CN102870030B - 成像光学系统和具有这种成像光学系统的用于微光刻的投射曝光设备 - Google Patents

Abstract

一种成像光学系统（1），其具有多个反射镜（M1-M6），该多个反射镜（M1-M6）将物平面（5）中的物场（3）成像至像平面（9）中的像场（7），该成像光学系统包括第一部分物镜（11）和第二部分物镜（13），第一部分物镜（11）将物场成像至中间像（15）上，第二部分物镜（13）将中间像成像至像场上，并包括物场和像场之间的成像光线（17）的光路中的倒数第二个反射镜（M5）、以及该光路中的最后一个反射镜（M6）。这里，倒数第二个反射镜（M5）将中间像成像至另一中间像（19）上，且最后一个反射镜将该另一中间像成像至像场上。

Description

成像光学系统和具有这种成像光学系统的用于微光刻的投射曝光设备

技术领域

本发明涉及具有多个反射镜的成像光学系统，所述多个反射镜将物平面中的物场成像至像平面中的像场中。此外，本发明涉及具有这种光学系统的投射曝光设备，并涉及借助于这种投射曝光设备制造微结构元件的方法。

背景技术

由US 2006/0232867A1和US 2008/0170310A1可获知开始提及类型的成像光学系统。该类型成像光学系统包含第一部分物镜和第二部分物镜，第一部分物镜将物场成像至中间像上，第二部分物镜将中间像成像至像场上。该情况中的第二部分物镜包含物场和像场之间的成像光的光路中的倒数第二个反射镜，以及该光路中的最后一个反射镜。

发明内容

本发明的目的是减少最后一个反射镜的直径。

该目的通过具有多个反射镜的成像光学系统实现，该多个反射镜将物平面中的物场成像至像平面中的像场中。成像光学系统包含将物场成像至中间像上的第一部分物镜和将中间像成像至像场上的第二部分物镜。第二部分物镜包含物场和像场之间的成像光的光路中的倒数第二个反射镜、以及光路中的最后一个反射镜。在该情况中，倒数第二个反射镜和最后一个反射镜被设计为使得倒数第二个反射镜将中间像成像至另一中间像上，且最后一个反射镜将另一中间像成像至像场上。

由于成像光学系统被设计为使得另一中间像位于在倒数第二个反射镜和最后一个反射镜之间的光路中的事实，最后一个反射镜的直径可被减小。由于另一中间像，与在倒数第二个和最后一个反射镜之间没有中间像的成像光学系统相比，为了使用最后一个反射镜将中间像成像至像场上，必须增加最后一个反射镜的光学折射能力并因而增加曲率。最后一个反射镜更强的曲率导致弧矢（sagitta）的增大，特别是在反射镜的边缘处。因此，降低最后一个反射镜的直径。

在该成像光学系统的情况中，物平面和像平面位于离成像光学系统有限距离的位置处。当物平面和最接近物平面的光学元件之间的距离，或像平面和位于接近像平面的光学元件之间的距离小于5m时，该距离被认为是有限的。

该申请含义中的中间像被理解为物场的实像，其不是像场，而是被另一次成像（imaging）首先成像至像场中。

该申请含义中的部分物镜被理解为一个或多个光学元件的布置，该布置将成像光学系统的物场成像至中间实像，或将中间实像成像至另一中间实像，或将中间实像成像至成像光学系统的像场上。从而，在部分物镜的情况中，成像光学系统的中间像为部分物镜的物场，或部分物镜的像场，或部分物镜的物场和像场二者。在此情况中，部分物镜继而可包含两个或更多的部分物镜。因为第二部分物镜包括在第二部分物镜的两个反射镜之间的中间像，所以第二部分物镜继而包含两个部分物镜。一个部分物镜包含倒数第二个反射镜，而另一个部分物镜包含最后一个反射镜。

这里，最后一个反射镜为布置在像平面直接上游的光路中的反射镜，而倒数第二个反射镜为布置在最后一个反射镜直接上游的光路中的反射镜。

倒数第二个反射镜具有正光学折射能力，以便将中间像成像至另一中间像。在一个实施例中，倒数第二个反射镜被设计为凹反射镜。

最后一个反射镜同样具有正光学折射能力，以便将另一中间像成像至像场上。在一个实施例中，最后一个反射镜被设计为凹反射镜。

在一个实施例中，最后一个反射镜具有用于成像光通过的通孔。从而，与具有无通孔的最后一个反射镜的成像光学系统相比，像场中的数值孔径可增加。特别是，如果最后一个反射镜没有用于成像光的通孔，则必须将光路引导越过（past）最后一个反射镜。数值孔径的增加将导致倒数第二个反射镜和最后一个反射镜上的光线的入射角增大。在最后一个反射镜的光学使用区域内的通孔具有最后一个反射镜不反射全部成像光束的效果。依照通孔的尺寸，出现光瞳照明的遮挡，即所谓的光瞳遮挡。该情况中，光学使用区域为反射镜被成像光照射的区域。

