TWI391705B - 折反射投射物鏡 - Google Patents

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Description

折反射投射物鏡
本發明有關一種折反射投射物鏡，將物體平面中物體場成像至影像平面中影像場且包含三個局部物鏡(partial objective)；有關一種用於微影的投射曝光裝置，包含提供至少一個照明模式的照明系統及將物體平面中物體場成像至影像平面中影像場且包含三個局部物鏡的折反射投射物鏡；及亦有關一種操作用於微影的投射曝光裝置的方法，該投射曝光裝置包含提供至少一個照明模式的照明系統及將物體平面中物體場成像至影像平面中影像場且包含三個局部物鏡的折反射投射物鏡。
物體場利用折反射投射物鏡的第一局部物鏡成像至第一中間實像，第一中間實像利用第二局部物鏡成像至第二中間實像，及第二中間實像最後利用第三局部物鏡成像至影像平面中的影像場。該第二局部物鏡是折反射物鏡，具有精確一個凹面鏡及至少一個透鏡。此外，折反射投射物鏡具有兩個折疊式鏡，其中第一折疊式鏡按第二局部物鏡之凹面鏡的方向偏轉來自物體平面的投射光，及第二折疊式鏡按影像平面的方向偏轉來自第二局部物鏡之凹面鏡的投射光。投射物鏡具有精確，不多不少地，兩個中間實像。
此類型折反射投射物鏡請見美國專利公開號US 2009/0059358 A1。
投射物鏡在影像平面中具有數值孔徑大於1.0。
此類型折反射投射物鏡請見例如美國專利公開號US 2009/0034061 A1及美國專利公開號US 2005/0248856 A1。
由於第二局部物鏡具有精確(不多不少)一個凹面鏡，投射光通過第二局部物鏡的透鏡兩次，確切地說，第一次在從第一折疊式鏡至凹面鏡的出發路徑上，及第二次在投射光於凹面鏡處反射後在從凹面鏡至第二折疊式鏡的返回路徑上。如果這些透鏡的相同區域均由投射光在其出發路徑及返回路徑上照射，則這些透鏡由於被通過兩次，其區域性輻射負載是單次通過的兩倍。
在此例中，輻射負載越高，光源的射入光功率越高且投射光束的範圍越小。在投射物鏡接近光瞳的區域中，增加光源的功率及減少投射光束的範圍，是目前針對投射曝光裝置所訂定的需求。這表示增加光源的光功率，連帶也會提昇微影投射曝光裝置的產量。為了增加解析度，與入射光瞳的範圍(所謂的「照明極」)相比，僅以較小光瞳區域照明投射物鏡的入射光瞳。在此例中，照明模式以照明光在入射光瞳中的強度分布作為特徵。照明極代表入射光瞳強度分布中的連續區域，其中強度不會低於最大強度的10%。此外，這些照明極通常位在入射光瞳的邊緣。在此例中，入射光瞳是定界入射於投射物鏡之光束的虛擬或真實開口。入射光瞳由透鏡或鏡子(在光方向中，位在孔徑光闌上游)的折射或反射表面所成像之投射物鏡的孔徑光闌構成。入射光瞳因此代表投射物鏡之孔徑光闌的物體側影像。如果將載有結構的遮罩(照明光在此繞射)配置在投射物鏡的物體場內，則對於接近投射物鏡不包括第一繞射級之解析度限制的結構寬度，特徵為第零繞射級及更高繞射級的投射光分布出現在後續的光瞳平面中。在此例中，第零繞射級的投射光分布對應於入射光瞳中的照明分布。諸如在投射物鏡的入射光瞳中提供的照明極因此亦顯現在投射物鏡的後續光瞳平面中。與入射光瞳共軛的光瞳平面位在凹面鏡上，或至少位在第二局部物鏡的凹面鏡附近。諸如由照明系統以照明極在投射物鏡的入射光瞳中所產生的照明，因此也出現在凹面鏡上及第二局部物鏡配置在凹面鏡附近的透鏡上。結果，解析度增加造成配置在凹面鏡附近之透鏡的區域性輻射負載增加。
藉由減少投射光波長，同樣也可以增加解析度。因此，在投射曝光裝置中使用具有深UV波長範圍中波長(也就是說，例如248 nm、193 nm或157 nm)的雷射光源。在此波長範圍中，典型的透鏡材料，諸如石英或氟化鈣，呈現出因輻照所造成的損壞。因此，對於石英而言，進而可發生材料緊縮、材料稀薄化、藉此所引發的應力及藉此所造成的應力雙折射。同樣已知的還有極化(polarization)感應雙折射的效應，對此情況而言，材料變更取決於投射光的極化狀態。此外，輻照可導致因色心(colour centres)形成所造成的透射損失。所提效應部分非線性地取決於輻照度，致使輻射負載加倍可導致明顯更大的損壞，如同效應線性地取決於輻照度的情況。
鄰接凹面鏡的透鏡被通過兩次、增加光源的光功率以提昇產量、以具有較小範圍的照明極對入射光瞳及因此鄰接凹面鏡的透鏡的照明、使用深UV光及使用因輻射負載而造成損壞的透鏡材料具有以下效應：對於此類投射物鏡而言，第二局部物鏡配置鄰接凹面鏡的透鏡，尤其處於因投射曝光裝置操作而損壞的風險。
因此，本發明實施例的目的在於提出一種折反射投射物鏡、一種包含照明系統及折反射投射物鏡的投射曝光裝置、及還有一種操作包含照明系統及折反射投射物鏡之投射曝光裝置的方法，儘管以上諸多限制條件，仍能以一致的品質微影製造半導體組件。
此目的利用將一物體平面中一物體場成像至一影像平面中影像場之用於微影的折反射投射物鏡來達成，該折反射投射物鏡包含：- 一第一局部物鏡，將該物體場成像至一第一中間實像；- 一第二局部物鏡，將該第一中間實像成像至一第二中間實像；及- 一第三局部物鏡，將該第二中間實像成像至該影像場；其中該第二局部物鏡具有精確一個凹面鏡及至少一個透鏡；其中該投射物鏡具有一第一折疊式鏡，以按該凹面鏡的方向偏轉來自該物體平面的輻射；及一第二折疊式鏡，以按該影像平面的方向偏轉來自該凹面鏡的輻射；其中該投射物鏡具有精確兩個中間實像；及其中該投射物鏡在該影像平面中具有一數值孔徑大於1.0；及 其中在該凹面鏡的光學利用區及鄰接該凹面鏡的透鏡面對該凹面鏡的表面的光學利用區之間的最小距離大於10 mm。
已知鏡面或透鏡表面的光學利用區是指，其中基於物體場範圍及對於最大開啟孔徑光闌均有可能的所有光線交點所位在的那個區域。相比之下，由於製造公差及透鏡或鏡子的機械裝配必要性，透鏡或鏡子的實體範圍一般大於光學利用區。決定在以下兩點之間的距離：凹面鏡之鏡面上在凹面鏡光學利用區內的一點，及鄰接凹面鏡之透鏡在面對凹面鏡之表面上在該表面光學利用區內的一點。在此例中，最小距離結果為所有可能距離值的最小值。
對於在凹面鏡鏡面及鄰接透鏡表面間之較小距離而言，延伸光束的光線在通常重疊之區域中的出發路徑及返回路徑上通過透鏡表面，如果增加在凹面鏡鏡面及鄰接透鏡表面之間的距離，即可避免此情形。配置鄰接凹面鏡的透鏡則仍無可避免地被通過兩次，只是現在是在空間上分開的路徑上。結果，在任何區域中，輻射負載都不會加倍。
