CN101126907A - 微光刻投影曝光设备的投影物镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微光刻投影曝光设备的投影物镜，用来将位于物平面的掩模图像投影至位于像平面的光敏涂层上，其中所述投影透镜具有光轴(OA)。为了能在使用高折射的结晶材料的同时限制本征双折射的消极影响，依据本发明一方面的投影透镜包括至少一个透镜(143、255、360、470)，所述至少一个透镜具有至少一个弯曲的透镜表面，并由以相互邻接关系彼此跟随的方式排列的至少四个本征双折射材料的透镜元件(143a－143d、255a－255d、360a－360d、470a－470d)按照沿着光轴(OA)组合而成，其中，所述四个透镜元件由两对透镜元件组成，其中两对具有彼此不同的晶体切向，并且其中每对中的透镜元件都具有相同的晶体切向并相对于彼此围绕光轴(OA)以旋转偏移进行排列。

Description

微光刻投影曝光设备的投影物镜
技术领域
本发明涉及一种微光刻投影曝光设备的投影物镜。
背景技术
微光刻投影曝光设备用于制造诸如像是集成电路或LCD的微型结构部件。此类投影曝光设备包括照明装置和投影物镜。在微光刻过程中，将由照明设备照射的掩模(也称为分划板)的图像通过投影物镜投影到衬底(例如硅晶片)上，该衬底涂覆了光敏涂层(光致抗蚀剂)并排列在投影物镜的像平面上，以将掩模结构转移到光敏涂层上。
在当前技术状态的微光刻物镜中，具体的是具有大于1.4的数值孔径(NA)值的浸没物镜中，尤其对于物镜的成像侧最后的光学元件来说，使用具有高折射率材料的需求日益增长。在本文中，如果在给定波长下折射率的值较石英的折射率更高时，则将该折射率称为高折射率，石英的折射率在193nm波长时为大约1.56。可以被认为是此类材料的例如有镥铝石榴石(Lu3Al5O12，LuAG)，其折射率在193nm的波长时为大约2.14。然而，使用这些用于透镜元件的材料存在许多问题，由于它们的立方体结晶结构(cubic crystallographic structure)，在较短波长时它们显示出增大的本征双折射(IB)。例如，对镥铝石榴石的测量已经显示出30.1nm/cm的最大IB相关延迟(retardation)。这种情况中的词语“延迟”指的是在偏振的两种正交态(互为垂直)的光程长度之间的差值。
作为降低氟化物晶体透镜中本征双折射对光学图像的有害影响的方法，WO02/093209A2特别公开了在相对于彼此的旋转(称为“时钟转动(clocking)”)位置上排列相同晶体切向(crystallographic cut)(例如100向或111向)的氟化物晶体透镜的构思，以及将多个具有彼此不同晶体切向(例如[100]-透镜以及[111]-透镜的组合)的这种排列组进行组合。
在WO02/099500A2中公开的技术是沿着球形分离表面分出一个或多个结晶100或110切向的透镜，并将其相对于彼此以旋转偏移接合至一起。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种微光刻投影曝光设备的投影物镜，所述物镜允许在限制本征双折射的有害影响的同时可以使用高折射的结晶材料。
依据本发明第一方面的具有光轴的投影物镜，用来将位于物平面上的掩模的图像投射到位于像平面上的光敏涂层上，所述投影物镜包括：
至少一个透镜，所述至少一个透镜具有至少一个弯曲的透镜表面，并且由沿着光轴以相互相邻关系彼此跟随的方式排列的至少四个本征双折射材料的透镜元件组合而成；
其中，所述四个透镜元件由两对透镜元件组成，其中所述两对透镜元件具有彼此不同的晶体切向，并且其中每对中的透镜元件具有相同的晶体切向，并相对于彼此围绕光轴以旋转偏移进行排列。
这里使用的术语“光轴”指的是穿过投影物镜的旋转对称光学元件的曲率中心(curvature center)延伸的直线部分序列或直线。
通过由相互时钟转动(clocked)的至少四个透镜元件组合成透镜可获得的第一个好处是本征双折射的补偿，这对于像侧最后位置上具有相对较大厚度和高折射率的透镜来说尤其有效。由于依据本发明的透镜是由数个壳体(shell)以类似洋葱构造的方式组合而成的事实，因此使用透镜自身内部已经形成的上述这些壳体的排列可获得本征双折射的补偿壳体(也就是，本质上甚至不需要对在投影物镜中另一个位置上发生额外的补偿)。
依据一个实施例，四个透镜元件中的两个具有[111]晶体切向，所述四个透镜元件中的另外两个具有[100]晶体切向。与通常的术语相一致的，例如[111]晶体切向指的是在各个透镜元件中，[111]结晶轴与透镜轴(或者分别与投影物镜的光轴)重合。此外，如果透镜轴之间的角度小于5o，则可认为各个结晶轴分别与透镜轴或光轴重合。
依据一个实施例，所述四个透镜元件以相对于它们各自的晶体切向以交替顺序彼此跟随。关于壳体的这种排列，进一步观察所得到的效用是，在透镜元件相对于它们的晶体切向是交替排列的顺序的情况下，与具有相同晶体切向的透镜元件直接相互跟随组合在一起的排列相比，该排列通常可以大约为2的数量级的因子降低IB-补偿中的残差，。这种通过令人惊奇的清晰的定量结果证明了其本身的效果，该效果以物理术语来讲可归因于以下事实，即用来描述由本征双折射引起的偏振的Jones矩阵并不是数学上可交换的，这意味着不能改变它们乘法中的顺序而使结果不改变(也就是A×B≠B×A)。
依据一个实施例，依据本发明的透镜在物平面一侧具有凸起弯曲的透镜表面。这种形状的透镜表面可接收大孔径角的光线，并因此在大孔径系统中具有特别的优势。优选地，这种透镜是排列在距离像平面一侧最后位置上的浸没物镜中的平凸透镜，该透平凸透镜的平面光出射表面与浸没介质相接触。
依据一个实施例，这种透镜排列在投影物镜像平面侧的最后位置上。尤其是在像平面侧的最后透镜中，特别重要的是使用具有较高折射率的材料，因此考虑到这种材料在这种情况中表现出本身能够补偿较强的本征双折射，所以依据本发明的设计构造对于这种透镜来说是非常有利的。
