CN1873539A - 具有光瞳遮蔽的物镜 - Google Patents

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Abstract

物镜(1)具有：第一部分物镜(3)，其将第一场平面(7)投影到中间图像(11)上且包括具有第一中央镜孔径(15)的第一凸面镜(13)和具有第二中央镜孔径(19)的第二凹面镜(17)，所述第一镜(13)具有距所述第二镜(17)的第一轴上间距，且所述第二镜(17)具有距所述中间图像(11)的第二轴上间距，以及第一轴上间距与第二轴上间距的比率具有在0.95至1.05、尤其是在0.98至1.02之间的值；以及第二部分物镜(5)，其将所述中间图像(11)投影到第二场平面(9)上且包括具有第三中央镜孔径(23)的第三凹面镜(21)和具有第四中央镜孔径(27)的第四凹面镜(25)，所述第三镜(21)具有距第二场平面(9)的第三轴上间距ZM3－IM，所述第三轴上间距与第二场平面(9)内的数值孔径NA以及与第三镜(21)的直径DuM3具有下述关系：(I)，所述物镜(1)具有Petzval半径，所述半径的绝对值大于所述第一场平面(7)距所述第二场平面(9)的轴上间距。

Description

具有光瞳遮蔽的物镜
本申请是申请号为02812100.7、申请日为2002年8月16日、发明名称为“具有光瞳遮蔽的物镜”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具有其中央镜孔径引起光瞳遮蔽(obscuration)的物镜。在这种情况下，所述物镜包括两个部分物镜，第一部分物镜将第一场平面投影到中间图象上，且第二部分物镜将所述中间图象投影到第二场平面上。这样的物镜例如被用作显微平版印刷中的投影物镜或用作用于观察表面，尤其是晶片表面的检查物镜。
背景技术
用于微型平版印刷投影曝光装置应用中具有光瞳遮蔽和中间图象的反射式缩小物镜从EP 0 267 766 A2中是公知的。图2和图3的示范性实施例示出包括第一部分物镜和第二部分物镜的物镜。在这种情况下的两个部分物镜构成了两个相互反向的具有不同大小放大率的准-施瓦兹希尔(quasi-Schwarzschild)物镜。所述准-施瓦兹希尔物镜由在每种情况下具有中央镜孔径的凸面镜和凹面镜构建成。在其中所示的物镜情况下，与图象侧0.30的数值孔径相比较，0.38或0.33的孔径遮蔽相对较大。此外，物镜仅具有0.6或0.4的放大率。因两个相互反向的准-施瓦兹希尔物镜的这一配置，在中间图象处的数值孔径大于图象平面内的数值孔径。
一种用于EUV(extreme Ultraviolat，远紫外区)平版印刷中具有光瞳遮蔽、但不具有中间图象的反射投影物镜被公开在US 5,212,588中。在这种情况下的投影物镜包括具有中央镜孔径的凸面镜、及具有中央镜孔径的凹面镜。从物平面发射出来的光线在到达图象平面之前在所述这两个镜上被四次反射。在孔径遮蔽在0.4至0.7之间的情况下，图象侧的数值孔径仅处于0.08和0.3之间。在示范性实施例中的放大率处于-0.3至-0.2之间。
用于EUV平版印刷中具有光瞳遮蔽、但不具有中间图象的另一种反射投影物镜被公开在US 5,003,567中。在这种情况下，投影物镜包括一对涂有多涂层且具有公共曲率中心的球面镜。在这种情况下，所述第一镜是凸面镜，而所述第二镜是凹面镜。然而，这些施瓦兹希尔类型的物镜具有较大的象场弯曲，且因此US 5,003,567建议将结构方位掩模(structure-bearing mask)(刻线)应用到弯曲的基片上。
用于EUV平版印刷中具有光瞳遮蔽和中间图象的反射投影物镜也被公开在EP 1 093 021 A2中。被设置在物平面与中间图象之间的第一部分物镜在这种情况下具有四个或六个镜，所述镜在轴外尽可能远离被设置在孔径光阑平面上的镜而被插入。在这种情况下第一部分物镜并不导致光瞳遮蔽。第二部分物镜包括具有轴外镜孔径的凸面镜及具有轴外镜孔径的凹面镜。从几何上位置最接近于图象平面的镜是凸面镜，且因此镜基片的厚度在光轴上最大。
当凸面镜的基片厚度和自由的图象侧焦点距离被加以考虑时这导致较大的孔径遮蔽。此外，由于凸面镜具有发散的光焦度，所以它们通常比凹面镜具有较小的直径。然而，在较小的镜直径情况下，镜遮蔽，即镜孔径与镜直径的比率更为不利。
具有光瞳遮蔽、但不具有中间图象的反射式显微镜物镜被公开在US 4,863,253中。它包括不具有中央镜孔径的凸面镜，以及具有中央镜孔径的凹面镜。在这个设置中，经凸面镜反射后光线并不经过凸面镜的镜孔径，而是被导引经过外面的第一镜。这导致由凸面镜引起的非常高的孔径遮蔽。
由Gil Moretto所著题为“Aplanatic corrector designs for theextremely large telescope”(Applied Optics；Vol.39，No.16；1June 2000；2805-2812)的出版物公开了一种反射望远镜，在球面主镜的下游所述反射望远镜具有校正由主镜引起的球面象差和慧形象差的校正物镜。在这种情况下，校正物镜将由所述主镜所形成的中间图象以放大率为3.5的放大形式投影到望远镜的图象平面上。在这种情况下的物镜包括将所述中间图象投影到另一个中间图象上的两个凹面镜、以及由将所述另一个中间图象投影到望远镜图象平面上的凹面镜和凸面镜所组成的一对镜。由主镜所形成的中间图象到所述另一个中间图象的投影以-0.9的放大率被缩小，而所述另一个中间图象到望远镜图象平面上的投影以-3.75的放大率被放大。在望远镜图象平面处的数值孔径为0.1且在中间图象处的数值孔径为0.345。由于镜孔径，物镜具有同数值孔径相比相对大的光瞳遮蔽。由于凸面镜仅具有轻微的曲率，所以校正物镜还具有相对大的场曲率。
