xué)表面的半徑以及透鏡的直徑)的詳細(xì)信息。此外，表3中給出了非球面在投影光學(xué)系統(tǒng)中的位置及其參數(shù)的表示。如從表3所顯見(jiàn)，投影光學(xué)系統(tǒng)的第二實(shí)施例包含10個(gè)非球面，所有這些非球面都設(shè)置在整體凹進(jìn)的透鏡面上。
在表4中，列出了本發(fā)明第二實(shí)施例的特征參數(shù)。
表3


表3(續(xù))非球面



表4

表4(續(xù))如可以從表3和4中看出，在第二實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的第一、第二、第三和第四方面。
雖然已經(jīng)關(guān)于本發(fā)明的某些具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是很明顯，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很多替換、修改和變化是顯而易見(jiàn)的。因此，本文闡述的本發(fā)明的示例性實(shí)施例旨在示例而并非任何方式的限制。可以在不脫離如所附權(quán)利要求書(shū)中所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.一種使用波長(zhǎng)短于250nm的光將第一對(duì)象成像到第二對(duì)象的區(qū)域中的投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)包括沿該投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸設(shè)置的多個(gè)透鏡；其中，所述多個(gè)透鏡被按如下方式分為四個(gè)不重疊的透鏡組最靠近第一對(duì)象設(shè)置的第一組的總折射力為負(fù)折射力，與第一組直接相鄰地設(shè)置的第二組的總折射力為正折射力，與第二組直接相鄰地設(shè)置的第三組的總折射力為負(fù)折射力，并且與第三組直接相鄰地設(shè)置的第四組的總折射力為正折射力；并且其中，滿足以下關(guān)系式 其中y為該投影光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行成像的最大像域的直徑的一半，單位為mm，NA為第二對(duì)象側(cè)的最大數(shù)值孔徑，i為第i透鏡的折射力，單位為mm-1，k為該投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡的總數(shù)，并且其中，V1大于0.045。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，V1大于0.055。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，滿足以下關(guān)系式2·y·NA·sin(1k·Σi=1k|δi1|+|δi2|)≥V2]]>其中y為該投影光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行成像的最大像域的直徑的一半，單位為mm，NA為第二對(duì)象側(cè)的最大數(shù)值孔徑，δi1為成像光束在第i透鏡的第一光學(xué)表面的最大偏轉(zhuǎn)角，δi2為成像光束在第i透鏡的第二光學(xué)表面的最大偏轉(zhuǎn)角，k為該投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡的總數(shù)，并且其中，V2大于4。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，V2大于5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)透鏡中的至少五個(gè)透鏡中的每一個(gè)都具有至少一個(gè)非球面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，非球面與對(duì)應(yīng)的理想球形之間的軸向距離大于約300μm且小于約500μm，其中，所述理想球形是按照使得非球面的中心和外周都位于該理想球形上的方式來(lái)選擇的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)置在第四透鏡組中的兩個(gè)透鏡之間的孔徑光闌，其中，第四透鏡組包括第一對(duì)象與所述孔徑光闌之間的第一子透鏡組以及所述孔徑光闌與第二對(duì)象之間的第二子透鏡組。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，滿足以下條件f1f2<0.9·|β|]]>其中，f1為包括第一組、第二組和第三組以及第四組中的第一子組在內(nèi)的透鏡單元的焦距，f2為第四組中的第二子組的焦距，β為所述投影光學(xué)系統(tǒng)的放大率。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，滿足以下條件f1f2>1.1·|β|]]>其中，f1為包括第一組、第二組和第三組以及第四組中的第一子組在內(nèi)的透鏡單元的焦距，f2為第四組中的第二子組的焦距，β為所述投影光學(xué)系統(tǒng)的放大率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，滿足以下條件LD·Dbeam·log(1NA)100·FD<3]]>其中，LD為第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的設(shè)計(jì)距離，Dbeam為光束的最大直徑，NA為第二對(duì)象側(cè)的最大數(shù)值孔徑，并且FD為第一對(duì)象的最大域高度。