在一个实施例中，倒数第二个反射镜在其光学使用区域内不具有用于成像光通过的通孔。这不排除倒数第二个反射镜在光学使用区域外具有用于成像光通过的通孔。特别是，出于机械的理由，增大倒数第二个反射镜在光学使用区域之外的物理范围是有利的。这可导致在倒数第二个反射镜的光学使用区域之外需要用于成像光通过的通孔。

在一个实施例中，倒数第二个反射镜布置在最后一个反射镜和像场之间的成像光束之外。成像光束包含从整个物场发出并完全充满成像光学系统的孔径光阑的所有光线。

如果倒数第二个反射镜在其光学使用区域内不具有用于成像光的通过的通孔，且倒数第二个反射镜被布置在最后一个反射镜和像场之间的成像光束之外，则倒数第二个反射镜对光瞳遮挡不施加影响。

此外，因此在倒数第二个反射镜和像平面之间可获得充分大的工作距离。在一个实施例中，倒数第二个反射镜的外直径与在倒数第二个反射镜和像平面之间的工作距离的比率小于5。反射镜的外直径被定义为圆的直径，该圆一方面包围反射镜上的光学使用区域，并且另一方面具有最小的直径。光学使用区域包含成像光束的所有光线在反射镜上的入射点。反射镜的工作距离被定义为从像平面到反射镜表面上的点的最小距离，垂直于像平面测量该距离。如果倒数第二个反射镜的外直径与在倒数第二个反射镜和像平面之间的工作距离的比率具有大于5的值，则由于反射镜过分小的厚度而存在倒数第二个反射镜将变得不稳定的风险。

在一个实施例中，倒数第二个反射镜的外直径与在倒数第二个反射镜和像平面之间的工作距离的比率小于2。

在一个实施例中，倒数第二个反射镜的外直径小于最后一个反射镜的外直径。在该情况中，第二部分物镜导致中间像和像场之间的数值孔径的增加。这使在第一部分物镜中的数值孔径和在第二部分物镜中的数值孔径能够在两步中增加。

在另一实施例中，倒数第二个反射镜具有在倒数第二个反射镜的光学使用区域内的用于成像光通过的通孔。例如，当倒数第二个反射镜和最后一个反射镜具有共同的对称轴（两个反射镜表面的数学描述关于该轴旋转对称）时，出现该构造。在最后一个反射镜处反射的成像光在至像平面的光路上通过在倒数第二个反射镜中的通孔。

至少一个反射镜或成像光学系统可具有被设计为自由形状表面，该自由形状表面不能由旋转对称函数描述。

从US 2007/0058269 A1已知用于微光刻的投射曝光设备的投射物镜的反射镜的反射表面的这种自由形状表面。他们例如可由旋转对称的基准面产生。

可通过以下等式数学地描述自由形状表面：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{j=2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{C_j}{R_{\mathrm{norm}}^{n+m}}{X}^m{Y}^n---\left(1\right)$

其中适用的是：

$j=\frac{{(m+n)}^2+m+3n}{2}+1---\left(2\right)$

Z是自由形状表面在点X，Y（X²+Y²=r²）处的弧高（sagitta）。

r是局部表面坐标系的径向距离。

c是与顶点曲率对应的常数。

K对应于圆锥常数。

C_j是单项式X^mYⁿ的系数。

R_norm是用于系数的归一化因子。

典型地基于成像光学系统内的反射镜的期望光学特性，确定c、k和C_j的值。单项式的次数m+n可随意变化。更高次单项式可导致具有较好像差校正的成像光学系统的设计，但是计算更复杂，可假定m+n的值在3和大于20之间。

自由形状表面也可由泽尼克（Zernike）多项式来数学地描述，泽尼克多项式例如在光学设计软件CODE的手册中被解释。替代地，自由表面可借助于二维样条表面描述，其示例为贝塞尔曲线（Bezier curves）或非均匀有理B样条（NURBS）。二维样条表面例如可由在xy平面中的点的网络和关联的z值来描述，或由这些点和与其关联的梯度描述。依赖于样条面的相应类型，例如利用连续性和可微分性具有特殊性质的多项式或函数在网络点之间插值来获得完整表面。

自由形状表面优选地离旋转对称的表面具有至少成像光的波长的绝对值的最大偏差，该旋转对称的表面不需要与最适合于自由形状表面的设计基准面一致。在使用EUV波长（即5nm至30nm的波长）的照明的情况中，该偏差至少为几个10nm，例如50nm。例如100nm、500nm、1μm的较大偏差或者甚至在毫米范围中的更大偏差也是可能的。当使用具有较大波长的成像光的系统时，甚至更高的偏差仍是可能的。

在该情况中，可以设计成像光学系统的单个反射镜为自由形状表面，或设计成像光学系统的多个或者全部反射镜为自由形状表面。

自由形状表面、而不是具有旋转对称轴的反射表面的使用产生新的设计自由度，且这产生具有使用旋转对称反射表面不能实现的特性的组合的成像光学系统。自由形状表面的使用提供了实现具有小像差以及特别是高光通过量的紧凑成像光学系统的可能，这正好用于在最后一个反射镜中具有通孔的成像光学系统。由于自由形状表面的使用，可实现在光学使用区域内没有用于成像光通过的通孔的倒数第二个反射镜，这是因为倒数第二个反射镜以偏心方式布置。