望远镜的校正物镜还被公开在由R.K.Jungquist所著的题为“Optical design of the Hobby-Eberly Telescope Four MirrorSpherical Aberration Corrector”的出版物(SPIE Vol.3779，2-16，July 1999)中。光学设计非常类似于从前所说明的校正物镜。正是凹面镜独有地被用在所示的校正物镜中，且因此场曲率相对来说大。
可驱动的微镜阵列被公开在由M.A.Mignard所著的题为“DigitalMicromirror Array for Projection TV”(Solid State Technology，July 1994，pp.63-68)。它们作为被投影在投影曝光装置中的物的使用形成了专利US 5,523,193、US 5,691,541、US 6,060,224和US 5,870,176的内容。然而，在此所说明的示范性实施例中，相应的投影物镜仅示意性地被示例。适合于所谓无掩模平版印刷要求的投影物镜的具体示范性实施例并不包含在所述专利中。
具有光瞳遮蔽和中间图象的反折射投影物镜被公开在DE 197 31291 C2中。在这种情况下，物镜具有折射的和反折射的部分物镜，且被用在宽UV波长区域。除了用于色校正的透镜以外，凹面镜和近似平面镜被设置在反折射的部分物镜中。由于透镜的使用，在EUV波长(＜20nm)情况下不可能使用这个物镜。投影物镜例如被用在用于观察晶片表面的检查系统。
发明内容
本发明的目的是改善具有光瞳遮蔽的投影物镜，尤其是降低孔径遮蔽。
借助于根据权利要求1的物镜、根据权利要求22和24的平版印刷投影曝光装置、根据权利要求23和25用于将感光性基片曝光的方法、根据权利要求27的检查系统以及根据权利要求28用于观察物表面的方法可以获得这个目的。
本发明有利的精化来自于从属权利要求的特点。
根据权利要求1，所述物镜包括沿着光轴被设置的第一部分物镜和第二部分物镜。
第一部分物镜将第一场平面投影到中间图象上。在这种情况下，它包括具有第一中央镜孔径的第一凸面镜和具有第二中央镜孔径的第二凹面镜。在这种情况下从第一场平面发射的光线首先经过第二镜孔径、在第一镜处被反射、在第二镜处被反射且随后经过第一镜孔径。由于第二镜孔径的直径决定性地由第一镜的直径所决定，所以出于降低孔径遮蔽的目的，有利地是提供作为凸面镜的第一镜及作为凹面镜的第二镜，以便于第一镜具有比第二镜基本上更小的直径。
所述第一镜和第二镜被设置在第一轴向间距上。如果未另外加以声明，则在这个应用中两个镜之间的轴向间距被确定为两个镜的表面顶点之间的间距。在镜具有中央镜孔径的情况下，表面顶点规定了光轴上这样的点，即如果镜没有镜孔径，则在所述点上镜的表面将切断光轴。第二镜具有距中间图象的第二轴上间距。在这种情况下中间图象的位置由中间图象的近轴位置给出。为了将孔径遮蔽尽可能保持低，第一轴上间距与第二轴上间距的比率具有0.95至1.05之间，尤其在0.98至1.02之间的值。在这种情况下，中间图象位于至少大约在第一镜的位置处。由于在场平面中光线束的直径是最小的，且另一方面束直径由镜孔径的直径所决定，所以有利地是将中间图象尽可能靠近第一镜的位置放置。因此中间图象还可以例如位于第一镜与第二镜之间，处于第一镜的表面顶点处或处于光线方向上第一镜表面顶点的下游，在所述情况下上述提到的间距条件应该得到实现。
借助于第二部分物镜中间图象被投影到第二场平面上。由此在第二部分物镜的光学元件与第二场平面之间存在的是足够大的自由光学工作距离，这并不存在于中间图象与第一部分物镜的光学元件之间。第二部分物镜拥有具有第三中央镜孔径的第三凹面镜及具有第四中央镜孔径的第四凹面镜，其彼此相面对被设置。在这种情况下，光线首先经过第四镜孔径、在第三镜被反射、在第四镜被反射且随后经过第三镜孔径。为了将孔径遮蔽尽可能地保持低，如自由的光学焦点距离所允许的那样，第三镜尽可能靠近第二场平面被设置。此外，第三镜是具有相对大的直径的凹面镜，且因此镜孔径的直径与镜直径之间的比率假定为较小的值。第三镜与第四场平面之间的轴上间距被如下指示为ZM3-IM。所述间距ZM3-IM有利地具有最小值，其等于第三镜的最小基片厚度与最小自由光学工作距离之和。在这种情况下，即使因为中央镜孔径，镜在此没有基片材料，但最小基片厚度被规定为光轴上表面顶点与后表面之间的厚度。最小基片厚度为镜直径的3％。由于它是凹面镜，所以第三镜物理上存在的基片厚度较大。如果孔径遮蔽允许这样的话，则当轴上的最小基片厚度为具有中央镜孔径的凹面镜直径的5％或甚至10％时是有利的。第三镜后表面与第二场平面之间的最小自由光学工作距离为5.0mm。这个自由光学工作距离确保在第二场平面内物的定位。间距ZM3-IM的最大值首先是容许的孔径遮蔽的函数，其次是在第二场平面内数值孔径NA的函数。当第三镜孔径的直径小于第三镜直径DuM3的50％时，对于低孔径遮蔽是有利的。由于第三镜孔径的直径随第二场平面内数值孔径的反正弦的正切、以及随第三镜距场平面的间距线性地增加，所以间距ZM3-IM的最大值由下述关系给出：
z M 3 - IM max = 0.25 · Du M 3 tan ( arcsin ( NA ) ) .
