CN100538524C

CN100538524C - 投影光学系统

Info

Publication number: CN100538524C
Application number: CNB2004800359682A
Authority: CN
Inventors: 汉斯-于尔根·罗斯塔尔斯基; 奥雷利安·多多克; 威廉·乌尔希里; 亚历山大·埃普勒
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: KR101255854B1; KR20100019568A; KR20060123761A; JP2007513372A; DE602004019142D1; EP1690139B1; EP2040123B9; CN1922547A; EP2040123B1; WO2005054956A3; US20070258152A1; EP1690139A2; EP2040123A1; WO2005054956A2; KR101109844B1; US7492509B2

Abstract

一种投影光学系统，包括沿该投影光学系统的光轴设置的多个透镜；其中，所述多个透镜分为正折射力和负折射力的四个不重叠的透镜组，其中满足关系式2·y·NA·(1/k)·∑|φ_i|≥v₁，其中：y为该投影光学系统进行成像的最大像域的直径的一半，单位为mm，NA为第二对象侧的最大数值孔径，φ_i为第i透镜的折射力，单位为mm^-1，k为该投影光学系统的透镜的总数，并且其中V₁大于0.045。

Description

投影光学系统

技术领域

本发明涉及一种投影光学系统，具体地，涉及一种具有高数值孔径的投影光学系统。

背景技术

平版印刷工艺普遍使用于半导体元件的制造，例如集成电路(IC)、LSI、液晶元件、微构图部件以及微机械部件。

用于光刻的投影曝光装置通常包括具有光源的照明光学系统和投影光学系统。来自照明光学系统的光照亮具有给定图案的刻线(第一对象)，投影光学系统将刻线图案(第一对象)的像转印到感光基板(第二对象)的区域上。通过投影光学系统还可以减小刻线图案的像的大小，从而在基板上产生较小的刻线图案像。

向更小且更精细的小型器件发展的趋势使得对用于制造这些器件的投影曝光系统以及由此对投影光学系统的需求越来越大。为了在对基板的曝光中获得更好的分辨率，正在开发数值孔径增大的投影光学系统。此外，减小用于对基板进行曝光的光的波长。这两种变化导致在投影光学系统设计以及透镜材料选择方面的全方位新挑战。

目前，在最近开发的投影曝光系统中主要采用波长短于200nm的照明光。适用于具有高数值孔径并且波长短的投影光学系统的高质量透镜材料往往供应不足，且通常成本很高。

根据现有技术，已经知道数值孔径(投影光学系统的基板侧的数值孔径)高达0.9的投影光学系统。由于需要校正投影光学系统中的像差，所以在这种系统中通常希望成像光束(将第一对象的像转印到第二对象的区域上)的入射角和偏转角较小。这通常导致投影光学系统包含大直径的透镜并且在第一对象与第二对象(或者分别为刻线与基板)之间的距离较长。然而，大透镜直径和长距离通常意味着大块的透镜材料，因此意味着高成本。结果，投影光学系统往往变得很重。

因此，跟随当前趋势并且开发使用波长短于200nm的照明光且具有更高数值孔径的投影光学系统，同时采用增大投影光学系统的尺寸的方法，将不可以避免地导致投影光学系统以及其中包含的透镜的尺寸大得不现实。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有高数值孔径和良好成像性能的投影光学系统。

此外，本发明的一个目的是提供如下的投影光学系统，其具有紧凑的设计，具体地在物面(或第一对象)与像面(或第二对象)之间具有较短的长度、并且/或者具有直径相对较小和/或透镜材料块相对较小的透镜，同时提供良好的成像性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种使用波长短于250nm、优选地短于200nm的光将第一对象成像到第二对象的区域上的投影光学系统，其包括：沿该投影光学系统的光轴设置的多个透镜，其中所述多个透镜可以按如下方式分为四个不重叠的透镜组：被设置为最靠近第一对象的第一组的总折射力为负折射力，被设置为与第一组直接相邻的第二组的总折射力为正折射力，被设置为与第二组直接相邻的第三组的总折射力为负折射力，被设置为与第三组直接相邻的第四组的总折射力为正折射力，在该投影光学系统中，实现如下所述的本发明的第一、第二、第三和第四方面中的至少一个方面。

在优选实施例中，第一组、第二组、第三组和第四组的总折射力的绝对值之和为最大值(尤其是与通过其他可能的组划分方法可以获得的值相比为最大值)。

此处使用的透镜是指单个透镜元件，而不是包括多个透镜元件的光学系统。

优选地，所述投影光学系统为完全的折射或屈光投影光学系统，即不包括诸如反射镜的反射光学元件。

根据本发明的沿投影光学系统的光轴方向(从第一对象开始的给定顺序)在负透镜组之后是正透镜组、接着是负透镜组、接着又是正透镜组的设置得到通常所谓的“单腰型”投影光学系统。腰部表示投影光学系统的收缩部或最小直径。具体地，腰部由第三透镜组中的透镜形成。

在本发明的第一方面中，提供了一种投影光学系统，其中满足以下关系式：

其中：

y为投影光学系统进行成像的最大像域的直径的一半，单位为mm，

NA为第二对象侧的最大数值孔径，

为第i透镜的折射力，单位为mm^-1，

k为投影光学系统的透镜的总数，

并且V₁大于0.045。

在本发明的示例性实施例中，V₁大于0.055。

在根据本发明第一方面的投影光学系统中，使用折射力相对较高的透镜，由此用于将第一对象的像转印到第二对象的区域上的成像光束可以具有相当大的偏转/入射角。使用折射力相对较高的透镜使得投影光学系统的设计能够紧凑，具体为使得第一对象与第二对象之间的距离相对较短、并且使得能够使用直径相对较小的透镜。例如，可以实现第一对象与第二对象之间的距离短到大约1000mm。根据本发明的投影光学系统中的透镜的最大直径可以小于大约300mm。

对在投影光学系统中使用的高折射力透镜所至程度的适当度量是该投影光学系统中的全部透镜的平均折射力

，其由下式给出：

和k的定义如上。

在投影光学系统的设计中很重要的另一个参数是展度(etendue)E，其可以表示为：

E＝2·y·NA (3)

由此，还可以将式(1)写作：

本发明的发明人发现，当

与E的乘积大于0.045、尤其是大于上面已经提到的0.055时，可以实现具有良好成像特性的投影光学系统的有利的紧凑设计。

在本发明的第二方面中，提供了一种投影光学系统，其中满足以下关系式：

2 \cdot y \cdot NA \cdot \sin (\frac{1}{k} \cdot Σ_{i = 1}^{k} | δ_{i 1} | + | δ_{i 2} |) &GreaterEqual; V_{2} - - - (5)

其中：

y、NA以及k的定义如上，

δ_i1是成像光束在第i透镜的第一光学表面的最大偏转角，

δ_i2是成像光束在第i透镜的第二光学表面的最大偏转角，

并且，其中V₂大于4。

根据另一示例性实施例，V₂大于5。

在简化的表达式中，该关系式可以写为：

sin(δ_m)·E>V₂ (6)

其中，δ_m为成像光束在投影光学系统中的多个透镜的表面的最大偏转角的绝对值的均值，如式(5)中的下式所定义：

\frac{1}{k} \cdot Σ | δ_{i 1} | + | δ_{i 2} | - - - (7)

特意使用大入射角和大偏转角中的至少一个的、具有良好成像特性的投影光学系统与通常的教导颇为不同，通常的教导为：在光学系统中，光束入射到各个透镜面的角度越小，产生的像差就越小，容限就越宽松。

具体地，对于在根据本发明的投影光学系统中使用高折射力透镜和出现大入射/偏转角，可以通过在投影光学系统中使用非球面来有利地执行对诸如像差的成像误差的校正。这里将成像误差定义为成像特性与成像特性最优值的任何偏差。

