TW201602632A - 微影成像光學系統 - Google Patents

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Abstract

一種用於微影的投影曝光裝置具有帶多個反射鏡的成像光學系統。所述反射鏡將物平面內的物方視場成像在像平面內的像方視場上。所述反射鏡中的一個具有用於使光從其通過的通孔。至少一個反射鏡的反射面是不能用旋轉對稱函數描述的自由形態表面的形式。另外，投影曝光裝置具有用於照明和成像光的光源和用於將照明光引導到成像光學系統的物方視場的透鏡系統。通過提供遮罩和晶片，通過將遮罩上的結構投影到晶片的光敏層上且通過在晶片上製造微結構，用投影曝光裝置製造微結構化元件。一種相應的成像光學系統可以用作顯微透鏡，其中，物平面和像平面相互交換。這樣製造具有改善的成像特性的成像光學系統，和/或其中可以更簡單地製造預定的尺寸的反射鏡。

Description

微影成像光學系統
本發明涉及包括將位於物平面上的物方視場成像到位於像平面上的像方視場的多個反射鏡的成像光學系統，所述反射鏡中的至少一個具有使成像光線通過的通孔。此外，本發明涉及包括這種類型的成像光學系統的投影曝光裝置、用於製造包括這種類型的投影曝光裝置的微結構元件的方法、用此方法製造的微結構元件、以及該成像光學系統的使用。
在開始提及的這種成像光學系統還已知為投影光學系統，即，用於微影的投影曝光裝置的部件。EP 1 093 021 A2和DE 10 2005 042 005 A1提供了這種系統的例子。由US 2006/0284113A 1中可以知道一種包括反射鏡的成像光學系統，其中，所述反射鏡在基本上相互垂直的主平面上具有不同的曲率半徑。而且，已知在開始提及的這種成像光學系統與用於檢查光罩(mask)或晶片的顯微鏡結合。上述的例子在US 6 894 834 B2中提供。
關於在投影曝光裝置中的使用以及作為顯 微透鏡的使用，需要在開始提及的這種成像光學系統具有改善的成像特性，例如，較大的孔徑或改善的成像誤差校正。可選擇地，或者，另外，需要反射鏡比較易於製造成預定的尺寸，尤其期望用EUV波長在系統中實現更高的光通量。
根據本發明，通過一種成像光學系統實現此目的，在該成像光學系統中，至少一個反射鏡的反射面是不能用旋轉對稱函數描述的自由形態表面的形式。
根據本發明可以理解，使用自由形態表面而不是具有旋轉對稱軸的反射面，提供了更高的設計自由度，從而得到具有旋轉對稱反射面不能得到的組合特性的成像光學系統。自由形態表面(free-form surface)不能用相對於表示與光學面的表面部分垂直的軸的標記軸旋轉對稱的函數描述。因此，根據本發明的自由形態表面尤其不能用圓錐截面-非球面方程定義。這種圓錐型的非球面偏離球面對稱，但是可以用旋轉對稱的函數描述，旋轉對稱的函數即是僅僅取決於一個參數即離光學軸的距離的函數，然而，根據本發明的自由形態表面需要至少兩個彼此獨立的參數描述該表面。因此，圓錐截面-非球面不是根據本發明的自由形態表面。該光學有效表面的邊界形狀不明顯。當然，根據現有技術，非以旋轉對稱的方式劃界的光學有效表面是已知的。然而，這種類型的光學有效表面可以用旋轉對稱函數描述，其中，該光學表面的非旋轉對稱的有界部分正被使用。術語“靜態的自由形態表面”是指在投影光 學系統中使用投影期間不能主動改變形狀的自由形態表面。當然，為了調整目的，可以替代靜態的自由形態表面。具體地說，可以基於參考表面或基本形狀、參考凸面或參考凹面構造自由形態表面。具體地說，可以使用基於參考曲面構造的至少一個自由形態表面。在這種情況下，優選使用其頂點曲率在整個參考表面上恒定不變的參考表面。圓錐截面-非球面也可以用作參考表面。在稱為瞳孔遮攔系統的包含通孔的常規成像光學系統中，使用這種自由形態表面使小型成像光學系統能夠實現低級的成像誤差且尤其能夠產生高的光通量。根據成像光學系統中的反射鏡的數量，成像光學系統的單個反射鏡、多個反射鏡或者所有的反射鏡可以是自由形態表面的形式。至少對於成像光的波長值，根據本發明的自由形態表面優選與旋轉對稱表面具有最大的偏差，該旋轉對稱表面與該自由形態表面最優擬合，但是不一定與設計的參考表面匹配。實際中，尤其至少成像光的波長值的所述偏差總是明顯大於在製造用於微影的光學元件期間的製造公差，該公差的絕對項通常是0.1nm，其相對項通常是所使用的照明光的波長的1/50或1/100。在使用EUV波長照明的情況下，所述偏差是至少幾十個nm，例如，50nm。較大的偏差，例如100nm、500nm或1000nm或者甚至更大的偏差也都是可能的。當使用具有更高波長的成像光的系統時，甚至更大的偏差也是可能的。根據本發明的自由形態表面可以通過雙錐面、通過複曲面或變形的(anamorphic)且尤其同時非球面的表面提供，所述雙錐面即是在兩個相互垂直的方向上具有兩個不同的基曲和兩個不同的圓錐常數的光學表面。因此，圓柱 形表面也表示這種自由形態表面。根據本發明的自由形態表面相對於一個或多個對稱平面是鏡像對稱的。根據本發明的自由形態表面可以是具有n重對稱的表面，n是整數，並且大於或等於1。根據本發明的自由形態表面還可以根本沒有對稱軸和對稱平面。
例如，描述光學表面尤其變形表面的不同方式在US 6,000,798中有所描述。用於描述非旋轉對稱表面尤其變形非球面、複曲面和雙圓錐形非球面的分析公式也在WO 01/88597中有所描述。關於在這些文獻中的就光學表面的數學描述的公開內容，本說明書應當補充所述文獻中的此描述。諸如OslO®和Code V®之類的一些光學設計程式允許通過數學函數描述和設計光學系統，借助於該數學函數，還可以設置非旋轉對稱光學表面。前述的數學描述涉及數學表面。實際光學上使用的光學表面，即，其表面被照明光束作用且可以用這種類型的數學描述來描述的光學元件的物理表面，一般僅僅包含也稱為母表面的實際數學表面第一部分。因此。數學表面延伸超出物理的光學有效表面。就光學系統可以借助於參考軸描述而言，光學上使用的表面部分的一些或全部可以用參考軸分開數學表面的方式佈置在該參考軸以外，但是，不是該數學表面的實際光學上使用的部分。
彼此平行地佈置的視場平面有助於將成像光學系統集成到結構環境中。當成像光學系統用於掃描投影曝光裝置時，該優點尤其明顯，因為掃描方向隨後可以彼此平行地引導。
25°的最大反射角，優選20°的最大反射角， 更優選16°的最大反射角允許成像光學系統以高度有效的方式用作用於EUV投影曝光裝置的投影光學系統，因為反射鏡的整個孔徑即整個可用的反射面上隨後可以被均勻地高度反射的層覆蓋。尤其對於反射輻射的p偏振部件，該優點尤其重要，因為在反射角增大的情況下，p偏振部件的反射率快速地下降。
一種成像光學系統允許在EUV投影曝光裝置中在高EUV通量和最佳圖形解析度之間實現良好的平衡，在該成像光學系統中，在成像光學系統中的成像光的最大反射角度和其在像側上的數值孔徑的商是至多40°。
被佈置在瞳孔平面區域中的成像光路上的最後反射鏡之前且具有凸形的基本形狀的反射鏡允許該成像光學系統實現良好的匹茲瓦爾(Petzval)校正。
具有至少四個反射鏡尤其六個反射鏡的成像光學系統必須特別適合用於構造成像光學系統，該成像光學系統不僅是小型的，而且在其成像誤差方面被很好地校正。
包括具有主光線角度放大率的反射鏡的成像光學系統允許該系統實現低的最大反射角，其中，所述反射鏡中的至少兩個具有負主光線角度放大率，並且，其中，具有正主光線角度放大率的反射鏡佈置在具有負主光線角度放大率的兩個反射鏡之間。具有三個負主光線角度放大率的反射鏡的成像光學系統也是可能的。主光線角度放大率定義為屬於中心視場點的主光線和參考軸之間的角度。該參考軸垂直於投影曝光裝置的物平面，並且延伸通過物方視場的中心點。
