专利名称：反射折射投影物镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及将布置在物面中的图形成像在像面上的反射折射投影物镜。
背景技术：
这些类型的投影物镜被用于投影曝光系统上，特别是用于制作半导体器件和其他类型微器件的晶片扫描器或者晶片步进机，用于将光掩模或者刻度片(reticle)(以后称作是“掩模”或者“刻度片”)上的图形以超高分辨率按照减小比例投影到具有光敏涂层的物体上。为了制作更加精细的结构，人们试图增加将被使用的投影物镜的图像端数值孔径 (NA)并且使用较短的波长，优选的是具有波长大约小于^Onm的紫外光。然而，对于制作所需要光学元件的波长区域来讲足够透明的材料非常有限，特别是合成石英玻璃以及结晶氟化物。由于可获得的这些材料的阿贝数相当接近，因此很难提供具有足够彩色校正(用于色差的校正)的纯粹的折射系统。考虑到上述情况，主要使用组合了折射和反射元件(特别是透镜和反射镜)的反射折射系统来配置上述提到类型的高分辨率投影物镜。所使用材料的高价格和在尺寸上大到足以制作大透镜的大尺寸结晶氟化钙的有限可获得性产生了问题，特别是在用于非常大数值孔径NA (例如是NA = 0. 80和更大)的 157nm处的微光刻领域产生了问题。因此所期望的是，允许降低所使用的透镜数量和尺寸并且同时保持或者甚至改进成像保真度。已经提出了具有至少两个凹面镜的反射折射投影物镜，以提供具有良好彩色校正和适度透镜物质需要的系统。美国专利US6600608B1公开了反射折射投影物镜，具有第一纯折射物镜部分，用于将投影物镜的物面中的图形成像为第一中间图像；第二物镜部分，用于将第一中间图像成像为第二中间图像；以及第三物镜部分，用于将第二中间图像直接成像到像面上(没有另外的中间图像)。所述第二物镜部分是这样的反射折射物镜部分，其具有带有中心孔的第一凹面镜和带有中心孔的第二凹面镜，这些凹面镜具有相互面对的镜面，并且在所述镜面之间定义镜间间隔或者反射折射腔。在相邻于物面的凹面镜的中心孔内形成第一中间图像，而在相邻于物面的凹面镜的中心孔内形成第二中间图像。所述物镜具有轴对称性并且在轴向和横向上提供良好的彩色校正。然而，由于凹面镜的反射表面在所述孔处被中断，因此所述系统的光瞳变得昏暗。专利EP1069448B1公开了另一种反射折射投影物镜，具有两个相互面对的凹面镜。所述凹面镜是部分第一反射折射物镜部分，用于将物体成像为相邻于凹面镜放置的中间图像。这仅仅是通过第二纯粹折射物镜部分成像到像面的中间图像。所述物体以及反射折射成像系统的图像定外在由相互面对的凹面镜所定义的镜间间隔的外部。在日本专利申请JP2002208551A以及美国专利申请US2002/00241A1中公开了类似的系统，所述系统具有两个凹面镜，公共直线光轴以及通过一个反射折射成像系统形成并且定位在其中一个凹面镜旁边的一个中间图像。欧洲专利申请EP1336887(对应于US2004/0130806A1)公开了具有一个公共直线光轴的反射折射投影物镜，以及(按照顺序)第一反射折射物镜部分，用于产生第一中间图像；第二反射折射物镜部分，用于从第一中间图像中建立第二中间图像；折射第三物镜部分，用于从第二中间图像中形成图像。每个反射折射系统具有相互面对的两个凹面镜。中间图像位于由凹面镜定义的镜间间隔的外部。凹面镜放置成比投影物镜的中间图像光学上更靠近光瞳面。B. W. Smith f共 ^ =Optical microl ithography XVII, Proc. of SPIE5377. 65(2004),由 Τ. Matsuyama, Τ. Ishiyama and Y. Ohmura 的文 $"Nikon Projection Lens Update”中，示出了反射折射投影物镜的设计实例，所述投影物镜是常规的屈光DUV系统和插入在DUV系统的透镜组之间的6个反射镜EUV反射系统。第一中间图像在凸面镜上游的反射(纯反射的)组的第三反射镜之后形成。第二中间图像通过纯反射 (反射的)的第二物镜部分形成。在用于I^etzval和校正的第三物镜部分内，在最小光束直径的腰(waist)处第三物镜部分是具有负折射光学能力的纯折射。日本专利申请JP 2003114387A和国际专利申请WO 01/55767A公开了反射折射投影物镜，具有一个公共直线光轴，用于形成中间图像的第一反射折射物镜部分，和用于将中间图像成像到该系统的像面上的第二反射折射物镜部分。