TWI539231B - 成像光學系統、具有此類型成像光學系統之用於微影的投射曝光設備以及用於製造結構化組件的方法 - Google Patents

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Description

成像光學系統、具有此類型成像光學系統之用於微影的投射曝光設備以及用於製造結構化組件的方法
本發明有關一種成像光學系統(imaging optical system)，具有複數個反射鏡(mirror)將物體平面(object plane)的物體場(object field)成像於影像平面(image plane)的影像場(image field)中。此外，本發明有關一種具有此類型成像光學系統的投射曝光設備(projection exposure installation)、一種用此類型投射曝光系統製造微結構化(microstructured)或奈米結構化(nanostructured)組件的方法，及有關一種利用此方法製造的微結構化或奈米結構化組件。
前言所提類型的成像光學系統請參考WO 2010/006678 A1、US 2006/0232867 A1及US 2008/0170310 A1。
本發明之一目的在於開發前言所提類型的成像光學系統，以達成較小成像誤差(imaging error)、可管理的生產及成像光(imaging light)的 較佳通量(throughput)的可操縱組合。
根據本發明第一方面，以具有如申請專利範圍第1項所述特徵的成像光學系統達成此目的。
根據本發明，已知在成像品質(imaging quality)沒有相對較大損失的情況下，在光瞳屏蔽系統(pupil-obscured system)中，換言之，在具有光瞳屏蔽(pupil obscuration)的成像光學系統中，可以連續反射面組態倒數第二反射鏡，換言之，在倒數第二反射鏡的光學使用區(optically used region)中沒有通孔(through-opening)。這有助於製造此具有適當反射鏡厚度的倒數第二反射鏡，且亦允許在倒數第二反射鏡之面對影像平面之側及影像平面之間有足夠大的間隔，同時將光瞳屏蔽的大小(size)減到最小。如果此倒數第二反射鏡配置在比其他反射鏡薄的反射鏡體(mirror body)及/或反射鏡座(mirror carrier)上，此製造上的助益尤其重要。
根據本發明第二方面，利用一種具有如申請專利範圍第2項所述特徵的成像光學系統，達成前言所提目的。
由出射光瞳(exit pupil)中因光瞳屏蔽所遮蔽的面積相對於成像光學系統之出射光瞳的總面積的比率，產生光瞳屏蔽的數值(numerical value)。小於10%的光瞳屏蔽使得光瞳屏蔽成像光學系統可具有特別高的光通量。此外，根據本發明的小屏蔽可對成像光學系統的成像品質，尤其是對成像對比(imaging contrast)，造成很小或微乎其微的影響。光瞳屏蔽可以小於8%且可以是7.8%。光瞳屏蔽可以小於7%，可以是6.3%；可以是小於5%，可以是4.4%；可以是小於4%，可以是3.3%及可以是小於3%。成像光學系統的光瞳屏蔽可由諸反射鏡中的一個反射鏡預先決定，例如由其通孔或其外緣預先決定，或由屏蔽光圈或光闌(obscuration stop or diaphragm)(配置在物體場及影像場之間之成像光的光束路徑中)預先決定。
根據上述兩個方面之一者的成像光學系統的至少一個反射鏡可具有反射面，其係設計成無法以旋轉對稱函數(rotationally symmetrical function)描述的自由形式表面(free-form face)。
在物體場及影像場間之成像光之光束路徑中最後一個反射鏡的反射可用表面(reflective useful surface)面積之外邊界內的面積及最後一個反射鏡的通孔面積的比率可大於20。此一比率具有對應於上文參考低光瞳屏蔽論述之優點的優點。
如申請專利範圍第4項所述之數值孔徑(numerical aperture)允許較高的成像光學系統解析度(resolution)。數值孔徑可高於0.5及可等於0.7或甚至更高。
倒數第二反射鏡的工作間隔(working space)及如申請專利範圍第5項所述之成像光學系統的高於10mm影像側數值孔徑(image side numerical aperture)的乘積另外有助於其製造。工作間隔可以是14mm，可以是17.5mm，可以是至少20mm，可以是21.7mm及可以是24.5mm。也可以使用甚至更大的工作間隔值。工作間隔係定義為在影像平面及最接近之反射鏡(換言之，投射光學系統的倒數第二反射鏡)的使用反射面(used reflection face)的最接近影像平面的部分之間的間隔。影像平面是成像光學系統鄰接倒數第二反射鏡的場平面(field plane)。