为了能够使用物镜用于将延长的物投影到投影曝光装置内或检查系统内的图象上，例如，所述物镜的场曲率应该尽可能好地被校正。物镜有利地具有Petzval半径，所述半径的绝对值大于第一场平面距第二场平面的轴上间距。为了补偿凹面镜对Petzval总和的正的贡献，第一凸面镜提供大的负的贡献。由于第一凸面镜由此具有大的负光焦度且由此与凹面镜相比具有小的直径，所以这个镜在其对孔径遮蔽方面的贡献尤其关键。然而，由于它被设置于至少大约在中间图象的位置，所以尽管存在良好的Petzval校正，但是该物镜具有低的孔径遮蔽。
在这个具有光瞳遮蔽的物镜中，仅是具有起始于特定最小值的孔径角的光线贡献于投影。在这种情况下孔径角参考于光轴被加以测量。在这种情况下对于仍然仅被所有镜透射且并不被镜孔径晕映的光线，导致最小孔径角。在这种情况下光线并没有直接地被镜孔径晕映，而是作为虚光经过后者且照到特殊的光阻挡设备上，而同时具有较大孔径角的光线束的剩余光线被镜反射。在这种情况下孔径遮蔽被定义为第二场平面内的最小孔径角的正弦与第二场平面内的数值孔径的比率。借助于在第一镜附近设置中间图象，以及在第二场平面附近采用凹面镜，可以取得小于0.6，尤其小于0.5的值的孔径遮蔽。
除了低孔径遮蔽以外，第二场平面内的数值孔径与孔径遮蔽之比率的大数值也是所述物镜的重要特点。在第二场平面内物镜的数值孔径越大，则越难以取得低的孔径遮蔽。所述物镜特征在于这个比率大于1.2，尤其大于1.5。
第二场平面内的数值孔径在这种情况下大于0.3，尤其大于0.4，特别优选地大于0.6。
在第一场平面与第二场平面之间，所述物镜具有大于4∶1，尤其大于10∶1，特别优选地大于20∶1的成像缩放比。4∶1至10∶1之间的成像缩放比对用于平版印刷的投影物镜是典型的。大于20∶1的成像缩放比例如对于将可驱动的微镜阵列投影到感光性基片上的投影物镜、显微镜物镜、或检查物镜是所感兴趣的。与此相联系，两个共轭场平面之间的成像缩放比被定义为物高度与图象高度之间比率的绝对值，其中两个共轭场平面之间的放大率被定义为图象高度与物高度之间的比率，使例如正号表示正像。
由于物镜包括两个部分物镜，所以当第一场平面与第二场平面之间的成像缩放比以及中间图象与第二场平面之间的成像缩放比两者均大于1∶1，尤其大于1.1∶1时是有利的。结果是，第一场平面与第二场平面之间的数值孔径逐步地增加。因此直至在第二场平面内才出现最大的数值孔径。
为了尽可能地保持低的孔径遮蔽，当在第一场平面与中间图象之间第一部分物镜具有与第二部分物镜相比基本上较大的成像缩放比时是有利的。因此，这个成像缩放比应该大于3∶1，尤其大于5∶1，特别优选地大于10∶1。
因第一镜的负光焦度的缘故，有可能将第二镜的直径固定在基本上大于第一镜的直径。第二镜的直径与第一镜的直径的比率在这种情况下应该大于3∶1，尤其大于5∶1。由于第二镜的镜孔径的直径大约等于第一镜的直径，所以第二镜仅导致低的孔径遮蔽，或导致没有由其它镜所引起的孔径遮蔽增加。
由于光线的束横断面在中间图象区域内是最小的，且由此在第一镜区域内是最小的，所以有利地是在中间图象的区域内、或在第一镜的区域内设置第四镜。第四镜与第一镜之间的轴上间距在这种情况下应该小于第一场平面距第二场平面轴上间距的10％。由于所有的尺寸利用第一场平面距第二场平面的轴上间距来定标，所以除非另外加以声明，否则在这个应用中的尺寸不以绝对值项给出，而是以这个间距的比率给出。在这种情况下，第一镜当然可以被设置在第四镜的镜孔径处。所述这两个镜还可以具有相同的镜基片，使第一镜的镜表面被安装在镜基片的前表面上，而第四镜被安装在镜基片的后表面上。
在具有优势的实施例中，仅利用四个镜便取得了从前所说明的特点。
为了能够分两步增加第一场平面与第二场平面之间的数值孔径，在中间图象与第二场平面之间有利地设置了另一个中间图象。出于这个目的，具有第五中央镜孔径的第五镜及具有第六中央镜孔径的第六镜从光学上被设置在中间图象与另一个中间图象之间。在这种情况下光线首先经过第六镜孔径、在第五镜被反射、在第六镜被反射、且随后通过第五镜孔径。随后第三镜和第四镜从光学上被放置在所述另一个中间图象与第二场平面之间。因此第二部分物镜具有两个子系统，第一子系统包括中间图象与另一中间图象之间的光学元件，具体是第五镜和第六镜，以及第二子系统包括另一中间图象与第二场平面之间的光学元件，具体是第三镜和第四镜。
当第五镜与第六镜是凹面镜时，与镜孔径相比较它们可以具有相对大的直径，且因此它们仅略微恶化了孔径遮蔽(如果有的话)。作为凹面镜，它们被彼此面对而设置。
作为另一选择，还可能使第五镜为凸面镜且第六镜为凹面镜。然后第五镜与第六镜具有类似于第一镜和第二镜的设置。
为了使来自第六镜的光束在第五镜具有小的光线直径，且因此还使第五镜孔径仅具有小的直径，所以当另一中间图象距第五镜的间距小于第一场平面距第二场平面轴上间距的5％时是有利的。
由于在中间图象处的数值孔径基本上大于在第一场平面中的数值孔径，所以第六镜应该被设置成靠近中间图象，或靠近第一镜。第六镜距第一镜的轴上间距有利地小于第一场平面距第二场平面轴上间距的10％。
出于同样的原因，第四镜应该被设置成靠近另一中间图象、或靠近第五镜。第四镜和第五镜的轴上间距有利地小于第一场平面距第二场平面轴上间距的10％。
随着至少、尤其准确地是六个镜的设置，在孔径遮蔽小于0.5的情况下，有可能在第二场平面取得大于0.6、尤其大于0.8的数值孔径。
如果即将被投影的物是反射物，则照明光必须被耦合在第一场平面与第一部分物镜的光学元件之间。精确地在小于20nm的EUV波长情况下，当耦合进其中光线到表面法线的入射角大于70°的所谓掠入射镜时是有利的。然而，在第一场平面上游足够大的自由工作距离对于这种镜是必须的。这一自由工作距离有利地大于第一场平面距第二场平面轴上间距的20％。
借助于上述说明的物镜设计有可能校正第二场平面内具有直径大于1.0mm的场的投影。
具体地，球面象差与第一场平面距第二场平面的轴上间距之比率小于10-5。在这种情况下的球面象差值根据塞德尔(Seidel)理论将第三阶球面象差规定为横象差，正例如由市场上买得到的光学设计软件CodeV所计算的。
这样物镜可以被用作投影物镜或检查物镜，当第一场平面距第二场平面的轴上间距至多为3000mm时是有利的。