根据本发明的投影光学系统的示例性实施例，所述多个透镜中的至少五个透镜中的每一个都具有至少一个非球面。根据示例性实施例，投影曝光系统包含的非球面不多于10个。

在本文使用时，应该将术语“非球面”理解为表示其中在非球面与最佳拟合球之间的最大轴向距离为2μm或更大的非球面。该定义用于排除具有非预期变形的球面，以及通常在制造了透镜/投影光学系统之后为了对像差(所述像差通常是由制造工艺引起的，而不是投影光学系统的特定设计所固有的)进行校正而引入的非球面部分。为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来选择(虚拟的)理想球形或最佳拟合球，然后确定最佳拟合球与非球面之间的轴向距离。在图1a中示出了径向表面轮廓以及根据上述方法选择的最佳拟合球。已经大量研究了非球面对像差的影响、特别是非球面对于提高成像性能提供的参数，并将其记录在文献中。

在第三方面中，提供了一种投影光学系统，其中所述多个透镜中的至少五个透镜中的每一个都具有至少一个非球面，并且其中非球面与最佳拟合球之间的轴向距离大于约300μm且小于约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来选择最佳拟合球。上述值表示所使用的透镜面为相当显著的非球面，即与最佳拟合球的偏差相当大。优选地，这种非球面位于第一透镜组中并且/或者如果在投影光学系统中设置有孔径光阑则这种非球面靠近孔径光阑。

在投影光学系统中使用非球面透镜有助于减小投影光学系统的长度以及所需要的透镜材料用量，并且有助于提高成像性能。

根据另一示例性实施例，非球面的曲率(dc/ds)最大变化的绝对值大于300m^-2。

在投影光学系统的示例性实施例中，尤其是根据本发明的第三方面，所述至少五个非球面中的每一个具有有效直径D_as，其最佳拟合球的曲率中心位于该非球面背离具有该非球面的透镜的一侧上，其中D_as为第一对象与第二对象之间的设计距离L_D的0.2倍。换言之，优选地，非球面设置在透镜的具有整体凹形的表面上。

制造具有距最佳拟合球的轴向距离如上所述地大的非球面的透镜对于制造工艺本身以及对所制造非球面的光学检测两者都提出了很高的要求。为了检测这种表面，优选地使用干涉技术。为了对非球面进行干涉测量，需要使非球面波前与之进行比较的基准波前的波前为非球面，以实现对要测量的波前的理想拟合。为此，必须开发所谓的“空光学元件(null-optics)”或“空系统(null-system)”，其能够产生适合于对透镜的非球面进行干涉测量的非球面波前。变形较大且Zernike系数的值较高的非球面需要的干涉仪的折射系统如此复杂以至于这些折射系统实际上是不可能的并且/或者在经济上来说不可能生产。

非球面的强烈变形通常需要在对该非球面的干涉测量中使用计算机生成的全息图，即衍射系统。计算机生成的全息图(CGH)如果适当地与少量折射元件进行结合或者甚至它们自身进行结合则能够生成几乎所有类型的波前。然而，由于在制造CGH中使用的技术(例如电子束、激光束以及光刻技术)所带来的限制，导致计算机生成的全息图也在可制造性方面受到实际限制，尤其是对于其尺寸的实际限制。

根据本发明的一个实施例，如上所述，通过按使得非球面位于透镜的整体凹面上的方式将非球面设置在投影光学系统中，可以解决或者至少缓解这一问题。如上所述，透镜的整体凹面是最佳拟合球的曲率中心位于非球面的背离具有该非球面的透镜的一侧上的表面。根据另一示例性实施例，作为最大直径大于约200mm的多个透镜的一部分的全部非球面都位于整体凹面上。根据另一示例性实施例，根据上述方法设置的非球面具有与它们相关联的最佳拟合球，这些最佳拟合球的半径大于300mm并且/或者小于2000mm。下限由与制造相关的因素决定，而上限由在对非球面进行干涉测量中所使用的“空光学元件”的最大可能长度决定。

具有偏转/入射角相当大的非球面和球面的投影光学系统使得可以使用相对少量的玻璃，特别是在玻璃块的角度，由此有助于减小投影光学系统的成本和重量。

在本发明的第四方面中，提供了一种投影光学系统，其中满足以下关系式：

\frac{G_{D}}{2 \cdot y \cdot NA} \leq V_{4} - - - (8)

其中：

y和NA的定义如上，并且其中G_D是全部的透镜轴向厚度之和，其中各透镜的轴向厚度表示透镜在光轴位置的厚度，并且其中V₄小于40。

根据示例性实施例，V₄小于35。

G_D是在投影光学系统中使用的透镜材料的量(尤其是在块方面)的适当指示符，由此是与透镜材料相关联的成本的适当指示符。

在示例性实施例中，投影光学系统包括设置在第四透镜组中的两个透镜之间的孔径光阑。在这些实施例中，第四透镜组包括第一对象(或者，更准确地说，第三透镜组)与孔径光阑之间的第一子透镜组以及孔径光阑与第二对象之间的第二子透镜组。

根据本发明的其他示例性实施例，满足以下条件：

\frac{f_{1}}{f_{2}} < 0.9 \cdot | β | - - - (9)

其中

f₁为包括第一组、第二组和第三组以及第四组中的第一子组的透镜单元的焦距，

f₂为第四组中的第二子组的焦距，

β为投影光学系统的放大率。

在本发明的另选实施例中，满足以下条件：

\frac{f_{1}}{f_{2}} > 1.1 \cdot | β | - - - (10)

f₁、f₂和β的定义如上。

包括孔径光阑与第一对象之间的全部透镜在内的透镜单元的焦距与第四透镜组中的包括孔径光阑与第二对象之间的全部透镜在内的第二子组的焦距的失配用于产生无焦点投影光学系统。

根据本发明的投影光学系统的示例性实施例，满足以下条件：

\frac{L_{D} \cdot D_{beam} \cdot \log (\frac{1}{NA})}{100 \cdot FD} < 3 - - - (11)

其中

L_D为第一对象与第二对象之间的设计距离，

D_beam为光束的最大直径，

NA为第二对象侧的最大数值孔径，并且

FD为第一对象的最大域高度。

这里使用的术语“设计距离”或“设计长度”表示在工作或曝光模式下第一对象与第二对象之间的距离，即，由投影光学系统的设计而预测的当第一对象与第二对象都准焦时第一对象与第二对象之间的距离。

根据本发明的投影光学系统的示例性实施例，非球面的径向表面轮廓具有至多一个曲率拐点。根据另一示例性实施例，至多一个非球面的径向表面轮廓在该非球面的光学有效区域中具有曲率拐点。因为非球面通常是旋转对称的，所以此处使用的一个拐点可以包括如下实施例：其中拐点按给定形状(特别为圆形)在非球面的表面上展开。例如，图1a中所示的径向表面轮廓落入恰有一个拐点的非球面的意义范围内。

根据示例性实施例，投影光学系统的焦距短于250mm。选择该特定焦距使得投影光学系统能够实现良好的焦阑特性，特别是在第二对象侧。

在根据本发明的投影光学系统的示例性实施例中，第四透镜组中的第二子组中的至少一个透镜为正折射力的透镜，并且所述至少一个透镜满足以下条件：

i₁·(u_1i+u_1o)+i₂·(u_2i+u_2o)>2.5并且(12)

f_{4 p} < 2500 mm

其中

i₁为成像光束在所述至少一个透镜的第一表面上的最大入射角，

i₂为成像光束在所述至少一个透镜的第二表面上的最大入射角，

u_1i为成像光束与光轴之间在所述至少一个透镜的外部在第一表面处形成的最大角，

u_2i为成像光束与光轴之间在所述至少一个透镜的内部在第二表面处形成的最大角，

u_1o为成像光束与光轴之间在所述至少一个透镜的内部在第一表面处形成的最大角，

u_2o为成像光束与光轴之间在所述至少一个透镜的外部在第二表面处形成的最大角，并且

f_4p为所述至少一个透镜的焦距。

图1b中示意性地示出了上面涉及的角度。对于所述至少一个透镜的焦距的限制用于排除平面平行板的价值不大的情况。

根据本发明的示例性实施例，第一透镜组仅由具有负折射力的透镜组成，其中第一组的透镜中的一个为凸面面向第一对象的凹凸透镜。

根据本发明的示例性实施例，第二透镜组仅由具有正折射力的透镜组成，其中第二组的透镜中的至少一个透镜具有(整体)凹进的非球面。根据本发明的另一示例性实施例，第二透镜组包括至少三个透镜。