光束在至凹面鏡的出發路徑上及從凹面鏡的返回路徑上的空間分隔由以下事實造成：此類投射物鏡具有配置離軸的物體場。也就是說，光軸與物體平面的交點位在物體場之外。因此，第一中間實像及第二中間實像亦離軸配置，確切地說，配置在光軸的相反側上。第一中間實像及第二中間實像因此在空間上彼此隔開。相比之下，在光瞳平面中及因此在第二局部物鏡配置在光瞳平面附近的那個凹面鏡上的照明則與場無關，也就是 說，與物體場的形狀及位置無關。在出發路徑上及在返回路徑上的輻射光束因此在離軸配置的中間影像平面的區域中，以在空間上分開的方式行進；而在出發路徑上及返回路徑上的輻射光束重疊及因此輻射負載加倍，則發生在凹面鏡的區域中。
在投射物鏡的入射光瞳中從照明極出現的光線，是否在空間上分開的區域中的出發路徑上及返回路徑上通過面對凹面鏡的透鏡表面，此一事實取決於照明極在所謂y方向中在入射光瞳中的範圍。在此例中，y方向延伸平行於與投射物鏡相應光軸垂直且位在投射物鏡對稱平面內的直線。對稱平面為三個局部物鏡的三個光軸所橫跨(span)。在此例中，局部物鏡的光軸代表一條連續直線，局部物鏡之光學元件的光學表面相對於此連續直線具有旋轉對稱數學表面描述，即使光學元件的邊界未必體現為相對於此光軸為旋轉對稱。從第一光軸轉變到第二光軸係透過第一折疊式鏡而發生。從第二光軸轉變到第三光軸係透過第二折疊式鏡而發生。y方向因此根據光軸方向的改變，在各折疊式鏡處改變其方向。根據此折疊幾何，雖然物體場配置相對於對稱平面為對稱，但物體場相對於第一局部物鏡的光軸以離心方式配置在y方向中。因此，第一中間實像及第二中間實像亦相對於光軸以離心方式配置在y方向中。因此，輻射光束在鄰接凹面鏡的透鏡表面上，在出發路徑上及返回路徑上的分隔也只有在以下情形時才會出現：輻射光束不超過y方向中取決於透鏡表面及凹面鏡間之距離的範圍。該範圍繼而直接取決於照明極在y方向中在入射光瞳中的範圍。
如果在凹面鏡的光學利用區及鄰接凹面鏡之透鏡面對凹面鏡之表面的光學利用區之間的最小距離大於10 mm，則例如照明極在y方向中範圍為入射光瞳之光瞳半徑1%的投射光束，在空間上分開的區域中的出發路徑及返回路徑上行進。
在本發明之一具體實施例中，該距離大於20 mm。在此例中，例如在投射物鏡的入射光瞳中，照明極在y方向中範圍為入射光瞳之光瞳半徑2%的投射光束，在空間上分開的區域中的出發路徑及返回路徑上行進。
在本發明之一具體實施例中，該距離大於30 mm。在此例中，例如在投射物鏡的入射光瞳中，照明極在y方向中範圍為入射光瞳之光瞳半徑4%的投射光束，在空間上分開的區域中的出發路徑及返回路徑上行進。
在本發明之一具體實施例中，該距離大於40 mm。在此例中，例如在投射物鏡的入射光瞳中，照明極在y方向中範圍為入射光瞳之光瞳半徑5%的投射光束，在空間上分開的區域中的出發路徑及返回路徑上行進。
一般而言，對於此類投射物鏡，為了對影像場曲率進行更好的校正，與鄰接透鏡表面相比，凹面鏡具有較大扳曲。此具有以下效應：在凹面鏡及鄰接透鏡表面間之距離在凹面鏡的邊緣處為最小。因此，當光束目標對準凹面鏡的邊緣時，也就是說，光束源自入射光瞳邊緣處的照明極時，光束在出發路徑上及返回路徑上的空間分隔在鄰接透鏡表面上尤其困難。於是，為了減少鄰接凹面鏡之透鏡面對凹面鏡之透鏡表面上的輻射負載，選擇在凹面鏡及鄰接凹面鏡之透鏡之間的距離如此之大，使得在入射光瞳中從照明極出現及在物體場內在中心物點處與物體平面相交的所有光線，在空間上分開的區域中的朝向凹面鏡的光徑上及遠離凹面鏡的光徑上通過透鏡面對凹面鏡的表面，其中照明極配置在入射光瞳的邊緣處，及其中照明極在y方向中的範圍大於入射光瞳之光瞳半徑的2%。當與入射光瞳邊緣的最大距離為入射光瞳之光瞳半徑5%的照明極，具有強度相對於照明極的最大強度為至少10%時，照明極係配置在入射光瞳的邊緣處。照明極在y方向中的範圍係藉由以下方式決定：沿著y方向截取照明極之強度剖面的截面，及決定在兩個10%點之間的距離，在此處，始於最大值的強度剖面已減少至相對於最大值為10%的值。在此例中，照明極在y方向中的範圍代表此照明極在10%點間之距離的最大可能值。已知中心物點是指位在物體平面及對稱平面間之交點之直線上，且位在y方向中與上方及下方物體場邊緣相同距離處的物點。
在本發明之一具體實施例中，在給定相同的邊界條件下，照明極在y方向中範圍大於入射光瞳之光瞳半徑的5%，其中所有光線仍然在空間上分開的區域中的出發路徑上及返回路徑上通過透鏡面對凹面鏡的表面。
在本發明之一具體實施例中，在給定相同的邊界條件下，照明極在y方向中範圍大於入射光瞳之光瞳半徑的8%，其中所有光線仍然在空間上分開的區域中的出發路徑上及返回路徑上通過透鏡面對凹面鏡的表面。
第二局部物鏡的凹面鏡對於影像場曲率的校正有極大的效益。在此例中，該效益越大，凹面鏡的曲率就越大。如果具有負光學折射功率的透鏡，所謂的「負透鏡」，在光方向中配置在凹面鏡上游，則可進一步增加凹面鏡的曲率；該透鏡對光束具有發散效應。為了使凹面鏡的直徑儘可能保持越小越好，負透鏡與凹面鏡一般僅相距很小的距離。這在影像平面中的數值孔徑大於1.0時尤其是必要的，確切地說，因為一方面，凹面鏡由於配置在光瞳平面附近，其直徑隨著投射物鏡的數值孔徑增加，及另一方面，凹面鏡的曲率僅藉由影像場曲率的校正給定。因此，在直徑增加的同時，凹面鏡的孔徑，也就是說，鏡子直徑一半與頂點半徑的比率增加，並可對大於1.0的數值孔徑，造成近似半球的鏡子幾何。為了確保在負透鏡及凹面鏡之間的有限邊緣距離，必須增加在負透鏡及凹面鏡間之表面頂點的距離。在半球形狀之凹面鏡的極端例子中，負透鏡將位在曲率中心附近。由於凹面鏡實質上產生1:1成像，負透鏡因此係配置在兩個中間影像附近。在此例中，無法進一步增加凹面鏡及負透鏡之間的距離。相比之下，對於小於1.0的數值孔徑，情況明顯緩和許多。對於相同的影像場曲率校正，鏡子具有明顯較小孔徑，藉此可更簡單地實現在凹面鏡及負透鏡之間的較大邊緣距離。對於數值孔徑大於1.0，如果增加在凹面鏡及鄰接負透鏡之間的距離，且同時不會減少凹面鏡對校正影像場曲率的效益，則鏡子直徑增加，凹面鏡呈現半球形狀，及負透鏡位在中間影像附近。從生產工程的觀點來看，具有較大直徑及半球形狀的凹面鏡相當不利。因此，對於影像平面中大於1.0的數值孔徑，在凹面鏡及鄰接透鏡之間的較小距離對於影像場曲率的校正及生產工程上的理由比較有利。與此有所衝突的是，為了分開投射光束以減少輻射負載，而增加凹面鏡及鄰接透鏡間之距離的需求。因此僅將凹面鏡及鄰接透鏡間的距離增加至以下程度諸如：一方面，為減少鄰接凹面鏡之透鏡的輻射負載所需要，及另一方面，若投射物鏡的其他光學元件對於影像場曲率的校正也有附加效益，仍確保能夠校正影像場曲率。