相對於像平面大於85°的中心物點的通過最後一個反射鏡且基本上通過瞳孔的中心成像光束的光束角度只是在散焦時在像平面上產生低的橫向像移。
一種成像光學系統允許在要使用的像方視場之前的光路中存在相對較大的倒數第二個反射鏡，在該成像光學系統中，通過最後一個反射鏡的成像光路在所述反射鏡的通孔的區域中具有佈置在中間像平面上的中間像，該光學系統在物平面和中間像平面之間的部分具有至少2倍的縮小率。一方面，這樣減少了最大反射角，另一方面，如果倒數第二個反射鏡被模糊了，減少了瞳孔模糊的程度。還有可能的是，該光學系統的這一部分實現大於2倍例如大於2.5倍或大於3.0倍尤其3.2倍的倍率。
一種佈置允許倒數第二個反射鏡具有要使用的相對較小的通孔，在該佈置中，在成像光路中被佈置為倒數第二個反射鏡的反射鏡具有使成像光通過的通孔，像平面被佈置在倒數第二個反射鏡的後面，以相對於倒數第二個反射鏡偏離中心不超過倒數第二個反射鏡直徑的五分之一，尤其是位於中心。一方面，這樣確保穩定的倒數第二個反射鏡，另一方面，確保低的瞳孔模糊。
一種稍微彎曲的倒數第二個反射鏡允許以給定的像側數值孔徑在所述倒數第二個反射鏡中實現相對於反射鏡直徑的小的通孔，所述倒數第二個反射鏡的曲率半徑大於500nm，優選大於1000nm，更優選大於1500nm。
當成像光學系統用於投影曝光裝置時，大於1mm2的像方視場產生良好的通量。
在像側上的至少0.4，優選至少0.45，較優選 0.5，較優選至少0.55，更優選至少0.6，甚至更優選至少0.65，更加優選至少0.7的像側數值孔徑允許實現高分辯率的成像光學系統。
例如，像側遠心的成像光學系統允許該系統重新聚集在像平面上而沒有改變成像放大率，從而提高了使用成像光學系統的靈活性。在物側上，成像光學系統可以用下述方式形成：即，與不同的物方視場點相關聯的但具有相同的曝光方向的各個光線以會聚的方式從物方視場進入成像光學系統。可供選擇地，這種類型的各個光線也有可能以發散或平行的方式進入成像光學系統。後一種情況得到物側遠心的成像光學系統。
小於100mm，優選小於10mm，更優選小於1mm的低物像偏移導致小型的成像光學系統，另外，有助於光學系統測試方法，其中，成像光學系統繞延伸通過物方視場或像方視場且與相應的視場平面垂直定位的軸旋轉，因為在旋轉的過程中物方或像方視場不會偏移太遠。
至少一對相鄰的反射鏡允許在通過成像光學系統的成像光的光路中觀察到小的入射角，其中，在垂直於物平面和/或像平面的方向上，所述反射鏡相互之間間隔大於物方視場和像方視場之間的距離的40%的距離。由於小的入射角，在EUV波長範圍內也有可能實現高度反射的反射鏡。具體地說，2、3、4或更多對的反射鏡可以滿足所述距離條件。
在所述成像光學系統中使用至少一個反射鏡，該反射鏡與用於不作用在其上的最近成像光路的反射面之間的最小距離小於25mm，這將導致反射鏡上的入射角 保持盡可能地小的成像光學系統。前面討論了在反射鏡上的小入射角的優勢。具體地說，成像光學系統的2、3或4個反射鏡可以處於所述最小距離。所述最小距離優選小於25mm，但大於5mm，從而對反射鏡的結構要求不會太大。
一種成像光學系統允許在具有最小成像誤差的小型結構中實現高的數值孔徑，在該成像光學系統中，成像光被反射鏡反射到像方視場，所述反射鏡包括使成像光通過的通孔，其中，成像光路上的最後一個反射鏡包括通孔。
一種投影曝光裝置的優點與根據本發明的前面就成像光學系統所討論的那些優點一致，該投影曝光裝置包括根據本發明的成像光學系統，包括用於照明和成像光的光源，並且包括用於將照明光導向該成像光學系統的物方視場的透鏡系統，以及，其中用於產生照明光的光源通過10-30nm之間的波長形成。該投影曝光裝置的光源可以是寬帶光源的形式，並且，可以具有例如大於1nm、大於10nm或大於100nm的帶寬。另外，可以用這樣的方式構造該投影曝光裝置：即，該該投影曝光裝置可以與不同波長的光源一起工作。
相應的優點還應用到製造方法和由此方法製造的微結構元件中，該製造方法包括下述步驟：提供遮罩和晶片；通過使用根據本發明的投影曝光裝置，將遮罩上的結構投影到晶片的光敏層上；以及在晶片上產生微結構。
使用所述成像光學系統作為微透鏡產生在中間像區域中並不一定要鑽穿任何非常小的反射鏡的優 點，與US 6 894 834 B2中的情況一樣，其中，當以這樣的方式使用時，光學元件的佈置與根據本發明的在物平面和像平面交換且正使用微影投影曝光裝置檢查將要或已經進行投影曝光的基片的情況下的佈置一致。
下面參照附圖更加詳細地描述本發明的實施例。
第1圖示意性地示出用於微影的投影曝光裝置；第2圖示出包含沿成像光路彼此隔開的視場點的第1圖中的投影曝光裝置的投影光學系統的實施例的橫截面；第3圖示出從第2圖的方向III觀看的第2圖中的投影光學系統的像方視場的平面圖；第4圖示出穿過非旋轉對稱自由形態表面和穿過旋轉對稱表面的橫截面；第5圖示出穿過第2圖的投影光學系統的反射鏡的一部分的截面圖；第6圖示意性地示出在具有正主光線角度放大率的第2圖中的投影光學系統的反射鏡上的光路；第7圖示意性地示出在具有負主光線角度放大率的第2圖中的投影光學系統的反射鏡上的光路；第8圖示出與用於微影的投影曝光裝置的第1圖相似的視圖；第9圖示出用第1或8圖中的投影曝光裝置曝光的晶片和與其相鄰的反射鏡的局部放大細節；第10圖示出投影光學系統的另一實施例的 與第2圖相似的視圖；第11圖示出投影光學系統的另一實施例的與第2圖相似的視圖；第12圖示出投影光學系統的另一實施例的與第2圖相似的視圖；第13圖示出用於檢查晶片的顯微透鏡的與第11圖相似的視圖；第14和15圖示出投影光學系統的另一實施例的與第2圖相似的另外兩個視圖；第16和17圖示出用於檢查晶片的顯微透鏡的另一實施例的與第13圖相似的另外兩個視圖。
1‧‧‧投影曝光裝置
2‧‧‧光源
3‧‧‧照明光
4、58‧‧‧物平面
5‧‧‧透鏡系統
6、35、42、49、63、64‧‧‧投影光學系統
7‧‧‧像方視場
8、57‧‧‧像平面
9‧‧‧遮罩
10‧‧‧基片
11‧‧‧支架
12、13‧‧‧光束
14‧‧‧獨立光線
21、25‧‧‧瞳孔平面
22‧‧‧中間像平面
23、24‧‧‧通孔
26‧‧‧主光線
27‧‧‧形態表面
28‧‧‧參考表面
29、31、33‧‧‧樣品反射鏡
30‧‧‧反射面
32‧‧‧參考軸
34‧‧‧最靠近的部分
56、65、66‧‧‧顯微透鏡
M1-M6,16-20‧‧‧反射鏡
36-41,43-48,50-55,59-62‧‧‧參考標號
di‧‧‧局部距離
dw‧‧‧自由工作距離
dois‧‧‧物像偏移
α、β、γ‧‧‧反射角
第1圖示意性地示出用於微影的投影曝光裝置；第2圖示出包含沿成像光路彼此隔開的視場點的第1圖中的投影曝光裝置的投影光學系統的實施例的橫截面；第3圖示出從第2圖的方向III觀看的第2圖中的投影光學系統的像方視場的平面圖；第4圖示出穿過非旋轉對稱自由形態表面和穿過旋轉對稱表面的橫截面；第5圖示出穿過第2圖的投影光學系統的反射鏡的一部分的截面圖；第6圖示意性地示出在具有正主光線角度放大率的第2圖中的投影光學系統的反射鏡上的光路； 第7圖示意性地示出在具有負主光線角度放大率的第2圖中的投影光學系統的反射鏡上的光路；第8圖示出與用於微影的投影曝光裝置的第1圖相似的視圖；第9圖示出用第1或8圖中的投影曝光裝置曝光的晶片和與其相鄰的反射鏡的局部放大細節；第10圖示出投影光學系統的另一實施例的與第2圖相似的視圖；第11圖示出投影光學系統的另一實施例的與第2圖相似的視圖；第12圖示出投影光學系統的另一實施例的與第2圖相似的視圖；第13圖示出用於檢查晶片的顯微透鏡的與第11圖相似的視圖；第14和15圖示出投影光學系統的另一實施例的與第2圖相似的另外兩個視圖；第16和17圖示出用於檢查晶片的顯微透鏡的另一實施例的與第13圖相似的另外兩個視圖。