在一个实施例中，中间像布置在最后一个反射镜的通孔的附近，其意味着通孔具有小的范围。最后，这在成像光束照射到最后一个反射镜时，导致成像光束的小遮挡。对于最后一个反射镜是唯一具有通孔的反射镜的情况，通孔的范围与最后一个反射镜的范围的比率大致确定光瞳遮挡的尺寸。

在一个实施例中，第一部分物镜包含四个反射镜。

在一个实施例中，在从物场至中间像的光路中的第一个反射镜具有正的光学折射能力，光路中的第三个反射镜具有负的光学折射能力，且光路中的第四个反射镜具有正的光学折射能力。

在一个实施例中，成像光学系统精确地具有六个反射镜。

反射镜的数量影响成像光学系统的光传输率。反射镜的数量越小，成像光学系统的光传输率越大。对于EUV波长的情况中的成像光学系统，这在特定的程度上是正确的，因为当光垂直入射或大致垂直入射时，EUV反射镜的反射率大约为至多70％。

在一个实施例中，成像光学系统为反射式物镜。从而，专门（exclusively）使用用作成像光学元件的反射镜。反射式物镜特别适合于没有透明光学材料可用的波长的成像光。

在一个实施例中，在所有反射镜上的所有光线关于光线入射点的位置处的表面法线具有小于45°的入射角。

至少0.3的像平面中的数值孔径确保了成像光学系统的高分辨率。

在一个实施例中，数值孔径至少为0.4。

在一个实施例中，数值孔径至少为0.5。

可通过增加反射镜的数量或使用非球面或自由形状表面而增加设计自由度来实现高达0.8的数值孔径。

在一个实施例中，物场是矩形的。这特别是在使用成像光学系统作为投射曝光设备中的投射物镜时，使工艺管理便利了。特别地，这种矩形场可通过使用非旋转对称的自由形状表面作为成像光学系统的反射镜的反射表面来实现。像场在短侧可具有在2mm和6mm之间的宽度，并且在长侧具有在12mm和26mm之间的长度。

在另一实施例中，物场也可具有环形场段（segment）的形状。只要当所有光学元件的光学表面可由关于穿过的光轴旋转对称的数学函数描述时，这都是有利的。

当成像光学系统被用作用于微光刻的投射物镜时，成像光学系统的优点表现得特别好。

具有本发明的成像光学系统作为投射物镜的本发明的投射曝光设备的优点对应于上面参考成像光学系统所提及的优点。

投射曝光设备的光源可被设计为产生具有在5nm和30nm之间的波长的EUV照明光。

相应的优点适用于本发明的制造方法和由此制造的微结构元件。

附图说明

借助于附图，下面更详细地说明本发明，其中:

图1以子午截面示出了具有倒数第二个反射镜的成像光学系统的实施例，该倒数第二个反射镜没有通孔；

图2以弧矢截面示出了图1的实施例；

图3示出了来自图1的子午截面的细节图；

图4示出了在图1的实施例的倒数第二个反射镜上的照明区域、和用于确定倒数第二个反射镜的外直径的辅助圆；

图5以子午截面示出了具有倒数第二个反射镜的成像光学系统的另一实施例，该倒数第二个反射镜没有通孔；

图6以子午截面示出了具有倒数第二个反射镜的成像光学系统的实施例，该倒数第二个反射镜具有通孔；

图7以子午截面示出了具有倒数第二个反射镜的成像光学系统的另一实施例，该倒数第二个反射镜具有通孔；

图8以子午截面示出了具有倒数第二个反射镜的成像光学系统的另一实施例，该倒数第二个反射镜具有通孔；以及

图9示出了用于EUV微光刻的投射曝光设备的示意图。

具体实施方式

图1以子午截面示出了成像光学系统1的实施例。在本申请的意义上，子午截面被理解为穿过成像光学系统的、在成像光学系统的对称平面中的截面。在这点上，图2以弧矢截面示出了相同的实施例。在本申请的意义上，弧矢截面被理解为垂直于成像光学系统的对称平面的平面中的截面。这里，反射镜被描述为在该平面中的截面线，且光线被描述为至该平面中的投影。成像光学系统1将物平面5中的物场3成像至像平面9中的像场7。成像光学系统1具有六个反射镜，该六个反射镜在从物场3开始的光路中顺序地被列举为M1至M6。成像光学系统1为反射式物镜。

物场3为矩形的，并在y方向中具有8mm的范围，以及在x方向中具有104mm的范围。成像光学系统1的成像比例为0.25，使得像场7在y方向中具有2mm的范围，并在x方向中具有26mm的范围。

