TWI591446B - 高透射、高孔徑折反射投影物鏡及投影曝光裝置 - Google Patents

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Description

高透射、高孔徑折反射投影物鏡及投影曝光裝置
本發明關於可用於微影投影曝光裝置之折反射物鏡，以利用配置於投影物鏡之物件表面區域之光罩圖案之至少一影像，曝光配置於投影物鏡之影像表面區域之輻射敏感基板。本發明亦關於包含此折反射投影物鏡之投影曝光裝置。
微影投影曝光方法及裝置用以製造半導體元件及其他精細圖案化元件。微影曝光程序涉及利用遮罩(光罩)，其載有或形成有欲造影結構圖案，例如半導體元件層圖案。圖案定位於投影曝光裝置中之照射系統及投影物鏡之間，且在投影物鏡之物件表面區域。主輻射源提供紫外光電磁波譜之主輻射(UV輻射)，並由照射系統之光學元件轉變，以產生導向到光罩圖案之照射輻射。經光罩與圖案修改的輻射通過投影物鏡，形成圖案影像於投影物鏡配置有欲曝光基板之影像表面。基板(例如半導體晶圓)通常載有輻射敏感層(光阻)。
為了產生甚至更細微結構，需要增加投影物鏡之影像側數值孔徑(NA)，並使用更短的波長，較佳為具有波長少於約260nm(例如248nm、192nm、或157nm)之紫外光輻射。
在過去主要使用完全折射的投影物鏡進行光學微影。然 而，當數值孔徑增加且使用更短波長時，基本像差校正，例如色差校正及珀茲伐和(Petzval sum)(影像場曲率)校正變得更加困難。
得到平影像表面及好的色差校正的一種方法是利用折反射光學系統，其結合折射元件(例如透鏡)以及具有光功率之反射元件(例如至少一凹面鏡)。當光學系統中正功率及負功率透鏡對總功率、影像場曲率、及色差的貢獻彼此相反時，凹面鏡具有像正功率透鏡般的正功率，但是對影像場曲率有相反效應，而對色差沒有貢獻。
微影程序可用的部分輻射能量，損失在投影物鏡之物件表面與影像表面間的輻射路徑上。此損失可藉由投影物鏡的總透射T來量化，其可如以下方式量化。所選場點的透射TFP可定義為TFP=IIS/IOS，其中IOS為在物件表面之物場點的輻射強度，而IIS為在源自物場點之輻射通過投影物鏡後，在影像表面光學共軛之影像場點的強度。針對具有某類型有效場之投影而言，投影物鏡之總透射T可定義為在該場的所有場點的透射最小值TMIN。
一般而言，希望投影物鏡具有相當高的總透射，以增加微影程序的產量，及/或容許使用較低功率的輻射源而得到所需的產量。
各種效應可能導致投影物鏡中的輻射能損失。
當輻射通過透明光學元件時，由於在光學元件之光學表面上的殘餘反射，且由於吸收及其他效應(如散射)，會損失部分的能量。為了降低由於殘餘反射的能量損失，透明光學件之光學表面可塗有抗反射塗層(ARC)，相對於未塗佈的光學表面，塗佈的光學表面有效地減少殘餘反射程度。許多習知抗反射塗層包含透明薄膜結構，具有交替的對比折射率層。選擇交替的高折射率層及低折射率層的層厚度，而在介面反射的光線間產生破壞性干涉，以及在對應透射光線間產生建設性干涉。習知的抗反射塗層典型稱為多層干涉抗反射塗層。一般而言，這些塗層減少的反射效率係取決於與多層作用的光線入射角(AOI)。在多層干涉抗反射塗層操作於相當 高的入射角之處，抗反射效應在強度及相位方面可變得與極性相依。根據多層系統中單層的數目及厚度，以及根據個別高折射及低折射材料之吸收係數，多層系統可吸收部分的入射輻射能，藉此降低塗佈光學元件的透射。
來自兩個具有不同折射率的材料間的介面之光學反射，可藉由使材料間的折射率改變分級而得到有時稱為折射率匹配的效應來顯著降低。能提供折射率匹配的抗反射結構類別包含所謂的梯度折射率層(graded index layer)，其具有垂直塗佈表面之折射率梯度，在梯度折射率層面對塗佈基板之基板側具有相對高的折射率，而在梯度折射率層面對環境之自由表面具有與相鄰的玻璃折射率接近之相對低的折射率。梯度折射率層在環境折射率與基板材料折射率之間提供實質連續的轉變時，可藉由折射率匹配得到寬波長範圍的優良抗反射性能。再者，梯度折射率層對通過抗反射結構之輻射的極化狀態的影響，可維持比典型習知多層抗反射塗層來的更小。
梯度折射率層的一種類型包含對操作波長為透明的適當材料之奈米結構，以規則方式分布於欲塗佈的表面。當奈內米結構的空間週期少於操作波長時，得到降低反射的效應。W.H.Southwell於1991年在J.Opt.Soc.Am.A,Vol.8,No.3，第549-553頁發表之文獻「在光學表面產生抗反射折射率匹配之金字塔陣列表面減緩結構(Pyramid-array surface-relief structures producing antireflection index matching on optical surfaces)」，描述具有金字塔或錐形的三維奈米結構陣列可適合於製造理想的梯度折射率層。
