CN110692019A - 用于微光刻的投射曝光方法与投射曝光装置 - Google Patents

Abstract

在用以在投射曝光装置的操作控制系统的控制下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中，在投射镜头的协助下将位于照明区域中的图案的一部分投射至在基板上的像场上，其中有助于像场中的像产生的投射辐射的所有射线形成投射光束路径。通过致动操纵器来影响投射辐射的波前，该操纵器具有配置在投射光束路径中的操纵器表面及用以可逆地改变操纵器表面的光学效果的致动装置。致动装置的操纵值变化由操作控制系统基于一控制程序来决定，其中控制程序具有优化目标函数的校正算法。用于至少一个操纵器的目标函数包含远心敏感度，其描述在操纵器的定义的操纵值变化与可因此实现的对像场中的投射辐射的远心度的影响之间的关系。

Description

用于微光刻的投射曝光方法与投射曝光装置

技术领域

本发明关于如权利要求1的前言部分所述的投射曝光方法、适用于执行投射曝光方法的如权利要求10的前言部分所述的投射曝光装置以及如权利要求17的前言部分所述的投射镜头。

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他精细结构化的部件，例如光学光刻掩模。在此情况下，使用承载或形成待成像结构的图案(例如半导体部件的层的线图案)的掩模(掩模母版)或其他图案产生装置。图案位于投射曝光装置中的照明系统与投射镜头之间的投射镜头的物面的区域中，并由照明系统提供的照明辐射所照明。由图案所改变的辐射以投射辐射的形式行进通过投射镜头，该投射镜头以缩小比例将图案成像到待曝光的基板上。基板的表面配置在与物面光学共轭的投射镜头的像面中。基板通常涂布有辐射敏感层(抗蚀剂、光刻胶)。

投射曝光装置的发展目标之一为通过光刻在基板上产生尺寸越来越小的结构。在例如半导体部件的情况下，较小的结构导致较高的集成密度；这通常对所产生的微结构化部件的性能具有有利的影响。

可以产生的结构的尺寸主要取决于所采用的投射镜头的分辨能力，且后者首先可通过降低用于投射的投射辐射的波长、其次通过增加在过程中所使用的投射镜头的像侧数值孔径NA来增加。目前，包括高分辨率投射镜头的投射曝光装置在深紫外光(DUV)范围或在极紫外光(EUV)范围内的小于260nm的波长下操作。

投射镜头通常具有多个光学元件，以满足在成像像差的校正方面部分冲突的要求，甚至可能使用大的数值孔径。在微光刻领域中的折射和折反射投射镜头通常具有十个或更多的透明光学元件。在用于EUV光刻的系统中，努力用尽可能少的反射元件来处理，例如使用四到六个反射镜。

除了投射镜头由于其光学设计和生产而可能具有的固有成像像差以外，在使用期间也可能发生成像像差，特别是在用户方的投射曝光装置的操作期间。这类成像像差通常是由于在使用期间所使用的投射辐射而由安装在投射镜头中的光学元件的变化所引起的。这个问题通常用关键词“镜头加热(lens heating)”来处理。其他内部或外部干扰也可能导致成像性能的损害。除其他外，它们包含掩模的可能尺度误差、周围环境中空气压力的变化、原始镜头调整的位置与客户使用的位置之间的重力场的强度差异、由于高能辐射导致的材料改变(例如压缩)而造成光学元件的折射率变化和/或形状改变、由于保持装置中的松弛过程所引起的变形、光学元件的漂移等。

用于微光刻的现代投射曝光装置包含操作控制系统，其允许对待执行的投射曝光装置的成像相关特性进行接近瞬时的精细优化，以响应环境影响和其他干扰。为此目的，以适合于当前系统状态的方式致动至少一个操纵器，以抵消干扰对成像性能的不利影响。在此情况下，可例如基于测量、从模拟和/或基于校准结果来估计系统状态或可使用其他方式来决定。

操作控制系统包含属于投射镜头的子系统，其形式为波前操纵系统，用以动态地影响从物面行进到投射镜头的像面的投射辐射的波前。在动态影响的过程中，可以根据操作控制系统的控制信号以可变的方式调整配置在投射光束路径中的波前操纵系统的部件的效果，其结果为可针对性地修改投射辐射的波前。波前操纵系统的光学效果可在例如特定的预定义场合的情况下、或根据曝光前的情况、或曝光期间的情况来进行修改。

波前操纵系统包含至少一个操纵器，其具有配置在投射光束路径中的至少一个操纵器表面。在此情况下，术语“操纵器”表示基于投射曝光装置的操作控制系统的相应控制信号而配置为主动地影响各个光学元件或光学元件组以改变其光学效应，特别是改变光学效应以至少部分地补偿所发生的像差的装置。

操纵器包含一个或多个致动构件或致动器，其当前的操纵值可基于操作控制系统的控制信号作为操纵值变化的结果来改变或调整。操纵值变化可造成例如光学元件的位移或变形。若操纵值变化为致动器的移动，例如为了位移或倾斜光学元件，则操纵值变化也可称作“操纵器行程”。操纵值变化也可例如作为温度变化或作为电压变化出现。

操纵值变化造成可由操纵器(至少一个)影响的成像特性的变化。操纵器相对特定成像像差的功效通常由操纵器对该成像像差的所谓“敏感度”来描述。术语敏感度描述了在操纵器处的定义的操纵值变化与因此实现的对成像质量或对光刻像差的影响之间的关系。

在已知的操作控制系统中，在操纵器或在操纵器的致动器处的操纵值变化为对系统进行期望的干预所需的，其基于具有优化目标函数(target function)(优化函数(meritfunction))的校正算法(correction algorithm)的控制程序来决定。因此，除其他外，所要达到的目标是，并非以牺牲其他的代价来最小化个别残余像差，而是对所有相关影响变量进行有利、平衡的降低。

欧洲专利EP 1 251 402 B1描述使用目标函数的操作控制系统。在此情况下，目标函数将曝光程序的质量描述为多个“光刻像差(lithographic aberration)”的加权总和。在此情况下，术语“光刻像差”旨在包含在成像期间与光刻相关的所有缺陷。光刻像差尤其包含诸如失真(distortion)(像场中像点的非均匀位移)、横向像位置的偏差(deviation)(像场中像点的均匀位移)、像旋转、不对称成像比例、焦点位置的变形(deformation)(垂直于像面的非均匀像点位移)等的像差，还有像场上临界尺寸的变化(CD变化)、在相互正交方向中的临界尺寸的差异(HV像差)等。通常，这些像差在像场上并不一致，而是在像场内变化。焦平面的失真和变形可能导致叠加像差(例如不同图案(或掩模结构)之间的叠加像差)和焦点像差。光刻像差受到投射曝光装置或投射曝光程序的各种特性影响，包含基板、基板上的辐射敏感层、由光源所提供的投射射线、掩模和投射系统。

随着要制造的结构尺寸变得越来越小，在较大结构的情况下仍可接受的光刻像差也变得关键。因此，需要一种改良的控制和进一步降低微光刻投射曝光方法中光刻像差的可能性。

发明内容

本发明解决了提供用于微光刻的投射曝光方法和投射曝光装置的问题，其允许在不同操作条件下以低水平光刻像差执行不同的光学光刻制程。特别地，目的为良好控制和限制可能的叠加像差(overlay aberration)。此外，本发明的目的为提供投射镜头，其可特别在投射曝光方法和投射曝光装置的背景下使用。

此问题由包含权利要求1所述特征的投射曝光方法以及由包含权利要求10所述特征的投射曝光装置来解决。具有权利要求17所述特征的投射镜头提供了进一步的解决方案。在从属权利要求中说明了有利的发展情况。所有权利要求的措辞以引用的方式并入说明书的内容。