像方数值孔径NA为0.5。

成像光学系统1包含第一部分物镜11和第二部分物镜13，第一部分物镜11将物场3成像至中间像15，第二部分物镜13将中间像15成像至像场7上。第一部分物镜包含四个反射镜M1至M4。第二部分物镜13包含在物场3和像场7之间的成像光17的光路中的倒数第二个反射镜M5、以及光路中的最后一个反射镜M6。倒数第二个反射镜M5被设计为凹反射镜，并将中间像15成像至另一中间像19。最后一个反射镜M6同样地被设计为凹反射镜，并将另一中间像19成像至像场7上。

用于成像光学系统1的光学数据被组织在表1a、1b和1c中。表1a从物平面开始，针对反射镜M1至M6的光学表面，分别具体说明了顶点曲率c的倒数（半径）和与光路中的相邻元件的z距离对应的距离值。该情况中，z距离与全局参考坐标系相关，该全局参考坐标系的原点及其x轴和y轴位于物平面中。表1b针对反射镜M1至M6，具体说明了在上面列出的自由形状表面等式（1）中的单项式X^mYⁿ的系数C_j。该情况中，R_norm代表归一化因子。此外，表1c具有以毫米和度为单位的绝对值，适当时，从全局参考坐标系开始，各个反射镜被偏心（Y偏心）和旋转（X旋转）所述绝对值，。这与自由形状表面设计方法的情况中的平行位移和倾斜对应。这里，存在y方向中的位移和关于x轴的旋转。

依照上述指定的公式（1）和（2），将所有六个反射镜M1至M6的反射表面设计为可由非旋转对称函数描述的自由形状表面。将反射镜M1、M4、M5和M6设计为凹反射镜。将反射镜M2设计为凸反射镜。反射镜M3具有鞍状（saddle）表面作为反射表面。

反射镜M1和M6以及反射镜M3和M6关于它们反射表面的取向为背对背地布置。

图1的子午截面中示出的是自三个物场点发出的三条单独光线的各自光路，该三个物场点在图1的y方向中彼此分开。属于这三个物场点之一的三条单独光线代表主光线23和两条孔径光线。在图2的弧矢截面中同样示出的是自三个物场点发出的三条单独光线的各自光路，该三个物场点在图2的x方向中彼此分开。属于这三个物场点之一的三条单独光线代表主光线23和两条孔径光线。主光线23垂直于像场9中的像平面7行进。孔径光线与各个主光线成一角度，该角度对应于像方数值孔径。在图1中，仅是出于示意性目的而描述了主光线23，因为由于成像光学系统1的光瞳遮挡，主光线23不是成像光学系统1的这里涉及的实际光线，而是虚拟光线。这些主光线23，从物平面5发出，最初相对于彼此发散地行进。这在下面也被表示为成像光学系统1的入瞳的负后焦点。根据图1的成像光学系统1的入瞳不位于成像光学系统1内，而是在物平面5上游光路中。作为示例，因此可以在成像光学系统1的上游光路中将照明光学系统的光瞳元件布置在成像光学系统1的入瞳中，而不需要在该光瞳元件和物平面5之间存在其它成像光学元件。

成像光学系统1被设计为使得成像光17行进直至中间像15，而没有成像光束在单独反射镜之间交叉（cross over）。

在光学使用区域内，反射镜M1至M4的光学使用区域不具有用于成像光17通过的通孔。反射镜M5，即在物场3和像场7之间的成像光17的光路中的倒数第二个反射镜，在光学使用区域内也不具有用于成像光17通过的通孔。

将反射镜M5布置在最后一个反射镜M6和像场17之间的成像光束之外。

反射镜M6，即在物场3和像场7之间的成像光17的光路中的最后一个反射镜，具有用于成像光17通过的通孔。成像光17穿过在反射镜M4和M5之间的光路中的反射镜M6中的通孔21。在通孔21的周围使用反射镜M6。

图3用于说明如何确定在倒数第二个反射镜M5和像平面9之间的工作距离。示出了来自根据图1的成像光学系统的细节图，具体地，具有反射镜M5和M6的第二部分物镜13包括成像光17的光路。为了确定倒数第二个反射镜M5关于像平面9的工作距离27，确定反射镜M5的反射镜表面上的点离像平面9的最小距离，垂直于像平面9测量该距离。在倒数第二个反射镜M5和像平面9之间的工作距离27为38mm。

图4用于说明在本申请的意义上如何确定反射镜的外直径。倒数第二个反射镜M5上的光学使用区域的边缘29被示出，在出瞳完全照明的情况下，该边缘29导致矩形的物场3。图4也示出了用于确定反射镜M5的外直径的辅助圆31。确定辅助圆31，使其包围被照明区域29并且同时具有最小的半径。外直径为166mm。

从而，外直径与工作距离的比率为4.4并小于5。

最后一个反射镜M6具有605mm的外直径。从而，倒数第二个反射镜M5的外直径小于最后一个反射镜M6的外直径。

图5以子午截面示出了成像光学系统501的另一实施例。与图1的元件相应的图5中的元件具有与图1中的参考标记加上500之后相同的参考标记。对于这些元件的描述，参考图1的描述。

成像光学系统501将物平面505中的物场503成像至像平面509中的像场507中。成像光学系统501具有六个反射镜，该六个反射镜在从物场503开始的光路中顺序地被列举为从M501至M506。成像光学系统501为反射式物镜。