由本申请人在2003年10月17日提交的序列号60/511673的美国临时申请公开了具有非常大NA并且在NA > 1处适用于浸液光刻(Immersion Lithography)的反射折射投影物镜。在优选的实施例中，建立了正好三个中间图像。截面形状的实施例具有第一折射物镜部分，用于从物体中创建第一中间图像；第二反射折射物镜部分，用于从第一物体中创建第二中间图像；第三反射折射物镜部分，用于从第二中间图像中创建第三中间图像； 第四折射物镜部分，用于将第三中间图像成像到像面。每个反射折射物镜部分具有一个凹面镜以及相关联的平面折叠镜。通过凹面镜镜面使得凹面镜相互面对。折叠镜布置在由凹面镜定义的中间或者镜间间隔中。凹面镜可以是同轴的，并且反射折射部分的光轴可以垂直于折射成像系统中定义的光轴或者与折射成像系统中定义的光轴成一个角度。上述所提到文件的全部内容包含在此作为参考。在SPIE. Vol. 237 (1980) ρ· 292-298 中 D. DeJager 的文章〃 Camera view finder using tilted concave mirror erecting elements “公开了照相机取景器，包括作为 1 1望远镜安装中继系统的元件的两个凹面镜。所述系统设计成将无穷远处的物体成像为实像，所述实像是直立并且可以通过目镜观察到。反射中继系统上游和下游的折射系统部分的分离的光轴相互平行偏移。为了建立使得凹面镜相互面对的系统，凹面镜必须倾斜。作者认为这种类型的物理上可实现的系统具有差的图像质量。国际专利申请 WO 92/05462 和 WO 94/06047 以及 OSA/SPIE Proceedings (1994) 第389ff页公开的文章Innovative Wide-Field Binocular Design”公开了反射折射光学系统，特别用于双筒望远镜和设计作为具有单个未折叠光轴的直列式系统的其它观察仪器。一些实施例具有第一凹面镜，所述凹面镜具有布置在光轴一侧上的物侧镜面；以及第二凹面镜，所述凹面镜具有朝着第一凹面镜并且布置在光轴相对侧上的镜面，使得这些凹面镜的表面曲率定义镜间间隔。前折射组形成靠近第一凹面镜的第一中间图像，并且第二中间图像形成在由两个面对的凹面镜所形成的间隔的外部。在水平方向比垂直方向大的窄场布置成相对于光轴偏移。物侧折射组具有校准后的输入，像侧折射组具有校准后的输出，并且形成远离焦阑的入射光瞳和出射光瞳。所述光瞳形状是半圆形的，不像光刻投影透镜中的光瞳面，所述光刻投影透镜中的光瞳面是圆形的并且中心位于光轴上。PCT申请WO 01/04682A1公开了用于晶片检查的UV成像系统，所述系统具有设计作为Mangin镜的一个凹面镜。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种适用于用在真空紫外线(VUV)范围的反射折射投影物镜，所述投影物镜具有用于非常高像侧数值孔径的可能性，所述非常高像侧数值孔径可以延伸到数值孔径NA > 1时允许浸液光刻的数值。本发明的另一个目的在于提供可以使用相对少量的光学材料构建的反射折射投影物镜。作为本发明的这些和其他目的的解决方案，根据一个公式，提供一种反射折射投影物镜，用于将提供在投影物镜的物面中的图形成像在投影物镜的像面上，包括第一物镜部分，用于将提供在物面中的图形成像为第一中间图像；第二物镜部分，用于将第一中间图像成像为第二中间图像；第三物镜部分，用于将第二中间图像成像到像面上；其中具有第一连续镜面的第一凹面镜和具有第二连续镜面的至少一个第二凹面镜布置在第二中间图像的上游；光瞳面形成在物面和第一中间图像之间，形成在第一和第二中间图像之间，并且形成在第二中间图像和像面之间；所有凹面镜布置成光学远离光瞳在根据本发明的这个方面进行设计时，中心位于光轴附近的圆形光瞳可以提供在中心光学系统中。提供了对于形成第二中间图像有贡献的系统部分中的两个或者多个凹面镜，其中凹面镜的所使用区域严重偏离了轴对称的情况。在优选的实施例中，恰好提供了两个凹面镜，并且足以获得优良的成像质量和非常高的数值孔径。可以提供具有一个公共未折叠光轴(直线的)系统，这样简化制造、调节、并且集成为光刻曝光系统。不需要非平面折叠镜。然而，可以使用一个或者多个平面折叠镜来获得更紧凑的设计。所有的凹面镜都布置成“光学远离”光瞳面，这样就意味着它们布置在光瞳面的光学附近的外部。它们可以光学布置成比光瞳面更靠近场表面。