如申請專利範圍第6項所述之至少一個中間影像(intermediate image)導致可將物體場及影像場間之成像光之光束路徑的成像光束路徑區段(imaging beam path section)引導接近地通過成像光學系統的進一步組件。尤其，中間影像可配置在最後一個反射鏡之通孔區中，使得小光瞳屏蔽成為可能。成像光學系統可具有正好一個中間影像。成像光學系統亦可具有多於一個中間影像，及尤其在物體場及影像場間之成像光的光束路徑中可具有兩個中間影像。複數個中間影像亦可用於校正成像誤差或簡化所涉及反射鏡形式的設計。可存在正好兩個中間影像。
如申請專利範圍第7項所述之倒數第二反射鏡的平均入射角小於25度(deg)有助於在成像光學系統之反射鏡上組態高度反射塗層。小 於25度的平均入射角在使用較小波長的成像光時尤其有利，較小波長例如深紫外線(Deep Ultraviolet，DUV)、真空紫外線(Vacuum Ultraviolet，VUV)、或極紫外線(Extreme Ultraviolet，EUV)波長。接著尤其可使用具有小入射角接受頻寬(acceptance bandwidth)及對應地高反射的多層塗層。倒數第二反射鏡的平均入射角可小於24度、小於23度、小於22度，及可等於21.7度。
如申請專利範圍第8項所述之頻寬/最大場尺寸比率(bandwidth/maximum field dimension ratio)可幫助實現設計高度反射塗層，其具有表面部分，這些表面部分適用於被這些塗層部分所覆蓋之反射表面部分上的個別入射角頻寬。此比率可小於0.90deg/mm、小於0.80deg/mm、小於0.70deg/mm、小於0.60deg/mm及可等於0.595deg/mm。
如申請專利範圍第9項所述在中心物體場點(central object field point)之主光線(chief ray)及物體平面之法線之間的角度可幫助實現照明反射物體而沒有陰影。取決於成像光學系統物體側(object side)的數值孔徑，在主光線及法線之間的該角度可大於6°、大於8°、可為11°或甚至可大於11°。對於所有反射鏡，物體場中心場點的主光線入射角(CRA cen ter)可小於25度、可等於23.1度、可等於20.7度、可小於20度、可等於18.0度、可等於17.2度、可小於15度及甚至可等於13.0度。此亦可幫助在成像光學系統的反射鏡上設計高反射塗層。
如申請專利範圍第10項所述之凸面倒數第二反射鏡使此反射鏡保持較小。這可避免反射鏡厚度問題。
也可以使用本發明不同方面之上述特徵的其他組合。
當使用成像光學系統作為投射光學系統時(如申請專利範圍第11項所述)，尤其突顯出其優點。
根據本發明之投射曝光設備的優點對應於以上針對根據本發明成像光學系統所述的優點。投射曝光設備的光源在設計中可為寬頻，及具有頻寬例如：大於0.1nm、大於1nm、大於10nm或大於100nm。此 外，可將投射曝光設備設計成可用不同波長的光源來操作。用於其他波長(尤其是用於微影之波長)的光源，可結合根據本發明的成像光學系統一起使用，例如，具有以下波長的光源：365nm、248nm、193nm、157nm、126nm、109nm，尤其還有小於100nm的波長，例如，在5nm與30nm之間。
投射曝光設備的光源可用於產生波長在5nm與30nm之間的照明光。此類型光源需要使用反射鏡上的反射塗層，其為了實現最小反射率，僅有小入射角接受頻寬。結合根據本發明的成像光學系統，可實現小入射角接受頻寬之此需求。
對應優點適用於根據本發明的製造方法與藉此製造的微結構化或奈米結構化組件。
1‧‧‧投射曝光設備
2‧‧‧光源
3‧‧‧照明光
4‧‧‧物體場
5‧‧‧物體平面
6‧‧‧照明光學系統
7‧‧‧投射光學系統
8‧‧‧影像場
9‧‧‧影像平面
10‧‧‧反射遮罩
11‧‧‧基板
12‧‧‧基板固持器
13‧‧‧光束
14‧‧‧光束
15‧‧‧個別光束
16‧‧‧主要光束
17‧‧‧光瞳平面
18‧‧‧通孔
19‧‧‧中間影像平面
21‧‧‧成像光束路徑區段
22‧‧‧成像光束
23‧‧‧主要平面
24‧‧‧中間影像平面
25‧‧‧第一內部光瞳平面