投射物鏡具有三個局部物鏡以及精確兩個中間實像。在三個局部物鏡內，沒有其他中間影像。在本發明之一具體實施例中，僅第二局部物鏡體現為具有精確一個凹面鏡的折反射局部物鏡，而第一局部物鏡及第三局部物鏡則以純折射方式體現，也就是說，沒有成像鏡子。因此，第二局部物鏡的凹面鏡對於影像場曲率的校正具有實質效益。
在本發明之一具體實施例中，在凹面鏡的表面頂點及鄰接凹面鏡之透鏡的表面頂點之間的距離小於凹面鏡的頂點半徑。在此例中，凹面鏡的頂點半徑指定凹面鏡表面頂點的半徑。另一中間實像將以其他方式形成於凹面鏡及鄰接凹面鏡的透鏡之間。在此例中，表面頂點代表表面與光軸的交點。因此，表面頂點之間的距離係沿著光軸測量。
在本發明之一具體實施例中，在凹面鏡的表面頂點及鄰接凹面鏡之透鏡的表面頂點之間的距離小於凹面鏡之頂點半徑的70%。
在本發明之一具體實施例中，兩個折疊式鏡係體現為個別的鏡子。
在本發明的另一具體實施例中，兩個折疊式鏡係實現為單塊體的反射塗布側面，單塊體例如基面為三角形的稜鏡。
在本發明之一具體實施例中，第二局部物鏡的凹面鏡具有頂點半徑小於200 mm。凹面鏡對於珀茲伐和提供負效益2/r，其中r是凹面鏡的頂點半徑。珀茲伐和是影像場曲率的度量基準。在校正影像場曲率後，珀茲伐和即消失。由於具有正折射功率的透鏡增加珀茲伐和，及凹面鏡減少珀茲伐和，具有頂點半徑小於200 mm的凹面鏡由於其較大的負效益(確切地說，尤其在投射物鏡在影像平面中具有數值孔徑大於1.0時，因為此時使用具有較大正折射功率的透鏡)，對於影像場曲率的校正比較有利。
在本發明之一具體實施例中，第二局部物鏡的凹面鏡具有光學利用區直徑小於260 mm。藉此所得到的是，能以合理費用生產凹面鏡及使凹面鏡合乎規定。
在本發明之一具體實施例中，鄰接凹面鏡的透鏡由石英組成。已經提過，石英對於高輻射負載呈現出損壞。如果對於由石英組成的透鏡，注意確保在凹面鏡及該透鏡之間的距離能夠增加到一個程度，致使對於y方向中具有較小範圍的照明極，在出發路徑及返回路徑上被照射的區域在空間上分彼此開，即可避免該損壞。
在本發明之一具體實施例中，投射物鏡的所有透鏡由石英組成。
在本發明之一具體實施例中，投射物鏡的所有透鏡均由石英組成，除了在光方向中配置在影像平面上游的透鏡。在本發明之一具體實施例中，在光方向中配置在影像平面上游的透鏡由具有折射率高於石英，尤其是高於1.8的材料組成。在本發明之一具體實施例中，在光方向中配置在影像平面上游的透鏡由尖晶石組成。藉由使用具有高折射率的材料，可增加影像平面中的數值孔徑為大於1.4的值。
減少第二局部物鏡被通過兩次之透鏡的輻射負載，致使可以提供一種投射曝光裝置，允許以至少一個照明極照明投射物鏡的入射光瞳；該照明極在y方向中的最大範圍小於投射物鏡之入射光瞳的光瞳半徑8%。在此例中，用於微影的投射曝光裝置包含：提供至少一個照明模式的照明系統；及將物體平面中物體場成像至影像平面中影像場的折反射投射物鏡；該折反射投射物鏡包含：- 一第一局部物鏡，將該物體場成像至一第一中間實像；- 一第二局部物鏡，將該第一中間實像成像至一第二中間實像；及- 一第三局部物鏡，將該第二中間實像成像至該影像場；其中該第二局部物鏡具有精確一個凹面鏡及至少一個透鏡；其中該投射物鏡具有一第一折疊(folding)式鏡，以按該凹面鏡的方向偏轉來自該物體平面的輻射；及一第二折疊式鏡，以按該影像平面的方向偏轉來自該凹面鏡的輻射； 其中該投射物鏡具有精確兩個中間實像；及其中該投射物鏡在該影像平面中具有一數值孔徑大於1.0。
在此例中，照明系統係組態成在可能的照明模式之一中，照明系統以至少一個照明極照明投射物鏡的入射光瞳；該照明極在y方向中的最大極範圍小於入射光瞳的光瞳半徑8%。
為了提供至少一個照明模式，照明系統具有例如合適的繞射光學元件或可傾斜鏡子的二維配置。可傾斜鏡子的二維配置操控照明光的方式致使在照明系統的出射光瞳中，或在接續照明系統之投射物鏡的入射光瞳中，提供所需要的照明模式。該照明模式具有例如至少一個照明極，其在y方向中具有最大範圍小於入射光瞳之光瞳半徑的8%。
在本發明之一具體實施例中，照明系統係組態成該至少一個照明極照明入射光瞳的中心。在此例中，由第一局部物鏡的光軸與入射光瞳平面的交點給定入射光瞳的中心。其中僅在中心處以具有小範圍的單一照明極照明入射光瞳的照明模式產生所謂的同調照明，這尤其用在使用相移遮罩時。
在本發明的另一具體實施例中，照明系統係組態成所有照明極均配置在入射光瞳的邊緣。其中照明極係配置在入射光瞳中心之外的照明模式，取決於照明極的數目，將稱為雙極、四極或多極照明。如果具有結構配置在物體場內的影像由於第零繞射級與第一繞射級互相干擾而出現，則在第零及第一繞射級在物鏡光瞳邊緣位在物鏡光瞳相反側時，到達解析度限制。這預先假定以配置在入射光瞳邊緣的至少一個照明極照明投射物鏡的入射光瞳。
在本發明之一具體實施例中，以位置相對於入射光瞳中心為相反的成對照明極，照明入射光瞳。因為在投射物鏡內的第零及第一繞射級具有不同強度，由於以位置相對於入射光瞳中心為相反的成對照明極作為有效光源照明結構，在投射物鏡的影像平面中將出現對稱曝光條件。
第二局部物鏡被通過兩次的透鏡是否因輻射負載而損壞的事實，取決於照射在透鏡表面上的最大表面功率密度。從第二局部物鏡被通過兩次的透鏡，鄰接凹面鏡之透鏡面對凹面鏡的表面具有最高負載，因為此表面配置最接近光瞳平面。在此例中，所出現的最大表面功率密度取決於投射曝光裝置之照明系統所提供的照明模式。如果僅以重分布投射物鏡入射光瞳中的光來設定特定的照明模式，則用來照明後續投射物鏡中透鏡表面的總功率將保持實際上與照明模式無關。相比之下，表面功率密度在個別照明極中隨著照明極範圍變小而增加。因此，照明系統係組態成對於所有照明模式，在鄰接凹面鏡之透鏡面對凹面鏡的表面上，最大表面功率密度小於0.6 W/cm2 ，而照明光在物體平面中的總功率則大於1.5 W。這例如可藉由以下事實來達成：在此透鏡表面上的最大表面功率密度由於預定義照明模式而為已知，及僅在最大表面功率密度小於預定義臨限值時設定照明模式。在此例中，例如基於入射光瞳的照明，利用合適的模擬計算，事先決定表面功率密度。模擬計算的結果可按某種形式儲存於例如投射曝光裝置的中央電腦中，該形式允許投射曝光裝置的控制程式針對所需要的照明模式，決定是否允許設定所需要的照明模式。
