CN102207608B - 反射折射投影物镜 - Google Patents

Abstract

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。

Description

反射折射投影物镜

本申请是申请日为2005年1月13日、申请号为200580002499.9(国际申请号为PCT/EP2005/000262)、发明名称为“反射折射投影物镜”的发明专利申请的分案申请。

本申请要求下列的优先权：在2004年1月14日在美国提交的临时申请60/536248；在2004年7月14日在美国提交的临时申请60/587504；在2004年10月13日在美国提交的临时申请60/617674；在2004年7月27日在美国提交的临时申请60/591775；在2004年9月24日在美国提交的临时申请60/612823。所有这些临时申请的公开内容包含在此作为参考。

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260nm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。

在B.W.Smith提供的：Optical microlithography XVII，Proc.of SPIE5377.65(2004)，由T.Matsuyama，T.Ishiyama and Y.Ohmura的文章“NikonProjection 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Petzval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)p.292-298中D.DeJager的文章″Cameraview 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/SPIEProceedings(1994)第389ff页公开的文章“Innovative Wide-FieldBinocular 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面。

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_c/h_M＞1，其中h_c是主光线的高度，h_M是成像过程的边缘光线的高度。边缘光线高度h_M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_c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。

Shafer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(truncatedlens)。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/(|c₁|+|c₂|)·10^-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P_max＜0.22R，其中P_max＝R-(R²-D²/4)^0.5，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D≤1.2R。参数p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p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R1和R2，则优选的是满足下面的条件：0.8＜|R1/R2|＜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匀。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：

$\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{dh}}=0,$ $\frac{d^{2}p}{{\mathrm{dh}}^2}\≠0$

在这个等式中，参数“p”表示的是平行于光学元件的光轴测量的在高度h处距离表面顶点(定位在光轴上)的点的距离，如结合上面给出的非球面表面的数学表达等式所解释的。参数p(h)表示为光学表面上点的“矢”或者“上升高度”。基于这些考虑，“极值点”是函数p(h)的最大值或者最小值。本发明人的研究已经表明光轴外部的极值点(此处h＝0)在非球面表面的制作期间可能是关键的，这是由于在极值点的区域中，用于精加工工具的材料除去作用对于施加在极值点周围区域上的效果差别很大，从而可能导致不均匀的光学表面质量。

在包括光学使用区域的区域(通过光学使用半径h_opt来定义)中应当遵守这样的条件，但是超过该区域一直到最大高度h_max＞h_opt的区域也满足这样的条件，其中h_max＝h_opt+OR，OR是靠近光学使用区域的“超出区域”的径向宽度，其中当光学使用区域的外围被抛光时，旋转工具将与光学表面接触。通常所述超出区域的宽度取决于工具尺寸，并且可能是在5mm到15mm的数量级。

在从制作观点来讲，非球面表面上的极值点是关键的情况下，从光学上讲，为了提供径向(子午线)中非球面表面的折射光学能力的所需要变化，极值点可能是人们所期望的。作为一种折衷方案，已经发现有利的是，具有至少一个极值点的非球面表面在整个可用直径上应当是基本平坦的。换句话说，具有至少一个极值点的非球面表面的基本形状应当是平面或者对于平面来讲应当仅仅具有小的偏差。从这些方面来讲，投影物镜优选的是具有包括至少一个极值点的至少一个非球面表面，其中对于这些非球面表面来讲满足下面的条件：

|p(h)|＜P_max，

其中P_max＝0.5。更加优选的是P_max＝0.25。

从对本发明的特定实施例所进行的可行性研究已经得出用于上面给出的非球面表面的优选条件。然而，在具有非球面表面的光学元件的其它类型光学系统上仍然可以使用这些条件。因此，本发明的这些方面是有用的，而不管本发明优选实施例的其它特征如何。

根据本发明的另一方面，第一物镜部分包括具有弯曲镜面的凹面镜和至少一个附加镜，其中凹面镜和附加镜的弯曲镜面相互面对。在该实施例中，具有弯曲镜面的这两个镜对于第一中间图像的形成有贡献。优选的是，这种类型的第一物镜部分是反射折射的，即除了该凹面镜和附加镜之外还提供至少一个透镜。所述凹面镜和附加镜优选共享公共直线光轴，所述公共直线光轴是与第二和第三物镜部分的光轴重合，使得所有的物镜部分共享一个公共直线光轴。优选的是，这种类型的第一物镜部分设计成放大成像系统。在一些实施例中，所述附加镜是具有补偿至少部分该物镜部分的凹面镜效果的凸面镜镜面的凸面镜。优选的是，这种类型的第一物镜部分与具有第一和第二凹面镜的第二物镜部分结合，所述凸面镜镜面相互面对并且定义镜间间隔。通常，在这些实施例中，在第一中间图像可以定位在该镜间间隔外部的情况下，第二中间图像可以定位在镜间间隔的内部。具有至少三个凹面镜的实施例，优选的是可以设计布置在两个物镜部分(第一物镜部分和第二物镜部分)中的正好三个凹面镜，使得所有的凹面镜布置成光学远离光瞳面。然而，如果需要的话，也有可能的是至少一个凹面镜(特别是定位在第一物镜部分中的凹面镜)被定位成光学上靠近光瞳面。

在这种类型的实施例中，由凹面镜提供的校正能力可以有利地分布在被中间图像分开的两个物镜部分之间，从而可以得到校正作用之间的好的平衡和补偿。也有可能设计第一和第二物镜部分，使得由凹面镜提供的特定校正效果在光路中出现两次。然而，校正装置可以布置在所述校正装置具有不同光学效果的光学位置中，这是由于主光线和边缘光线的高度对于不同物镜部分中的不同凹面镜来讲可能是不同的。可以保持光学元件的同轴布置(一个公共直线光轴)所提供的所有优点。

根据本发明的再一方面提供了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。

不仅在权利要求书中，而且在说明书和附图中都可以看到先前的和其它的性质，其中单独的特征可以单独使用或者结合使用作为本发明和其它领域的实施例，并且可以单独代表有利的和可专利性的实施例。

附图说明

图1是根据本发明投影物镜的第一实施例的纵向截面视图；

图2是穿过图1系统的内部离轴光束的表示；

图3是穿过图1系统的内部离轴光束的表示；

图4是根据本发明投影物镜的第二实施例的纵向截面视图；

图5和6是在图4中所示实施例的凹面镜上的光束覆盖区域视图；

图7，8，9示出了具有不同NA值和不同孔径光阑位置的图4实施例的变型；

图10，11示出了根据本发明投影物镜的第三实施例的各个透镜部分和表示；

图12，13示出了根据本发明投影物镜的第四实施例的各个透镜部分和表示；

图14是为了表示镜几何结构的第三实施例的反射折射物镜部分的透视图；

图15是表示在凹面镜之间具有双通透镜和倾斜场的另一实施例的表示(图15a)；

图16是根据图15构建的实施例的透镜部分；

图17示出了根据图15的原理构建的另一实施例的透镜部分；

图18是在凹面镜之间具有三通透镜的实施例的表示；

图19是根据图18所示原理构建的实施例的透镜部分；

图20是具有靠近一个凹面镜的镜相关透镜的实施例的透镜部分；

图21是根据本发明投影物镜的另一实施例的透镜部分；

图22是根据本发明具有类似、潜凹面镜的投影物镜另一实施例的透镜部分；

图23是根据本发明具有类似、潜凹面镜的投影物镜另一实施例的透镜部分；

图24是定义凹面镜的插入深度的视图；

图25示出根据本发明的投影物镜的另一实施例的透镜部分，具有仅仅一个镜间间隔内的中间图像以及靠近镜组的入口和出口的光瞳面；

图26是在物面和第一中间图像之间，图25中所示实施例的截面的放大视图；

图27是本发明实施例的透镜部分，其中反射第二透镜部分具有两个凹面镜，所述两个凹面镜具有正好相同的非球面形状；

图28是具有反射第二物镜部分的实施例的透镜部分，其中第一凹面镜设计为抛物面镜；

图29是用于光学测试抛物面镜的测试装置的视图；

图30-32是具有紧凑第一物镜部分的投影物镜的实施例，所述紧凑第一物镜部分仅仅具有正透镜和不同数量的非球面表面；

图33(a)和图33(b)是具有拐点的传统非球面表面的示意图；

图34是其中所有的非球面表面都不具有拐点情况下的实施例的透镜部分；

图35是示出具有极值点的非球面表面的示意图；

图36是在避免了由于极值点存在所导致问题的情况下，投影物镜实施例的透镜部分；

图37是具有少量非球面表面的另一实施例的透镜部分；

图38是具有少量非球面表面的另一实施例的透镜部分；

图39示出具有反射折射第一物镜部分和反射折射第二物镜部分的实施例的透镜部分，所述反射折射第一物镜部分包括两个弯曲镜，所述反射折射第二物镜部分具有两个凹面镜；以及

图40示出具有第一物镜部分和反射折射第二物镜部分的另一实施例的透镜部分，所述第一物镜部分包括两个弯曲镜，所述反射折射第二物镜部分具有两个凹面镜；

具体实施方式

在本发明优选实施例的下面详细描述中，术语“光轴”指的是穿过所涉及光学元件的曲率中心的直线或者直线段序列。通过折叠镜(偏转镜)或者其它的反射表面折叠光轴。在这里所给出实例的情况下，所涉及的物体是承载集成电路图形或者其它图形例如栅格图形的掩模(刻度片)。在所给出的实例中，将物体的图像投影到作为衬底的晶片上，所述衬底被涂覆有光致抗蚀剂层，尽管其它类型的衬底，诸如液晶显示器的部件或者用于光栅的衬底也是可行的。

在提供表格来揭示图中所示设计的规格的情况下，这些表格与相应的附图使用相同的编号。

图1示出了根据本发明设计的用于大约193nm UV工作波长的反射折射投影物镜100的第一实施例。所述实施例设计成将布置在物面101中刻度片上的图形的图像以缩小比例(例如4∶1)投影到像面102上，同时正好地建立两个实中间图像103、104。第一折射物镜部分110设计成将物面中的图形以放大的比例成像为第一中间图像103，第二反射折射物镜部分120将第一中间图像103以放大率接近1∶1的比例成像为第二中间图像104，第三折射物镜部分130将第二中间图像104以高的缩小比例成像到像面102上。第二物镜部分120包括具有朝着物侧的凹面镜镜面的第一凹面镜121，以及具有朝着像侧的凹面镜镜面的第二凹面镜122。这些镜面是连续的或者没有断开，即所述镜面没有洞或者孔。相互面对的镜面定义了由凹面镜限定的曲面所包围的反射折射腔125，所述反射折射腔125还被表示为镜间间隔125。中间图像103、104都位于反射折射腔125的内部，至少旁轴中间图像几乎位于远离镜面的中间部分内。

