CN105122142A

CN105122142A - 具有波前操纵器的投射镜头

Info

Publication number: CN105122142A
Application number: CN201480022474.4A
Authority: CN
Inventors: H.费尔德曼
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: TW201504770A; JP6339117B2; CN105122142B; TWI539244B; KR20150132293A; JP2016510142A; KR101804651B1; WO2014139719A1; DE102013204391B3

Abstract

一种投射镜头，用于通过具有λ<260nm的操作波长的电磁辐射将布置于该投射镜头的物平面(OS)中的图案成像至该投射镜头的像平面中，该投射镜头包含多个光学元件，其具有布置在该物平面(OS)与该像平面之间的投射光束路径中的光学表面。提供波前操纵系统，用于动态地影响从该物平面传送到该像平面的投射辐射的波前。波前操纵系统具有第一操纵器，其具有布置在该投射光束路径中的第一操纵器表面(MS1)以及用于可逆地改变该第一操纵器表面的表面形状和/或折射率分布的第一致动装置(DR1)。第一操纵器配置为使得横跨该第一操纵器表面的具有最大直径D_FP的光学使用区域，可根据特征周期P_CHAR＝D_FP/((N_MAX+N_MIN)/2)而产生该投射辐射的光学路径长度变化的最大值的数目N_MAX>1和最小值的数目N_MIN>1。第一操纵器表面布置为与该投射镜头的最近场平面(OS)相距有限第一距离(D1)，光学邻近于该场平面，使得从该场平面的场点出现的每一光束在该第一操纵器表面照明具有子孔径直径SAD的子孔径，且条件SAD/D_FP<0.2在该第一操纵器表面处适用。

Description

具有波前操纵器的投射镜头

技术领域

本发明涉及一种投射镜头，其用于通过具有小于260纳米的操作波长λ的电磁辐射将布置于投射镜头的物平面中的图案(pattern)成像至投射镜头的像平面中，且本发明涉及一种投射曝光方法，其可借助投射镜头实现。

背景技术

目前主要使用微光刻投射曝光方法来制造半导体部件及其它精细结构化部件，例如光刻掩模。这包含使用载有或形成要成像的结构的图案(例如半导体部件的层的线图案)的掩模(掩模母版)或其它图案化装置。图案定位于投射曝光设备中，在照明系统及投射镜头之间的投射镜头的物平面区域中，且图案由照明系统提供的的照射辐射照明。由图案改变的辐射作为预测辐射(predictionradiation)通过投射镜头，其以缩小比例将图案成像于要曝光的基板上。基板的表面布置在投射镜头的像平面中，该像平面与物平面光学共轭。基板一般涂布辐射敏感层(抗蚀剂、光刻胶)。

投射曝光设备发展的一个目标为在基板上微光刻地产生尺寸越来越小的结构。较小的结构将导致如在半导体部件中的较高集成度，其一般对所产生的微结构化部件的性能具有有利的影响。

可产生的结构的尺寸非常依赖于所使用的投射镜头的分辨能力，其一方面可通过减小用于投射的投射辐射的波长而增加，另一方面可通过增加过程中所使用的投射镜头的像侧数值孔径NA而增加。

现今的高分辨率投射镜头以小于260nm的波长工作于深紫外光范围(DUV)或极紫外光范围(EUV)中。

在深紫外光范围(DUV)的波长下，为了确保有足够的像差(aberration)(例如色差(chromaticaberration)、像场(imagefieldcurvature))的校正(correction)，通常使用折反射式投射镜头，其包含具有折射能力(refractivepower)的透明折射光学元件(透镜元件)以及具有反射能力(reflectivepower)的反射元件(即，曲面镜(curvedmirror)。一般来说，至少包含一个凹面镜(concavemirror)。致使尺寸为40nm的结构的投射的分辨能力现今利用浸没光刻在NA＝1.35及λ＝193nm时实现。

集成电路通过一系列的光学光刻法图案化步骤(曝光)及后续的工艺步骤(如蚀刻及掺杂)而产生于基板上。单独的曝光通常以不同的掩模或不同的图案来完成。为了使所完成的电路呈现出期望的功能，单独的光刻法曝光步骤之间需要尽可能地彼此配合，导致所制造的结构(例如接触体、线路及二极管、晶体管及其它电学功能单元的构件)尽可能地接近所规划电路布局的理想。

可能发生制造上的错误，尤其是在连续曝光步骤中所产生的结构没有足够正确地位于另外结构的顶部时，即重叠准确度不足时。来自光刻法工艺的不同制造步骤的结构的重叠准确度通常由术语“覆盖(overlay)”表示。这个术语表示例如两个连续光刻平面的重叠准确度。覆盖为集成电路制造中的重要参数，因为任何类型的对准误差都可能造成例如短路或缺少连接的制造错误并因而限制了电路的功能。

同样地，在多重曝光的方法中，对连续曝光的重叠准确度有严格的要求。举例来说，在双重图案化方法(double-patterningmethod)(或双重曝光方法)中，基板(例如半导体晶片)连续曝光两次并接着进一步处理光刻胶。在第一曝光过程中，举例来说，投射具有适当结构宽度的标准结构。针对第二曝光过程，使用第二掩模，其具有不同的掩模结构。举例来说，第二掩模的周期结构(periodicstructure)可相对第一掩模的周期结构移位半个周期。在一般的情况中，特别是针对较复杂的结构，两掩模布局之间的差异可能会很大。双重图案化可实现基板上周期结构的周期的减小。这只有在连续曝光的重叠准确度足够好(也就是覆盖(overlay)误差没有超过临界值)时才可完成。

因此，不充分的覆盖可大大地减少制造过程中良好零件的产量，结果增加了每一良好零件的制造成本。

发明内容

问题与解决方案

本发明解决了提供微光刻的投射镜头及投射曝光方法的问题，其允许不同光刻法工艺以小覆盖误差(smalloverlayerror)实现。

此问题通过包含权利要求1的特征的投射镜头以及通过包含权利要求13的特征的投射曝光方法来解决。

有利的发展如从属权利要求所指定。所有权利要求的措辞通过引用并入说明书的内容中。

投射镜头具有波前操纵系统(wavefrontmanipulationsystem)，用于动态地影响从投射镜头的物平面传送到像平面的投射辐射的波前。布置在投射光束路径(projectionbeampath)中的波前操纵系统的部件的效应可根据控制装置的控制信号以可变的方式设定，其结果为投射辐射的波前可以有目标的方式改变。波前操纵系统的光学效应可例如在曝光前或在曝光过程中在特定、事先限定原因的情况下改变或以依赖情况的方式改变。

波前操纵系统具有第一操纵器，其具有布置在投射光束路径中的第一操纵器表面。第一操纵器包含第一致动装置(actuatingdevice)，其允许第一操纵器表面的表面形状和/或折射率分布被可逆地改变。因此，受到第一操纵器表面影响的投射辐射的波前可以有目标的方式动态地改变。在不将第一操纵器更换为另一操纵器的情况下，光学效应的这种改变是可能的。

在此情况中，操纵器表面被理解为就是平面或曲面，其(i)布置在投射光束路径中且(ii)在这种情况下，在其表面形状和/或其相对投射辐射的定向(orientation)的改变导致投射辐射的波前的改变。举例来说，可相对投射镜头的其它光学部件位移的透镜元件的任意曲面为操纵器表面。其它示例为透镜元件或反射镜的机械或热可变形表面。

在透镜元件的局部、热操纵的情况下，透镜的折射率一般也将在空间上局部地变化。若(例如考虑透镜元件的厚度)可假设此变化没有在投射辐射方向上的成分，即折射率仅垂直于投射辐射方向变化，则将透镜元件的折射率的局部变化视为发生在操纵器表面的效应是有道理的。这例如适用于薄平面板。

与前述已知的作用在波前上的位移、变形或热操纵器(例如通过光学元件的整体位移，如倾斜，偏心及/或轴向平行位移，或通过整体变形)相比，根据所主张的本发明的第一操纵器配置为使得在第一操纵器表面的有效直径(effectivediameter)D_FP内的第一操纵器表面的光学使用区域(opticallyusedregion)上，可产生投射辐射的光学路径长度变化的多个最大值及多个最小值。若N_MAX为在所考虑的方向上的光学路径长度变化的最大值的数目且N_MIN为最小值的数目，则第一操纵器在有效直径方向上的效应可借助特征周期(characteristicperiod)P_CHAR＝D_FP/((N_MAX+N_MIN)/2)进行描述。在此情况中，在投射辐射的受影响截面上由第一操纵器所引起的光学路径长度变化的多个交替不必为严格的周期，结果，例如光学路径长度变化和/或其横向距离的最大值和/或最小值的绝对值可在受影响的投射辐射的截面上变化。严格的周期光学路径长度变化(其可例如由正弦函数描述)同样是可能的。