本發明亦有關操作用於微影之投射曝光裝置的方法，該投射曝光裝置包含：提供至少一個照明模式的照明系統；及將物體平面中物體場成像至影像平面中影像場的折反射投射物鏡；該折反射投射物鏡包含- 一第一局部物鏡，將該物體場成像至一第一中間實像；- 一第二局部物鏡，將該第一中間實像成像至一第二中間實像；及- 一第三局部物鏡，將該第二中間實像成像至該影像場；其中該第二局部物鏡具有精確一個凹面鏡及至少一個透鏡；其中該投射物鏡具有一第一折疊式鏡，以按該凹面鏡的方向偏轉來自該物體平面的輻射；及一第二折疊式鏡，以按該影像平面的方向偏轉來自該凹面鏡的輻射；其中該投射物鏡具有精確兩個中間實像；及其中該投射物鏡在該影像平面中具有一數值孔徑大於1.0。
在該方法中，該照明系統取決於照明模式，以不同數目的照明極及不同形式的照明極照明投射物鏡的入射光瞳。在此例中，在一照明模式中，照明極在y方向中的最大範圍小於或等於入射光瞳之光瞳半徑的8%。
本發明亦有關操作用於微影之投射曝光裝置的方法，該投射曝光裝置包含：提供至少一個照明模式的照明系統；及將物體平面中物體場成像至影像平面中影像場的折反射投射物鏡；該折反射投射物鏡包含 - 一第一局部物鏡，將該物體場成像至一第一中間實像；- 一第二局部物鏡，將該第一中間實像成像至一第二中間實像；及- 一第三局部物鏡，將該第二中間實像成像至該影像場；其中該第二局部物鏡具有精確一個凹面鏡及至少一個透鏡；其中該投射物鏡具有一第一折疊式鏡，以按該凹面鏡的方向偏轉來自該物體平面的輻射；及一第二折疊式鏡，以按該影像平面的方向偏轉來自該凹面鏡的輻射；其中該投射物鏡具有精確兩個中間實像；及其中該投射物鏡在該影像平面中具有一數值孔徑大於1.0。
在該方法中，僅在鄰接凹面鏡之透鏡面對凹面鏡的表面上，最大表面功率密度小於0.6 W/cm2 ，且照明光在物體平面中的總功率大於1.5 W時，該照明系統提供一照明模式。
圖1顯示折反射投射物鏡1的透鏡截面。投射物鏡1的光學資料如本說明書【實施方式】中列於最後之表1所匯編。在所有的透鏡中，除了鄰接影像平面的透鏡，所使用的透鏡材料石英(SiO2 )，對於波長193.306 nm具有折射率為n=1.5603261；及在鄰接影像平面的透鏡中，所使用的透鏡材料尖晶石(MgAl2 O4 )，對於波長193.306 nm具有折射率為n=1.91。非球面可由以下鏡面深度公式描述：
在此例中，對於徑向距離h(單位[mm])，p代表非球面從垂直於光軸的平面至非球面頂點的軸向距離(單位[mm])；R代表頂點半徑(單位[mm])；K代表圓錐形常數；及Ck 代表中階數k的個別非球面常數。
投射物鏡1將物體平面5中的物體場3成像至影像平面9中的影像場7。投射物鏡1包含：第一局部物鏡11，將物體場3成像於第一中間實像13；第二局部物鏡15，將第一中間實像13成像於第二中間實像17；及第三局部物鏡19，將第二中間實像17成像於影像場7。第二局部物鏡15體現為折反射物鏡，具有凹面鏡21及三個透鏡。在此例中，透鏡23係配置鄰接凹面鏡。透鏡23的透鏡表面25面對凹面鏡21。折疊式鏡27配置在第一中間實像13的區域中，該折疊式鏡按凹面鏡21的方向，偏轉來自物體平面5的投射光。折疊式鏡29配置在第二中間實像17的區域中，該折疊式鏡按影像平面9的方向，偏轉來自凹面鏡21的投射光。
第一局部物鏡11具有第一光軸33，第二局部物鏡15具有第二光軸35，及第三局部物鏡19具有第三光軸37。光軸33、35及37橫跨與圖式平面重合的對稱平面。在每個局部物鏡11、15及19中，藉由以下事實界定y方向：其延伸平行於位在對稱平面內及與相應光軸33、35及37垂直的直線。
在各例中，針對在物體場3內，在y=-10 mm及y=-32 mm處的兩個物點，描繪主光線及兩個邊緣光線。主光線在孔徑光闌31的區域中與光軸37相交，及在影像平面9中遠心地(也就是說，平行於光軸37)延伸。邊緣光線在對稱平面中行進，並由孔徑光闌31的邊緣界定。
第一局部物鏡11由表面編號1至20的表面形成，第二局部物鏡15由表面編號22至34的表面形成，及第三局部物鏡19由表面編號36至60的表面形成。具表面編號21及35的折疊式鏡27及29未分配給三個局部物鏡11、15及19中的任一個，因為折疊式鏡27及29和平面鏡一樣，對成像沒有影響，而僅是偏轉投射光。即使將折疊式鏡27及29體現為平面鏡，其原則上仍具有校正表面。折疊式鏡27及29可體現為分開的鏡子，或由單塊體的反射塗布側面形成，單塊體例如基面為三角形的稜鏡。
投射物鏡1在影像平面9中具有數值孔徑NA=1.55。操作波長為193.306 nm。矩形影像場7的範圍為26.0 mm×5.5 mm。影像場7位在與光軸33的最小距離2.51 mm處。投射物鏡1具有成像比例絕對值0.25。投射物鏡1為浸沒投射物鏡，對於此投射物鏡，在操作期間，作為浸沒液體的十氫萘(decahydronaphthalene)係位在最後一個透鏡表面及要曝光的物體之間，其對波長193.306 nm具有折射率1.65。
在凹面鏡21的光學利用區及配置鄰接凹面鏡21之透鏡23的透鏡表面25的光學利用區之間的最小距離為44.6 mm。凹面鏡21的光學利用區具有直徑250.6 mm，及透鏡表面25的光學利用區具有直徑199.8 mm。由於凹面鏡21具有比透鏡表面25大的曲率，最小距離出現在凹面鏡21及透鏡表面25的光學利用區的邊緣之間的對稱平面中。
在凹面鏡21的表面頂點及鄰接凹面鏡之透鏡23的表面頂點之間的距離為72.9 mm。凹面鏡21的頂點半徑為175.7 mm。頂點距離因此小於頂點半徑，尤其小於頂點半徑的70%。
凹面鏡21具有頂點半徑175.7 mm及光學利用區的直徑250.6 mm。凹面鏡21因此對珀茲伐和(Petzval sum)提供2/175.68 mm-1 =0.011 mm-1 。
鄰接凹面鏡的透鏡23由石英組成，石英在高輻射負載的情況下，呈現出諸如以下效應：材料緊縮、材料稀薄化及極化感應雙折射。
圖2顯示圖1透鏡截面的局部，但光線與圖1所示光線不同。圖解顯示凹面鏡21及配置鄰接凹面鏡的透鏡23。圖解另外顯示兩個孔徑光線39及41，其定界在對稱平面中從投射物鏡入射光瞳中的圓形照明極出現的光束，並在(x,y)=(0 mm,-20.89 mm)的中心場點，與物體平面5相交。照明極係配置在入射光瞳的中心，且在y方向中具有範圍為入射光瞳之光瞳半徑的9.6%。兩個孔徑光線39及41具有如表2所示的光線座標。