依据一个实施例，透镜元件由选自以下组中的材料制成，所述组包含：石榴石，尤其是镥铝石榴石(Lu3Al5O12)和钇铝石榴石(Y3Al5O12)；锂钡氟化物(LiBaF3)；以及包含尖晶石的材料，尤其是镁尖晶石(MgAl2O4)。在这些显示了较明显双折射的材料中，依据本发明的构造被证明是非常有利的，因此，可使用具有相当高折射率的材料，可以有效地补偿本征双折射。
依据一个实施例，透镜元件以沿着光轴彼此相邻的关系进行排列，也就是，在所述透镜元件之间没有设置另外的光学元件。
依据一个实施例，所述至少四个透镜元件中的至少两个以光学无缝方式连接在一起。这样，对于标量相(scalar phase)，也就是波阵面，在类似洋葱构造的透镜中的装配成类似壳体的元件也像单个透镜一样工作，因此可以在透镜元件之间的过渡处避免不想要的光线界面相关偏转(interface-related deflection)。
依据另一个实施例，所述至少四个透镜元件中的至少两个通过缝隙(gap)彼此隔开，因此，与利用拧紧(wringing)技术将透镜元件无缝连接在一起的做法相比，这样可以减少制造成本。在这种情况中，为了避免不想要的光线界面相关偏转，缝隙优选用其具有的折射率与邻接透镜元件的材料的折射率相比不高于30％的液体进行填充，更优选的是不高于20％，尤其优选的是不高于10％。根据邻接透镜元件的折射率，适宜的液体例如是用作与晶片平面相邻的浸液的所谓高折射率类型的液体，诸如例如环己烷(波长193nm时n≈1.57)或萘烷(decaline)(波长193nm时n≈1.65)。
依据一个实施例，所述四个透镜元件中的两个是[111]晶体切向，而相同的四个透镜元件中的另外两个是[100]切向。在这种情况中，相对于光传播的方向在四个元件的第一位置上的透镜元件可具有[111]切向或也可以是[100]切向。
所述四个透镜元件中的每一个可具有至少一个球面透镜表面(尤其是两个球面透镜表面)，以使得透镜能够更为简易地制造以及彼此匹配。还可能的是，四个透镜元件中的至少一个具有非球面(但优选仍然是旋转对称的)透镜表面。这在将导致较大的制造成本的同时，它也提供了最优化偏振相关光学特性的可能性，甚至，也就是，由于非球面设计获得的额外的自由度将进一步减少IB-相关残余延迟。
依据本发明的另一方面，具有光轴的微光刻投影曝光设备的投影物镜可将位于物平面上的掩模图像投影到位于像平面上的光敏涂层上，该物镜包括：
至少一个透镜，其由沿着光轴以彼此相邻关系相互跟随的形式排列的至少四个本征双折射材料的透镜元件组合而成；
其中对于所述四个透镜元件中的至少一个来说，光轴平行于透镜元件的一晶向，该晶向既与[100]晶向、[110]晶向和[111]晶向不同，也与等同于[100]晶向、[110]晶向或[111]晶向的各个晶向不同。
因而，依据这方面，本发明涉及具有由至少四个透镜元件组成的透镜的投影物镜，其中这些透镜元件中的至少一个具有“自由的”晶向，这意味着它不是按照主要的晶向[100]、[110]和[111]进行切割(cut)的。作为这种“自由的”晶向的结果，引入了额外的自由度，借此(有些类似于用非球面的透镜表面替换了球面的透镜表面)提高了优化的可能性。此外，由于创造性地转换成“自由的”晶向，将可能减小(1，1)Jones光瞳的相，提高满足另外强加在光学图像上的特殊要求的可能性。
关于依据这方面的投影物镜的优选实施例及其优势，读者可参考在如上所述提到第一方面之前的优选实施例和优势。
本发明还涉及一种具有如上所述特征的透镜，其中，关于优选的实施例及其优势，读者可以参考前述的关于投影透镜的内容。本发明的范围还包括微光刻投影曝光设备，微结构部件的微光刻制造方法，以及微结构部件。
在说明书以及权利要求书中还可看到本发明的其他实施例。
附图说明
结合附图中图示的实施例，将在下文中更详细地解释本发明，其中
图1示出了依据本发明一个实施例的完整反射折射投影物镜的整个子午面；
图2示出了图1的投影物镜像侧的最后透镜的详细的透镜截面；
图3示出了依据另一个实施例的像侧的最后透镜的详细透镜截面；
图4示出了在透镜元件没有相互旋转排列时常规结构的具有[111]向的透镜的延迟(nm)；
图5示出了在透镜元件没有相互旋转排列时常规结构的具有[100]向的透镜的延迟(nm)；
图6a、6b示出了考虑到像侧最后的透镜与图2示出的依据本发明的设计相一致时，从物场中心发出的光束(图6a)以及从物场的边缘发出的光束(图6b)在图1的投影物镜中的合成延迟(nm)；
图7a、7b示出了考虑到像侧的最后透镜与图3示出的依据本发明的设计相一致时，从物场中心发出的光束(图7a)以及从物场的边缘发出的光束(图7b)在图1的投影物镜中的合成延迟(nm)；
图8、图9每个均示出了以单个透镜元件的非交替排列的像侧最后透镜的详细透镜截面；
图10a、10b示出了如果使用图8示出的设计的透镜，从物场中心发出的光束(图10a)以及从物场的边缘发出的光束(图10b)的合成延迟(nm)；
图11a、11b示出了如果使用图9示出的设计的透镜，从物场中心发出的光束(图11a)以及从物场的边缘发出的光束(图11b)的合成延迟(nm)；
图12示出了依据本发明具有自由晶向的实施例的像侧最后透镜的详细透镜截面；
图13a至图13c图示了对于依据本发明如图12所示具有自由晶向的透镜，从物场中心发出的光束的(1，1)Jones光瞳的合成延迟(图13a，nm)以及相位(图13b，nm)和振幅(图13c，nm)；
图14a至图14c图示了对于依据本发明如图12所示具有自由晶向的透镜，从物场中心发出的光束的(1，1)Jones光瞳的合成延迟(图14a，nm)以及相位(图14b，nm)和振幅(图14c，nm)；
图15示意性图示了微光刻透镜曝光设备的整个设计构思。
具体实施方式
图1示出了依据本发明第一实施例的投影物镜100。该投影物镜100的设计数据列举在表1中。