光学远离光瞳面(即，光瞳面的光学附近的外部)的优选位置其特征在于射线高度比H = h。/hM> 1，其中h。是主光线的高度，hM是成像过程的边缘光线的高度。边缘光线高度hM是从内部场点(靠近于光轴) 到孔径光阑边缘的边缘光线的高度，而主光线高度h。是从相对于光轴平行或者成一个小角度的最外边的场点(距离光轴最远)发出并且在可以定位孔径光阑的光瞳面位置处与光轴相交的主光线的高度。换句话说，所有的凹面镜放置在主光线高度超出边缘光线高度的位置。“光学远离”光瞳面的位置是这样的位置，在该位置光束的截面形状严重偏离了在光瞳面中或者在其中间附近发现的圆形形状。这里使用的术语“光束”描述了从物面到像面的所有光线束。光学远离光瞳面的镜位置可以定义成这样的位置，其中在与光束传播方向正交的相互垂直方向中光束的束直径相互偏离50%以上或者100%。换句话说，凹面镜上的照射区域可以具有这样的形状，该形状具有严重偏离圆形的形式，并且在用于晶片扫描器的光刻投影物镜中类似于对应于优选场形状的高宽高比矩形。因此，可以使用具有紧凑矩形的小的凹面镜或者一个方向比另一个方向短许多的近矩形形状。在镜边缘没有渐晕的情况下，因此通过所述系统可以引导高孔径的光束。当在该说明书中使用术语“上游”或者“下游”时，这些术语指的是沿着光束的光学路径从投影物镜的物面到像面的相对位置。因此，第二中间图像上游的位置是光学位于物面和第二中间图像之间的位置。根据本发明的另一方面，提供一种反射折射投影物镜，用于将提供在投影物镜的物面中的图形成像到投影物镜的像面上，包括第一物镜部分，用于将提供在物面中的图形成像为第一中间图像；第二物镜部分，用于将第一中间图像成像为第二中间图像；第三物镜部分，用于将第二中间图像成像到像面上；其中第二物镜部分包括具有第一连续镜面的第一凹面镜和具有第二连续镜面的第二凹面镜，所述凹面镜的凹面镜镜面相互面对并且定义镜间间隔；其中至少第一中间图像在几何上位于第一凹面镜和第二凹面镜之间的镜间间隔内。在该说明书中，术语“中间图像”通常指的是通过完整的光学系统形成的“旁轴中间图像”并且位于与物面光学共轭的平面内。因此，当提到中间图像的位置时，指的是与物面光学共轭的该平面的轴向位置。基于下面的总体考虑，可以更清楚地理解本发明的上述方面。如Jan Hoogland在一些公开中所知出的，你所需要的任何光学设计其最困难的要求是，所述光学设计具有低反差图象(flat image)，特别是如果所述光学设计是全折射设计的话。假设低反差图象需要相反的透镜光学能力，这样导致较强的透镜、较大的系统长度、较大的系统玻璃物质以及从较强的透镜弯曲导致的较大高阶图像像差。与此相对照的是，允许系统具有弯曲的图像自动导致低的透镜光学能力、较弱的弯曲、具有更少玻璃物质的更紧凑设计、以及具有较小高阶图像像差。Siafer示出了具有仅仅使用正透镜(不是非球面)的弯曲图像并且具有非常好性能的透镜设计。位于前面的4或者5个弱正透镜的组可以提供球面像差和慧形像差的校正，厚的正浸液透镜可以提供像散校正。图像被高度弯曲。然而，对于光刻来讲低反差图像是重要的。因此，问题就变成如何以良好性能的最小波动(当允许弯曲图像时所导致的)来提供低反差图像。某些传统的透镜类型，诸如Cooke Triplet和Double-Gauss设计通过在设计中间放置强负光学能力实现了低反差图像。但是这样完全破坏了刚才所列出的具有弯曲图像的优点，并且透镜光学能力变强，所述弯曲导致差的高阶像差。通过传统的场平坦Petzval透镜设计提供了更好的解决方案，其中仅在图像的前方放置强的负透镜，越靠近图像效果越好。就在所述设计的结束处，该负透镜提供了所述设计的所有图像平坦工具，所述设计的剩余部分具有弱的弯曲、低的透镜光学能力、小的玻璃体积等。另外，像差校正性能非常高。这就是为什么该设计形式用于20世纪60年代的极高分辨率空中侦察的原因。然而，所述大的设计不能够用于光刻中，这是由于将强负透镜刚好放置在图像的前面导致远离于焦阑的出射光瞳位置。在光刻中总是需要焦阑出射光瞳。使得场平坦的Petzval透镜具有焦阑出射光瞳的唯一可能方式是，在设计的前端移动孔径光阑非常的远，为了良好的高阶像差校正，使得孔径光阑远离将需要它的地方。与此对照的是，一些其它的设计类型，例如Double-Gauss可以被修改，使得在孔径光阑位置没有太大变化的情况下，相对于所述孔径光阑的优选位置来讲具有焦阑出射光瞳。由于在光刻中需要该焦阑出射光瞳，因此人们被迫放弃最佳的设计形式而采取不太满意的设计形式。