凹面镜的每个镜面定义了“曲面”或者“曲率的表面”，所述“曲面”或者“曲率的表面”是延伸超过物理镜面的边缘并且包含该镜面的数学表面。所述第一和第二凹面镜是具有旋转对称公共轴的旋转对称曲面的部分。

为了改进穿过光学系统的光路的清晰度，图2和3示出了从离轴物场发出的两个不同的光束。图2中的光束是从最靠近光轴的物体点发出的，而图3中的光束是从最远离光轴的物体点发出的。在该表示中可以清楚看见几乎位于凹面镜之间中间的中间图像的位置。在图2中，在镜与镜之间所示出的交叉光束的相交位置靠近旁轴中间图像的位置。与此对照的是，在图3中，在镜与镜之间所示出的交叉光束的相交位置或者区域更加偏离旁轴中间图像的位置。

系统100是旋转对称的，并且具有对于所有的折射和反射光学部件是公共的一个直线光轴105。并不存在折叠镜。凹面镜具有小的直径，这样允许将它们放置在一起，并且非常靠近位于它们之间的中间图像。凹面镜是作为轴向对称表面的离轴部分而被构建和照射的。穿过朝着光轴的凹面镜边缘传输的光束没有渐晕(与例如图4或者图7-9相比较来讲)。

在凹面镜处的最大光束高度几乎与第三物镜部分内的最大光束高度相同。优选的是，在凹面镜处的最大光束高度小于第三物镜部分内最大光束高度的1.5倍或者小于1.2倍。这样就允许这样的结构，在所述结构中投影物镜内的所有光束位于围绕所述第三物镜部分的光轴的圆柱体所限定空间内，所述圆柱体从物面延伸到像面，并且具有所述第三物镜部分内最大光束高度的1.5倍优选是1.2倍的最大半径。

所述系统具有良好的横向彩色校正，而轴向颜色没有完全校正。在该实施例中，凹面镜都设计成为Mangin镜。每个Mangin镜是由具有凸面镜镜面的负凹凸透镜构成。通过负透镜的过校正球面像差使得镜的欠校正球面像差偏移。凹面镜都具有非常小的折射光学能力。凹面镜还可以被设计成为简单的镜(相对于图4来讲)。如果凹面镜是简单的镜(没有凹凸透镜)，那么使用的透明光学材料物质较少，但是对于切割这些镜来讲则是必须的。

投影物镜设计成为浸液透镜。校正状态在26·5.0mm²场上、在1.1NA处是大约9毫波(milliwaves)。场半径是65mm。不再必须的是，非球面表面相对于最佳拟合球面(变形)其偏差都大于1.0mm。用于最大元件的220mm的最大直径示出了用于低透镜物质消耗的可能性。所述设计具有1160mm的轨道长度(位于物面和像面之间的轴向距离)和少的玻璃物质。为了浸液，靠近像面的最后的透镜是由氟化钙制成的。

该新设计具有非常高的横向彩色校正，但是对于轴向颜色来讲则没有这种性质。但是小的透镜尺寸相对于相同NA的全折射设计来讲给出了较少的轴向颜色。光瞳像差被很好地校正，并且主光线几乎正好焦阑的位于两端。

仅仅使用两个反射和小玻璃体积的设计不存在昏暗的问题，因此镜可以具有良好的尺寸——不至于太大，并且所述设计的强光学能力提供了系统的几乎所有Petzval校正。在该实施例中，两个中间图像几乎正好位于反射折射腔的中间。

一个在这里没有示出的变型是具有第一折射物镜部分和第三折射物镜部分，所述第一折射物镜部分和第三折射物镜部分非常类似于本申请人于2003年10月17日提交的、序列号60/511673的美国临时申请中公开的第一折射物镜部分和第三折射物镜部分。其相应的说明包含在此作为参考。

甚至通过较少数量的光学材料体积，特别是如果Mangin镜将它们的玻璃除去，仍有可能实现该基本设计(与图4相比较)。

在图4中，示出了第二实施例。与图1中的结构和/或功能相同或者类似的特征/特征组使用在原附图标记基础上加100的类似附图标记表示。

投影物镜200设计为用于λ＝193纳米的浸液透镜，所述投影物镜200在与高系数浸液流体例如位于物镜出射面和像面之间的纯水结合使用时，具有像侧数值孔径NA＝1.20。场尺寸为26·5.0mm²。在表4中概括出了用于该设计的规格。最左边的列列出了折射、反射或者其它指定表面的编号，第二列列出了这些表面的半径r，单位mm，第三列列出了这些表面与下个表面之间的距离d，单位mm，所述参数d被称为光学元件的“厚度”，第四列列出了用于制作这些光学元件的材料，第五列列出了制作中使用的材料的折射系数。第六列列出了光学部件的光学有效、清晰、半径(单位mm)。表中的半径r＝0表示一个(具有无穷大半径)平坦表面。

在特定实施例的情况下，十二个表面，即表4中的表面2，3，8，12，15，16，17，19，22，30，33，35为非球面表面。图4A列出了用于该非球面表面的相关数据，根据这些数据利用下列等式可以计算作为高度h函数的表面图形的渐晕或者上升高度p(h)：

p(h)＝[((1/r)h²)/(1+SQRT(1-(1+K)(1/r)²h²))]+C1·h⁴+C2·h⁶+....，

其中半径的倒数值(1/r)是在表面顶点处所讨论表面的曲率，h是其上的点距光轴的距离。因此，渐晕或者上升高度p(h)表示沿着z-方向(即沿着光轴)测量的距所讨论表面顶点的点的距离。在表4A中列出了常数K、C1、C2等。

由于物镜具有17个透镜，这些透镜的50％或者60％以上都是非球面透镜。

类似于图1的实施例，并不存在折叠镜，存在的是一个对于所有光学部件来讲公共的、直线未折叠光轴。与第一实施例相对照的是，相互面对的两个凹面镜221和222是代替Mangin镜的简单镜，这允许减少系统的总物质。为了显示经过反射(纯反射)组220的光路，图5和6示出了位于所述凹面镜上的光束的“覆盖区域”。在图5中示出了位于第一凹面镜221位置处的覆盖区域。下面的一组椭圆线表示了在第一凹面镜221处反射的光束，上面的一组椭圆线表示的是从第二凹面镜222向第二折射部分230传输的光束。在图6中示出了位于第二凹面镜222位置处的覆盖区域。下面的部分表示了从第一折射部分210向第一凹面镜221传播的光束，而上面的椭圆线表示的是在第二凹面镜222处反射并朝着像面传输的光束。可以看出所述镜上的使用区域具有简单连续的形状，使得可以容易制作所述镜，例如制作为容易安装的矩形镜。

一个特性特征是，位于凹面镜处的整个截面光束形状严重偏离了光瞳位置处出现的圆形形状。在该实施例中，互相垂直方向上的光束直径具有大约1∶3的比例，而在扫描方向y中的直径小于交叉扫描方向x中直径的50％或30％。光束形状与矩形场形状类似表示凹面镜比光瞳面更靠近于场表面，即凹面镜光学上远离光瞳面放置。因此，小的窄镜可以用作凹面镜。这样即使当数值孔径较高时，仍有助于在一侧引导光通量通过凹面镜，而不出现渐晕。

通常，在根据本发明的实施例中，凹面镜的尺寸并不直接与数值孔径耦合，使得在没有过度增加镜尺寸的情况下可以得到非常高的NA值，例如NA大于1.3或者NA大于1.4。

在图7至图9中示出了第二实施例的一些有利变型。使用相似的附图标记表示在结构和/或功能上与图4的结构和/或功能相同或者相似的特征/特征组。所有的变型都设计成用于λ＝193nm的浸液透镜，当与高系数浸液流体例如物镜的出射面和像面之间的纯水结合使用时，具有像侧数值孔径NA≥1。场尺寸是26mm·5.0mm。在用于图7的表7和7A中以及用于图8和图9的表8和8A中给出了规格。图8和图9中的设计是相同，区别在于孔径光阑A的位置。

图7(NA＝1.1)的变型，其特征在于这样的事实，在凹面镜上所使用的区域小于图4中实施例的情况。从而，可以进一步降低矩形形状凹面镜的尺寸。

图8(NA＝1.15)的变型，其特征在于这样的事实，孔径光阑A放置在最大光束直径区域中的第三纯折射部分230中。与此对照的是，在图9(NA＝1.15)紧密相关的变型中，孔径光阑A放置在第一折射物镜部分210中。这就证明了所述设计使得可以放置孔径光阑的位置具有灵活性。

上述实施例的特征在于，对于所有光学元件来讲一个公共的直线未折叠光轴。这种设计的潜在问题可能在于，为凹面镜提供的支架可能导致长的轨道长度，或者可能干涉光路。接下来，作为得到紧凑设计的可替换设计，示出了包括至少一个平面折叠镜的实施例。

在图10中，示出了第三实施例。与图1中的结构和/或功能相同或者类似的特征/特征组使用在原附图标记基础上加200的类似附图标记表示。图11示出了在图10所描述基础上设计的一个实施例的纵向截面视图。

图10中反射折射投影物镜300的实施例类似于一些上述实施例，原因在于，该反射折射投影物镜300包括第一折射物镜部分310，用于建立第一中间图像303；第二反射物镜部分320，用于从第一中间图像建立第二中间图像304；第三折射物镜330，用于将第二中间图像重新成像到像面302上。第二物镜部分可以包括至少一个透镜，以使其成为反射折射物镜部分。

与上述实施例相对照的是，第二物镜部分320包括四个反射面，即两个平面折叠镜306、307和两个相互面对的凹面镜321、322。这些凹面镜的凹面镜镜面定义了一个反射腔325，折叠镜和中间图像位于所述反射腔325内。