於近幾年，已提出利用可見光光譜範圍的波長，針對不同應用主要製造奈米結構梯度折射率層之各種方法，包含US 2006/0024018 A1、US 7,268,948 B2、US 2006/0199040 A1、或US 2005/0233113 A1、或申請人於2008年5月19日申請之國際專利申請號PCT/EP2008/003987所述的方法及結構，揭露製造作用於深紫外光(DUV)範圍(例如λ=193nm)之具有梯度折射率層之抗反射結構。
投影物鏡中的鏡表面典型塗有反射塗層，以確保鏡子具有高反射性，例如具有大於90%或95%的反射率。作用於深紫外光(DUV)光譜範圍的反射塗層通常設計成多層介電層(介電多層)，或為金屬層與一或更多介電層的組合(介電強化金屬鏡)。此類鏡子對入射在鏡子上並反射的輻射的反射率，若介電層操作於高入射角(AOI)時，典型以極化相依的方式受到影響。
一般而言，隨著投影物鏡的影像側數值孔徑NA增加，入射到光學表面之輻射的入射角範圍(或光譜)，至少針對投影物鏡的一些光學表面傾向增加。用於忠實打印典型具有100nm等級或更小結構尺寸之結構之先進微影高孔徑投影物鏡，可具有NA值例如在NA>0.85的範圍。在浸潤微影中，可達到更高的範圍NA>1。尤其是針對微影高孔徑投影物鏡，特別是NA>1，可能很難控制極化性能及投影物鏡的總透射。
微影製程的另一條件為光罩提供的圖案應儘可能在用於投影曝光中之整個有效場，忠實地成像到基板上。若投影物鏡的透射率針對欲成像場的不同場點實質不同，即若透射率隨著場而顯著變化(場相依透射)，影像品質一般會降低。當透射率隨著用於成像程序之有效場顯著變化時，可能造成欲成像結構的臨界尺寸(CD)不利的變異(所謂CD變異)。舉例而言，在整個場具有一致線寬的平行線的線圖案，可轉成圖案化結構，其中在曝光基板之線結構的線寬隨著曝光場空間上變化成投影物鏡在場上的透射率的函數。TMAX為有效場所有場點之透射最大值，而TMIN為有效場之場點之透射最小值，根據U=(TMAX-TMIN)/(TMAX+TMIN)，均勻性誤差U可定義為在場的透射最大值與最小值的差異以及那些值的和之間的商。
均勻性誤差是照射場強度空間變化一種可能的度量，其中場為可利用投影物鏡於預定瞬時照射之基板上的個別區域。若用於曝光程序之輻射為極化的，則均勻性誤差可稱為「極化均勻性誤差UP」。
本發明之一目的在於提供高孔徑折反射投影物鏡，其具有相當高的總透射以及同時具有相當小的均勻性誤差。
為達成本發明上述及其他目的，根據本發明一實施例，提供一種折反射投影物鏡，包含：複數光學元件，配置成利用界定操作波長λ之電磁輻射，於影像側數值孔徑NA，將圖案從在物鏡之物件表面之物場成像到在物鏡之影像表面中之影像場，光學元件包含：至少一凹面鏡，具有塗佈有反射塗層之鏡表面；複數透明光學元件，包含一或更多光學表面提供有第一抗反射結構，其包含具有折射率梯度之梯度折射率層，在折射率層之基板側有相對高的折射率，以及在與梯度折射率層之自由表面具有與相鄰氣體折射率接近之相對低的折射率；以及至少一透明光學元件具有光學表面，係具有建構成多層干涉抗反射塗層之第二抗反射結構。
根據本發明此實施例，可藉由適當地結合不同類型的抗反射塗層，而在總透射與均勻性誤差間得到有利的平衡。包含梯度折射率層之第一抗反射結構，以優於習知多層干涉抗反射塗層之方式，可顯著地降低在提供有抗反射結構的表面之反射損失，藉此相對於習知塗佈系統增加了總透射。再者，這些結構僅對過境輻射的極化狀態造成很小的影響，在習知上尤其認為是高入射角表面的額外優點。然而，本發明已了解這些有利的性質可能造成包含塗有抗反射塗層之至少一鏡子之折反射投影物鏡的問題，其典型根據多層反射塗層的結構以及其他參數，例如於鏡子上的預定入射角範圍以及鏡表面反射點的位置，而改變反射輻射的極化狀態。舉例而言，發明人進行的分析揭露極化的均勻性誤差UP可能在所有透明光學元件提供有包含梯度折射率層之第一抗反射結構的光學系統是很重要的， 因為這些層不會造成實質的均勻性誤差，因此不會提供足夠的抵衡作用來補償對塗佈鏡的負面影響。然而，若第二抗反射結構最佳化成可至少部分補償反射塗層對有效成像場之強度均勻性的影響，當至少一透明光學件提供有多層干涉抗反射塗層之光學表面時，可實質補償反射鏡對均勻性誤差的負面影響。
於透明光學元件之所有光學表面的至少90%具有第一抗反射結構(包含梯度折射率層)的實施例中，總透射可尤其地高，因為多層干涉抗反射塗層造成的反射損失及/或吸收可維持在很小。
典型微影高孔徑折反射投影物鏡可包含大量的透鏡，例如15個透鏡或更多，或20個透鏡或更多。於一些實施例中，投影物鏡具有透明光學元件之30個或更多的光學表面，而僅一個或僅兩個或僅三個光學表面提供有多層干涉結構之第二抗反射結構。藉此可使得對總透射的潛在負面影響維持在很小。