BWi‧‧‧入射角頻寬
dw‧‧‧工作間隔
M1‧‧‧反射鏡
M2‧‧‧反射鏡
M3‧‧‧反射鏡
M4‧‧‧反射鏡
M5‧‧‧反射鏡
M6‧‧‧反射鏡
M7‧‧‧反射鏡
M8‧‧‧反射鏡
N‧‧‧法線
α‧‧‧與物體平面法線的角度
本發明具體實施例將借助圖式詳細說明，其中：圖1簡略顯示用於EUV微影的投射曝光設備；圖2以縱剖面(meridional section)顯示成像光學系統的具體實施例，該成像光學系統可用作根據圖1之投射曝光設備的投射光學系統，(以虛擬方式)顯示主要光束的成像光束路徑及顯示複數個選定場點之上方及下方慧發光束(coma beam)的成像光束路徑；圖3至6以類似於圖2的視圖顯示成像光學系統的進一步具體實施例。
用於微影的投射曝光設備1具有照明光(illumination light)或成像光3的光源2。光源2為EUV光源，產生光的波長範圍例如在5nm與30nm之間，尤其在5nm與15nm之間。光源2尤其可以是波長13.5nm的光源或波長6.9nm的光源。也可以使用其他EUV波長。一般而言，可在 微影中使用且可供適合的雷射光源及/或LED光源使用的任何波長，例如，可見波長或其他波長(例如，365nm、248nm、193nm、157nm、129nm、109nm)，甚至可用於導引於投射曝光設備1中的照明光3。在圖1中，簡略顯示照明光3的光束路徑。
使用照明光學系統6將照明光3從光源2導向物體平面5的物體場4。使用投射光學系統或成像光學系統7，以預先決定的縮小比例將物體場4成像在影像平面9的影像場8中。影像場8在x-方向中具有26mm的範圍，及在y-方向中具有2mm的範圍。影像場8在x-方向中可替代地具有13mm的範圍，及在y-方向中具有3mm或甚至4mm的範圍。物體場4與影像場8均為矩形。物體場4及影像場8可替代地具有環形區段(ring section)或弧形(arc)的形狀。此種場形狀稱為「環形場」。
顯示在以下圖2中的具體實施例之一可使用於投射光學系統7。根據圖2的投射光學系統7可縮小4倍。也可以使用其他縮小比例，例如5x、8x或大於8x的縮小比例。在根據以下圖2的具體實施例中，投射光學系統7的影像平面9配置平行於物體平面5。在使用投射曝光設備1期間，成像在影像平面9上的是與反射遮罩(mask)10(又稱為「光罩(reticle)」)的與物體場4一致的部分。反射遮罩10由未顯示的光罩固持器支撐。
藉由投射光學系統7的成像發生於基板11的表面上，基板11的形式為晶圓，由基板固持器12支撐。圖1簡略顯示在光罩10及投射光學系統7之間，有在其中傳播之照明光3的光束13，及在投射光學系統7及基板11之間，有離開投射光學系統7之照明光3的光束14。在根據圖2的具體實施例中，投射光學系統7在影像場側上的數值孔徑(NA)為0.70。這在圖1中未按比例描繪。
為了有助於說明投射曝光設備1及投射光學系統7的各種具體實施例，在圖式中提供笛卡爾xyz-座標系統，從中突顯圖中所示組件的相應位置參考。在圖1，x-方向延伸垂直於圖式平面並向圖中延伸。y-方向 向右延伸，而z-方向向下延伸。
投射曝光設備1屬於掃描器類型。在投射曝光設備1的操作期間，在y-方向中掃描光罩10與基板11二者。投射曝光設備1也可以是步進機類型，其中在基板11的個別曝光之間，在y-方向中逐步位移光罩10與基板11。
圖2顯示投射光學系統7之第一具體實施例的光學設計。圖2顯示三個相應個別光束15的光束路徑，在圖2的y-方向中，這些光束分別從三個彼此隔開的物體場點發出。三個個別光束或光線15屬於這三個物體場點之一，且分別與三個物體場點的三個不同照明方向相關聯。主要光束或主光線16在投射光學系統7的光瞳平面(pupil plane)17傳播通過光瞳中心，在圖2中僅為了圖解原因而描繪主要光束，因為這些光束並非真實的，而是由於投射光學系統7的中心光瞳屏蔽所造成之投射光學系統7的虛擬成像光束路徑。這些主要光束16從物體平面5發出，首先發散地傳播。這在下文中又稱為投射光學系統7之入射光瞳(entry pupil)的負後焦距(negative back focal distance)。根據圖2之投射光學系統7的入射光瞳並非位在投射光學系統7中，而是位在物體平面5前方的光束路徑中。這使得以下做法成為可能，例如：將照明光學系統6的光瞳組件配置在投射光學系統7前方光束路徑中之投射光學系統7的入射光瞳中，而在此光瞳組件及物體平面5之間不需要有其他的成像光學組件。