布置紧密靠近第一中间图像303的第一折叠镜306，用于将来自物面的辐射反射至第一凹面镜321，所述凹面镜321将光直接(即在没有中间图像的情况下)反射至第二凹面镜322。从第二凹面镜反射来的光撞击第二折叠镜307，所述第二折叠镜307将光反射至物面上，从而在紧密靠近第二折叠镜的位置建立第二中间图像。在该结构中，凹面镜和这些凹面镜的支架位于在物面和像面之间延伸的中心主部分的外部。凹面镜具有公共光轴305’，所述公共光轴305’可能与该光轴的物侧和像侧部分305”和305”’完全垂直或者几乎垂直，所述凹面镜在该实施例中横向偏移。折叠镜相对于光轴的倾斜角可以为45度或者相当大地偏离45度，例如到达5或10度。因此，在凹面镜的公共光轴和该光轴的物侧和像侧之间可能出现70度至110度的倾斜角。

在中间图像几何位于凹面镜之间的情况下，需要注意的是，在凹面镜之间光学上没有中间图像。这样的结构使得凹面镜上具有小的点直径，这一点对于降低几何光导值(etendue)是有利的。光瞳面309位于距两个凹面镜一定距离、由凹面镜定义的光轴305’与主光线308交叉的位置。可以将孔径光阑定位在此处。如果至少一个凹面镜具有非球面反射表面，所述非球面反射表面具有沿着径向从光轴至镜的边缘减小的一个曲率。

将离轴物场转换成第一中间图像的纯折射第一物镜部分310包括具有正光学能力的第一透镜组LG11和具有负光学能力的第二透镜组LG12。可以在这些凹面镜组之间主光线308与光轴交叉的地方提供孔径光阑。反射物镜部分320将第一中间图像成像为第二中间图像，并且具有位于凹面镜之间的光瞳面。纯折射第三物镜部分330包括具有正光学能力的第一透镜组LG31和具有正光学能力的第二透镜组LG32。孔径光阑A的位置位于LG31和LG32之间。

图12示出了具有两个凹面镜411和412以及两个中间图像403、404的另一透镜物镜400的视图表示。与图10中的结构和/或功能相同或者类似的特征/特征组使用在原附图标记基础上加100的类似附图标记表示。图13示出了根据图12描述所设计的实施例的纵向截面图。

与图10、11所示的实施例相对照的是，凹面镜421、422并没有共享公共直线光轴。相反，凹面镜421的光轴对应于物面和像面之间的光轴405。凹面镜422的光轴几乎垂直于光轴405。用于镜支架的结构空间位于连接物面和像面的光轴的外部，这一点是有利的。注意，光轴的物侧和像侧部分是同轴的。作为位于光轴405一侧上的凹面镜，第一和第二折叠镜可以设计为具有朝着凹面镜的镜面并且在光通过时两次使用的一个单平面镜406。另外，两个单独的凹面镜421、422可以结合以形成一个使用了两次的单个凹面镜。

图14示出了第三实施例的反射物镜部分的透视图以表示镜的几何结构。可以看出折叠镜和凹面镜可以具有几何上简单的形状，这是因为所示出的区域是形状简单并且连续。在该实施例中的凹面镜和折叠镜具有有助于安装的矩形形状。

图15示出了具有用于改进光学性质特征和简化制作特征的投影物镜500的另一实施例的视图。图16示出了根据图15所示原理设计的投影物镜的透镜部分。该实施例的规格在表16和16A中示出。与图1中的结构和/或功能相同或者类似的特征/特征组使用在原附图标记基础上加400的类似附图标记表示。

用作将第一中间图像503成像为第二中间图像504的第二物镜部分520包括第一凹面镜521和位于第一凹面镜521光学下游的第二凹面镜522。第一和第二凹面镜的曲面具有与投影物镜的所有光学元件共享的光轴同轴的旋转对称公共轴。用在第一和第二凹面镜上的连续镜面位于光轴505的相对侧上。第一镜相关透镜551光学布置在紧接地位于第一凹面镜前面的第一中间图像503和第一凹面镜521之间，使得在第一中间图像和第一凹面镜之间的光路中以及第一凹面镜和第二凹面镜之间的光路中，该第一镜相关透镜551被两次透射。为了避免影响第二凹面镜和像面之间的光路，第一镜相关透镜551被设计成布置在光轴外部的截断透镜。第二镜相关透镜552被设计成紧接地位于第二凹面镜522的前面，使得在第一和第二凹面镜之间的光路中和在第二凹面镜与像面502之间的光路中两次使用第二镜相关透镜552。透镜552被截断，使得透镜552没有延伸进入物面501和第一凹面镜521之间的光路中。第一和第二镜相关透镜551、552是具有自由入射和出射表面的独立透镜。特别是，朝着相应凹面镜的透镜表面具有不同于凹面镜曲率的曲率，这样与具有Mangin镜的实施例相比，允许附加的自由度(与图1相比较)。镜相关透镜551、552被设计成其曲率类似于相关凹面镜曲率的负凹凸透镜，即具有朝着相关凹面镜的凹面镜镜面的凸面。紧接地布置在凹面镜前面的负折射光学能力用于改进颜色长度像差校正(CHL)。第二物镜部分的所有光学有效表面是球面的，这样大大简化制作并且提高光学性质。特别是，当与具有非球面表面(特别是非球面镜镜面)的实施例相比时，可以降低杂散光。

在图15a中示出了具有高宽高比矩形形状的场，所述高宽高比矩形形状具有沿着交叉扫描方向(x方向)的宽度a和沿着扫描方向(y方向)的较小宽度b，并且离轴布置在距光轴距离为c的位置处。当与在193nm处作为浸液介质的纯水结合使用时，浸液物镜具有像侧数据孔径NA＝1.2。系统是焦阑的位于物侧和像侧上，并且基本上没有场区域像差。

在图17中，示出了根据结合图15所解释原理的系统的变型透镜部分。在表17和17A中给出了具有NA＝1.2的193nm浸液透镜的规格。与图1中的结构和/或功能相同或者类似的特征/特征组使用在原附图标记基础上加500的类似附图标记表示。第二物镜部分620具有紧接地位于球面凹面镜前面的非球面负凹凸透镜651、652，并且在通往各个凹面镜和远离各个凹面镜的光路中被使用两次。为了简单起见，每个包括凹面镜621、622以及紧接地位于各个凹面镜前面的相关透镜651、652的光学元件组被表示为“反射折射子组”。在图17的实施例中，反射折射子组621、651和反射折射子组622、652被设计成相互对称地布置并且相同。特别是，光学表面的半径、光学表面的轴向距离或者厚度以及对称相关透镜和对称相关凹面镜的光学表面的直径相同。这样使得有可能从相同的母板材料中同时制作相应的透镜651、652以及镜621、622。因此，在图17中示例性示出类型的结构允许相当程度上降低材料成本并且制作第二反射折射物镜部分中使用的光学元件。

在制作用于投影透镜的反射折射或者反射物镜部分的光学元件的相应方法中，所述投影透镜具有设计成截短镜的第一凹面镜和第二凹面镜，以这样的方式制作第一和第二凹面镜，首先，制作用于第一和第二凹面镜的母板以得到所需要镜面的凹面镜形状，其次，将成形的镜母板划分成用作第一和第二凹面镜的两个截短镜。在表面准备好之后，镜母板可以是划分成两片的单片。还有可能在成形镜面之前，例如通过扭(wringing)或者胶结将两个单独的母板部分结合在一起。这样使得在制作表面之后容易分离。在镜衬底部分分离之前或者分离之后可以执行镜衬底的涂覆。可以相应地制作镜相关透镜。

与图16中所示的实施例进一步的区别在于这样的事实，靠近各个凹面镜的透镜651、652的至少一个表面具有非球面的形状。在该实施例中，透镜651、652的每个凹透镜镜面是非球面的。可以设计靠近各个中间图像布置的非球面表面，该非球面表面是该系统的场表面，使得对于场相关像差例如物体成像上的失真或者光瞳成像上的球面像差产生强烈影响。通常，在中间图像和光学靠近中间图像(中间图像的上游或者下游)的相关凹面镜之间布置至少一个透镜是有用的，其中布置在中间图像和凹面镜之间透镜的至少一个表面是非球面的。特别是，朝着中间图像的透镜表面可以是非球面的。

在可替换的实施例中，镜相关的透镜(是图16和17实施例中的截短透镜)被设计成横越光轴延伸的全凹凸透镜形状的负透镜，使得它们被透射三次。特别是，在第一和第二凹面镜以及第二凹面镜和像面之间的光路中，透镜652(与第二凹面镜622相关的)可以横越光轴605延伸，使得在形成第一中间图像603之前来自物面的光透射该透镜，然后照射在光轴的另一侧上。类似的，与第一凹面镜621相关的透镜651可以横越光轴延伸，使得在通向第一凹面镜或者远离第一凹面镜的光路中透镜被使用两次，并且在第二中间图像604和像面之间的光路中第三次使用。在该实施例中，在中间图像的上游和下游中提供透射三次的两个非球面表面，这样有助于光学校正。另外，当与截短透镜的安装比较时，改进了所述透镜的安装(与图18和19相比较)。在图18中，示出了在传输中使用三次的两个透镜的投影物镜700的示意图。图19示出了这种类型的实施例，在表19和19A中给出了这些规格。与结合图15到17中的特征相同或者类似的特征使用在原附图标记基础上加100或者200的类似附图标记表示。

反射折射第二物镜部分702用于将第一中间图像703成像为第二中间图像704。第一镜相关透镜751被光学布置在第一中间图像703和第一凹面镜721之间，而在光轴705的另一侧上，第二镜相关透镜752光学布置在第二凹面镜752和第二中间图像704之间。两个镜相关透镜751、752横越光轴延伸进入穿过各个凹面镜721、722的光的光束通路。特别是，第二镜相关透镜752延伸进入物面751和第一凹面镜721之间的光束通路中，而第一镜相关透镜751延伸进入第二凹面镜752和像面之间的光束通路中。从而，每个镜相关透镜751、752被光学使用三次，从而可以使得透镜的光学效果最大化，并且同时，使得光学材料的消耗最小化。另外，相对于截短透镜的安装来讲，使得透镜751、752的安装简化。