於設計及製造投影物鏡的方法中，可分析投影物鏡，以識別出對補償塗佈鏡造成之誤差有特別高效率的光學表面。包含多層抗反射塗層之第二抗反射結構可提供於對均勻性誤差有貢獻的光學表面上，在反射塗層對總均勻性誤差的貢獻上有相反效應。
於一些案例中，發現若提供有第二(多層)抗反射塗層之光學表面配置在物件表面之最大入射角少於投影物鏡所有物鏡表面之最大入射角的80%之位置，是很有用的。當多層干涉抗反射塗層提供於僅受到中間入射角的表面上時，層結構可以更多自由度修改，以提供所需的補償效應。
提供有第二補償多層塗層之表面可位於瞳表面外以及場表面外，即光學地位於瞳表面與場表面間的中間區域，以隨場變化提供實質補償效應，以及同時對層結構佈局提供足夠的自由度。也可在其他位置。
可於實施例中得到設計多層干涉抗反射塗層的另一自由度，其中第二抗反射結構包含梯度抗反射塗層，即抗反射的塗層幾何厚度 以預定方式變化為物件表面位置的函數。首先，層的幾何層厚度可變化為物件表面位置的函數，而針對物件表面各位置，使抗反射塗層作用來降低入射角個別局部範圍的反射。同時，可最佳化梯度，而使梯度抗反射塗層有效地抵消系統中一或更多塗佈鏡對均勻性與其他性能參數的影響。
於梯度抗反射塗層中，個別層的層厚度可以相對於促進製造塗層之塗佈元件之光學軸以旋轉對稱的方式變化。在塗佈元件外邊緣之塗層厚度可比接近光學軸之較內部區域還大。於一些案例中，可能適合連續增加層厚度。於一些實施例中，梯度抗反射塗層的層厚度變化為，最大的幾何層厚度出現在投影物鏡光學軸外的區域。
亦可提供非旋轉軸對稱的梯度抗反射塗層。這些塗層可表示為「自由形式」塗層，並提供額外自由度將光學性能修飾為隨塗層位置變化的函數。梯度抗反射塗層亦可為旋轉對稱的，但是相對於投影物鏡的光學軸為偏心的，而使塗層的旋轉對稱軸相對於投影物鏡光學軸偏移。這些設計特別有利於操作在偏軸有效物場以及有效影像場的系統。
包含梯度折射率層的第一抗反射結構可以多種方式製造。舉例而言，可將塗層材料的沉積製程控制成，使具有遞減折射率的材料依序塗佈在基板上，以提供具有垂直塗佈表面之折射率梯度的塗佈結構。選替地或此外，可變化塗佈材料的密度，例如藉由靠近基板提供具有較低孔性的結構，以及朝著塗層的自由表面增加多孔性。第一抗反射結構亦可包含具有週期性分布的第一奈米結構的梯度折射率層，其中奈米結構空間上的週期性比操作波長λ小。就高透射而言，第一材料應實質對操作波長的輻射而言為透明的，在微影領域的許多應用中，操作波長是在155nm及250nm的範圍。第一材料可為基板形成的材料，例如熔融矽土或氟化鈣。於這些案例中，基板表面可藉由其他移除基板材料以空間變化的方式形成與基板整合的奈米結構的蝕刻，來適當地結構化。
基於本發明的敎示，可提供折反射投影物鏡，其具有影像 側數值孔徑NA大於1，以及結合有總透射T等於或大於70%，且極化均勻性誤差UP等於或少於0.5%。一般而言，於此數值孔徑NA的值為針對投影物鏡設計並充足校正且可用於曝光裝置操作的最大值。當然，針對特定最大NA設計的投影物鏡，藉由利用可變孔徑光圈(aperture stop)縮小光圈，而可操作在較小的有效NA。
於一些實施例中，投影物鏡為折反射投影物鏡，係針對將配置於物件表面之偏軸物場成像到配置於投影物鏡之影像表面之偏軸影像而設計，且包含至少一凹面鏡。投影物鏡可具有至少一中間影像。具有偏軸場之折反射投影物鏡通常用在高影像側數值孔徑(例如NA0.8)需要無影像漸暈(vignetting)及瞳矇矓(pupil obscuration)，以及需要避免利用具有極化選擇分束器表面之實體分束器。折反射投影物鏡可具有一個或兩個平面折疊鏡，或可設計沒有折疊鏡，而為所有光學元件具有一個共同直線光學軸的線上系統。具有偏軸場的折反射投影物鏡、至少一凹面鏡、以及至少一中間影像，揭露於例如WO 2004/019128、EP 1 480 065 A1、或WO 2005/069055 A2。
投影物鏡關於成像差可適合乾製程，其中投影物鏡射出面與影像表面間的影像空間，以具有折射率接近1的氣體填充(乾物鏡)。這些投影物鏡可具有影像側數值孔徑0.8NA<1。一些實施例適合浸潤微影，其中投影物鏡設計成浸潤物鏡，關於成像差可適合濕製程，其中投影物鏡射出面與影像表面間的影像空間，以具有折射率顯著大於1的浸潤介質填充。雖然於這些案例中NA<1，當結合具有折射率nI>1.3的浸潤介質使用時，投影物鏡可具有影像側數值孔徑NA>1.0，例如NA>1.1、或NA>1.2、或NA>1.3、或NA>1.4、或NA>1.5。
於一些實施例中，投影物鏡的光學元件形成：第一折射物鏡部，從來自物件表面之輻射產生第一中間影像，並包含第一瞳表面； 第二物鏡部，包含至少一凹面鏡，將第一中間影像成像為第二中間影像，並包含第二瞳表面係與第一瞳表面為光學共軛；以及第三折射物鏡部，將第二中間影像成像到影像表面，並包含第三瞳面係與第一瞳表面及第二瞳表面為光學共軛。
實施例可具有正好兩個中間影像。