用於微影的投影曝光裝置1具有用於照明光的光源2。光源2是EUV光源，該EUV光源產生在10nm和30nm的波長範圍內的光。其他的EUV波長也是可能的。一般來說，甚至任何希望的波長例如可見光波長也可以用於在投影曝光裝置1中引導的照明光。照明光3的光路在第1圖中非常示意性地示出。
透鏡系統5起到將照明光3引導到物平面4中的物方視場的作用。物方視場通過投影光學系統6以預定的縮小率成像在像平面8中的像方視場7(參見第3圖)上。投影光學系統6將尺寸縮小了8倍。其他的成像倍率水平也是可能的，例如，4倍、5倍、6倍或者甚至大於8倍的成像倍率水平。8倍的成像倍率水平尤其適合用於EUV波長的照明光，因為在反射光罩上的物側的入射角因此可以保持小。NA=0.5的投影光學系統的像側孔徑在物側上產生小於6°的照明角度。另外，8倍的成像倍率水平不一定需要使用大的光罩。在根據第2圖的投影光學系統6中，像平面8佈置成與物平面4平行。與物方視場重合的也稱為遮罩的反射光罩9的一部分由此成像。在以晶片形式的基片10的表面上實現成像，該基片被基片支架11支撐。在第1圖中，在遮罩9和投影光學系統之間示意性地示出進入投影光學系統6的照明光3的光束12，在投影光學系統6和基片10之間示意性地示出從投影光學系統6射出的照明光3的光束13。根據第2圖的投影光學系統6的像方視場側數值孔徑是0.50。投影光學系統6在圖像側上是遠心的。
為了幫助描述投影曝光裝置1，在附圖中提供xyz笛卡爾坐標系，並且，該笛卡爾坐標系示出了附圖中所示的各部件的相應位置。在第1圖中，x方向垂直地延伸進入附圖平面，y方向延伸到右邊，z方向朝下延伸。
投影曝光裝置1是掃描器型裝置。在投影曝光裝置1的工作期間，在y方向掃描遮罩9和基片10二者。
第2圖示出投影光學系統6的光學結構。示出了來自五個物方視場點的三個獨立光線14中的每一個的光 路，在第2圖中，五個物方視場點相互緊接著，並且在y方向上相互間隔一定的距離，三個獨立光線14屬於所述五個物方視場點的一個，每一個獨立光線與對五個物方視場點的三個不同的照明方向相關。
來自物方視場4的獨立光線14開始被第一反射鏡反射，並然後被另外的反射鏡16、17、18、19、20反射，第一反射鏡在下文中表示為反射鏡M1，反射鏡16、17、18、19、20在下文中按照光路的順序依次表示為M2、M3、M4、M5和M6。因此，第2圖中的投影光學系統6具有6個反射鏡。如果由於波長而需要的話，所述反射鏡具有塗層，該塗層對照明光的波長例如EUV波長是高度反射的。明顯不同波長的輻射也可以在透鏡系統5和投影光學系統6中引導，因為這些光學系統具有基本上消色差的性質。因此，在這些光學系統中，例如，可以引導調節鐳射或者操作自動聚焦系統，同時使用與調節鐳射或自動聚焦系統的工作波長明顯不同的照明光電波長。調節鐳射由此可以在632.8nm、248nm或193nm工作，同時照明光可以在10和30nm的範圍內工作。
反射鏡15、17和19具有凸形的基本形狀，因此可以用凸形的最佳擬合表面描述。具體地說，第三反射鏡17具有凸形的基本形狀。反射鏡16、18和20具有凹形的基本形狀，因此可以用凹形的最佳擬合表面描述。在下面的描述中，這種類型的反射鏡僅僅以簡單的方式稱為凸面或凹面。凸面反射鏡17在投影光學系統6中提供良好的匹茲瓦爾校正。
來自間隔開的物方視場點且與同一照明方 向相關聯的獨立光線14以會聚的方式在物平面4和第一反射鏡M1之間進入投影光學系統6。投影光學系統6的設計可以用這樣的方式調整：即，與物方視場點相關聯的獨立光線14的同一照明方向也以相互發散的方式或以相互平行的方式在這些部件之間延伸。後一種變型與物側上的遠心光路相對應。
屬於五個物方視場點的特定照明方向的獨立光線14在投影光學系統6的與反射鏡17所佈置的地方相鄰的瞳孔平面21上合併。因此，所述反射鏡17也稱為瞳孔反射鏡。孔徑光闌可以佈置在瞳孔平面21上，便於限制照明光束。所述孔徑光闌可以通過機械的、可移動的光闌或者以直接施加在反射鏡M3上的合適的塗層的形式提供。
反射鏡15至18將物平面4成像在中間像平面22上。投影光學系統的中間像側數值孔徑是0.2。反射鏡15至18形成具有3.2倍的縮小率的投影光學系統6的成像光學系統的第一部分。隨後的反射鏡19和20形成具有2.5倍的縮小率的投影光學系統6的成像光學系統的另一部分。在第六反射鏡20中，在中間像平面22的區域中，形成通孔23，照明光或成像光3在被第四反射鏡18朝向第五反射鏡19反射之後通過該通孔23。第五反射鏡19又具有中心通孔24，光束13在第六反射鏡20和像方視場8之間通過該中心通孔24。
第五反射鏡19與第六反射鏡20一起將來自中間像平面22的照明光或成像光3成像在像平面8上，該第五反射鏡19被佈置在投影光學系統6的另一瞳孔平面25的附近，瞳孔平面25與第一瞳孔平面21共軛。另一瞳孔平面25通常位於第五反射鏡19和第六反射鏡20之間的照明光或 成像光3的光路上，從而在另一瞳孔平面25的位置上存在可以物理上進入的光闌平面。可供選擇地，或者，另外，孔徑光闌可以佈置在該光闌平面上，如前面就瞳孔平面21的區域中的孔徑光闌所描述的。
投影光學系統6具有居中地佈置在瞳孔平面21,25之一中的遮蔽光闌。用這樣的方式，與反射鏡20,19中的中心通孔23,24相關聯的投影光路的光束部分被遮蔽。因此，投影光學系統6的結構也可以稱為具有中心瞳孔遮蔽的結構。
標記的獨立光線14將中心物方視場點連接到入口瞳孔平面21中的投影光學系統6的入口瞳孔上的中心照射點，該標記的獨立光線14在下文中也稱為中心視場點的主光線26。中心視場點的主光線26在第六反射鏡20反射之後與像平面8近似成直角，因此與投影曝光裝置1的z軸近似平行地延伸。在任何情況下，所述角度大於85°。
像方視場7是矩形的。像方視場7的縱橫比在第3圖中沒有按比例地繪製。像方視場7與x方向平行地延伸了13mm。像方視場7與y方向平行地延伸了1mm。像方視場7居中地位於第五反射鏡19的後面，如第3圖所示。通孔24的半徑R可以用下述公式計算：
D是像方視場7的對角線。dw是反射鏡19離像平面的工作距離。NA是在像側上的數值孔徑。
投影光學系統6的所有六個反射鏡15至20都是不能用旋轉對稱函數描述的自由形態表面的形式。其他 結構的投影光學系統6也是可能的，其中，反射鏡15至20中的至少一個包括這種類型的自由形態表面。
下面參照第4圖描述用旋轉對稱參考表面28製造自由形態表面27。首先，獲得考慮的自由形態表面的特徵資訊。例如，參考表面28可以是旋轉對稱非球面。所述設計資訊的一部分可以是參考表面28的曲率半徑，該曲率半徑也稱為1/c，c表示參考表面28的頂點曲率。參考表面28的圓錐常數k和描述參考表面28的多項式係數也是所述資訊的一部分。
可供選擇地，或者，另外，例如，通過使用干涉儀，也可以從對參考反射鏡表面的表面測量獲得表徵參考表面28的資訊。這種類型的表面測量產生函數z’(x’,y’)，該函數描述參考表面28，z’表示對於不同的(x’,y’)座標的沿著z’軸的參考表面28的突起高度，如第4圖所示。
