TWI420149B - 複消色差單元放大之投影光學系統 - Google Patents

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Description

複消色差單元放大之投影光學系統 相關申請案的對照參考
本發明係與2003年一月2日所提出申請之發明名稱為"Variable Numerical Aperture Large－field Unit－magnification Projection System"的美國專利繼續申請案第10/336，066號案，以及2002年十二月27日提出申請之發明名稱為"Large Field Unit Magnification Projection SyStem"的美國專利申請案第10/330，567號案有關，其等均讓渡給美國加州的Ultratech公司之本案的受讓人。
發明背景 發明領域
本發明係與投影光學系統有關，且特別係與用於微影石板術之複消色差大範圍單元放大投影光學系統有關。
 習知技藝的描述
微影石版術目前係被應用於不但在次微米解析力之積體電路(IC)製程中，並且也逐漸地被用於先進晶圓台的積體電路封裝以及半導體、微機電系統(MEMS)、奈米技術(也就是，形成奈米層級之結構和裝置)和其他的應用中。
這些應用需要範圍介於具有較大深度的焦點之相對較低解析力(也就是，數微米)到相對較高解析力(也就是次微米)之數種造影能力，並且需要一較高的產能。
如在下述的本發明之詳細說明一節中所描述的，本發明係與在1983年七月5日頒發給General Signal Corporation之美國專利第4,391,494號(以下稱為"該'494專利")中所描述之光學系統以及其之改良有關。
第1圖係為一依照該'494專利之習知技藝的投影光學系統8的剖面圖。在該‘494專利中所描述並在第1圖中所例示說明的該投影光學系統係為一單元－放大的、反射折射的、無色和去像差的投影光學系統，其係以一種補正方式來利用反射和折射元件兩者，以達到大場域尺寸和高數值孔徑(NAs)。該系統係基本上相對於一位在該鏡面之孔徑光闌而對稱的，藉此除去例如彗星像差、扭曲和橫向色差之奇次像差(odd order aberrations)。所有的該等球形表面都幾乎係為共心，其等之藉由曲率中心位置係接近於會位在該系統並未摺合之焦平面處。因此，所產生的系統基本上係不受在透鏡中的空氣之折射率所影響，而不需要使得壓力補整作用。
光學系統8包含一凹球面鏡10、一位於該鏡面之孔徑光闌AS1、以及一複合，無色平凸偶透鏡－稜鏡總成12。該鏡面10與總成12係沿一光軸14而被對稱地設置。光學系統8係基本上相對對稱於一位在鏡面10之孔徑光闌，以使得該系統一開始就校正彗星像差、扭曲和橫向色差。光學系統8的所有球形表面都幾乎係為共心的。
在光學系統8中，偶稜鏡的總成12包含有一彎月形透鏡13A、平凸透鏡13B和對稱摺合稜鏡15A和15B。該總成12與鏡面10會校正剩餘的光學像差，其包含有軸向色差、散光、佩茲伐(petzval)像差和球面像差。對稱摺合稜鏡15A和15B係被用來達成足夠的空工作間以供光柵16和一晶圓18的運動。
光學系統8也包含有物件平面OP1和影像平面IP1，其等係被經摺合稜鏡15A和15B所分隔。此一取得工作空間的代價是其會減少可用場域的總可能場域尺寸的25%到35%。以往，該場域尺寸的減少並不重要，因為其仍足以取得對於習知電路而言可接受的場域尺寸和所需的解析度。
在該‘494專利中，偶稜鏡總成會校正剩餘的光學像差，其包含有軸向g－h帶色差、散光、佩茲伐像差和球面像差。然而，該‘494專利無法在一大場域和寬頻譜應用(≧0 50nmx100nm以及g、h與I譜線)下提供一非常高品質的影像，與0.15≦NA≧0.20的數值孔徑。此外，該‘494專利的教示內容也未提供一種具有0.2≦NA≦0.40的數值孔徑且具有大於38 nm的場域半徑之寬暴露頻譜的高品質影像之單元放大投影光學系統。該‘494專利也未在此一寬暴露頻譜與可見光波長下提供複消色差作用，該作用在微影石版術系統的光罩和晶圓校準中是有需要的。
如在下述的發明詳細描述一節中所描述的，本發明也與1979年十月23日頒發給IBM公司之美國專利第4,171,871號(以下稱為"該'871專利")中所描述之投影光學系統上的改良有關，該專利係在此被併入以供參考。。
該'871專利的投影光學系統在寬頻譜帶上係為無色的，且其運用總共五種具有折射度之玻璃種類的透鏡元件。該'871專利之投影光學系統包含有三種玻璃類型之第一透鏡組、二種玻璃類型之第二透鏡組以及一鏡面。該第二透鏡與該鏡面的組合會構成一在光學設計技藝中已知的"Mangin鏡面"。如果該暴露系統在沒有再次對焦下於一近紫外線波長下操作，該'871專利之投影光學系統可能會因為該投影系統會在此一寬頻譜帶下提供二個一致的焦點，而可在可見光譜的綠色部分中校準。此與在下述的本發明不同，下述的本發明在一涵蓋g、h與I譜線之水銀光譜寬頻譜紫外線(UV)暴露光譜中，於二或更多不連續波長下提供複消色差作用，並且在光阻並不敏感之該其他額外的不連續可見光波長下提供複消色差作用。
為了克服上述今日的微影石版術系統，需要具有一種可以提供一大範圍、相對較低解析力影像的投影光學系統，以及一種可以提供適當尺寸範圍、相對較高解析力之影像的系統。此種投影光學系統係較佳地可在一涵蓋g、h與I水銀譜線(分別地為436nm、405nm、365nm)之大範圍的暴露波長譜帶上，提供有限繞射效能之暴露作用，以因應具有高暴露劑量的應用之大量生產。