第一操纵器表面布置为“光学邻近”投射镜头的最近场平面(closestfieldplane)。此“近场布置(near-fieldarrangement)”特别表示与投射镜头的光瞳平面(pupilplane)相比，第一操纵器表面布置为显著更接近最近场平面。在此情况中，从在第一操纵器表面的场平面的场点(fieldpoint)出现的每一光束照明具有子孔径直径SAD的子孔径(subaperture)，子孔径直径SAD显著小于第一操纵器表面的光学使用区域的最大直径D_FP，其结果为条件SAD/D_FP<0.2适用。特别地，甚至条件SAD/D_FP<0.1可能适用。

在此情况中，子孔径直径SAD应理解为表示从单独场点出现的投射光光束的直径。在此考虑下，商SAD/D_FP一般与场点的高度无关。

考虑到光学邻近最近场平面的第一操纵器表面的布置以及在光束截面上变化光学效应的可能性，波前操纵器系统能够以依赖场的方式(field-dependentmanner)以有目标的方式设定或改变像场中投射镜头的畸变。特别地，这表示具有不同大小的畸变值可针对不同场点以有目标的方式设定。能够根据控制信号以有目标的方式设定依赖场的畸变(field-dependentdistortion)的波前操纵系统允许在每一曝光过程期间引入特定的依赖场的畸变校正或畸变变更。因此，特别地，还可使第二曝光期间的依赖场的畸变匹配先前第一曝光期间产生的结构，使得连续曝光步骤中产生的结构以高重叠准确度一个置于另一个顶部。由于操纵器启动，重叠准确度可比没有启动的操纵器的情况下更佳。因此，覆盖误差可限制到能够承受的容限的程度。

依赖场的畸变的此影响应在没有其它像差同时产生至干扰程度(disturbingextent)的情况下获得。此处对以下给予特别的关注，消除或最小化在光瞳中具有径向至少二次依赖性的波前贡献(wavefrontcontribution)，即焦点项(focusterm)及像散项(astigmatismterm)。

较佳地，投射镜头具有有效物场(effectiveobjectfield)，其位于光轴外(离轴场(off-axisfield))且具有大于2:1的在长边及短边之间的纵横比(aspectratio)，其中光学使用区域近似具有纵横比大于2:1的矩形形状，且第一操纵器平行于长边而作用。在此方向上，第一操纵器应能够产生投射辐射的光学路径长度变化的多个最大值和多个最小值。长边可特别简单地用于改变路径长度变化。

有许多可能性来在实际中实现新颖波前操纵系统的优点。

在一个实施例中，波前操纵系统仅具有光学邻近场平面的第一操纵器，且有限的第一距离被设定尺寸使得当启动第一操纵器时，在第一操纵器表面将满足条件：

0.25*NA_M ²<SAD/P_CHAR<0.48(1)

其中NA_M为投射辐射在第一操纵器表面的数值孔径(numericalaperture)。

因此，此处只提供一个操纵器。结果，构造上的设计可相对简单且结构空间需求可以较小。

在仅使用单一操纵器的情况下，为了获得波前上具有足够强度的期望效应而不会同时产生非期望残余像差至干扰程度，第一操纵器表面应不要布置为太接近该最近场平面、也不要布置为太远离该最近场平面。当上述条件(1)满足时，将提供有利的第一距离。参数SAD代表投射辐射在第一操纵器表面的子孔径直径。此参数考虑从在第一操纵器表面的场的场点出现的每一光束照明具有子孔径直径SAD的子孔径的事实。子孔径直径可理解为从在光学表面的场点出现的单一光束的覆盖区直径。在发散光束的情况中，该情况中的子孔径直径随着离场的距离的增加而增加。

从上述条件(1)可清楚看出，子孔径直径应与特征周期P_CHAR具有特定关系。在此申请中，关系SAD/P_CHAR也称作“标准化操纵器距离(normalizedmanipulatordistance)”且由参数D_NORM:＝SAD/P_CHAR表示。

若在相对特征周期的关系中的子孔径直径SAD变得太高(结果为超过上限)，则虽然一般可实现对畸变的场依赖性的足够大的影响，但同时通常非期望像差的等级(level)(特别是离焦及/或像散的等级)上升至可对成像有明显干扰的程度。相比之下，若未达下限，则虽然非期望像差(如像散)的等级可例如保持为低的，但同时畸变通常可能不再以依赖场的方式被影响至足够大的程度，结果，第一操纵器的效应保持限制在相对低的畸变值。此外，若第一操纵器表面太接近场平面，可能发生对离焦预算的不利贡献。

在一些实施例中，最近场平面为投射镜头的物平面。当没有具有折射能力的光学表面布置在物平面与第一操纵器表面之间时特别有利，结果为在第一操纵器表面的投射辐射的数值孔径N_AM等于物侧数值孔径NA_O。要成像的掩模图案的直接下游，第一操纵器的效应不能被插入的光学元件(interveningopticalelement)的像差所干扰，结果为可以特别有目标的方式使用第一操纵器。此外，可发生没有中间像平面(intermediateimageplane)或没有可达的中间像平面的情况。

举例来说，若由于结构的先决条件，关于场平面所需相对小的第一距离仅能困难地实现，则通过单一操纵器的畸变操纵可能是困难的。此外，若对可忽略的较高阶贡献的需求将被实现，则单独操纵器的最大效应将受到限制。为此理由，一些实施例除了提供第一操纵器之外还为波前操纵系统提供第二操纵器，其具有布置在投射光束路径中的第二操纵器表面以及用于可逆地改变第二操纵器表面的表面形状和/或折射率分布的第二致动装置。

两个操纵器优选可彼此独立地设定。

使用至少两个操纵器可得到相对邻近场平面的适当距离的较大范围，其可使操纵器插入投射镜头简化。此外，两个或更多操纵器可共同地操作，使得它们有关依赖场的畸变的期望效应相互地放大彼此，而在其它像差(如离焦及/或像散)上的非期望效应可至少部分地相互抵消。

优选地，第一操纵器表面和第二操纵器表面布置使得投射辐射在第一操纵器表面的数值孔径等于投射辐射在第二操纵器表面的数值孔径。为此目的，应没有具有折射能力的光学元件位于操纵器表面之间。因此可实现的是，操纵器的调整(例如关于特征周期)可特别简单地彼此协调。

波前操纵器系统还可具有多于两个(例如三个或四个)可相互独立驱动的操纵器，其可位于近场布置中且其效应可彼此协调。

若投射镜头配置为使得在物平面与像平面之间产生至少一个真实中间像(realintermediateimage)于中间像平面的区域中，则最接近第一操纵器表面的场平面也可为所述中间像平面。

在此情况中，第一操纵器表面可位于辐射方向上的中间像平面的上游或中间像平面的下游。

那么，在第一操纵器表面位置的数值孔径取决于物体成像至对应中间像的放大比例。在物体及中间像之间缩小成像的情况中，中间像附近的数值孔径大于物侧的数值孔径NA_O，结果，适当的第一距离D1小于物平面附近布置的情况。相比之下，若放大成像出现在物平面与中间像平面之间，则适合安装第一操纵器表面的相对中间像平面的距离值将增加。因此，由于例如结构空间的原因，真实中间像附近的布置可为有利的。

在中间像附近布置两个操纵器于中间像的不同侧可特别有利。在一个实施例中，第一操纵器表面布置在中间像平面的上游，而第二操纵器表面布置在中间像平面的下游。相反的布置也是可能的。由此可实现的是，例如奇像差(oddaberration)上的效应将放大彼此，而在偶像差(特别是离焦及像散)的情况中，两个操纵器的贡献将部分或完全地相互抵消彼此。

与仅使用单一操纵器相比，在中间像的不同侧使用两个操纵器可放宽距离要求。已发现第一距离及第二距离应被设定尺寸(dimensioned)使得在每一情况中在该第一操纵器表面(当启动第一操纵器时)以及在第二操纵器表面(当启动第二操纵器时)将满足条件：

0.012<SAD/P_CHAR<0.85(2)

与条件(1)相比，标准化操纵器距离的可允许范围增加。此外，下限不再取决于投射辐射在操纵器表面的数值孔径，结果，此变型可在投射光束路径的高孔径区域中特别有利。

可以相对场平面的不同距离在场平面的同侧相继直接布置两个操纵器。在一个实施例中，第二操纵器表面直接布置在第一操纵器表面的下游，其中投射辐射在第一操纵器表面的数值孔径等于投射辐射在第二操纵器表面的数值孔径，且第一距离小于第二距离，结果，子孔径直径在各操纵器表面处不同，其中第一操纵器表面适用条件：

0.25*NA_M ²<SAD/P_CHAR<0.8(3A)

且第二操纵器表面适用条件：

SAD/P_CHAR<1.5(3B)