根据本发明的示例性实施例，第三透镜组中的至少一个透镜具有非球面。

根据本发明的其他示例性实施例，第三透镜组仅由具有负折射力的透镜组成。

根据本发明的其他示例性实施例，第三透镜组包括三个或更多个负折射力的透镜。根据其他示例性实施例，在第三透镜组中，在具有负折射力的两个透镜之间设置有具有正折射力的透镜。

在第四透镜组中的第一子组包括负折射力的至少一个透镜时，根据本发明的投影光学系统的实施例被证明为有利，所述至少一个透镜具有第一表面和第二表面，并满足如下条件：

| \frac{c_{11} + c_{12}}{c_{11} - c_{12}} | < - 0.5 - - - (13)

其中，

c₁₁是所述至少一个透镜的第一表面的曲率，并且

c₁₂是所述至少一个透镜的第二表面的曲率。

根据另一示例性实施例，第四透镜组的第一子组包括两个到四个正折射力的透镜。

根据另一示例性实施例，第四透镜组的第一子组(还)包括负折射力的至少一个透镜，所述至少一个透镜具有第一表面和第二表面，其满足以下条件：

| \frac{c_{21} + c_{22}}{c_{21} - c_{22}} | > 0.5 - - - (14)

其中，

c₂₁是所述至少一个透镜的第一表面的曲率，并且

c₂₂是所述至少一个透镜的第二表面的曲率。

根据本发明的另一示例性实施例，第四透镜组中的第二子组仅包括一个具有负折射力的透镜。

根据另一示例性实施例，第四透镜组中的第二子组包括在具有正折射力的透镜附近设置的具有负折射力的透镜，所述具有正折射力的透镜(较之所述具有负折射力的透镜)被设置为更靠近第二对象，并且其中所述负透镜满足以下条件：

| \frac{c_{31} + c_{32}}{c_{31} - c_{32}} | < - 0.5 - - - (15)

其中，

c₃₁是所述至少一个透镜的第一表面的曲率，并且

c₃₂是所述至少一个透镜的第二表面的曲率。

根据本发明的其他示例性实施例，第四透镜组中的第二子组包括邻近具有负折射力的透镜设置的具有正折射力的透镜，所述具有负折射力的透镜被设置为更靠近第二对象，并且其中所述负透镜满足以下条件：

| \frac{c_{41} + c_{42}}{c_{41} - c_{42}} | > 0.5 - - - (16)

其中，

c₄₁是所述至少一个透镜的第一表面的曲率，并且

c₄₂是所述至少一个透镜的第二表面的曲率。

根据本发明的示例性实施例，第四透镜组中的第二子组包括不少于两个且不多于四个的正凹凸透镜，这些正凹凸透镜的凹面对着第二对象。该实施例有助于实现消球差设计。

在本发明的示例性实施例中，第一透镜组包含最多两个非球面透镜，第二透镜组包含最多两个非球面透镜，第三透镜组包含最多一个非球面透镜，第四透镜组中的第一子组包含最多三个非球面透镜，第四透镜组中的第二子组包含最多三个非球面透镜。根据本发明的示例性实施例，这些非球面透镜中的每一个都仅具有一个非球面。

根据本发明的示例性实施例，在第四透镜组的第二子组中，具有非球面的所有透镜的非球面都位于该透镜面向第二对象的一侧。

根据另一示例性实施例，在第一透镜组中，具有非球面的所有透镜的非球面都位于该透镜面向第一对象的一侧。

如果在根据本发明的投影光学系统的实施例中满足以下条件则是有利的：

\frac{L_{D}}{G_{D}} > 1.4 - - - (17)

其中，

G_D是所有透镜的轴向厚度之和，如上所定义，

L_D是第一对象与第二对象之间的设计距离。

选择一种合适的透镜材料或多种合适的透镜材料很大程度上取决于在成像光束中所使用的并由此用于对第二对象进行曝光的光的波长。理想地，透镜材料不容易出现严重的辐射致损伤(例如由诸如致密和稀疏的现象而导致的透射增大或者折射率变化)，并且理想地，应当表现较低的双折射，包括应力导致的双折射和固有双折射。

对透镜材料的适当选择和设置使得可以对投影光学系统中的色差进行校正，由此多少减轻对投影光学系统的光学设计的要求。

熔融硅石(尤其是合成熔融硅石)是使用较短波长(例如，193nm)进行曝光的投影曝光系统中最常用的材料。熔融硅石材料对紫外致损伤的敏感性与材料的化学和物理特性相关，而材料的化学和物理特性又与制造和/或处理材料的方法紧密相关。在曝光于高强度辐射下时，发现给定材料的透镜的曝光区域的密度发生变化，具体地为致密或稀疏。通常可以认为投影曝光装置中的透镜的曝光区域的密度变化对于透镜的光学特性具有有害影响。具体地，例如，波前畸变表示致密或稀疏，可以通过适当的干涉方法对其进行测量和确定。例如，透镜材料密度的增大缩短了通过该材料的物理路程，而且改变了折射率(其通常增大到更大程度)，从而总效果是光路增大。对于稀疏现象则是相反情况。

对于紫外辐射透明并且至少迄今尚未发现出现与光学特性变化相关联的结构变化的透镜材料是氟化钙，CaF₂。因此，氟化钙是在通常使用的远紫外波长(例如，193nm和157nm)合适的材料。此外，其他的特性与氟化钙的特性类似的碱土氟化物材料也是合适的透镜材料。由于硅石材料中发现的辐射致损伤，所以当要延长投影光学系统的使用寿命并由此延长对应的投影曝光系统的使用寿命时，氟化钙是透镜材料的选择。然而，为了使氟化钙适用于光学透镜，其需要为单晶形式，这不仅昂贵而且在技术上难以制造，从而导致的供应有限多少限制了其实际应用。

在本发明的一个实施例中，全部透镜都是用氟化钙制成的。在另选实施例中，全部透镜都是以硅石、特别是熔融硅石制成的。

在其他实施例中，可以使用一种或更多种透镜材料(特别是特殊晶体材料)作为透镜材料。在这些实施例中，透镜材料/晶体材料可以包括诸如氟化钙、氟化钡以及其他适当氟化物的氟化物材料。

根据本发明的投影光学系统的示例性实施例，最靠近第二对象设置的四个透镜中的一个或更多个是由氟化物材料制成的，其中在所述一个或更多个透镜中氟化物材料相对于光轴的晶体取向在两个或更多个透镜中是相同的。例如，全部四个透镜可以都由<110>荧石材料制成，其中对于全部四个透镜，特别选择的晶格相对于光轴都沿一个预定朝向设置。

根据另一示例性实施例，第三透镜组中的一个或更多个透镜由氟化物材料制成，以帮助延长投影光学系统的使用寿命。

根据本发明的其他示例性实施例，第二透镜组中的一个或更多个透镜是由氟化物材料制成的。优选地，第四透镜组中的正透镜中的一个是由氟化物材料制成的。这些实施例在校正色差方面、尤其是在减小横向色差方面尤为有利。

当在投影光学系统的一个或更多个透镜中使用氟化钙或另一氟化物材料时，优选地，按使得由于固有双折射而导致的对比度下降小于0.5％的方式来选择透镜中使用的氟化物的直径、厚度以及晶体取向。

本发明的示例性实施例中使用的孔径光阑优选为可调的。为了使得投影光学系统的设计能够非常紧凑，本发明的示例性实施例具有可调的孔径光阑，其中由该孔径光阑形成的孔径的轴向位置随该孔径的大小而变化，其中孔径的轴向位置是由该孔径定义的平面(即，包含该孔径的平面)与光轴的交点定义的。