 發明摘要
本發明包含有用於微影石版術之單元－放大投影光學系統，其不僅在g、h與I頻譜帶是無色的，並且在此一頻譜以及一也包含在可見區域之波長的更廣譜帶中之複消色差或超消色差作用。複消色差係指在通過的該頻譜帶中之三個波長的顏色校正，而超消色差係指四個或更多波長的顏色校正。
本發明包含Wynne－Dyson式投影光學系統，其會在包含g、h和I波長之該紫外線("UV")暴露頻譜帶(以下稱為該"暴露譜帶")中之至少二個波長下校正顏色，並且是在包含至少一可見光波長的校準光譜帶(以下稱為該"校準譜帶")中校正顏色。在該校準和暴露譜帶的共用焦點的存在，暗示該可見光波長不需要再對焦作用以經過投影系統校準該光罩和晶圓。
本發明的另一個特徵是其提供用於寬頻譜微影石版術應用之繞射受侷限的Wynne－Dyson式投影光學系統，其不僅有複消色差或超消色差作用而且係可以良好地校正孔徑相關與場域相關變異的色差變化。本發明也提供具有涵蓋在較寬範圍之孔徑和場域半徑中之光學參數的較低且適當高NA系統，同時在相對較寬的暴露譜帶中保有繞射受侷限的效能。
因此，本發明的第一態樣係為一種光學投影系統，其沿著一光軸包含一凹球面鏡和一位在該鏡面並置於決定該系統的數值孔徑(NA)之該光軸中心的孔徑光闌。該系統也包含一具有正值的折射力之凸透鏡組，其係被設置於該鏡面附近並與其分離。
在不同的具體例中，該凸透鏡組也包含a)一凸透鏡和一凹透鏡；b)一平凸透鏡、一凹彎月形透鏡和一凸彎月形透鏡；或是c)一平凸透鏡與第一和第二凹彎月形透鏡以導向該鏡面。
該系統也據有每個有分別設有第一和第二平面之第一和第二稜鏡，其中該第二平面係分別地被架構在該凸透鏡附近的該光軸之相對側邊上，而其中該第一平面係被設置在該物件和影像平面附近。該投影光學系統具有單元放大效果，並且在個別的紫外線波長下與可見光波長下具有二或更多共同焦點。
本發明的第二態樣係為一包含本發明的投影光學系統之微影石版術系統。
圖式簡要說明
第1圖係為依照該'494專利之習知技藝單元－放大的投影光學系統的例示剖面圖；第2圖是本發明之該單元－放大投影光學系統的第一範例具體例之剖面圖，其具有一帶有兩個元件的主透鏡組；第3圖是本發明之該單元－放大投影光學系統之第二範例具體例的剖面圖，其具有一經膠結的三個元件之主透鏡組；第4圖是本發明之該單元－放大投影光學系統之第三範例具體例的剖面圖，其具有一空氣間隔的三元件之主透鏡組；第5圖是本發明之該單元－放大投影光學系統的概略特寫圖，其包括有主透鏡組、稜鏡以及各別的物件和影像平面；第6圖是係為表1與第2圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第7圖是係為表2與第2圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第8圖是係為表3與第3圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第9圖是係為表4A與第3圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第10圖是係為表4B與第3圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第11圖是係為表4C與第3圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第12A圖是係為表5的光學設計之焦點的波長函數變化圖，其顯示在該暴露譜帶中的四個波長之超消色差顏色修正作用；第12B圖是係為表5的光學設計之焦點的波長函數變化圖，其顯示在包含該暴露和校準譜帶兩者的之所通過寬廣譜帶中的五個波長下之超消色差顏色修正作用；第13圖是係為表6的光學設計之焦點的波長函數變化圖，其顯示在該暴露譜帶中之五個波長下之超消色差顏色修正作用，在包含該暴露和校準譜帶之所通過寬廣譜帶中的漏個波長下之顏色修正作用；第14圖是係為表7與第4圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第15圖是利用本發明的單元－放大投影光學系統之微影石版術系統的概要圖。
 發明的詳細描述
本發明係為一大範圍的、寬範圍頻譜顏色校正、去像差投影光學系統，其可以將一形成於一光柵上之圖案的影像以實質上單元放大來投射在一基材(晶圓)上。本發明的該單元放大投影光學系統係為該'871專利和'494專利之習知技藝的光學系統之改良，後者的具體例係被簡要地描述在該"習知技藝描述"一節中，並例示說明在第1圖。
當做使用過的在此"暴露範圍"這個術語係指一微影石版術系統被用於步進與重覆的操作模式時可以成像的場域尺寸。同時，"顏色校正"這個術語係指在不同的光波波長下具有一共用的(一致的)焦點位置。
一般設計考量
本發明提供單元放大的投影光學系統的設計，其不僅會在暴露譜帶上係為無色的，並且在一也包含可見校準譜帶之較寬譜帶與暴露譜帶中也會有複消色差或超消色差作用。
暴露和校準譜帶中所具有的共用焦點，會使得一微影石版術系統的光罩和晶圓可以在不需要再對焦作用下就被對準。本發明也提供具有涵蓋在較寬範圍之孔徑和場域半徑中之光學參數的較低且適當高NA系統的複消色差和超消色差設計。