成像光学系统501的成像比例为0.25。

像方数值孔径NA为0.5。

成像光学系统501包含第一部分物镜511和第二部分物镜513，第一部分物镜511将物场503成像至中间像515，第二部分物镜513将中间像515成像至像场507上。第一部分物镜包含四个反射镜M501至M504。第二部分物镜包含在物场503和像场507之间的成像光517的光路中的倒数第二个反射镜M505、以及光路中的最后一个反射镜M506。倒数第二个反射镜M505将中间像515成像至另一中间像519。最后一个反射镜M506将另一中间像519成像至像场507上。

将用于成像光学系统501的光学数据汇编在表5a、5b和5c中。

将所有六个反射镜M501至M506的反射表面设计为可由非旋转对称函数描述的自由形状表面。

将反射镜M501、M504、M505和M506设计为凹反射镜。反射镜M502和M503具有鞍状表面作为反射表面。

将反射镜M501和M506以及M503和M506关于其反射表面的方向布置为背对背。

图5的子午截面中示出的是从物场503的中心的物场点发出的三条单独光线的光路。三条单独光线代表主光线523和两条孔径光线。主光线523垂直于像场509中的像平面507行进。孔径光线与主光线523成一角度，该角度对应于像方数值孔径。再一次地，图5中主光线523的描绘仅是出于示意性目的，因为由于成像光学系统501的光瞳遮挡，主光线523不是这里涉及的成像光学系统501的实际光线，而是虚拟光线。

成像光学系统501具有成像光学系统501的入瞳的负后焦点。

图5的子午截面解释了在反射镜M502和反射镜M503之间的成像光束、以及在反射镜M504和反射镜M505之间的成像光束是交叉的。这将图5的实施例与图1的实施例区别开，等等。

在光学使用区域内，反射镜M501至M504的光学使用区域不具有用于成像光517通过的通孔。反射镜M505，即在物场503和像场507之间的成像光517的光路中的倒数第二个反射镜，也不具有用于成像光517通过的通孔。

将反射镜M505布置在最后一个反射镜M506和像场507之间的成像光束之外。

反射镜M506，即在物场503和像场507之间的成像光517的光路中的最后一个反射镜，具有用于成像光517通过的通孔。成像光517穿过在反射镜M504和M505之间的光路中的反射镜M506中的通孔521。

中间像515邻近反射镜M506中的通孔521。因此与反射镜M506的使用的反射表面相比，该通孔521可以具有小的构造。光瞳遮挡，即成像光学系统501的出瞳内经由通孔521遮掩的表面相对于所述出瞳的总面积的比率，在成像光学系统501的情况中为5.2％。光瞳遮挡的直径与出瞳直径的比率为23％。

倒数第二个反射镜M505和像平面509之间的工作距离为93mm。

反射镜M505的外直径为135mm。

从而，外直径与工作距离的比率为1.45，并小于5，特别是小于2。

最后一个反射镜M506具有906mm的外直径。从而，倒数第二个反射镜M505的外直径小于最后一个反射镜M506的外直径。

图6以子午截面示出了成像光学系统601的另一实施例。与图1的元件对应的图6中的元件具有与图1中的参考标记加上600后相同的参考标记。针对这些元件的描述，参考图1的描述。

成像光学系统601将物平面605中的物场603成像至像平面609中的像场607。成像光学系统601具有六个反射镜，该六个反射镜在从物场603开始的光路中顺序地被列举为从M601至M606。成像光学系统601为反射式物镜。

成像光学系统601具有光轴633，该光轴633垂直于物平面605和像平面609，并作为连续的直线从物平面605行进至像平面609。光轴633同时为对称轴，六个反射镜M601至M606的反射表面的数学表面描述关于该对称轴旋转对称。

物场603构成围绕光轴633为中心的环形场段。

像方数值孔径NA为0.3。

成像光学系统601包含第一部分物镜611和第二部分物镜613，第一部分物镜611将物场603成像至中间像615，第二部分物镜613将中间像615成像至像场607。第一部分物镜包含四个反射镜M601至M604。第二部分物镜613包含在物场603和像场607之间的成像光617的光路中的倒数第二个反射镜M605和光路中的最后一个反射镜M606。倒数第二个反射镜M605被设计为凹反射镜并将中间像615成像至另一中间像619。最后一个反射镜M606同样被设计为凹反射镜并将另一中间像619成像至像场607。

将反射镜M602、M604、M605和M606设计为凹反射镜。将反射镜M601设计为凸反射镜。反射镜M603具有基本平的反射表面。

图6示出了多条孔径光线的光路，该多条孔径光线从在物场603内的物场点发出。孔径光线由反射镜M603限制界限，反射镜M603的反射镜边缘作为孔径光阑并被布置在光瞳平面625中。在图6中，一些孔径光线仅作为解释而绘出，因为由于成像光学系统601的光瞳遮挡，其不是这里涉及的成像光学系统601的实际光线，而是虚拟光线。