本发明考虑到了上述方面并且提供了良好的折衷解决方案。如果人们可以找到一些方式来使得图像平坦，具有焦阑出射光瞳，并且为了好的像差校正仍然使得孔径光阑保持靠近最需要它的地方，这样人们就可以保持弯曲图像设计的所有众多的优点。如果正光学能力透镜可以给定相对于其实际具有的Petzval曲率相反的Petzval 曲率，则是优选的。这种“魔术透镜”如果存在的话，可以放置在紧靠近弯曲图像设计的弯曲图像。然后，使得图像平坦，并且甚至有助于给出焦阑出射光瞳，同时使得设计的孔径光阑留在需要的地方。对于上述问题来讲凹面镜是理想的。凹面镜具有正光学能力，如同正透镜一样，但是具有相反的Petzval曲率符号。因此，正好放置在图像前面的凹面镜可以使得弯曲图像透镜设计的图像平坦，具有正光学能力以有助于提供焦阑光瞳，并且没有颜色问题。遗憾的是，所述凹面镜使得最终的图像完全不能见到，这是由于所述凹面镜使得光沿着传播来的方向反射回去。一个解决方案可能是使用远离轴的透镜系统，然后有可能正好靠近图像具有一个或者两个反射，并且使得最终的图像“离开”凹面镜且位于入射光线的外部。但是稍后的研究将会显示这一点对于设计的高NA端是不实际的，或者将导致正使用的主透镜系统(即，像侧聚焦透镜系统)离轴更远，使得具有非常差的性能。这样的情况在例如大约4倍放大率的光刻设计的其它端非常好。在低的NA图像 “离开”透镜对之前，主折射系统不一定是离轴使用。通过使用两个凹面镜而不是一个凹面镜，光可以保持沿着相同的方向传播并且图像是可以见到的。当以最小量的离轴使用主透镜系统时，产生最好的性能结果。但是通过使得光线穿过凹面镜对，使用远离轴的主透镜系统，有助于不产生渐晕。这些是不可兼容的目标。为了最小化渐晕问题，并且使得渐晕对于系统上全部数值孔径不敏感，有利的是使得具有低NA的中间图像靠近在反射之前和之后两个光线束在几何上分开但是相互接近的所有位置。通过场大小主要确定了空隙，并且比例随着数值孔径变化很小。这一点对于实现实高NA反射折射设计来讲是重要的。最好的解决方案是使得两个凹面镜不要位于主透镜系统和它的低NA物体端之间。这样为了不在凹面镜处产生渐晕避免了大量主透镜的离轴使用。所述凹面镜应当物理地(不一定是光学上)位于低NA物体的任意侧上。然后主透镜系统可以以更靠近光轴的方式使用。一个不太优选的解决方案是使得两个凹面镜位于主系统和它的低NA端物体的外部。在最后提到的两种类型的任意情况中，存在重新成像低NA物体的需要，这是由于所述低NA物体不再是整个系统的端部。当将所述物体重新成像到第一实中间图像时，可以设计该第一中继系统的系统放大率，使得所述系统是放大系统。这样进一步降低了中间图像处的NA，从而缓解了渐晕问题。渐晕越来越小地受到系统NA的影响。在优选的设计中，在主透镜系统的低NA物面的任意侧上存在两个凹面镜(物理地，不一定是光学上)，在没有凹面镜渐晕的情况下所述系统尽可能地靠近轴使用。然后使用另一折射系统或者反射折射系统，例如在大约1倍或者1. 5倍放大率的情况下工作，从而将该隐藏的物体中继到另一实像位置。另一解决方案是，两个凹面镜物理上和光学上位于低NA物体的外部，这样给出了仅仅两个相同的凹面镜进行重新成像的可能性。但是在没有渐晕问题的情况下(需要使用远离轴的主系统)需要使用相当大的工作距离以及后凹面镜衬底，使得该解决方案不太实际。因此，该另一解决方案也受益于使用单独的1倍或者1. 5倍放大折射或者反射折射中继系统。在所有的这些情况中，使用一对凹面镜来使得一个或者两个折射系统的图像平坦。没有使用凸面镜。然后所述折射系统可以具有所描述的弯曲图像设计的优点。根据本发明的具有仅仅两个反射表面的优选实施例的设计，相对于现有技术来讲，两个凹面镜具有多个优点。与具有中心光瞳昏暗的现有技术系统相比，根据本发明一些实施例的设计具有小的镜尺寸、根本没有昏暗、没有双通或者三通透镜以及由于强的镜光学能力使得具有非常有效的场平坦性能。在其它的实施例中，可以存在双通或者三通透镜。根据本发明的一些实施例，优选的具有两个折射中继组，从靠近晶片的折射组 (即从第三物镜部分)可以具有大约3倍或者4倍的缩小率，因此仅仅在一端具有高的NA， 并且其它的折射组(第一物镜部分)在两端具有低的NA。最终，需要较小的透镜光学能力， 并且为了得到期望的像差校正需要相对少的元件。已经发现有些现有技术的系统是有限的NA系统。相对照的是，根据本发明的优选设计不具有这样的问题，并且对于浸液系统来讲可以处理接近NA = 1或者更高的非常高的 NA值。