除其他外，本发明基于以下的考虑及见解。

如今，用于微光刻的投射镜头通常设计为远心镜头(telecentric lens)。远心镜头的独特性在于入射光瞳和/或出射光瞳位于无限远处。物侧远心度、像侧远心度和两侧上的远心度之间存在差异。在物侧为远心的光束路径用于捕获物体而无透视失真。入射光瞳位于无限远处，使得物体空间中的主射线全部垂直于物面或平行于光轴行进。在轴向物体位移的情况下，成像比例(imaging scale)不会改变。因此，像大小总是相同，与物体距离无关。在光束路径在像侧为远心的情况下，出射光瞳位于无限远处，使得射线锥全部垂直地撞击在像面上。从两侧远心(双远心)的光束路径为在物侧为远心的光束路径以及在像侧为远心的光束路径的组合。入射和出射光瞳都是在无限远处；因此，系统是无焦点的。理论上，像面可在不改变成像比例的情况下重新聚焦。在两侧都是远心的投射镜头对散焦(defocusing)不敏感。

如今，操作波长在DUV范围的用于微光刻的投射镜头通常设计为双远心(在两侧上为远心)，以满足对成像比例的要求。若投射镜头在物空间(在物侧、物侧远心度)及在像空间(在像侧、像侧远心度)为远心，则会降低成像比例对掩模母版和晶片两者的高度调整的敏感度。

在操作波长在EUV范围的用于微光刻的投射镜头(其完全由反射镜所构成)的情况下，使用需要倾斜照明的反射掩模。在此处，远心只有在像空间中才有可能(像侧远心(image-side telecentricity))。

在投射曝光装置的操作期间，操纵投射镜头的各个透镜元件和/或其他光学元件(例如反射镜)，例如移出其标称位置和/或变形，以例如补偿环境干扰(例如压力变化和/或其他干扰)。在光学单元的“操纵”的情况下，在传统操作控制系统中忽略远心度(telecentricity)。这可能造成远心度被显著地调整，且例如引起比例误差。

虽然有可能测量一孤立的投射镜头的远心度(参见例如DE102005026628 A1)，但根据发明人的知识，目前还没有用于在投射曝光装置的操作期间针对合并至投射曝光装置中的投射镜头进行远心度控制的测量技术。

一种已知的远心度计算基于以下方法：通过瞄准系统光阑来决定形心射线(光瞳坐标中的中心)。形心射线方向与期望的90°方向的偏差称作远心度误差(telecentricityerror)。此误差通常以毫拉德(mrad)来表示。用于微光刻的投射镜头通常具有在约1mrad至0.1mrad范围内的标称远心度误差。

相比之下，投射曝光装置中的已知测量技术基于波前数据(例如用以决定相位的干涉仪测量技术)，因此与射线数据不兼容。在基于波前测量的操作控制系统的情况下，不可能在所使用的软件(镜头模型)中使用形心射线(centroid ray)的方向的敏感度。

此外，据发明人所知，之前在计算可操纵光学元件的操纵值变化时，还没有考虑到远心度的问题。

根据所主张的本发明，将通过控制程序优化的目标函数相对传统目标函数进行修改，使得用于至少一个操纵器的目标函数包含远心敏感度(telecentricitysensitivity)，其中远心敏感度描述在操纵器处的定义的操纵值变化(definedmanipulated value change)与因此可实现的对像场中的投射辐射的远心度的影响之间的关系。较佳地，每一操纵器都要考虑远心敏感度。

目标函数的优化通常涉及模拟操纵器的多个操纵值变化以及计算其对目标函数的影响。若采用根据所主张的本发明的程序，则在目标函数的优化中可考虑操纵器处的操纵值变化对远心度的影响。举例来说，由此可实现的是，在没有远心度测量下，向终端顾客(投射曝光装置的用户)提供记录远心度与传送状态的远心度的偏差的可能性以及操纵器所进行的随后的调整，并确保远心度保持在预定义的规格范围内。

在几何光学领域，Zernike多项式通常用以表示波前，而波前则反过来描述光学系统的成像像差。在此情况下，可由Zernike多项式的系数(即Zernike系数或其数值(以[nm]为单位))来描述各个成像像差。在光刻领域所惯用的表示中，例如，Zernike系数Z2和Z3分别表示波前在x方向和y方向上的倾斜，其结果产生类似失真的像差。Zernike系数Z4描述了波前的曲率，由此可描述散焦像差。Zernike系数Z5描述了波前的鞍形变形，因此描述了波前变形的像散部分。Zernike系数Z7和Z8代表彗形像差，Zernike系数Z9代表球面像差，且Zernike系数Z10和Z11代表三阶像差等。

迄今为止，在用于微光刻的投射镜头的调整中，尚未考虑描述波前的恒定位移的Zernike系数Z1。这种位移导致时间延迟，即射线的光学路径长度(OPL)的变化，而不是波前的变形。场上的Z1变化仅导致与像面或物面的散焦相关联的像差，而不是在正常位置(没有散焦)。基于这个理由，假设Z1的场变化在传统的光学设计程序(例如

或

)中并不是常规计算的。

发明人已经认识到，Zernike系数Z1的场分布(field profile)(或在数学上与其等同的变量)可用作远心度的尺寸图。Zernike系数Z1的场分布定量地描述了Zernike系数Z1如何在有效像场上变化，即Z1对像场中的位置或场坐标的依赖性。Zernike系数Z1的场分布是变量，它与远心度具有明确的可计算关系，且在这方面定义了远心度或使其可根据波前数据来计算。

有可能计算Zernike系数Z1的场分布对操纵的敏感度，并在现有的操作控制模型中将其实现。这使得有可能定量地决定在操纵器处的操纵值变化如何影响Zernike系数Z1的场分布(并因此影响远心度)。

Zernike系数Z1的场分布对透镜元件的运动或对操纵器处的其他操纵值变化的敏感度可使用与光刻镜头中的传统操纵器软件的格式相对应的格式来描述。因此，在现有系统中实现是可能的。

在包含操纵器的投射曝光装置中，在投射曝光装置的控制下考虑远心度的变化或改变的一种可能性还包含将远心敏感度(即操纵器对远心度变化的的敏感度)储存于操作控制系统的校正算法中、或决定这类敏感度并将其储存在操作控制系统的内存中并在考虑远心敏感度的情况下控制投射曝光装置的操作。

若在这里出现例如即使操纵器的小操纵值变化也导致远心度的巨大变化至临界区域，则有可能在考虑到对于相对小的量值的远心敏感度的情况下限制该操纵器的操纵值变化，使得由远心度变化所引起的光刻像差保持足够小。这可通过在考虑到远心敏感度的情况下，由控制工程手段将操纵器的可允许操纵值变化限制到低于一操纵值极限的量值来实现。此措施具有如下的效果：相较于没有考虑远心敏感度的投射曝光装置，当考虑远心敏感度时的允许操纵值范围(即所谓的操纵器的“范围”)可以改变。

等同于Zernike系数Z1的场分布的远心度决定是可能的，举例来说，若在目标函数的优化期间计算与物体表面共轭的OPL表面的话，该OPL表面由位于与共轭物点相距恒定光学路径长度(OPL)的光学距离处的全部像点所定义。举例来说，可计算投射辐射的波前在像场上的恒定位移的分布，以决定OPL表面。

本发明首次提供了在投射曝光装置的操作期间针对合并至投射曝光装置中的投射镜头的远心度进行控制的可能性。为此目的，举例来说，可执行以下步骤：决定在开始时间时的远心度的起始值；使用操纵器的操作值变化的数值和分配的远心敏感度，计算由操纵器的调整所引起的远心度变化；从开始时间以及在开始时间与决定时间之间所产生的远心度变化来决定决定时间的远心度值。起始值可例如通过在启动时或重新调整后测量远心度来决定。因此，可实现基于敏感度的远心度监视器。