将成像光学系统601设计为使得成像光线617向上行进至中间像615，而没有成像光束在单独反射镜之间交叉。

反射镜M601至M604的光学使用区域在光学使用区域内不具有用于成像光617通过的通孔。

相比较而言，在光学使用区域内，倒数第二个反射镜M605和最后一个反射镜M606具有用于成像光617通过的通孔。在反射镜M604至M605之间的光路中，成像光617通过反射镜M606中的通孔621。成像光617通过在反射镜M606和像场607之间的光路中的反射镜M605中的通孔635。

围绕通孔635使用倒数第二个反射镜M605，并围绕通孔621使用最后一个反射镜M606。

给定倒数第二个反射镜M605具有通孔635，则一方面反射镜M605和反射镜M606可具有反射表面，该反射表面各自的数学表面描述关于光轴633旋转对称，而另一方面可增大像方数值孔径，因为成像光617不再需要被引导越过倒数第二个反射镜M605。

用于遮蔽成像光学系统601的光瞳的遮挡光阑可布置在反射镜M603上，该反射镜M603布置在光瞳平面625中。在该情况中，遮挡光阑至少遮蔽成像光617在光瞳平面625中的区域，由于两个通孔621和635，该区域对物场603的成像没有贡献。

图7以子午截面示出了成像光学系统701的另一实施例。与图6的元件对应的图7中的元件具有与图6中的参考标记增上100相同的参考标记。对于这些元件的描述，参考图6的描述。

成像光学系统701将物平面705中的物场703成像至像平面709中的像场707。成像光学系统701具有六个反射镜，该六个反射镜在从物场703开始的光路中顺序地被列举为从M701至M706。成像光学系统701为反射式物镜。

成像光学系统701具有光轴733，该光轴733垂直于物平面705和像平面709，并作为连续的直线从物平面705行进至像平面709。光轴733同时为对称轴，六个反射镜M701至M706的反射表面的数学表面描述关于该对称轴旋转对称。

物场703构成围绕光轴733为中心的环形场的段。

像方数值孔径NA为0.45。

成像光学系统701包含第一部分物镜711和第二部分物镜713，第一部分物镜711将物场703成像至中间像715，第二部分物镜713将中间像715成像至像场707。第一部分物镜包含四个反射镜M701至M704。第二部分物镜713包含在物场703和像场707之间的成像光717的光路中的倒数第二个反射镜M705以及光路中的最后一个反射镜M706。倒数第二个反射镜M705被设计为凹反射镜并将中间像715成像至另一中间像719。最后一个反射镜M706同样被设计为凹反射镜并将另一中间像719成像至像场707。

成像光学系统701总共具有四个中间像和五个部分物镜。反射镜M701作为部分物镜产生第一中间像739。中间像739由作为另一部分物镜的反射镜M702成像至另一中间像741。中间像741由作为另一部分物镜的反射镜M703和M704成像至另一中间像715。中间像715由作为另一部分物镜的反射镜M705成像至另一中间像719。中间像719由作为另一部分物镜的反射镜M706成像至像场707。从而，部分物镜711包含三个部分物镜，而部分物镜713包含两个部分物镜。

将反射镜M701、M702、M704、M705和M706设计为凹反射镜。仅将反射镜M703设计为凸反射镜。

图7示出了多条孔径光线的光路，该多条孔径光线从物场703内的物场点发出。孔径光线由反射镜M703限制界限，反射镜M703的反射镜边缘作为孔径光阑并被布置在光瞳平面725中。在图7中，一些孔径光线仅仅是出于示意性的目的而被绘出，因为由于成像光学系统701的光瞳遮挡，其不是这里涉及的成像光学系统701的实际光线，而是虚拟光线。

反射镜M701至M703的光学使用区域在光学使用区域内不具有用于成像光717通过的通孔。

将反射镜M703完全布置在反射镜M704和中间像715之间的成像光束内，并且因此导致光瞳照明的遮挡，即使反射镜M703不具有用于成像光717通过的通孔。

在光学使用区域内，反射镜M704具有用于成像光717通过的通孔。成像光717通过在反射镜M702和M703之间的光路中的反射镜M704中的通孔737。

围绕通孔737使用反射镜M704。

给定反射镜M704具有通孔737，一方面反射镜M703和M704可具有反射表面，该反射表面各自的数学表面描述关于光轴733旋转对称，另一方面中间像715的数值孔径可被增大，因为成像光717不再需要被引导越过反射镜M704。

如在图7的实施例中所示，倒数第二个反射镜M705和最后一个反射镜M706在光学使用区域内具有用于成像光717通过的通孔。成像光717穿过在反射镜M704和M705之间的光路中的反射镜M706中的通孔721。成像光717穿过在反射镜M706和像场707之间的光路中的反射镜M705中的通孔735。

围绕通孔735使用倒数第二个反射镜M705，并且围绕通孔721使用最后一个反射镜M706。

用于遮蔽成像光学系统701的光瞳的遮挡光阑可布置在反射镜M703上，该反射镜M703布置在光瞳平面725中。在该情况中，遮挡光阑至少遮蔽成像光717在光瞳平面725中的区域，由于三个通孔721、735和737以及布置在成像光束内的反射镜M703，该区域对物场703的成像没有贡献。