在此情况中，虽然第一操纵器表面不应移动为比仅使用单一操纵器(参见条件(1))时更接近场平面，但可使用的距离范围增加至仍可承受的容限的更大距离。

本发明可用于例如折反射式投射镜头或折射式投射镜头的情况中，若适当的话也可用于其它成像系统中。

本发明还涉及一种投射曝光方法，用于以布置在投射镜头的物体表面区域中的掩模图案的至少一个像曝光布置在投射镜头的像面区域中的辐射敏感基板，其中使用了根据本发明的投射镜头。

此外，本发明涉及一种投射曝光设备，用于以布置在投射镜头的物体表面区域中的掩模图案的至少一个像曝光布置在投射镜头的像面区域中的辐射敏感基板，所述投射曝光设备包含：初级辐射源，用于发射初级辐射；照明系统，用于接收初级辐射且用于产生导向掩模的照射辐射；以及投射镜头，用于产生图案的至少一个像于投射镜头的像面区域中，其中投射镜头根据本发明而设计。

投射曝光设备优选具有用于控制投射曝光设备的功能的中央控制器，其中控制装置分配有控制模块，用于驱动波前操纵系统(WFM)，以及一个操纵器或多个操纵器可在投射曝光设备操作期间通过控制模块例如通过与其它控制信号协调的电信号来驱动。

不仅可从权利要求且还可从说明书及附图明白以上特征及其它特征，其中单独特征均可通过自身来实现，或以本发明实施例及其它领域中的子组合的形式实现为多个特征，并可构成有利且原本即受保护的实施例。本发明示例性实施例在附图中图解并在下文中更详细地解释。

附图说明

图1显示根据本发明一个实施例的微光刻投射曝光设备的示意图；

图2显示在掩模及直接接续的第一操纵器元件的区域中的x-z平面的纵切面示意图；

图3显示平行于光轴的图2中第一操纵器元件的平面图；

图4到图8描述定位在近场布置中的第一操纵器元件对在投射镜头的像场中的波前校正状态的效应，其为各种影响参数的函数；

图9示意地显示波前操纵系统的元件，该波前操纵系统具有在中间像平面上游及下游的操纵器元件；

图10类似于图4及图5的示图显示不同泽尼克(Zernike)系数对在中间像平面两侧的标准化操纵器距离的依赖性；

图11示意地显示波前操纵系统的元件，该波前操纵系统具有在场平面下游的两个紧密相邻的操纵器元件；

图12到15在各个情况中显示条状图以阐明在所选像差上操纵的效应，其中在各个情况中的条高度表示对x轴上所指示的单独像差(由zernike系数表示)的贡献；

图16及图17显示配备有近场操纵器元件的折反射式投射镜头的实施例的示意性子午透镜元件截面；以及

图18到图21示意性地显示可动态调整的操纵器的示例性实施例，其可在波前操纵系统环境中的投射镜头内的近场位置使用。

具体实施方式

图1显示微光刻投射曝光设备WSC的示例，其可用于制造半导体部件以及其它精细结构部件，并以深紫外光范围(DUV)的光或电磁辐射操作，从而实现低至零点几个微米(fractionsofmicrometers)的分辨率。具有操作波长λ约193nm的ArF准分子激光器(excimerlaser)用作初级辐射源或光源LS。还可使用其它UV激光器光源，例如具有操作波长157nm的F₂激光器或具有操作波长248nm的ArF准分子激光器。

设置于光源LS下游的照明系统ILL在其出光面(exitsurface)ES产生大又清晰定界且基本均匀照明的照明场(illuminationfield)，其适配于在光路中布置在照明场下游的投射镜头PO的远心要求(telecentricityrequirement)。照明系统ILL具有用于设定不同照射模式(照射设定)的装置，且可在例如具有变化的相干度σ的常规轴上照明与离轴照明间切换。离轴照明模式包含例如环形照明、或双极照明、或四极照明、或一些其它多极照明。合适照明系统的构造本身是已知的，因而在此不再详细说明。专利申请案US2007/0165202A1(对应于WO2005/026843A2)揭露可用于各种实施例环境中的照明系统的示例。

接收来自激光器LS的光并将光成形成导向到掩模母版M的照射辐射的光学元件属于投射曝光设备的照明系统ILL。

用于保持及操纵掩模M(掩模母版)的装置RS设置于照明系统的下游，使得设置于掩模母版上的图案位于投射镜头PO的物平面OS中，物平面与照明系统的出光面ES重合且在此还称为掩模母版平面OS。在扫描驱动器的协助下，掩模可在掩模母版平面中移动，用于在垂直于光轴OA(z方向)的扫描方向(y方向)上的扫描仪操作。

掩模母版平面OS的下游接着是投射镜头PO，投射镜头PO充当缩小镜头，并以缩小比例(例如1：4的比例(|β|＝0.25)或1：5的比例(|β|＝0.20))将掩模M上布置的图案的像成像到涂覆光刻胶层的基板W上，所述基板的光敏基板表面SS位于投射镜头PO的像平面IS的区域。

要曝光的基板(在此示例的情况中为半导体晶片W)由包含扫描仪驱动器的装置WS保持，以使晶片与掩模母版M同步在扫描方向(y方向)上垂直于光轴OA移动。装置WS还称为“晶片台(waferstage)”，而装置RS还称为“掩模母版台(reticlestage)”，两者皆为由扫描控制装置控制的扫描仪装置的一部分，在此实施例中，扫描控制装置集成在投射曝光设备的中央控制装置CU中。

照明系统ILL产生的照明场限定投射曝光期间使用的有效物场OF。在此示例的情况中，该物场OF为矩形并具有平行于扫描方向(y方向)测量的高度A*以及垂直于扫描方向测量(在x方向上测量)的宽度B*，其中B*>A*。纵横比(aspectratio)AR＝B*/A*通常在2至10之间，尤其是在3至6之间。有效物场在y轴方向上在光轴旁的一距离处(离轴场(off-axisfield))。在像面IS中的有效像场与有效物场光学共轭，且具有与有效物场相同的形状及相同的在高度A和宽度B之间的纵横比，但是绝对场尺寸以投射镜头的成像比例β减小，即A＝|β|A*且B＝|β|B*。

若投射镜头设计并操作为浸没镜头，则在投射镜头操作期间，辐射通过位于投射镜头出光面与像平面IS之间的浸没液体薄层。在浸没操作期间，像侧数值孔径NA可能大于1，即NA>1。还可使用干式镜头构造，在此状况下，像侧数值孔径NA受限于NA<1的值。在高分辨率投射镜头的这些典型条件下，具有相对大数值孔径的投射辐射(例如具有大于0.15或大于0.2或大于0.3的值)出现于投射镜头的一些或全部场平面(物平面、像平面、可能的一个或多个中间像平面)的区域中。

投射镜头或投射曝光设备配备有波前操纵系统WFM，其配置为动态改变从物平面OS传送到像平面IS的投射辐射的波前，也就是可通过控制信号以可变的方式设定波前操纵系统的光学效应。在示例性实施例中的波前操纵系统包含具有第一操纵器元件ME1的第一操纵器MAN1，第一操纵器元件ME1布置为在投射光束路径中直接邻近投射镜头的物平面且具有第一操纵器表面MS1，其布置在投射光束路径中且其表面形状和/或折射率分布可在第一致动装置DR1的协助下可逆地变化。

为进一步阐明，图2显示掩模M区域及直接接续的第一操纵器元件ME1在x-z平面的纵切面示意图。第一操纵器元件ME1为板形的光学元件，其由对投射辐射为透明的材料构成，例如由合成的熔融石英构成。面对物平面OS的入光侧充当第一操纵器表面MS1，且对面的出光面为平的表面。

第一致动装置包含多个互相独立可驱动致动器(未示出)，其作用在板形操纵器元件ME1上，使得第一操纵器表面MS1的表面形状可以限定方式成为波浪形。在此情况中，在平行z方向测量的波的“振幅”(即操纵器表面在z方向上的偏移)及在x方向上测量的邻近波峰间的距离(即波浪图案的波长或周期)可设定为不同值。在本例的情况中，设定在x方向上的正弦波形轮廓，其在x方向上的(平均)波长可由特征周期P_CHAR表征。

第一操纵器表面布置在与投射镜头的物平面OS相距一有限第一距离D1处，该物平面为最接近第一操纵器表面的场平面。从光学的角度来看，第一操纵器表面MS1布置为直接邻近物平面OS，即在“近场位置(near-fieldposition)”。这可特别从图3中分辨出。图3显示平行于光轴OA(在z方向上)的第一操纵器表面MS1或第一操纵器元件ME1的平面图。在此情况中，具有圆角的矩型区域FP表示由来自有效物场OF的射线照明的第一操纵器表面的区域。此区域还称为为“覆盖区(footprint)”。