针对可测量远心度的情况，有可能使用Z1敏感度来调整远心度。这尤其意味着可决定操纵器的行程，使得远心度具有期望的分布。

以足够的准确度来决定远心度例如由于操纵器上的操纵值变化而在操作期间以何种方式变化及变化的程度就足够了。某些实施例通过致动至少一个专用的远心度操纵器来提供投射镜头的远心度的变化。此处的术语“专用远心度操纵器”表示这是可引起投射镜头的远心度的针对性变化以响应操作控制系统的控制信号的操纵器，其中相较于同样可能对其他像差(例如失真和散焦)的影响，对远心度的影响占主导地位。

为投射镜头提供专用远心度操纵器或提供具有专用远心度操纵器的投射镜头也可为独立的发明，与远心度控制或考虑远心敏感度无关。

本发明也关于包含专用远心度操纵器的用于微光刻的投射镜头、以及包括这种投射镜头的投射曝光装置。因此，根据需要在调整操作期间或在投射曝光装置的操作期间，有可能以针对性的方式改变投射镜头的远心度特性，而不必同时在相关程度上同样改变其它像差(例如失真和散焦)。

下文将结合详细的示例性实施例更详细地解释专用远心度操纵器的建构的有利概念。

附图说明

根据权利要求及下文对本发明较佳示例性实施例的描述，本发明的其他优点和方面是显而易见的，下文将参考附图对其进行说明。

图1示意性地显示理想的成像系统如何将输入的球面波转换成输出的球面波，其中图1A描述了双远心成像系统，且图1B描述了非双远心成像系统；

图2显示了恒定光学路径长度的表面(OPL表面)的分布，其中图2A和2B针对具有不同射线方向的双远心成像系统且图2C针对非双远心成像系统；

图3显示绘示针对选定场点及针对选定空间方向(虚线)的恒定OPL的表面(OPL表面)的示意图，其中OPL表面为双远心情况下的像空间中的平面(图3A)且在非双远心情况下在像中弯曲(图3B)；

图4显示了形式为折反射投射镜头的参考系统的示意子午透镜元件剖面图；

图5示意地显示了作为图4中的参考系统的场坐标x和y的函数的Zernike系数Z1的分布图；

图6显示作为图4中参考系统的x坐标的函数的Z1的平均分布图；

图7显示参考系统的那些光学表面的敏感度的分布，其中表面形状的变化导致在Z1分布中的特别大的变化；

图8在图8A中显示了与在参考系统的情况下(参考图6)的敏感度相比，Z1相对变化波长的敏感度的比较图，并在图8B中显示图8A函数的导数；

图9示意地显示在远心度操纵器的操纵器表面处的主射线及彗差射线的波形分布；

图10显示包含形式为修改的Alvarez操纵器的专用远心度操纵器的投射镜头的示例；

图11显示包含具有两个Alvarez透镜元件的专用远心度操纵器的投射镜头的示例；以及

图12显示根据一个示例性实施例的微光刻投射曝光装置的示意图。

具体实施方式

为了更详细地解释所主张发明的各方面的背景，首先将在下文中给出光学成像系统的远心特性与描述的替代模式之间关系的解释，例如Zernike系数Z1的场分布或OPL函数。

H.A.Buchdahl的教科书“哈密顿光学导论(An Introduction to HamiltonianOptics)(剑桥大学出版社(1970))”显示光学系统可完全由具有名称“特性”的纯量函数来表征。混合特性W₁特别适用于成像系统。此函数对应于在物面中的方向余弦上指示的光学路径长度OPL与具有起始位置和起始方向的加权纯量积的像面中的空间坐标之和：

W₁(k_x，k_y；X，Y)：＝OPL(k_x，k_y；X，Y)+n_o(k_xx+k_yy)

其中，习惯上选择将物空间中的坐标描述为小写字母，并将像空间中的坐标描述为大写字母。

形成射线数据的特性的组合遵循费马原理。特别地，W₁相对在物面中的方向余弦的导数产生与折射率n_o成比例的在此平面上的射线的交点，

并且关于像面中的位置的导数产生与折射率N_B成比例的在相应平面中的方向余弦。

具有成像比例β的光学系统的理想无像差特性可以写成：

如果考虑成像条件，则从微分方程式

和

得出：

X＝βx and Y＝βy

光学系统的像差被描述为W₁特性与理想特性的偏差，其中

W_Aberration＝W₁-W_ideal

这就是在光学设计程序(例如或

)中获得的波前像差。所有这些程序只能计算波前像差的近似值。

现在将对远心度进行考虑。在先前关于波前像差的研究文本中，(W_ideal)等式中的项目R(X，Y)因为对成像质量没有贡献而有争论。然而，若打算进行关于光学系统的远心度的陈述，则此项目变得重要。特别地，若将理想特性插入方程式

及则得到以下结果：

这些方程式对应正弦条件。他们指出像空间中射线方向的变化与物空间中射线方向的变化成比例。比例常数是成像比例β的倒数。

针对双远心光学单元，在物体中垂直开始的射线(k_x＝0，k_y＝0)必须同时垂直地到达图像(K_x＝0，K_Y＝0)。若R(X，Y)为常数，则满足这些条件。这显示光学系统的远心度由项目R(X，Y)描述。

此外，双远心镜头的理想特性必须具有以下形式：

其中c表示任意常数。

用于通过EUV辐射进行微光刻的投射镜头(EUV光学单元)不能是双远心的，因为掩模为反射式的。这种系统中的光束以固定的主射线角度α在物面处开始，其中主光线角度α通常为几度(例如在3°和10°之间，例如约6°)。然而，EUV光学单元在像面中是远心的(仅像侧远心)。对于理想特性，这符合以下要求：

这些方程的解如下：

其中c是任意常数。使用类似的幅角(arguments)，对于在两侧都不是远心的系统，也可以容易地推导出对函数R(X，Y)的理想分布的要求。

Zernike展开式的组合可理解为如下。波前像差(W_aberration)通常展开为Zernike多项式Z_n(k_x，k_y)，其中

由于Zernike多项式可解释为已知的图像像差，因此这种展开具有很吸引人的解释。举例来说，Z₂和Z₃对应于失真，且Z₄对应于光学单元的散焦。

Zernike多项式Z₁对应一常数，且Zernike系数c₁(X，Y)的场分布因此对应于远心度的分布。

在发明人所测试的所有光学设计程序(

和)中，Z1项被忽略。推测这尤其是因为光学设计的历史发展。传统上，设计是逐点评估的。对应Z1的全局相位于固定点(X，Y)处不重要。因此，在上述程序中，选择在一点处的全局相位，使得光瞳中心的波前像差消失。这使得无法计算Z1场分布。

结果的可视化表示将于下文呈现，参考图1至图3。特性W₁(k_x，k_y；X，Y)取决于四个变量的事实使得难以表示它。然而，若两个变量是固定的，则可给出简单的物理解释。

通常选择入射位置(X，Y)为固定的表示。这对应所有光学设计程序所支持的程序。在此情况下，定义了场点(固定入射位置)，然后控制该处的波前像差。在此情况下，如图1A中示意性的绘示，理想特性(针对(W_ideal)的方程式)显示了针对在方向(k_x，k_y)开始的所有射线，OPL是恒定的。因此，恒定OPL的表面(也称作OPL表面)是球形的。结果，获得了理想光学单元将入射球面波转换为输出球面波的要求。

对于固定入射位置(X，Y)，理想特性在方向余弦k_x和k_y上降为线性函数W_ideal＝c₁k_x+c₂k_y+c₀并且表示球面波。若仅在某一点考虑理想特性，就无法区分双远心镜头(图1A)与非双远心镜头(图1B)。

然而，如果考虑到迄今未考虑的特殊情况，其中方向(k_x，k_y)是固定的，则从双远心系统的理想特性的公式((W_{ideal-doublyTel})的方程式)获得以下要求：在物空间中的恒定OPL的平面表面成像至像空间中的平面表面上。图2示意性地显示此关系。对于固定的起始方向(k_x，k_y)，，双远心系统的理想特性