第二物鏡部可於接近或在第二瞳表面具有正好一個凹面鏡，而投影物鏡可具有第一折疊鏡，用以將來自物件表面的輻射偏向於凹面鏡的方向，或將來自凹面鏡的輻射朝影像表面偏向。可提供第二折疊鏡，將來自凹面鏡或第一偏向鏡的輻射，偏向於影像表面的方向。偏向鏡可皆為平面的。
於一些實施例中，第二物鏡部具有正好兩個凹面鏡，各光學遠離瞳表面。實施例可設計為沒有折疊鏡，以及所有光學元件可具有一個直線光學軸(線上系統)。
物件表面及影像表面可為平面的並彼此平行。
根據另一實施例，本發明提供一種投影物鏡包含：複數光學元件，配置成利用界定操作波長λ之電磁輻射形成之輻射束，於影像側數值孔徑NA0.8，將圖案從在物鏡之物件表面之物場成像到在物鏡之影像表面之影像場，係透過在與影像表面相鄰之影像空間具有折射率nI之介質；輻射束包含複數光線，以複數個別入射角(AOI)入射到光學表面，界定各光學表面之最大入射角(AOIMAX)，為呈現於該些光學表面除了與影像表面相鄰之射出表面外之任一者之最大入射角；其中k1而言，NA/nI>k sin(AOIMAX)條件成立。
根據本發明此實施例，將投影物鏡關於光學元件的數量及類型以及光學表面的形狀及位置的設計最佳化，而使於影像空間接壤的投影物鏡沒有透鏡表面(除了最後的透鏡表面(射出表面))，是僅受到不超過臨 界最大入射角的輻射光線。在這些條件下，具有相當簡單結構(例如薄的，僅幾層)及對應相當小的角帶寬的抗反射塗層，可用於大多數或所有的光學表面。可使用具有三層或更少的個別介電層之抗反射塗層，其可提供相當強的抗反射效應(有利於增加總透射)以及對均勻性誤差有相當小的負面影響。
經驗上，根據NA/nI=k sin(AOIMAX)的條件，發生在投影物鏡的最大入射角相互關聯影像側數值孔徑NA及鄰近影像表面之影像空間中之介質的折射率nI，其中因子k於習知系統典型小於1。舉例而言，在NA0.8的高NA乾透鏡中(適合乾微影，其中具有nI=1的薄空氣層或其他氣體層形成於投影物鏡的射出表面與影像表面之間)，觀察到大於50°或甚至50°的最大入射角可發生於一或更多的光學表面。於浸潤微影中，影像空間典型填充具有折射率遠大於1(例如nI=1.3或更高)的浸潤液體。經驗上，可發現在習知系統中，最大入射角為約50°的臨界限制典型在約NA=1.2達到。當需要影像側數值孔徑顯著高於這些值時，發生在一些光學表面的大的最大入射角將需要更複雜的抗反射塗層，若犧牲一些程度的總透射及/或均勻性誤差通常就可使用。特別針對將最大入射角降低到低於臨界值(例如60°、55°、50°)的設計，可容許使用較不複雜的抗反射塗層，藉此容許得到相當高的總透射及對均勻性誤差有較小的貢獻。
於一些實施例中，k1.05、或k>1.1而言、或甚至k>1.15、或k>1.2而言，NA/nI>k sin(AOIMAX)條件成立。
這些條件特別針對僅於浸潤微影可得的NA值實現，即NA1，例如在NA=1.1或更大、或在NA=1.2或更大、或在NA=1.3或更大。
投影物鏡可為折反射投影物鏡，除了複數透鏡元件，典型包含至少一凹面鏡。
於一些實施例中，相當大量的適當塑形的非球面可用於降低最大入射角。尤其是，較高階非球面可能很有用。
根據本發明另一實施例，提供一種投影物鏡包含：複數光學元件，配置成利用界定操作波長λ之電磁輻射形成之輻射束，於影像側數值孔徑NA，將圖案從在物鏡之物件表面之物場成像到在物鏡之影像表面之影像場；輻射束包含複數光線，以複數個別入射角(AOI)入射到光學表面，界定各光學表面之最大入射角(AOIMAX)，為呈現於該些光學表面除了與影像表面相鄰之射出表面外之任一者之最大入射角；其中NA>1，且AOIMAX<60°。
折反射的設計在此案例中可能很有用。
根據又另一實施例，本發明提供一種折反射投影物鏡包含：複數光學元件，配置成利用界定操作波長λ之電磁輻射，於影像側數值孔徑NA，將圖案從在物鏡之物件表面之物場成像到在物鏡之影像表面之影像場，該些光學元件包含至少一凹面鏡以及複數透明光學元件；其中投影物鏡具有影像側數值孔徑NA1，總透射T70%，以及極化均勻性誤差UP 0.5%。
前述及其他特性不僅可見於申請專利範圍中，亦可見於說明及圖式中，其中個別的特徵可單獨或次結合的使用作為本發明實施例以及其他區域，可個別地表示有利且可專利的實施例。
300‧‧‧投影物鏡
700‧‧‧折反射投影物鏡
A‧‧‧高度
AR1‧‧‧第一抗反射結構
AR2‧‧‧第二抗反射結構
AX‧‧‧直線光學軸
B‧‧‧寬度
CM1、CM2‧‧‧凹面鏡
CR‧‧‧投影路徑
ES‧‧‧射出表面
HI‧‧‧結構高度
ILL‧‧‧照射系統
IM‧‧‧液體浸潤介質
IMI1‧‧‧中間影像
IMI2‧‧‧中間影像
L1-1至L1-11、L3-1至L3-13‧‧‧透明光學元件
IS‧‧‧影像表面
LS‧‧‧光源
OAI‧‧‧光學軸
OP1‧‧‧第一折射物鏡部
OP2‧‧‧第二物鏡部
OP3‧‧‧第三折射物鏡部
OS‧‧‧物件表面