物體場4之中心場點的主要光束16包括與物體平面5之法線N的角度α為11°。因此，在入射於反射遮罩10上的個別光束15及從反射遮罩10反射的個別光束15之間沒有部分重疊區域。結果，投射光學系統7的個別光束15在反射遮罩10處沒有部分重疊。
根據圖2的投射光學系統7總共有八個反射鏡，按照其在個別光束15之光束路徑中配置的順序，從物體場4開始連續編號為M1至M8。圖2顯示反射鏡M1至M8的計算反射面(calculated reflection face)或反 射表面。在講到反射鏡時，術語「面(face)」及「表面(surface)」可交換使用。如從圖2的視圖可見，僅使用這些計算反射面的一小區。反射面僅此實際使用區確實存在於真實的反射鏡M1至M8中。按已知方式由反射鏡體支撐這些有用的反射面。
光瞳平面17位在反射鏡M2附近。
投射光學系統7之八個反射鏡M1至M8的所有反射表面均設計為無法以旋轉對稱函數描述的自由形式表面。也可以使用投射光學系統7的其他具體實施例，其中反射鏡M1至M8中的至少一個具有此類型自由形式反射面。
亦可從旋轉對稱參考面產生此類型的自由形式表面。用於微影之投射曝光設備之投射光學系統之反射鏡反射面的此類型自由形式表面請見US 2007-0058269 A1。
自由形式表面在數學上可由以下等式描述：
其中應用：
Z是自由形式表面在點(x,y)(x2+y2=r2)的上升高度(反射鏡面深度(sagitta))。R(N半徑)是點座標(x,y)的標準化半徑，這對系統的最佳化很有用。
c為常數，對應於對應之非球面的頂點曲率(vertex curvature)。k對應於對應之非球面的錐形常數(conical constant)。Cj為單項式XmYn的係數。一般而言，基於投射光學系統7中所要的反射鏡光學性質，決定c、k及Cj的值。單項式m+n的階次(order)可以視需要而變化。較高階單項式可導致設計投射光學系統具有改良的影像誤差校正，但其計算比較複雜。m+n可採用在3與大於20之間的數值。
自由形式表面在數學上亦可用Zernike多項式描述，這例如說明於光學設計程式CODE V®的手冊中。或者，可借助二維樣條曲面(two-dimensional spline surface)描述自由形式表面。此範例為Bezier曲線或非均勻有理基本樣條(non-uniform rational basis spline，NURBS)。二維樣條曲面例如可藉由xy-平面中的點網路與相關聯z-值來描述，或藉由這些點及與其相關聯的梯度來描述。取決於相應的樣條曲面類型，藉由在網點間使用例如多項式或函數(具有關於其連續性與可微性之特定性質)的內插，可獲得完全表面。此範例為可解析函數(analytical function)。
反射鏡M1至M8具有多個反射層以最佳化其對照射之EUV照明光3的反射。個別光束15在反射鏡表面上的照射角度與垂直入射(=入射角0°)越接近，反射可被最佳化得越好。整體而言，投射光學系統7對於所有個別光束15分別具有小入射角或小入射角頻寬。
可從以下各表推論投射光學系統7之反射鏡M1至M8之反射面的光學設計資料。這些表中的第一表針對光學組件的光學表面及針對孔徑光闌，提供頂點曲率(半徑)與間隔數值(厚度)的相應倒數值，間隔數值對應於始於物體平面之光束路徑中相鄰元件的z-間隔。第二表(分成兩個副表)提供以上針對反射鏡M1至M8給定之自由形式表面等式中之單項式XmYn的係數Cj。N半徑在此例中為標準化因子。根據下表中的最後一個表，數量單位仍是mm，源自於反射鏡參考設計(mirror reference design)的相應反射鏡順著此數量已經離心(Y-離心)及旋轉(X-旋轉)。這對應於自由形式表面設計方法的平行位移及傾斜。位移在此發生於y-方向中，而傾斜則在x-軸周圍。旋轉角的單位在此為度(degree)。
反射鏡M3及M6以及反射鏡M5及M8就其反射面的定向為背對背配置。
反射鏡M1至M3、M5及M6具有負主光線放大(chief ray magnification)。參數「主光線放大」的定義請見US 7,414,781。反射鏡M4及M7具有正主光線放大。
反射鏡M1至M6的光學使用區在光學使用區中沒有讓成像光通過的通孔，換言之，反射鏡M1至M6的光學使用區未被屏蔽。反射鏡M7(換言之，在物體場4及影像場8之間之照明光3的光束路徑中倒數第二反射鏡)也沒有讓成像光或照明光3通過的通孔。換言之，反射鏡M7可設有未被中斷的可用反射面。
在反射鏡M6及M7之間的成像光束路徑中，個別光束15通過反射鏡M8的通孔18。在通孔18周圍使用反射鏡M8。反射鏡M8因而是被屏蔽的反射鏡。