三通透镜751、752被优选的设计为多级透镜，所述多级透镜具有第一透镜区域和第二透镜区域，所述第一透镜区域与光轴的一侧相关并且在通向相关凹面镜和从相关凹面镜出射的光路中被透射两次，所述第二透镜区域与光轴的相对侧相关并且被透射一次，在透镜的至少一侧上第一透镜区域和第二透镜区域具有不同的透镜表面曲率，使得多级透镜形成作用在公共位置的一对互相独立作用透镜。这样可以从单个透镜母板中制作在光轴的相对侧上提供不同光学能力的单片多级透镜，并且可以使用圆形支架来方便地安装。位于光轴任意侧上的透镜区域可以具有不同的非球面形状，其中基于相同球面基础形状的非球面是优选的以简化制作。注意，最靠近第一中间图像的部分透镜752以及最靠近第二中间图像的部分透镜751都是靠近场表面放置的，使得对于校正场像差来讲这些透镜是有效的，特别是如果这些透镜被制作成非球面的情况下更是如此。

在图19中示出的实施例中，三次使用的透镜751、752被设计为负凹凸透镜，所述负凹凸透镜具有类似于相关凹面镜的曲率指向并且具有弱的负折射光学能力。在其它的实施例中，透镜可能几乎都没有光学能力。在这两种情况下，为了支持光学校正，至少一个透镜表面可能是非球面。

在所有的实施例中，第一屈光物镜部分用于从平坦的物场中形成第一中间图像。通过第一物镜部分的光学性质来确定第一中间图像的尺寸和轴向位置以及与第一中间图像相关的像差。如在上述实施例中所示的，第一物镜部分可以细分为具有正折射光学能力的第一透镜组LG11和具有正折射光学能力的第二透镜组LG12，其中系统的光瞳面711布置在成像的主光线708与光轴交叉的轴向位置中的透镜组之间。用于确定成像过程中使用的数值孔径的孔径光阑可以被提供在该光瞳面的附近。然而，在图18和19的实施例中，在与第三屈光物镜部分中的光瞳面光学共轭的光瞳面附近提供孔径光阑A。位于光瞳面711和第一中间图像之间的第二透镜组LG12包括直接位于第一中间图像上游的负凹凸透镜752。

在图19的实施例中，第一透镜组LG11包括具有像侧凹面和弱光学能力的正凹凸透镜781；具有像侧凹面和弱负光学能力的负凹凸透镜782；具有物侧凹面的正凹凸透镜783；双凸正透镜784；具有像侧凹面的正凹凸透镜785以及紧接位于光瞳面711前面的具有像侧凹面的正凹凸透镜786。第二透镜组LG12包括具有朝着物体的强弯曲凹面的凹凸透镜形状的透镜787；具有物侧凹面的正凹凸透镜788以及紧接位于后面的双凸正透镜789；以及作为镜相关第二透镜的主要部分的负凹凸透镜752。凹凸透镜787直接位于光瞳面的后面，并且具有朝着所述光瞳的凹面，物面对于校正第一物镜部分中的图像弯曲、像散以及像差是特别有用的。光学校正还必定受到通过布置在第一透镜组LG11的离散束部分中的负凹凸透镜782以及正凹凸透镜783形成的负-正对的正面影响。具有光学靠近物面的凹出射面的负凹凸透镜布置在主光线的高度大于边缘光线高度的区域中，从而可以有效地校正场像差例如失真。

具有如表20和20A中给出规格的图20中所示投影物镜800的实施例可以描述为图19中示出的实施例的变型。类似于在图19中的实施例，负凹凸透镜851紧接地布置在第一凹面镜821的前面，光线三次透射透镜851。与图19的实施例相对照的是，透镜851是唯一一个光束透射三次的透镜。在紧接第二凹面镜822的前方没有负折射光学能力或者正折射光学能力。因此，反射折射物镜部分所需要的透明光学材料物质少于图19中示出的实施例中的情况。第一物镜部分具有放大率|β₁|≈1.9。

在图21中，示出了投影物镜900的另一实施例，所述投影物镜900通常是根据结合图15所详细解释的原理来设计的。在表21和21A中给出了规格。附图标记是类似的，但是增加了400。特别是，在光学位于各个凹面镜和该凹面镜上游或者下游的中间图像之间，紧接地在凹面镜前面为所述每个凹面镜921、922布置负凹凸透镜951、952。每个负凹凸透镜951、952被设计成截断透镜，所述截断透镜仅仅布置在定位相关凹面镜的光轴侧。因此，光线两次通过镜相关透镜。第一物镜部分910可以细分为两个透镜组，透镜组LG11和透镜组LG12，该透镜组LG11布置在物面和光瞳面911之间，而透镜组LG12布置在光瞳面和第一中间图像903之间。如在图19中所示的实施例中，第一透镜组LG11包括负-正对982、983，所述负凹凸透镜982靠近物面布置，并且具有朝着像面的凹出射侧。在该负透镜之后的正折射光学能力被分成两个正凹凸透镜，每个正凹凸透镜具有朝着物体的凹面。朝着物体具有强弯曲凹入射侧的凹凸透镜987紧接地布置在光瞳面911的下游。从光学上讲，该透镜对于校正第一物镜部分中的球面像差、像散和图像弯曲是有用的。

第三物镜部分930包括位于第二中间图像904和孔径光阑A之间的第一透镜组LG31以及位于孔径光阑A和像面之间的第二透镜组LG32。所述孔径光阑布置在第三物镜部分的最大光束直径的区域和像面之间。紧接着位于孔径光阑A之后的双凸正透镜996是具有非球面的入射侧和出射侧的双非球面透镜。互相临近并且刚好布置在像面上游的会聚光路中的非球面表面对于像差校正具有强烈影响。特别是对于高阶球面像差和彗形像差必定具有影响。在第三物镜部分中仅仅布置一个负透镜991。所述双凸面的负透镜991在第三物镜部分的光路中定义了一个潜腰。负透镜991下游的所有透镜都是正透镜。在第三物镜部分光束直径增加且光束直径大的区域中避免使用负透镜，使得可以保持光束直径较小，从而减少第三物镜部分的透镜所使用的光学材料。

凹面镜921和922都具有球面镜面，从而简化制作并改进光学性能。如果D是第三物镜部分的透镜元件的最大直径(mm)并且c₁和c₂是凹面镜921和922的曲率(mm^-1)，则通过图21的实施例满足以下条件：1＜D/(|c₁|+|c₂|)·10^-4＜6。曲率c为顶点处的凹面镜的半径的倒数。如果满足该条件，则可以获得第三物镜部分中Petzval校正和正透镜之间的良好平衡。

图22示出了投影物镜1000的变型，所述投影物镜1000具有的大致结构与图4所示的实施例类似，即具有包括两个凹面镜1021、2022并且不包括折射光学元件的第二物镜部分1020。用于类似特征/特征组的附图标记是相似的，所述附图标记在附图标记上加800。在表22和22A中给出了该规格。用于建立第一中间图像1003的第一屈光物镜部分1010被细分为第一透镜组LG11和第二凹面镜组LG22，所述第一透镜组LG11位于物面和光瞳面1011之间。所述第二透镜组LG12位于光瞳面和第一中间图像之间。第一透镜组LG11从双凸正透镜1081开始，接着是具有像侧凹面的负凹凸透镜1082和双凸正透镜1083。特别是在负凹凸透镜1082的凹出射侧处出现高入射角，所述负凹凸透镜1082布置在光束轻微发散的区域中。所述高入射角具有强校正作用。已经发现通过透镜1081、1082、1083提供的序列正-负-正是有用的。因此，假如建立第一中间图像的第一物镜部分包括朝着图像的至少一个凹面，则这可能是优选的，所述第一物镜部分优选包括在正-负-正透镜序列中。

图23示出了根据结合图4解释的原理通常设计的投影物镜1100的另一实施例。在表23和23A中给出了规格。第二物镜部分1120是纯反射的，从而不需要透明光学材料。现在将结合该实施例和图24解释关于简化制作的特征的某些方面。然而，这些方面可以在其它的实施例中实施。凹面镜1121、1122都具有相似的表面，这样有助于简化制作并改善光学性能。通常，凹面镜的形状对于特定像差具有强烈影响。特别是图像曲率(Petzval曲率)受到镜顶点曲率的影响。如果使用非球面镜面，则该非球面表面的基本数据定义了特定场相关像差，特别是光瞳的球面像差，所述光瞳的球面像差与y⁴成比例，其中y是凹面镜处的光束高度。影响镜面形状的这两个因素是光学设计中固有的并且互相相关。特别是，关于非球面类型的第二因素受到第一因素的强烈影响(基本曲率)，这是因为，例如凹面镜的强曲率将降低强场相关像差。

已经认识到的是，某些关键因素影响凹面镜的制作和光学性能之间的良好折衷。由于凹面镜的制造导致的一个破坏因素是为了建立凹面镜镜面工具必须插入至镜衬底的材料中所达到的深度。结合图24，该插入深度表示为“P_max”。在凹面镜边缘处的最大矢或者上升高度可以定义为和光轴垂直且与凹面镜边缘接触的平面到与其平行且与凹面镜顶点接触的平面之间的轴向间隔。如在图24中所述的，P_max与非球面镜镜面的曲率半径R和非球面镜的直径D相关。在P_max的第一近似(对于非球面形式)中给出了P_max＝R-(R²-D²/4)^0.5。由于在没有强烈影响光学效应的情况下不能改变凹面镜的基本形状，因此仅仅镜面直径可以用作自由参数来影响可制造性。当考虑到制作时，特别强调了在抛光之前，为了定义凹面镜衬底的基本形状所必须的凹面镜衬底的研磨。已经发现，如果满足条件D≤1.3R，则是优选的，如果满足条件D≤1.2R则是更优选的，以便满足条件p_max＜0.22R。如果两个凹面镜的弯曲镜面顶点处的曲率半径尽可能的相似，则使得制作简化。如果R1是第一凹面镜的曲率的顶点半径，R2是第二凹面镜的曲率的顶点半径，则优选的是满足下面的条件：0.8＜|R1/R2|＜1.2。在图23所示的实施例中，满足该条件和两个下列条件：P_max≤0.22R以及D≤1.3R。如果除了关于曲率半径关系的条件之外还满足了上述后面条件中的一个条件的话，则可能就足够了。