P1、P2、P3‧‧‧瞳表面
PCL‧‧‧平凸透鏡
PILL‧‧‧照射系統瞳表面
PO‧‧‧折反射投影物鏡
PPO‧‧‧投影物鏡的瞳表面
RD‧‧‧容設裝置
RDOF‧‧‧物場的半徑
RS‧‧‧支托及操控光罩的裝置
SS‧‧‧基板表面
W‧‧‧晶圓
WI‧‧‧結構寬度
WS‧‧‧晶圓台
WSC‧‧‧晶圓掃描機
圖1顯示具有照射系統及投影物鏡之微影投影曝光裝置實施例之示意圖；圖2A至2D示意地顯示各種照射設定；圖3顯示具有高總透射及低極化均勻性之折反射投影物鏡之第一實施例之截面圖；圖4A至4C示意地顯示投影物鏡中之透鏡群組，其中透鏡 表面塗佈有不同類型的抗反射塗層；圖5顯示在第一抗反射塗層之梯度折射率層中折射率的連續梯度之示意圖；圖6顯示梯度多層干涉抗反射塗層之相對幾何厚度與透鏡高度之相依性之示意圖；圖7顯示具有高總透射及低極化均勻性之折反射投影物鏡之第二實施例之截面圖；以及圖8顯示兩個不同多層干涉抗反射塗層之平均透射與入射輻射之入射角之相依性。
於以下較佳實施例的說明中，「光學軸」一詞表示通過光學元件曲率中心的直線或直線段序列。光學軸可藉由折疊鏡(偏向鏡)折疊，而使光學軸後續直線段間夾有角度。於以下範例中，物件為載有積體電路層圖案或一些其他圖案(例如光柵圖案)的物件。物件的影像投射到塗佈有光阻層作為基板的晶圓上，但是亦可使用其他類型的基板，例如液晶顯示器元件或其他光柵基板。
提供列表以揭露圖式之光學系統的規格，列表或複數列表標明有與個別圖式相同的編號。圖式中相應的特徵具有類似或相同的參考符號，以助於了解。標明透鏡時，符號L3-2表示在第三物鏡部中的第二個透鏡(由輻射傳播方向觀看之)。
圖1示意地顯示晶圓掃描機(WSC)形式的微影投影曝光系統，其利用浸潤微影以步進掃描模式，製造大型積體半導體元件。投影曝光系統包含準分子雷射作為光源LS，具有操作波長193nm。亦可為其他操作波長，例如157nm或248nm。下游照射系統ILL在射出表面ES產生大又界定鮮明地均勻照射的照射場，係相對於投影物鏡PO的光學軸(其與 實施例中照射系統的光學軸OAI同軸)偏軸，並配合下游折反射投影物鏡PO的遠心要求。具體而言，針對所有的場點，照射系統的出射瞳與投影物鏡的入射瞳一致。照射系統ILL具有選擇照射模式的裝置，於此範例中，並可以可變程度的同調在習知軸上照射與偏軸照射間改變，偏軸照射尤其是環照射(在照射系統瞳表面具有環形照射區域)以及雙極或四極照射。
支托及操控光罩M的裝置RS配置在照射系統最後一個光學元件的射出側與投影物鏡的入口間，而使配置或提供在光罩上欲製造的半導體元件特定層的圖案，位於投影物鏡的平面物件表面OS(物件平面)，物件平面與照射系統的射出平面EX一致。用以支托及操控光罩的裝置RS通常稱為「光罩台」，含有掃描機驅動器，使光罩能移動平行於投影物鏡的物件表面OS，或於掃描方向(y方向)垂直於投影物鏡的光學軸(z方向)以及照射系統，以進行掃描操作。
照射系統提供的照射場尺寸及形狀，決定了實際用於投影光罩圖案影像於投影物鏡的影像表面之投影物鏡的有效物場OF尺寸及形狀。狹縫形有效物場平行於掃描方向具有高度A以及垂直於掃描方向具有寬度B>A，並可為矩形(如圖所示)或拱形(環形場)。外觀比B/A可在例如B/A=2到B/A=10的範圍。此同樣適用於照射場。環繞有效物場具有最小半徑RDOF並以投影物鏡光學軸OA為中心的圓形，表示設計的物場包含足以針對像差校正的場點，以容許以特定的性能及無漸暈方式成像。有效物場包含這些場點的子集。
縮形投影物鏡PO在物件及影像測為遠心的，並設計以4：1的縮小比例，將光罩圖案影像成像到塗有光阻層的晶圓W。亦可為其它縮小比例，例如5：1或8：1。作為光敏基板的晶圓W配置成，使具有光阻層的平面基板表面SS實質與投影物鏡的平面影像表面一致。晶圓由裝置WS(晶圓台)支托，裝置WS包含掃瞄機驅動器，以使晶圓與光罩M同時同步移動，並相 應於投影物鏡的縮小比例具有降低的速度。裝置WS亦包含操控器，以移動晶圓於平行光學軸OA的Z方向以及垂直該軸的X及Y方向。可整合傾斜裝置，其具有垂直光學軸延伸到至少一傾斜軸。
圖案影像形成於有效影像場，其具有與有效物場OF相同的形狀及外觀比，但是尺寸是根據倍率ß縮減。在有效影像場內縮減的性質決定了影像品質，因此影響了形成於基板上的結構性質。
用以支托晶圓W的裝置WS(晶圓台)架構成用於浸潤微影。包含了容設裝置RD，其可藉由掃描機驅動器移動，且其底部具有接收晶圓W的平底凹槽。周邊邊緣形成平又向上開口的液體密封容設器，供容設液體浸潤介質IM，其可利用圖未顯示的裝置導入容設器並自容設器排出。尺寸化邊緣高度，使填充入的浸潤介質完全覆蓋晶圓W的表面SS，以及投影物鏡的射出側端部區域可浸入浸潤液體，並在物鏡出口與晶圓表面間具有正確設定的操作距離。