在此例中，xf 及yf 指定孔徑光線與物體平面5的交點，及xp 及yp 指定孔徑光線在投射物鏡1的入射光瞳中的相對光瞳座標。相對光瞳座標在此例中與入射光瞳的光瞳半徑有關，其由投射物鏡1的數值孔徑NA=1.55界定。在(xp ,yp )=(0,0)處，孔徑光線將與主光線重合。在(xp ,yp )=(0,1)處，孔徑光線將變成邊緣光線。邊緣光線於是將通過孔徑光闌31的邊緣，及因此在影像平面9中，與對應於投射物鏡1之數值孔徑的主光線具有某個角度。由兩個孔徑光線39及41定界的光束在第二局部物鏡15的透鏡中，彼此完全分離地在相對於凹面鏡21的出發路徑及返回路徑上行進。因此，光束在區域43中的出發路徑上通過透鏡表面25，而在區域45中的返回路徑上通過透鏡表面25，區域45與區域43不重疊。由於光束在出發路徑及返回路徑上沒有重疊，因此在第二局部物鏡15被通過兩次的透鏡中，不會出現輻射負載加倍的情形。因此選擇凹面鏡21及透鏡23間的距離如此之大，致使在入射光瞳中心，以y方向中小於入射光瞳之光瞳半徑9.6%的照明極範圍從照明極出現，且在物體場3內中心物點處與物體平面5相交的所有光線，在空間上分開的區域43及45中的出發路徑及返回路徑上通過表面25。因此，在入射光瞳中心，以y方向中小於入射光瞳之光瞳半徑8.0%的照明極範圍從照明極出現，且在物體場3內中心物點處與物體平面5相交的所有光線，亦在空間上分開的區域中的出發路徑及返回路徑上通過表面25。
圖3如同圖2，顯示圖1透鏡截面的相同局部，只是現在有四個孔徑光線47、49、51及53，其定界對稱平面中從投射物鏡入射光瞳的兩個照明極出現的兩個光束，並在(x,y)=(0 mm,-20.89 mm)的中心場點處與物體平面5相交。兩個照明極在入射光瞳邊緣處相對於入射光瞳中心為中心對稱地配置，且在y方向中具有照明極範圍為入射光瞳之光瞳半徑的8%。四個孔徑光線47、49、51及53具有如表3所示的光線座標。
分別由孔徑光線47及49和51及53定界的光束，在第二局部物鏡15的透鏡中，彼此完全分離地在相對於凹面鏡21的出發路徑及返回路徑上行進。因此，光束在區域55及59中的出發路徑上通過透鏡表面25，而在區域57及61中的返回路徑上通過透鏡表面25，區域57及61與區域55及59不重疊。由於光束在出發路徑及返回路徑上沒有重疊，因此在第二局部物鏡15被通過兩次的透鏡中，不會出現輻射負載加倍的情形。因此，選擇在凹面鏡21及透鏡23之間的距離足以使在入射光瞳邊緣處，以y方向中小於入射光瞳之光瞳半徑8%的照明極範圍，從相對於入射光瞳中心為中心對稱地配置的兩個照明極出現，且在物體場3內中心物點處與物體平面5相交的所有光線，分別在空間上分開的區域55及57和59及61中的出發路徑及返回路徑上通過表面25。
圖4簡略顯示用於製造半導體組件或其他精細結構化組件的微影投射曝光裝置401。投射曝光裝置401具有操作波長193 nm的準分子雷射403作為光源，不過也可以使用其他例如具有操作波長157 nm或248 nm的準分子雷射。照明系統405布置在下游，可產生界限分明且均勻照明的照明場，此照明場同時針對其角分布加以調適，以符合布置在下游之投射物鏡413的需求。
照明系統405具有提供至少一個照明模式的裝置，並可藉此在照明系統405的出射光瞳中，或在布置在下游的投射物鏡413的入射光瞳中，產生例如所謂具有可變光瞳填充因數σ的習用照明、環狀照明、雙極照明、四極照明或多極照明。對於習用照明，由相對於入射光瞳中心以置中方式配置的理想圓形照明極，照明投射物鏡的入射光瞳，該圓形照明極相對於入射光瞳之光瞳半徑的半徑係指定為光瞳填充因數σ。照明極在y方向中的照明範圍於是對應於光瞳填充因數σ的兩倍。對於環狀照明，由相對於入射光瞳中心以置中方式配置的照明環，照明投射物鏡的入射光瞳。對於雙極照明，由相對於入射光瞳中心為中心對稱地配置的兩個照明極，照明入射光瞳。對於四極照明，由以成對方式相對於入射光瞳中心為中心對稱地配置的四個照明極，照明入射光瞳。對於多極照明，由以成對方式相對於入射光瞳中心為中心對稱地配置的偶數照明極，照明入射光瞳。
提供至少一個照明模式的裝置請見例如美國專利公開號US 2007/0165202 A1或PCT專利號WO 2009/080231 A1。在美國專利公開號US 2007/0165202 A1或PCT專利號WO 2009/080231 A1中，使用可個別驅動鏡子的二維配置，在布置在下游之投射物鏡的入射光瞳中提供可變照明。僅利用可傾斜鏡子的二維配置重分布光源的照明光，每個照明模式具有大約相同的總功率。因此，如果照明極範圍減少，則在照明極內的表面功率密度對應地增加。
或者，亦可藉由更換照明系統中的繞射光學元件，設定照明模式。繞射元件產生的角分布，可由傅立葉透鏡配置轉變成布置在下游之投射物鏡的入射光瞳中的照明分布。此類用於設定至少一個照明模式的裝置請見例如US 7,551,261 B2。僅利用更換繞射光學元件而重分布光源的照明光，即可使每個照明模式具有大約相同的總功率。因此，以使用可驅動鏡子配置時的相同方式，如果照明極範圍減少，則在照明極內的表面功率密度增加。
固持及操控光罩407的裝置409係配置於光方向中照明系統405的下游。光罩(reticle)407又稱為「遮罩(mask)」，具有要成像的結構。利用裝置409，可在物體平面411中，按掃描方向移動光罩407以進行掃描。
投射物鏡413為折反射投射物鏡，如圖1所示。折反射投射物鏡413將光罩407上為照明系統405所照明的那個部分，以縮小方式成像至晶圓415上。晶圓415具有感光層在投射光的照耀下曝光。
晶圓415為裝置419所固持，該裝置允許晶圓415與光罩掃描動作同步的平行動作。裝置419還有操控器，將晶圓415定位在投射物鏡413之影像平面417中的最佳位置。裝置419係針對投射物鏡的浸沒用法而設計。裝置419具有固持單元421，其具有用於固持晶圓415的淺凹處或凹陷。固持單元421具有周圍邊緣423，以防止浸沒媒介425流出。在替代性具體實施例中，固持單元沒有周圍邊緣。在此例中，僅在投射物鏡的最後一個光學元件及晶圓之間的光學利用區用浸沒液體弄濕。這使得浸沒液體能夠定期更換。
投射曝光裝置由中央電腦單元427加以控制。
為了利用投射曝光裝置401製造半導體組件及其他精細結構化組件，因此提供在折反射投射物鏡413的物體平面411中具有預定圖案的光罩407，提供在折反射投射物鏡413的影像平面中具有感光層的晶圓415，利用照明系統405照明光罩407，及最後，利用折反射投射物鏡413，將光罩407的照明區域成像至晶圓415上。在此例中，根據要成像的圖案選擇照明模式，並由照明系統405提供照明模式。舉例而言，以其中用雙極照明來照明投射物鏡413之入射光瞳的照明模式，照明實質上由平行線組成的圖案。如果物體平面411中的平行線延伸平行於x方向，則兩個照明極將配置在入射光瞳的y軸上。如果使用純相位遮罩(phase mask)作為光罩，則以其中用同調(coherent)照明來照明投射物鏡413之入射光瞳的照明模式，照明相位遮罩。