設計自由形態表面的第一步驟還包括確定反射鏡表面的僅僅由表面描述限定且開始不受限制的那一部分，該部分實際上在使物方視場成像在像方視場的過程中用於反射照明光或成像光3。所述區域也稱為覆蓋區。反射鏡的覆蓋區至少可以由投影光學系統6的光線描迹近似確定。在第4圖中提供x尺寸上的可能的覆蓋區的例子。xmin是指示例覆蓋區的下限，xmax是指示例覆蓋區的上限。類似地在特定限制內計算xmax以上和xmin以下的資料，從而，在確定自由形態表面27時不會出現不理想的邊緣效應。
在確定表徵參考表面28的資訊之後，引入關於參考表面28的局部坐標系，其中，參考表面28的軸偏和傾斜度都是零。因此，z’軸是非球形參考表面28的旋轉對 稱軸，或者，如果參考表面通過表面測量獲得，則，z’軸是測量裝置例如干涉儀的光學軸。z’軸一般相對於投影曝光裝置1的xyz坐標系的z軸平移或傾斜。這也應用於其他的坐標軸x’,y’。在自由形態表面的光學設計的起始步驟中確定該平行平移或傾斜。
作為對非球面的選擇，參考表面28還可以是球面。用於描述參考表面28的座標xc、yc、zc的原點一般與投影曝光裝置1的xyz坐標系的原點不同。
在確定參考表面28之後，確定參考表面28的很多點和與z’軸平行的自由形態表面27上的點之間的局部距離di(i=1...N)。然後，改變不同的局部距離di，直到滿足一組次要條件(secondary condition)為止。所述的次要條件是用於投影光學系統6的特定成像誤差和/或照明特性的預定限值。
在數學上，自由形態表面可以用下述方程描述：
其中：
Z是與Z軸平行的自由形態表面的突起高度，例如，該Z軸可以與第4圖中的z’軸平行。
c是對應於相應的非球面的頂點曲率的常數。K對應於相應的非球面的圓錐常數。Cj是單項式XmYn的係數。c、k、Cj的值一般基於投影光學系統6內的反射鏡 的理想的光學特性確定。單項式m+n的階可以按照需要改變。較高階的單項式可以導致設計具有改善的像誤差校正的投影光學系統，但是計算更加複雜。m+n可以具有3和20以上之間的值。
在數學上，自由形態表面還可以用Zernike多項式描述，該多項式例如在光學設計程式CODE V®手冊中描述。可選地，自由形態表面可以用二維樣條曲面描述。其例子是Bezier曲線或非均勻的有理基本樣條(NURBS)。例如，二維樣條表面可以通過xy平面和相關z值的網格點或者通過所述點及其相關梯度描述。根據各種類型的樣條表面，通過使用例如相對於其連續性和可微性具有特定性質的多項式或函數而插入在網格點之間獲得完整的表面。其例子包括分析函數。
反射鏡15至20具有用於針對入射的EUV照明光3優化其反射的多個反射塗層。在反射鏡表面上的獨立光線14的入射角越靠近垂直的入射，反射就越好。對於所有的獨立光線14，投影光學系統6具有非常小的反射角。入射在反射鏡15至20之一的點上的獨立光線14和從該點反射的獨立光線14之間的角度的一半在下文中稱為該點的反射角。
投影光學系統6中的最大反射角是在第五反射鏡19的外邊緣上的獨立光線14的角度。該角度α在投影光學系統6中為約16°。因此，在第2圖所示的投影光學系統6中，最大反射角α和數值孔徑的商是32°。
在下文中用第5圖所示的樣品反射鏡29的例子示意性地解釋反射角大小與反射鏡上的入射點的位置的 依賴關係。在該圖中，獨立光線14a、14b、14c的發散光束入射在樣品反射鏡29的反射面30上。反射面30是凸面。由於反射面30的會聚效應，由獨立光線14a、14b、14c形成的向下入射光束偏轉形成反射的會聚光束。最靠近反射面30的邊緣入射的獨立光線14a以最大的反射角α偏轉，中心獨立光線14b以比反射角α小的反射角β偏轉，最遠離樣品反射鏡29的邊緣的獨立光線14c以最小的反射角γ偏轉。
另外，投影光學系統6內的光路可以依次用主光線的角度放大率表徵。在下文中參照示意第6圖和7解釋這點。在第6圖中，主光線26以與參考軸32成α的角度輻射在樣品反射鏡31上，該參考軸32與投影曝光裝置1的物平面4垂直地延伸。在物方視場側上，即，在達到並包括反射鏡M4的那一側上，參考軸32又由物方視場的中心限定。參考軸32一般與z軸不重合，但是與所述軸平行。在被樣品反射鏡31反射之後，主光線26以與參考軸32成β的角度反射回。由於角度α、β都在0和90°之間，tanα/tanβ商是正的。因此，樣品反射鏡31具有正的主光線角度放大率。
第7圖示出負的主光線角度放大率的情況。入射的主光線26以在0和90°之間的角度α與參考軸32相交。被樣品反射鏡33反射的主光線26事實上包圍了與參考軸32的90和180°之間的角度β。因此，在這種情況下，tanα/tanβ商是負的。
在投影光學系統6中，第一反射鏡15具有負的主光線角度放大率。第二反射鏡26具有正的主光線角度放大率。第三反射鏡17具有負的主光線角度放大率。由於在該位置角度β是180°，第四反射鏡18的角度放大率是無窮 大的。
第8圖再次示出用於清楚地顯示投影光學系統6的另一表徵值即物像偏移dois的投影曝光裝置1的稍微修改的形式。物像偏移dois定義為中心物方點到像平面8上的垂直投影和中心像方點之間的距離。在第2圖所示的投影光學系統6中，物像偏移dois小於1mm。
第9圖演示了投影光學系統6的另一特徵即自由工作距離dw。自由工作距離dw定義為像平面8和投影光學系統6的反射鏡之一即第2圖所示的實施例中的反射鏡19的與該像平面8最靠近的部分34之間的距離。
在投影光學系統6中，自由工作距離dw是40mm。因此，與像平面8最靠近的第五反射鏡19可以構造成具有提供第五反射鏡19的足夠穩定性的厚度。用於這種類型的反射鏡的材料包括，例如，石英、Zerodur或碳化矽化合物。還可以使用具有超低膨脹特性的其他材料。人們從由美國Corning公司銷售的“ULE”商品名的產品中知道這種類型的材料的例子。
關於投影光學系統6的光學資料總結於如下：
像側數值孔徑NA是0.5。像方視場的尺寸為1×13mm2。縮小率為8倍。像方視場7是矩形的。照明光的波長為13.5nm。反射鏡M1至M6的光學效果依次(負的：N；正的：P)是NPNPNP。主光線以會聚的方式從物平面進入投影光學系統。在反射鏡M3上佈置孔徑光闌，用於限制邊緣上的照明光。在物平面4和像平面8之間的z距離是1500mm。物像偏移是0.42mm。在瞳孔面上被照射的表面的5.9% 被遮蔽。以照明光3的波長為單位，投影光學系統具有0.02的波前誤差(rms)。畸變為12nm。視場曲率為9nm。在中心物方視場點上的主光線的角度是5.9°。反射鏡M1具有117×61mm2(x/y)尺寸。反射鏡M2具有306×143mm2(x/y)尺寸。反射鏡M3具有80×77mm2(x/y)尺寸。反射鏡M4具有174×126mm2尺寸。反射鏡M5具有253×245mm2尺寸。反射鏡M6具有676×666mm2尺寸。在反射鏡M1至M6上的中心物方視場點的主光線26的主光線入射角依次是16.01°、7.14°、13.13°、7.21°、0.0°和0.0°。在反射鏡M1至M6上的最大入射角依次是22.55°、9.62°、13.90°、10.16°、16.23°、4.37°。在反射鏡M1至M6上的入射角的帶寬依次是13.12°、5.07°、1.58°、6.10°、小於16.23°和小於4.37°。在物平面4上的工作距離是100mm。像平面8上的工作距離是40mm。物平面4和反射鏡M1之間的距離與物平面4和反射鏡M2之間的距離的比值為4.25。在相鄰反射鏡M2-M3、M4-M5、M5-M6中的每一個之間以及反射鏡M6和像平面8之間，存在大於物平面4和像平面8之間的z距離的40%的距離。反射鏡M1和M4具有小於25mm的從所使用的反射面到沒有作用於所述反射鏡(自由面)上的最近成像光路的最小距離。