投影物鏡PO具有浸潤透鏡組，由平凸透鏡PCL形成，其為靠近影像表面IS的最後光學元件。該透鏡的平面射出表面為投影物鏡PO最後的光學表面。於投影曝光系統操作期間，平凸透鏡PCL的射出表面部分地或完全地浸入浸潤液體IM而變濕。平凸透鏡PCL的凸入射表面與填充在此透鏡及其在物件側下游緊鄰的透鏡間的氣體相鄰。平凸透鏡形成單石浸潤透鏡組，容許投影物鏡操作在NA>1之浸潤操作。
於此應用中，「浸潤透鏡組」一詞用於單一透鏡，或包含至少兩個合作的光學元件之透鏡組，以提供與氣體或真空相界接的凸物件側入射表面，以及操作時與浸潤液體接觸的影像側射出表面。射出表面可實質為平的。浸潤透鏡組將輻射束光線從氣體(或真空)導引入浸潤液體。
各種不同的照射設定可以照射系統ILL設定。照射設定可藉由考慮在照射系統瞳表面PILL之有效輻射源(有效源)的強度分布來特性化。投影物鏡的瞳表面PPO與照射系統瞳表面PILL為光學共軛的。因此，沒有光 罩時，可在投影物鏡的瞳表面，形成等於有效源強度分布的空間光強度分布。當載有圖案的光罩***照射系統與投影物鏡之間時，在投影物鏡瞳平面的強度分布亦含有對應光罩圖案性質的衍射資訊。圖2顯示照射設定範例的示意圖。
圖2A顯示由箭頭所示以參數σ特性化的簡易軸上照射模式。σ(通常稱同調因子)的值習知引用為照射強度碟(陰影)的半徑與瞳半徑的比例，因此介於0及1之間的值。
圖2B顯示環形照射模式，其中光源的強度分布限於環，以限制偏軸照射的入射角範圍，考量了在瞳平面的空間光強度分布有關於在光罩平面的角分布，其為傅立葉轉換平面到瞳平面。此環可藉由內半徑及外半徑對瞳半徑的比例值σi及σo來特性化。
圖2C顯示四極照射模式的強度分布，有時使用時提供了改善使用環形或同調模式的成像結果。習知上，使用此類四極組態時，假設欲投影的光罩圖案化結構包含沿x及y軸正交的線段子圖案，而照射定向成四極的各個位於由x及y軸界定的四個四分體的各個且在它們的交點上。
於特定應用中，發現利用雙極照射模式可得到優越的性能。舉例而言，當欲投影到晶圓的光罩圖案實質由沿一個方向延伸的平行線構成時，可使用雙極設定增加解析度及焦深。利用雙極照射，有效光源受限於雙極，以產生兩光束以理論理想對比成像的條件。圖2D顯示雙極模式之雙極照射強度分布的範例。此模式的兩個極POLE1、POLE2位於偏離成像系統的光學軸OA。為例示目的，圖2D所示的兩個極係沿著y軸(平行於掃描方向)，且針對成像平行延伸於x軸(橫過掃描方向)的線最佳化。有時x及y軸分別稱為水平及垂直軸，但這些詞典型無關機器的任何方位。
如圖2D所示，極POLE1、POLE2的極形狀對應環的方位角(圓周)區段。由於第一衍射級必須完全通過投影物鏡的孔徑以得到最大對比的條件，針對這些極的徑向寬度△σ=σo-σi及這些極的方位角寬度(圓周方 向的寬度)的照射結果，係由極角度界定Θ。
再者，可控制入射到基板的輻射極化狀態，以改善影像形成。舉例而言，若入射輻射相對於個別入射平面為s極化的，則可改善雙極模式中建設性的兩光束干涉。此極化形式亦表示為正切極化，且示意地由圖2D的極化雙箭頭所示，其指示輻射的個別極化方向對應這些極。為了此應用目的，特定的照射模式可表示為「x極化的Y雙極」，因為極POLE1、POLE2位於y方向，以及主要極化方向平行於x方向。
能選擇性提供所述的偏軸極式照射模式的照射系統，描述於例如US 6,252,647 B1或於申請人的專利申請案US 2006/0050261 A1，其揭露結合於此作為參考。
圖3顯示針對193nm操作波長設計的投影物鏡300之第一實施例。設計成用以將配置於平面物件表面OS(物件平面)的光罩(遮罩)圖案影像，以縮小比例4：1(絕對倍率| ß |=0.25)投影到平面的影像表面IS(影像平面)，產生正好兩個實際中間影像IMI1、IMI2。第一折射物鏡部OP1設計用放大比例將物件表面之圖案成像成第一中間影像IMI1。第二反射(純反射)物鏡部OP2以接近1：1的倍率將第一中間影像IMI1成像成第二中間影像IMI2。第三折射物鏡部OP3以強大的縮小比例，將第二中間影像IMI2成像到影像表面IS。第二物鏡部OP2包含第一凹面鏡CM1，其面對物件側具有凹面鏡表面，以及第二凹面鏡CM2，其面對影像側具有凹面鏡表面。鏡表面皆為連續或未中斷的，即在用於反射的照射區域不具有孔或洞。彼此面對的鏡表面界定折反射腔，其亦表示為鏡內空間，由凹面鏡界定的曲形表面所包圍。中間影像IMI1、IMI2(至少為近軸中間影像)皆位於折反射腔內部遠離鏡表面。
凹面鏡的各鏡表面界定「曲率表面」或「曲率的表面」，其為延伸超過實體鏡表面邊緣並含有鏡表面的數學表面。第一凹面鏡及第二凹面鏡為具有共同旋轉對稱軸之旋轉對稱曲率表面的部分。