光瞳平面17位在物體場4及反射鏡M8之通孔18之間的成像光束路徑中。用於投射光學系統7之光瞳中心遮蔽(central shading)的屏蔽光圈或光闌可配置在光瞳平面17中，及尤其可配置在反射鏡M2上。屏蔽光闌因此遮蔽成像光3在光瞳平面17中的中心區，其由於通孔18而不會使物體場4成像。
投射光學系統7的中間影像平面(intermediate image plane)19位在反射鏡M6及M7之間的成像光束路徑中。相關聯的中間影像位置接近反射鏡M8的通孔18。因此之故，可以使此通孔18變得比反射鏡M8的使用反射面小。
中心光瞳屏蔽，換言之，由通孔18所遮沒的面積或投射光 學系統7之出射光瞳中的光瞳平面17內的屏蔽光闌相對於此出射光瞳的整體面或相對於反射鏡M8之反射有用表面之外邊界內的面積的比率，在投射光學系統7中為4.0%。
在影像平面9及反射鏡M7之使用反射面之最接近影像平面的部分之間的工作間隔dw為20mm。
此工作間隔dw與投射光學系統7之總長度(換言之，在物體場4及影像場8之間的間隔)的比率為0.8%。此工作間隔dw及影像側數值孔徑NA的乘積為20mm x 0.7=14mm。
投射光學系統7之另一光瞳平面位在反射鏡M7之區中的成像光束路徑中。光闌亦可配置在此。
在其整個反射使用表面上，反射鏡M1看見在17.3度及18.5度之間範圍中之傳入個別光束15的平均入射角。在反射使用表面的給定點上，反射鏡M1看見在0.014度及0.562度之間範圍中之傳入個別光束15的個別入射角頻寬BWi。這些個別入射角頻寬的中心分別由上文所提的平均入射角給定。
在其整個反射使用表面上，反射鏡M2看見在6.52度及19.6度之間範圍中之傳入個別光束的平均入射角。在反射使用表面的給定點上，反射鏡M2看見在0.122度及3.17度之間範圍中之傳入個別光束的個別入射角頻寬BWi。這些個別入射角頻寬的中心分別由上文所提的平均入射角給定。
在其整個反射使用表面上，反射鏡M3看見在8.57度及19.7度之間範圍中之傳入個別光束15的平均入射角。在反射使用表面的給定點上，反射鏡M3看見在0.06度及3.96度之間範圍中之傳入個別光束15的個別入射角頻寬BWi。這些個別入射角頻寬的中心分別由上文所提的平均入射角給定。
在其整個反射使用表面上，反射鏡M4看見在5.43度及10.8 度之間範圍中之傳入個別光束15的平均入射角。在反射使用表面的給定點上，反射鏡M4看見在0.03度及1.07度之間範圍中之傳入個別光束15的個別入射角頻寬BWi。這些個別入射角頻寬的中心分別由上文所提的平均入射角給定。
在其整個反射使用表面上，反射鏡M5看見在8.81度及23.9度之間範圍中之傳入個別光束15的平均入射角。在反射使用表面的給定點上，反射鏡M5看見在0.04度及2.54度之間範圍中之傳入個別光束15的個別入射角頻寬BWi。這些個別入射角頻寬的中心分別由上文所提的平均入射角給定。
在其整個反射使用表面上，反射鏡M6看見在8.71度及21.5度之間範圍中之傳入個別光束15的平均入射角。在反射使用表面的給定點上，反射鏡M6看見在0.05度及4.93度之間範圍中之傳入個別光束15的個別入射角頻寬BWi。這些個別入射角頻寬的中心分別由上文所提的平均入射角給定。
在其整個反射使用表面上，反射鏡M7看見在5.11度及21.7度之間範圍中之傳入個別光束15的平均入射角。因此，在光學場4及影像場8之間的光束路徑中之此倒數第二反射鏡M7上之個別點的平均入射角對於此反射鏡M7之使用反射表面的所有點均小於25度。在反射使用表面的給定點上，反射鏡M7看見在0.13度及15.6度之間範圍中之傳入個別光束15的個別入射角頻寬BWi。這些個別入射角頻寬的中心分別由上文所提的平均入射角給定。對於此倒數第二反射鏡M7之使用反射表面上的所有點，在此倒數第二反射鏡M7之個別點上之入射角的此頻寬BWi及影像場8的最大場尺寸的比率小於1.00deg/mm且甚至小到15.5deg/26mm=0.60deg/mm。由於影像場8的尺寸為2mm x 26mm，存在26mm的最大場尺寸。
在其整個反射使用表面上，反射鏡M8看見在2.24度及6.26 度之間範圍中之傳入個別光束15的平均入射角。在反射使用表面的給定點上，反射鏡M8看見在0.07度及1.80度之間範圍中之傳入個別光束15的個別入射角頻寬BWi。這些個別入射角頻寬的中心分別由上文所提的平均入射角給定。
對於反射鏡M1至M8，以下各表給定物體場之中心點之主光線16之入射角「CRA center」的值及出現在這些反射鏡上的最大入射角「AOI max」的值。