此一特點可被達成同時在該暴露譜帶上保留了該繞射作用係受到限制的效能。該寬譜帶彩色修正作用係藉著適當的選擇該光學材料和該透鏡元件的折射力分布而完成。該孔徑相關像差和場域相關像差、以及彩色的改變之修正作用，係藉由選擇一適當的光學參數組來使得該投影學系統的繞射受限效能最佳化而達成。
在下述詳細地說明之依照本發明的投影光學系統係在一個大的場域以及暴露譜帶上具有非常好的影像品質(舉例來說，大於0.96的多色Strehl比率)。
設計一大範圍頻譜帶投影透鏡系統的主要的障礙是在該寬闊的波長光譜上，孔徑相關像差和場域相關像差所造成之色彩變化。該孔徑相關之像差包含有球面像差、色球差和軸向的色像差。與場域相關之像差包含有彗星像差、散光、佩茲伐(petzval)像差或範圍曲率、扭曲和橫向色差。
對於Wynne－Dyson式光學系統而言，軸方向的色像差、色球差(球面像差的色彩變化)、散光以及散光與場域曲率的色彩變化，是在寬闊的範圍的應用中需被校正或最小化之主要像差。因為Wynne後－Dyson式光學系統相對於位在該鏡面元件之孔徑光闌係為全係對稱的，彗星像差、扭曲和橫向色差的將被充分地校正。
在該‘494專利和'871專利中，其之發明人選擇該等透鏡元件以使得該投影光學系統在該所欲應用中所通過的盆譜帶中進行複消色差作用。在該'494專利的案例中，該複消色差作用係在該g－h的暴露譜帶中，而該'871專利之複消色差作用係主要在該I譜線暴露波長和500 nm校準波長中。
在該'871專利中，複合的Mangin鏡面係被預定用來校正鏡面的球面像差，並補正第一組透鏡以形成複消色差作用。該等'494和'871專利的設計具體例在二個波長上具有色彩修正。選擇透鏡材料以在二個不連續的波長下進行色彩修正的方法係在光學文獻中廣為人知的。二個波長的色彩修正通常地係藉由在不同玻璃類型中，選擇在所應用的該頻譜帶中具有高內部透光性之具有不同的阿貝數值(Abbe numbers)之玻璃來達成。該系統其餘的像差係藉由適當的選擇該透鏡半徑和厚度以及鏡面半徑來達成繞射受限之效能。
在隨著表1－7說明之本發明的設計具體例中，大範圍譜帶之色彩修正係藉著適當的選擇透鏡材料而達成，以使得在該暴露譜帶與該校準譜帶中之部分色散比率係基本上相等或是在數值上非常接近。儘管已知一些在透鏡設計中用於次要光譜的複消色差和修正之選擇光學材料的方法，由於在g、h與I譜線中具有非常高的內部透光度之玻璃，僅有有限數量係為商業上可取得且適當的，因而有必要採用本案之方法。這些透鏡元件和鏡面的折射力分布係被選擇以建立具有大範圍的軸向色像差修正和佩茲伐(petzval)像差修正之原始光學系統設計結構，且同時滿足基本的系統需求(舉例來說，NA、場域尺寸、透鏡系統長度、工作距離等等)。
結構光學參數(即，曲率半徑、透鏡厚度，空氣間隔、表面結構)係利用電腦輔助設計系統來選擇，以使得該孔徑相關像差和場域相關像差的校正最佳化，並將其等之色彩變化最佳化至使得光學系統變得在該暴露譜帶上(g、h與I譜線)使繞射作用受到侷限，並在該該投影校準譜帶(通常在可見光譜之綠色到紅色的區域)進行顏色校正。
對於具有NAs高於0.20的範例具體例而言比，該鏡面係被設計為非球面的以同時地校正球面像差並調整透鏡參數來減少色球差。對於例如在表5和6中所描述之範例具體例的該大場域低NA的系統來說，透鏡元件L3的凸面係被製成非球面的以補正該散光修正與其之色彩變化。
對於需要NA≧0.2的應用而言，表5和6中的鏡面也可以是非球面的以改善補正該散光與其之色彩變化的修正作用中的L3之該非球面凸面之孔徑相關像差的修正作用，而更進一步將全部光學系統效能最佳化。
一般光學系統結構
第2、3和4圖是本發明的單元放大投影光學系統100的範例具體例之剖面圖。第2、3與4圖的投影光學系統100沿著光軸A1包含一凹球面鏡M。在一範例具體例中，鏡面M在光軸上包含一孔徑AP。舉例來說，孔徑AP可被用來從投影光學系統採光以進行除了以光學系統100直接成像之外的功能，例如用於將一物件(舉例來說，光罩)的影像與在晶圓上的一類似圖樣對準。
在一範例具體例中，光學系統100更進一步包含一位於鏡面M的一固定的或可變的孔徑光闌AS。如果運用一可變的孔徑光闌AS的話，其它可以包含任何一種以變化在光學系統中之孔徑尺寸的已知形式，例如一可調式光圈。在另一範例具體例中，可變式孔徑光闌AS的尺寸係以手動設定。在又另一範例具體例中，該變數孔徑光闌AS係可操作地經由一線路101(舉例來說，一電線)而連接到一控制器102，以自動地設定孔徑光闌的尺寸。該孔徑光闌AS會界定該投影光學系統的NA的，其在本發明的範例具體例中係介於0.16到0.4之間，而依據所需要的暴露場域尺寸與像差修正的光譜範圍來決定。一可變或固定AS可被用於該等表中之每一個具體例。在具有較高的NA值之具體例中，通常會使用一可變AS。而在該NA值沒有可變化的較廣範圍之最低的NA值中，通常較會使用一固定AS。大略來說，AS係為可變或固定的係為一設計上的選擇，其係以一應用中考量所需要的NA值以及所需要的NA值的範圍寬度作為基礎來決定。
光學系統100更進一步包含一具有正向折射能力之場域修正器(舉例來說，主要)透鏡組G，其係沿著軸A1而鄰近且與鏡面M分離地設置在該鏡面的凹入側邊上。
第5圖是第1至4圖的單元放大投影光學系統100之一部分的概要特寫圖，其顯示主透鏡組G和相鄰的稜鏡PA和PB。參照第5圖，鄰近於主透鏡組G並相對於鏡面M的是位於光軸A1的一側邊上之第一稜鏡PA。稜鏡PA有具有表面的S1A和S1B。稜鏡PB係位在光軸A1的相對側邊上並且具有表面的S2A和S2B。表面S1A係面對平行表面S1A之物件平面OP2，而表面S2A係面對平行表面S2A之影像平面IP2。表面S1B和S2B係面對主透鏡組G。