优选的是，两个中间图像都具有低的NA值，并且在凹面镜的边缘处所述凹面镜与彼此的间隔之间不存在干涉问题。应当注意的是，对于轴向颜色来讲，根据本发明很难校正某些有用的设计。然而， 在优选实施例中的透镜足够小，它们的光学能力足够弱，使得新设计的轴向颜色处于可接受的数值。其它现有技术的用于光刻的高NA反射折射系统，或者在设计中需要至少一个凸面镜，或者具有多个反射镜并且倾向于给出非常长的轨道长度设计。使用凸面镜，结合凹面镜和一些透镜可以成为反射折射设计的基础，并且有可能具有清楚的设计(为了避免渐晕，不一定太远的离轴使用)。这是某些现有技术专利设计的特征，这些现有技术专利设计是没有平面折叠镜的同轴系统。反射折射部分是在系统的刻度片端。使用这样的设计存在至少两个问题。一个问题是，在刻度片之后第一中间图像应当从凹面镜中清除，并且离开凹面镜的光线相对于光轴来讲倾向于具有相对陡峭的角度，以便在没有渐晕的情况下使得凹面镜的边缘清楚。然后需要一些场透镜或者场镜来捕捉这些光线并且使得它们弯曲而朝着光轴和主聚焦透镜组。这些场透镜或者场镜在光学能力方面需要相当的大和强，以捕捉光线并且朝着主聚焦透镜组来重新成像光瞳。如果是场透镜的话，则它们在直径上较大，具有强的正光学能力，并且导致设计中额外的玻璃体积。另外，所述场透镜具有大量的正光学能力并且使得在校正系统的Petzval曲率中进一步变得困难。相反，如果使用场镜，则在直径上相当的大，并且为了避免光线的渐晕很难配置所述场镜。然而，所述场镜有助于Petzval 校正，这是由于所述场镜相对于场透镜来讲具有相反的符号。使用这些类型系统的第二个问题在于，系统中的凸面镜对于帮助图像平坦来讲具有错误的Petzval曲率符号。为了找到一种使用多个镜来通过主要凹面镜向系统提供足够好的Petzval校正使得这些负担不是完全落在主聚焦透镜组上的方式，容易导致4个或者6个镜系统。相对照的是，本发明的优选实施例并不具有任何凸面镜并且具有一些特性，所述特性使得优选实施例在没有昏暗或者渐晕的情况下以非常接近光轴的方式工作。这就意味着中间图像尺寸并不是如此的大，并且设计中的场透镜不需要太大。由于不存在凸面镜，仅仅使用两个凹面镜，所以相对于现有技术的多镜系统来讲新设计非常简单。这两个凹面镜对于系统中的透镜来讲可以提供正确数量的Petzval校正，所述Petzval校正可能几乎都是正的，并且最终的设计具有相对短的轨道长度、小尺寸元件、小玻璃体积、非常好的像差校正以及以非常高浸液NA数值工作的能力。对于根据本发明的新设计来讲，存在其它特别有用的特征。随着设计的NA数值增大，对于镜的尺寸或者所述设计如何靠近光轴工作来讲没有什么差别。对于源自于现有技术的所有其它同轴设计来讲，随着NA的增大，需要保持在离轴越来越远的工作，以便避免渐晕和昏暗。这导致反射折射部分中较大元件尺寸、性能降低、差的高阶像差。由于新设计不具有这样的问题，因此新设计非常特殊。对于具有一个公共直线光轴的实施例的替换是通过反射折射设计来提供的，所述反射折射设计具有至少一个平面折叠镜。然后，部分光轴被折叠，例如相对于光轴折叠90 度，然后再次向后折叠，使得刻度片和晶片平行。在一些实施例中，输入和输出轴(即光轴的物测和像侧部分)可能是同轴的，或者在一些其它实施例中具有横向的偏移。在该系统中这样的设计可以具有仅仅一个具有光学能力的镜，即凹面镜和两个平面折叠镜。在本申请人于2003年10月17日在美国的临时申请中公开了一些设计，序列号为60/511673，所述设计具有两个凹面镜和两个平面折叠镜。这些折叠的设计可以具有根据本发明的新设计(正在这里所讨论的)的许多好特性。然而，使用这些折叠镜可能出现偏振问题，在不使用折叠镜的情况下，将使得该优选的实施例更加具有吸引力。在一些实施例中，存在布置在镜间间隔内的具有自由入射表面和自由出射表面的至少一个透镜，其中所述透镜在中间图像和凹面镜之间或者相反方向的光路中被透射至少两次。这样的镜相关透镜可以具有负折射光学能力，并且可以设计成其曲率指向类似于凹面镜(将被指定的)的曲率指向的凹凸透镜。彩色校正可以受到正面的影响。透镜可以设计为专门布置在光轴侧上(相关凹面镜所处的位置)的截短透镜(truncated lens)。如果镜相关透镜横越光轴延伸，所述透镜可能被辐射透射三次，这样在没有相当大地增加透镜物质的情况下增加了光学效果。一个或者这两个凹面镜都可以具有镜相关透镜。