可以從下面表格中採集關於投影光學系統6的反射鏡M1至M6的反射面的光學設計資料。所述表格的第一表格示出各光學元件和孔徑光闌的頂點曲率(半徑)的相應倒數值和從物平面開始算起的距離值(厚度)，該距離值與光路中的相鄰元件的z距離對應。第二表格示出用於反射鏡M1至M6的前述自由形態表面公式中的單項式XmYn的Cj係數。在第二表格的結尾以毫米為單位給出各個反射鏡相對 於反射鏡參考設計偏軸(Y偏軸)和旋轉(X旋轉)的值。這與上述的自由形態表面設計方法中的平移和傾斜對應。因此，在y方向上進行平移，繞x軸進行傾斜。以度為單位給出旋轉角。
第10圖示出可以代替投影光學系統6用於投影曝光裝置1中的投影光學系統35的另一實施例。與前面就第1至9圖所描述的那些相對應的各部件或參考量具有相同的參考標號，因此將不再進行詳細的討論。
投影光學系統35也總共具有六個反射鏡，所 述六個反射鏡從物平面4起按照光路的順序依次具有參考標號36至41，在下文中也稱為反射鏡M1至M6。反射鏡36至41都具有不能用旋轉對稱函數描述的反射的自由形態表面。反射鏡36、38和40具有凸形的基本形狀，反射鏡37、39和41具有凹形的基本形狀。
投影光學系統35具有8的縮小係數。投影光學系統35具有0.5的像側數值孔徑。投影光學系統35的像方視場7的尺寸與投影光學系統6的那些尺寸完全一樣。中間像側數值孔徑是0.28。
第一反射鏡36具有負的主光線角度放大率。第二反射鏡37具有正的主光線角度放大率。第三反射鏡38具有負的主光線角度放大率。第四反射鏡39具有無窮大的主光線角度放大率，因為主光線26從第四反射鏡39延伸成與像平面8垂直。
在投影光學系統35中，物像偏移明顯大於投影光學系統6中的物像偏移，並且是134mm。
也是由投影光學系統35中的第五反射鏡40的邊緣上的光線實現的最大反射角α是17°。最大反射角α和像側數值孔徑的商是34°。
在42mm處，投影光學系統35中的自由工作距離dw是與投影光學系統6的自由工作距離可以比較的。
關於投影光學系統35的光學資料又總結於如下：
像側數值孔徑NA是0.5。像方視場7的尺寸為1×13mm2。縮小率為8倍。像方視場7是矩形的。照明光3的波長為13.5nm。反射鏡M1至M6的光學效果依次(負的： N；正的：P)是PPNPNP。在像側，投影光學系統35實際上是遠心的。用於限制邊緣上的照明光的孔徑光闌佈置在反射鏡M3上。在物平面4和像平面8之間的z距離是1823mm。物像偏移是134mm。在瞳孔平面上被照射的表面的9.2%被遮蔽。在中心物方視場上的主光線的角度是6°。反射鏡M1具有241×138mm2(x/y)尺寸。反射鏡M2具有377×269mm2的尺寸。反射鏡M3具有80×75mm2的尺寸。反射鏡M4具有246×197mm2的尺寸。反射鏡M5具有352×304mm2的尺寸。反射鏡M6具有776×678mm2的尺寸。在反射鏡M1至M6上的中心物方視場點的主光線入射角依次是7.10°、5.19°、13.66°、4.60°、0.0°和0.02°。在反射鏡M1至M6上的最大入射角依次是12.23°、5.53°、15.43°、7.33°、16.98°、5.51°。在反射鏡M1至M6上的入射角的帶寬依次是9.93°、0.78°、2.98°、5.27°、小於16.98°和小於5.51°。在物平面4上的工作距離是336mm。像平面8上的工作距離是42mm。物平面4和反射鏡M1之間的距離與物平面4和反射鏡M2之間的距離的比值為3.04。反射鏡M1至M4具有小於25mm的在所使用的反射面和沒有作用於所述反射鏡(自由面)上的最近成像光路之間的最小距離。在物平面4和反射鏡M1之間的距離以及在成對的反射鏡M2-M3和M4-M5之間的距離大於物平面和像平面之間的距離的40%。
可以從下面表格中採集關於投影光學系統35的反射鏡M1至M6的反射面的光學設計資料，所述表格與關於根據第2圖中的投影光學系統的表格相對應。
第11圖示出可以代替投影光學系統6用於投影曝光裝置1中的投影光學系統42的另一實施例。與前面就第1至10圖所描述的那些相對應的各部件或參考量具有相同的參考標號，因此將不再進行詳細的討論。
投影光學系統42也總共具有六個反射鏡，所述六個反射鏡從物平面4起按照成像光路的順序依次用參考標號43至48表示。所述反射鏡在下文中也稱為反射鏡M1至M6。在投影光學系統42中，所有的反射面都形成為不能用旋轉對稱函數描述的自由形態表面。
第一反射鏡43是凹形的，但是僅僅具有非常輕微的曲線，從而它可以被簡單地修改成形成具有零基曲的反射鏡或形成凸起彎曲的反射鏡。第二反射鏡44是凹形的，第三反射鏡45是凸形的。第四反射鏡46是凹形的。第五反射鏡47是凸形的。第六反射鏡48是凹形的。
最先的三個反射鏡43至45中的每一個具有負的主光線角度放大率。由於主光線26在被第四反射鏡46反射之後與像平面8垂直地延伸，第四反射鏡46的主光線的角度放大率是無窮大的。
投影光學系統42具有0.5的像側數值孔徑。投影光學系統42具有0.11的中間像側數值孔徑。
在投影光學系統42中，自由工作距離dw是20mm。
投影光學系統42具有8的縮小係數。
投影光學系統42中的像方視場的尺寸與投影光學系統6和35的那些一致。
在投影光學系統42中，在第五反射鏡47上反射的外邊緣光線中也出現最大反射角，該最大反射角α=16°。在投影光學系統42內的照明光3的最大反射角和像側數值孔徑的商是32。
關於投影光學系統42的光學資料又總結於 如下：
像側數值孔徑NA是0.5。像方視場的尺寸為1×13mm2。成像縮小率為8倍。像方視場7是矩形的。照明光的波長為13.5nm。反射鏡M1至M6的光學效果依次(負的：N；正的：P)是PPNPNP。主光線以會聚的方式從物平面4進入投影光學系統42。在反射鏡M2上佈置孔徑光闌，用於限制邊緣上的照明光。在物平面4和像平面8之間的z距離是1700mm。物像偏移是393mm。在瞳孔平面上被照射的表面的17.0%被遮蔽。以照明光3的波長為單位，投影光學系統42具有0.100的波前誤差(rms)。畸變為16nm。像方視場曲率為35nm。在中心物方視場點上的主光線的角度是6°。反射鏡M1具有164×134mm2尺寸。反射鏡M2具有312×170mm2尺寸。反射鏡M3具有147×155mm2尺寸。反射鏡M4具有354×196mm2尺寸。反射鏡M5具有103×96mm2尺寸。反射鏡M6具有457×444mm2尺寸。在反射鏡M1至M6上的中心物方視場點的主光線26的主光線入射角依次是3.54°、5.15°、9.11°、4.45°、0.01°和0.01°。在反射鏡M1至M6上的最大入射角依次是6.18°、5.62°、9.80°、6.85°、15.94°、2.36°。在反射鏡M1至M6上的入射角的帶寬依次是5.16°、1.08°、1.52°、4.63°、小於15.94°和小於2.38°。在物平面4上的工作距離是200mm。像平面8上的工作距離是20mm。物平面4和反射鏡M1之間的距離與物平面4和反射鏡M2之間的距離的比值為5.07。反射鏡M1和M4具有小於25mm的在所使用的反射面和沒有作用於所述反射鏡(自由面)上的最近成像光路之間的最小距離。在物平面4和反射鏡M1之間的距離以及在成對的反射鏡M1-M2、M2-M3、 M3-M4和M4-M5之間的距離大於物平面和像平面之間的距離的40%。
可以從下面表格中採集關於投影光學系統42的反射鏡M1至M6的反射面的光學設計資料，所述表格與前面為關於根據第2圖中的投影光學系統6提供的表格相對應。