可写成在入射位置(X，Y)的线性函数，其对应一平面。

图2A和图2B中的示意图显示了针对(k_x＝0，k_y＝0)(图2A)和(k_x≠0，k_y≠0)(图2B)的恒定OPL的表面分布。针对具有特性

的非双远心系统(图2C)，像空间中的恒定OPL的表面对应函数R(X，Y)。

在图3中，选择了一种表示，其绘示针对所选场点以及针对所选空间方向(虚线)的恒定OPL的表面(OPL表面)。在这种表示中，可以清楚地区分双远心系统与在物侧为远心的系统。

两个图中的虚线表示具有针对(k_x＝0，k_y＝0)的恒定OPL的表面分布。在双远心的情况下(图3A)，此表面为像空间中的平面。针对非双远心的情况(图3B)，此表面在像中是弯曲的。

下文将根据实例，针对操作控制的设计及针对影响远心度的操纵器的设计，说明关于Z1的敏感度的数量方面。

图4显示了具有选定光束的折反射投射镜头PO的实施例的示意性子午透镜元件剖面图，用以说明在操作期间通过投射镜头的投射辐射的成像光束路径。投射镜头被提供作为具有缩小效果的成像系统，用于以缩小的比例(例如以4∶1的比例)将配置在其物面OS中的掩模的图案成像至与物面平行对齐的其像面IS上。在此处，在物面和像面之间产生恰好两个真实的中间像IMI1、IMI2。仅由透明光学元件构成并因此为折射式(折射(dioptric))的第一镜头部分OP1设计为使得物面的图案在实质上没有任何尺寸变化的情况下成像至第一中间像IMI1中。第二折反射镜头部分OP2在基本上没有改变尺寸的情况下将第一中间像IMI1成像至第二中间像IMI2。第三折射镜头部分OP3设计为将第二中间像IMI2大幅缩小地成像至像面IS中。

成像系统的光瞳表面或光瞳平面P1、P2、P3分别位于物面和第一中间像之间、第一中间像与第二中间像之间、以及第二中间像和像面之间，其中光学成像的主射线CR与光轴OA相交。系统的孔径光阑AS附着在第三镜头部分OP3的光瞳表面P3的区域中。折反射第二镜头部分OP2内的光瞳表面P2直接靠近凹面反射镜CM。

关于其光学构造，图4所示的示例性实施例类似于WO 2006/121008A1(对应于US2009/092925 A1)中的第二示例性实施例，通过与其比较而加以修改。

折反射第二镜头部分OP2包含投射镜头的唯一凹面反射镜CM。具有两个负透镜元件的负组NG直接位于凹面反射镜的上游。在此配置(其有时称作Schupmann消色差)中，由于凹面反射镜的曲率和其附近的负透镜元件而实现了Petzval校正(即像场曲率的校正)，由于凹面反射镜上游的负透镜元件的折射率以及相对于凹面反射镜的光阑位置而实现了色彩校正。

反射偏转装置用以将从物面OS传送到凹面反射镜CM的光束或相应的部分光束路径与在凹面反射镜处反射后通过凹面反射镜和像面IS之间的光束或部分光束路径分开。为此目的，偏转装置具有平面第一偏转反射镜FM1及平面第二偏转反射镜FM2，第一偏转反射镜FM1具有用于将来自物面的辐射反射到凹面反射镜CM的第一反射镜表面(表面26)，平面第二偏转反射镜FM2与第一偏转反射镜FM1成直角对齐并具有第二反射镜表面(表面36)，其中第二偏转反射镜使从凹面反射镜反射的辐射偏转到像面IS的方向上。由于光轴在偏转反射镜处折叠，因此在本申请中，偏转反射镜也称作折叠反射镜。相对于投射镜头的光轴OA，偏转反射镜绕垂直于光轴并平行于第一方向(x方向)延伸的倾斜轴倾斜，例如倾斜45°。为此目的，偏转装置由棱镜实现，其外部反射涂布的直角表面彼此垂直地定向并作为偏转反射镜。

中间像IMI1、IMI2分别光学邻近偏转反射镜FM1和FM2，最接近偏转反射镜但仍与其相距最小光学距离，使得反射镜表面上可能有的缺陷不会清晰地成像到像面中，且平面偏转反射镜(平面反射镜)FM1、FM2位于中等辐射能量密度的区域中。

(旁轴)中间像的位置分别定义了与物面且与像面光学共轭的系统的场平面。因此，偏转反射镜光学邻近系统的场平面，这在本申请的范围中也称作“近场”。在此情况下，第一偏转反射镜配置为光学邻近属于第一中间像IMI1的第一场平面，且第二偏转反射镜配置为光学邻近与第一场平面光学共轭且属于第二中间像IMI2的第二场平面。

光学表面与参考平面(例如场平面或光瞳平面)的光学接近度或光学距离在本申请中由所谓的子孔径比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＝sign h(|r|/(|h|+|r|))

其中r表示边缘射线高度，h表示主射线高度，且符号函数sign x表示x的符号，依惯例sign 0＝1。主射线高度被理解为表示在数量上具有最大场高度的物场的场点的主射线的射线高度。射线高度应理解为有符号。边缘射线高度应理解为表示从光轴和物面之间的交叉点开始的具有最大孔径的射线的射线高度。此场点不需要促使转印配置在物面中的图案——特别是在离轴像场的情况下。

子孔径比是带符号的变量，其为光束路径中平面的场或光瞳接近度的度量。根据定义，子孔径比被标准化为-1到+1之间的值，其中子孔径比在每一场平面中为零，且其中子孔径比在光瞳平面中从-1跳至+1，反之亦然。因此，绝对值为1的子孔径比决定光瞳平面。

那么，如果这两个表面的子孔径比在数值方面是可比较的，则将光学表面或平面指定为“(光学地)接近”光学参考表面。特别地，若光学表面或平面具有接近0的子孔径比，则将光学表面或平面指定为“(光学地)近场”。若光学表面或平面的子孔径比的绝对值方面接近1，则将光学表面或平面指定为“(光学地)近光瞳”。

针对两个偏转反射镜，确实在偏转反射镜和最接近的中间像(直接接近)之间没有配置光学元件，且子孔径比SAR在绝对值方面小于0.3、特别是小于0.2。

投射镜头PO具有像侧数值孔径NA＝1.35。有效像场的大小为26mm x22mm。与完美像侧远心度的远心度偏差小于1mrad。

图5显示作为此参考系统的场坐标x和y的函数的Zernike系数Z1的分布。这些线是以微米为单位的Z1(X，Y)的相同值的线。由于具有开槽像场的投射镜头通常用于扫描操作，因此扫描的像差分布(在扫描方向(y方向)上平均)特别重要。图6显示作为x坐标的函数的Z1的平均分布。这些图主要用于基于具有良好校正的远心度的系统来阐明所允许的Z1变化的量级。在具有1mrad数量级的远心度分布的这类投射镜头的情况下，相应地允许约5μm的数量级的Z1的幅度。这里必须强调的是，成像的关键不是Z1分布的绝对值，而是其梯度。

为了决定光学系统的各个光学表面处的变化在多大程度上影响远心度，即为了决定各个光学表面对投射镜头中的Z1分布的敏感度，在每个光学表面上加入形式为x²+y²的抛物线分布，其最大振幅为2μm，位于相应光学表面的光学自由区域中。然后在各个情况下决定新的Z1分布与参考设计的分布之间的差异。图7中的图式显示了十个最高敏感度的分布，即表面形状的变化和/或定位或位置的变化(例如，由于平行或垂直于光轴的位移或由于倾斜)导致Z1分布的特别大变化的那些光学表面的十个最高敏感度的分布。显然地，偏转反射镜FM1、FM2处的中间像IMI1、IMI2附近的光学表面(参见图4)对远心度具有最高的敏感度(参见图7B)。两个偏转反射镜FM1、FM2表现出最高的敏感度，因为它们直接接近中间像，且因为作为反射镜，它们本身具有较高的光学敏感度。