圖5針對一照明模式，顯示以兩個照明極563及565對投射物鏡1之入射光瞳的雙極照明。照明極在入射光瞳邊緣處，相對於入射光瞳中心567為中心對稱地配置。顯示入射光瞳具有標準化為1.0的光瞳半徑569。照明極563及565具有梯狀強度剖面，致使在照明極內的強度為最大強度的100%，及在照明極外的強度為0%。10%點因此亦位在照明極的邊界線上，致使在y方向中的範圍指定y方向中在邊界線之間的最大距離。照明極563及565具有一段環狀的形狀。該段圍起30°的角度，及在y方向中具有入射光瞳之光瞳半徑8.5%的範圍。兩個照明極563及565的總功率為1.5 W。
照明系統405能夠根據照明模式，改變照明極在y方向中的範圍。為了使投射曝光裝置401的產量與照明模式無關，實際上在沒有任何損失的情況下，改變照明模式。因此，在改變照明模式時，在整個照明場上加總的總功率保持實際上固定。然而，這因此具有以下效應：隨著照明極在y方向中的範圍減少，表面功率密度對應地增加。圖6針對圖1的透鏡表面25，顯示最大表面功率密度的剖面671，與雙極照明的照明極在y方向中的範圍(諸如圖5中針對照明極在y方向中範圍為入射光瞳之光瞳半徑的8.5%所示)呈函數關係。
物體平面5中的照明場為矩形，且具有端點(x=-52 mm,y=-9.89 mm)、(x=+52 mm,y=-9.89 mm)、(x=-52 mm,y==-31.89 mm)及(x=+52 mm,y=-31.89 mm)。物體平面5中的強度剖面在x方向中固定，且在y方向中，相對於最大強度，在y=-9.89 mm及y=-20.89 mm之間，具有從0%至100%的線性增加，及在y=-20.89 mm及y=-31.89 mm之間，具有從100%至0%的線性減少。因此，強度剖面在y方向中為三角形。在整個照明場上加總的總功率為1.5 W。在物體平面5及透鏡表面25之間，因材料中吸收損失及透鏡表面與平面鏡鏡面處的反射損失所造成的強度損失大約為20%，致使在整個透鏡表面25上加總的總功率為1.2 W。曲線671之個別資料點的雙極照明僅在照明極在y方向中的範圍上有所不同。環形段的角度為30°及照明極配置在其入射光瞳邊緣的事實則未改變。對於照明極在y方向中的範圍為入射光瞳的光瞳半徑7.5%，最大表面功率密度的剖面671呈現出大幅減少。該大幅減少由以下事實所造成：在出發路徑及返回路徑上的光束，從y方向中小於入射光瞳之光瞳半徑7.5%的極範圍開始分離。圖解為具有三角之實線的剖面673，顯示在出發路徑上的最大表面功率密度；及圖解為虛線的剖面675，顯示在與兩個照明極相關聯之光束的返回路徑上的最大表面功率密度。這兩個剖面事實上位在彼此之上。曲線677代表這兩個剖面的總和。如果光束在出發路徑及返回路徑上重疊，則最大表面功率密度也會增加，如照明極在y方向中範圍達入射光瞳之光瞳半徑7.5%的剖面671所示。對於y方向中小於入射光瞳之光瞳半徑5.5%的極範圍，在出發路徑及返回路徑上的光束完全分開，致使剖面671分別與剖面673及675重合。在照明極在y方向中範圍為入射光瞳之光瞳半徑7.5%及5.5%之間的流暢轉變係由延伸照明場所造成，藉此光束僅逐漸在出發路徑及返回路徑上分開。這也解釋了根據圖3，針對中心場點，對於照明極在y方向中範圍為入射光瞳之光瞳半徑的8%，在出發路徑及返回路徑上的光束為什麼已經分開；而對於延伸場照明，分隔為什麼僅對於照明極在y方向中範圍為入射光瞳之光瞳半徑的7.5%變得明顯可見。
表面功率密度的剖面671顯示，如何藉由增加凹面鏡21及鄰接凹面鏡之透鏡23之間的距離，可對極範圍在y方向中小於或等於入射光瞳之光瞳半徑8%的光瞳照明，減少透鏡表面25上的表面功率密度。藉此可以進一步減少y方向中的極範圍，而不會使最大表面功率密度進一步增加，且不會對透鏡23造成損壞。唯有利用此方式，才有可能利用照明系統提供此類照明模式，而不必擔心投射物鏡會引起輻射損壞。
對於照明光在光罩平面中的總功率為1.5 W，針對y方向中達最小值2.1%的所有極範圍，透鏡表面23上的最大表面功率密度仍保持小於0.6 W/cm2 。對於y方向中甚至更小的極範圍，表面功率密度因總功率集中在較小照明極上的事實而超過0.6 W/cm2 的值。
圖7顯示折反射投射物鏡701之另一示範性具體實施例的透鏡截面。圖7中對應於圖1元件的元件，具有圖1的相同參考符號加上數字700。有關這些元件的描述，請參考有關圖1的描述。投射物鏡701的光學資料如表4所匯編。在所有透鏡中，使用石英(SiO2 )作為透鏡材料。
第一局部物鏡711由表面編號1至22的表面形成，第二局部物鏡715由表面編號24至32的表面形成，及第三局部物鏡719由表面編號34至64的表面形成。
投射物鏡701在影像平面709中具有數值孔徑NA=1.2。操作波長為193.306 nm。矩形影像場707的範圍為22.0 mm×5.0 mm。影像場707位在與光軸733的最小距離4.2 mm處。投射物鏡701具有成像比例絕對值0.25。投射物鏡701為浸沒投射物鏡，對於此投射物鏡，在操作期間，作為浸沒液體的超純水位在最後一個透鏡表面及要曝光的物體之間。
在凹面鏡721的光學利用區及配置鄰接凹面鏡721之透鏡723的透鏡表面725的光學利用區之間的最小距離為44.8 mm。在此例中，凹面鏡721的光學利用區具有直徑252.0 mm，及透鏡表面725的光學利用區具有直徑198.2 mm。由於凹面鏡721具有比透鏡表面725大的曲率，最小距離出現在凹面鏡721及透鏡表面725的光學利用區的邊緣之間的對稱平面中。
在凹面鏡721的表面頂點及鄰接凹面鏡之透鏡723的表面頂點之間的距離為60.8 mm。凹面鏡721的頂點半徑為179.4 mm。頂點距離因此小於頂點半徑，尤其小於頂點半徑的70%。
凹面鏡721具有頂點半徑179.4 mm及光學利用區的直徑252 mm。凹面鏡721因此對珀茲伐和提供2/179.4 mm-1 =0.011 mm-1 。
鄰接凹面鏡的透鏡723由石英組成。
由於在凹面鏡721及透鏡723之間的距離，在入射光瞳中心，從照明極範圍在y方向中小於1入射光瞳之光瞳半徑15.6%的照明極出現，且在物體場703內，在(x=0 mm,y=-26.8 mm)的中心物點處與物體平面705相交的所有光線，在空間上分開的區域中的出發路徑及返回路徑上通過表面725。