如果物镜仅具有镜，则它的应用并不局限于特定的波长区域。而是它有可能借助于适当的镜涂层来使物镜适应于对应的工作波长。当反射层允许这样的话，则物镜还可以被同时用在两个相互分开的工作波长中。在平版印刷投影曝光装置的投影物镜情况下，可以例如在第一波长下执行投影，以及可以在第二波长下执行结构方位掩模(刻线)及感光性基片(晶片)的对准。利用小于200nm波长下的物镜是有优势的，因为在这些波长情况下仅少数透明的材料如例如氟化物晶体是可用的。在波长小于20nm的情况下镜的使用是强制性的。在工作波长大约为11nm-13nm的情况下，使用例如由钼及硅或钼及铍等材料制成的多物质涂层作为镜的反射涂层。
物镜的应用并不局限于纯反射性的物镜。还有可能在单独的镜间，尤其在场平面区域和中间图象区域内设置透镜。这些透镜可以被例如用来执行色校正或设置焦阑。
在所优选的实施例中，物镜具有其绝对值小于1.0的放大率。在这种情况下，在第一场平面内设置一物，随后所述物以缩小的形式被投影在第二场平面内的图象上。
这种物镜例如被用作平版印刷投影曝光装置中的投影物镜。在平版印刷投影曝光装置中，照明系统对结构方位掩模(刻线)进行照明，所述刻线由投影物镜投影到感光性基片上。
这种平版印刷投影曝光装置从例如在US 5,212,588、US 5,003,567或EP 1 093 021 A2中所公开的EUV平版印刷现有技术中充分地被公知，所述专利的内容被完全地结合在这个应用中。
显微结构的半导体元件以多种单独的、非常复杂的方法步骤被制造。一种重要的方法步骤在这种情况下涉及到感光性基片(晶片)，例如由光致抗蚀剂所提供的硅基片的曝光。在这种情况下，在所谓的单层制造期间，适当的刻线由投影物镜投影到晶片上。
还有可能在平版印刷投影曝光装置中利用可驱动的微镜阵列而不是刻线。这种平版印刷投影曝光装置从例如在US 5,523,193、US 5,691,541或US 6,060,224和US 5,870,176中所公开的现有技术中充分地被公知，所述专利的内容被完全地结合在这个应用中。由于从前所说明的物镜允许可驱动微镜阵列和感光性基片之间大于20∶1的成像缩放比，所以其范围处于1μm量值数量级的单独微镜的图象具有小于50nm的尺寸。因此，由于有可能实施小于100nm的分辨率，所以可驱动的微镜阵列还被显微平版印刷所关注。
在显微结构的半导体元件的单层制造中，根据预先规定的图案微镜以如下方式被驱动，即仅是即将被投影的这些微镜的光束被瞄准进入物镜的入射光瞳。所有其它的光束通过适宜的光线陷阱被阻止贡献于投影。
在另一优选的实施例中，物镜具有其绝对值大于1.0的放大率。在这种情况下，在第二场平面内设置一即将以放大形式被投影到第一场平面内图象上的物。
这种物镜例如被用作检查系统中的检查物镜，用于观察物的表面。物的表面，尤其是晶片的表面由检查物镜以充分被放大的形式投影到观察单元的入射表面上。检查系统具有直接或通过检查物镜照明表面的照明系统。在这种情况下，照明光例如被耦合进观察单元的入口表面和检查物镜之间的、或检查物镜内部的投影束路径中。由表面所反射的光根据各种标准借助于观察单元被加以评估。
这种检查系统从例如在DE 197 31 291 C2中所公开的UV波长区域的现有技术中充分地被公知，所述专利的内容被完全地结合在这个应用中。
除了作为投影物镜或作为检查物镜的应用以外，根据本发明的物镜与非常大的数值孔径结合还可以被用在旨在取得衍射得到限制的投影的其它光学设置中，尤其是在EUV波长的情况下。尤其是显微镜方法提供广泛的应用领域。
附图说明
本发明借助于附图被更详细地加以解释。
图1A示出第一示范性实施例的透镜断面。
图1B示出图1A的详图；
图2A示出第二示范性实施例的透镜断面；
图2B示出图2A的详图；
图3A示出第三示范性实施例的透镜断面；
图3B示出图3A的详图；
图4示出具有可驱动微镜阵列的平版印刷投影曝光装置的示意性示例；
图5示出具有结构方位掩模的平版印刷投影曝光装置的示意性示例；以及
图6示出检查系统的示意性示例。
具体实施方式
图1示例出根据本发明物镜1的第一示范性实施例。由于物镜1具有非常大的物体侧自由工作距离，所以出于更佳的示例目的图1B示出图1A的详图。第一示范性实施例的光学数据以光学设计软件CodeV的格式被规定在表1中。
物镜1包括绕光轴OA呈中心被设置的第一部分物镜3和第二部分物镜5。物镜1以100∶1的成像缩放比将第一场平面7投影到第二场平面9上。在第二场平面9内的数值孔径NA为0.7。在第二场平面9内的场直径为2mm。第一场平面7与第二场平面9之间的轴上间距为2000mm。
第一部分物镜3以74∶1的成像缩放比将第一场平面7投影到中间图象11上。它包括具有中央镜孔径15的凹面镜13、以及具有中央镜孔径19的凹面镜17。凹面镜17的光焦度被如此设计，以便于中间图象11被形成在凸面镜13的附近。镜17与中间图象11的近轴位置之间的轴上间距等于镜17与镜13之间的轴上间距，且为68.8mm。凹面镜17的直径与凸面镜13的直径的比率为3.0∶1。假设镜17在光轴上的基片厚度为35.2mm，则第一场平面7与镜17之间的自由光学工作距离为1580mm。
第二部分物镜5以1.35∶1的成像缩放比将中间图象11投影到第二场平面9上。它包括具有中央镜孔径23的凹面镜21、及具有中央镜孔径27的凹面镜25。镜21在这种情况下被设置成靠近第二场平面9且具有距这个平面40.0mm的间距。镜21具有315.8mm的直径。因此，至少在光轴OA上它应该具有9.5mm的基片厚度。镜21在光轴上的基片厚度为30mm。基片厚度与镜21距第二场平面9的轴上间距之差规定了自由工作距离，在第一示范性实施例中其为10.0mm。另一方面，镜21被设置成如此靠近第二场平面9，以致于在第二场平面9内数值孔径NA＝0.7这种情况下镜遮蔽仅为0.3。在这种情况下镜遮蔽由镜孔径23的直径与镜21的直径的比率给出。这样凹面镜25并没有恶化孔径遮蔽，它被设置在凸面镜13、或中间图象11的附近。凹面镜25和凸面镜13之间的轴上间距为71.3mm。