根据本发明的示例性实施例，可调孔径光阑包括基本为平面形状的薄片。另选地，可调孔径光阑可以包括基本全部具有相同球形的薄片。在相同受让人的2000年10月4日提交的US 6,445,510中描述了这种孔径的示例，在此通过引用并入其全部内容。有利地使用其中孔径的轴向位置随孔径的大小而变化的孔径，以使得该孔径前面的透镜和其后面的透镜(沿在从第一对象到第二对象的方向上传播的光的方向)能够非常靠近地设置在一起，即，减小这两个透镜之间的必要间隔。由于不再给出先前对于与孔径光阑直接相邻的透镜之间的大间隔的要求，所以这一能力在投影光学系统的设计方面提供了进一步的可能性。

根据本发明的投影光学系统通常在第二对象侧具有该投影光学系统的高数值孔径，在示例性实施例中，数值孔径大于0.91。

根据本发明的另一示例性实施例，第四透镜组包括至少一对紧邻的透镜，其中这对透镜中的第一透镜具有第一表面和第二表面，并且这对透镜中的第二透镜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顺序沿着光轴设置，并且其中，满足以下条件：

d<v₅

| \frac{c_{51} + c_{52}}{c_{51} - c_{52}} | > V_{6} - - - (18)

c₅₁>v₇

其中，

d为第二表面与第三表面之间的最大距离，

c₅₁为第一表面的曲率，

c₅₂为第四表面的曲率，并且

V₅＝15mm、V₆＝10、V₇＝0.003mm^-1。

根据其他示例性实施例，V₅＝10mm并且/或者V₆＝15并且/或者V₇＝0.004mm^-1。

在这些实施例中，第一表面和第四表面(即，两个不同透镜的两个表面)实际上形成凹凸透镜，具体为凹凸透镜的光学表面。已经证明了该设置有利于投影光学系统的成像特性、尤其是紧凑设计(即，第一对象与第二对象之间的设计长度较短，并且投影光学系统中包括的多个透镜的最大直径相对较小)的投影光学系统的成像特性。

根据本发明的投影光学系统使得能够实现紧凑的设计，具体为第一对象与第二对象之间的短设计长度以及相对较小的透镜最大直径，并且能够实现较低的色差。

在本发明的另一方面中，提供了一种投影曝光系统，该投影曝光系统包括：照明光学系统，用于产生波长短于250nm的光的光束；固定器，用于固定作为第一对象的构图结构；基板固定器，用于固定作为第二对象的辐射敏感基板；以及如上所述的根据本发明的投影光学系统，用于将第一对象成像到第二对象的区域。

在本发明的另一方面中，提供了一种制造微结构器件的方法，包括以下步骤：使用投影曝光系统，该投影曝光系统包括：照明光学系统，用于产生波长短于250nm的光的光束；固定器(mount)，用于固定作为第一对象的构图结构；基板固定器，用于固定作为第二对象的辐射敏感基板；以及如上所述的根据本发明的投影光学系统，用于将第一对象成像到第二对象的区域；以及利用波长短于250nm的光的光束将构图结构成像到辐射敏感基板上。

本发明的另一方面涉及一种利用上述方法制造的微结构器件。

附图说明

以下参照附图来更详细地描述本发明的实施例，在附图中：

图1a是透镜的非球面的径向表面轮廓的示意图；

图1b是透镜的两个表面上的入射角和偏转角的图；

图2是根据本发明的投影光学系统的第一实施例的光路图；以及

图3是根据本发明的投影光学系统的第二实施例的光路图。

具体实施方式

图1a示出了拟合有对应的最佳拟合球2的非球面1的径向表面轮廓的示意表示。点3表示非球面的中心，点4表示非球面的外周。点5表示非球面透镜的曲率拐点。因为所描绘的非球面是旋转对称的，所以拐点5在非球面上沿圆形展开，从而在此处使用的术语中非球面被认为仅具有一个拐点。Δ表示与最佳拟合球的偏差，即非球面与与之最佳拟合的理想球之间的轴向距离。

图1b示出了根据本发明的投影光学系统的实施例的透镜的选段，其中为了进行说明而标出u_1i、u_2i、u_1o和u_2o：

u_1i为成像光束与光轴之间在透镜外部在第一表面处形成的最大角，

u_2i为成像光束与光轴之间在透镜内部在第二表面处形成的最大角，

u_1o为成像光束与光轴之间在透镜内部在第一表面处形成的最大角，

u_2o为成像光束与光轴之间在透镜外部在第二表面处形成的最大角。

在图2中，示出了根据本发明的投影光学系统的第一实施例的光路图。如括号所示，第一透镜组LG1包括3个透镜且具有负折射力，第二透镜组LG2包括4个透镜且具有正折射力，第三透镜组LG3包括5个透镜且具有负折射力，第四透镜组LG4的第一子组SG₄1包括7个透镜且具有正折射力，第四透镜组LG4的第二子组SG₄2包括7个透镜且具有正折射力。总的来说，投影光学系统包括26个透镜。第四透镜组LG4还在第一子组与第二子组之间包括一孔径光阑。

表1中列出了透镜参数(例如透镜的厚度、透镜材料、光学表面的半径、以及透镜的直径)的详细信息。此外，表1中给出了非球面在投影光学系统中的位置及其参数的表示。可以由以下等式来表征非球面：

p (h) = \frac{\frac{h^{2}}{r}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) \frac{h^{2}}{r^{2}}}} + C 1 \cdot h^{4} + C 2 \cdot h^{6} + . . . - - - (19)

其中，

r为非球面顶点处的曲率(旁轴曲率)半径，

h为非球面上的点距光轴的距离(或非球面距光轴的高度)，

p(h)为该表面在轴向的凹陷，即沿光轴方向从切平面到非球面顶点的距离，

K为锥形系数，并且

C1…C6为非球面系数。

如从表1所显见，投影光学系统的第一实施例包含10个非球面，所有这些非球面都设置在整体凹进的透镜面上。第一实施例的投影光学系统是针对波长为193nm的成像光束而设计的。

表1

表面	半径	厚度	透镜材料	直径
表面	半径	厚度	透镜材料	直径	0	0.000	32.000		112.16
1	0.000	0.798		128.31	0	0.000	32.000		112.16
1	0.000	0.798		128.31	2	1031.476	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	130.89
3	275.197	10.624		133.40	2	1031.476	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	130.89
3	275.197	10.624		133.40	4	-1229.209	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	134.92
5	283.300	40.275		141.17	4	-1229.209	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	134.92
5	283.300	40.275		141.17	6	-103.631	70.049	’SiO<sub>2</sub>HL’	143.47
7	-183.668	1.000		220.25	6	-103.631	70.049	’SiO<sub>2</sub>HL’	143.47
7	-183.668	1.000		220.25	8	-11585.541	27.459	’SiO<sub>2</sub>HL’	260.83
9	-473.064	1.000		266.76	8	-11585.541	27.459	’SiO<sub>2</sub>HL’	260.83
9	-473.064	1.000		266.76	10	677.737	51.525	’SiO<sub>2</sub>HL’	292.01
11	-420.149	1.000		294.30	10	677.737	51.525	’SiO<sub>2</sub>HL’	292.01
11	-420.149	1.000		294.30	12	299.116	48.633	’SiO<sub>2</sub>HL’	293.24
13	-8515.515	1.000		289.64	12	299.116	48.633	’SiO<sub>2</sub>HL’	293.24
13	-8515.515	1.000		289.64	14	165.992	36.044	’SiO<sub>2</sub>HL’	250.25
15	274.140	11.842		239.88	14	165.992	36.044	’SiO<sub>2</sub>HL’	250.25
15	274.140	11.842		239.88	16	351.874	66.976	’SiO<sub>2</sub>HL’	236.90
17	113.149	27.726		157.71	16	351.874	66.976	’SiO<sub>2</sub>HL’	236.90
17	113.149	27.726		157.71	18	159.540	25.025	’SiO<sub>2</sub>HL’	149.32
19	1008.355	21.895		142.58	18	159.540	25.025	’SiO<sub>2</sub>HL’	149.32
19	1008.355	21.895		142.58	20	-152.924	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	139.65
21	155.990	40.933		131.75	20	-152.924	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	139.65
21	155.990	40.933		131.75	22	-100.703	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	132.11
23	2203.235	14.695		156.09	22	-100.703	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	132.11
23	2203.235	14.695		156.09	24	-297.997	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	159.08
25	630.640	6.141		185.24	24	-297.997	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	159.08
25	630.640	6.141		185.24	26	1026.503	32.293	’SiO<sub>2</sub>HL’	195.25
27	-289.676	1.000		204.47	26	1026.503	32.293	’SiO<sub>2</sub>HL’	195.25
27	-289.676	1.000		204.47	28	-446.572	45.387	’SiO<sub>2</sub>HL’	209.56
29	-141.103	1.000		218.42	28	-446.572	45.387	’SiO<sub>2</sub>HL’	209.56
29	-141.103	1.000		218.42	30	1251.841	11.400	’SiO<sub>2</sub>HL’	239.86
31	278.497	19.855		245.36	30	1251.841	11.400	’SiO<sub>2</sub>HL’	239.86
31	278.497	19.855		245.36	32	696.209	11.400	’SiO<sub>2</sub>HL’	247.88
33	473.704	1.000		256.80	32	696.209	11.400	’SiO<sub>2</sub>HL’	247.88
33	473.704	1.000		256.80	34	330.852	35.966	’SiO<sub>2</sub>HL”	271.36
35	4411.497	1.000		274.35	34	330.852	35.966	’SiO<sub>2</sub>HL”	271.36
35	4411.497	1.000		274.35	36	597.458	70.550	’SiO<sub>2</sub>HL’	283.42
37	-250.280	10.735		284.92	36	597.458	70.550	’SiO<sub>2</sub>HL’	283.42
37	-250.280	10.735		284.92	38	-211.754	11.400	’SiO<sub>2</sub>HL’	283.44
39	-367.920	1.022.		292.91	38	-211.754	11.400	’SiO<sub>2</sub>HL’	283.44
39	-367.920	1.022.		292.91	40	0.000	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	291.79
41	0.000	-6.209		292.85	40	0.000	10.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	291.79
41	0.000	-6.209		292.85	STO	0.000	7.653		291.65