若考虑典型的操纵值变化或操纵器的行程可为1μm或2μm的数量级，则从图7可直接看出，在操纵器操纵值变化的最坏情况下，敏感度的总和可显著超过Z1的标称分布。这清楚地显示了在本申请中所解决的问题，即通过投射镜头的操纵器处的操纵值变化来影响远心度。

在某些波前操纵系统中，操作波长的变化也被使用作为操纵器。举例来说，在投射曝光装置附近的气压变化大的情况下的波长和由此产生的折射时间的变化可被使用作为操纵器。经验显示，波长变化的典型数值可在±50pm的范围内。图8A显示与在参考系统情况下的敏感度(参考图6)相比，Z1相对于变化波长的敏感度的比较图。图8B显示了图8A的函数的导数。导数对应以mrad表示的像面中的射线的方向余弦。显然地，在操作期间，通过使用以指定的数量级改变所使用辐射的波长的操纵器，与参考远心度相比，远心度可例如超过一倍。

仅在几个示例的基础上进行解释的发明人的综合分析尤其得出以下见解：(i)在许多系统中用于强调或补偿外部干扰(例如由于压力变化)的典型操纵值变化可能足以显著地干扰远心度。(ii)由于Z1的敏感度在此处特别高，因此可在近场光学表面处特别有效地控制或设定Z1分布。(iii)Z1的敏感度越大，所分别考虑的光学表面处的数值孔径越小。

考虑投射曝光装置的操作控制系统的操纵器的致动中的Z1敏感度(或适合作为远心敏感度的其他关系)在目前被认为很有可能解决这个问题。将Z1限制为最小可能的值似乎是有利的，例如限制为数值0，其将对应于理想状态。由此可实现的是远心度在操作期间没有任意调整到很大程度，而是将远心度特性的可能变化限制于相对非临界值。

定量分析显示，Z1敏感度的典型数量级在微米范围内。与此相比，许多其他Zernike系数的典型单位(通常在nm范围内)小了三个数量级。因此，有利的是，在控制的目标函数的定义中提供远心度或Z1，其权重明显小于其他Zernike系数的权重。

下文将解释关于专用远心度操纵器的设计标准的考虑。术语“专用远心度操纵器(dedicated telecentricity manipulator)”在此处表示这是可引起投射镜头的远心度的针对性变化以响应操作控制系统的控制信号的操纵器，其中与同样可能对其他像差(例如失真和散焦)的影响相比，对远心度的影响占主导地位。换言之：专用远心度操纵器允许远心度的针对性变化，其中与远心度的变化水平相比，可能同样产生的其他像差(特别是失真和散焦)的水平是低的。

在某些应用中，对于远心度(由Z1量化)而言，操纵器具有比Z2/Z3的敏感度大至少三个数量级(至少1000倍)的敏感度可能是有利的。还有一些应用故意不在最佳焦点位置使用投射镜头，例如焦点钻孔(focus drilling)。除其他外，在这些情况下，敏感度的差异为10倍或100倍也可能就足够了。

为了阐明这些考虑，图9示意性地显示了投射镜头的场平面FE1区域中的投射光束路径的摘录。场平面可例如为与物面光学共轭的中间像面。在物面和此场平面之间的理想光学成像的情况下，从物场点(物面中的场点)发出的光束射线将于单一交叉点KP处在中间像面FE1相交。在图9中由主射线CR(其在中间像平面的区域中理想地平行于光轴或相对光轴成一小角度行进)及彗差射线(coma ray)COR表示在图9中从左向右的投射光束路径，其中彗差射线COR与主射线在交叉点KP处形成孔径角α。在此情况下，彗差射线COR表示从物场的场点传送到孔径光阑相对光轴的相对边缘的射线。彗差射线是光束的极端射线，且可连同主射线CR的分布一起阐明在场平面FE1的位置处的投射辐射的数值孔径。孔径角α越大，场平面FE1中的数值孔径也越大。

参考符号MS表示专用远心度操纵器的操纵器元件的操纵器表面。首先将操纵器表面放置在场平面FE1中的操纵器的第一操作位置处，使得主射线和彗差射线在操纵器表面处相交。操纵器表面的左手侧(光入射侧)的折射率n₁和操纵器表面的右手侧(光出射侧)的n₂不同。举例来说，光入射侧(左)可能存在气体或真空(其中n₁≈1)，而操纵器表面MS为透明光学元件的光学表面，其材料具有折射率n₂＞n₁。然而，也可能是n₂＜n₁。

若操纵器表面MS接着平行于光轴或主射线位移一位移距离dx至由虚线所示的位置MS′，则主光线CR将经历相位变化或光学路径长度的变化，其根据：

OPD_chief＝dx(n₁-n₂)＝dxδn

缩写δn代表n₁和n₂之间的折射率差。相比之下，彗差射线COR经历了不同的相位变化，其可表示如下：

在此情况下，参数α表示彗差射线COR相对于主射线的孔径角。前文所指出的光学路径长度差OPD_chief对应光束的全局相位，其可用Zernike系数Z1来描述。

主射线CR的光学路径长度差与彗差光线COR的光学路径长度差之间的差异

对应Zernike系数Z2、Z3和Z4或可由此描述的失真(Z2和Z3)和散焦(Z4)的像差。在此理想情况(其中一个操作位置中的操纵器表面直接位于场平面FE1中)下，所有较高的Zernike系数都消失。这些考虑显示，在单个场平面的区域中，远心度无法独立于失真(Z2/Z3)和散焦(Z4)而改变或操纵。换句话说，所寻求或期望的远心度变化也引起不想要的(寄生)像差，特别是失真和散焦。

这些考虑也显示，具有相对小的孔径角的中间像的区域中的操纵器表面主要影响远心度，与其相比，对变形和/或散焦的影响较小。

针对用于微光刻的投射镜头领域，其中像侧数值孔径应该相对较高以实现高分辨率，借助于在场平面内或在光学邻近场平面的单个操纵器元件，可能难以主要地将远心度改变到所需程度，而不会同时显著地改变散焦和失真。

相反地，根据发明人的见解，若投射镜头包含可附接操纵器元件且彼此光学共轭且其中彗差射线相对主射线的孔径角(或数值孔径)具有不同的大小的两个场平面，则有可能提供用于微光刻的投射镜头的专用远心度操纵器。在这些前提条件下，理想上可相对彼此改变操纵器元件，使得彗差射线的相位变化的总和消失，使得剩余的诱发像差只剩下远心度或远心度变化。彗差射线的相位的总和消失的条件可表述如下：

或

在这种情况下，以下关系导致Z1系数的变化或可由此描述远心度的变化：

这显示原则上有可能将两个操纵器元件定位于不同的场平面中，以实现具有理想效果的纯远心度操纵器或专用远心度操纵器。从最后的方程式可立即明显看出，若在彼此光学共轭的场平面处的孔径角(aperture angle)α₁和α₂差别很大，则该专用远心度操纵器的效果变得特别大。

这些见解可用以为真正存在的投射镜头配置专用的远心度操纵器。这将基于图4中的投射镜头PO的示例来解释。其中的物面OS和像面IS为彼此光学共轭的场平面。与其光学共轭的其他场平面为第一中间像IMI1的中间像面和第二中间像IM12的中间像面。总成像比例(在物面OS和像面IS之间)为4∶1，即缩少了4倍。因此，物面OS的区域中的数值孔径比在像面IS的区域中的像侧数值孔径小4倍。