在此情况中，投射辐射的覆盖区表示投射光束与区域(此处为第一操纵器表面MS1)之间的交叉区域的尺寸及形状，投射光束穿过此区域。从覆盖区基本上具有物场OF的矩形形状、转角区域约为圆角的事实可辨明光学邻近物平面OS。此外，与物场十分相似的覆盖区在光轴OA外。虽然光学邻近场的、投射辐射使用的光学区域基本上具有照明场区域的形状，在关于场平面傅立叶转换的光瞳平面的区域中照明基本圆形区域，结果，覆盖区在光瞳区域中具有至少近似圆形的形状。

在第一操纵器表面MS1照明的区域在x方向具有有效直径D_FP。图2及图3示意地显示第一操纵器表面在此方向上的表面形状具有多个局部最大值(由图2的波峰及图3的“+”符号表示)及多个介于其间的局部最小值(由波谷及图3的“-”符号表示)。因此，产生了在x方向上或在有效直径方向上的“波浪状”。

在投射镜头的情况中，光束从物平面的每一场点出现，该光束的直径随着离物平面距离的增加而增加。在此情况中，物侧数值孔径NA_O对应每一光束的孔径角α的正弦。从场点出现的每一光束在第一操纵器表面MS1照明圆形子孔径，其直径系标示为子孔径直径SAD。从图2可明白看出子孔径SAD随着第一距离D1增加以及随着像侧数值孔径增加而增加。第一操纵器系布置为接近物平面，使得多个子孔径符合照明区域FP，多个子孔径在x方向彼此并排但不互相重叠。优选地，应满足条件SAD/D_FP<0.2，尤其是甚至满足条件SAD/D_FP<0.1。

若这些条件得到满足，则可借助动态第一操纵器，以依赖于位置的方式影响投射镜头的像场中的畸变，使得依赖场的畸变校正成为可能。这通过第一操纵器能够在从不同场点出现的光束的光学路径长度中引入不同变化的事实来实现。本文将光学路径长度中的变化(其还简称为光学路径长度变化)标示为参数ΔOPL。

有许多原因造成在穿过由具有折射率n及厚度d的材料所构成的透明光学元件(辐射经其传输)时射线的光学路径长度的变化。若Δd为辐射所传输通过的光学元件的厚度d在z方向上的变化，则在辐射的垂直传输情况中，ΔOPL＝Δd*n-1适用。若在辐射传输通过的光学元件中，折射率变化Δn例如由于加热或冷却而发生，则成立ΔOPL＝Δn*d适用。这些原因可能交替或累积地发生作用。通常会有一个主要原因。两种效应都可用于本发明的情况中。

在图2的示例中，第一光束从第一场点FP1出现，第一光束的主光线(以虚线表示，此主射线平行于光轴)照在“波谷”区域，即局部最小板厚度的区域。在例如第二光束的情况中，第二光束从相对第一场点横向偏移的第二场点FP2出现，主光线(以虚线表示)照在波峰区域，即局部最大板厚度的区域。因此，从两个场点出现的光束将经历不同的光学路径长度变化。

X方向上的光学路径长度变化的局部分布可通过第一操纵器的致动装置的驱动而变化，如此可设定具有不同波浪状的不同变形表面形状，结果，波前校正的场依赖性也可被设定。在此情况中，波前变化的形状及强度取决于由与光束关联的子孔径内第一操纵器表面MS1所造成的光学路径长度变化的分布。举例来说，在子孔径直径上的光学路径长度变化的线性上升或下降导致波前的倾斜，且二次分布影响聚焦及像散。

参考图4到图8，现在将解释定位在近场布置中的第一操纵器元件对在投射镜头的像场IF中的波前校正状态的效应随各种影响参数的变化。在几何光学的领域中，通常使用泽尼克(Zernike)多项式来表示波前，其进而描述光学系统的成像像差。在此情况中，单独成像像差可由泽尼克多项式的系数来描述，即泽尼克系数或其值(单位为nm)。在本文所选择的表示中，泽尼克系数Z2和Z3分别表示波前在x方向和y方向上的倾斜，结果产生如畸变的像差。泽尼克系数Z4描述波前的曲率，由此可描述离焦误差。泽尼克系数Z5描述波前的鞍形畸变(saddle-shapeddeformation)以及因此描述波前畸变的像散成分。泽尼克系数Z7和Z8表示彗差(coma)，泽尼克系数Z9表示球差，泽尼克系数Z10和Z11表示三叶草(threeleafclover)。

参考图4到图8，首先将描述波前操纵器系统的示例，其仅具有包含第一操纵器表面的单一第一操纵器，第一操纵器表面布置为光学邻近物平面。在此情况中，图4到图7示出此操纵器的灵敏度随轴向位置的变化，即随离最近场平面的距离变化。在此情况中，术语“灵敏度”表示在操纵器的限定的“偏移(deflection)”的情况中，操纵器对波前的效应，其中“偏移”可例如由最大光学路径长度变化ΔOPL＝1nm所指定。

在图4至图7中，离最近场平面的“标准化操纵器距离”D_NORM(即关系式SAD/P_CHAR)均标示于x轴上。数值SAD/P_CHAR＝0.0表示直接在场平面中的位置。正值表示在辐射传输方向上定位在所述场平面下游，而负值表示所述场平面上游的位置。在每一情况中，在所考虑场上的各泽尼克系数的最大值形式的值Z_MAX(单位为nm)均绘示于y轴上。图4显示NA_M＝0.3375时的值，而图5显示NA_M＝0.675时的对应值。因此，图5情况中的投射辐射在第一操纵器表面的数值孔径为图4情况中的两倍大。

明显地，畸变像差(Z2/3)上的效应为奇函数，因为定位在场平面上游的情况中的效应与定位在场平面下游的情况中的效应具有相反的符号。Z2/3的灵敏度曲线在场平面具有拐点(apointofinflection)。相比之下，离焦(Z4)及像散(Z5)的灵敏度为偶函数，因为其轮廓关于场平面镜像对称且在场平面中具有局部极值(在离焦情况下为最大值，在像散情况下为最小值)。此外，像散项及畸变项在场平面中变为零，而离焦项Z4具有直接在场平面中的局部最大值且仅在场平面外一特定距离处变为零。(实线表示较高级像差，即彗差(Z7/8)、球差(Z9)及三叶草(Z10/11)。本文最初将不考虑这些像差)。在较高数值孔径情况(图5)中的关系是相似的，明显地，离焦项的范围随着在操纵器表面的数值孔径的增加而增加。

在示例的情况中，第一操纵器的目的为以依赖场的方式影响畸变像差。该畸变像差也由数值Z3描述，因此其表示意图要被影响的像差，即“期望的像差(desiredaberration)”。其它像差(特别是Z4(离焦)及Z5(像散))则希望尽可能不要被影响、或被影响的程度小到所产生像差具有通常可忽略的数量级。

为了说明操纵器表面的定位一方面如何影响期望的像差(Z2、Z3)以及另一方面如何影响非期望的残余像差(Z4、Z5等)，在图6和图7中再次画出对应图4和图5的值，其中灵敏度绘示成在y轴上相对1nm的Z3灵敏度的标准化值。此绘图显示要产生最大1nmZ3数量级的(期望)畸变校正所要付出的“代价”(此处指非期望的残余像差)。

在此标准化绘图中，可明显看出在距离场平面有限距离的情况下，存在有限宽度的距离范围UR(有用范围)，其中离焦项和像散项维持低于被认为对这些像差贡献为关键的界限。举例来说，在最大设定为Z2＝1nm的畸变贡献(distortioncontribution)的情况中，若假设离焦项Z4的绝对值预期不大于0.2nm，则明显的是，在此情况中，第一操纵器表面不应比在标准化操纵器距离值D_NORM＝0.03更接近场平面。若第一操纵器表面比此限值更接近场平面，那么由于离焦项在此位置的奇点，导致离焦贡献有非常大的上升。朝向更远的距离，简单有用的距离范围UR受限于对像散的贡献。在本申请中一般假设在多数情况中能够容忍小于0.4nm的像散项，而像散贡献(Z5)不应高于此限值。限值Z5＝0.4nm与约为0.48的标准化操纵器距离D_NORM相关联。

这些限制为图6针对值NA_M＝0.3375的结果。针对大小为在第一操纵器表面两倍大的数值孔径的相应绘图绘示于图7。有用距离范围UR的相应评估显示相对场平面的较大标准化操纵器距离现在应该被遵守，这是由于场平面附近的离焦项的较大上升，而标准化操纵器距离的下限现在约为D_NORM＝0.12。由像散项所决定的上限独立于操纵器表面的数值孔径。

更准确的分析显示在离焦贡献的预定上限值的情况中，有用距离范围的下限与在操纵器表面的数值孔径的平方良好近似地成比例。在这方面，图8所示的示图在x轴显示操纵器表面的数值孔径NA_M，在y轴显示针对离焦项的预定限值的标准化操纵器距离D_NORM，其中Z4/Z3＝0.2。虚线在此显示在每一情况中前述示图所述的模拟结果；实线由0.25*NA_M ²指定。