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，非球面的徑向表面輪廓具有至多一個(gè)曲率拐點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，至多一個(gè)非球面的徑向表面輪廓在該非球面的光學(xué)有效區(qū)域內(nèi)具有曲率拐點(diǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)的焦距短于250mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第四透鏡組中的第二子組中的至少一個(gè)透鏡為正折射力的透鏡，并且其中，所述至少一個(gè)透鏡滿足以下條件i1·(u1i+u1o)+i2·(u2i+u2o)＞2.5并且f4p＜2500mm其中，i1為成像光束在所述至少一個(gè)透鏡的第一表面上的最大入射角，i2為成像光束在所述至少一個(gè)透鏡的第二表面上的最大入射角，u1i為成像光束與光軸之間在所述至少一個(gè)透鏡的外部在第一表面處形成的最大角，u2i為成像光束與光軸之間在所述至少一個(gè)透鏡的內(nèi)部在第二表面處形成的最大角，u1o為成像光束與光軸之間在所述至少一個(gè)透鏡的內(nèi)部在第一表面處形成的最大角，u2o為成像光束與光軸之間在所述至少一個(gè)透鏡的外部在第二表面處形成的最大角，并且f4p為所述至少一個(gè)透鏡的焦距。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一透鏡組僅由具有負(fù)折射力的透鏡組成，其中，第一組的透鏡中的一個(gè)為凹面面向第一對(duì)象的凹凸透鏡。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第二透鏡組僅由具有正折射力的透鏡組成，其中，第二組的透鏡中的至少一個(gè)透鏡具有凹進(jìn)的非球面。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第二透鏡組包括至少三個(gè)透鏡。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第三透鏡組中的至少一個(gè)透鏡具有非球面。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第三透鏡組僅由具有負(fù)折射力的透鏡組成。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第三透鏡組包括三個(gè)或更多個(gè)負(fù)折射力的透鏡。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，在第三透鏡組中，在具有負(fù)折射力的兩個(gè)透鏡之間設(shè)置有具有正折射力的透鏡。
22.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一子透鏡組包括至少一個(gè)負(fù)折射力的透鏡，所述至少一個(gè)透鏡具有第一表面和第二表面，所述至少一個(gè)透鏡滿足如下條件|c11+c12c11-c12|<-0.5]]>其中，c11是所述至少一個(gè)透鏡的第一表面的曲率，并且c12是所述至少一個(gè)透鏡的第二表面的曲率。
23.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一子透鏡組包括2到4個(gè)正折射力的透鏡。
24.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一子透鏡組包括至少一個(gè)負(fù)折射力的透鏡，所述至少一個(gè)透鏡具有第一表面和第二表面，所述至少一個(gè)透鏡滿足以下條件|c21+c22c21-c22|>0.5]]>其中，c21是所述至少一個(gè)透鏡的第一表面的曲率，并且c22是所述至少一個(gè)透鏡的第二表面的曲率。
25.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第二子透鏡組僅包括一個(gè)具有負(fù)折射力的透鏡。
26.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第二子透鏡組包括在具有正折射力的透鏡附近設(shè)置的、具有負(fù)折射力的透鏡，所述具有正折射力的透鏡被設(shè)置為更靠近第二對(duì)象，并且其中，所述負(fù)透鏡滿足以下條件|c31+c32c31-c32|<-0.5]]>其中，c31是所述至少一個(gè)透鏡的第一表面的曲率，并且c32是所述至少一個(gè)透鏡的第二表面的曲率。
27.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第二子透鏡組包括在具有負(fù)折射力的透鏡附近設(shè)置的、具有正折射力的透鏡，所述具有負(fù)折射力的透鏡被設(shè)置為更靠近第二對(duì)象，并且其中，所述負(fù)透鏡滿足以下條件|c41+c42c41-c42|>0.5]]>其中，c41是所述至少一個(gè)透鏡的第一表面的曲率，并且c42是所述至少一個(gè)透鏡的第二表面的曲率。
28.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第二子透鏡組包括不少于兩個(gè)且不多于四個(gè)的正凹凸透鏡，這些正凹凸透鏡的凹面面向第二對(duì)象。
29.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一透鏡組包含最多2個(gè)非球面透鏡，第二透鏡組包含最多2個(gè)非球面透鏡，第三透鏡組包含最多1個(gè)非球面透鏡，第四透鏡組中的第一子組包含最多3個(gè)非球面透鏡，并且第四透鏡組中的第二子組包含最多3個(gè)非球面透鏡。
30.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，在第四透鏡組的第二子組中，具有非球面的全部透鏡的非球面都位于該透鏡面向第二對(duì)象的一側(cè)上。