第12圖示出在EUV照明的情況下可以代替投影光學系統6用於投影曝光裝置1中的投影光學系統49的另一實施例。與前面就第1至11圖所描述的那些相對應的各部件或參考量具有相同的參考標號，因此將不再進行詳細 的討論。
投影光學系統49也總共具有六個反射鏡，所述六個反射鏡從物平面4起按照成像光路的順序依次用參考標號50至55表示。所述反射鏡在下文中也稱為反射鏡M1至M6。在投影光學系統49中，所有的反射面都形成為不能用旋轉對稱函數描述的自由形態表面。
在第12圖所述的結構中，反射鏡的基曲的順序與第11圖的結構相同。此外，第一反射鏡只是非常輕微地彎曲，從而它可以被簡單地轉換成形成具有零基曲(平面的基曲)的反射鏡或具有凸形基曲的反射鏡。
最先的三個反射鏡50至52中的每一個具有負的主光線角度放大率。由於主光線26在被第四反射鏡53反射之後與像平面8垂直地延伸，第四反射鏡53的主光線的角度放大率是無窮大的。
投影光學系統49具有0.7的像側數值孔徑。投影光學系統49具有0.14的中間像側數值孔徑。
在投影光學系統49中，自由工作距離dw是20mm。
投影光學系統49具有8的縮小係數。
投影光學系統49中，像方視場尺寸與投影光學系統6、35和42的那些一致。像方視場尺寸為13×1mm2。
在投影光學系統49中，在第五反射鏡54上反射的外邊緣光線中也出現最大反射角，該最大反射角α=23.8°。在該投影光學系統內的照明光或成像光3的最大反射角和像側數值孔徑的商是34°。
關於投影光學系統49的光學資料又總結於 如下：
像側數值孔徑NA是0.7。像方視場7的尺寸為1×13mm2。縮小率為8倍。像方視場7是矩形的。照明光的波長為193.0nm。反射鏡M1至M6的光學效果依次(負的：N；正的：P)是PPNPNP。主光線以會聚的方式從物平面4進入投影光學系統49。在反射鏡M2上佈置孔徑光闌，用於限制邊緣上的照明光。在物平面4和像平面8之間的z距離是1700mm。物像偏移是549mm。在瞳孔平面上被照射的表面的11.6%被遮蔽。以照明光的波長為單位，投影光學系統49具有0.053的波前誤差(rms)。畸變為400nm。像方視場曲率為130nm。在中心物方視場點上的主光線的角度是6°。反射鏡M1具有204×184mm2尺寸。反射鏡M2具有652×271mm2尺寸。反射鏡M3具有192×260mm2尺寸。反射鏡M4具有515×347mm2尺寸。反射鏡M5具有162×153mm2尺寸。反射鏡M6具有643×619mm2尺寸。在反射鏡M1至M6上的中心物方視場點的主光線26的主光線入射角依次是5.40°、8.76°、11.83°、5.37°、0.01°和0.02°。在反射鏡M1至M6上的最大入射角依次是9.70°、10.06°、13.22°、8.94°、24.01°、3.62°。在反射鏡M1至M6上的入射角的帶寬依次是8.23°、2.81°、3.10°、6.95°、小於24.01°和小於3.62°。
在物平面4上的工作距離是200mm。像平面8上的工作距離是20mm。物平面4和反射鏡M1之間的距離與物平面4和反射鏡M2之間的距離的比值為5.11。反射鏡M1至M3具有小於25mm的在所使用的反射面和沒有作用於所述反射鏡(自由面)上的最近成像光路之間的最小距離。在物平面4和反射鏡M1之間的距離以及在成對的反射鏡 M1-M2、M2-M3、M3-M4和M4-M5之間的距離大於物平面和像平面之間的距離的40%。
可以從下面表格中採集關於反射鏡M1至M6的反射面的光學設計資料，所述表格與上述第2圖的投影光學系統6的表格相對應。
第13圖示出可以用於檢查用於投影曝光或微影所需的投影光罩或者用於檢查曝光晶片10的顯微透鏡56。該顯微透鏡使顯微鏡物平面或基片平面57成像在顯微鏡像平面58上，其中，在投影曝光裝置1的投影過程中，所 述顯微鏡物平面或基片平面與像平面8重合。例如，顯微透鏡56的結構與第2圖中的投影光學系統6的結構相似，不同之處在於，在顯微透鏡56中，與投影光學系統6相比較，物平面和像平面交換。因此，待分析的物體定位在顯微透鏡56的高孔徑部分上，圖像記錄器件例如CCD相機定位在顯微透鏡56的低孔徑部分上。在顯微鏡像平面58和基片平面57之間的光路上，顯微透鏡56總共具有四個反射鏡59至62，反射鏡59至62被依次編號，並且也稱為M1至M4。就其設計位置和通孔23,24而言，顯微透鏡56的第三反射鏡61和第四反射鏡62與前面討論的投影光學系統的反射鏡M5,M6相對應。這四個反射鏡59至62構造為不能用旋轉對稱函數描述的自由形態表面。可供選擇地，反射鏡59至62中的至少一個具有這種類型的自由形態反射表面也是可能的。
第一反射鏡59具有負的主光線角度放大率。由於主光線26從第二反射鏡60與基片平面57垂直地延伸，第二反射鏡60具有無窮大的主光線角度放大率。第三反射鏡61和第四反射鏡62的主光線角度放大率相應地未限定。
顯微透鏡56具有0.7的數值孔徑。顯微透鏡56具有0.17的中間像側數值孔徑。
在顯微透鏡56中，最大反射角α又通過包括通孔24的反射鏡57的外邊緣光線實現，是24°。相應地，該反射角和數值孔徑的商為34°。
可以使用除了EUV波長以外的照明光或成像光3操作投影光學系統6、35、42、49和顯微透鏡56。例如，使用針對可見波長的所述自由形態結構也是可能的。
可以用下述方式構造投影光學系統6、35、42、49和顯微透鏡56以及下面相對於第14至17圖描述的光學系統：除了通孔23,24的區域中的光路以外，保留在獨立光線14和沒有作用在其上的相應的反射鏡M1至M6或者在以希望的方式通過照明光3的反射作用於其上的反射鏡59至62之間總是存在小於25mm但大於1mm優選大於5mm的距離。這樣簡化了相應的光學系統的結構要求。
第14圖示出又在EUV照明的情況下可以代替投影光學系統6用於投影曝光裝置1中的投影光學系統63的另一實施例。與前面相對於第1至12圖的投影光學系統6、35、42、49所討論的那些相對應的各部件或參考量具有相同的參考標號，因此將不再進行詳細的討論。下面只討論投影光學系統63和前面解釋的投影光學系統6的基本不同之處。
關於投影光學系統63的光學資料如下：
像側數值孔徑NA是0.6。像方視場7的尺寸為1×13mm2。縮小率為8倍。像方視場7是矩形的。照明光3的波長為13.5nm。投影光學系統63具有六個反射鏡M1至M6。反射鏡M1至M6的光學效果依次(負的：N；正的：P)是NPNPNP。在反射面M4和M5之間存在投影光學系統63的單個中間像。主光線以會聚的方式從物平面4進入投影光學系統63。在反射鏡M3上佈置用於限制邊緣上的照明光的孔徑光闌。在物平面4和像平面8之間的z距離是1500mm。物像偏移是7.07mm。在瞳孔平面上被照射的表面的5.7%被遮蔽。以照明光3的波長為單位，投影光學系統63具有0.034的波前誤差(rms)。畸變為15nm。像方視場曲率為10nm。 在中心物方視場點上的主光線的角度是5.9°。反射鏡M1具有126×73mm2(x/y)尺寸。反射鏡M2具有339×164mm2(x/y)尺寸。反射鏡M3具有100×96mm2(x/y)尺寸。反射鏡M4具有196×150mm2(x/y)尺寸。反射鏡M5具有307×298mm2(x/y)尺寸。反射鏡M6具有814×806mm2(x/y)尺寸。在反射鏡M1至M6上的中心物方視場點的主光線26的主光線入射角依次是18.61°、8.76°、15.44°、8.53°、0.00°和0.00°。在反射鏡M1至M6上的最大入射角依次是26.60°、11.80°、15.98°、12.32°、20.14°、5.11°。在反射鏡M1至M6上的入射角的帶寬依次是16.06°、6.30°、1.03°、7.87°、小於20.14°和小於5.11°。反射鏡M1至M3的主光線角度放大率依次(負的：N；正的：P)是NPN。在物平面4上的工作距離是102mm。在像平面上的工作距離是40mm。物平面4和反射鏡M1之間的距離與物平面4和反射鏡M2之間的距離的比值為4.13。反射鏡M1和M4具有小於25mm的在所使用的反射面和沒有作用於所述反射鏡(自由面)上的最近成像光路之間的最小距離。在成對的反射鏡M2-M3、M4-M5和M5-M6之間的距離以及在反射鏡M6和像平面8之間的距離小於物平面4和像平面8之間的距離的40%。