偏軸物場OF之外場點的主要光線到中間平面的投影路徑CR標示於圖3，以促進跟隨投射光束的光束路徑。為此應用的目的，「主要光線」一詞(亦稱為主光線)表示從有效使用的物場OF最外面的場點行進到入射瞳中心的光線。利用偏軸矩形物場，物鏡的主要光線可源自於最外面的場角落。因此，於圖中可僅顯示主要光線到中間平面的投影，但並非是實際高度。由於系統的旋轉對稱，主要光線可自中間平面的等效場點選擇。當使用具有折疊鏡或其他表面作為反射板之偏軸物場時，等效主要光線可能對成像沒有貢獻。於在物件側實質為遠心之投影物鏡中，主要光線從平行或相對於光學軸非常小的角度之物件表面發射出。成像程序更藉由邊緣光線的軌道特性化。於此所用之「邊緣光線」為從物場點(在光學軸之場點)行進到孔徑光圈邊緣的光線。當使用具有折疊鏡或其他表面作為反射板之偏軸有效物場時，由於漸暈，邊緣光線可能對影像形成沒有貢獻。選擇主要光線及邊緣光線，以特性化投影物鏡的光學性質。
投影物鏡在影像空間為實質遠心的，即出射瞳實質位於無限遠。如此決定了瞳表面在子系統之位置是在無限遠的射出瞳之共軛平面。物件空間亦可實質為遠心的，因而提供實質在無限遠的入射瞳。
三個互相共軛的瞳表面P1、P2、及P3，形成於主要光線與光學軸相交的位置。第一瞳表面P1形成於在物件表面與第一中間影像間的第一物鏡部，第二瞳表面P2形成於在第一中間影像與第二中間影像間的第二物鏡部，而第三瞳表面P3形成於在第二中間影像與影像表面IS間的第三物鏡部。
物鏡300為旋轉對稱的，並具有所有折射及反射光學元件共同的一個直線光學軸AX。並沒有折疊鏡。凹面鏡具有很小的直徑，以容許彼此靠近放置，且相當靠近位於其間的中間影像。凹面鏡皆架構及照射成軸對稱表面的偏軸區段。光束經過面對光學軸的凹面鏡邊緣而無漸暈。
投影物鏡300設計成針對λ=193nm的浸潤物鏡，當結合位 於靠近影像表面IS的物鏡射出表面與影像表面IS間之高折射率浸潤流體使用時，具有影像側數值孔徑NA=1.3。針對操作執行光學性質的計算，具有矩形有效影像場尺寸26mm * 5.5mm，偏離光學軸2.57mm。關於透鏡及其他光學元件的數量、形狀、位置，投影物鏡的佈局比WO 2007/086220 A2之圖4所示並討論之實施例1(表1)的習知投影物鏡減少。該參考的個別揭露結合與此作為參考。
投影物鏡300具有24個透明光學元件(23個透鏡及一平面板緊鄰物件表面)，以及兩個凹面鏡。透明光學元件的各個入射表面及射出表面提供有抗反射(AR)結構，用以降低反射損失，藉此增加塗佈表面的透射。凹面鏡表面塗佈有高反射率(HR)反射塗層。
最佳化本實施例之抗反射結構及反射塗層的類型與佈局，以得到投影物鏡的高總透射，同時在有效影像場得到極佳的強度極化均勻性，即相當低的極化均勻性誤差。為達此目的，透明光學元件L1-1到L1-11及L3-1到L3-13所有除了一個的光學表面提供有第一抗反射結構AR1(見圖4)，包含梯度折射率層，在其基板側有相對高的折射率，以及在與梯度折射率層之相對自由表面對應空氣折射率(n=1)之相對低的折射率。單一個選擇的表面，即透鏡L1-7面對物件表面並位於相當靠近但與第一瞳表面P1相距的凹面進入表面，並未提供梯度折射率層，但是具有建構成多層干涉抗反射塗層之第二抗反射結構AR2。塗層類型的細節配合圖4進一步討論。
凹面鏡CM1及CM2的凹面反射表面皆塗佈有介電多層干涉反射塗層，具有33層高折射率材料與低折射率材料交替的層。於此實施例中，氧化鋁(Al2O3，於193nm，n=1.7)或氟化鑭(LaF3，於193nm，n=1.68)用做為相對高的折射率材料，而氟化鋁(AlF3，於193nm，n=1.41)用於所有低折射率層。介電折射塗層的完整佈局顯示於表A，其中層1為與鏡基板相鄰的第一介電層，而層33為形成鏡的輻射進入側的最外層。材料可以複合折射率N=n-i k描述，其中n為實際折射率，而k為在操作波長的吸收率(或 吸光係數)。於表中，欄1顯示各層的幾何厚度(單位為nm)，欄2顯示實際折射率n，欄3顯示吸收係數k，而欄4顯示材料。
各凹面鏡的反射塗層操作於個別的入射角範圍，第一凹面鏡具有最大入射角AOIMAXCM1=25.3°，而第二凹面鏡CM2具有最大入射角 AOIMAXCM2=30.8°。整個物鏡的最大的入射角為65.6°。
反射塗層的高反射率對投影物鏡的高透射有所貢獻。然而，操作於高入射角之介電多層反射塗層，對有效影像場的極化均勻性有負面效應。
在透鏡表面的反射損失由於以下事實大大地降低了：除了一個的所有透鏡表面具有包含梯度折射率層的第一抗反射結構。於第一抗反射結構AR1的各梯度折射率層中，結構的有效折射率根據圖5變化，其中結構的局部有要折射率nC顯示為相對厚度的函數dREL，其在梯度折射率層的基板側的值為0，而在面對環境(真空或氣體)的相對側的值為1。各透明基板由在193nm具有折射率nSiO2 1.56的熔融矽土(SiO2)製成。梯度折射率層在基板側提供相同的折射率，且折射率從基板表面到自由表面連續地減少至n=1。折射率平順的轉變以及在不同折射率間缺乏具有步階式轉變的內介面的結果，使得極佳的折射率匹配與最小的反射損失發生在抗反射塗層。