列1示出的是折射或其他光学有效表面(optically significant surface)的序号，列2是这些表面的各自的半径(mm)，列3是从各个表面到下一接着的表面的距离(mm)，也称为厚度，列4是各个表面下面的材料，列5是该材料在λ＝193nm时的折射率，列6是光学元件的光学可用的自由半直径(half-diameter)。半径、厚度和半直径均以毫米表示。
在表2中用短平线标出和说明的表面是非球面弯曲的，这些表面的曲率可通过下列非球面公来描述：
P ( h ) = ( 1 / r ) · h 2 1 + 1 - ( 1 + cc ) ( 1 / r ) 2 h 2 + C 1 h 4 + C 2 h 6 + . . . - - - ( 1 )
其中，P表示各个表面平行于光轴的径向高度，h代表距光轴的径向距离，r表示各个表面的曲率半径，cc表示锥度常数，C1、C2…表示表2列出的非球面常数。
依据图1，反射折射设计的投影透镜100具有第一部分光学系统110、第二部分光学系统120以及第三部分光学系统130。这里使用的词语“部分光学系统”通常指的是光学元件的排列，通过该排列可形成真实物体的实像或中间图像。换句话说，每个部分光学系统总是包括，从特定的物平面或中间像平面开始直到下一个接着的实像或中间图像的全部光学元件。
第一部分光学系统110包括折射透镜111至118(由SiO2制成，在表1中命名为SILUV)的排列，并将物平面“OP”投影成第一中间图像IMI1，该中间图像IMI1的近似位置在图1中用箭头指出。这个第一中间图像IMI1通过第二部分光学系统120投影成第二中间图像IMI2，第二中间图像IMI2的近似位置在图1中用箭头指出。第二部分光学系统120包括第一凹面镜121和第二凹面镜122，其中每个凹面镜均以与光轴垂直的方向被切割，从而允许光继续其从各个反射面至像平面IP的路径。第二中间图像IMI2被第三部分光学系统130投影进入像平面IP。
第三部分光学系统130包括折射透镜131至143的排列，其中在像平面侧最后位置上的透镜143是平凸镜，其弯曲凸面的透镜表面朝向物平面。依据本发明，该透镜143，由总共四个将参看图2进行描述的透镜元件组成。在透镜143的光出射面和当投影物镜100工作时设置在像平面IP上的光敏涂层之间，将具有浸液，在该实例中，该液体的折射率为nImm≈1.65(在表1中命名为HIINDEX)。适宜这种目的的浸液的例子是常用名为萘烷(decaline)的液体。另一种适宜的浸液是工作波长为193nm时nImm≈1.57的环己烷(cyclohexane)。
图2示出了在图1投影物镜100像侧最后位置的透镜143的详细透镜截面。透镜143由总共四个透镜元件143a、143b、143c和143d组成，所述四个透镜元件被成排列使得它们均沿着光轴OA彼此跟随。全部透镜元件143a至143d均由镥铝石榴石(Lu3Al5O12，LuAG)制成，在193nm时其最大特性双折射为30.1nm/cm。图解的实例中的单个透镜元件143a至143d的透镜表面或可操作光学表面出于制造的原因均选择为球面的，但是作为替换，它们也可以是非球面，以获得更加深远的偏振相关光学特性的最优化，也就是，进一步减小残余延迟。
还应注意，透镜143的透镜元件143a至143d以直接接触的方式彼此连接，例如以通过拧紧(wringing)技术获得的光学无缝过渡的方式彼此连接。可选地，这些透镜元件还可以用缝隙隔开，其中所述缝隙优选用液体填充，该液体具有的折射率与邻接透镜元件的材料的折射率相比不高于30％，优选不高于20％，以及更加优选不高于10％。
表3中列出了透镜元件143a-143d的各自的透镜参数。列1示出了透镜元件表面的序号，列2示出了这些表面的各自的半径(radii)(mm)，列3示出了从每个表面到下一接着的表面的距离(mm)，也称为厚度，列4示出了接续分离表面的光学元件可用的自由半直径(half-diameter)，并且列5示出了透镜元件的晶向(或晶体切向)。半径、厚度和半直径均以毫米表示。
依据图2和表3的实例，透镜元件143a-143d由两对透镜元件组成，其中每对中的元件具有相同的晶体切向，并以相对于彼此围绕光轴OA旋转的方式设置。
更具体地，在光传播方向上沿着光轴OA的第一和第三位置上的透镜元件143a和143c是[111]晶体切向的，这意味着在这些透镜元件中结晶[111]-轴与投影物镜100的光轴OA平行。在光传播方向上沿着光轴OA的第二和第四位置上的透镜元件143b和143d是[100]晶体切向的，这意味着在这些透镜元件中结晶[100]-轴与投影物镜100的光轴OA平行。因此，四个透镜元件143a-143d对于它们的晶体切向(crystallographic cutorientation)以交替顺序进行排列。
此外，晶向为[111]向的透镜元件143a和143c相对于彼此围绕光轴OA旋转(也就是“时钟转动”)60o角，而晶向为[100]向的透镜元件143b和143d相对于彼此围绕光轴OA旋转(也就是“时钟转动”)45o角。依据[111]-透镜的三重(3-fold)对称双折射，在两个[111]透镜之间的时钟角度60o可通过时钟角度60o+m×120o来代替，m是整数。此外，依据[100]-透镜的四重(4-fold)对称双折射，在两个[100]-透镜之间的时钟角度45o可通过时钟角度45o+n×90o来代替，n是整数。
虽然上述具有[111]晶体切向的透镜元件的60o(或60o+m×120o)旋转角以及具有[100]晶体切向的透镜元件的45o(或45o+n×90o)的旋转角(“时钟角”)对于最小化IB-相关残余延迟来说代表了选定的排列的最优值，但是由于部分补偿还可通过从不同于这些值的旋转角来获得，因此本发明当然并非受到这些角度所限制。