表面	半径	厚度	透镜材料	直径
表面	半径	厚度	透镜材料	直径	43	336.127	77.330	’SiO<sub>2</sub>HL’	300.00
44	-352.638	21.376		297.91	43	336.127	77.330	’SiO<sub>2</sub>HL’	300.00
44	-352.638	21.376		297.91	45	-240.225	12.078	’SiO<sub>2</sub>HL’	295.04
46	-771.704	1.000		299.02	45	-240.225	12.078	’SiO<sub>2</sub>HL’	295.04
46	-771.704	1.000		299.02	47	2064.728	45.378	’SiO<sub>2</sub>HL’	297.01
48	-368.429	1.000		295.99	47	2064.728	45.378	’SiO<sub>2</sub>HL’	297.01
48	-368.429	1.000		295.99	49	128.930	44.704	’SiO<sub>2</sub>HL’	221.85
50	222.899	1.000		208.75	49	128.930	44.704	’SiO<sub>2</sub>HL’	221.85
50	222.899	1.000		208.75	51	142.963	65.247	’SiO<sub>2</sub>HL’	191.87
52	1352.559	1.704		139.24	51	142.963	65.247	’SiO<sub>2</sub>HL’	191.87
52	1352.559	1.704		139.24	53	547.791	28.608	’SiO<sub>2</sub>HL’	128.60
54	784.739	2.695		85.44	53	547.791	28.608	’SiO<sub>2</sub>HL’	128.60
54	784.739	2.695		85.44	55	0.000	8.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	76.26
56	0.000	6.000		64.01	55	0.000	8.000	’SiO<sub>2</sub>HL’	76.26
56	0.000	6.000		64.01	57	0.000	0.000		28.04

表1(续)

非球面

表面2

K：0.000000

A：0.179210E-06 B：-.183601E-10 C：0.166069E-14

D：-.294001E-18 E：0.883907E-22 F：-.163553E-25

G：0.125411E-29 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面4

K：0.000000

A：0.766695E-07 B：0.781019E-11 C：-.117892E-14

D：0.172623E-18 E：-.547425E-22 F：0.100176E-25

G：-.755382E-30 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面15

K：0.000000

A：0.136312E-07 B：-.992470E-13 C：-.345322E-17

D：0.206018E-21 E：-.443982E-25 F：0.210515E-29

G：-.746796E-34 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面21

K：0.000000

A：-.225645E-07 B：-.505339E-11 C：-.133289E-15

D：0.366375E-19 E：-.737639E-23 F：0.159483E-26

G：-.149942E-30 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面28

K：0.000000

A：-.304506E-07 B：0.297866E-12 C：0.296080E-16

D：-.224605E-20 E：0.320081E-24 F：-.176893E-28

G：0.398957E-33 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面33

K：0.000000

A：0.893991E-08 B：-.381137E-13 C：-.103082E-18

D：-.345423E-22 E：-.117217E-25 F：0.129547E-29

G：-.287147E-34 H：-.311364E-39 J：0.000000E+00

表面38

K：0.000000

A：0.346098E-08 B：0.239948E-13 C：0.837128E-18

D：-.842934E-22 E：0.107693E-25 F：-.727735E-30

G：0.394912E-34 H：-.105875E-38 J：0.000000E+00

表面45

K：0.000000

A：-.240529E-09 B：-.193202E-12 C：0.332296E-17

D：0.154348E-21 E：-.251137E-25 F：0.174127E-29

G：-.574851E-34 H：0.814458E-39 J：0.000000E+00

表面50

K：0.000000 KC：100

A：0.664683E-08 B：0.803136E-12 C：-.257217E-16

D：0.827303E-20 E：-.204820E-23 F：0.261228E-27

G：-.194941E-31 H：0.632538E-36 J：0.000000E+00

表面52

K：0.000000

A：0.273186E-07 B：0.812461E-11 C：-.105427E-14

D：0.485865E-19 E：0.267241E-22 F：-.580414E-26

G：0.370026E-30 H：-.782824E-35 J：0.000000E+00

如从图2中所显见，第一透镜组包括2个凹凸透镜，一个凹凸透镜的凹侧面向第二对象，一个凹凸透镜的凹侧面向第一对象的方向。第一透镜组具有相当高的负折射力，并且仅需要三个透镜来实现对成像光束的强烈发散。

第三透镜组LG3形成腰部，该腰部是Petzval校正所需要的。第三透镜组LG3强烈发散成像光束。第一透镜组LG1和第二透镜组LG2形成第一透镜配置(“腹部”)，第四透镜组LG4形成第二透镜配置(“腹部”)。第四透镜组LG4中的第一子组SG₄1中的第三透镜和第四透镜(两者都是凹面面向第二对象方向的凹凸透镜)提供了较强的偏转角。在第四透镜组LG4的第二子组SG₄2中，光学表面45和48(即，第二子组的第二透镜的第一表面和该子组的第三透镜的第二表面)一起形成凹凸透镜。第二透镜的第二表面46和第三透镜的第一表面47被设置为非常靠近。