物件平面OP2和影像平面IP2係與平坦表面S1A和S2A分別以代表工作的距離的間隙WDA和WDB而分離。在範例具體例中，其等係相對於可變孔徑光闌而完全對稱的，也就是WDA＝WDB。因為WDA和WDB係彼此相等，在隨附的表1－7中這些距離被記為WD。
雖然稜鏡PA和PB不包含在主透鏡組G中，這些稜鏡在包括軸向像差修正之像差修正中扮演了如上所述的角色。
再次參考第2－4圖，在一範例具體例中，鏡面M係為非球面的以改善對於大場域、高NA的應用設計之效能。本發明的系統之所有範例具體例，基本上都保有相對於該可變孔徑光闌的對稱性，其在本質上會除去例如彗星像差、扭曲和橫向色差之奇次像差。光學系統100在主透鏡組G或透鏡表面中包含非共心透鏡元件，而其係與凹入鏡面M共心。
設計範例
如在第2－4圖的概要光學系統與第6－14圖的焦點相對於波長之示意圖中所例示說明的，光學系統100的範例具體例可以從表1至7中所描述之設計中而理解。
因為在第2－4圖中所顯示的每個光學系統100的對稱性，在表1至7中本發明說明書僅描述從物件平面OP2至凹入鏡面M的數值。在該等表中，光係被假定會以其等之數值次序移動通過該等表面。一正值的半徑代表該曲率中心係位於入射在該表面上之該光的初始方向的相對側邊上，而一負值的半徑代表該曲率中心係位於入射在該表面上之該光的初始方向的同一側邊上。因此，一相對於該入射光而凹入的折射或反射面係具有一正值的半徑，而一相對於該入射光而凸出入的表面係具有一負值的曲率半徑。可以藉著比較該等對應於在第2、3和4圖中所表列之設計範例的設計而進一步釐清該符號規則。.元件的厚度或是在元件之間的間隔，係為距離下一個表面的軸向距離，而所有的尺寸是以公釐來計算。進一步來說，舉例來說如第2至4圖，所標示的"S"代表表面數目。"T或S"代表"厚度或間隔"，而"STOP"代表"孔徑光闌AS"。同樣地，"CC"代表"凹面"而"CX"代表"凸面"。
進一步來說，在"材料"這一部份表列了玻璃的名稱以及國際性已知和認可的傳統六位數制光學材料命名。舉例來說，516643係代表BK7玻璃，而此一命名代表BK7在氦d－線具有大約1.516之折射力(Nd )，以及在相對於d－線和氫的C和F－線下具有大約64.3的色散係數。色散係數(Vd )係以方程式Vd ＝(Nd －1)/(NF －NC )來定義，其中NF 與NC 係為該玻璃在F和C線之折射率。
進一步來說，在"表面形狀"這一部份，一非球面表面係被表示為"ASP"、一平坦表面係為"FLT"而一球面則為"SPH".
描述一非球面表面的非球面方程式係為：
其中"CURV"係為該表面的球面曲率、K係為該是錐形常數，而A、B、C、D與E係為非球面係數。在該等表中，"e"代表對數符號.(10的次方)。在表1－3中所描述的設計範例，係為該等透鏡元件與該鏡面之折射表面的曲率係為球形之設計範例。在表4A、4B、4C與7中所描述之設計範例包含一非球面鏡面M。在表5和6中所描述的設計範例包括透鏡元件L3之凸面表面之非球面表面。
雙元件的主透鏡組
第2圖係為本發明的投影光學系統之剖面圖，其中該透鏡組G係由二個元件所組成。特別是，該透鏡組G包含有一具有平凸元件L1和凹彎月形元件L2之膠合雙元件。表1和2描述具有NA為0.20而場域半徑為42公釐的範例複消色差設計具體例。
第6圖是在表1中所描述之該複消色差光學設計具體例的焦點相對於波長之變化圖。第6圖顯示在三個不連續的波長下的色差修正，其等之數值係以在該圖中該波長軸中之相交或交叉點的焦點變化係等於零來表示。這些波長大約是375nm、435nm和663nm，然而其等係依據該公稱的焦點位置而定。該圖也顯示在暴露譜帶上的複消色差作用，並且顯示包含該暴露譜帶和該校準譜帶之所通過的較寬廣譜帶上之第三共同焦點的出現。在該暴露譜帶中的複消色差作用係出現該圖形與波長軸交叉的在二個不連續的波長下，且藉此這些波長係基本質位在該暴露譜帶(436nm至365nm或是g、h、I光譜範圍)裡面。在係出現於在遠離可見區域中的暴露譜帶之外的該接近該第三交叉點之譜線位置，係基本上用來作為該校準波長譜帶。
第7圖係為在表2中所描述之光學設計的類似於第6圖的圖形。當做在第6圖中所示，第7圖顯示在包含暴露和校準譜帶之較寬廣譜帶上之三個不連續波長上的色彩修正作用。這三個不連續波長(也就是，在355nm、436nm和650nm下)係位在該圖形於波長軸之相交或交叉點上，其中該焦點的變化係等於零。
具有三個膠合元件之主透鏡組
第3圖是本發明的投影光學系統之剖面概要圖，其中該主透鏡組係由三個元件所組成。特別地，透鏡組G係由經膠合的透鏡元件L1、L2和L3所組成。
在第3圖的範例具體例之透鏡元件L1、L2和L3的折射力分布有二種情況。在第一種情況中，L1是＋(正值折射力)、L2是－(負值折射力)，而L3是＋(正值折射力)。在第二種情況中，L1是＋(正值折射力)、L2是－(負值折射力)，而且L3是－(負值折射力)。該透鏡元件L1在第一和第二種情況兩者中，都是平凸透鏡。在表3中提供第一種情況的一種複消色差設計具體例的範例光學規格。在表4A、4B和4C中提供具有第二種情況之結構的範例複消色差設計具體例。注意在表4A、4B和4C中，每個表面9都被標示為非球面的，而該非球面常數k、A、B、C與D係在每一個表中被記錄在表面9下方。非球面常數係由上述方程式所定義以界定該表面弛垂度z。