专用远心度操纵器可包含第一操纵器元件，其操纵器表面尽可能靠近物面OS，例如在子孔径比SAR为0.1或更小的区域中。适配于其的第二操纵器元件可配置为直接光学接近像面IS，例如形式为在像侧的最后一个光学元件的入射侧或出射侧形成的操纵器表面的形式(平板PP)。

下面将参照图10描述投射镜头PO中概念的可能实际实施方式。投射镜头PO配置使得配置于其物面OS中的图案以缩小的成像比例(例如4∶1或5∶1)成像到像面IS中。这是具有三个个别成像镜头部分的三元系统，其中第一镜头部分形成第一中间像IMI1，第一中间像IMI1通过第二成像镜头部分成像为第二中间像IMI2，且该第二中间像在第三镜头部分的协助下成像至像面中。

专用远心度操纵器以Alvarez操纵器的方式实施，其包含两个透明板型操纵器元件ME1、ME2，在这种情况下，其中一个板表面为平面，而另一个板表面(第一操纵器表面)具有与平面表面明显不同的非球面形状。两个操纵器元件的组合也可称作Alvarez操纵器。第一操纵器元件ME1直接配置在光学邻近此场平面的物面OS的下游，使得平面入射表面和非球面出射表面都位于子孔径比SAR小于0.3或小于0.2或甚至小于0.1的区域中。在第一致动装置DR1的协助下，第一操纵器元件ME1可在垂直于光轴OA的平面中移动。

第一操纵器元件被分配给第二操纵器元件ME2，其为Alvarez操纵器的一部分并且具有类似于第一操纵器元件ME1的非球面。

第二操纵器元件ME2为最靠近像面IS的投射镜头的最后一个光学元件，且位于两个表面的子孔径比小于0.2或小于0.1的区域中。第二操纵器元件ME2同样是可操纵的且在第一操纵器元件移位时被致动，使得其对失真和散焦的寄生效应被部分地或完全地补偿或最小化，使得基本上只对远心度产生期望的影响。

彼此分配的两个操纵器表面MS1和MS2就其表面形状而言设计为使得每一表面对应于待校正的远心度误差的反导数的形式。它们形状彼此互补(考虑缩小成像比例)。在所示的第一操作位置(零位置)中，第一操纵器元件ME1相对于第二操纵器元件ME2定位，使得两个操纵器元件对从物面行进到像面的射线或波前的整体效果互相补偿，使得两个操纵器元件总体上不产生任何显著的波前变形。

为了实现投射镜头的远心度的针对性变化，第一操纵器元件ME1可例如在第一致动装置DR1的协助下垂直于光轴移动到所示的虚线的第二操作位置ME1′。针对图10中可辨别的主射线CR，这具有如下效果：该主射线不再穿过Alvarez板ME1的相对较厚的部分，而是穿过相对较薄的部分。关于第一操纵器表面MS1，在主射线CR的位置处，这对应操纵器表面从所示的实线位置到虚线位置的位移，即平行于光轴OA(参见图9和相关的解释)。

接着，考虑到在物面和像面之间可应用的缩小成像比例，操纵器表面的表面形状彼此适配，使得第一操纵器元件ME1的位移对失真(Z2/Z3)及对散焦(Z4)的影响通过第二操纵器元件ME2而得到最大可能程度的补偿，而由于位移而产生的远心度或全局相位的变化基本上没有得到补偿，使得在像面IS中的远心度的变化仍是由此产生的变化。

因此，在图10中的变化形式的情况下，第一场平面(其光学地接近第一操纵器元件ME1)为物面，而第二场平面(其光学地接近第二操纵器元件ME2)为像面，其中这两个平面之间的缩小成像比例对应投射镜头PO的总成像比例。

许多变化形式都是可能的。举例来说，第一操纵器元件ME1也可定位于第一中间像IMI1处的第一中间像面的区域中或第二中间像IMI2处的第二中间像面中，假设将第二中间像IMI2成像至像面IS的第三镜头部分具有足够大的缩小成像比例。若在物面和中间像面之间整体上实现了缩小成像，则第二操纵器元件也可配置在相应的中间像面的区域中。

在图11中示意性地显示了图10中所示的实施例的一个变化形式。在此变化形式中，第一Alvarez透镜元件AL1在光学上接近物面OS，而第二Alvarez透镜元件AL2位于与物面共轭的平面(即像面IS)内或其附近。每一Alvarez透镜元件分别对应波前操纵系统的操纵器元件ME1和ME2。在Alvarez透镜元件之间发生尺寸变化(此处为缩小)的光学成像。在此意义下的Alvarez透镜元件为由两个彼此并排放置(或在光束路径中一前一后)的板所构成的光学元件，且每一个具有平板表面和非球面板表面。彼此面对的非球面板表面为互补的非球面，并形成操纵器表面。彼此分派的两个操纵器表面就其表面形状而言设计为使得每一表面都对应待校正的远心度误差的反导数的形式。在零位置处，针对此Alvarez透镜元件，平板的光学效应的结果是全面。在板的相对位移(例如分别通过致动驱动器DR1和DR2)下，在非球面板表面之间产生具有所需光学效果的“空气透镜”。有关基本原理的解释例如显示于原始专利说明书US 3,305,294 A中。

合适的操纵器元件不限于可透射的折射元件或可传输辐射的折射元件。也有可能将专用远心度操纵器的一个操纵器元件或两个操纵器元件设计为可操纵的反射镜，例如具有可变形的反射镜表面，其可作用为操纵器表面。具有镜面反射的操纵器表面(例如可弯曲的反射镜)的反射操纵器元件可能是有利的，有以下几个原因。首先，对于反射镜或反射操纵器表面，折射率的差值为n₁-n₂＝2，使得在这方面提供了更高的敏感度，甚至是小的变形也可能对远心度产生很大的影响。其次，在图4中的投射镜头的情况下，例如中间像IMI1、IMI2或指定的中间像面直接接近折叠反射镜FM1、FM2的反射镜表面，使得寄生引起的像差(其由操纵器表面相对最近的场平面的偏心引起)的水平仍然非常低。

下文描述通过硬件和软件件实现见解的投射曝光装置的示例性实施例。

图12显示了微光刻投射曝光装置WSC的示例，其可用于生产半导体部件和其他精细结构化的部件并可使用来自深紫外线(DUV)范围的光或电磁辐射来操作，以获得低至几分之一微米的分辨率。具有约为193nm的操作波长λ的ArF准分子激光器作为主要辐射源或光源LS。其他UV激光光源(例如操作波长为157nm的F₂激光器或操作波长为248nm的ArF准分子激光器)也是可能的。

在其出射表面ES中，设置在光源LS下游的照明系统ILL产生大的、清晰定界的且基本上均匀照明的照明场，其适用于在光路径中配置在其下游的投射镜头PO的远心度的要求。照明系统ILL具有用以设定不同照明模式(照明设定)的装置，且其可例如在具有不同相干度σ的传统轴上照明与离轴照明之间切换。举例来说，离轴照明模式包含环形照明或偶极照明或四极照明或任何其他多极照明。合适的照明系统的设计本身是已知的，因此本文不再作详细解释。专利申请案US 2007/0165202 A1(对应WO 2005/026843 A2)显示了可在各种实施例的范围内使用的照明系统的示例。在这方面，该专利申请案的公开内容以引用的方式并入本说明书的内容。

接收来自光源LS的光并从该光成形照明辐射(该照明辐射被导引至位于出射平面ES中的照明场或至掩模母版M)的那些光学元件为投射曝光装置的照明系统ILL的一部分

配置在照明系统下游的是用以保持及操纵掩模M(掩模母版)的装置RS，使得配置在掩模母版处的图案PAT位于投射镜头PO的物面OS的区域中，其中物面OS与照明系统的出射平面ES重合且在此处也称作掩模母版平面OS。出于扫描操作的目的，掩模可在扫描仪驱动器的协助下在垂直于光轴OA(z方向)的扫描方向(y方向)上平行于此平面移动。