在一些实施例中，第一凹面镜和第二凹面镜设计成具有基本相同或者正好相同的曲率。这样允许从相同的母板材料中同时制作这些凹面镜，首先，制作用于第一和第二凹面镜的镜母板，其次，将所述镜母板划分成用作第一和第二凹面镜的两个截短镜。这样可以简化制作并且更加节省成本。同样，用作两个类似截短镜相关透镜的透镜材料可以从一个透镜母板中制作，所述透镜母板先被成形，然后划分成为两个截短透镜。可以以合理制作费用的方式来提供具有反射折射子组的系统，所述子组设计相同或者几乎相同，并且可以相互对称的布置。在一些实施例中，凹面镜的至少一个镜面是非球面的。在一些实施例中，两个凹面镜的镜面是非球面的。非球面的凹面镜有助于光学校正并且允许减少透镜物质。在一些实施例中已经发现，在中间图像和相关凹面镜之间布置至少一个透镜是有用的，其中所述透镜的至少一个表面是非球面的。所述非球面的表面可以是朝着中间图像的表面。采用这样的方式，可以有效地校正场像差。在一些实施例中，两个凹面镜都具有球面镜面，这样有助于制作和提高光学性能。 已经发现，如果满足下面的关系将是有用的1 < D/ (I C11 +1 C21) · IO-4 < 6。其中D是第三物镜部分的透镜元件的最大直径，单位mm，并且C1和C2是凹面镜的曲率，单位是mm 1。如果满足该条件的话，则由于投影物镜中的凹面镜因此在第三成像系统的正光学能力和Petzval 校正之间存在最佳平衡。该条件适用于球面和非球面凹面镜。如果适用的话，作为基本的形状，为了制作具有定义的光学性质的高质量镜，理想的是，凹面镜的非球面特征强烈影响凹面镜的光学性质、制作方法。已经发现，如果满足关系Pmax < 0. 22R，其中Pmax = R-(R2-D2/4)°_5，则可以以特别高的光学质量来制作相对“平坦” 的凹面镜，即在凹面侧上制作具有相对潜深度的凹面镜。在这个关系式中，R是非球面表面的曲率半径，D是非球面镜的直径。优选的是，满足条件D < 1.3R，或者更优选的是，满足条件DS1.2R。参数ρ表示的是位于光学表面上的点的“矢”或者“上升高度”。在文献中该参数有时候表示为SAG(对于矢来讲)。矢ρ是高度h的函数，即相应点的距离光轴的径向距离。通常，从制作的观点来讲优选的是，使得凹面镜的曲率在镜面的顶点处(顶点曲率)尽可能的相似。如果第一和第二凹面镜的顶点曲率半径表示为Rl和R2，则优选的是满足下面的条件0. 8 < I R1/R2 I <1.2。一些实施例这样的设计，使得第一中间图像几何上位于镜间间隔的内部，而第二中间图像布置在镜间隔的外部。第一和第二物镜部分可以是反射折射物镜部分，其中第一凹面镜是建立第一中间图像的第一物镜部分的一部分，而第二凹面镜对于通过第二物镜部分从第一中间图像中形成第二中间图像是有贡献的。由相互面对的第一和第二凹面镜定义的凹面镜组可以具有凹面镜组入口和凹面镜组出口，每个入口和出口定位成靠近最接近的凹面镜，所述最接近的凹面镜靠近朝着光轴的凹面镜边缘。投影物镜的光瞳面可以布置在凹面镜组入口和凹面镜组出口附近，使得所述凹面镜组在凹面镜组入口和凹面镜组出口之间执行光瞳成像。然后第一和第二凹面镜可以布置在光轴的一侧上。在其它的实施例中，其中场面位于凹面镜组入口和凹面镜组出口附近，所述第一和第二凹面镜可以定位在光轴的相对侧上。根据本发明的另一方面，提供具有第一和至少一个第二凹面镜的投影物镜，其中第一凹面镜具有第一非球面镜面，第二凹面镜具有第二非球面镜面，并且其中第一和第二镜面具有基本相同的非球面形状。所述非球面形状可以是一致的，即可以通过相同的非球面常数和基本球面半径来描述。在所有的凹面镜布置成光学远离光瞳面的实施例中可以利用本发明的这个方面，特别是在正好使用两个凹面镜的情况下。然而在一个或者多个凹面镜定位在光瞳面或者光学上靠近光瞳面的情况下，在投影物镜中仍可以使用这样的优点。 如果第一和第二镜面具有基本相同或者一致的非球面形状，由于使用基本相同的研磨和抛光步骤或者从球面基本形状中除去材料的其它步骤可以制作非球面形状，从而可以简化制作。另外，可以以节省成本的方式来组织在非球面表面制作期间所使用的测试过程，这是由于可以使用用于表征非球面形状的相同测试装置来测试一个以上的凹面镜镜面。从这个意义上讲，术语“基本相同的非球面形状”应当理解成是包括非球面表面形状，所述非球面表面形状可以通过相同的光学测试装置来测试。如果适用的话，从这种意义上讲表面形状可能是类似的，以至于可以使用相同的光学测试装置，但是具有不同的工作距离。