可以從下面表格中採集關於投影光學系統63的反射鏡M1至M6的反射面的光學設計資料，所述表格與前面為關於根據第2圖中的投影光學系統6提供的表格相對應。
第15圖示出又在EUV照明的情況下可以代替投影光學系統6用於投影曝光裝置1中的投影光學系統64的另一實施例。與前面相對於第1至12或14圖所討論的那些相對應的各部件或參考量具有相同的參考標號，因此將不 再進行詳細的討論。
關於投影光學系統64的光學資料總結於如下：
像側數值孔徑NA是0.7。像方視場7的尺寸為1×13mm2。縮小率為8倍。像方視場7是矩形的。照明光3的波長為13.5nm。投影光學系統64具有六個反射鏡M1至M6。反射鏡M1至M6的光學效果依次(負的：N；正的：P)是NPNPNP。在反射面M4和M5之間存在投影光學系統64的單個中間像平面。主光線以會聚的方式從物平面4進入投影光學系統64。在反射鏡M3上佈置用於限制邊緣上的照明光的孔徑光闌。在物平面4和像平面8之間的z距離是1483mm。物像偏移是13.86mm。在瞳孔平面上被照射的表面的6.4%被遮蔽。以照明光3的波長為單位，投影光學系統64具有0.062的波前誤差(rms)。畸變為18nm。像方視場曲率為10nm。在中心物方視場點上的主光線的角度是5.9°。反射鏡M1具有134×84mm2(x/y)尺寸。反射鏡M2具有365×174mm2(x/y)尺寸。反射鏡M3具有121×114mm2(x/y)尺寸。反射鏡M4具有220×176mm2(x/y)尺寸。反射鏡M5具有363×354mm2(x/y)尺寸。反射鏡M6具有956×952mm2(x/y)尺寸。在反射鏡M1至M6上的中心物方視場點的主光線26的主光線入射角依次是20.86°、10.26°、17.50°、9.84°、0.00°和0.00°。在反射鏡M1至M6上的最大入射角依次是29.83°、13.67°、18.09°、14.40°、24.60°、5.70°。在反射鏡M1至M6上的入射角的帶寬依次是18.23°、7.18°、1.06°、9.50°、小於16.98°和小於5.51°。反射鏡M1至M3的主光線角度放大率依次(負的：N；正的：P)是NPN。在物平面4上的工作距離 是100mm。在像平面上的工作距離是40mm。物平面4和反射鏡M1之間的距離與物平面4和反射鏡M2之間的距離的比值為4.13。反射鏡M1和M4具有小於25mm的在所使用的反射面和沒有作用於所述反射鏡(自由面)上的最近成像光路之間的最小距離。在成對的反射鏡M2-M3、M4-M5和M5-M6之間的距離以及在反射鏡M6和像平面8之間的距離大於物平面4和像平面8之間的距離的40%。
可以從下面表格中採集關於投影光學系統64的反射鏡M1至M6的反射面的光學設計資料，所述表格與前面為關於根據第2圖中的投影光學系統6提供的表格相對應。
下面總結關於另外兩個顯微透鏡65,66的光 學資料，與顯微透鏡56一樣，這兩個顯微透鏡65,66可以用於檢查用於投影曝光或微影所需的投影光罩或用於檢查暴露的晶片。這兩個顯微透鏡65,66都在第16和17圖中示出。所述另外兩個顯微透鏡65,66的基本四個反射鏡結構與第13圖的結構一致。
與前面相對於顯微透鏡56所解釋的那些相對應的所述另外兩個顯微透鏡65,66的各部件具有相同的參考標號或標記。
所述另外兩個顯微透鏡65,66的第一個，顯微透鏡65，如第16圖所示，具有0.8的物側數值孔徑。正方形像方視場的尺寸為0.8×0.8mm2。放大率為10倍。照明光3的波長為193.0nm。其他的照明光波長也是可能的，例如，可見波長或EUV波長。反射鏡M1至M4的光學效果依次(負的：N；正的：P)是NPNP。單個中間像在反射面M2和M3之間位於反射鏡M4中的通孔23的位置上。主光線以發散的方式經由顯微鏡像平面58從顯微透鏡65射出。在基片平面57和像平面58之間的z距離是1933mm。物像偏移是477mm。在瞳孔平面上被照射的表面的21.5%被遮蔽。以照明光3的波長為單位，顯微透鏡65具有0.0042的波前誤差(rms)。在中心物方視場點上的主光線的角度是13.8°。反射鏡M1具有219×216mm2(x/y)尺寸。反射鏡M2具有520×502mm2(x/y)尺寸。反射鏡M3具有202×189mm2(x/y)尺寸。反射鏡M4具有742×699mm2(x/y)尺寸。在反射鏡M1至M4上的中心物方視場點的主光線26的主光線入射角依次是10.48°、3.53°、0.04°和0.02°。在反射鏡M1至M4上的最大入射角依次是15.70°、5.58°、27.79°和3.19°。在反射鏡M1至 M4上的入射角的帶寬依次是11.93°、4.46°、27.79°和3.19°。在顯微鏡像平面58上的工作距離是240mm。在基片平面57上的工作距離是40mm。顯微鏡像平面58和反射鏡M1之間的距離與顯微鏡像平面58和反射鏡M2之間的距離的比值為5.63。在基片平面57和反射鏡M1之間的距離以及在成對的反射鏡M1-M2和M2-M3之間的距離大於基片平面57和像平面58之間的距離的40%。
可以從下面表格中採集關於顯微透鏡65的反射鏡M1至M4的反射面的光學設計資料，所述表格與關於前面描述的投影光學系統的表格相對應。在這些表格中，“物”是指顯微鏡像平面58。“像”是指基片平面57。
第二顯微透鏡66在第17圖中示出，並且也可以代替第13圖中的顯微透鏡56使用，關於第二顯微透鏡66的光學資料總結於如下：
物側數值孔徑NA為0.8。正方形物方視場的 尺寸為0.8×0.8mm2。放大率為40倍。照明光3的波長為193.0nm。其他的照明光波長也是可能的，例如，可見波長或EUV波長。反射鏡M1至M4的光學效果依次(負的：N；正的：P)是NPNP。單個中間像在反射面M2和M3之間位於反射鏡M4中的通孔23的區域中。在像側上，主光線以發散的方式從顯微透鏡66射出。在基片平面57和像平面58之間的z距離是2048mm。物像偏移是522mm。在瞳孔平面上被照射的表面的24.6%被遮蔽。以照明光3的波長為單位，顯微透鏡66具有0.016的波前誤差(rms)。在中心物方視場點上的主光線的角度是17.1°。反射鏡M1具有59×58mm2(x/y)尺寸。反射鏡M2具有222×197mm2(x/y)尺寸。反射鏡M3具有180×163mm2(x/y)尺寸。反射鏡M4具有736×674mm2(x/y)尺寸。在反射鏡M1至M4上的中心物方視場點的主光線26的主光線入射角依次是12.23°、3.81°、0.10°和0.14°。在反射鏡M1至M4上的最大入射角依次是18.94°、5.66°、24.95°和2.75°。在反射鏡M1至M4上的入射角的帶寬依次是10.17°、1.81°、24.95°和2.75°。在顯微鏡像平面58上的工作距離是996mm。在基片平面57上的工作距離是40mm。顯微鏡像平面58和反射鏡M1之間的距離與顯微鏡像平面58和反射鏡M2之間的距離的比值為1.46。在基片平面57和反射鏡M1之間的距離以及在成對的反射鏡M2-M3之間的距離大於基片平面57和像平面58之間的距離的40%。