在图23所示的实施例中，镜1121、1122的曲率几乎相同(曲率半径差小于1％范围)并且非球面形状几乎相同。镜1121、1122是第二物镜部分的唯一的光学元件，从而使得该部分为反射部分。第二物镜部分1120的光学元件的最大直径小于或者几乎等于第三物镜部分中的透镜的最大直径。这样有助于将轴对称投影物镜实施到晶片步进机或者晶片扫描器中。尽管在第三物镜部分中提供了孔径光阑A，但是也可以在光瞳面1111附近的第一物镜部分中提供孔径光阑A。

在图25中，示出了投影物镜1200的另一实施例。图26示出了物面1201和第二中间图像1204之间部分的详细视图，所述第二中间图像1204是用于将该第二中间图像以缩小的大约1∶4的比例成像到像面1290上的纯折射物镜部分1230的物体。

被设计成将布置在物面1201中的物以缩小比例成像到像面1202上的整个投影物镜1200包括三个物镜部分1210、1220、1230，每个物镜部分被设计成将物镜部分上游的场面成像到物镜部分下游的场面中。第一物镜部分1210包括四个连续的透镜1211、1212、1213、和1214，紧接着是，第一中间图像1203上游的第一凹面镜1221。因此，第一物镜部分是反射折射物镜。第二物镜部分1220也是反射折射物镜，包括紧接着位于第一中间图像1203下游的第二凹面镜1222和正透镜1226、1227、1228和1229，所有这些部件对于将第一中间图像1203重新聚焦至第二中间图像1204是有效的。第三物镜部分1230是纯折射且包括系统的自由可接近的孔径光阑A。

与上述实施例相对照的是，仅仅第一中间图像1203被定位在由凹面镜1221、1222所定义的镜间间隔内，而第二中间图像1204位于该镜间间隔的外部。由相互面对的两个凹面镜1221、1222所限定的凹面镜组具有凹面镜组入口和凹面镜组出口。在朝着光轴1205几何位置靠近第二凹面镜1222边缘放置的凹面镜组入口处，来自物侧的辐射进入镜间间隔，在朝着光轴几何位置靠近第一凹面镜1221边缘放置的凹面镜组出口处，该辐射在凹面镜上反射之后从所述镜间间隔出射。本实施例的特征在于，投影物镜的第一光瞳面PS1位于凹面镜组入口附近，而第二光瞳面PS2位于凹面镜组出口附近。与此对照的是，在多数其它实施例中，例如在图1至4、7至14中所示的，凹面镜组入口和凹面镜组出口是光学靠近中间图像，所述中间图像是投影透镜的场面。同样，在上述实施例中，从第一凹面镜反射的辐射在作用在第二凹面镜之前与光轴交叉，这样在光轴的相对侧处在凹面镜的反射表面上有效地留下辐射的覆盖区域。相对照的是，在图25和26所示的实施例中，第一和第二凹面镜1221、1222布置在光轴的同一侧上。由于这个差异，位于凹面镜所定义间隔内的光路相对于布置在上述实施例中凹面镜顶点之间的中间布置的对称点来讲几乎是点对称，从而光轴相对于垂直于所述光轴并且布置在图25、26实施例中的凹面镜顶点之间中间的镜面来讲是几乎镜面对称。

光学上讲，基本上根据图25、26所示实施例的原理设计的实施例，如果所述实施例是通过靠近场面的透镜作用来按照需要影响场像差，则所述实施例是有利的，这是因为物面1201和像面1202之间的一个场面-即第二中间图像1204的场面布置在距由凹面镜1221、1222限定的镜间间隔外部一定距离处自由可接近。如在图25中所示的，两个场透镜1229、1235布置在紧靠近该中间图像1204的上游(1229)和下游(1235)的靠近该第二中间图像的位置，从而形成用于像差校正的场透镜组。

第一和第二物镜部分1210、1220对于相距凹面镜组(凹面镜1221、1222所定义的)一定距离、在几何上位于该凹面镜组后面形成中间图像1204是有效的。由于光瞳面PS2布置在凹面镜组出口附近，结合作为傅立叶变换透镜组的透镜组1226到1228可以用于定位和限定中间图像1204的特征，然后通过第三物镜部分1230将所述中间图像1204重新成像到像面1202上。这些性质使得通过第一和第二物镜部分1210、1220形成的子系统可以用作这样的中继系统，所述中继系统将中继系统前面和下游的光学系统的光路链接在一起。由于凹面镜组的凹面镜1221、1222的作用，该中继系统可以设计成对于至少部分补偿凹面镜组上游和下游的正透镜负面影响的图像弯曲具有强烈的影响。

图27示出了具有类似于图4所示实施例的通常结构的投影物镜1300的变型，即具有包括两个凹面镜1321、1322并且不具有折射光学元件的第二反射物镜部分1320。与图4中的特征/特征组相似的特征/特征组使用在原附图标记基础上加1100的类似附图标记表示。在图27和27A中给出了规格。

用于建立第一中间图像1303的第一屈光物镜部分1310具有紧接物体表面1301后面的第一透镜元件1312，该第一透镜元件的入射表面是非球面的，并且朝着物体表面凸起，在每个都具有正折射光学能力的透镜组之间在第一物镜部分中提供孔径光阑A。反射第二物镜部分1320的凹面镜1321、1322每个都具有非球面镜面。该设计的特征在于，凹面镜1321、1322的非球面镜面具有相同的非球面形状。这样允许正好使用相同的光学测试装置，用于测量在制作过程中两个凹面镜的非球面形状。如从表27、27A中所看到的，凹面镜的半径(描述了镜面的基本形状)和非球面常数(描述了相对于表面25、26基本形状的非球面偏差)是相同的。在其它的实施例中，基本形状和非球面常数在两个凹面镜之间稍微变化。甚至在这样的情况下，如果镜面成形的形状相似，使得对于测量两个镜面来讲可以使用相同的测量光学元件，则可以实现关于制作过程成本的大幅度降低。

投影物镜1400(该投影物镜1400的透镜部分在图28中示出)具有类似于图4中所示的实施例的通常结构。因此，相似的特征/特征组使用在原附图标记基础上加1200的类似附图标记表示。在图28和28A中给出了规格。

包括孔径光阑A的第一屈光物镜部分1410被设计成用于建立第一中间图像1403。第二反射(纯反射)物镜部分1420包括第一凹面镜1421和第二凹面镜1422，这两个凹面镜结合从第一中间图像1403中建立第二中间图像1404。屈光第三物镜部分1430设计成将第二中间图像1404成像到像面1402上，从而在操作期间辐射穿过浸液流体I(水)的薄层。当将设计最优化时，特别需要关注的是，在镜制作期间简化非球面镜面的光学测试。为此目的，第一凹面镜1421的镜面具有抛物线形状(相对于表28A、表面23来讲)。

提供下面的考虑以有助于理解为何抛物线形状的镜面简化了测试。通常，非球面镜面的光学测试需要使用特别调整的光学测试系统，所述光学测试系统设计成产生具有失真波前的测试辐射，所述具有失真波前的测试辐射适用于所需要镜面的非球面形状，使得入射至非球面上的测试波的局部入射角对于非球面的每个位置来讲是矩形的。为此目的，通常使用光学测试装置，所述光学测试装置使用等光程的光学系统、或者补偿系统(K-系统)或者计算机产生的全息照相(CGH)或者它们的结合，以用于整形失真的波前。由于构造用于每个非球面形状的特殊设计的测试光学元件昂贵，因此需要的是可替换的方案。

相反，可以使用简单的测试设备来测试具有抛物线形状的非球面镜。为了进一步解释，考虑到纯圆锥旋转对称表面形状可以通过下面的等式来描述：

$p=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-c(k+1)}{h}^2}$

这里，p是表面点的轴向坐标，k是圆锥常数，c是在顶点(光轴与镜面交叉)处的表面曲率(即，半径r的倒数(1/r))，h是高度(垂直于光轴测量的)。使用这样的等式，根据圆锥常数k的值可以产生不同圆锥旋转对称表面形状。例如，球面形状对应于k＝1，值k＝-1描述了一种抛物线，值k＜-1描述了双曲线，值-1＜k＜0描述了椭圆形状。所有这些形状具有共同点，即布置在特定位置的物体点(取决于表面的形状)将在没有像差(共点的成像)(stigmatic imaging)的情况下成像。在本发明的实施例中或具有凹面镜的其它投影物镜中，至少一个非球面圆锥镜因此可能是有用的。考虑到镜测试的需要，抛物面形状(k＝-1)是特别有用的，这是因为物体点(将在没有球面像差的情况下成像)被定位在无穷远处。换句话说，平行于光轴作用在抛物面表面上的平行光束或者来自测试光束的光将被抛物面镜聚焦成一个且仅仅一个焦点。这一点是非常有利的，因为不需要用于将测试波的光束发散或者会聚的特殊设置。该测试波具有平面波波前。

在图29中示意性地示出了可能的测试设置。此处，与通过镜表面定义的光轴OA一起示出了抛物面镜镜面1421。测试设备包括测试光学系统1460，所述测试光学系统1460设计成用于建立平行于光轴OA的平行测试光束，并且入射在抛物面镜镜面上。测试设置还包括球面镜1470，所述球面镜相对于抛物面镜1421的所需要形状来成形和布置，使得球面镜1470的曲率1490的中心与抛物面镜的焦点重叠。在该布置中，具有通过光学元件1460提供的并且入射在抛物面镜镜面1421上的平面波前的测试波1495首先通过抛物面镜在作用到球面镜1470之前会聚成抛物面镜的焦点1490。球面镜1470将测试波沿着相同的光路反射回测试光学元件1460。可使用平面参考波和从抛物面镜反射回来的波之间的光程长度偏差以表征该抛物面镜的抛物面形状。

投影物镜1400是焦阑的位于物侧和像侧上。对于该物侧焦阑有贡献的一个特征在于，紧接着物面之后的第一透镜元件(正凹凸透镜1412)的入口侧的特定凸出形状。位于物侧上第一两个透镜的非球面表面对于焦阑有贡献。焦阑光束在物侧和像侧上基本上没有场区域误差，即，实际上没有横越物场或像场的焦阑变化。