因此，若使用位于近场布置中的单一动态可操纵操纵器表面，则良好运作的操纵器的标准化操纵器距离的有用距离范围由以下不等式产生：

0.25*NA_M ²<SAD/P_CHAR<0.48(1)

在此情况中，上限由比率Z5/Z3＝0.4确定。相应的值SAD/P_CHAR>0.48独立于NA_M。依赖NA的下限系由0.25NA_M ²指定。

举例而言，以下将描述具有可彼此独立操作的多个操纵器的波前操纵系统。为了清楚说明，将描述示例，其中除了第一操纵器之外只提供一个第二操纵器，其具有包含布置在投射光束路径中的第二操纵器表面的第二操纵器元件以及用于可逆地改变第二操纵器表面的表面形状和/或折射率分布的第二致动装置。波前操纵系统还可包含多于两个操纵器(它们可彼此独立地设定)，例如三或四个操纵器。

在图9的示例性实施例的情况中，投射镜头配置为使得中间像平面IMIS位于物平面OS与像平面IS之间，真实中间像IMI产生在该中间像平面中。为此目的，投射镜头具有位于物平面OS与中间像平面IMIS之间的多个光学元件，所述多个光学元件共同地形成光学成像系统，其形成投射镜头的第一镜头部分。根据第一镜头部分的设计，中间像可相对位于物平面OS中的有效物场放大或缩小、或可具有与该物场相同的尺寸。中间像直接地或经由至少一个另外的中间像成像于像平面IS上，通常具有大幅降低的成像比例。

波前操纵系统具有包含第一操纵器元件ME1的第一操纵器MAN1，第一操纵器元件ME1的第一操纵器表面MS1布置在中间像平面下游的第一距离D1处，即在中间像平面与像平面之间。第二操纵器MAN2具有包含第二操纵器表面MS2的第二操纵器元件ME2，第二操纵器表面MS2布置在中间像平面上游的有限第二距离D2处，即在中间像平面与物平面之间。具有相同距离D1＝D2的布置(其关于中间像平面对称)是有利的，因为可将非期望偶像差(evenaberration)完全抵消掉。在每一情况中，板形操纵器元件位于相对中间像平面的近场布置中，结果，条件SAD/D_FP<0.2将适用于各操纵器表面。

每一个操纵器元件可被驱动为使得在x方向上产生光学路径长度变化上多个交替的效应。用于设定光学路径长度变化ΔOPL的图案彼此反向。这由符号“+”以及“-”表示，其中“+”表示光学路径长度变化ΔOPL的局部最大值，“-”表示光学路径长度变化ΔOPL的局部最小值。因此，可实现的是，由两个操纵器产生的对偶像差(例如离焦和像散)的贡献将彼此互相补偿，结果，两个操纵器的组合实际上对离焦和像散没有产生贡献。

为此，类似于图4和图5所示，图10显示各个泽尼克系数对SAD/P_CHAR＝0情况中在中间像平面两侧的标准化操纵器距离D_NORM的依赖性。数值针对NA_M＝0.3375而计算。

由于在相对中间像平面为相反驱动且相同距离的情况中对离焦和像散的贡献可相互抵消，在中间像平面的上游及下游产生比仅有单一操纵器的情况中更大的有用距离范围。为了获得用于要操纵的像差(Z2/3)的操纵器的足够高灵敏度而不会使操纵器变形或加载到过大的程度，各操纵器表面与中间像平面之间有一定的最小距离是必须的。若假设这些像差的期望校正范围的数量级为2nm以及若追求高达50nm的校正范围为每一操纵器表面的最大可允许变形，则条件SAD/P_CHAR>0.012的结果作为标准化操纵器距离的下限的条件。若目的是为了避免对彗差和三叶草有过大的贡献，则有用距离范围的上限可由条件SAD/P_CHAR<0.85方便地描述。因此，优选以下适用：

0.012<SAD/P_CHAR<0.85(2)

还有其它的可能性用于配置波前操纵系统具有可在投射光束路径中彼此独立操作的两个操纵器。关于该方面，图11显示示例性实施例的示意图，其中波前操纵系统具有两个操纵器MAN1、MAN2，其在与投射镜头的场平面(此处为物平面OS)相距不同距离处布置为一个直接在另一个之后，该场平面在辐射传输方向上布置在投射镜头上游。第一和第二操纵器元件ME1、ME2(其为基本板形设计)布置为一个直接在另一个之后，而没有在分流(diversion)光束路径中插入具有折射能力的光学元件，使得投射辐射在两个操纵器表面(第一操纵器表面MS1、第二操纵器表面MS2)的数值孔径相同。第一操纵器元件更接近最近场平面OS，其结果为第一距离D1小于第二距离D2。

由于相对光束分别出现的场点的不同距离，在每一情况中，子孔径直径在第一操纵器表面比在第二操纵器表面小。这导致关于要改变的目标变量(此处为畸变Z2/3)以及关于其余非期望像差的不同灵敏度。与仅有一个操纵器的情况(参考图2)相比，可通过适当驱动两个操纵器，以对目标变量的相同相应，实现非期望像差的减小。

这导致对操纵器元件的定位有较为宽松的距离要求，其中尤其可将操纵器元件布置为比仅有单一操纵器元件的情况更远离场平面。

以下所更详细解释的分析显示更接近场平面的第一操纵器不应比仅有单一操纵器的情况更接近场平面，以对此操纵器在足够高的灵敏度与对非期望像差的足够小的贡献之间获得良好的折衷。在此情况中，若有可能，标准化操纵器距离不应小于0.25*NA_M ²。然而，将第一操纵器表面布置为比单一操纵器的情况更远离场平面是可能的。在相应的边界条件下，上限0.8对标准化操纵器距离似乎是可行的。第二操纵器表面可更显著地远离最近场平面，其中标准化操纵器距离优选应小于1.5。

为阐明对像差的效应，图12至15显示每一情况的条状图，其中在每一情况中的条高度表示对x轴上所指示的单独像差Zi[nm]的贡献。第一示例示于图12和图13中。分别位于左侧具有较深灰色阴影的条表示参考情况，其中仅单一操纵器布置在与最近场平面相距标准化操纵器距离SAD/P_CHAR＝0.5处。分别位于右侧具有较浅灰色阴影的条表示具有两个直接连续的操纵器元件的示例情形，其中更接近场平面的第一操纵器元件与最近场平面相距相同的标准化操纵器距离(0.5)，而较远的操纵器元件布置在SAD/P_CHAR＝0.7处。在所有示图中的条高度关于期望的像差Z3的1nm的值标准化。这表示操纵器被驱动为使得其对波前的倾斜产生1nm的贡献。

首先仅考虑图12和图13中较深的条，图12和图13示出单一操纵器的情形。明显的是，对量级为1nmZ3的畸变校正的期望贡献产生各种非期望像差，其中离焦(Z4)和像散(Z5)为主要的残余像差。这对应于已经在图6中所说明的情形。

相比之下，若除了在SAD/P_CHAR＝0.5的第一操纵器之外，还直接在下游于SAD/P_CHAR＝0.7处设置第二操纵器，则残余像差(特别是在离焦(Z4)和像散(Z5)的情况中)可大大地降低。以对所追求像差(Z3)相同的灵敏度，对离焦的贡献可从约-0.18降低至-0.03。针对像散(Z5)，产生约为1/4比较值的降低，即从0.4到约0.09。因此，与布置为与最近场平面相距相当距离的单独操纵器的情况相比，一个直接设置于另一个之后的两个操纵器的组合对离焦和像散产生显著较小的贡献。

为了评估相对最近场平面的距离的可实行上限，图14和图15以相应的绘图针对以下情况显示像差贡献：更接近场平面的第一操纵器元件布置在标准化操纵器距离SAD/_PCHAR＝0.8处且位于更远的第二操纵器元件布置在SAD/P_CHAR＝1.0处。在每一情况中左侧较深色的条显示针对仅使用位置最为接近的第一操纵器元件的情况的像差贡献。较浅色的条显示在反向驱动两个操纵器元件(一个直接布置在另一个之后)的情况中的相应结果。明显的是，在期望灵敏度Z3＝1nm的情况中的单独操纵器元件在离焦(Z4)和像散(Z5)两个情况中产生的贡献大于此处假设为能够承受的容限的上限值(Z4＝0.2nm且Z5＝0.4nm)。两个操纵器的组合可降低这些贡献至这样显著的程度：对离焦(现在约为-0.08)以及对像散(现在约为0.2)的贡献低于此处所假设的上限值，结果为不再产生此类型的干扰像差。奇像差(例如彗差(Z8)和三叶草(Z11))仍均位于量级约为0.3nm的可承受容限的范围中。此示例显示，若对奇像差的贡献不应该变得太高，则不应超过此处所指的距离上限。总之，若条件0.25*NA_M ²<SAD/P_CHAR<0.8适用于第一操纵器表面且条件SAD/P_CHAR<1.5适用于第二操纵器表面，则认为是有利的。