在試著涵蓋寬廣的波長範圍之光學設計中更令人困擾的像差之一係為軸向色差，其僅係為隨著波長改變之最佳焦點位置的變化，或是在該所設計的寬廣波長範圍中之最佳焦點位置的總變化。第8-11圖係為分別在表3、4A、4B與4C中的該等複消色差設計範例中，顯示係為波長之函數的最佳焦點變化的圖形。這些圖式例示說明在暴露和校準波長譜帶中係為波長之函數的該色彩修正、軸向顏色或焦點位置的控制。完美的色彩修正(也就是，該公稱焦點位置的完美一致性)，會在該圖形與該波長軸交叉之二個不連續波長處發生，且因而這二個波長係基本上落於暴露譜帶裡面(365nm至436nm或g、hI光譜範圍)。在遠的可見區域中於此一暴露譜帶以外發生的第三個交叉係基本上被用來作為校準波長譜帶。在該圖形與該波長軸交叉的這三個不連續的波長下，該焦點的片變化係完全等於零而暗示在這些波長該軸向色像差係為零。該設計一系統的方法在該設計波長譜帶之最佳焦點中具有一被稱為消色差作用之較小的變化。一在所設計波長譜帶之最佳焦點中具有較小的變化之光學設計係為"經消色差的"。
在表5和6中提供超消色差設計範例，而這些具體例兩者具有在第3圖中概要地例示說明相同之光學設計。在表5和6中所描述之該等範例具體例，係分別用於具有NAs為0.16和0.18之大範圍的(80公釐之場域半徑)的系統。這些具體例可以提供大約61.5公釐x 61.5公釐之正方形場域，以及至少50公釐x 100公釐之矩形暴露場域尺寸。這些具體例包括有一具有等於鏡面半徑之大約0.067倍的場域半徑之暴露場域(範圍)。
第12A與12B圖顯示在表5中的該超消色差設計具體例之該係為波長的函數之焦點變化。第12A例示說明在該暴露譜帶中之四個波長391nm、402nm、408nm和414nm中的超消色差色彩修正。第12A圖是在第12B圖之圖式中該暴露譜帶部分的一依比例繪製或放大圖，其顯示在暴露譜帶裡面出現的該焦點變化圖與波長軸之四個交叉點(365nm至436nm或g、h、I光譜範圍)。在第12B圖的放大圖中所顯示的第五個交叉點，出現在此一暴露帶的該可見區域中之522nm處可以進行該校準作用。在第12B圖的這五個與該波長軸交叉的不連續波長處，該焦點的變化係完全等於零而暗示在這些波長處的軸向色差是零。
第13圖顯示在表6中的該超消色差設計具體例之該係為波長的函數之焦點變化。此圖例示說明在該暴露譜帶中之五個波長380nm、402nm、416nm、428nm和435nm中的超消色差色彩修正，以及在可見的校準譜帶中之第六個波長417 nm之色彩修正。
三個具有空間間隔之元件的主透鏡組
第4圖是本發明的投影光學系統之一範例具體例的剖面概要圖，其中主透鏡組係由三個在元件L2和L3之間具有空間間隔的透鏡元件L1、L2和L3所組成。
具有在第4圖中所例示說明的系統結構之複消色差設計具體例的光學規格係被描述於表7中。
第14圖係為顯示在表7中的該超消色差設計具體例之該係為波長的函數之該焦點變化的圖形，其係在一段包含該暴露和校準譜帶之較寬的通過譜帶中。第14圖例示說明在361nm、434nm和513nm之三個共用的焦點，其中二個係位在365 nm－436 nm之暴露譜帶中而一個係位在校準譜帶中。
微影石版術系統
第15圖是利用本發明的單元放大投影光學系統100之微影石版術系統200的概要圖。系統200具有一光軸A2並且沿著該光軸包含有一適合用將光罩220支持於物件平面OP2的光罩台210。光罩220具有一形成於光罩表面226上的圖案224。一照光器230係相對於光學系統100而被設置在該光罩台210附近，且其係適合被用來照亮該光罩220。
系統200也含一適合於在影像平面IP2可移動地支持一晶圓246之晶圓台240。在一範例具體例中，晶圓246係被塗覆以一可以被來自照光器所照射的一或更多波長所活化之光敏層250。此種輻射在此技藝中係被稱為"光化輻射"。在一範例具體例中，該等一或更多的輻射波長包含有該水銀的g、h和I譜線。
繼續參考第15圖，在操作時照光器230會照亮光罩220同時晶圓台240係為靜止的以使得圖案224係藉由光學系統100而在晶圓246上形成影像，藉此在光阻層250形成一圖案。結果形成一佔據該晶圓的一部分的暴露場域EF。晶圓台240然後在一定的方向(舉例來說，x－方向)中以一定的數值(舉例來說，一暴露範圍EF的尺寸)來移動("步進")晶圓246，並且重複進行暴露製程。此一步進－與－暴露製程係被重複進行(因而被稱為"步進－與－重覆")直到所需要的暴露場域EF數目係在晶圓246上形成。
該晶圓然後從系統200移出(舉例來說，使用未顯示的晶圓操作系統)並加工處理(舉例來說，發展、烘焙、蝕刻及等等其他處理)，以將在每次所掃描之暴露範圍EF中形成於該光阻中之圖案轉移至該晶圓上。以允許三度空間結構在該晶圓中形成並產生例如積體電路之可操作裝置的不同光罩，來重複這個微影石版術製程。進一步來說，藉由改變系統100的NA，可以設定不同的尺寸和不同解析力大小之暴露場域EF以因應特定光罩，藉以改善石版印刷術製程之彈性。
本發明的投影光學系統可以利用標準的光學製造和測試技術來製造。適當高數值孔徑設計0.30≦NA≦0.40係適合於一般解析力層級與和"混合－與－搭配"之應用。如果需要次微米級高解析力，NA＝0.4之設計係適合於i－譜線的暴露作用。在可見光頻譜中所出現的焦點與在該暴露譜帶中消色差波長之焦點的一致性，使得該的光罩和晶圓的校準不需要再對焦作用。