在表2中，列出了本发明的第一实施例的特征参数。

表2

如从表1和2中可以看出，在第一实施例中实现了本发明的第一、第二、第三和第四方面。

在图3中，示出了根据本发明的投影光学系统的第二实施例的光路图。如括号所示，第一透镜组LG1包括负折射力的三个透镜，第二透镜组LG2包括五个透镜且具有正折射力，第三透镜组LG3包括负折射力的三个透镜并形成投影光学系统的腰部。第四组LG4的第一子组SG₄1包括四个透镜，第四透镜组LG4的第二子组SG₄2包括八个透镜，第四透镜组LG4具有正折射力。第四透镜组LG4进一步包括可调孔径光阑，其中该孔径光阑包括当孔径尺寸改变时可以在球形的侧表面上移动的薄片。由此，并不提供在调节期间固定于光轴特定位置的孔径，而是提供可调孔径光阑，其薄片被成形且被设置为使得当减小孔径尺寸时该薄片沿球形移动到光路中。因此，第一子组SG₄1的最末透镜和第二子组SG₄2的第一透镜可以被设置为彼此紧邻。第三组LG3的最末透镜和第一子组SG41的第一透镜形成第一双合透镜(doublet)，第一子组SG₄1的第二透镜和第三透镜形成第二双合透镜。透镜面27为相对于第二对象方向凹进的面，在该表面处成像光束具有相当大的入射角和偏转角。该透镜面具有较强的校正效果，尤其是对于投影光学系统的彗差和球差。第一子组SG₄1的最末透镜的透镜面31和第二子组SG₄2的第一透镜的透镜面34一起形成凹凸透镜。由于第一子组的最末透镜对成像光束施加的大偏转/入射角，所以该透镜也是很重要的。在第二子组SG₄2的第一透镜与第二透镜之间，形成有空气透镜。第二子组SG₄2的第二透镜具有较高的正折射力。

表3中列出了关于透镜参数(例如透镜的厚度、透镜材料、光学表面的半径以及透镜的直径)的详细信息。此外，表3中给出了非球面在投影光学系统中的位置及其参数的表示。如从表3所显见，投影光学系统的第二实施例包含10个非球面，所有这些非球面都设置在整体凹进的透镜面上。

在表4中，列出了本发明第二实施例的特征参数。

表3

表面	半径	厚度	透镜材料	直径
表面	半径	厚度	透镜材料	直径	0	0.000	32.000	’AIRV193’	112.16
1	0.000	0.000	’AIRV193’	127.77	0	0.000	32.000	’AIRV193’	112.16
1	0.000	0.000	’AIRV193’	127.77	2	57573.384	8.000	’SiO<sub>2</sub>V’	128.94
3	243.811	13.262	’N2VP950’	132.25	2	57573.384	8.000	’SiO<sub>2</sub>V’	128.94
3	243.811	13.262	’N2VP950’	132.25	4	-1090.143	9.354	’SiO<sub>2</sub>V’	134.84
5	466.146	37.485	’N2VP950’	141.26	4	-1090.143	9.354	’SiO<sub>2</sub>V’	134.84
5	466.146	37.485	’N2VP950’	141.26	6	-105.489	75.000	’SiO<sub>2</sub>V’	144.45
7	-148.914	0.700	’N2VP950’	214.83	6	-105.489	75.000	’SiO<sub>2</sub>V’	144.45
7	-148.914	0.700	’N2VP950’	214.83	8	-934.567	36.244	’SiO<sub>2</sub>V’	247.24
9	-274.035	0.700	’N2VP950’	254.54	8	-934.567	36.244	’SiO<sub>2</sub>V’	247.24

10	1877.003	35.146	’SiO<sub>2</sub>V’	267.24
10	1877.003	35.146	’SiO<sub>2</sub>V’	267.24	11	-433.158	0.700	’N2VP950’	268.74
12	340.474	28.340	’SiO<sub>2</sub>V’	263.65	11	-433.158	0.700	’N2VP950’	268.74
12	340.474	28.340	’SiO<sub>2</sub>V’	263.65	13	1177.958	0.700	’N2VP950’	260.39
14	180.585	34.561	’SiO<sub>2</sub>V’	242.61	13	1177.958	0.700	’N2VP950’	260.39
14	180.585	34.561	’SiO<sub>2</sub>V’	242.61	15	206.758	0.700	’N2VP950’	224.36
16	155.939	75.000	’SiO<sub>2</sub>V’	216.75	15	206.758	0.700	’N2VP950’	224.36
16	155.939	75.000	’SiO<sub>2</sub>V’	216.75	17	281.771	15.027	’N2VP950’	171.22
18	15953.616	8.000	’SiO<sub>2</sub>V’	166.15	17	281.771	15.027	’N2VP950’	171.22
18	15953.616	8.000	’SiO<sub>2</sub>V’	166.15	19	98.432	77.068	’N2VP950’	137.11
20	-111.308	8.019	’SiO<sub>2</sub>V’	128.52	19	98.432	77.068	’N2VP950’	137.11
20	-111.308	8.019	’SiO<sub>2</sub>V’	128.52	21	-702.509	18.031	’N2VP950’	136.29
22	-138.076	8.362	’SiO<sub>2</sub>V’	137.45	21	-702.509	18.031	’N2VP950’	136.29
22	-138.076	8.362	’SiO<sub>2</sub>V’	137.45	23	416.972	18.694	’N2VP950’	158.20
24	-11234.170	41.874	’SiO<sub>2</sub>V’	170.34	23	416.972	18.694	’N2VP950’	158.20
24	-11234.170	41.874	’SiO<sub>2</sub>V’	170.34	25	-150.893	0.700	’N2VP950’	182.81
26	-1297.101	8.000	’SiO<sub>2</sub>V’	199.72	25	-150.893	0.700	’N2VP950’	182.81
26	-1297.101	8.000	’SiO<sub>2</sub>V’	199.72	27	253.311	21.736	’N2VP950’	215.55
28	1068.917	45.071	’SiO<sub>2</sub>V’	223.06	27	253.311	21.736	’N2VP950’	215.55
28	1068.917	45.071	’SiO<sub>2</sub>V’	223.06	29	-236.445	0.700	’N2VP950’	231.38
30	244.024	37.656	’SiO<sub>2</sub>V’	298.50	29	-236.445	0.700	’N2VP950’	231.38
30	244.024	37.656	’SiO<sub>2</sub>V’	298.50	31	555.375	27.303	’N2VP950’	297.24
32	0.000	-18.174	’N2VP950’	298.02	31	555.375	27.303	’N2VP950’	297.24
32	0.000	-18.174	’N2VP950’	298.02	33	360.544	15.000	’SiO<sub>2</sub>V’	302.13
34	221.881	36.472	’N2VP950’	295.96	33	360.544	15.000	’SiO<sub>2</sub>V’	302.13
34	221.881	36.472	’N2VP950’	295.96	35	488.301	77.125	’SiO<sub>2</sub>V’	299.83
36	-279.915	0.700	’N2VP950’	303.00	35	488.301	77.125	’SiO<sub>2</sub>V’	299.83
36	-279.915	0.700	’N2VP950’	303.00	37	187.876	53.225	’SiO<sub>2</sub>V’	285.84
38	489.307	0.700	’N2VP950’	278.37	37	187.876	53.225	’SiO<sub>2</sub>V’	285.84
38	489.307	0.700	’N2VP950’	278.37	39	163.275	44.194	’SiO<sub>2</sub>V’	246.77
40	325.398	0.700	’N2VP950’	232.49	39	163.275	44.194	’SiO<sub>2</sub>V’	246.77
40	325.398	0.700	’N2VP950’	232.49	41	140.866	60.717	’SiO<sub>2</sub>V’	200.93
42	235.724	2.997	’N2VP950’	146.44	41	140.866	60.717	’SiO<sub>2</sub>V’	200.93
42	235.724	2.997	’N2VP950’	146.44	43	232.815	16.671	’SiO<sub>2</sub>V’	142.60
44	582.777	6.772	’N2VP950’	127.85	43	232.815	16.671	’SiO<sub>2</sub>V’	142.60
44	582.777	6.772	’N2VP950’	127.85	45	375.408	11.293	’SiO<sub>2</sub>V’	100.07
46	687.655	3.099	’N2VP950’	84.48	45	375.408	11.293	’SiO<sub>2</sub>V’	100.07
46	687.655	3.099	’N2VP950’	84.48	47	0.000	9.375	’SiO<sub>2</sub>V’	73.36
48	0.000	5.000	’AIRV193’	58.93	47	0.000	9.375	’SiO<sub>2</sub>V’	73.36
48	0.000	5.000	’AIRV193’	58.93	49	0.000	0.000		28.04

表3(续)