可依据本发明用于图1投影透镜100中位于像平面一侧最后位置上的透镜255的另一实例由透镜元件255a-255d组成，如图3所示，表4中列出了透镜元件255a-255d的透镜参数。透镜元件255a-255d也同样由镥铝石榴石(Lu3Al5O12，LuAG)制成。
依据图3和表4的实施例，透镜元件255a-255d也由两对透镜元件组成，其中每对元件具有相同的晶体切向，并以相对于彼此围绕光轴OA旋转的方式设置。更具体地，在光传播方向上沿着光轴OA的第一和第三位置上的透镜元件255a和255c是[100]晶体切向的，这意味着在这些透镜元件中[100]结晶轴与投影物镜的光轴OA平行。在光传播方向上沿着光轴OA的第二和第四位置上的透镜元件255b和255d是[111]晶体切向的，这意味着在这些透镜元件中[111]结晶轴与投影物镜100的光轴OA平行。因此，四个透镜元件对于它们的晶体切向以交替顺序进行排列。此外，关于这一点与图2的实施例类似，晶体切向为[100]晶向的透镜元件255a和255c相对于彼此围绕光轴OA旋转(也就是“时钟转动”)45o角，而晶体切向为[111]晶向的透镜元件255b和255d相对于彼此围绕光轴OA旋转60o角。
本发明并不限于图2和3示出的[100]和[111]晶体切向。此外，还可能使用这些实施例的变型，其中组合而成本发明构造的透镜的至少四个透镜元件还可具有共有相同晶体切向的透镜元件对，但所述切向将不同于[100]和/或[111]，其中在每对中的透镜元件以相对于彼此围绕光轴旋转的方式排列。此外，在与图2和3类似的范围内，透镜元件还可按它们的晶体切向以交替顺序排列。
图6a和6b示出了考虑到像侧最后的透镜与图2示出的依据本发明的设计相一致时，从物场中心发出的光束(图6a)以及从物场的边缘发出的光束(图6b)在图1的投影物镜中的合成延迟。作为对照，图4示出了其晶体切向为[111]向的常规设计的透镜的延迟，也就是，未使用相对于彼此旋转的至少四个透镜元件的本发明排列的情况下的延迟。
图7a和7b示出了考虑到像侧的最后的透镜与图3示出的依据本发明的设计相一致时，从物场中心发出的光束(图7a)以及从物场的边缘发出的光束(图7b)在图1的投影物镜中的合成延迟。为了对照，图5示出了其晶体切向为[100]向的常规设计的透镜的延迟，也就是，未使用相对于彼此旋转的至少四个透镜元件的本发明排列的情况下的延迟。
比较图4至图5与图6至图7的结果可得出第一结论，很明显的是在利用依据本发明由至少四个相对于彼此旋转的透镜元件构成的透镜设计的情况下，可比晶体切向[111]或[100]的透镜的常规设计更显著地减小残余延迟。
图8和图9分别图解了定位在最后的透镜360和470的另外的详细透镜截面。这些透镜同样分别由总共四个透镜元件360a-360d和470a-470d组成，但对于它们的晶体切向，所述透镜按非交替顺序进行排列。换句话说，如此排列透镜元件：以使得它们以相同的晶体切向对相互邻接。在图8图示的透镜360中，第一对透镜元件360a和360b为[111]晶体切向，而图9图示的透镜470中，第一对透镜元件470a和470b为[100]晶体切向。表5和表6中分别列出了透镜元件360a-360d和470a-470d的透镜参数。
图10a和图10b示出了在使用图8示出的设计的透镜时，从物场中心发出的光束(图10a)以及从物场的边缘发出的光束(图10b)的合成延迟。图11a和图11b示出了在使用图9示出的设计的透镜时，从物场中心发出的光束(图11a)以及从物场的边缘发出的光束(图11b)的合成延迟。
从图6、图7的结果与图10、图11的结果对比可知，很明显的是，在使用由相对于彼此旋转排列的至少四个透镜元件构成的透镜的情况下，与由相同晶体切向为一对来构成透镜元件的非交替排列情况(如图10和图11)相比，使用按它们的晶体切向交替排列的透镜元件(如图6和7)的排列所获得的延迟值小大约2倍因子。
依据另一个实施例，依据本发明构成的透镜的透镜元件中的一个或全部还可能具有将下文参考图12-14进行讨论的自由晶体切向。
图12示出了在具有例如与图1类似构造的投影物镜中同样可用的像侧最后位置上的透镜580的详细透镜截面。透镜580也由总共四个透镜元件580a、580b、580c和580d组成，沿着光轴OA彼此跟随排列。全部透镜元件580a-580d同样由镥铝石榴石(Lu3Al5O12，LuAG)制成。图示的实施例中的单个透镜元件580a至580d的透镜表面或可操作光学表面均出于制造的原因选择为球面的，但是可选地，它们也可以是非球面的，以获得更加深远的偏振相关光学特性的最优化，也就是，进一步减小残余延迟。此外，在这个实施例中透镜580的透镜元件580a至580d也可直接接触地彼此跟随，例如以通过拧紧技术而获得的光学无缝过渡的方式彼此连接。可选地，这些透镜元件还可以用缝隙隔开，其中所述缝隙优选用如上所述的液体填充。
表7列出了透镜元件580a-580d的分别的透镜参数。列1示出的是透镜元件表面的序号，列2是这些表面各自的半径(mm)，列3是从每个表面到下一个表面的距离(mm)，也称为厚度，列4是接续着各个表面的光学可用的自由半直径(half-diameter)，列5是透镜元件的晶向。半径、厚度和半直径均以毫米表示。表7中示出的晶向以如下定义三个欧拉角φ、θ、ψ来表示：使最初设置为与固定在空间中的参考系(x，y，z)相同的坐标系通过下列所述坐标系的旋转转变成晶体的主轴系(x’，y’，z’)：1.围绕z轴旋转φ角；2.围绕x轴旋转θ角；以及3.围绕z轴旋转ψ角。通过欧拉角φ＝0o、θ＝0o、ψ＝任意可选角可相应描述[100]向的晶体，而通过φ＝45o、θ＝54.736o、ψ＝任意可选角可相应描述[111]向的晶体。