成像光束路徑區段21在成像光束路徑的倒數第三反射鏡M6及成像光束路徑中的倒數第二反射鏡M7之間延伸。此成像光束路徑區段21開始於反射鏡M6上的反射，及結束於反射鏡M7上的反射。一方面，投射光學系統7在成像光束路徑區段21前方的成像光束路徑區段(換言之，在反射鏡M5及反射鏡M6之間的成像光束路徑)，以及，另一方面，在影像場8之區中的成像光束22，皆被導引在成像光束路徑區段21的相同側上。因此，倒數第四反射鏡M5及倒數第二反射鏡M7配置在主要平面23的不同側上，其中主要平面23在中心地延伸通過影像場8且垂直於子午面(meridional plane)(換言之，圖2至4的圖式平面)。
圖3顯示投射光學系統7的進一步具體實施例。對應於根據圖2之投射光學系統7之組件的組件具有相同的參考數字且不再詳細論述。
物體場4之中心場點的主要光束16在圖3的具體實施例中包括與物體平面5之法線N的角度α為8°。
根據圖3之投射光學系統7之反射鏡M1至M8的自由形式表面在數學上可由以下等式描述：
同樣地，Z是自由形式表面在點(x,y)處的上升高度(反射鏡面深度)。
CUX是常數，其對應於xz-平面中對應非球面的頂點曲率。
CUY是常數，其對應於yz-平面中對應非球面的頂點曲率。
KX及KY對應於非球面之對應的錐形常數(conical constant)。是單項式xiyj的係數。
可從以下表中推論根據圖3之投射光學系統7的光學設計資料，這些表在其結構上對應於根據圖2之投射光學系統7的表。
對於反射鏡M1至M8，以下各表給定物體場之中心點之主光線16之入射角「CRA center」的值及出現在這些反射鏡上的最大入射角「AOI max」的值。
根據圖3的投射光學系統7具有影像側數值孔徑NA為0.50。
倒數第二反射鏡M7及倒數第四反射鏡M5的主要部分配置在主要平面23的相同側上。一方面，在倒數第四反射鏡M5及倒數第三反射鏡M6之間的成像光束路徑，以及，另一方面，根據圖3之投射光學系統7之影像場8之區中的成像光束22，被導引在成像光束路徑區段21的不同側上。
在根據圖3的投射光學系統7中，將反射鏡M1、M3、M5、M6及M8組態為凹面反射鏡(concave mirror)。將反射鏡M2、M4及M7組態為凸面反射鏡(convex mirror)。
反射鏡M1至M5全部具有負主光線放大(negative chief ray magnification)。反射鏡M6及M7具有正主光線放大。
根據圖3的投射光學系統7亦具有正好一個中間影像。在物體場4及此位在中間影像平面19的中間影像之間的光瞳平面17，是位在反射鏡M3及M4之間的成像光束路徑中而在由成像光束路徑貫穿正好一次之一位置處。這是指在光瞳平面17處，孔徑光圈可設置在反射鏡M3及M4之間，此孔徑光圈可由成像光路徑通過正好一次。
反射鏡M5與M8關於其反射面的定向為背對背配置。
根據圖3之投射光學系統7的中心光瞳屏蔽係3.3%。
在影像平面9及反射鏡M7之使用反射面之最接近影像平面的部分之間的工作間隔dw為40mm。此工作間隔dw與根據圖3之投射光學系統7之總長度的比率為2.4%。此工作間隔dw及影像側數值孔徑NA的乘積為40mm x 0.50=20mm。
圖4顯示投射光學系統7的進一步具體實施例。對應於上文參考圖2及圖3之投射光學系統7說明之組件的組件具有相同的參考數字且不再詳細論述。
根據圖4之投射光學系統7的反射鏡M1至M8係設計為自由形式表面，其在數學上可根據上文參考圖2之投射光學系統7給定的等 式描述。
可從以下表中推論根據圖4之投射光學系統7的光學設計資料，這些表在其結構上對應於根據圖2之投射光學系統7的表。
對於反射鏡M1至M8，以下各表給定物體場之中心點之主光線16之入射角「CRA center」的值及出現在這些反射鏡上的最大入射角「AOI max」的值。
根據圖4的投射光學系統7具有影像側數值孔徑NA為0.70。
反射鏡M5及反射鏡M7配置在主要平面23的不同側上。
根據圖4的投射光學系統7，一方面為反射鏡M3及M8，及另一方面為反射鏡M5及M8，係背對背配置。
反射鏡M3及M8以及反射鏡M5及M8就其反射面的定向為背對背配置。
圖4的投射光學系統具有正好一個中間影像。
反射鏡M1至M4及M6具有負主光線放大。反射鏡M5及M7具有正主光線放大。