下文将基于特定示例性实施例来描述投射镜头及其中可使用的操纵器装置的不同组合。

图16显示折反射式投射镜头1600的实施例的示意性子午透镜元件截面面，其以选定的光束来说明操作期间通过投射镜头的投射辐射的成像光束路径。投射镜头提供作为具有缩小效果的成像系统，用于将布置在其物平面OS中的掩模图案以缩小比例(例如4：1比例)成像到平行于物平面的像平面IS上。在此情况中，在物平面与像平面之间产生正好两个实际中间像IMI1、IMI2。第一镜头部分OP1仅以透明光学元件构造，因而为纯折射式(折光式)，且设计为以尺寸基本无变化方式将物平面的图案成像到第一中间像IMI1。第二折反射式镜头部分OP2以尺寸基本无变化方式将第一中间像IMI1成像到第二中间像IMI2。第三纯折射式镜头部分OP3设计为以较高的缩小倍数将第二中间像IMI2成像到像平面IS。

在物平面与第一中间像之间、在第一中间像与第二中间像之间、以及在第二中像与像平面之间，成像系统的光瞳面P1、P2、P3分别位于光学成像的主光线CR与光轴OA相交之处。系统的孔径光阑AS置入第三镜头部分OP3的光瞳面P3的区域中。折反射式第二镜头部分OP2内的光瞳面P2位于紧邻凹面镜CM处。

若投射镜头设计及操作成浸没镜头，则在投射镜头操作期间，辐射传输通过浸没液薄层，其位于投射镜头的出光面与像平面IS之间。具有相当基本构造的浸没镜头公开于例如国际专利申请案WO2004/019128A2中。浸没操作期间，可能的像侧数值孔径NA>1。还可配置成干式镜头，在此，像侧数值孔径限制为NA<1的值。

图16的示例性实施例在光学构造上(不含操纵器元件)对应于US2009/0046268A1的图6的示例性实施例。该文件有关投射镜头基本构造(光学规格)的公开内容通过引用并入本说明书的内容中。

折反射式第二镜头部分OP2包含投射镜头的单一凹面镜CM。位于此凹面镜直接上游的是具有两个负透元件的负组NG。在此布置中，匹兹伐校正(Petzvalcorrection)(有时表示为Schupmann消色差(Schupmannachromate))，即像场曲率的校正，通过凹面镜的曲率与其附近的负透镜元件来实现，而色差校正(chromaticcorrection)通过凹面镜上游的负透镜元件的折射能力及相对于凹面镜的光阑位置来实现。

反射式偏转装置用于将从物平面OS传到凹面镜CM或对应部分光束路径的光束与在凹面镜反射后在凹面镜与像平面IS间传送的光束或部分光束路径分开。为此目的，偏转装置具有平的第一偏转镜FM1以及第二偏转镜FM2，其中第一偏转镜FM1用于将来自物平面的辐射反射到凹面镜CM，而第二偏转镜FM2关于第一偏向镜FM1以直角定向并将凹面镜反射的辐射偏转到像平面IS的方向。由于光轴在偏转镜处折叠，因此在本申请中偏转镜还称为折叠镜。相对于投射镜头的光轴OA，偏转镜绕着垂直光轴并平行第一方向(x方向)延伸的倾斜轴倾斜例如45°。在针对扫描操作设计投射镜头的情况中，第一方向(x方向)垂直于扫描方向(y方向)，因而垂直于掩模(掩模母版)与基板(晶片)的移动方向。为此目的，偏转装置实施成棱镜，其外部反射式涂布的直角面彼此垂直定向并作为偏转镜。

中间像IMI1、IMI2分别光学邻近折叠镜FM1及FM2，最接近折叠镜但仍相距有最小光学距离，使镜表面可能有的缺陷不会清晰地成像到像平面，而平的偏转镜(平面镜)FM1、FM2位于中等辐射能密度区域。

(近轴(paraxial))中间像的位置限定系统的场平面，其分别与物平面及像平面光学共轭。因此，偏转镜光学邻近系统的场平面，这在本申请范围中还称为“近场(near-field)”。在该情况中，第一偏转镜布置为光学邻近与第一中间像IMI1关联的第一场平面，而第二偏转镜布置为光学邻近第二场平面，其中第二场平面与第一场平面光学共轭且与第二中间像IMI2关联。

举例而言，子孔径比SAR可用于量化在光束路径中的光学元件或光学表面的位置。

根据说明性定义，在投射光束路径中的光学元件的光学表面的子孔径比SAR依据SAR:＝SAD/DCA而定义为子孔径直径SAD与光学自由直径(opticallyfreediameter)DCA之间的商。子孔径直径SAD由从指定场点出现的光束的光线照明的光学元件的局部表面的最大直径指定。光学自由直径DCA为环绕光学元件参考轴的最小圆的直径，其中圆包含由来自物场的所有光线照明的光学元件的表面区域。

在场平面(物平面或像平面或中间像平面)中，SAR＝0因而适用。在光瞳平面中，SAR＝1适用。“近场”表面因此具有接近0的子孔径比，而“近瞳”表面具有接近1的子孔径比。

在本申请中，光学表面相对于参考平面(例如场平面或光瞳平面)的光学邻近或光学距离由所谓子孔径比SAR来描述。针对本申请的目的，光学表面的子孔径比SAR定义如下：

SAR＝signCRH(MRH/(|CRH|+|MRH|))

其中，MRH表示边缘光线高度，CRH表示主光线高度，而signum函数signx表示x的sign，其中，按惯例，sign0＝1适用。主光线高度被理解为物场的场点的主光线的高度，其绝对值为最大场高度。光线高度于此应理解为具有符号。边缘光线高度被理解为从光轴与物平面的交点发出的、具有最大孔径的光线的高度。此场点不一定对布置在物平面中的图案的转印有影响，尤其是对离轴像场的情况而言。

子孔径比为有符号的变量，其为光束路径中的平面的场邻近或光瞳邻近的度量。通过限定，子孔径比标准化为-1与+1之间的值，在各场平面中的子孔径比为0，而子孔径比在光瞳平面中从-1跳到+1，或反之亦然。因此，绝对值为1的子孔径比确定光瞳平面。

因此，近场平面具有接近0的子孔径比，而近光瞳平面具有绝对值接近1的子孔径比。子孔径比的符号表示平面的位置是在参考平面的上游或下游。

波前操纵系统的第一操纵器元件ME1(该第一操纵器元件对投射辐射为透明)在投射光束路径中直接布置在物平面OS下游的小的有限距离处。操纵器元件实质具有矩形板的形状，其较长边在x方向上延伸且较短边在y方向(扫描方向)上延伸。此板在光轴旁的一距离处完全位于光轴之外(离轴布置)。由左侧所示的轴向平面图可看出，操纵器元件的尺寸及布置使得投射辐射的覆盖区(FP，以虚线方式描述，其在此区域中主要为矩形)位于辐射可传输通过的操纵器元件的区域上(还参考图3)。借助于致动装置(未示出)，第一操纵器元件形成的第一操纵器表面的表面形状和/或折射率分布可被可逆地改变，使得投射辐射的光学路径长度变化的多个最大值和邻近最小值可在x方向横跨光学使用区域而产生。最大值及最小值的分布由在y方向的实线示意性地描述。

平行光轴测量的主动操纵器表面与物平面之间的距离足够小，使得小于0.1的子孔径比SAR出现在操纵器表面的位置且条件SAD/DFP<0.1适用。

第一操纵器元件ME1布置于物平面OS与投射镜头的第一透镜元件L1之间，该透镜元件表现出折射能力，准确地说，该第一操纵器元件布置为比该透镜元件更接近物平面。

在此类型的投射镜头中，有更多的位置(作为近物体操纵器元件的替代或补充)可布置操纵器元件于投射光束路经中。一个位置在几何上位于承载折叠镜FM1、FM2的棱镜与凹面镜CM之间，更精确的说是接近折叠镜FM1、FM2。第一操纵器元件ME1’的图示位置位于第一中间像的直接下游而直接光学邻近于第一中间像IMI1，并在第二中间像的直接上游而直接光学邻近于第二中间像IMI2。子孔径比SAR在两个情况中都小于0.2；条件SAD/DFP<0.2在每一情况中都适用。优选的位置为从物平面通往凹面镜(在第一偏转镜FM1反射之后)的部分光束路径与从凹面镜经由第二折叠镜FM2通往像平面第二部分光束路径在空间上分离。第一覆盖区FP1出现在第一部分光束路径中操纵器的位置，而第二覆盖区FP2出现在第二部分光束路径中。覆盖区关于光轴OH彼此直接相对，其细节如左下方所示。