装置RS包含用以使掩模在z方向(即垂直于物面)上相对物面线性地移动的整合提升装置、以及用以使掩模绕在x方向中延伸的倾斜轴倾斜的整合倾斜装置。

接在掩模母版平面OS的下游的为投射镜头PO，其作用为缩小镜头并以缩小的比例(例如以1∶4(|β|＝0.25)或1∶5(|β|＝0.20)的比例)将配置在掩模M处的图案的像成像至涂布有光刻胶层的基板W上，其感光基板表面SS位于投射镜头PO的像面IS的区域中。投射镜头名义上是双远心的，即在物侧和像侧与完美的远心度没有偏差或只有很小的偏差。

待曝光基板(在示例性的情况下为半导体晶片W)由包括扫描仪驱动器的装置WS来保持，以在扫描方向(y方向)上垂直于光轴OA与掩模母版M同步地移动晶片。装置WS更包含：用以使基板在z方向上相对像面线性地位移的提升装置，以及用以使基板围绕在x方向上延伸的倾斜轴倾斜的倾斜装置。

装置WS(也称作“晶片台”)和装置RS(也称作“掩模母版台”)是扫描仪装置的构成部分，其经由扫描控制装置来控制，该扫描控制装置在实施例中整合在投射曝光装置的中央控制装置CU中。

由照明系统ILL产生的照明场定义了在投射曝光期间所使用的有效物场OF。在示例性情况下，有效物场为矩形的，其具有平行于扫描方向(y方向)测量的高度A*，且具有与其垂直(在x方向上)测量的宽度B*＞A*。通常，外观比AR＝B*/A*介于2和10之间，特别是介于3和6之间。有效物场位于y方向上与光轴相邻一距离处(离轴场)。与有效物场光学共轭的像表面IS中的有效像场同样为离轴场且具有与有效物场相同的形式及相同的高度B和宽度A之间的高宽比，但绝对场尺寸缩小了投射镜头的成像比例β，即A＝|β|A^＊and B＝|β|B^＊。

若投射镜头设计且操作为浸没镜头，则在投射镜头的操作期间辐射传输通过浸没液体的薄层，该薄层位于投射镜头的出射表面与像面IS之间。在浸没操作期间，像侧数值孔径NA＞1是可能的。干式镜头的配置也是可能的；在这种情况下，像侧数值孔径被限制为值NA＜1。

投射曝光装置WSC具有操作控制系统，其配置为对投射曝光装置的成像相关特性进行接近瞬时的精细优化，以响应环境影响和其他干扰和/或基于所储存的控制数据。为此，操作控制系统具有多个操纵器，其允许针对性地干预投射曝光装置的投射行为。可主动致动的操纵器包含一个或多个致动构件(或一个或多个致动器)，其当前的操纵值可基于操作控制系统的控制信号由正在进行的定义的操纵值变化来修改。

投射镜头或投射曝光装置尤其配备有波前操纵系统WFM，其配置为在波前操纵系统的光学效果能够由操作控制系统的控制信号可变地调节的意义内，以可控的方式修改从物面OS行进到像面IS的投射辐射的波前。

示例性实施例中的波前操纵系统具有多个可相互独立驱动的操纵器MAN1、MAN2等，每个操纵器具有至少一个操纵器元件ME1、ME2等，其配置在投射镜头的投射光束路径中并具有(至少一个)操纵器表面MS1、MS2，操纵器表面配置在投射光束路径中且其定位(位置)和/或定向和/或表面形状和/或折射率分布可在致动装置DR1、DR2等的协助下可逆地改变。例如，可设计操纵器用于平行或垂直于参考轴的光学元件的偏心或位移、光学元件的倾斜、光学元件的局部或整体加热或冷却和/或光学元件的变形。术语“操纵器”也包含基于操作控制系统的相应控制信号而作用在掩模上或基板上以例如使掩模或基板移位、倾斜和/或变形的装置。

在操作控制系统的内存SP中，储存针对多个像差的操纵器的敏感度S(Z1)、S(Z2)、...、S(Zn)，其在各个情况下由相关的Zernike系数Z1(针对远心度)、Z2(针对波前在x方向的倾斜)等来表示。针对每一操纵器储存一组专用敏感度。重要的是，除了储存于某些传统系统中的敏感度以外，此处也储存了用于改变远心度的操纵器的远心敏感度S(Z1)。远心敏感度定量地描述了在操纵器处的定义的操纵值变化与由此实现的对像场中的远心度的影响之间的关系。因此，也可考虑远心敏感度来控制投射曝光装置的操作，例如方式为在考虑远心敏感度的情况下，将操纵器的操纵值变化限制在低于操纵值极限的量值。

当决定操纵器的操纵值变化时，操作控制系统使用目标函数，其将曝光过程的质量描述为多个“光刻像差”的加权总和。在此情况下，术语“光刻像差”旨在包含在成像期间与光刻相关的所有缺陷。光刻像差尤其包含例如失真(像场中的像点的不均匀位移)、横向像位置的偏差(像场中的像点的均匀位移)、像旋转、不对称成像比例、焦点位置的变形(垂直于像面的不均匀像点位移)等的像差，以及像场上的临界尺寸的变化(CD变化)、临界尺寸在相互正交方向上的差异(HV像差)等。在一般情况下，这些像差在像场上并不均匀，而是在像场内变化。焦平面的失真和变形可能导致重叠像差(例如，不同图案(掩模结构)之间的重叠像差)和焦点像差。光刻像差受到投射影曝光装置或投射曝光制程的各种特性的影响，包含基板、基板上的辐射敏感层、由光源所提供的投射射线、掩模及投射系统。

在投射曝光装置WSC的情况下，由控制程序针对每一操纵器进行优化的目标函数包含远心敏感度S(Z1)，其描述在操纵器处的定义的操纵值变化与由此可实现的对像场中投射辐射的远心度的影响之间的关系。目标函数的优化通常包含模拟操纵器的许多操纵值变化以及计算其对目标函数的影响。由于也考虑了远心敏感度，因此在目标函数的优化中可考虑操纵器处的操纵值变化对远心度的影响。举例来说，由此可实现的是，在没有远心度测量下，向终端顾客(投射曝光装置的用户)提供记录远心度与传送状态的远心度的偏差的可能性以及操纵器所进行的随后调整，并确保远心度保持在预定义的规格范围内。预定义的规格可使得像侧远心度保持在小于20mrad(毫拉德)的范围内，像侧远心度的较佳值在小于10mrad的范围内，后者的限制特别适用于DUV系统。

投射镜头可配备本申请中所述类型的专用远心度操纵器，以对投射镜头的远心度特性进行针对性的干预。但是，这不是强制性的。

原则上，EUV范围中的光刻光学单元不能是双远心的，因为在该波长范围内不存在透射式掩模母版。因此，这些光学系统在其设计中仅为远心的(在晶片处)。此处描述的见解和概念也可用于使用EUV辐射用于微光刻的投射曝光装置。

Claims (21)

1.一种在投射曝光装置的操作控制系统的控制下以掩模的图案的至少一个像来曝光辐射敏感基板的投射曝光方法，包含以下步骤：

将该掩模保持在该投射曝光装置的照明系统与投射镜头之间，使得该图案配置在该投射镜头的物面的区域中；

保持该基板使得该基板的辐射敏感表面配置在该投射镜头的像面的区域中，该像面与该物面光学共轭；

以由该照明系统所提供的照明辐射照明该掩模的照明区域；

在该投射镜头的协助下将位于该照明区域中的图案的部分投射至在该基板上的像场上，其中促使该像场中的图像产生的投射辐射的所有射线形成投射光束路径；

通过致动操纵器来影响该投射辐射的波前，该操纵器具有配置在该投射光束路径中的操纵器表面和用以可逆地改变该操纵器表面的光学效果的致动装置；

其中该操作控制系统基于控制程序决定该致动装置的操纵值变化，其中该控制程序具有优化目标函数的校正算法，

其特征在于：

用于至少一个操纵器的目标函数包含远心敏感度，其中该远心敏感度描述在该操纵器处的定义的操纵值变化与因此可实现的对该像场中的该投射辐射的远心度的影响之间的关系。

2.如权利要求1所述的投射曝光方法，其特征在于决定至少一个操纵器的Z1敏感度，其中该Z1敏感度描述在该操纵器处的定义的操纵值变化与因此所实现的对Zernike系数Z1的场分布或其数学上等同的变量的影响之间的关系。