非球面

表面2

K：0.000000 KC：100

A：0.218716E-06 B：-.248776E-10 C：0.185358E-14

D：-.161759E-18 E：0.192307E-23 F：0.547379E-28

G：0.000000E+00 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面4

K：0.000000 KC：100

A：0.290942E-07 B：0.126121E-10 C：-.105557E-14

D：0.362305E-19 E：0.842431E-23 F：-.416292E-27

G：0.000000E+00 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面8

K：0.000000 KC：100

A：-.150691E-08 B：0.212074E-12 C：0.518282E-17

D：0.216329E-22 E：-.516324E-26 F：0.333908E-31

G：0.000000E+00 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面17

K：0.000000 KC：100

A：-.377475E-07 B：0.114027E-11 C：0.292881E-16

D：-.547743E-20 E：0.158504E-24 F：0.734629E-29

G：0.000000E+00 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面21

K：0.000000 KC：100

A：-.113618E-08 B：-.309117E-11 C：-.571100E-15

D：0.250974E-19 E：0.271018E-23 F：-.232236E-27

G：0.000000E+00 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面24

K：0.000000 KC：100

A：-.626858E-07 B：0.319357E-11 C：-.159658E-15

D：0.992952E-20 E：-.419849E-24 F：0.152526E-28

G：0.000000E+00 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面31

K：0.000000 KC：100

A：0.459357E-08 B：-.505347E-13 C：0.210154E-17

D：-.360092E-22 E：0.512127E-27 F：-.669880E-32

G：0.000000E+00 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面38

K：0.000000 KC：100

A：0.667497E-09 B：0.231564E-12 C：-.696885E-17

D：0.193993E-21 E：0.451888E-27 F：-.167538E-31

G：0.000000E+00 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面40

K：0.000000 KC：100

A：0.184307E-08 B：0.428901E-12 C：0.159451E-16

D：-.141858E-20 E：0.396624E-25 F：-.208535E-30

G：0.000000E+00 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表面42

K：0.000000 KC：100

A：0.131959E-07 B：0.540208E-11 C：-.186730E-15

D：-.295225E-21 E：0.112720E-23 F：-.134832E-27

G：0.000000E+00 H：0.000000E+00 J：0.000000E+00

表4

表4(续)

如可以从表3和4中看出，在第二实施例中实现了本发明的第一、第二、第三和第四方面。

虽然已经关于本发明的某些具体实施例描述了本发明，但是很明显，对本领域技术人员来说很多替换、修改和变化是显而易见的。因此，本文阐述的本发明的示例性实施例旨在示例而并非任何方式的限制。可以在不脱离如所附权利要求书中所限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种变化。

Claims

1、一种使用波长短于250nm的光将第一对象成像到第二对象的区域中的投影光学系统，该投影光学系统包括：

沿该投影光学系统的光轴设置的多个透镜；

其中，所述多个透镜被按如下方式分为四个不重叠的透镜组：

最靠近第一对象设置的第一组的总折射力为负折射力，

与第一组直接相邻地设置的第二组的总折射力为正折射力，

与第二组直接相邻地设置的第三组的总折射力为负折射力，并且

与第三组直接相邻地设置的第四组的总折射力为正折射力；

并且其中，满足以下关系式：

其中：

y为该投影光学系统进行成像的最大像域的直径的一半，单位为mm₁，

NA为第二对象侧的最大数值孔径，

为第i透镜的折射力，单位为mm^-1，

k为该投影光学系统的透镜的总数。

2、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，满足以下关系式：

2 \cdot y \cdot NA \cdot \sin (\frac{1}{k} \cdot Σ_{i = 1}^{k} | δ_{i 1} | + | δ_{i 2} |) > 4

其中：

y为该投影光学系统进行成像的最大像域的直径的一半，单位为mm，

NA为第二对象侧的最大数值孔径，

δ_i1为成像光束在第i透镜的第一光学表面的最大偏转角，

δ_i2为成像光束在第i透镜的第二光学表面的最大偏转角，

k为该投影光学系统的透镜的总数。

3、根据权利要求2所述的投影光学系统，其中，满足以下关系式：

2 \cdot y \cdot NA \cdot \sin (\frac{1}{k} \cdot Σ_{i = 1}^{k} | δ_{i 1} | + | δ_{i 2} |) > 5 .

4、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，所述多个透镜中的至少五个透镜中的每一个都具有至少一个非球面。

5、根据权利要求4所述的投影光学系统，其中，非球面与对应的理想球形之间的轴向距离大于300μm且小于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该理想球形上的方式来选择的。

6、根据权利要求4所述的投影光学系统，进一步包括设置在第四透镜组中的两个透镜之间的孔径光阑，

其中，第四透镜组包括第一对象与所述孔径光阑之间的第一子透镜组以及所述孔径光阑与第二对象之间的第二子透镜组。

7、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，设包括所述孔径光阑与所述第一对象之间的全部透镜的透镜单元的焦距为f₁，设所述第四透镜组(LG4)中的包括所述孔径光阑与所述第二对象之间的全部透镜的第二子组(SG₄2)的焦距为f₂，使焦距f₁和f₂失配以产生无焦点投影光学系统。

8、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，满足以下条件：

\frac{f_{1}}{f_{2}} < 0.9 \cdot | β |

其中，

f₁为包括第一组、第二组和第三组以及第四组中的第一子组在内的透镜单元的焦距，

f₂为第四组中的第二子组的焦距，

β为所述投影光学系统的放大率。

9、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，满足以下条件：

\frac{f_{1}}{f_{2}} > 1.1 \cdot | β |

其中，

f₂为第四组中的第二子组的焦距，

β为所述投影光学系统的放大率。

10、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，满足以下条件：

\frac{L_{D} \cdot D_{beam} \cdot \log (\frac{1}{NA})}{100 \cdot FD} < 3

其中，

L_D为第一对象与第二对象之间的设计距离，

D_beam为光束的最大直径，

NA为第二对象侧的最大数值孔径，并且

FD为第一对象的最大域高度。

11、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，非球面的径向表面轮廓具有至多一个曲率拐点。

12、根据权利要求11所述的投影光学系统，其中，至多一个非球面的径向表面轮廓在该非球面的光学有效区域内具有曲率拐点。

13、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，所述投影光学系统的焦距短于250mm。

14、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，第四透镜组中的第二子组中的至少一个透镜为正折射力的透镜，并且其中，所述至少一个透镜满足以下条件：

i₁·(u_1i+u_1o)+i₂·(u_2i+u_2o)>2.5并且

f_4p<2500mm

其中，

f_4p为所述至少一个透镜的焦距。

15、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，第一透镜组仅由具有负折射力的透镜组成，其中，第一组的透镜中的一个为凹面面向第一对象的凹凸透镜。

16、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，第二透镜组仅由具有正折射力的透镜组成，其中，第二组的透镜中的至少一个透镜具有凹进的非球面。

17、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，第二透镜组包括至少三个透镜。

18、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，第三透镜组中的至少一个透镜具有非球面。

19、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，第三透镜组仅由具有负折射力的透镜组成。

20、根据权利要求19所述的投影光学系统，其中，第三透镜组包括三个或更多个负折射力的透镜。

21、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，在第三透镜组中，在具有负折射力的两个透镜之间设置有具有正折射力的透镜。