在一个实施例中，第二物镜部分具有两个凹面镜，每个凹面镜具有非球面表面，其中第一和第二镜面具有基本相同的非球面形状。在一个实施例中，这种类型的第二物镜部分是反射物镜部分，即是由具有非球面镜面(具有基本相同的非球面形状)的仅仅两个凹面镜构成。这种类型的反射折射第二物镜部分也是可能的。根据另一方面，本发明提供了具有至少一个凹面镜的反射折射投影物镜，其中凹面镜的镜面具有抛物线形状。在一个实施例中，提供了两个凹面镜，其中至少一个凹面镜具有抛物线形状。特别对于测试凹面镜的非球面表面形状来讲，使用抛物面镜(即，镜的子午线是抛物线的凹面镜)已经证明是具有优越性的。抛物面镜将平行入射光会聚在一个单个焦点上，从而作用在抛物面镜镜面上的平行光线在没有球面像差的情况下被会聚在一个焦点。使用相对简单的光学测试装置可以容易光学测试这种类型的抛物面镜，所述简单的光学测试装置设计成用于建立具有平面波前的测试光束。可以使用具有简单结构的光学测试装置，从而使得非球面镜的测试比较便宜。在光学性质对于获得需要的投影物镜功能的情况下，与制作光学系统相关的成本所涉及的其它因素和/或影响光学系统形状和整个尺寸的因素可能都是关键的因素。另外，透镜支架和包括的透镜操作装置也必须考虑。从这个方面来讲，一种类型的实施例是特别有利的，原因在于，提供了具有少量透镜元件的投影物镜，特别是在第一物镜部分中。在一个实施例中，第一物镜部分仅仅具有正透镜。在这里使用的术语“透镜”指的是具有相当大折射光学能力的指定的光学元件。从这个方面来讲，具有基本平行板表面的板不是透镜， 因此除了正透镜之外还可以插入基本平行板表面的板。仅仅使用正透镜能够提供具有相对小的最大透镜直径的轴向紧凑第一物镜部分。在一个实施例中，第一物镜部分仅仅具有包括相当大折射光学能力的6个透镜。在第一物镜部分中可以提供一个或者多个非球面表面。通过使用适当的非球面透镜表面的非球面形状，可以得到紧凑的设计。作为一种趋势， 使用的非球面表面越多，可以设计更紧凑的第一物镜部分。在优选的实施例中，透镜元件数
12量和非球面表面数量之间的比例小于1.6。在一个实施例中，紧接着物面之后的第一物镜部分的第一透镜元件具有朝着物面的非球面表面，其中该非球面表面是基本平坦的，在非球面表面的每个点处具有曲率的局部半径R，其中R > 300mm。采用这样的方式可以得到物侧焦阑和场像差诸如失真的有效校正。如果所有的负透镜(即，具有相当大的负折射光学能力的透镜)布置成光学远离光瞳面，则还可以简化屈光系统的紧凑形状。换句话说，如果相对于紧凑形状来讲将设计进行优化，则应当可以避免使用光学靠近光瞳面的负透镜。提供在光学元件诸如透镜上的非球面表面，镜和/或基本平坦的板面、棱镜等可以用于提高光学系统的校正状态和整个尺寸以及材料消耗。从理论考虑和/或数值计算上可以得出非球面表面的最佳表面形状。然而，是否能够制作光学系统取决于所讨论的是否能够以所必须的光学质量按照期望的形状来实际制作非球面表面的其它因素。本发明的可行性研究已经示出控制光学系统中非球面表面使用的一些基本规则，特别是适用于微光刻的高分辨率投影物镜。根据一个实施例，投影物镜具有包括非球面表面的至少一个光学元件，所述非球面表面具有在该非球面表面的光学使用区域中不含有拐点(inflection point)的表面形状。在旋转对称非球面表面中，“拐点”的特征在于沿着子午线方向的点，其中在非球面表面的局部曲率中出现符号变化。换句话说，在几何上位于非球面表面的局部凸起表面区域和局部凹陷表面区域之间找到了拐点。当提供具有至少一个非球面表面的多个光学元件时，优选的是所有的非球面表面具有不含有拐点的表面形状。作为一种折衷方案，可能有用的是设计这样的系统，使得非球面表面的至少50%、或者60%、或者70%、或者80%、或者 90%不含有拐点。非球面表面上避免含有拐点已经证明相对于含有拐点的非球面表面来讲将提高精加工非球面表面的光学质量。预期的是，如果避免了拐点的话，可以使得表面准备工具的材料除去效应更加均勻。另一方面，抛光工具作用在包括拐点的表面区域上，位于拐点任意侧上的所述工具的材料除去作用可能差别很大，这样导致精加工表面的光学质量中的不规则。根据本发明的另一方面，投影物镜包括具有至少一个非球面表面的多个光学元件，其中在光轴外部所有的非球面表面具有不含有极值点的表面形状，其中通过下面的等式定义了极值点
权利要求