3.如权利要求1或2所述的投射曝光方法，其特征在于用于改变该远心度的操纵器的远心敏感度(S(Z1))储存于该操作控制系统的内存(SP)中，其中在考虑该远心敏感度的情况下对该投射曝光装置的操作进行控制。

4.如权利要求3所述的投射曝光方法，其特征在于在考虑到该远心敏感度的情况下，操纵器的操纵值变化被限制在低于操纵值极限值的量值。

5.如前述权利要求中任一项所述的投射曝光方法，其特征在于在该目标函数的优化期间计算与该物体表面共轭的OPL表面，该OPL表面由位于与共轭物点相距恒定光学路径长度(OPL)的光学距离处的整体像点所定义。

6.如权利要求5所述的投射曝光方法，其特征在于针对该OPL表面的决定，计算该投射辐射的波前在该像场上的恒定位移的分布。

7.如前述权利要求中任一项所述的投射曝光方法，其特征在于在该投射曝光装置的操作期间结合到该投射曝光装置中的投射镜头的远心控制，包含以下步骤：

决定在开始时间时的远心度的起始值；

使用该操纵器的操纵值变化与分配的远心敏感度的数值，计算由该操纵器的调整所引起的远心度变化；以及

从该起始值以及在该开始时间与决定时间之间所影响的远心度变化来决定该决定时间的远心度值。

8.如权利要求7所述的投射曝光方法，其特征在于通过在启动时或重新调整后测量远心度来决定该起始值。

9.如前述权利要求中任一项所述的投射曝光方法，其特征在于通过致动至少一个专用远心度操纵器来改变该投射镜头的远心度。

10.一种使用掩模的图案的至少一个像来曝光辐射敏感基板的投射曝光装置，包含：

照明系统(ILL)，用以接收主要辐射源的主要辐射以及用以产生导向至在照明区域中的掩模(M)的照明辐射(ILR)；

投射镜头(PO)，用以使用投射辐射将位于该照明区域中的图案的部分投射至在该基板处的像场上；

掩模保持装置(RST)，用以将该掩模保持在该照明系统与该投射镜头之间，使得该图案配置在该投射镜头的物面(OS)的区域中；

基板保持装置(WST)，用以保持该基板使得该基板的辐射敏感表面配置在该投射镜头的像面(IS)的区域中，该像面与该物面光学共轭；以及

操作控制系统，配置为控制该投射曝光装置的操作；

波前操纵系统(WFM)，用以动态地影响从该物面行进到该像面的投射辐射的波前，其中：

该波前操纵系统包含通过该操作控制系统的控制信号而可致动且具有配置在该投射光束路径中的操纵器表面(MS)的操纵器(MAN)和用以可逆地改变该操纵器表面的光学效果的致动装置(DR)，

其特征在于：

用于改变该远心度的操纵器的远心敏感度(S(Z1))储存于该操作控制系统的内存(SP)中，其中远心敏感度描述在操纵器处的定义的操纵值变化与因此可实现的对该投射镜头的远心度的影响之间的关系，其中该操作控制系统配置为使得该投射曝光装置的操作在考虑该远心敏感度的情况下是可控制的。

11.如权利要求10所述的投射曝光装置，其中该操作控制系统配置为控制该投射曝光装置，以执行如权利要求1至9中任一项所述的投射曝光方法。

12.如权利要求10的前言部分所述的投射曝光装置，特别是如权利要求10及11中任一项所述的投射曝光装置，其特征在于该投射镜头包含至少一个专用远心度操纵器。

13.如权利要求12所述的投射曝光装置，其特征在于该专用远心度操纵器包含第一操纵器元件(ME1)以及与其分离的第二操纵器元件(ME2)，

该第一操纵器元件(ME1)配置于该投射光束路径中，在第一场平面(FE1)中或光学上靠近该第一场平面；

该第二操纵器元件(ME2)配置于该投射光束路径中，在与该第一场平面光学共轭的第二场平面(FE2)中或光学上靠近该第二场平面；

成像镜头部分，其具有放大或缩小成像比例且配置于该第一场平面与该第二场平面之间；以及

致动装置(DR1)，分配给该操纵器元件且配置为引起该操纵器元件相对彼此的相对变化，使得该操纵器元件中的一个引起远心度、失真及散焦的变化，且另一操纵器元件部分地或完全地补偿失真及散焦的所引起的变化。

14.如权利要求10至13中任一项所述的投射曝光装置，其特征在于该成像镜头部分放大或缩小至少两倍。

15.如权利要求10至14中任一项所述的投射曝光装置，其特征在于该第一场平面为该物面且该第二场平面为中间像面、或是该第一场平面为该物面且该第二场平面为该像面、或是该第一场平面为第一中间像面且该第二场平面为第二中间像面、或是该第一场平面为中间像面且该第二场平面为该像面。

16.如权利要求10至15中任一项所述的投射曝光装置，其特征在于该第一操纵器元件(ME1)和该第二操纵器元件(ME2)形成Alvarez操纵器、或是该第一操纵器元件(ME1)为第一Alvarez透镜元件且该第二操纵器元件(ME2)为第二Alvarez透镜元件。

17.一种投射镜头(PO)，用以通过电磁辐射将配置在该投射镜头的物面(OS)中的图案成像至该投射镜头的像面(IS)中，该投射镜头包含：

具有光学表面的多个光学元件，其配置在该物面(OS)与该像面(IS)之间的投射光束路径中，使得配置在该物面中图案通过该光学元件而可成像在该像面中；以及

波前操纵系统(WFM)，用以动态地影响从该物面行进至该像面的该投射辐射的波前，

其特征在于该投射镜头包含至少一个专用远心度操纵器。

18.如权利要求17所述的投射镜头，其特征在于该专用远心度操纵器包含第一操纵器元件(ME1)以及与其分离的第二操纵器元件(ME2)，

该第一操纵器元件(ME1)配置于该投射光束路径中，在第一场平面(FE1)中或光学上靠近该第一场平面；

该第二操纵器元件(ME2)配置于该投射光束路径中，在与该第一场平面光学共轭的第二场平面(FE2)中或光学上靠近该第二场平面；

成像镜头部分，其具有放大或缩小成像比例且配置于该第一场平面与该第二场平面之间；以及

致动装置(DR1)，分配给该操纵器元件且配置为引起该操纵器元件相对彼此的相对变化，使得该操纵器元件中的一个引起远心度、失真及散焦的变化，且另一操纵器元件部分地或完全地补偿失真及散焦的所引起的变化。

19.如权利要求17或18所述的投射镜头，其特征在于该成像镜头部分放大或缩小至少两倍。

20.如权利要求17至19中任一项所述的投射镜头，其特征在于该第一场平面为该物面且该第二场平面为中间像面、或是该第一场平面为该物面且该第二场平面为该像面、或是该第一场平面为第一中间像面且该第二场平面为第二中间像面、或是该第一场平面为中间像面且该第二场平面为该像面。

21.如权利要求17至20中任一项所述的投射镜头，其特征在于该第一操纵器元件(ME1)和该第二操纵器元件(ME2)形成Alvarez操纵器、或是该第一操纵器元件(ME1)为第一Alvarez透镜元件且该第二操纵器元件(ME2)为第二Alvarez透镜元件。

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