如果光線以照明極在y方向中小於入射光瞳之光瞳半徑10%的範圍，從在入射光瞳邊緣處相對於入射光瞳中心為中心對稱配置的兩個照明極出現，及如果光線在物體場703內中心物點處與物體平面705相交，則這些光線同樣在空間上分開的區域中的出發路徑及返回路徑上通過表面725。
圖8為了比較，顯示先前技術已知之折反射投射物鏡801的透鏡截面。投射物鏡801的光學設計取自Omura等人2005年11月10日公開的美國專利公開號US 2005/0248856 A1，並對應於該案中的圖19。設計的光學資料如US 2005/0248856 A1中的表9及表10所定。因此，有關投射物鏡1之光學設計的詳細描述，請參考US 2005/0248856 A1。
圖8中對應於圖1元件的元件，具有圖1的相同參考符號加上數字800。有關這些元件的描述，請參考有關圖1的描述。
投射物鏡801在影像平面809中具有數值孔徑NA=1.25。操作波長為193.306 nm。矩形影像場807的範圍為26.0 mm×4.0 mm。影像場807位在與光軸833的最小距離3.5 mm處。投射物鏡801具有成像比例絕對值0.25。
在凹面鏡821的光學利用區及配置鄰接凹面鏡821之透鏡823的透鏡表面825的光學利用區之間的最小距離僅3.5 mm。
在凹面鏡821的表面頂點及鄰接凹面鏡之透鏡823的表面頂點之間的距離僅26.2 mm。
鄰接凹面鏡的透鏡823由石英組成，石英在高輻射負載的情況下，呈現出以下效應諸如：材料緊縮、材料稀薄化及極化感應雙折射。
圖9顯示圖8透鏡截面的局部，但光線與圖8所示光線不同。圖解顯示凹面鏡821及配置鄰接凹面鏡的透鏡823。圖解另外顯示兩個孔徑光線839及841，其定界在對稱平面中從投射物鏡入射光瞳中的圓形照明極出現的光束，並在(x,y)=(0 mm,-22 mm)的中心場點，與物體平面805相交。照明極係配置在入射光瞳的中心，且在y方向中具有範圍為入射光瞳的光瞳半徑2%。兩個孔徑光線839及841具有如表5所示的光線座標。
對於習用照明，由兩個孔徑光線839及841定界的光束因此僅在照明極在y方向中的範圍小於入射光瞳之光瞳半徑2%時，在第二局部物鏡815的透鏡中，彼此完全分離地在相對於凹面鏡821的出發路徑及返回路徑上行進。相比之下，如果照明極在y方向中的範圍大於入射光瞳之光瞳半徑2%，則光束在出發路徑及返回路徑上重疊。這導致透鏡表面825上的最大表面功率密度加倍。
圖10如同圖9，顯示圖8透鏡截面的相同局部，只是現在有四個孔徑光線847、849、851及853，其定界對稱平面中從投射物鏡入射光瞳的兩個照明極出現的兩個光束，並在(x,y)=(0 mm，-22 mm)的中心場點處與物體平面805相交。兩個照明極在入射光瞳邊緣處相對於入射光瞳中心為中心對稱地配置，且在y方向中具有照明極範圍為入射光瞳的光瞳半徑僅0.3%。四個孔徑光線847、849、851及853具有如表6所示的光線座標。
由於照明極在y方向中的範圍極小，分別定界兩個光束的孔徑光線847及849和851及853在圖10中無法分辨，而是顯現為位在彼此之上。對於雙極照明，分別由孔徑光線847及849和851及853定界的光束因此僅在照明極在y方向中的範圍小於入射光瞳之光瞳半徑0.3%時，在第二局部物鏡815的透鏡中，彼此完全分離地在相對於凹面鏡821的出發路徑及返回路徑上行進。光束於是在區域855及859中的出發路徑上通過透鏡表面825，而在區域857及861中的返回路徑上通過透鏡表面825，區域857及861與區域855及859不重疊。相比之下，如果照明極在y方向中的範圍大於入射光瞳之光瞳半徑0.3%，則光束在出發路徑及返回路徑上重疊。這因而導致透鏡表面825上的最大表面功率密度加倍。如果將圖8中先前技術已知的投射物鏡與圖1中投射物鏡或圖7中投射物鏡比較，則對於y方向中範圍在入射光瞳之光瞳半徑8%及0.3%之間的照明極而言，鄰接凹面鏡之透鏡表面上的最大表面功率密度約為對於圖8中投射物鏡的兩倍高，如同對於圖1中投射物鏡或對於圖7中投射物鏡的情況。
即使本發明已基於特定具體實施例加以說明，但熟習本技術者例如透過個別具體實施例特色的組合及/或更換，可明顯看出許多變化及替代性具體實施例。對於熟習本技術者，因而不言可喻的是，本發明亦涵蓋此類變化及替代性具體實施例，及本發明範疇僅限制在隨附申請專利範圍及其等效物的意義內。
1、413、701、801．．．投射物鏡
3、703、803‧‧‧物體場
5、411、705、805‧‧‧物體平面
7、707、807‧‧‧影像場
9、417、709、809‧‧‧影像平面
11、411、711、811‧‧‧第一局部物鏡
13、713、813‧‧‧第一中間實像
15、715、815‧‧‧第二局部物鏡
17、717、817‧‧‧第二中間實像
19、719、819‧‧‧第三局部物鏡
21、721、821‧‧‧凹面鏡
23、723、823‧‧‧透鏡
25、725、825‧‧‧透鏡表面
27、29、727、729、827、829‧‧‧折疊式鏡
31、731、831‧‧‧孔徑光闌
33、733、833‧‧‧第一光軸
35、735、835‧‧‧第二光軸
37、737、837‧‧‧第三光軸
39、41、47、49、51、53、839、841、847、849、851、853‧‧‧孔徑光線
43、45、55、57、59、61、855、857、859、861‧‧‧區域
401‧‧‧投射曝光裝置
403‧‧‧準分子雷射
405‧‧‧照明系統
407‧‧‧光罩
409‧‧‧固持及操控光罩的裝置
415‧‧‧晶圓
419．．．裝置
421．．．固持單元
423．．．周圍邊緣
425．．．浸沒媒介
427．．．中央電腦單元
563、565．．．照明極
567．．．入射光瞳中心
569．．．光瞳半徑
833．．．光軸
文中根據圖中圖解的示範性具體實施例，更徹底地解說本發明細節，明確地說，其中：
圖1顯示折反射投射物鏡的透鏡截面；
圖2顯示圖1投射物鏡在第一照明模式下之透鏡截面的摘錄；
圖3顯示圖1投射物鏡在第二照明模式下之透鏡截面的摘錄；
圖4顯示微影投射曝光裝置的示意圖；
圖5顯示以兩個照明極對入射光瞳的照明；
圖6針對圖1的投射物鏡，顯示鄰接凹面鏡之透鏡表面的最大表面功率密度，與照明極在y方向中的照明極範圍呈函數關係；
圖7顯示折反射投射物鏡的透鏡截面；
圖8顯示根據先前技術之折反射投射物鏡的透鏡截面；
圖9顯示圖8投射物鏡在第一照明模式下之透鏡截面的摘錄；及
圖10顯示圖8投射物鏡在第二照明模式下之透鏡截面的摘錄。
1‧‧‧投射物鏡
3‧‧‧物體場
5‧‧‧物體平面
7‧‧‧影像場
9‧‧‧影像平面
11‧‧‧第一局部物鏡
13‧‧‧第一中間實像