在图30至32中，示出了另外三个投影物镜1500、1600和1700的实施例，所述三个投影物镜具有类似于图4中所示包括反射第二物镜部分的总体结构。类似的特征/特征组使用在原附图标记基础上加1300、1400、1500表示。在表30、30A、31、31A、32、32A中给出了规格。当设计这些实施例时，应当特别注意材料消耗和第一屈光物镜部分1510、1610、1710所需要的安装间隔的优化，所述第一屈光物镜部分1510、1610、1710用作将物场成像为第一中间图像的中继系统。

作为图30、31和32的所有实施例的公共特征，第一物镜部分仅仅具有六个透镜元件，即具有相当大折射光学能力的透明光学元件。由于仅仅使用正透镜，从而在具有相对小最大直径的轴向短物镜部分中，使用强会聚光学能力建立第一物镜部分。在所有的实施例中，平面平行板1519、1619、1719紧接着投影物镜的各个第一光瞳面1511、1611、1711来定位。在接近光瞳面处放置至少一个基本平面平行板的有利之处在于，使得所述板可以被非球面化(aspherize)，用于校正由于制作或者其它因素(校正非球面)导致的像差。这种板可以互换。在图30的实施例中，孔径光阑A放置在紧接着平行板1519之前的光瞳位置处的第一物镜部分1510内部。在图31和32的实施例中，所述孔径光阑分别布置在第三光瞳面1631、1731处最大光束直径区域中第三物镜部分内。此处提到的所有实施例仅仅具有位于像侧光瞳面和像面之间的正透镜，图30的实施例具有五个这样的正透镜，其它的实施例(图31、图32)仅仅具有位于像侧光瞳面和像面之间的四个正透镜。

图30到32中实施例的第一物镜部分的比较视图揭示了，使用非球面表面和紧接在物镜面之后第一透镜元件的入射表面的曲率之间的特定关系。在图30的实施例中，第一透镜元件1512是具有朝着物面的非球面入射面的双凸正透镜，该入射面仅仅稍微弯曲，曲率的半径超过300mm。使用6个非球面表面(通过点来表示)。在第一中间图像1503区域中交叉的光线是显而易见的，彗形像差是第一中间图像1503中一个最主要的成像误差。通过第一中间图像下游的光学表面的设计补偿了该误差。相反，在图31示出的实施例中，第一透镜元件(正凹凸透镜1612)的非球面入射表面具有相对强的凸曲率，所述凸曲率具有小于300mm的曲率半径(在这种情况下R约等于154mm)。在第一物镜部分1610中，仅仅使用了四个非球面表面。该非球面表面用于弯曲入射表面的光学效应，使得第一中间图像1603基本上没有彗形像差。这就表明这样一种趋势，即入射侧的强凸曲率对于获得具有小量非球面表面的良好质量的第一中间图像来讲是有用的。在图32示出实施例的第一物镜部分1710中，结合具有中等曲率(曲率半径＞300mm)的第一元件(双凸面透镜1712)的入射表面使用了5个非球面表面的中间数量。假设投影物镜的入射表面不具有曲率(平面表面)或者具有弱曲率(例如曲率的半径值大于等于500nm)，这样使得物镜对于环境压力的压力波动相对不敏感。当非球面表面的数量等于或者小于所有三个实施例的第一物镜部分中正透镜的数量时，可以看出当仅仅使用正透镜元件并且假如具有折射光学能力的透镜数量和非球面表面数量之间比值小于1.6时，则可以得到紧凑的设计。

图30到32的实施例示出了，在具有对于所有物镜部分公共的直线光轴和第二反射物镜部分的优选设计的框架中，有可能在物镜(第一物镜部分)的入射侧上设计中继系统，轴向长度比第三物镜部分的轴向长度小许多。轴向长度(在物体表面和第一中间图像之间测量的)可能小于第三物镜部分(在第二中间图像和像面之间测量的)的轴向长度的90％或者小于80％。这样就表明可以以折射物镜部分之间的第二(反射或者反射折射)物镜部分的各种不同位置来使用所述设计。

在图30到32的实施例中，最靠近像面的平凸透镜-即物镜中最后的透镜是由氟化钙制成。由于该材料对于由辐射诱导的密度变化(特别致密)不太敏感，因此相对于具有由熔融石英制成的最后透镜的物镜来讲，所述物镜的寿命可能增加。然而，在使用基于水的浸液流体进行操作所设计的浸液物镜部分中，由氟化钙制成的最后透镜元件是有问题的，这是由于氟化钙溶解于水。因此，可能降低系统的使用寿命。因此，保护最后透镜元件免受侵蚀性的浸液流体侵蚀造成恶化的保护层可能是有用的。例如在本申请人于2003年12月19日在美国提交的临时申请60/530623中描述了适当的保护层，该公开的内容包含在此作为参考。在图30到32的实施例中，具有厚度0.3mm的熔融石英的薄平面平行板通过扭被附着到平凸氟化钙透镜的平面出射表面上。如果需要的话，提供投影物镜出射表面的平面平行石英玻璃板可以互换。如果由于高辐射负载损伤了熔融石英材料和/或如果熔融石英保护板上出现杂质和/或划痕，则互换可能是人们所需要的。

下面解释使用图32的实施例作为进一步表征根据本发明的投影物镜特征的实例。为此目的，用粗线条示出了主光线CR以有助于理解，所述主光线是从基本上平行于光轴的最外面场点(距离光轴AX最远)延伸并且在三个连续的光瞳面位置P1、P2、P3处与光轴交叉，所述三个光瞳面位置的每个位置位于成像物镜部分1710、1720、1730的其中一个内。在下面的描述中，使用“主光线角度”表示沿着主光线在每个位置处光轴AX和主光线CR之间包含的角度。在第一中间图像1703的位置处主光线CR是发散的(在光传播方向上主光线高度增加)。在第一中间图像之后增加主光线高度对应于第一中间图像1703下游第一物镜部分1710的负主光线交叉长度。这里，“主光线交叉长度”定义为中间图像的位置和在所述中间图像处与主光线CR相切的交叉点之间的轴向长度。所述交叉点定位在第一物镜部分1710内的第一中间图像的物侧上。相对于第一中间图像的负主光线交叉长度对应于第一物镜部分的负(虚)出射光瞳。相反，在第二中间图像1704处存在对应于第二中间图像下游的正主光线交叉长度的会聚主光线，这对应于位于第二中间图像下游的实出射光瞳。与第二中间图像1704相关的第二物镜部分1720的实出射光瞳因此被定位在超出像面的第三物镜部分1730(实出射光瞳)的外部。第一物镜部分1710的虚出射光瞳与第二物镜部分1720的实入射光瞳一致。假设具有这些条件，提供具有至少两个中间图像的投影物镜，其中一个成像物镜部分(这里是布置在折射第一物镜部分和折射第三物镜部分之间的反射折射或者反射第二物镜部分)在第一和第二中间图像之间成一个实像，另外，实入射光瞳成像为实出射光瞳。由于在折射第一物镜部分内部存在可接近的光瞳面P1以及第三物镜部分内的另一可接近的光瞳面P3，因此这种类型的投影物镜具有两个可能的用于放置孔径光阑的位置，以有效地定义在成像过程中使用的数值孔径。这里，术语“可接近的”指的是在物镜部分区域中穿过投影物镜的光仅仅通过一次的可能的孔径光阑位置。

此外，根据此处所讨论的优选实施例的投影物镜具有位于物面和像面之间的三个实光瞳面P1、P2和P3，其中这些光瞳面的其中一个光瞳面中，最大主光线角度小于物侧数值孔径，并且另外满足下列条件之中的至少一个条件：(1)在三个光瞳面的两个光瞳面中，最大边缘光线高度最多为第三光瞳面(此处为第三光瞳面P3)中最大边缘光线高度的50％；(2)在所述光瞳面的两个光瞳面中，最大主光线角度至少为第三光瞳面中最大主光线角度的2倍；(3)在所述光瞳面的两个光瞳面中，最大主光线角度至少是物侧数值孔径的2倍。

下面，示出了许多实施例，所述实施例在其中所使用的制作和测试非球面表面方面进行了优化。为了阐述在透镜上制作非球面表面期间所产生的这些问题中的一个问题，图33(a)和33(b)中每个图都示出了通过常规物镜的子午线透镜部分的放大部分视图，所述常规物镜具有包括非球面入射表面AS的薄正透镜L。在图33(a)中，示出了从传输光束的周围延伸的特征光线R1以及靠近光学系统的光轴延伸的特征光束R2，以阐述非球面透镜L的光学作用。在常规系统CONV中，非球面表面AS被设计成用作光线靠近光轴通过的正透镜，并且设计成用作光线靠近光束外围(光线R1)的负透镜。为了在子午线方向获得折射光学能力的变化，所述非球面表面在光轴附近的区域具有正曲率(C＞0)，在光线R1通过的外围区域中具有负曲率(C＜0)。拐点的特征在于局部曲率C＝0放置在凸出部分(在光轴周围)和凹陷部分(在外围)之间。尽管从光学的角度来讲，通过这种方式获得的曲率指向的局部变化可能是人们所期望的，但是当考虑到表面精加工时，拐点是非常关键的。这是因为具有用于有效表面抛光的合理直径的表面精加工工具(如图33(b)中示意示出的工具T)在拐点附近区域可能具有相当大的不均匀影响。因此很难获得具有拐点的充分光学质量的非球面表面。

如果这些非球面表面不具有拐点，则这些问题可以避免。设计图34(在表34和34A中给出了规格)中示出的投影物镜1800使得非球面表面不具有拐点。

从制作观点来讲，由本发明人所认识到且非常关键的非球面表面的另一特征将结合图35加以解释。本发明人已经发现的是，如果可以避免光轴外部非球面表面的表面形状上的极值点(最小或者最大)，则可以得到高光学质量的非球面表面，或者如果不可能避免该极值点，而极值点仅仅在具有基本平坦形状的非球面表面上使用也可获得高光学质量的非球面表面。在图35中，用函数p(h)示意地示出了两个非球面表面AS1和AS2的表面形状，其中p为平行于光轴(z方向)测量，h为表面点的高度，其中所述高度对应于表面点和光轴之间的轴向距离。如此处使用的参数P表示与光轴正交且与相关表面点相交的平面至与该平面平行且与光轴上的光学元件的顶点V接触的平面之间的轴向间隔。