根據圖4之投射光學系統7的中心光瞳屏蔽係6.3%。在根據圖4的投射光學系統中，在影像平面9及反射鏡M7之使用反射面之最接近影像平面的部分之間的工作間隔dw為25mm。此工作間隔dw與根據圖4之投射光學系統7之總長度的比率為1.5%。此工作間隔dw及影像側數值孔徑NA的乘積為25mm x 0.70=17.5mm。
圖5顯示投射光學系統7的進一步具體實施例。對應於上文參考圖2至圖4之投射光學系統7說明之組件的組件具有相同的參考數字且不再詳細論述。
可從以下表中推論根據圖5之投射光學系統7的光學設計資料，這些表在其結構上對應於根據圖2之投射光學系統7的表。
對於反射鏡M1至M8，以下各表給定物體場之中心點之主光線16之入射角「CRA center」的值及出現在這些反射鏡上的最大入射角「AOI max」的值。
在根據圖5之投射光學系統7的成像光束路徑中，成像光束路徑在反射鏡M4及M5之間的一部分，如同在影像場8之區中的成像光束22，是位在成像光束路徑區段21的相同側上。在根據圖5的具體實施例中，光瞳平面17位在反射鏡M3附近，及中間影像平面19位在反射鏡M6及M7之間。
反射鏡M3及M8以及反射鏡M5及M8就其反射面的定向為背對背配置。
成像光束路徑區段21傳播通過在相鄰反射鏡M3及M5之間的空間。
圖5的投射光學系統具有正好一個中間影像。
反射鏡M1至M3具有負主光線放大。反射鏡M4具有正主光線放大。
根據圖5之投射光學系統7的中心光瞳屏蔽係4.4%。在影像平面9及反射鏡M7之使用反射面之最接近影像平面的部分之間的工作間隔dw為35mm。此工作間隔dw與根據圖5之投射光學系統7之總長度的比率為2.0%。此工作間隔dw及影像側數值孔徑NA的乘積為35mm x 0.70=24.5mm。
根據圖5的投射光學系統7具有在影像側上的數值孔徑NA為0.7。
圖6顯示投射光學系統7的進一步具體實施例。對應於上文參考圖2至圖5的投射光學系統7及尤其參考圖3之投射光學系統7說明之組件的組件具有相同參考數字且不再詳細論述。
可從以下表中推論根據圖6之投射光學系統7的光學設計資料，這些表在其結構上對應於根據圖2之投射光學系統7的表。
對於反射鏡M1至M8，以下各表給定物體場之中心點之主光線16之入射角「CRA中心」的值及出現在這些反射鏡上的最大入射角「AOI max」的值。
在根據圖6之投射光學系統7中，在物體場4及影像場8之間的成像光束路徑與根據圖3之具體實施例中的成像光束路徑相當(comparable)。根據圖6之投射光學系統7之影像側上的數值孔徑NA為 0.70。
根據圖6之投射光學系統7在物體場4及反射鏡M5之間的成像光束路徑如同反射鏡M7，位在主要平面23的相同側上。有關成像光束路徑區段21，一方面在物體場4及反射鏡M5之間的成像光束路徑及另一方面在影像場8之區中的成像光束22則位在不同側上。
根據圖6的投射光學系統7具有正好兩個中間影像。第一中間影像位在中間影像平面24中，中間影像平面24在反射鏡M1及M2之間的成像光束路徑中。第二中間影像位在反射鏡M5及M7之間的光束路徑中。
根據圖6之投射光學系統7的第一內部光瞳平面(internal pupil plane)25位在反射鏡M1及中間影像平面24之間。此光瞳平面25位在成像光束貫穿正好一次之成像光束路徑的位置處。
另一光瞳平面位在根據圖6之投射光學系統7的兩個中間影像之間而在反射鏡M5附近。
反射鏡M5及M8係背對背配置。
反射鏡M1至M5具有負主光線放大。反射鏡M6及M7具有正主光線放大。
根據圖6之投射光學系統7的中心光瞳屏蔽係7.8%。在影像平面9及反射鏡M5之使用反射面之最接近影像平面的部分之間的工作間隔dw在根據圖6的投射光學系統中為31mm。此工作間隔dw與根據圖6之投射光學系統7之總長度的比率為1.7%。此工作間隔dw及影像側數值孔徑NA的乘積為31mm x 0.70=21.7mm。
為製造微結構化或奈米結構化組件，如下使用投射曝光設備1：首先提供反射遮罩10(或光罩)與基板(或晶圓)11。然後，借助投射曝光設備，將光罩10上的結構投射至晶圓11的感光層上。藉由顯影感光層，微結構或奈米結構接著在晶圓11上產生及因此微結構化組件產生。
4‧‧‧物體場
5‧‧‧物體平面
7‧‧‧投射光學系統
8‧‧‧影像場
9‧‧‧影像平面
15‧‧‧個別光束
16‧‧‧主要光束
17‧‧‧光瞳平面
18‧‧‧通孔
19‧‧‧中間影像平面
21‧‧‧成像光束路徑區段
22‧‧‧成像光束
23‧‧‧主要平面
dw‧‧‧工作間隔
M1‧‧‧反射鏡
M2‧‧‧反射鏡
M3‧‧‧反射鏡
M4‧‧‧反射鏡
M5‧‧‧反射鏡
M6‧‧‧反射鏡
M7‧‧‧反射鏡
M8‧‧‧反射鏡
N‧‧‧法線