在前述的詳細描述中，各種不同的特徵為了易於為理解而被集中於各種不同的範例具體例中。本發明的許多特徵和優點可以從該詳細的說明而變得顯而易知，且因此，該等隨附的申請專利範圍係要涵蓋依據本發明之真實的精神和範圍而描述之裝置的所有此等特徵與優點。此外，因為習於此藝者可以輕易地進行許多的修改和變化，本發明並不需被侷限於在此所描述的精確構和運作。因此，其他的具體例亦落在隨附的申請專利範圍之範圍內。
附表：
8．．．光學系統
10．．．凹球面鏡
12．．．無色平凸偶透鏡－稜鏡總成
14．．．光軸
13A．．．彎月形透鏡
13B．．．平凸透鏡
15A,15B．．．對稱摺合稜鏡
16．．．光柵
18．．．晶圓
100．．．單元放大投影光學系統
101．．．線路
102．．．控制器
200．．．微影石版術系統
210．．．光罩台
220．．．光罩
224．．．圖案
226．．．光罩表面
230．．．照光器
240．．．晶圓台
246．．．晶圓
250．．．光敏層
A1,A2．．．光軸
AP．．．孔徑
AS．．．孔徑光闌
AS1．．．孔徑光闌
EF．．．暴露場域
G．．．主透鏡組
L1,L2,L3．．．透鏡元件
M．．．凹球面鏡
OP1．．．物件平面
IP2．．．影像平面
PA,PB．．．稜鏡
S1A,S1B,S2A,S2B．．．表面
WDA,WDB．．．間隙
第1圖係為依照該'494專利之習知技藝單元－放大的投影光學系統的例示剖面圖；第2圖是本發明之該單元－放大投影光學系統的第一範例具體例之剖面圖，其具有一帶有兩個元件的主透鏡組；第3圖是本發明之該單元－放大投影光學系統之第二範例具體例的剖面圖，其具有一經膠結的三個元件之主透鏡組；第4圖是本發明之該單元－放大投影光學系統之第三範例具體例的剖面圖，其具有一空氣間隔的三元件之主透鏡組；第5圖是本發明之該單元－放大投影光學系統的概略特寫圖，其包括有主透鏡組、稜鏡以及各別的物件和影像平面；第6圖是係為表1與第2圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第7圖是係為表2與第2圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第8圖是係為表3與第3圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第9圖是係為表4A與第3圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第10圖是係為表4B與第3圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第11圖是係為表4C與第3圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第12A圖是係為表5的光學設計之焦點的波長函數變化圖，其顯示在該暴露譜帶中的四個波長之超消色差顏色修正作用；第12B圖是係為表5的光學設計之焦點的波長函數變化圖，其顯示在包含該暴露和校準譜帶兩者的之所通過寬廣譜帶中的五個波長下之超消色差顏色修正作用；第13圖是係為表6的光學設計之焦點的波長函數變化圖，其顯示在該暴露譜帶中之五個波長下之超消色差顏色修正作用，在包含該暴露和校準譜帶之所通過寬廣譜帶中的漏個波長下之顏色修正作用；第14圖是係為表7與第4圖所例示之光學設計之焦點的波長函數變化圖；第15圖是利用本發明的單元－放大投影光學系統之微影石版術系統的概要圖。
100．．．單元放大投影光學系統
101．．．線路
102．．．控制器
A1．．．光軸
AP．．．孔徑
AS．．．孔徑光闌
G．．．主透鏡組
L1,L2．．．透鏡元件
M．．．凹球面鏡

Claims (67)

  1. 一種投影光學系統，其沿著一光軸包含有：一凹入球面鏡；一孔徑光闌，其係位於該鏡面且定心於該光軸並決定該系統的數值孔徑(NA)；一凸透鏡組，其具有正值折射力且係被設置於該鏡面附近並與其分離；第一和第二稜鏡，其等每個都分別具有第一和第二平面，其中該等第二平面係被設置於該凸透鏡附近之相對於該光軸的相對側邊上，且其中該等第一平面係被分別設置於物件和影像平面附近；且其中該投影光學系統具有單元放大作用，並且在分別的二或更多個紫外線波長下具有二或更多個共同焦點，以及在一可見光波長下具有另外的共同焦點。
  2. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其在三個紫外線波長下具有三個共同焦點。
  3. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其在四個紫外線波長下具有四個共同焦點。
  4. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其中該紫外線的波長係位在一包含g、h和I波長的暴露譜帶裡面。
  5. 如申請專利範圍第2項的投影光學系統，其中該可見光波長係落在一從500nm延伸到700nm之可見校準譜帶內。
  6. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其中該凸透鏡組在朝向該鏡面之次序上依序包含有一凸透鏡和一凹透鏡。
  7. 如申請專利範圍第6項的投影光學系統，其中凸透鏡係為一具有一面對鏡面之凸出表面的平凸透鏡，而該凹透鏡係為一具有一面對鏡面之凸出表面的彎月形透鏡。
  8. 如申請專利範圍第7項的投影光學系統，其中該平凸透鏡元件係由融熔二氧化矽，矽玻璃和玻璃型號458678的玻璃中之一者所形成。