图8以子午截面示出了成像光学系统801的另一实施例。与图7的元件对应的图8中的元件具有与图7中的参考标记增加100后相同的参考标记。对于这些元件的描述，参考图7的描述。

成像光学系统801将物平面805中的物场803成像至像平面809中的像场807。成像光学系统801具有八个反射镜，该八个反射镜在从物场803开始的光路中顺序地被列举为从M801至M808。成像光学系统801为反射式物镜。

成像光学系统801具有光轴833，该光轴833垂直于物平面805和像平面809，并作为连续的直线从物平面805行进至像平面809。光轴833同时为对称轴，八个反射镜M801至M808的反射表面的数学表面描述关于该对称轴旋转对称。

物场803构成围绕光轴833为中心的环形场段。

成像光学系统801的成像比例为0.25。

像方数值孔径NA为0.5。

成像光学系统801包含第一部分物镜811和第二部分物镜813，第一部分物镜811将物场803成像至中间像815，第二部分物镜813将中间像815成像至像场807。第一部分物镜包含六个反射镜M801至M806。第二部分物镜813包含在物场803和像场807之间的成像光817的光路中的倒数第二个反射镜M807、以及光路中的最后一个反射镜M808。倒数第二个反射镜M807被设计为凹反射镜并将中间像815成像至另一中间像819。最后一个反射镜M808同样被设计为凹反射镜并将另一中间像819成像至像场807。

成像光学系统801总共具有三个中间像和四个部分物镜。反射镜M801至M804作为部分物镜产生第一中间像843。中间像843由作为另一部分物镜的反射镜M805和M806成像至另一中间像815。中间像815由作为另一部分物镜的反射镜M807成像至另一中间像819。中间像819由作为另一部分物镜的反射镜M808成像至像场807。从而，部分物镜811和部分物镜813各自包含两个部分物镜。

将反射镜M801、M804、M806、M807和M808设计为凹反射镜。将反射镜M802、M803和M805设计为凸反射镜。

图8示出了多条孔径光线的光路，该多条孔径光线从物场803内的物场点发出。孔径光线由反射镜M805限制界限，反射镜M805的反射镜边缘作为孔径光阑并被布置在光瞳平面825中。在图8中，一些孔径光线仅仅是出于示意性的目的而被绘出，因为由于成像光学系统801的光瞳遮挡，其不是成像光学系统801这里涉及的实际光线，而是虚拟光线。

反射镜M801至M804的光学使用区域在光学使用区域内不具有用于成像光817通过的通孔。

反射镜M805和反射镜M806在光学使用区域内具有用于成像光817通过的通孔。成像光817穿过在反射镜M804和M805之间的光路中的反射镜M806中的通孔845。成像光817穿过在反射镜M806和中间像815之间的光路中的反射镜M805中的通孔847。

围绕通孔847使用反射镜M805，并围绕通孔845使用反射镜M806。

如在图8的实施例中所示，倒数第二个反射镜M807和最后一个反射镜M808在光学使用区域内具有用于成像光817通过的通孔。成像光817穿过在反射镜M806和M807之间的光路中的反射镜M808中的通孔821。成像光817穿过在反射镜M808和像场807之间的光路中的反射镜M807中的通孔835。

围绕通孔835使用倒数第二个反射镜M807，并且围绕通孔821使用最后一个反射镜M808。

图9示出了用于微光刻的投射曝光设备901，其中可以利用先前描述的用于成像光学系统的实施例之一作为投射物镜907。投射曝光设备901具有用于产生照明光903的光源902。光源902为产生例如在5nm和30nm之间、特别是5nm和15nm之间的波长区域内的光的EUV光源。特别地，光源902可为具有13.5nm的波长的光源，或具有6.9nm波长的光源。也可使用其他的EUV波长。通常，甚至任意波长，例如可见光波长或者其他的可用于微光刻中并对于适当的激光光源和/或LED光源（例如365nm、248nm、193nm、157nm、129nm、109nm）可得的波长，用于照明光903也是可以的。照明光903的光路在图9中被示意性地示出。

照明光学系统906用作从光源902至物平面905中的物场904引导照明光903的目的。借助于投射物镜907，物场904被以规定的缩小比例成像至像平面909中的像场908中。用于在图1至8中所示的成像光学系统的实施例的一个可用作投射物镜907。像场908在x方向中具有在13mm和26mm之间的范围，以及在y方向中具有在2mm和6mm之间的范围，例如26mm的x范围和2mm的y范围。当使用根据图1或图5的实施例的成像光学系统的投射物镜907时，物场904和像场908为矩形的。当使用根据图6、图7或图8的实施例的成像光学系统的投射物镜907时，物场904和像场908具有环形段的形状。像平面909被布置为平行于物平面905。因此，与物场904重合的反射掩模（也被称为掩模母版）910的一部分被成像。