与之前所述的实施例不同，透镜580的透镜元件580a-580d中光系统轴OA并不在晶向[100]、[110]或[111]中的一个的方向上或与晶向[100]、[110]或[111]中任一个等同(由于立方体晶体的对称)的主要晶向上。虽然图12的实施例中的全部透镜元件580a-580d偏离了上述主晶向中的一个只有透镜元件580a近似[111]晶体切向)，但是这并不意味着是对本发明强加的限制。相反，本发明还可包括代表图12的具体实施例的变型的所有情况，这意味着对于四个透镜元件的至少一个来说，光系统轴并不与上述的主晶向平行。
图13a至图13c图解了对于从物场中心发出的光束来说，具有自由晶向的透镜580的(1，1)Jones光瞳的合成延迟(图13a)以及相位(图13b)和振幅(图13c)。图14a至图14c以类似的表现形式图解了对于从物场边缘发出的光束来说，透镜580的(1，1)Jones光瞳的合成延迟(图14a)以及相位(图14b)以及振幅(图14c)。正如从图13b和图14b可明显看出的那样，该实施例中的相在最多1.5nm范围内可减小到非常小的值。而象限中的振幅(45o方位)将高达大约0.9的值，这仅仅是在光瞳中主要使用了x轴和y轴区域的成像过程中的次要结果。
依据图15的投影曝光设备600包括照明装置601和投影物镜602。投影物镜602包括仅仅是示意性描述的透镜排列603，并穿过该排列确定了光轴OA。在照明装置601和投影物镜602之间设置了掩模604，其通过掩模支架605支撑在光程上。掩模604带有微米或纳米级别的结构，利用投影物镜602将掩膜的图像投影至像平面IP，例如，以4或5倍因子减小。位于衬底支架607上的光敏衬底606，更具体是晶片被支撑在像平面IP上。
尽管通过特别的实施例内容描述了本发明，但是本领域技术人员还可意识到变型和可选的实施例的多种可能性，例如，通过组合和/或改变单个实施例的特征。因此，可以理解的是这些变型和可选的实施例将被认为是包括在本发明中，并且本发明的范围仅仅由所附专利权利要求书及其等效来限制。
表1(图1的设计数据)
(NA＝1.55；wavelength 193nm)
  表面   半径   厚度   材料   折射率   半直径
  0   0.000000   52.291526   62.5
  1   185.414915   36.606310   SILUV   1.560364   93.9
  2   -2368.330782   103.305956   94.5
  3   1135.440971   81.730311   SILUV   1.560364   101.4
  4   -836.574481   7.626264   101.9
  5   642.761068   10.166290   SILUV   1.560364   94.3
  6   -28777.509893   17.021812   92.4
  7   374.784051   23.493394   SILUV   1.560364   88.9
  8   -739.574652   12.599110   86.7
  9   0.000000   0.000000   SILUV   1.560364   82.0
  10   0.000000   35.701682   82.0
  11   -287.062457   8.020868   SILUV   1.560364   87.6
  12   -260.605102   8.348886   89.8
  13   356.037256   34.761348   SILUV   1.560364   102.3
  14   -1139.573155   45.988038   103.0
  15   -297.853763   10.898517   SILUV   1.560364   100.8
  16   -286.492576   442.012212   102.4
  17   -186.492728   -232.661918   REFL   162.7
  18   213.357562   272.661219   REFL   150.8
  19   186.190755   63.407664   SILUV   1.560364   143.4
  20   559.595962   102.212676   138.9
  21   336.987586   10.146122   SILUV   1.560364   98.0
  22   98.067417   59.917522   83.0
  23   2014.227818   10.231531   SILUV   1.560364   83.9
  24   209.706892   5.218396   88.7
  25   -187.199398   16.497859   SILUV   1.560364   90.5
  26   563.378273   25.195888   92.4
  27   -358.535155   9.999385   SILUV   1.560364   95.4
  28   -369.270277   4.329131   104.5
  29   6342.575536   49.942200   SILUV   1.560364   124.0
  30   -323.631832   0.997442   127.3
  31   -503.301175   35.880564   SILUV   1.560364   129.5
  32   -236.865310   0.997844   132.5
  33   -1601.468501   29.219759   SILUV   1.560364   133.0
  34   -298.758201   1.000000   134.0
  35   808.661277   24.892404   SILUV   1.560364   130.1.