在所示的位置中，现在可将操纵器元件布置为使其仅在部分光束路径中的一个中作用，即仅在第一部分光束路径(在物平面与凹面镜之间)中或仅在第二部分光束路径(在凹面镜与像平面之间)中。还可在此位置放入操纵器元件，辐射在不同的方向通过该操纵器元件且该操纵器元件在两个部分光束路径中作用。

以类似于在物平面直接下游的位置的方式，可设定期望的波前变化，其在x方向上的最大值与最小值之间多次交替，结果为x方向上的特征周期可分配至光学路径长度变化。

图17显示配备有位于投射光束路镜中的近场布置中的第一操纵器元件ME1的投射镜头1700的示例性实施例。投射镜头的光学构造(不含操纵器元件)对应专利US7,446,952B2的图13的构造，该专利通过引用并入本说明书的内容中。投射镜头具有第一折射镜头部分OP1，其产生来自于物平面OS中的物体的第一中间像IMI1。该第一中间像借助于反射式第二镜头部分OP2成像至第二中间像IMI2。第二镜头部分由两个凹面镜CM1、CM2构成，其镜面面对彼此且位于近场布置(接近中间像、远离介于其间的光瞳平面)中。折射式第三镜头部分OP3将第二中间像成像至第三中间像IMI3，其接着由折射式第四镜头部分OP4以大缩小倍率成像以形成最终像于像平面IS中。所有镜头部分具有共同、直线型(非折叠)的光轴OS(直线型系统(in-linesystem))。更多细节可由US7,446,952B2获得，因此本文不特别表示。

第三中间像IMI3(其相对物体缩小)所在的中间场平面以相对容易可达的方式位于在物侧的第三镜头部分OP3的最后凹透镜元件与在物侧的第四镜头部分的第一凹透镜元件之间。本文中，第一操纵器元件ME1可插入至投射光束路径中，而没有与基本构造的透镜元件碰撞的风险。若适当的话，可提供用于交换及取代投射光束路径中的操纵器元件的改变装置。第一操纵器元件ME1可具有在x方向具有长边以及在y方向具有短边的矩形形状(以轴向示意细节图描述)，并且可布置在光轴OA之外。此处的投射辐射的覆盖区FP(以虚线方式描绘)完全位于第一操纵器元件的可用区域中。适当的致动装置使得可设定一光学效应，其在x方向上的最大值与最小值之间多次改变且其对应于投射辐射的不同光学路径长度变化。替代地或附加地，投射镜头还可在其它位置具有相应的操纵器元件，例如在近场位置中物平面OS的直接下游。除了所示的第一操纵器元件ME1(其在辐射传输方向上位于第三中间像的下游)之外，还可安装另一个操纵器元件，其同样位于第三中间像上游而直接光学邻近第三中间像(参考图9)。

具有直线光轴(直线型系统)及多个(正好两个)中间像的其它投射镜头的示例性实施例公开在WO2005/069055A2中，其公开内容通过引用并入本说明书的内容中。这些投射镜头可配备有本文所述类型的波前操纵系统的一个或多个近场操纵器元件。举例来说，在所述文件的图30至32或图36至38的投射镜头的一个中，近场动态可变的操纵器元件可布置在物平面的直接下游，在物平面与第一透镜元件之间，在子孔径比SAR小于0.2和/或条件SAD/DFP<0.2适用的位置。

本文所述类型的波前操纵系统的操纵器元件可根据不同的原理来操作。图18到图21举例示出可在本文所述类型的投射镜头中(如图16和图17)或可在波前操纵系统环境中的其它适合的投射镜头中替代或组合使用的操纵器。

图18中的操纵器1850具有两个透明板P1、P2，其可并入于物平面OS直接下游例如SAR<0.2的近场位置中，且其板表面在每一情况中均垂直于投射镜头的光轴OA。各板可具有矩形形状，其范围在投射镜头的x方向上可比在y方向(与x方向垂直地延伸)上大上多倍。面对物平面OS的第一板P1的入光侧为平的。同样地，面对像平面的第二板P2的出光侧为平的。面对彼此的板表面中的每一个具有波浪状表面形状，其中波谷和波峰平行于y方向且板厚度d在x方向上周期地变化。在第一板P1出光侧的波浪图案以及在第二板P2入光侧的波浪图案关于在x方向上测量的特征周期以及关于厚度变化的振幅互补。各板可在x方向上相对彼此位移，这在示例性实施例中通过第一板P1以固定方式安装而第二板P2借助于致动装置DR1可平行于x方向移动的事实来实现。然而，两个板还可以可移动的方式来实施。

板P1、P2中的每一个由具有折射率n的材料(如熔融石英或氟化钙)构成，且在辐射的垂直传输的情况下引起光学路径长度变化ΔOPL＝Δd*n-1，其中Δd为辐射在z方向上传输通过的光学元件的厚度d的变化。

此操纵器有效产生波前变化的表面区域(surfacearea)由两个板的效应之间的差异引起。若两个板移动到第一板的“波峰”正好对准第二板的“波谷”(即在z方向上一个位于另一个之后)的中立位置(neutralposition)，则两个板的效应互相补偿，使得产生平面板的整体效果。第二板相对第一板垂直于辐射传输方向在零位置之外的相对位移建立一波前变化，其在x方向上周期变化并在最大值与最小值之间多次交替，其中所产生的波前变化的强度可通过位移距离来持续设定(还参考EP0851304A2)。在此情况中，有效操纵器表面区域位于形成于两个板间的空间区域中。相对辐射传输方向多次横向变化的期望波前效应在此出现。

在一些情况中使用具有两个板的此类型的单一操纵器可能足够，特别是在只需设定基本变形的那些情况中。为了增加可设定的波前变化的灵活性及多样性，可提供二个或更多个板对，其设置为一前一后，如由虚线显示的第二操纵器所示。设置为一前一后的多个操纵器可设计为使得垂直于光轴的不同位移方向是可能的，例如彼此垂直的位移方向。因此，可实现更灵活的操纵器功能。

图19和图20示意性地显示穿过操纵器元件1950的不同实施例的截面，图19显示操纵器元件1950在中立位置(零位置)，图20显示操纵器元件1950在功能位置的一片段，其中光学主动厚度或光学路径长度变化的最小值和最大值之间的多次交替设定为在x方向上。操纵器元件使用以本申请人名义申请的专利US7,830,611B2中针对不同目的和在不同设计中描述的原理。所述文件的公开内容通过引用并入本说明书的内容中。

操纵器元件1950具有多层构造。相对厚、不易弯曲的透明平板1995容纳于框架型底座1952中，该平板的厚度可例如在厘米范围。另一平板1960容纳在距所述板一距离处，且明显比相对扭转刚性板(relativelytorsionallystiffplate)1955更薄。厚度可例如在1至2毫米的范围中。板1955、1960之间维持平面平行的空间，当操纵器准备好要操作时，在此空间中填入对投射辐射为透明的液体1970。空间的厚度一般较小，例如小于1毫米，特别是小于10微米。在板之间的储液体连接至压力装置1980，通过该压力装置，空间中液体的液压可设定为例如一恒定值。液体和板的透明材料具有非常相似的折射率，其中板的折射率与液体的折射率之间的比率优选在0.99与1.01之间。

整个布置在轴向平面图(平行于z方向)中为矩形且稍微大于在“覆盖区”区域中的操纵器近场布置的情况中辐射传输经过的区域。在薄板1960的一侧装有致动器1990，其在操纵器的纵向侧以彼此相距规则距离成对地设置于辐射可传输通过的区域之外。举例来说，可包含压电致动的致动器。致动器设计为使得其可作用在薄板的外侧，具有基本垂直于薄板的板表面作用的按压力(参考图20)。致动器的适当驱动可建立薄板1960具有可预定振幅的波浪状形变，其中“波谷”平行于y方向且波浪状形变的特征周期长度PCHAR(该特征周期长度在x方向上测量)可通过选择分别驱动的致动器而设定为不同的值。

若辐射平行于z方向(即垂直于扭转刚性厚板1955)传输至该布置，则图19所示在中立位置的整体布置像平面平行板一样作用，结果，相同的光学路径长度变化ΔOPL被引入在整个照明的横截面上。若在x方向上周期变化的光学路径长度变化有意被引入，则相应致动器将启动，结果为薄平面板1960在相应位置被压向液体的方向。辐射传输通过的总厚度d的局部最小值出现在这些区域中，而局部最大值分别出现在启动的致动器之间。因此，以第一近似，在x方向周期变化的波长变化可以类似于关于图2和图3所说明的方式设定。通过驱动不同的致动器组，可设定不同的“波长”或x方向上不同的特征周期PCHAR。

若有需要，还可使用此布置的修改，其中致动器不仅布置在辐射可传输通过的区域之外的边缘，还布置在辐射可传输通过的区域内(参考US7,830,611B2的图10和图11)。