投射物镜907成像至基底911的表面上，基底911为晶片的形式，由基底保持件912支撑。在图9中示意性地示出的是在掩模母板910和投射物镜907之间行进至投射物镜907中的成像光的光束917、以及在投射物镜907和基底911之间行进出投射物镜907的成像光的光束914。

为了方便投射曝光设备901的描述和投射物镜907的各种设计的描述，附图指定了限定附图中示出的元件相应空间关系的笛卡尔xyz坐标系。图9中的x方向从附图的平面垂直地出现。y方向向左行进，而z方向向下行进。

投射曝光设备901为扫描和步进类型。在投射曝光设备901的运行期间，在y方向中扫描掩模母板910和晶片911。在微电子元件的曝光之后，在x方向或y方向中以步进方式位移晶片911。也可以仅采用投射曝光设备901的步进器（stepper）操作，该情况中，在晶片911的单独曝光之间仅发生晶片911在x方向或y方向中的步进位移。

为了制造微结构元件，采用以下方式使用投射曝光设备901：首先，准备反射掩模901或掩模母版、以及基底或晶片911；接着，借助于投射曝光设备901将掩模母版910上的结构投射至晶片911的光敏层上。然后，显影光敏层，以便在晶片911上制造微结构，并因而制造微结构元件。

表1a

表1c

表1b

表5a

表5c

表5b

Claims (14)

1.一种成像光学系统(1，501，601，701，801)，其具有多个反射镜(M1-M6，M501-506，M601-606，M701-706，M801-806)，所述多个反射镜将物平面(5，505，605，705，805)中的物场(3，503，603，703，803)成像至像平面(9，509，609，709，809)中的像场(7，507，607，707，807)，所述成像光学系统包括：

第一部分物镜(11，511，611，711，811)，其将所述物场成像至中间像(15，515，615，715，815)上，以及

第二部分物镜(13，513，613，713，813)，其将所述中间像成像至所述像场上，并包含所述物场和所述像场之间的成像光(17，517，617，717，817)的光路中的倒数第二个反射镜(M5，M505，M605，M705，M807)、以及所述光路中的最后一个反射镜(M6，M506，M606，M706，M808)，

其特征在于：

所述成像光学系统被设计为用于微光刻的投射物镜(907)，

所述倒数第二个反射镜(M5，M505，M605，M705，M807)将所述中间像成像至另一中间像(19，519，619，719，819)上，且

所述最后一个反射镜将所述另一中间像成像至所述像场上。

2.如权利要求1所述的成像光学系统，其中所述最后一个反射镜(M6，M506，M606，M706，M808)具有用于所述成像光通过的通孔(21，521，621，721，821)。

3.如权利要求1或2所述的成像光学系统(1，501)，其中所述光路中的所述倒数第二个反射镜(M5，M505)的反射表面在所述倒数第二个反射镜的光学使用区域内不具有用于所述成像光(17，517)通过的通孔。

4.如权利要求3所述的成像光学系统，其中所述倒数第二个反射镜(M5，M505)布置在所述最后一个反射镜(M6，M506)和所述像场(7，507)之间的成像光束之外。

5.如权利要求3所述的成像光学系统，其中所述倒数第二个反射镜具有外直径和离开所述像平面(9，509)的工作距离(27)，并且其中所述外直径与所述工作距离的比率小于5。

6.如权利要求3所述的成像光学系统，其中所述倒数第二个反射镜(M5，M505)具有外直径，且所述最后一个反射镜(M6，M506)具有外直径，并且

其中所述倒数第二个反射镜的外直径小于所述最后一个反射镜的外直径。

7.如权利要求1或2所述的成像光学系统(601，701，801)，其中所述光路中的所述倒数第二个反射镜(M605，M705，M807)的反射表面在所述倒数第二个反射镜的光学使用区域内具有用于所述成像光(617，717，817)通过的通孔(635，735，835)。

8.如权利要求1或2所述的成像光学系统(1，501)，其中至少一个反射镜(M1-M6，M501-506)的反射表面被设计为自由形状表面，该自由形状表面能够由非旋转对称函数描述。

9.如权利要求1或2所述的成像光学系统，其中所述第一部分物镜(11，511，611，711)包含四个反射镜(M1-M4，M501-M504，M601-604，M711-704)。

10.如权利要求1或2所述的成像光学系统，其中所述成像光学系统为反射式物镜。

11.如权利要求1或2所述的成像光学系统，其中在所述像平面中的数值孔径至少为0.3。

12.一种用于微光刻的投射曝光设备(901)，

-具有如权利要求1-11中的任一项所述的投射物镜(907)，

-具有用于产生照明光(903)的光源(902)，以及

-具有用于引导所述照明光直到所述投射物镜的物场(904)的照明光学系统(906)。

13.如权利要求12所述的投射曝光设备，其中所述光源被设计用于产生具有在5和30nm之间的波长的照明光。

14.一种用于制造结构化元件的方法，其具有以下方法步骤：

-设置掩模母版和晶片，

-借助于如权利要求12或13中所述的投射曝光设备，将所述掩模母板上的结构投射至所述晶片的光敏层上，以及

-在所述晶片上制造微结构。