α‧‧‧與物體平面法線的角度

Claims (16)

  1. 一種成像光學系統，具有複數個反射鏡，其適於經由物體平面的物體場及影像平面的影像場之間之成像光的光束路徑而將該物體場成像於該影像場中，在該物體場及該影像場之間之該成像光的光束路徑中的最後一個反射鏡具有讓該成像光通過的通孔，其特徵在於：- 該成像光學系統之在該物體場及該影像場之間之該成像光的光束路徑中的倒數第二反射鏡係配置在影像場前方之成像光的光束外側；- 該倒數第二反射鏡之在該倒數第二反射鏡之光學使用區中的反射面沒有讓該成像光通過的通孔；- 其中該最後一個反射鏡具有環繞該通孔的一部分，且環繞該通孔的該部分是提供於反射該成像光。
  2. 一種成像光學系統，具有複數個反射鏡，其適於將物體平面的物體場成像於影像平面的影像場中，其特徵為該成像光學系統之該等光學組件係配置成產生導致小於10%的光瞳屏蔽；其中該複數個反射鏡包含超過六個反射鏡；其中在該物體場及該影像場之間之該成像光的光束路徑中出現至少一個中間影像。
  3. 一種成像光學系統，具有複數個反射鏡，其適於將物體平面的物體場成像於影像平面的影像場中，其特徵為該成像光學系統之該等光學組件係配置成產生導致小於10%的光瞳屏蔽；其中該複數個反射鏡包含超過六個反射鏡； 其中中心物體場點之主光線包括與該物體平面之法線的角度大於5度。
  4. 如申請專利範圍第2或3項所述之成像光學系統，其中該成像光學系統之該等光學組件係配置成產生小於5%的光瞳屏蔽。
  5. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之成像光學系統，其特徵在於影像側數值孔徑至少為0.5。
  6. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之成像光學系統，其特徵在於該成像光學系統在該成像光的光束路徑中之該倒數第二反射鏡與該影像場的工作間隔(dw)和影像側數值孔徑的乘積為至少10mm。
  7. 如申請專利範圍第1或3項所述之成像光學系統，其特徵在於在該物體場及該影像場之間之該成像光的光束路徑中出現至少一個中間影像。
  8. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之成像光學系統，其中在該物體場及該影像場之間的光束路徑中之該倒數第二反射鏡上的一個別點的平均入射角對於此反射鏡之使用反射表面上的所有點是小於25度。
  9. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之成像光學系統，其中- 在該物體場及該影像場之間的光束路徑中之該倒數第二反射鏡之一個別點上的入射角頻寬；及- 該影像場的最大場尺寸的比率對於此反射鏡之使用反射表面上的所有點是小於1.00度/mm。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之成像光學系統，其特徵在於中心物體場點之主光線包括與該物體平面之法線的角度大於5度。
  11. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之成像光學系統，其特徵在於該成像光學系統的該倒數第二反射鏡為凸面。
  12. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之成像光學系統，其特徵在於將該成像光學系統組態為一用於微影的投射光學系統。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之成像光學系統，其中該複數個反射鏡包含超過六個反射鏡。
  14. 一種用於微影的投射曝光設備，- 具有一如申請專利範圍第12項所述之成像光學系統；- 具有一用於照明及成像光的光源；- 具有一用於引導該成像光至該成像光學系統之物體場的照明光學系統。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之投射曝光設備，其特徵在於該光源用於產生波長在5nm與30nm之間的成像光。
  16. 一種用於製造一結構化組件的方法，具有以下方法步驟：- 提供一光罩及一晶圓，- 借助如申請專利範圍第14或15項所述之投射曝光設備，將該光罩上的一結構投射至該晶圓的一感光層上，- 製造一微結構或奈米結構於該晶圓上。
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