位于凹面镜21与凹面镜25之间的是孔径光阑29和被设计为光线陷阱的光阻挡设备31。光阻挡设备31的直径被如此固定，以便于出现在第二场平面9内的光束具有几乎独立于场高度的孔径遮蔽。如果具有可变直径的机械孔径光阑被设置在孔径光阑平面29内，则根据孔径光阑平面的曲率，孔径光阑叶片可以在弯曲的表面上移动。还有可能提供多个平的具有可变直径的机械孔径光阑，如需要轴上偏置的话其可以被插入。从第一场平面7内的两个场点33和35发射的边缘光线37和39通过孔径光阑平面39的上边缘和下边缘。在这种情况下场点33位于光轴OA上，且场点35位于距光轴OA间距为100mm的场的上边缘上。对于场点33另外示例地是刚刚不再被镜孔径所晕映的光线41。在第二场平面9内，它们具有18.4°的孔径角，且因此孔径遮蔽为0.45。第二场平面内的数值孔径与孔径遮蔽的比率因此为1.56。对于第一示范性实施例中的孔径遮蔽，凹面镜17的镜孔径19以限制性的形式起作用。
在第一示范性实施例中有可能借助于凸面镜13的负光焦度很大程度地校正场的曲率。Petzval半径是192137mm。
在第一示范性实施例中有可能将第三级球面象差校正到0.6μm的值。
根据本发明的物镜201的第二示范性实施例被示例于图2A中。出于更好的示例目的，图2B示出图2A的详图。第二示范性实施例的光学数据以光学设计软件CodeV的格式被规定在表2中。图2A/B中对应于图1A/B所述元件的元件使图1A/B中相同的参考符号增加了数值200。有关说明参见有关图1A/B中对于这些元件的说明。
物镜201包括绕光轴OA呈中心被设置的第一部分物镜203和第二部分物镜205。物镜201以100∶1的成像缩放比将第一场平面207投影到第二场平面209上。在第二场平面209内的数值孔径NA为0.9。在第二场平面209内的场直径为2mm。第一场平面207与第二场平面209之间的轴上间距为2000mm。
第一部分物镜203以52∶1的成像缩放比将第一场平面207投影到中间图象211上。它包括具有中央镜孔径215的凸面镜213、以及具有中央镜孔径219的凹面镜217。凹面镜217的光焦度被如此设计，以便于中间图象211被形成在凸面镜213的附近。镜217与中间图象211的近轴位置之间的轴上间距等于镜217与镜213之间的轴上间距，且为447.5mm。凹面镜217的直径与凸面镜213的直径的比率为14.4∶1。假设镜217在光轴OA上的基片厚度为36.4mm，则第一场平面207与镜217之间的自由光学工作距离为1050mm。
第二部分物镜205以1.9∶1的成像缩放比将中间图象211投影到第二场平面209上。在这种情况下投影是经由中间图象211到另一中间图象243上的中间投影而执行的。中间图象211被具有中央镜孔径247的凹面镜245、以及被具有中央镜孔径251的凹面镜249投影到另一中间图象243上，所述另一中间图象243依次被具有中央镜孔径223的凹面镜221、以及被具有中央镜孔径227的凹面镜225投影到第二场平面209上。有可能借助于这另一个中间投影来逐步地增加场平面内的数值孔径，以便于最终有可能在第二场平面209内取得0.9的数值孔径。
为了将孔径遮蔽尽可能保持低，在每种情况下第二部分物镜205内的所述镜被几何性地设置在场平面附近。凹面镜249的光焦度被如此设计，以便于另一中间图象243被形成在凹面镜245的附近。镜249和另一中间图象243的近轴位置之间的轴上间距等于镜249与镜245之间的轴上间距，且为60.6mm。
为了将孔径遮蔽尽可能保持低，凹面镜249和225被设置在中间图象211或另一中间图象243的附近。凹面镜249和中间图象211之间的轴上间距为50.0mm，且同样凹面镜225和另一中间图象243之间的轴上间距为50.0mm。这些轴上间距还在每种情况下对应于涉及到镜213、或镜245的轴上间距。所述轴上间距被选择得如此大，以便于有可能设置被邻近设置的镜213和249、或245和225，考虑到相应的基片厚度，所述镜具有镜后表面的轴上间距。镜245的基片后表面并不具有平面表面。为了使通过镜孔径247的光线不被晕映在基片处，所述后表面具有横过中央镜孔径247的截头圆锥体的缺口。
镜221在这种情况下被设置成靠近第二场平面209且具有距这个平面40.0mm的轴上间距。镜221具有748.2mm的直径。因此，至少在光轴OA上它应该具有22.4mm的基片厚度。镜221在光轴上的基片厚度为34mm。基片厚度与镜221距第二场平面209的轴上间距之差规定了自由工作距离，在第二示范性实施例中其为6.0mm。另一方面，镜221被设置成靠近第二场平面209，以便于在第二场平面209内的数值孔径NA＝0.9的情况下镜遮蔽仅为0.27。
具有光阻挡设备231的孔径光阑平面229位于凹面镜221和凹面镜225之间。从第一场平面207内的两个场点233和235发射的边缘光线237和239经过孔径光阑平面229的上边缘和下边缘。在这种情况下场点233位于光轴OA上，且场点235位于距光轴OA间距为100mm的场的上边缘上。在第二示范性实施例中的孔径遮蔽为0.43。第二场平面内的数值孔径与孔径遮蔽的比率因此为2.09。对于第二示范性实施例中的孔径遮蔽，凹面镜249的镜孔径251以限制性的形式起作用。
在第二示范性实施例中有可能借助于凸面镜213的负光焦度很大程度地校正场的曲率。Petzval半径是8940mm。
在第二示范性实施例中有可能将第三级球面象差校正到0.8μm的值。
根据本发明的物镜301的第三示范性实施例被示例于图3A中。出于更好的示例目的，图3B示出图3A的详图。第三示范性实施例的光学数据以光学设计软件CodeV的格式被规定在表3中。图3A/B中对应于图2A/B所述元件的元件使图2A/B中相同的参考符号增加了数值100。有关说明参见有关图2A/B中对于这些元件的说明。
物镜301包括绕光轴OA呈中心被设置的第一部分物镜303和第二部分物镜305。物镜301以100∶1的成像缩放比将第一场平面307投影到第二场平面309上。在第二场平面309内的数值孔径NA为0.9。在第二场平面309内的场直径为2mm。第一场平面307与第二场平面309之间的轴上间距为2389mm。