图21的斜角透视示意图显示操纵器2100的另一示例性实施例，其可用于本文所述类型的波长操纵器系统的情况中。在可形变薄矩形平板2155的边缘，致动器2190的组交替地安装于平板的相对侧上。通过按组适当驱动的致动器，可以波浪的方式使平板变形，其中波谷和波峰平行于y方向延伸，且波峰和各自的波谷在x方向彼此相距一距离，该距离对应至相应应用情况的特征周期PCHAR。

Claims

1.一种投射镜头(PO)，用于通过具有λ<260nm的操作波长的电磁辐射将布置于该投射镜头的物平面(OS)中的图案成像至该投射镜头的像平面(IS)中，该投射镜头包含：

多个光学元件，具有布置在该物平面(OS)与该像平面(IS)之间的投射光束路径中的光学表面，使得布置在该物平面中的图案能够通过所述光学元件成像至该像平面；以及

波前操纵系统(WFM)，动态地影响从该物平面传送到该像平面的投射辐射的波前，其中：

该波前操纵系统具有第一操纵器(MAN1)，其具有布置在该投射光束路径中的第一操纵器表面(MS1)以及用于可逆地改变该第一操纵器表面的表面形状和/或折射率分布的第一致动装置(DR1)；

该第一操纵器配置为使得横跨该第一操纵器表面的具有有效直径D_FP的光学使用区域，能够根据特征周期P_CHAR＝D_FP/((N_MAX+N_MIN)/2)而产生该投射辐射的光学路径长度变化的最大值的数目N_MAX>1和最小值的数目N_MIN>1；以及

该第一操纵器表面布置为与该投射镜头的最近场平面相距有限第一距离(D1)，光学邻近于该场平面，使得从该场平面的场点出现的每一光束在该第一操纵器表面照明具有子孔径直径SAD的子孔径，且条件SAD/D_FP<0.2在该第一操纵器表面处适用，其中，该子孔径直径SAD为从单独场点出现的投射光的光束的直径。

2.如权利要求1所述的投射镜头，其中，该波前操纵系统仅具有光学邻近该场平面的该第一操纵器(MAN1)，且该有限第一距离(D1)被设定尺寸使得当启动该第一操纵器时，在该第一操纵器表面处满足条件0.25*NA_M ²<SAD/P_CHAR<0.48，其中NA_M为该投射辐射在该第一操纵器表面的数值孔径。

3.如权利要求1或2所述的投射镜头，其中，该最近场平面为该投射镜头(PO)的物平面(OS)。

4.如前述权利要求任一项所述的投射镜头，其中，没有具有折射能力的光学表面布置在该物平面(OS)与该第一操纵器表面(MS1)之间，结果，该投射辐射在该第一操纵器表面的数值孔径NA_M等于该物侧数值孔径NA_O。

5.如前述权利要求任一项所述的投射镜头，其中，该波前操纵系统除了该第一操纵器(MAN1)还具有第二操纵器(MAN2)，该第二操纵器具有布置在该投射光束路径中的第二操纵器表面(MS2)以及用于可逆地改变该第二操纵器表面的表面形状和/或折射率分布的第二致动装置；

该第二操纵器配置为使得在横跨该第二操纵器表面具有有效直径D_FP的光学使用区域，能够根据特征周期P_CHAR＝D_FP/((N_MAX+N_MIN)/2)而产生该投射辐射的光学路径长度变化的最大值的数目N_MAX>1和最小值的数目N_MIN>1；以及

该第二操纵器表面布置为与该投射镜头的最近场平面相距有限第二距离(D2)，光学邻近于该场平面，使得从该场平面的场点出现的每一光束在该第二操纵器表面照明具有子孔径直径SAD的子孔径，且条件SAD/D_FP<0.2在该第二操纵器表面处适用。

6.如权利要求5所述的投射镜头，其中，该第一操纵器表面(MS1)和该第二操纵器表面(MS2)布置为使得该投射辐射在该第一操纵器表面的数值孔径等于该投射辐射在该第二操纵器表面的数值孔径。

7.如前述权利要求任一项所述的投射镜头，其中，该投射镜头配置为使得在该物平面(OS)与该像平面(IS)之间在中间像平面(IMIS)的区域中产生至少一个真实中间像(IMI)，其中，该最近场平面为该中间像平面。

8.如权利要求5或7所述的投射镜头，其中，该第一操纵器表面(MS1)布置在该中间像平面(IMIS)的下游，且该第二操纵器表面(MS2)布置在该中间像平面(IMIS)的上游。

9.如权利要求5至8中任一项所述的投射镜头，其中，该第一距离(D1)等于该第二距离(D2)。

10.如权利要求5至9中任一项所述的投射镜头，其中，该第一距离(D1)和该第二距离(D2)被设定尺寸使得当启动该第一操纵器时在该第一操纵器表面以及当启动该第二操纵器时在该第二操纵器表面满足条件：0.012<SAD/P_CHAR<0.85。

11.如权利要求5至7中任一项所述的投射镜头，其中，该第二操纵器表面(MAN2)直接布置在该第一操纵器表面(MAN1)的下游，其中，该投射辐射在该第一操纵器表面的数值孔径等于该投射辐射在该第二操纵器表面的数值孔径，且该第一距离(D1)小于该第二距离(D2)，结果，所述子孔径直径在所述操纵器表面是不同的，其中该第一操纵器表面适用条件：0.25*NA_M ²<SAD/P_CHAR<0.8，该第二操纵器表面适用条件：SAD/P_CHAR<1.5。

12.如前述权利要求任一项所述的投射镜头，其中，该投射镜头具有有效物场，其位于光轴(OA)之外且具有长边与短边之间的大于2:1的纵横比，其中，该光学使用区域近似具有矩形形状，其具有大于2:1的纵横比，且该第一操纵器平行于该长边作用，使得该第一操纵器能够在此方向上产生该投射辐射的光学路径长度变化的多个最大值和多个最小值。

13.一种以掩模的图案的至少一个像曝光辐射敏感基板的投射曝光方法，包含以下步骤：

在投射曝光设备的照明系统与投射镜头之间提供图案，使得该图案布置在该投射镜头的物平面的区域中；

保持该基板，使得该基板的辐射敏感表面布置在该投射镜头的像平面的区域中，该像平面关于该物平面光学共轭；

以具有λ<260nm的操作波长的照明辐射照明该掩模的照明区域，该照明辐射由该照明系统提供；

借助该投射镜头，将该图案位于该照明区域中的部分投射到该基板处的像场上，其中对在该像场中产生像有作用的投射辐射的所有射线形成投射光束路径；

通过驱动第一操纵器影响从该物平面传送到该像平面的该投射辐射的波前，该第一操纵器具有布配置在该投射光束路径中的第一操纵器表面以及用于可逆地改变该第一操纵器表面的表面形状和/或折射率分布的第一致动装置；

其中，该第一操纵器表面布置为与该投射镜头的最近场平面相距有限第一距离D1，使得从物场的物点出现的每一光束在该第一操纵器表面照明具有子孔径直径SAD的子孔径，且条件SAD/D_FP<0.2在该第一操纵器表面处适用；以及

其中，该第一操纵器被驱动，使得横跨该第一操纵器表面具有有效直径D_FP的光学使用区域，根据特征周期P_CHAR＝D_FP/((N_MAX+N_MIN)/2)产生该投射辐射的光学路径长度变化的最大值的数目N_MAX>1和最小值的数目N_MIN>1，以及其中，该子孔径直径SAD为从单独场点出现的投射光的光束的直径。

14.如权利要求13所述的投射曝光方法，其中，第一曝光和第二曝光连续进行，其中，通过该第一操纵器的启动，在该第二曝光期间的依赖场的畸变与在前的该第一曝光期间产生的结构匹配，使得与没有启动该第一操纵器相比，在连续曝光中所产生的结构以更高的叠加准确度一个设置于另一个顶部。

15.如权利要求13或14所述的投射曝光方法，其中，该波前被影响，使得针对不同的场点设定不同大小的畸变值。

16.如权利要求13至15中任一项所述的投射曝光方法，其中使用如权利要求1至12中任一项所述的投射镜头。

17.一种投射曝光设备，用于以布置在投射镜头的物面的区域中的掩模的图案的至少一个像曝光布置在该投射镜头的像面的区域中的辐射敏感基板，包含：

光源，发射紫外光；

照明系统(ILL)，接收来自该光源的光以及成形导向该掩模的图案的照明辐射；以及

投射镜头(PO)，将该掩模的图案成像至辐射敏感基板；

其中，该投射镜头根据权利要求1至12中任一项设计。

18.如权利要求17所述的投射曝光设备，其中，该投射曝光装置具有控制该投射曝光设备的功能的中央控制器，其中，该中央控制器分配有控制模块，用于驱动该波前操纵系统(WFM)，以及一个操纵器或多个操纵器能够在该投射曝光设备操作期间由与其它控制信号协调的该控制模块驱动。