可以從下面表格中採集關於顯微透鏡66的反射鏡M1至M4的反射面的光學設計資料，所述表格與關於前面描述的顯微透鏡65的表格相對應。
3‧‧‧照明光
4‧‧‧物平面
6‧‧‧投影光學系統
8‧‧‧平面
12、13‧‧‧光束
14‧‧‧獨立光線
15-20‧‧‧反射鏡
21、25‧‧‧瞳孔平面
22‧‧‧中間像平面
23、24‧‧‧通孔
26‧‧‧主光線
M1-M6‧‧‧反射鏡
III‧‧‧方向

Claims (33)

  1. 一種微影成像光學系統，包括多個反射鏡，所述這些反射鏡將位於物平面上的物方視場成像在位於像平面的像方視場上，所述這些反射鏡中的至少一個具有用於使成像光通過的一通孔，其中所述這些反射鏡中的至少一個的一反射面是不能用旋轉對稱函數描述的一自由形態表面，其中該微影成像光學系統具有至少4倍的縮小倍率水平。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中該微影成像光學系統具有至少5倍的縮小倍率水平。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中該微影成像光學系統具有至少6倍的縮小倍率水平。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中該微影成像光學系統具有至少8倍的縮小倍率水平。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，具有物像偏移小於100mm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中所述成像光以25°的最大反射角被所述這些反射鏡反射。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中所述成像光以20°的最大反射角被所述這些反射鏡反射。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中所述成像光以16°的最大反射角被所述這些反射鏡反射。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其照明大於1mm2的所述像方視場。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，具有在像側上的數值孔徑至少為0.4。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，具有在像側上的數值孔徑至少為0.45。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，具有在像側上的數值孔徑至少為0.5。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，具有在像側上的數值孔徑至少為0.55。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，具有在像側上的數值孔徑至少為0.6。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，具有在像側上的數值孔徑至少為0.65。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，具有在像側上的數值孔徑至少為0.7。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其在像側上是遠心的。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中這些反射鏡在位於所述物方視場與所述像方視場之間的一成像光路上的一最後反射鏡包含使所述成像光通過的所述通孔。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中所述這些反射鏡中的至少兩個具有負的主光線角度放大率。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的微影成像光學系統，其中具有正的主光線角度放大率的反射鏡被佈置在具有負的主光線角度放大率的兩個反射鏡之間。
  21. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中一中心物方點的被引導通過所述最後一個反射鏡且居中地通過一瞳孔的一中心成像光束是包圍相對於所述像平面的大於85°的角度。
  22. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中被引導通過所述最後一個反射鏡的成像光路在所述反射鏡中的所述通孔的區域內具有在一中間像平面中的一中間像，所述光學系統在所述物平面和所述中間像平面之間的一部分具有至少2倍的縮小倍率水平。
  23. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中被佈置成成像光路中的倒數第二個反射鏡且將所述成像光反射到所述最後一個反 射鏡的反射鏡具有用於使成像光通過的另一通孔，所述像平面被佈置在所述倒數第二個反射鏡的後面，以偏心不超過所述倒數第二個反射鏡的直徑的五分之一。
  24. 如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統，其中被佈置成成像光路中的倒數第二個反射鏡且將所述成像光反射到所述最後一個反射鏡的反射鏡具有用於使成像光通過的另一通孔，所述像平面被佈置在所述倒數第二個反射鏡的後面，以相對於所述倒數第二個反射鏡居中。
  25. 如申請專利範圍第23項所述的微影成像光學系統，其中在所述成像光路上的所述倒數第二個反射鏡的曲率半徑大於500mm。
  26. 如申請專利範圍第23項所述的微影成像光學系統，其中在所述成像光路上的所述倒數第二個反射鏡的曲率半徑大於1000mm。
  27. 如申請專利範圍第23項所述的微影成像光學系統，其中在所述成像光路上的所述倒數第二個反射鏡的曲率半徑大於1500mm。
  28. 一種用於微影的投影曝光裝置包括如申請專利範圍第1項所述的微影成像光學系統；包括用於照明光和成像光的光源；包括用於將所述照明光導向所述微影成像光學系統的物方視場的透鏡系統。
  29. 如申請專利範圍第28項所述的投影曝光裝置，其中用於產生所述照明 光的光源形成有在10和30nm之間的波長。
  30. 一種用於製造微結構元件的方法，包括下述步驟：提供遮罩和晶片，通過使用如申請專利範圍第28項所述的投影曝光裝置，將所述遮罩上的結構投影到所述晶片的光敏層上，在所述晶片上製造微結構。
  31. 一種微結構元件，其如申請專利範圍第30項所述的方法製造。
  32. 一種成像光學系統作為顯微透鏡使用的用途，當以這樣的方式使用時的所述光學元件的佈置與如申請專利範圍第1項所述的那些部分相對應，其條件是，物平面和像平面交換。
  33. 如申請專利範圍第32項所述的用途，在檢查基片時，所述基片將要通過微影投影曝光裝置被投影曝光曝光或者已經被曝光。
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