在该方面，非球面表面上极值点的特征在于这样的事实，一阶导数(表征了表面斜率)由下式给出：

$\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{dh}}=0$

并且二阶导数为：

$\frac{d^{2}p}{{\mathrm{dh}}^2}\≠0$

(此处二阶倒数描述了表面曲率)。因此，图35中的第一非球面AS1具有与二阶导数相反符号的第一极值点EX11和第二极值点EX12，而第二非球面AS2仅仅具有一个极值点EX21。在这里所使用的定义中，没有考虑光学表面的顶点V(此处h＝0)，这是因为此处所考虑的顶点总是为旋转对称非球面表面的极值点。

在图35中，在光轴(h＝0)和表面区域的外围之间示意性描述了表面形状，所述表面通过工具例如抛光进行精加工。该表面精加工区域的特征在于最大高度h_max。操作中光学使用的最大区域通常较小，使得光学使用的半径其特征在于，最大值h_opt＜h_max。在该区域边缘和光学部件边缘之间的位于光学使用区域外部的区域表示为超出区域OR。该区域通常用于安装光学元件。然而在制作期间，对于最佳表面形状则必须考虑该超出区域。

下面，将解释如果想要得到最优表面质量为什么非球面表面上的极值点可能非常关键。为此目的，在第一极值点EX11的区域中操作具有合理尺寸直径的旋转抛光工具T。根据极值点EX11附近的“谷底”和凹陷底部区域的工具T之间的相对尺寸，谷底可能不能被充分抛光，这是因为在大多数情况下工具“桥接”了关键底部区域。因此极值点区域中的表面质量可能与远离关键极值点区域的表面质量不同。另一方面，如果该极值点对应于非球面表面上的凸起“小丘”，该区域可能比周围区域更强烈地抛光，这可能导致极值点区域中表面质量的不规则。如果非球面表面没有极值点(除了在顶点处必须的极值点之外)，则这些问题可以避免。当处理光学上使用区域的外围区域时，由于工具T通常延伸超出最大光学使用区域(在h_opt)，因此期望的是在边缘区域OR处避免极值点。

另一方面，为了获得在子午线方向非球面表面的折射光学能力的特定变化，可能期望的是具有极值点的非球面表面。本发明人已经发现，如果极值点存在于具有基本平坦基本形状的光学表面上，则从制作的观点来讲极值点可能是可以接受的。例如，非球面表面可以形成在平凹透镜或者平凸透镜的平坦侧上，或者平面平行板的表面上。优选的是，具有极值点这种表面的最大z变化(P_max)的绝对值不应超过0.5mm，更加优选的是，应当小于0.25mm。因此，在光学表面质量没有显著不规则的情况下，可以得到非球面表面上的极值点的光学优势。

在图36中，示出了投影物镜1900的实施例，此处所有非球面表面没有位于光轴外部的极值点。在表36和36A给出了其规格。如果期望得到具有极值点的非球面表面，则应当将其形成在具有基本平坦基本形状的光学表面上，典型地具有|r|＞2000mm的长半径。

图37和38示出了根据图4中的总体结构(即分别具有反射(纯反射)第二物镜部分2020、2120)设计的投影物镜2000、2100的实施例。类似的特征/特征组分别使用在原附图标记的基础上加上1800、1900的类似附图标记来表示。在表37、37A和38、38A中给出了其规格。当在设计这些实施例时，应将重点特别放在仅具有少量校正装置(诸如非球面)且透镜数目适当的平衡设计上。此外，在投影物镜的不同部分中折射光学能力的平衡分布对于整个光束系统的谐波光束偏差具有贡献。该谐波的总体结构使得该设计对于单个透镜元件或者透镜组的失调比较不敏感，并有利于包含动态影响光学系统性能的操作装置，例如通过在轴向、垂直于光轴的方向和/或通过倾斜移动单个透镜或者透镜组。

在图37的实施例中，仅仅使用了10个非球面表面，根据上面给出的考虑，这可以以相对节省成本的方式测试和制造。最后的光学元件(紧接着像面2002之前的平凸透镜2050)由熔融石英制成，在光学使用区域边缘处具有厚度约为23mm。整个波前相位误差降低至1.6mλ。所有的透镜都由熔融石英制成，为了制作所有透镜需要大约60kg的熔融石英母板材料。相反，形成图38实施例的最后元件的平凸透镜2150由氟化钙制成，该材料不容易出现由于辐射造成的密度变化(压缩和稀疏)。使用通过适当努力就可以制造的12个非球面表面，可能得到其特征为波前相位误差为2.1mλ的性质。该实施例中使用了总母板质量约为63kg的熔融石英以及1.5kg的氟化钙。

图39和图40中，示出了两个实施例，在其他特征中，所述两个实施例的特征在于这样的事实，将物场成像到第一中间图像的第一物镜部分为包括具有弯曲镜面的一个凹面镜和附加镜的反射折射物镜部分，此处，在对于所有物镜部分具有一个直线共同光轴的优选实施例的投射物镜中，凹面镜和附加镜的弯曲镜面相互面对使得第一物镜部分可以用作中继系统。

图39中示出的投射物镜2200的规格在表39和表39A(非球面常数)中给出。该系统被设计成用于193nm，使用水(n＝1.436677)作为浸液流体。除了最终像侧光学元件(由氟化钙制成的平凸透镜2260)之外的所有透镜都使用熔融石英制成。在布置在光轴外部21.8mm的像场大小26mm·5.5mm处得到像侧数值孔径NA＝1.2。轨道长度(物像距离)为1125mm。

设计第一反射折射物镜部分2210用于建立第一中间图像2203。设计成用于从第一中间图像中建立第二中间图像2204的第二反射折射物镜部分2220包括第一凹面镜2221和第二凹面镜2222以及正凹凸透镜2229，所述第一凹面镜和第二凹面镜具有相互面对且限定了一个镜间间隔的凹面镜镜面，所述正凹凸透镜2229在紧接着第一中间图像的下游具有非球面凹面入射表面。屈光第三物镜部分2230设计成用于将第二中间图像成像到像面2202，借此，辐射透射过水(浸液流体I)的薄层。孔径光阑A定位在第三物镜部分中。

第一物镜部分2210从物场开始的光学序列上讲包括：具有强非球面入射表面和非球面出射表面的双凸正透镜2211；具有非球面凹入射表面和球面出射表面的正凹凸透镜2212；具有物侧凹面镜镜面且被设置成偏心于光轴但是与光轴2205交叉的凹面镜2213。从凹面镜反射回来的辐射以相反方向透射正凹凸透镜2212，并且与穿过物场和凹面镜2213之间的辐射相比，大部分作用在光轴的相对侧上。通过涂覆在凹透镜2211像侧表面上的一个离轴镜提供具有凸面镜镜面的附加镜2214。在第一中间图像形成之前，辐射第三次穿过正凹凸透镜2212。因此，透镜2212在横向偏移透镜区域使用了三次。

凹面镜2213光学定位在光瞳面附近，而凸面镜2214光学布置在靠近中间图像2203处。因此，场像差和光瞳像差可以通过根据凹面镜和凸面镜2213，2214的形状来选择性地单独校正。这样允许调整第一中间图像2203的校正状态，使得可以通过第一中间图像下游后面的两个物镜部分补偿残余像差，所述两个物镜部分包括反射折射第二物镜部分2220。

第一物镜部分被设计为具有放大率为|β₁|＞1的放大系统。第一中间图像2203几何上定位成接近于第二物镜部分的凹面镜2221和2222之间限定的镜间间隔外部的凹面镜2213的最近边缘，借此，第一中间图像和第一凹面镜2221之间的光学距离变得相当大，而第二凹面镜2222和第二中间图像2204之间的光学距离变得相当小。因此，第二物镜部分的凹面镜的尺寸显著不同，第一凹面镜的光学使用区域大约为第二凹面镜上相应区域的两倍。凹面镜2221和2222定位在光轴外部使得光轴不与光学使用的镜面交叉。由于相对于主光线和边缘光线的光线高度之间的比例来讲，凹面镜定位在不同的位置，因此对于不同成像误差的凹面镜的校正效果可以分布在两个反射折射物镜部分2210和2220之间。

图40示出了投射物镜2300被设计成具有有限像侧工作距离的“固态浸液透镜”，该有限像侧工作距离是系统的设计波长(193nm)次数或者其一部分(例如λ/2，或者λ/4，或者以下)。从最后透镜的出射表面出射的渐消失场可以用于成像。该系统适合于光学近场光刻。参考本申请人在2003年7月9日提出的德国专利申请DE10332112.8，其中规定了用于光学近场光刻的优选条件。在为了得到像侧数值孔径NA＞1的情况下，不需要液体浸液流体。在用于像场尺寸22mm·4.5mm的NA＝1.05的实施例中，离轴39mm布置像场。整个缩小比例为1∶4，轨道长度为1294.4mm。在该设计中，包括最后像侧平凸透镜2360的所有透镜均由熔融石英制成。表40和40A(非球面常数)中给出了规格。

设计用于以放大比例从物场建立第一中间图像2303的第一反射折射物镜部分2310，沿着光路序列包括：具有非球面入射表面和球面出射表面的双凸正透镜2311；具有物侧镜面的凹面镜2312；具有朝着凹面镜的微弯曲凸面镜镜面的凸面镜2313，所述凸面镜2313由涂覆在透镜2311的像侧透镜表面的升高部分上的镜形成；具有凹入射侧的双球面正凹凸透镜2314；和具有定位在第一中间图像2303的中间附近的强非球面出射表面的双凸正透镜2315。

第二反射折射物镜部分2320拾取第一中间图像2303，并形成几何定位在由第二物镜部分的第一凹面镜2321和第二凹面镜2322限定的镜间间隔内的第二中间图像2304。第二物镜部分还包括每个分别定位在紧接相应的凹面镜2321和2322镜面表面的负凹凸透镜2325、2326。这样就可以得到纵向色差(CHL)的强校正效果。具有物侧非球面表面和像侧球面表面的双凸正透镜2328在第一和第二凹面镜2321、2322之间延伸横越整个投影物镜直径，并且被辐射穿过三次，一次是在第一中间图像和第一凹面镜之间，第二次是在第一和第二凹面镜2321、2322之间，第三次是在第二凹面镜2322和第二中间图像2304之间。

在该实施例中，所有三个凹面镜2312、2321、2322定位成光学远离投影物镜的光瞳面。同样，几乎平凸面镜2313清晰地定位在第一光瞳面P1的外部。这样的设计允许将反射折射物镜部分的校正效果分配在第一和第二物镜部分之间。