1.一种反射折射投影物镜，用于将提供在投影物镜物面中的图形成像到投影物镜的像面上，包括第一物镜部分，用于将提供在所述物面中的图形成像为第一中间图像；第二物镜部分，用于将所述第一中间图像成像为第二中间图像；第三物镜部分，用于将所述第二中间图像成像到所述像面上；其中具有第一连续镜面的第一凹面镜和具有第二连续镜面的至少一个第二凹面镜布置在所述第二中间图像的上游；第一光瞳面形成在所述物面和所述第一中间图像之间，第二光瞳面形成在所述第一中间图像和所述第二中间图像之间，并且第三光瞳面形成在所述第二中间图像和所述像面之间；并且在所述第一物镜部分中所述第一光瞳面附近放置至少一个具有基本平行板表面的板， 其中至少一个板表面被非球面化，用于校正像差。
2.根据权利要求1的投影物镜，其中将所述板放置在紧挨所述第一光瞳面之后。
3.根据权利要求1的投影物镜，其中所述板可以互换。
4.根据权利要求1的投影物镜，其中在所述第一物镜部分内紧挨所述板之前的所述第一光瞳面处布置孔径光阑。
5.根据权利要求1的投影物镜，其中所述第一物镜部分是纯折射物镜部分。
6.根据权利要求1的投影物镜，其中所述第一物镜部分仅具有6个具有显著折射能力的透镜元件。
7.根据权利要求6的投影物镜，其中所述透镜元件是正透镜。
8.根据权利要求1的投影物镜，其中所述第一物镜部分是折射型的，并包括透镜元件和非球面表面，其中透镜元件的数量与非球面表面的数量之比小于1. 6。
9.根据权利要求1的投影物镜，其中所有凹面镜布置在光学远离光瞳面的位置，在这些位置处主光线高度超过成像过程的边缘光线高度。
10.根据权利要求1的投影物镜，其中存在正好两个凹面镜和正好两个中间图像。
11.根据权利要求1的投影物镜，其中第一物镜部分是屈光成像系统；第二物镜部分包括第一和第二凹面镜，所述凹面镜的凹面镜镜面相互面对并且定义镜间间隔；其中至少一个第一中间图像几何上位于第一凹面镜和第二凹面镜之间的镜间间隔内。
12.根据权利要求11的投影物镜，其中第一中间图像和第二中间图像几何上都位于第一凹面镜和第二凹面镜之间的镜间间隔内。
13.根据权利要求1的投影物镜，其中第一物镜部分、第二物镜部分和第三物镜部分共享公共直线光轴。
14.根据权利要求1的投影物镜，其中投影物镜是不具有光瞳昏暗的清楚的系统。
15.根据权利要求1的投影物镜，其中第一物镜部分设计成放大成像系统。
16.根据权利要求1的投影物镜，其中第一物镜部分设计成具有放大率β工在1<I β」 <2. 5范围的放大成像系统。
17.根据权利要求1的投影物镜，其中所述投影物镜不包括凸面镜。
18.根据权利要求1的投影物镜，其中所述投影物镜不包括平面折叠镜。
19.根据权利要求1的投影物镜，其中所述投影物镜具有像侧数值孔径NA> 0. 9。
20.根据权利要求1的投影物镜，其中所述投影物镜设计为调整参考像差的浸液物镜， 使得最后的光学元件和像面之间的像侧工作距离被具有折射系数大于1的浸液媒质填充。
21.根据权利要求1的投影物镜，其中当所述投影物镜与浸液媒质结合使用时，所述投影物镜具有像侧数值孔径NA > 1. 1。
22.—种用在微光刻中的投影曝光系统，具有照射系统和反射折射投影物镜，其中根据权利要求1来配置投影物镜。
23.一种用于制造半导体器件或者其它类型微器件的方法，包括 提供具有指定图形的掩模；使用具有指定波长的紫外线光照射掩模；和使用根据权利要求1的反射折射物镜将所述图形的图像投影到布置在投影物镜的像面附近的光敏衬底上。
全文摘要
一种反射折射投影物镜，用于将提供在投影物镜物面中的图形成像到投影物镜的像面上，包括第一物镜部分，将提供在物面中的图形成像为第一中间图像；第二物镜部分，将第一中间图像成像为第二中间图像；第三物镜部分，将第二中间图像成像到像面上；其中具有第一连续镜面的第一凹面镜和具有第二连续镜面的至少一个第二凹面镜布置在第二中间图像的上游；第一光瞳面形成在物面和第一中间图像之间，第二光瞳面形成在第一中间图像和第二中间图像之间，第三光瞳面形成在第二中间图像和像面之间；在第一物镜部分中第一光瞳面附近放置至少一个具有基本平行板表面的板，其中至少一个板表面被非球面化用于校正像差。
文档编号G02B17/08GK102207608SQ20111015814
公开日2011年10月5日 申请日期2005年1月13日 优先权日2004年1月14日
发明者A·埃普勒, A·多多克, D·谢弗, H·-J·曼, R·冯比瑙, W·乌尔里希 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司