第一部分物镜303以66∶1的成像缩放比将第一场平面307投影到中间图象311上。它包括具有中央镜孔径315的凸面镜313、以及具有中央镜孔径319的凹面镜317。凹面镜317的光焦度被如此设计，以便于中间图象311被形成在凸面镜313的附近。镜317与中间图象311的近轴位置之间的轴上间距等于镜317与镜313之间的轴上间距，且为450.8mm。凹面镜317的直径与凸面镜313的直径的比率为14.9∶1。假设镜317在光轴OA上的基片厚度为33.3mm，则第一场平面307与镜317之间的自由光学工作距离为1470mm。
第二部分物镜305以1.5∶1的成像缩放比将中间图象311投影到第二场平面309上。在这种情况下投影是经由中间图象311到另一中间图象343上的中间投影而执行的。中间图象311被具有中央镜孔径347的凹面镜345、以及被具有中央镜孔径351的凹面镜349投影到另一中间图象343上，所述另一中间图象343依次被具有中央镜孔径323的凹面镜321、以及被具有中央镜孔径327的凹面镜325投影到第二场平面309上。
在第二部分物镜305内的所述镜被相应设置在场平面附近。凹面镜349的光焦度被如此设计，以便于另一中间图象343被形成在凹面镜345的附近。镜349和另一中间图象343的近轴位置之间的轴上间距等于镜349与镜345之间的轴上间距，且为68.9mm。
凹面镜349和325被设置在中间图象311或另一中间图象343的附近。凹面镜349和中间图象311之间的轴上间距为18.9mm，而凹面镜325和另一中间图象343之间的轴上间距为37.5mm。这些轴上间距还在每种情况下对应于涉及到镜313、或镜345的轴上间距。在第三示范性实施例中，镜311和349之间的轴上间距、或镜345与325之间的轴上间距小于相应镜基片的和。因此，通过与第二实施例相对照，镜311位于镜349的镜孔径351处，且镜345位于镜325的镜孔径327处。尽管在第二示范性实施例中镜349确定孔径遮蔽，但是在第三示范性实施例中对应的镜349不再是关键性的。镜313、349和345的基片后表面不是平面的。为了使通过镜孔径的光线不被晕映在镜基片上，所述后表面具有横过中央镜孔径的截头圆锥体的缺口。
镜321被设置成靠近第二场平面309且具有距这个平面40.0mm的轴上间距。镜321具有760.7mm的直径。因此，它应该在光轴OA上具有至少22.8mm的基片厚度。镜321在光轴上的基片厚度为35mm。基片厚度与镜321距第二场平面309的轴上间距之差规定了自由工作距离，在第三示范性实施例中其为5.0mm。另一方面，镜321被设置成靠近第二场平面309，以便于在第二场平面309内的数值孔径NA＝0.9的情况下镜321的镜遮蔽仅为0.26。
具有光阻挡设备331的孔径光阑平面329位于凹面镜321和凹面镜325之间。从第一场平面307内的两个场点333和335发射的边缘光线337和339经过孔径光阑平面329的上边缘和下边缘。在这种情况下场点333位于光轴OA上，且场点335位于距光轴OA间距为100mm的场的上边缘上。在第三示范性实施例中的孔径遮蔽为0.39。第二场平面内的数值孔径与孔径遮蔽的比率因此为2.31。对于第三示范性实施例中的孔径遮蔽，凹面镜325的镜孔径327以限制性的形式起作用。
在第三示范性实施例中有可能借助于凸面镜313的负光焦度很大程度地校正场的曲率。Petzval半径是76472mm。
在第三示范性实施例中有可能将第三阶球面象差校正到0.3μm的值。
用于EUV平版印刷的平版印刷投影曝光装置453被示意性地示例于图4中。由激光器感应的等离子源459充当光源。在这种情况下，借助于泵浦激光器457例如氙靶被激发来发射EUV辐射。照明系统455包括收集器镜461、均匀化和场形成单元463和场镜465。这种照明系统例如在申请者的US 6,198,793(DE 199 03 807)中被加以说明，所述专利的内容被完全地结合在这个应用中。
照明系统455照明在微镜阵列467上受到限制的场，所述微镜阵列467被设置在支撑及定位单元469上。微镜阵列467具有1000×1000个大小为10μm×10μm的可分开驱动的镜。考虑到微镜之间1.5μm的最小间距，照明系统455应该照明大小为10.5mm×10.5mm的正方形场。微镜阵列467位于将被照明的场投影到感光性基片471上的投影物镜401的物平面内。在这种情况下感光性基片471被设置在还允许微镜阵列467的扫描的支撑和定位单元473上。在图1至3中所示例的示范性实施例之一可以被用作投影物镜401。在这种情况下微镜阵列467被设置在第一场平面内，且感光性基片471被设置在第二场平面内。为了使场镜565不晕映投影束路径，场镜465必须被设置在距微镜阵列467足够大的间距处。另一方面，这要求被照明的场相对于光轴OA不呈中心设置，而是被设置在光轴OA外部。然而，由于所示的示范性实施例的物场具有200mm的直径，所以被照明的场可以例如被设置在距光轴OA 70mm的间距处。微镜阵列467的单独微镜以100∶1的成像缩放比被投影到感光性基片471上，且因此微镜的图象具有100nm的大小。因此，由于投影物镜401的投影受到衍射限制，所以有可能在大小为105μm×105μm的象场上产生具有大约为100nm分辨率的结构。通过借助于支撑和定位单元473对感光性基片471逐步的位移和/或扫描，还有可能将具有几毫米尺寸的场曝光。平版印刷投影曝光装置453还具有光线陷阱475。这吸收未被微镜瞄准进入投影物镜401入口光瞳的那些光线束的光线。计算机和控制单元477被用来控制泵浦激光器457、照明系统455(出于改变光瞳照明的目的)、可驱动的微镜阵列467和支撑及定位单元473和469。
平版印刷投影曝光装置553的另一示范性实施例被示例在图5中。平版印刷投影曝光装置553具有反射性刻线579而不具有可驱动的微镜阵列467。图5中对应于图4所述元件的元件使图4中相同的参考数字增加数值100。有关说明参见有关图4中对于这些元件的说明。由于投影物镜501的投影受到衍射限制，所以由于在反射刻线579上的结构可以具有小于1μm的尺寸，因此有可能在感光性基片571上产生具有小于大约10nm分辨率的结构。