本发明允许制作反射折射投影物镜，该反射投影物镜在实际应用在投影曝光装置的许多方面中与传统的折射投影物镜具有相似的特性，借此，可以大大有利于折射系统和反射折射系统之间的改变。首先，本发明允许建立具有一个直线(未折叠)光轴的反射折射投影物镜。此外，布置在光轴一侧的物场可以成像到布置在光轴相对侧上的像场，即，使用“负放大”来执行成像。第三，物镜可以设计成具有各向同性放大。此处，术语“各向同性放大”是指没有“图像翻转”的成像，即物场和像场之间的手征性没有改变。换句话讲，右手侧坐标系中描述的刻度片的特征可以使用图像中相似的右手侧坐标系进行描述。在垂直于光轴的x方向和y方向均出现负各向同性放大。这允许使用折射投影物镜成像所使用的相同类型的刻度片。这些特征有助于在设计用于折射投影物镜的常规曝光装置中实施根据本发明的反射折射投影物镜，这是由于不需要主要重构，例如在刻度片台和晶片台。同样，根据本发明，设计用于折射投影物镜的刻度片在理论上可用于反射折射投影物镜。这样对于终端用户可以得到相当大的成本节省。

如前所述，本发明允许构建具有高数值孔径的反射折射投影物镜，尤其是允许数值孔径NA＞1的浸液光刻，这可以使用相对小量的光学材料进行构建。在下面所考虑的参数中证明了小量材料消耗的可能性，所述下面所考虑的参数描述了可以制作特定紧凑投影物镜的这样的事实。

通常，投影物镜的尺寸容易随着像侧数值孔径NA的增加而大幅增加。

从经验上讲，已经发现根据D_max～NA^k，其中k＞1，最大透镜直径D_max倾向于随着NA的增加比线性增加更强的增加。值k＝2是用于该应用目的的一个近似。另外，已经发现，最大透镜直径D_max与像场尺寸成比例的增加(由像场高度Y’表示)。为了该应用的目的，假设线性相关。基于这些考虑，第一紧密度参数COMP1定义为：

COMP1＝D_max/(Y’·NA²)

很显然的是，对于给定的像场高度和数值孔径值来讲，如果需要紧凑设计的话，第一紧密度参数COMP1应当尽可能的小。

考虑到为了提供投影物镜所必须的整个材料消耗，透镜的绝对数N_L也是相关的。通常，具有较小数量透镜的系统对于具有较大数量透镜的系统来讲是优选的。因此，第二紧密度参数COMP2定义为：

COMP2＝COMP1·N_L

小数值的COMP2表示紧凑的光学系统。

另外，根据本发明的投影物镜具有至少三个物镜部分，用于将入射侧场面成像到光学共轭的出射侧场面，其中成像物镜部分在中间图像处联系起来。通常，光学系统的成像物镜部分的数量Nop越高，透镜的数量以及用于构建投影物镜所必须的整个材料将增加。理想的是，保持每个物镜部分的平均数量的透镜N_L/Nop尽可能的少。因此，第三紧密度参数COMP3定义为：

COMP3＝COMP1·N_L/Nop。

具有小光学材料消耗的投影物镜其特征在于小的COMP3数值。

表41概括了用于计算紧密度参数COMP1、COMP2、COMP3所必须的数值以及对于提供有规格表(在表41的第1列中给出了表编号(对应于图形的相同编号))的每个系统来讲这些参数的相应的数值。因此，为了获得具有至少一个凹面镜和至少三个成像物镜部分(即，至少两个中间图像)的紧凑反射折射投影物镜，应当满足下面条件中的至少一个条件：

COMP1＜11

优选的是COMP1＜10.8，更优选的是COMP1＜10.4，甚至更优选的是应当满足COMP1＜10。

COMP2＜300

优选的是COMP2＜280，更优选的是COMP2＜250，甚至更优选的是应当满足COMP2＜230。

COMP3＜100

优选的是COMP3＜90，更优选的是COMP3＜80，甚至更优选的是应当满足COMP3＜75。

表41示出根据本发明的优选实施例通常观察到这些条件中的一个条件，表明根据在该规格中给出的设计规则得到了具有适度材料消耗的紧凑设计。

如果需要的话，可以使用各种类型的填充气体来填充投影物镜的光学元件之间的空间。例如，根据实施例所需要的性质，可以使用空气或者氮气或者氦作为填充气体。

优选实施例的特征在于一个或者多个下面的条件。第一物镜部分优选的设计成放大系统，优选的具有1＜|β₁|＜2.5范围的放大率β₁。这样确保了在第一中间图像处具有低的NA，并且有助于避免渐晕问题。|β₁|可以是1∶1或者可以略小例如0.8≤|β₁|≤1。第二物镜部分优选的设计为具有接近单位放大率的系统，即几乎没有放大或者缩小。特别是，第二物镜部分可以设计为这样的系统，所述系统具有的放大率β₂在0.4＜|β₂|＜1.5范围，更优选的是在0.8＜|β₂|＜1.25范围或者是在0.9＜|β₂|＜1.1范围。第三物镜部分优选的具有缩小率|β₃|＜1。整个投影物镜具有放大率β，其中β＝β₁·β₂·β₃。第二中间图像可以具有大于图像尺寸的尺寸。

优选的是，第一中间图像和第二中间图像都几何上位于第一凹面镜和第二凹面镜之间的镜间间隔内。第一中间图像和第二中间图像几何上位于其中心位于第一凹面镜和第二凹面镜之间镜间间隔内两个凹面镜之间的中点附近的中间区域中，其中所述中间区域在具有轴向延伸小于等于第一和第二凹面镜的曲面顶点之间轴向距离90％的间隔中延伸。

如果d是两个凹面镜之间光轴上的距离，d1是第一中间图像和第一凹面镜之间的光轴上的距离，d2是第二凹面镜和第二中间图像之间光轴上的距离，则优选的满足这样的关系：0.5d/2＜d1＜1.5d/2，优选的是0.5d/2＜d2＜1.5d/2。上面提到的距离是将沿着光轴测量的距离，所述光轴可以被折叠。优选的是，大多数离轴场点的主光线在第一中间图像位置附近中两个凹面镜之间d/4和3d/4之间所描述的相同区域中与光轴交叉。然后光瞳位置远离凹面镜。

已经发现，有用的是，设计这样的光学系统，使得至少一个中间图像优选的是所有的中间图像定位成在中间图像和下一个光学表面之间存在有限的最小距离，即在大多数实施例中的镜面。如果保持了有限的最小距离，可以避免的是在光学表面上或者光学表面中的污染物或者故障被尖锐的成像到像面上而造成对图形的所需要成像的干扰。优选的是，根据中间图像处的辐射的数值孔径来选择该有限的距离，使得靠近中间图像的光学表面上的辐射的子孔径(特别是场点的覆盖区域)具有最小直径为至少3mm，或者至少5mm，或者至少10mm，或者至少15mm。从图形和表中很显然的是，关于镜间间隔内的中间图像和光学上最靠近该中间图像布置的镜面之间的距离，大多数或者所有的实施例都容易满足这些条件。具有布置在凹面镜之间的中间区域中的中间图像的实施例在这个方面来讲具有本身固有的优越性。

上面所描述实施例的所有透明光学部件是由相同的材料制成的，即熔融石英(SiO₂)，可能例外的是最后的像侧透镜可能由氟化钙制成。然而，可以使用其它的材料，特别是在工作波长处透明的晶体碱土金属的氟化物材料。为了例如帮助色差的校正(如果需要的化)还可以使用至少一个第二种材料。当然，在用于其它波长例如248nm或者157nm的系统的情况下，也可以使用本发明的有利之处。

上面描述的部分实施例或者所有的实施例满足了部分或者所有的条件。

应当理解的是，上面描述的所有的系统可能是用于从实物中形成实像(例如在晶片上)的完整的系统。然而，本系统可以作为较大系统的部分系统。例如，上面提到的系统的“物体”可能是由物面上游的成像系统(中继系统)形成的图像。同样，由上面提到的系统形成的图像可以用作像面下游系统(中继系统)的物体。

已经通过实例给出了优选实施例的上述描述。根据所公开的内容，本领域的技术人员不仅能够理解本发明和伴随的优点，并且能够发现对于所公开的结构和方法进行各种改变和变型是显而易见的，因此，本发明要求保护的是由本发明的权利要求书以及等效表述所涵盖的落入本发明精神和范围的所有修改和变型。

通过参考，使得所有权利要求的内容构成了说明书的一部分。

表4

J205

表4A

非球面常数

表7

J206

表7A

非球面常数

表8

J201

表8A

非球面常数

表16

NA＝1.2，β＝0.25

表16A

非球面常数

表17

NA＝1.2，β＝0.25

表17A

非球面常数

表19

NA＝1.2，β＝0.25

表19A

非球面常数

表20

NA＝1.2，β＝0.25

表20A

非球面常数

表21

NA＝1.2，β＝0.25

表21A

非球面常数

表22

表22A

非球面常数

表23

Ymax＝64.675mm；NA＝1.2

表23A

非球面常数

表27(EM28)

表27A

非球面常数

表28(EM25)

NA 1.2；Fmin＝18.63mm；Fmax＝66mm

表28A

非球面常数

表30(EM29)

表30A

非球面常数

表31(EM29)

表31A

非球面常数

表32(EM29)

表32A

非球面常数

表34(EM26)

NA1.2；Fmin＝18.63mm；Fmax＝66mm

表34A

非球面常数

表36(EM27)

NA 1.2；Fmin＝18.63mm；Fmax＝66mm

表36A

非球面常数

表37(j342p)

表37A

非球面常数

表38(j344p)

表38A(j344p)

非球面常数

表39(dave 040421)

表39A(dave 040421)

非球面常数

表40(d125i9)

表40A(d125i9)

非球面常数

表41

Claims (22)

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，

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。

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个具有相当大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，其中存在正好两个凹面镜和正好两个中间图像。

10.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。

11.根据权利要求10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。

12.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。

13.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。

14.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。

15.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β₁在1<|β₁|<2.5范围的放大成像系统。

16.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。

17.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。

18.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。

19.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。

20.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。

21.一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。

22.一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的反射折射投影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。

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