22、根据权利要求7所述的投影光学系统，其中，第一子透镜组包括至少一个负折射力的透镜，所述至少一个负折射力的透镜具有第一表面和第二表面，

所述至少一个负折射力的透镜满足如下条件：

| \frac{c_{11} + c_{12}}{c_{11} - c_{12}} | < - 0.5

其中，

c₁₁是所述至少一个负折射力的透镜的第一表面的曲率，并且

c₁₂是所述至少一个负折射力的透镜的第二表面的曲率。

23、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，

第一子透镜组包括2到4个正折射力的透镜。

24、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，

第一子透镜组包括至少一个负折射力的透镜，所述至少一个负折射力的透镜具有第一表面和第二表面，

所述至少一个负折射力的透镜满足以下条件：

| \frac{c_{21} + c_{22}}{c_{21} - c_{22}} | > 0.5

其中，

c₂₁是所述至少一个负折射力的透镜的第一表面的曲率，并且

c₂₂是所述至少一个负折射力的透镜的第二表面的曲率。

25、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，

第二子透镜组仅包括一个具有负折射力的透镜。

26、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，

第二子透镜组包括在具有正折射力的透镜附近设置的、具有负折射力的透镜，所述具有正折射力的透镜被设置为更靠近第二对象，并且其中，所述具有负折射力的透镜满足以下条件：

| \frac{c_{31} + c_{32}}{c_{31} - c_{32}} | < - 0.5

其中，

c₃₁是所述至少一个具有负折射力的透镜的第一表面的曲率，并且

c₃₂是所述至少一个具有负折射力的透镜的第二表面的曲率。

27、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，

第二子透镜组包括在具有负折射力的透镜附近设置的、具有正折射力的透镜，所述具有负折射力的透镜被设置为更靠近第二对象，并且其中，所述具有负折射力的透镜满足以下条件：

| \frac{c_{41} + c_{42}}{c_{41} - c_{42}} | > 0.5

其中，

c₄₁是所述至少一个具有负折射力的透镜的第一表面的曲率，并且

c₄₂是所述至少一个具有负折射力的透镜的第二表面的曲率。

28、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，

第二子透镜组包括不少于两个且不多于四个的正凹凸透镜，这些正凹凸透镜的凹面面向第二对象。

29、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，第一透镜组包含最多2个非球面透镜，

第二透镜组包含最多2个非球面透镜，

第三透镜组包含最多1个非球面透镜，

第四透镜组中的第一子组包含最多3个非球面透镜，并且

第四透镜组中的第二子组包含最多3个非球面透镜。

30、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，在第四透镜组的第二子组中，具有非球面的任一透镜的非球面都位于该透镜面向第二对象的一侧上。

31、根据权利要求6所述的投影光学系统，其中，在第一透镜组中，具有非球面的任一透镜的非球面都位于该透镜面向第一对象的一侧上。

32、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，满足以下条件：

\frac{L_{D}}{G_{D}} > 1.4

其中，

G_D是所有透镜的轴向厚度之和，其中各透镜的轴向厚度表示该透镜在光轴位置的厚度，

L_D是第一对象与第二对象之间的设计距离。

33、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，所有透镜都是由氟化钙制成的。

34、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，所有透镜都是由硅石制成的。

35、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，使用一种或更多种晶体材料作为透镜材料。

36、根据权利要求35所述的投影光学系统，其中，晶体材料包括氟化物材料。

37、根据权利要求36所述的投影光学系统，其中，最靠近第二对象设置的四个透镜中的一个或更多个透镜是由氟化物材料制成的。

38、根据权利要求37所述的投影光学系统，其中，所述最靠近第二对象设置的四个透镜中的两个或更多个透镜是由氟化物材料制成的，并且在所述两个或更多个透镜中氟化物材料相对于光轴的晶体取向在所述两个或更多个透镜中是相同的。

39、根据权利要求35所述的投影光学系统，其中，第二透镜组和/或第三透镜组中的一个或更多个透镜由氟化物材料制成。

40、根据权利要求35所述的投影光学系统，其中，第四透镜组中的正透镜中的一个是由氟化物材料制成的。

41、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，该投影光学系统进一步包括可调孔径光阑，其中，由该孔径光阑形成的孔径的轴向位置随该孔径的大小而变化，其中，孔径的轴向位置是由该孔径定义的平面与光轴的交点限定的。

42、根据权利要求41所述的投影光学系统，其中，可调孔径光阑包括基本为平面形状的薄片。

43、根据权利要求41所述的投影光学系统，其中，可调孔径光阑包括全部具有相同球形的薄片。

44、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，该投影光学系统在第二对象侧的数值孔径大于0.91。

45、根据权利要求1所述的投影光学系统，其中，第四透镜组包括至少一对直接相邻的透镜，其中，这对透镜中的第一透镜具有第一表面和第二表面，这对透镜中的第二透镜具有第三表面和第四表面，并且其中第一表面、第二表面、第三表面和第四表面按顺序沿光轴设置，并且其中，满足以下条件：

d<v₅

| \frac{c_{51} + c_{52}}{c_{51} - c_{52}} | > v_{6}

c₅₁>v₇

其中，

d为第二表面与第三表面之间的最大距离，

c₅₁为第一表面的曲率，

c₅₂为第四表面的曲率，并且

V₅＝15mm、V₆＝10、V₇＝0.003mm^-1。

46、一种使用波长短于250nm的光将第一对象成像到第二对象的区域中的投影光学系统，该投影光学系统包括：

沿该投影光学系统的光轴设置的多个透镜；

其中，所述多个透镜能够按如下方式分为四个不重叠的透镜组：

最靠近第一对象设置的第一组的总折射力为负折射力，

与第一组直接相邻地设置的第二组的总折射力为正折射力，

与第三组直接相邻地设置的第四组的总折射力为正折射力；

并且其中，满足以下关系式：

2 \cdot y \cdot NA \cdot \sin (\frac{1}{k} \cdot Σ_{i = 1}^{k} | δ_{i 1} | + | δ_{i 2} |) > 4

其中：

NA为第二对象侧的最大数值孔径，

δ_i1为成像光束在第i透镜的第一光学表面处的最大偏转角，

δ_i2为成像光束在第i透镜的第二光学表面处的最大偏转角，

k为投影光学系统的透镜的总数。

47、根据权利要求46所述的投影光学系统，其中，满足以下关系式：

2 \cdot y \cdot NA \cdot \sin (\frac{1}{k} \cdot Σ_{i = 1}^{k} | δ_{i 1} | + | δ_{i 2} |) > 5 .

48、一种使用波长短于250nm的光将第一对象成像到第二对象的区域中的投影光学系统，该投影光学系统包括：

沿该投影光学系统的光轴设置的多个透镜；

最靠近第一对象设置的第一组的总折射力为负折射力，

与第一组直接相邻地设置的第二组的总折射力为正折射力，

与第三组直接相邻地设置的第四组的总折射力为正折射力；

其中，所述多个透镜中的至少五个透镜中的每一个都具有至少一个非球面，

其中，非球面与对应的理想球形之间的轴向距离大于300μm且小于500μm，

49、根据权利要求48所述的投影光学系统，其中，所述每一个都具有至少一个非球面的所述至少五个透镜的非球面中的每一个具有有效直径D_as，其对应的理想球形的曲率中心位于该非球面背离具有该非球面的透镜的一侧上，并且其中D_as为第一对象与第二对象之间的设计距离L_D的0.2倍。

50、根据权利要求48所述的投影光学系统，其中，非球面的曲率的最大变化的绝对值大于300m^-2。

51、一种使用波长短于250nm的光将第一对象成像到第二对象的区域中的投影光学系统，该投影光学系统包括：

沿该投影光学系统的光轴设置的多个透镜；

最靠近第一对象设置的第一组的总折射力为负折射力，

与第一组直接相邻地设置的第二组的总折射力为正折射力，

与第三组直接相邻地设置的第四组的总折射力为正折射力；

并且其中，满足以下关系式：

\frac{G_{D}}{2 \cdot y \cdot NA} < 35

其中：

NA为第二对象侧的最大数值孔径，

G_D为全部的透镜轴向厚度之和，其中各透镜的轴向厚度表示该透镜在光轴位置的厚度。

52、一种投影曝光系统，包括：

照明光学系统，用于产生波长短于250nm的光的光束；

固定器，用于固定作为第一对象的构图结构；

基板固定器，用于固定作为第二对象的辐射敏感基板；以及

根据权利要求1至51中的一项所述的投影光学系统，用于将第一对象成像到第二对象的区域中。

53、一种制造微结构器件的方法，包括以下步骤：

使用投影曝光系统，该投影曝光系统包括：

照明光学系统，用于产生波长短于250nm的光的光束；

固定器，用于固定作为第一对象的构图结构；

基板固定器，用于固定作为第二对象的辐射敏感基板；以及

根据权利要求1至51中的一项所述的投影光学系统，用于将第一对象成像到第二对象的区域中；以及

使用波长短于250nm的光的光束将构图结构成像到辐射敏感基板上。