  36   -2015.744411   1.000000   128.8
  37   232.975060   41.179286   SILUV   1.560364   120.7
  38   2382.195206   1.000000   116.6
  39   192.288001   45.336304   SILUV   1.560364   110.2
  40   -1085.511304   1.000000   107.6
  41   139.778134   25.996093   SILUV   1.560364   84.0
  42   482.429105   1.000000   78.8
  43   83.925256   60.000000   LUAG   2.143500   60.2
  44   0.000000   3.100000   HIINDEX   1.650000   24.1
  45   0.000000   0.000000   15.6
表2：(图1的非球面常数)
  表面   1   4   6   8   12
  K   0   0   0   0   0
  C1   -6.447148E-08   -1.825065E-07   7.288539E-08   1.468587E-07   -8.341858E-09
  C2   3.904192E-12   1.875167E-12   4.464300E-12   -6.136079E-12   3.035481E-12
  C3   -1.742805E-16   9.471479E-16   -3.280221E-16   -6.664138E-16   1.950958E-16
  C4   -2.099949E-21   -3.417617E-20   -1.914887E-20   -1.246213E-20   6.966650E-21
  C5   1.526611E-24   -3.618274E-24   5.811541E-24   4.088277E-24   1.855444E-24
  C6   -1.341115E-28   3.456865E-28   -6.504073E-28   7.614765E-29   -1.407831E-28
  C7   3.864081E-33   -8.427102E-33   3.066152E-32   -1.622968E-32   -3.044932E-33
  表面   14   15   17   18   20
  K   0   0   -1.9096   -0.5377   0
C1 -5.818454E-08   -3.254341E-08   -2.658999E-08   -1.536262E-10   -8.785831E-09
  C2   -2.919573E-13   3.968952E-13   1.561056E-13   -2.682680E-15   5.646919E-13
  C3   -3.209102E-17   -2.807842E-17   -4.132973E-18   -3.645198E-20   -6.454482E-18
  C4   3.126755E-22   4.190647E-21   5.067872E-23   1.499409E-24   -2.410154E-22
  C5   3.818902E-25   -3.741144E-25   -9.622504E-28   1.222432E-28   1.104073E-26
  C6   -8.486242E-30   3.532694E-29   1.189984E-32   -6.277586E-33   -2.437139E-31
  C7   -2.419178E-34   -1.204525E-33   -1.166383E-37   1.594458E-37   2.163229E-36
  表面   21   23   25   28   29
  K   0   0   0   0   0
  C1   6.965245E-08   -9.869141E-08   -3.835477E-08   1.214957E-07   5.348537E-08
  C2   -2.619816E-13   3.468310E-12   -7.670508E-12   1.647962E-12   2.629539E-12
  C3   9.867326E-18   -1.114544E-15   7.876676E-16   -5.350727E-16   -5.067530E-16
  C4   -6.513277E-21   1.484338E-19   -1.643323E-19   3.115581E-20   4.241183E-20
  C5   1.222326E-25   -2.541221E-23   1.862076E-23   -6.028858E-24   -2.286931E-24
  C6   -7.772178E-30   2.753259E-27   -1.538795E-27   5.836667E-28   6.869266E-29
  C7   -1.760691E-33   -1.058751E-31   6.396967E-32   -1.784413E-32   -8.391190E-34
  表面   31   33   36   38   40
  K   0   0   0   0   0
  C1   3.570488E-09   -1.108288E-08   1.098120E-08   3.498535E-09   4.009017E-08
  C2   -2.899790E-13   -5.556755E-13   -8.319264E-13   1.277784E-12   -5.714125E-12
  C3   1.081327E-16   -3.884368E-18   3.311901E-17   -7.357487E-17   6.202718E-16
  C4   -1.172829E-20   1.842426E-21   7.733186E-23   1.115535E-21   -5.344939E-20
  C5   2.404194E-25   3.001406E-27   -1.051458E-26   2.894369E-25   3.354852E-24
  C6   1.461820E-29   -7.804121E-30   -4.556477E-30   -1.579978E-29   -1.359158E-28
  C7   -5.103661E-34   2.042295E-34   1.779547E-34   3.499951E-34   2.690400E-33