31.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，在第一透鏡組中，具有非球面的全部透鏡的非球面都位于該透鏡面向第一對(duì)象的一側(cè)上。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，滿足以下條件LDGD>1.4]]>其中，GD是所有透鏡的軸向厚度之和，其中各透鏡的軸向厚度表示該透鏡在光軸位置的厚度，LD是第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的設(shè)計(jì)距離。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，所有透鏡都是由氟化鈣制成的。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，所有透鏡都是由硅石制成的。
35.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，使用一種或更多種晶體材料作為透鏡材料。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，晶體材料包括氟化物材料。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，最靠近第二對(duì)象設(shè)置的四個(gè)透鏡中的一個(gè)或更多個(gè)透鏡是由氟化物材料制成的，其中在所述一個(gè)或更多個(gè)透鏡中氟化物材料相對(duì)于光軸的晶體取向在兩個(gè)或更多個(gè)透鏡中是相同的。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第二透鏡組和/或第三透鏡組中的一個(gè)或更多個(gè)透鏡由氟化物材料制成。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第四透鏡組中的正透鏡中的一個(gè)是由氟化物材料制成的。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，該投影光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步包括可調(diào)孔徑光闌，其中，由該孔徑光闌形成的孔徑的軸向位置隨該孔徑的大小而變化，其中，孔徑的軸向位置是由該孔徑定義的平面與光軸的交點(diǎn)限定的。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，可調(diào)孔徑光闌包括基本為平面形狀的薄片。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，可調(diào)孔徑光闌包括基本全部具有相同球形的薄片。
43.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，該投影光學(xué)系統(tǒng)在第二對(duì)象側(cè)的數(shù)值孔徑大于0.91。
44.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第四透鏡組包括至少一對(duì)直接相鄰的透鏡，其中，這對(duì)透鏡中的第一透鏡具有第一表面和第二表面，這對(duì)透鏡中的第二透鏡具有第三表面和第四表面，其中第一表面、第二表面、第三表面和第四表面按此順序沿光軸設(shè)置，并且其中，滿足以下條件d＜V5|c51+c52c51-c52|>V6]]>c51＞V7其中，d為第二表面與第三表面之間的最大距離，c51為第一表面的曲率，c52為第四表面的曲率，并且V5＝15mm、V6＝10、V7＝0.003mm-1。
45.一種使用波長(zhǎng)短于250nm的光將第一對(duì)象成像到第二對(duì)象的區(qū)域中的投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)包括沿該投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸設(shè)置的多個(gè)透鏡；其中，所述多個(gè)透鏡可以按如下方式分為四個(gè)不重疊的透鏡組最靠近第一對(duì)象設(shè)置的第一組的總折射力為負(fù)折射力，與第一組直接相鄰地設(shè)置的第二組的總折射力為正折射力，與第二組直接相鄰地設(shè)置的第三組的總折射力為負(fù)折射力，并且與第三組直接相鄰地設(shè)置的第四組的總折射力為正折射力；并且其中，滿足以下關(guān)系式2·y·NA·sin(1k·Σi=1k|δi1|+|δi2|)≥V2]]>其中y為該投影光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行成像的最大像域的直徑的一半，單位為mm，NA為第二對(duì)象側(cè)的最大數(shù)值孔徑，δi1為成像光束在第i透鏡的第一光學(xué)表面的最大偏轉(zhuǎn)角，δi2為成像光束在第i透鏡的第二光學(xué)表面處的最大偏轉(zhuǎn)角，k為投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡的總數(shù)，并且其中，V2大于4。
46.根據(jù)權(quán)利要求3所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，V2大于5。