用于观察晶片表面的检查系统681被示意性地示例于图6中。产生具有157nm波长光的受激准分子激光器685充当光源。照明系统683包括平均化和场形成单元687及束分裂器689，例如半透明镜。束分裂器689将照明光耦合进检查物镜601，所述检查物镜601将即将被加以分析的物691的表面投影到观察单元695的入口表面693上。在这种情况下物691被设置在允许物691位移和旋转的载物台697上。在图1至3中所示例的示范性实施例之一可以用作检查物镜601。在这种情况下物691被设置在第二场平面内，且入口表面693被设置在第一场平面内。有可能例如使用检查物镜601来分析500μm×500μm大小的表面。于是这个物场的图象在观察单元695的入口表面693上具有50mm×50mm的尺寸。计算机和控制单元699被用来控制光源685、照明系统687(出于改变光瞳照明的目的)以及载物台697，以及用于评估来自观察单元695的已测量数据。使用根据示范性实施例1至3的检查物镜具有下述优势，即借助于所述镜适当的涂层有可能使检查物镜适应于任何波长、或适应于宽的波长范围。尤其是，检查物镜还可以被用在小于20nm的EUV波长处。
                                           表1
元件号 曲率半径前      后   制造数据厚度 孔径直径前        后 玻璃
  物1(13)2(17)3(21)4(25)图象孔径数据   INFA(1)A(2)A(3)A(4)象距＝INF   1684.0346-68.8152344.7808-62.6453孔径光阑-142.0994204.744739.9998 C-1C-2C-3338.9074C-480.21692.0029 REFLREFLREFLREFL
  孔径   形状              直径     离中心   旋转
  X   Y   X   Y
C-1 圆圆      (OBSC) 25.0696.000 6.000
  C-2   圆圆      (OBSC)   76.19034.000 34.000
  C-3   圆圆      (OBSC)   315.84090.000 90.000
  C-4   圆圆      (OBSC)   388.014100.000 100.000
Figure A20061007985300221
                                   表2
元件号 曲率半径前       后   制造数据厚度 孔径直径前      后 玻璃
  物1(213)2(217)3(245)4(249)5(221)6(225)图象孔径数据   INFA(1)A(2)A(3)A(4)A(5)A(6)象距＝INFATA   1533.8845-447.4711558.0315-60.5605376.0924-130.5321孔径光阑-135.0000265.532140.0232 C-1C-2C-3C-4C-5748.0479C-6166.83252.0046 REFLREFLREFLREFLREFLREFL
  孔径   形状             直径      离中心   旋转
  X   Y   X   Y
  C-1   圆圆       (OBSC)   29.9506.000 6.000
  C-2   圆圆       (OBSC)   432.76090.000 90.000
  C-3   圆圆       (OBSC)   115.24810.000 10.000
  C-4   圆圆       (OBSC)   136.40160.000 60.000
  C-5   圆圆       (OBSC)   748.249200.000 200.000
  C-6   圆圆        (OBSC)   748.006240.000 240.000
  非球面的   曲率   K   A   B   C   D
  A(1)A(2)A(3)A(4)A(5)A(6)   0.014621350.00215389-0.000762440.00849256-0.001466410.00185791   4.2367990.031898381.1186750.414914-0.715112-1.171636   0.00000E+000.00000E+000.00000E+000.00000E+000.00000E+000.00000E+00   -2.34672E-101.71983E-16-2.25582E-121.39628E-13-2.04954E-16-1.34911E-15   2.25315E-134.27637E-21-7.14313E-16-3.22627E-17-6.04643E-221.97533E-21   0.00000E+000.00000E+000.00000E+000.00000E+000.00000E+000.00000E+00
  在所使用的共轭处缩小率＝0.0100物距＝1533.8845总轨迹＝2000.0000象距＝40.0232OAL＝426.0923
                                  表3
元件号 曲率半径前      后   制造数据厚度 孔径直径前       后 玻璃
  物1(313)2(317)3(345)4(349)5(321)6(325)图象孔径数据   INFA(1)A(2)A(3)A(4)A(5)A(6)象距＝INF   1954.1364-450.8028538.6037-68.8878375.9476-134.5548孔径光阑-135.0000269.554840.0005 C-1C-2C-3C-4C-5759.6775C-6166.75692.0027 REFLREFLREFLREFLREFLREFL
  孔径   形状            直径     离中心   旋转
  X   Y   X   Y
  C-1   圆圆      (OBSC)   36.7884.000 4.000
  C-2   圆圆      (OBSC)   550.61680.000 80.000
  C-3   圆圆      (OBSC)   126.3244.000 4.000
  C-4   圆圆      (OBSC)   156.77940.000 40.000