  表面   42
  K   0
  C1   6.190270E-09
  C2   1.866031E-11
  C3   3.186549E-15
  C4   5.219001E-19
  C5   -6.008898E-23
  C6   4.502251E-27
  C7   -1.632255E-31
表3：(图2的设计数据)
  表面   半径   厚度   半直径   向
  43   83.925256   18.811177   59.352000   [111]，0°
  43-1   71.231464   12.333822   47.005000   [100]，0°
  43-2   67.178888   17.981551   39.406000   [111]，60°
  43-3   112.134029   10.873450   29.975000   [100]，45°
表4，(图3的设计数据)
  表面   半径   厚度   半直径   向
  55   83.925256   12.607042   59.352000   [100]，0°
  55-1   77.135134   17.932508   51.420000   [111]，0°
  55-2   69.245362   12.671515   40.045000   [100]，45°
  55-3   83.666266   16.788934   33.150000   [111]，60°
表5：(图8的设计数据)
  表面   半径   厚度   半直径   向
  60   83.925256   19.035457   59.352000   [111]，0°
  60-1   76.747847   18.570918   47.807000   [111]，60°
  60-2   79.720372   11.251608   36.706000   [100]，0°
  60-3   89.328649   11.142019   29.359000   [100]，45°
表6：(图9的设计数据)
  表面   半径   厚度   半直径   向
  70   83.925256   12.393240   59.352000   [100]，0°
  70-1   76.816691   13.261777   51.476000   [100]，45°
  70-2   77.973028   17.501591   44.111000   [111]，0°
  70-3   82.294822   16.843390   33.101000   [111]，60°
表7：(图12的设计数据)
  表面   半径   厚度   半直径   欧拉角  _ φ，θ，ψ
  80   83.925255   18.511684   59.352   45.00°，54.74°，0°
  80-1   98.452895   10.271444   49.77   68.67°，-1.62°，-64.28°
  80-2   88.273071   15.476090   43.292   43.54°，55.62°，61.84°
  80-3   67.128546   15.740778   31.226   31.43°，4.97°，14.66°

Claims (42)

1.一种具有光轴(OA)的微光刻投影曝光设备的投影物镜，用来将位于物平面的掩模图像投影至位于像平面的光敏涂层上，所述投影物镜包括：
-至少一个透镜(143、255、360、470)，所述至少一个透镜具有至少一个弯曲的透镜表面，并且由沿着光轴(OA)以相互相邻关系彼此跟随的方式排列的至少四个本征双折射材料的透镜元件(143a-143d、255a-255d、360a-360d、470a-470d)组合而成；
-其中，所述四个透镜元件由两对透镜元件组成，其中所述两对透镜元件具有彼此不同的晶体切向，并且其中每对中的透镜元件具有相同的晶体切向，并相对于彼此围绕光轴(OA)以旋转偏移进行排列。
2.依据权利要求1的投影透镜，其特征在于所述四个透镜元件中的两个为[111]晶体切向，而所述四个透镜元件中的另外两个为[100]晶体切向。
3.依据权利要求1或2的投影透镜，其特征在于所述四个透镜元件相对于它们各自的晶体切向以交替顺序彼此跟随。
4.一种具有光轴(OA)的微光刻投影曝光设备的投影物镜，用来将位于物平面的掩模图像投影至位于像平面的光敏涂层上，所述投影物镜包括：
-至少一个透镜(580)，所述至少一个透镜由沿着光轴(OA)以彼此相邻关系相互跟随的形式排列的至少四个本征双折射材料的透镜元件(580a-580d)组合而成；
-其中，对于所述四个透镜元件(580a-580d)的至少一个来说，光轴(OA)平行于透镜元件(580a-580d)的一晶向，该晶向既与[100]晶向、[110]晶向和[111]晶向不同，也与等同于[100]晶向、[110]晶向和[111]晶向的各个晶向不同。
5.依据权利要求4的投影透镜，其特征在于对于至少四个透镜元件(580a-580d)的所有透镜元件来说，光轴(OA)平行于各个透镜元件(580a-580d)的一晶向，该晶向既与[100]晶向、[110]晶向和[111]晶向不同，也与等同于[100]晶向、[110]晶向和[111]晶向的各个晶向不同。
6.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜元件的至少两个被弯曲边界彼此分离开。
7.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜元件中所有连续的透镜元件被弯曲边界彼此分离开。
8.依据权利要求6或7的投影物镜，其特征在于所述边界或所述多个边界分别相对于光轴(OA)旋转对称。
9.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜元件中的至少一个具有凸面，所述凸面面向所述透镜元件的相邻透镜元件的凹面。
10.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于彼此面对且属于所述透镜元件的相邻透镜元件的至少两个表面具有的曲率半径使这些曲率半径绝对值的差值低于所述曲率半径中较大曲率半径的10％，优选低于3％，更优选地低于1％
11.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于彼此面对且属于所述透镜元件的相邻透镜元件的至少两个表面具有相同绝对值的曲率半径。
12.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于彼此面对且属于所述透镜元件的相邻透镜元件的至少两个表面在一个所述表面的每个点处在所述表面的法线方向上具有的距离小于2毫米(mm)，优选的是小于1毫米(mm)，更优选的是小于0.5毫米(mm)。