47.一種使用波長(zhǎng)短于250nm的光將第一對(duì)象成像到第二對(duì)象的區(qū)域中的投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)包括沿該投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸設(shè)置的多個(gè)透鏡；其中，所述多個(gè)透鏡可以按如下方式分為四個(gè)不重疊的透鏡組最靠近第一對(duì)象設(shè)置的第一組的總折射力為負(fù)折射力，與第一組直接相鄰地設(shè)置的第二組的總折射力為正折射力，與第二組直接相鄰地設(shè)置的第三組的總折射力為負(fù)折射力，并且與第三組直接相鄰地設(shè)置的第四組的總折射力為正折射力；其中，所述多個(gè)透鏡中的至少五個(gè)透鏡中的每一個(gè)都具有至少一個(gè)非球面，其中，非球面與對(duì)應(yīng)的理想球形之間的軸向距離大于約300μm且小于約500μm，其中，所述理想球形是按照使得非球面的中心和外周都位于該理想球形上的方式來(lái)選擇的。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述至少五個(gè)非球面中的每一個(gè)具有有效直徑Das，其對(duì)應(yīng)的理想球形的曲率中心位于該非球面背離具有該非球面的透鏡的一側(cè)上，并且其中Das為第一對(duì)象與第二對(duì)象之間的設(shè)計(jì)距離LD的0.2倍。
49.根據(jù)權(quán)利要求45所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，非球面的曲率的最大變化的絕對(duì)值大于300m-2。
50.一種使用波長(zhǎng)短于250nm的光將第一對(duì)象成像到第二對(duì)象的區(qū)域中的投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)包括沿該投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸設(shè)置的多個(gè)透鏡；其中，所述多個(gè)透鏡可以按如下方式分為四個(gè)不重疊的透鏡組最靠近第一對(duì)象設(shè)置的第一組的總折射力為負(fù)折射力，與第一組直接相鄰地設(shè)置的第二組的總折射力為正折射力，與第二組直接相鄰地設(shè)置的第三組的總折射力為負(fù)折射力，并且與第三組直接相鄰地設(shè)置的第四組的總折射力為正折射力；并且其中，滿足以下關(guān)系式GD2·y·NA≤V4]]>其中y為該投影光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行成像的最大像域的直徑的一半，單位為mm，NA為第二對(duì)象側(cè)的最大數(shù)值孔徑，GD為全部的透鏡軸向厚度之和，其中各透鏡的軸向厚度表示該透鏡在光軸位置的厚度，并且其中，V4小于40。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，V4小于35。
52.一種投影曝光系統(tǒng)，包括照明光學(xué)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生波長(zhǎng)短于250nm的光的光束；固定器，用于固定作為第一對(duì)象的構(gòu)圖結(jié)構(gòu)；基板固定器，用于固定作為第二對(duì)象的輻射敏感基板；以及根據(jù)權(quán)利要求1至51中的一項(xiàng)所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將第一對(duì)象成像到第二對(duì)象的區(qū)域中。
53.一種制造微結(jié)構(gòu)器件的方法，包括以下步驟使用投影曝光系統(tǒng)，該投影曝光系統(tǒng)包括照明光學(xué)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生波長(zhǎng)短于250nm的光的光束；固定器，用于固定作為第一對(duì)象的構(gòu)圖結(jié)構(gòu)；基板固定器，用于固定作為第二對(duì)象的輻射敏感基板；以及根據(jù)權(quán)利要求1至51中的一項(xiàng)所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將第一對(duì)象成像到第二對(duì)象的區(qū)域中；以及使用波長(zhǎng)短于250nm的光的光束將構(gòu)圖結(jié)構(gòu)成像到輻射敏感基板上。
54.一種通過(guò)如下方法制造的微結(jié)構(gòu)器件，所述方法包括以下步驟使用投影曝光系統(tǒng)，該投影曝光系統(tǒng)包括照明光學(xué)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生波長(zhǎng)短于250nm的光的光束；固定器，用于固定作為第一對(duì)象的構(gòu)圖結(jié)構(gòu)；基板固定器，用于固定作為第二對(duì)象的輻射敏感基板；以及根據(jù)權(quán)利要求1至51中的一項(xiàng)所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將第一對(duì)象成像到第二對(duì)象的區(qū)域中；以及使用波長(zhǎng)短于250nm的光的光束將構(gòu)圖結(jié)構(gòu)成像到輻射敏感基板上。
全文摘要
一種投影光學(xué)系統(tǒng)，包括沿該投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸設(shè)置的多個(gè)透鏡；其中，所述多個(gè)透鏡分為正折射力和負(fù)折射力的四個(gè)不重疊的透鏡組，其中滿足摘要附圖中的關(guān)系式(1)，其中y為該投影光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行成像的最大像域的直徑的一半，單位為mm，NA為第二對(duì)象側(cè)的最大數(shù)值孔徑，φ
文檔編號(hào)G02B13/14GK1922547SQ200480035968
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月2日
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