  9. 如申請專利範圍第7項的投影光學系統，其中該凹彎月形透鏡元件係由玻璃型號548458和532490的玻璃中之一者所形成。
  10. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其中該凸透鏡組在朝向該鏡面之次序上，依序包含有一凸透鏡和第一和第二凹彎月形透鏡。
  11. 如申請專利範圍第10項的投影光學系統，其中該等第一和第二凹彎月形透鏡係以一空氣間隙所分隔。
  12. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其中該鏡面具有一非球面表面。
  13. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其中該等第一和第二稜鏡每個都係由選自包含下列玻璃型號之玻璃型號所形成：603606、557587、589613和540597。
  14. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其在具有一包含有0.16和0.4之間的數值孔徑。
  15. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其具有一可變的數值孔徑。
  16. 如申請專利範圍第7項的投影光學系統，其具有一包含有0.20和0.40之間的數值孔徑。
  17. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其中該凸透鏡組在朝向該鏡面之次序上，依序包含有一具有面對鏡面之凸出表面的平凸透鏡、一具有面對鏡面之凸出表面的凹彎月形透鏡，以及一具有面對鏡面之凸出表面的凸彎月形透鏡。
  18. 如申請專利範圍第17項的投影光學系統，其中該暴露譜帶包括有g、h和I波長。
  19. 如申請專利範圍第17項的投影光學系統，其中該鏡面具有一非球面表面。
  20. 如申請專利範圍第17項的投影光學系統，其中在該主透鏡組中的相鄰表面係維持接觸的。
  21. 如申請專利範圍第17項的投影光學系統，其中該第一和第二稜鏡每個都是玻璃型號557587的玻璃所形成。
  22. 如申請專利範圍第17項的投影光學系統，其中該平凸透鏡元件係由融熔二氧化矽，矽玻璃和玻璃型號458678的玻璃中之一者所形成。
  23. 如申請專利範圍第17項的投影光學系統，其中該凹彎月形透鏡元件係由玻璃型號548458的玻璃所形成。
  24. 如申請專利範圍第23項的投影光學系統，其中該凸彎月形透鏡元件係由玻璃型號567428的玻璃所形成。
  25. 如申請專利範圍第17項的投影光學系統，其具有一包含有0.20和0.40之間的數值孔徑。
  26. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其中該凸透鏡組在朝向該鏡面之次序上，依序包含有一具有面對鏡面之凸出表面的平凸透鏡、一具有面對鏡面之凸出表面的第一凹彎月形透鏡，以及一具有面對鏡面之凸出表面的第二凹彎月形透鏡。
  27. 如申請專利範圍第26項的投影光學系統，其中該鏡面具有一非球面表面。
  28. 如申請專利範圍第26項的投影光學系統，其中在該透鏡組的相鄰表面係彼此接觸。
  29. 如申請專利範圍第26項的投影光學系統，其中該等第一和第二透鏡每個都係由選自包含下列玻璃型號之玻璃型號所形成：603606、557587、589613和540597。
  30. 如申請專利範圍第26項的投影光學系統，其中該平凸透鏡元件係由融熔二氧化矽，矽玻璃和玻璃型號458678的玻璃與玻璃型號464658的玻璃中之一者所形成。
  31. 如申請專利範圍第30項的投影光學系統，其中該第一凹彎月形元件係由玻璃型號532490的玻璃與玻璃型號548458的玻璃中之一者所形成。
  32. 如申請專利範圍第31項的投影光學系統，其中該第二凹彎月形元件係由玻璃型號58108的玻璃與玻璃型號58109的玻璃中之一者所形成。
  33. 如申請專利範圍第26項的投影光學系統，其具有一包含有0.16和0.40之間的數值孔徑。
  34. 如申請專利範圍第1項的投影光學系統，其中該凸透鏡組在朝向該鏡面之次序上，依序包含有一具有面對鏡面之凸出表面的平凸透鏡、一具有面對鏡面之凸出表面的第一凹彎月形透鏡，以及一具有面對鏡面之凸出表面且係與該第一凹彎月形透鏡分離的第二凹彎月形透鏡。
  35. 如申請專利範圍第34項的投影光學系統，其中至少一透鏡元件具有一非球面表面。
  36. 如申請專利範圍第34項的投影光學系統，其中該鏡面具有一非球面表面。
  37. 如申請專利範圍第34項的投影光學系統，其中在該透鏡組中的一對相鄰的表面係維持接觸的。
  38. 如申請專利範圍第34項的投影光學系統，其中該等第一和第二稜鏡每個都是由玻璃型號589613的玻璃所形成。
  39. 如申請專利範圍第34項的投影光學系統，其中該平凸透鏡元件係由融熔二氧化矽，矽玻璃和玻璃型號458678的玻璃與玻璃型號464658的玻璃中之一者所形成。
  40. 如申請專利範圍第34項的投影光學系統，其中該第一凹彎月形元件係由玻璃型號548458的玻璃所形成。
  41. 如申請專利範圍第34項的投影光學系統，其中該第二凹彎月形透鏡係由玻璃型號58108與58109的玻璃所形成。