13.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜元件中的至少两个相对于光轴(0A)旋转对称排列。
14.、依据之前任一项的投影物镜，其特征在于全部所述透镜元件相对于光轴(OA)旋转对称排列。
15.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜元件中的至少一个具有至少一个球面透镜表面。
16.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜元件中的每一个都具有至少一个球面透镜表面。
17.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜元件中的至少一个具有至少一个非球面透镜表面。
18.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜元件中的至少两个以光学无缝方式连接在一起。
19.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于全部所述透镜元件以光学无缝方式连接在一起。
20.依据权利要求1-18任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜元件中的至少两个被缝隙彼此隔开。
21.依据权利要求20的投影物镜，其特征在于所述缝隙用液体填充。
22.依据权利要求21的投影物镜，其特征在于所述液体具有的折射率与邻接透镜元件的材料的折射率相比不高于30％，特别是优选不高于20％，以及更加优选不高于10％。
23.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜(143、255、360、470、580)具有面向物平面一侧的凸起弯曲的透镜表面(43、55、60、70、80)。
24.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜(143、255、360、470、580)是平凸透镜。
25.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜(143、255、360、470、580)位于投影物镜(100)像平面一侧最后的位置上。
26.依据之前任一项的投影物镜，其特征在于所述透镜元件由选自以下组中的材料制成，所述组包含：石榴石，尤其是镥铝石榴石(Lu3Al5O12)和钇铝石榴石(Y3Al5O12)；锂钡氟化物(LiBaF3)；以及尖晶石，尤其是镁尖晶石(MgAl2O4)。
27.一种具有光轴(OA)的微光刻投影曝光设备的投影物镜，用来将位于物平面的掩模图像投影至位于像平面的光敏涂层上，所述投影物镜包括：
-至少一个透镜，所述至少一个透镜由至少四个镥铝石榴石(Lu3Al5O12)的透镜元件(143a-143d、255a-255d、360a-360d、470a-470d)组合而成，这些透镜元件按照沿着光轴彼此跟随的方式排列；
-其中所述四个透镜元件中的两个具有[111]晶体切向，并相对于彼此围绕光轴(OA)以旋转偏移进行排列；和
-其中所述四个透镜元件中的另外两个具有[100]晶体切向，并相对于彼此围绕光轴(OA)以旋转偏移进行排列。
28.依据权利要求27的投影物镜，其中所述四个透镜元件沿着光轴(OA)以相互邻接的关系彼此跟随。
29.依据权利要求27或28的投影物镜，其特征在于所述四个透镜元件相对于它们各自的晶体切向以交替顺序彼此跟随。
30.一种微光刻投影曝光设备的投影物镜，具有至少一个透镜，所述至少一个透镜由镥铝石榴石(Lu3Al5O12)制成的至少两个透镜元件组合而成，其中这些透镜元件具有相同的晶体切向，并相对于彼此围绕光轴(OA)以旋转偏移进行排列。
31.一种微光刻投影曝光设备的投影物镜，具有至少一个透镜，所述至少一个透镜由镥铝石榴石(Lu3Al5O12)制成的至少四个透镜元件组合而成。
32.一种微光刻投影曝光设备的投影物镜，具有至少一个透镜，所述至少一个透镜由锂钡氟化物(LiBaF3)制成的至少两个透镜元件组合而成，其中这些透镜元件具有相同的晶体切向，并相对于彼此围绕光轴(OA)以旋转偏移进行排列。
33.依据权利要求32的投影物镜，其特征在于所述至少一个透镜由锂钡氟化物(LiBaF3)制成的至少四个透镜元件组合而成，其中所述四个透镜中的两个具有[111]晶体切向并相对于彼此围绕光轴(OA)以旋转偏移进行排列，并且其中所述四个透镜中的另外两个具有[100]晶体切向并相对于彼此围绕光轴以旋转偏移进行排列。
34.一种透镜，尤其是用于微光刻投影曝光设备的投影物镜，
-其中透镜(143、255)由镥铝石榴石(Lu3Al5O12)制成的至少四个透镜元件(143a-143d、255a-255d)组合而成，这些透镜元件沿着光轴彼此跟随着排列；
-其中所述四个透镜元件中的两个具有[111]晶体切向，并相对于彼此围绕光轴以旋转偏移进行排列；
-其中所述四个透镜元件中的另外两个具有[100]晶体切向，并相对于彼此围绕光轴以旋转偏移进行排列。
35.依据权利要求34的透镜，其特征在于所述四个透镜元件沿着光轴(OA)以相互邻接的关系彼此跟随。
36.依据权利要求34或35的透镜，其特征在于所述四个透镜元件相对于它们各自的晶体切向以交替顺序彼此跟随。
37.一种透镜，尤其是用于微光刻投影曝光设备的投影物镜，其中所述透镜由镥铝石榴石(Lu3Al5O12)制成的至少四个透镜元件组合而成。
38.一种透镜，尤其是用于微光刻投影曝光设备的投影物镜，
-其中透镜(580)相对于透镜轴是旋转对称的，并由沿着光轴(OA)以相互邻接关系彼此跟随排列的至少四个本征双折射材料的透镜元件(580a-580d)组合而成；
-其中对于所述四个透镜元件(580a-580d)中的至少一个来说，透镜轴平行于各个透镜元件的一晶向，该晶向既与[100]晶向、[110]晶向和[111]晶向不同，也与等同于[100]晶向、[110]晶向或[111]晶向的各个晶向不同。
39.依据权利要求38的透镜，其特征在于对于全部四个透镜元件(580a-580d)来说，透镜轴平行于各个透镜元件的一晶向，该晶向既与[100]晶向、[110]晶向和[111]晶向不同，也与等同于[100]晶向、[110]晶向和[111]晶向的各个晶向不同。
40.具有照明装置和投影物镜的微光刻曝光设备，其中所述投影物镜依据权利要求1-33任一项进行构造。
41.微结构部件的微光刻制造方法，包括以下步骤：
-提供衬底(606)，该衬底至少部分涂覆了光敏材料涂层；
-提供掩模(604)，该掩模包括将要形成图像的结构；
-提供依据权利要求40的投影曝光设备(600)；以及
-通过投影曝光设备(600)将至少一部分掩模(604)投影至涂层区域上。
42.一种由依据权利要求41的方法制造的微结构部件。
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