15‧‧‧第二局部物鏡
17‧‧‧第二中間實像
19‧‧‧第三局部物鏡
21‧‧‧凹面鏡
23‧‧‧透鏡
25‧‧‧透鏡表面
27、29‧‧‧折疊式鏡
31‧‧‧孔徑光闌
33‧‧‧第一光軸
35‧‧‧第二光軸
37‧‧‧第三光軸

Claims (14)

  1. 一種用於微影的折反射投射物鏡，將一物體平面中一物體場成像至一影像平面中一影像場，該折反射投射物鏡包含：一第一局部物鏡，將該物體場成像至一第一中間實像；一第二局部物鏡，將該第一中間實像成像至一第二中間實像；及一第三局部物鏡，將該第二中間實像成像至該影像場；其中該第二局部物鏡具有精確一個凹面鏡及至少一個透鏡；其中該投射物鏡具有一第一折疊式鏡，以按該凹面鏡的方向偏轉來自該物體平面的輻射；及一第二折疊式鏡，以按該影像平面的方向偏轉來自該凹面鏡的輻射；其中該投射物鏡具有精確兩個中間實像；及其中該投射物鏡在該影像平面中具有一數值孔徑大於1.0；其特徵在於：在該凹面鏡之鏡面的一光學利用區及鄰接該凹面鏡之該透鏡面對該凹面鏡之一表面的一光學利用區之間的最小距離大於20 mm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之投射物鏡，其中該第一局部物鏡、該第二局部物鏡與該第三局部物鏡分別具有一第一光軸、一第二光軸與一第三光軸；其特徵在於：在該凹面鏡及鄰接該凹面鏡的該透鏡之間的距離足以致使從入射光瞳中一照明極出現，且在物體場內一中心物點處與該物體平面相交的所有光線在空間上分開的區域中之朝向該凹面鏡的光徑上及遠離該凹面鏡的光徑上，通過該透鏡面對該凹面鏡的表面；其中該照明極代表入射光瞳強度分布中的一連續區域，其中 該強度不會低於最大強度的10%；其中該照明極係配置在該入射光瞳的邊緣處；及其中該照明極在y方向中的範圍大於該入射光瞳之光瞳半徑的2%；其中y方向延伸平行於與該第一光軸垂直且位在一對稱平面內的一直線；其中該對稱平面為該第一光軸、該第二光軸及該第三光軸所橫跨。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之投射物鏡，其中該照明極在y方向中的範圍小於或等於該入射光瞳之光瞳半徑的8%。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之投射物鏡，其中在該凹面鏡的表面頂點及鄰接該凹面鏡之該透鏡的表面頂點之間的距離小於該凹面鏡的頂點半徑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之投射物鏡，其中該凹面鏡具有一頂點半徑，該頂點半徑小於200 mm。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之投射物鏡，其中該凹面鏡的該光學利用區具有一直徑，該直徑小於260 mm。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之投射物鏡，其中鄰接該凹面鏡的該透鏡由石英組成。
  8. 一種用於微影的投射曝光裝置，包含：一照明系統，用於提供至少一個照明模式；及一如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之折反射投射物鏡；其中該第一局部物鏡具有一第一光軸，該第二局部物鏡具有一第二光軸，及該第三局部物鏡具有一第三光軸；其中該照明系統係組態成其在一照明模式中，以至少一個照明極照明該投射物鏡之入射光瞳；其中該照明極代表入射光瞳強度分布中的一連續區域，其中該強度不會低於最大強度的10%；其中，對於該照明模式的所有該等照明極，該照明極在y方向中的最大範圍小於或等於該入射光瞳之光瞳半徑的8%；及其中y方向延伸平行於與該第一光軸垂直且位在一對稱平面內的一直線；其中該對稱平面為該第一光軸、該第二光軸及該第三光軸所橫跨。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之投射曝光裝置，其中該照明系統係組態成：該至少一個照明極照明該入射光瞳的中心。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之投射曝光裝置，其中該照明系統係組態成：所有該等照明極均配置在該入射光瞳的邊緣。
  11. 如申請專利範圍第8或10項所述之投射曝光裝置，其中該照明系統係組態成：以位置相對於該入射光瞳的中心為相反的成對照明極，照明該入射光瞳。
  12. 如申請專利範圍第8至10項中任一項所述之投射曝光裝置，其中該照明系統係組態成：對於所有該等照明模式，在鄰接該凹面鏡之該透鏡面對該凹面鏡的表面上，最大表面功率密度小於0.6 W/cm2 ，而照明光在該物體平面中的總功率則大於1.5 W。
  13. 一種操作用於微影之一投射曝光裝置的方法，包含：一照明系統，用於提供至少一個照明模式；及一如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之折反射投射物鏡；其中該第一局部物鏡具有一第一光軸，該第二局部物鏡具有一第二光軸，及該第三局部物鏡具有一第三光軸；其中該照明系統取決於該照明模式，以不同數目的照明極及不同形式的照明極照明該投射物鏡的入射光瞳；其中一照明極代表入射光瞳強度分布中的一連續區域，其中該強度不會低於最大強度的10%；及其中該照明系統提供一照明模式，對於此情況，該照明極在y方向中的最大範圍小於或等於該入射光瞳之光瞳半徑的8%；其中y方向延伸平行於與該第一光軸垂直且位在一對稱平面內的一直線；其中該對稱平面為該第一光軸、該第二光軸及該第三光軸所橫跨。
  14. 一種操作用於微影之一投射曝光裝置的方法，包含：一照明系統，用於提供至少一個照明模式；及一如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之折反射投射物鏡；其中該第一局部物鏡具有一第一光軸，該第二局部物鏡具有一第二光軸，及該第三局部物鏡具有一第三光軸；其中該照明系統取決於該照明模式，以不同數目的照明極及不同形式的照明極照明該投射物鏡的入射光瞳；其中一照明極代表入射光瞳強度分布中的一連續區域，其中該強度不會低於最大強度的10%；及其中該照明系統僅在鄰接該凹面鏡之該透鏡面對該凹面鏡的表面上，最大表面功率密度小於0.6 W/cm2 ，且照明光在該物體平面中的總功率大於1.5 W時，提供一照明模式。
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