  C-5   圆圆      (OBSC)   760.748200.000 200.000
  C-6非球面常数   圆圆     (OBSC)   759.241200.000 200.000
  非球面的   曲率   KE   AF   BG   CH   DJ
  A(1)A(2)A(3)A(4)A(5)A(6)   0.014532960.00214496-0.000953380.00808626-0.001510950.00185048   3.9939660.00000E+00-0.0721781.14313E-31177.8466641.24958E-240.2799201.93949E-25-0.696060-2.47308E-33-1.2563187.48520E-33   -1.25979E-070.00000E+009.97447E-111.09251E-37-4.27020E-089.52941E-285.46076E-092.44723E-300.00000E+00-1.25578E-38-1.93114E-116.54710E-39   -2.40984E-100.00000E+005.58371E-160.00000E+003.95468E-120.00000E+003.59983E-130.00000E+00-3.66210E-160.00000E+00-1.38066E-150.00000E+00   -2.22973E-130.00000E+002.94983E-210.00000E+003.32517E-200.00000E+005.29416E-180.00000E+00-3.54668E-220.00000E+002.59583E-210.00000E+00   -1.92806E-160.00000E+002.11781E-270.00000E+00-6.96347E-200.00000E+00-6.95655E-230.00000E+00-1.33788E-270.00000E+00-5.18058E-270.00000E+00
 在所使用的共轭处缩小率＝0.0100物距＝1954.1364总轨迹＝2388.9976象距＝40.0005OAL＝394.8606

Claims (21)

1.一种投影曝光装置包括：
照明系统，照明可驱动微镜阵列和物镜，所述物镜将所述可驱动微镜阵列投影到感光基片上；
其中所述物镜包括相对于公共光轴被同轴设置的镜。
2.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其中所述物镜是一个反射物镜。
3.根据权利要求1或2所述的投影曝光装置，其中所述物镜在所述基片上具有大于0.1的数值孔径。
4.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其中所述物镜具有大于20∶1的成像缩放比。
5.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其中所述物镜包括至少两个部分物镜，在所述至少两个部分物镜之间具有一个中间图像平面。
6.根据权利要求5所述的投影曝光装置，其中所述至少两个部分物镜的每个具有大于1∶1的成像缩放比。
7.根据权利要求5或6所述的投影曝光装置，其中所述可驱动微镜阵列和所述中间图像之间的部分物镜与所述中间图像和所述感光基片之间的部分物镜相比具有基本上较大的成像缩放比。
8.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其中所述物镜是一个具有光瞳遮蔽的物镜。
9.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其中所述物镜包括涂有反射层的镜，其适合于反射两个相互分开的工作波长。
10.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其中所述可驱动微镜阵列距所述感光基片的轴上间距小于或等于3000mm。
11.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其中所述可驱动微镜阵列相对于所述物镜的公共光轴没有被中心设置。
12.根据权利要求11所述的投影曝光装置，其中所述可驱动阵列被设置在所述光轴的外部。
13.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其中照明系统包括一个掠入射镜，用于耦合朝着所述可驱动微镜阵列的照明光。
14.根据权利要求13所述的投影曝光装置，其中所述掠入射镜距所述可驱动微镜阵列的轴上间距大于所述可驱动微镜阵列距所述感光基片的轴上间距的20％。
15.一种投影曝光装置包括：
照明系统，照明可驱动微镜阵列和物镜，所述物镜将所述可驱动微镜阵列投影到感光基片上；
其中所述物镜是具有大于20∶1的成像缩放比的反射物镜。
16.根据权利要求15所述的投影曝光装置，其中所述物镜在所述基片上具有大于0.1的数值孔径。
17.一种投影曝光装置包括：
照明系统，照明可驱动微镜阵列和物镜，所述物镜将所述可驱动微镜阵列投影到感光基片上；
其中所述物镜包括至少两个部分物镜，在所述至少两个部分物镜之间具有一个中间图像平面。
18.根据权利要求17所述的投影曝光装置，其中所述至少两个部分物镜的每个具有大于1∶1的成像缩放比。
19.根据权利要求17或18所述的投影曝光装置，其中所述可驱动微镜阵列和所述中间图像之间的部分物镜与所述中间图像和所述感光基片之间的部分物镜相比具有基本上较大的成像缩放比。
20.一种投影曝光装置包括：
照明系统，照明可驱动微镜阵列和物镜，所述物镜将所述可驱动微镜阵列投影到感光基片上；
其中所述物镜是一个具有光瞳遮蔽的物镜。
21.一种投影曝光装置包括：
照明系统，照明可驱动微镜阵列和物镜，所述物镜将所述可驱动微镜阵列投影到感光基片上；
其中所述物镜包括涂有反射层的镜，其适合于反射两个相互分开的工作波长。
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