  42. 如申請專利範圍第34項的投影光學系統，其具有一包含有0.2和0.4之間的數值孔徑。
  43. 如申請專利範圍第26項的投影光學系統，其中該投影光學系統在暴露譜帶裡面包含有至少四個共同焦點。
  44. 如申請專利範圍第43項的投影光學系統，其包括在一可見光波長下的第五共同焦點。
  45. 如申請專利範圍第43項的投影光學系統，其中至少一透鏡元件具有一非球面表面。
  46. 如申請專利範圍第43項的投影光學系統，其中該鏡面具有一非球面表面。
  47. 如申請專利範圍第43項的投影光學系統，其中在該透鏡組中的一對相鄰的表面係維持接觸的。
  48. 如申請專利範圍第43項的投影光學系統，其中該等第一和第二稜鏡都是由玻璃型號603606的玻璃所形成。
  49. 如申請專利範圍第43項的投影光學系統，其中該平凸透鏡元件係由融熔二氧化矽，矽玻璃和玻璃型號458678的玻璃中之一者所形成。
  50. 如申請專利範圍第43項的投影光學系統，其中該等第一與第二凹彎月形元件每個都係由選自包含下列玻璃型號之一玻璃型號所形成：548458、532490、581408與567428。
  51. 如申請專利範圍第43項的投影光學系統，其進一步包括：一包含有0.16和0.18之間的數值孔徑；以及具有至少61.5公釐x 61.5公釐之尺寸的正方形暴露場域與具有至少50公釐x 100公釐之尺寸的矩形暴露場域中之一者。
  52. 如申請專利範圍第43項的投影光學系統，其進一步包括有一具有等於該鏡面半徑之大約0.067倍的場域半徑之暴露場域。
  53. 一種投影微影石版術系統，其包含有：一種依據申請專利範圍第1項的投影光學系統；一光罩台，其可以將一光罩支持在該物件平面上；一照光器，其係適合用來以g-譜線、h-譜線與I-譜線波長中之至少一者來照射該光罩；與 一晶圓台，其係能夠可移動地將晶圓支持在該影像平面。
  54. 如申請專利範圍第53項的投影微影石版術系統，其進一步包括有：一數值孔徑，其包含有0.16和0.18之間的數值；與一至少為61.5公釐x 61.5公釐的正方形暴露場域尺寸與一具有至少50公釐x 100公釐之尺寸的矩形暴露場域中之一者。
  55. 如申請專利範圍第53項的投影微影石版術系統，其進一步包含有一大約等於鏡面半徑的大約0.067倍的場域半徑之暴露場域。
  56. 一種投影微影石版術系統，其包含有：一種如申請專利範圍第17項的投影光學系統；一光罩台，其可以將一光罩支持在該物件平面上；一照光器，其係適合用來以g-譜線、h-譜線與I-譜線波長中之至少一者來照射該光罩；與一晶圓台，其係能夠可移動地將晶圓支持在該影像平面。
  57. 如申請專利範圍第56項的投影微影石版術系統，其進一步包括有：一數值孔徑，其包含有0.16和0.18之間的數值；與 一至少為61.5公釐x 61.5公釐的正方形暴露場域尺寸與一具有至少50公釐x 100公釐之尺寸的矩形暴露場域中之一者。
  58. 如申請專利範圍第56項的投影微影石版術系統，其進一步包含有一大約等於鏡面半徑的大約0.067倍的場域半徑之暴露場域。
  59. 一種投影微影石版術系統，其包含有：一種如申請專利範圍第26項的一投影光學系統；一光罩台，其可以將一光罩支持在該物件平面上；一照光器，其係適合用來以g-譜線、h-譜線與I-譜線波長中之至少一者來照射該光罩；與一晶圓台，其係能夠可移動地將晶圓支持在該影像平面。
  60. 如申請專利範圍第59項的投影微影石版術系統，其進一步包括：一數值孔徑，其包含有0.16和0.18之間的數值；與一至少為61.5公釐x 61.5公釐的正方形暴露場域尺寸與一具有至少50公釐x 100公釐之尺寸的矩形暴露場域中之一者。
  61. 如申請專利範圍第59項的投影微影石版術系統，其進一步包括有一具有等於該鏡面半徑之大約0.067倍的場域半徑之暴露範圍。
  62. 一種投影微影石版術系統，其包含有：一種如申請專利範圍第34項的投影光學系統；一光罩台，其能夠將一光罩支持在該物件平面；一照光器，其係適合用來以g-譜線、h-譜線與I-譜線波長中之至少一者來照射該光罩；與一晶圓台，其係能夠可移動地將該晶圓支持在該影像平面。
  63. 如申請專利範圍第62項的投影微影石版術系統，其進一步包括有：一數值孔徑，其包含有0.16和0.18之間的數值；與一至少為61.5公釐x 61.5公釐的正方形暴露場域尺寸與一具有至少50公釐x 100公釐之尺寸的矩形暴露場域中之一者。
  64. 如申請專利範圍第62項的投影微影石版術系統，其進一步包括有一具有等於該鏡面半徑之大約0.067倍的場域半徑之暴露範圍。
  65. 一種投影微影石版術系統，其包含有：一種如申請專利範圍第43項的投影光學系統；一光罩台，其能夠將一光罩支持在該物件平面；一照光器，其係適合用來以g-譜線、h-譜線與I-譜線波長中之至少一者來照射該光罩；與一晶圓台，其係能夠可移動地將晶圓支持在該影像平面。
  66. 如申請專利範圍第65項的投影微影石版術系統，其進一步包括有：一數值孔徑，其包含有0.16和0.18之間的數值；與一至少為61.5公釐x 61.5公釐的正方形暴露場域尺寸與一具有至少50公釐x 100公釐之尺寸的矩形暴露場域中之一者。
  67. 如申請專利範圍第65項的投影微影石版術系統，其進一步包括有一具有等於該鏡面半徑之大約0.067倍的場域半徑之暴露範圍。
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