第一抗反射結構AR1的梯度折射率層包含對操作波長為透明的介電第一材料的奈米結構。奈米結構以規則形式分布在塗佈表面的二維陣列。奈米結構的空間週期少於操作波長(次λ層)，即少於約193nm。奈米結構在基板側具有相對寬的基底的形狀，並朝自由表面縮減尺寸。具體而言，示意地顯示於圖4的奈米結構具有約金字塔形或約圓錐形。奈米結構的結構寬度WI可在100nm或更低的等級，或80nm或更低的等級。垂直塗佈表面量測的結構高度HI可為大於100nm的等級，例如大於180nm或大於240nm。奈米結構可實質由介電材料形成，例如金屬氟化物或金屬氧化物。於此實施例中，形成梯度折射率的奈米結構與基板一體成形，即由相同材料(熔融矽土，SiO2)形成。
2008年5月19日由申請人所申請的國際專利申請案PCT/EP2008/003987號，揭露包含作用於深紫外光(DUV)範圍(例如λ=193nm)之梯度折射率層之抗反射結構的製造方法。所揭露的方法可用以形 成第一抗反射結構，其具有週期性在次λ範圍(即週期性小於操作波長)的奈米結構。此文件的揭露結合於此作為參考。
於此類型的奈米結構中，折射率在某高度(即與固體基板(無擾動、未結構化的)相距某距離)與材料密度成正比，在基板側具有高密度且密度朝自由表面減少，藉此得到一般根據圖5或圖4B的折射率連續輪廓。於圖4B及圖4C中，參數nS為基板材料的折射率。
由於梯度折射率層優越的抗反射性質，若許多透鏡表面塗佈了此類第一抗反射塗層，則可得到投影物鏡的高總透射。再者，梯度折射率層對均勻性誤差的貢獻很低，藉此當大量的透鏡表面具有梯度折射率抗反射結構時，可預期有低的總均勻性誤差。
然而，發明人發現可能不適合所有的透鏡表面(以及其他透明光學元件的表面，例如平行板)都提供高效梯度折射率抗反射結構。具體而言，塗佈有一或更多介電層之反射塗層的凹面鏡，對整個系統的均勻性誤差產生某些貢獻。於經由干涉效應具有大量多層抗反射塗層效應之習知系統中，干涉抗反射塗層的佈局可匹配塗佈鏡的貢獻，以補償塗佈鏡對總均勻性誤差的影響。考量到具有梯度折射率層的第一抗反射結構不會對均勻性誤差有顯著的貢獻，所以很難補償反射塗層對均勻性誤差的負面影響。
發明人發現若至少一個抗反射結構是第二抗反射結構AR2，則可以避免或最小化這些困難，第二抗反射結構AR2具有利用干涉效應減少反射損失的介電多層結構。發現到若透明光學元件小量選擇的光學表面塗佈有適當設計的多層干涉抗反射塗層，則可補償鏡子的高反射塗層對均勻性的負面貢獻。舉例而言，可僅於三個或僅兩個選擇透鏡表面塗佈此類第二抗反射結構就夠了。於圖3的實施例中，僅一個透鏡表面(透鏡L1-7的凹進入側)載有多層干涉抗反射塗層AR2如圖4示意地所示，具有步階式折射率輪廓如圖4C示意地所示。第二抗反射結構(由塗層形成)有效地作為補償塗層，至少部分補償凹面鏡CM1、CM2的反射塗層對有效影像場的強度均 勻性的影響。
為了識別出哪個透鏡表面特別適合載有這樣的補償塗層，可分析光學系統，以識別出對總均勻性誤差具有貢獻的光學表面，其具有與反射塗層對總均勻性誤差的貢獻相反的符號。
再者，雖然於一些案例中可使用具有均勻層厚度的多層干涉塗層，但是發現在許多案例中以下是有用的：意欲用以補償塗佈鏡導入的均勻性誤差之第二抗反射塗層，可以是具有隨著光學表面位置做函數變化的幾何層厚度之梯度抗反射塗層。層厚度的變化可根據幾個最佳化目標進行最佳化。具體而言，厚度梯度可設計成，針對光學表面的各位置，抗反射塗層作用於降低入射角個別局部範圍的反射。換言之，當入射角根據塗佈表面局部變化時，塗佈表面應作用在所有位置為降低反射的方式。於許多案例中，絕對入射角及入射角範圍在光學軸位置或附近位置可為相對低，而這些量傾向朝透鏡外邊緣增加。因此，一般而言，在抗反射塗層中層的幾何層厚度在塗佈透鏡邊緣比靠近光學軸還大，尤其是在塗層配置得相對靠近瞳表面的案例。其次，可最佳化塗層在徑向的厚度輪廓，以抵消塗佈鏡對均勻性誤差的作用，而得到補償效果。
於圖3的實施例中，在透鏡L1-7凹面進入側之第二抗反射塗層AR2，為具有三層介電層的塗層，其中鄰近基板的第一層以及形成抗反射塗層自由表面的第三層是由氟化鎂(MgF2)(在193nm，n=1.44)所形成，而中間第二層是由相對高的折射氟化鑭(LaF3，在193nm，n=1.7)形成。基本設計資料顯示於表B，其中欄1為層號，欄2為幾何厚度範圍(單位為nm)，而欄3為材料。
於梯度抗反射塗層中，單層的幾何層厚度變化為光學表面位置的函數。於塗層旋轉對稱於透鏡光學軸的案例中，在透鏡高度h的層(與光學軸的徑向距離)的厚度的厚度輪廓d(h)，可表示為以下多項式：d(h)=d 0(a 1+a 2 h+a 3 h 2+a 4 h 3+a 5 h 4+a 6 h 5+a 7 h 6)
其中d0為各層的標稱厚度，如表B的欄2所表示。實施例特定層的係數ai如下：a1=9,00000000E-01、a2=-2,11583880E-03、a3=3,84262150E-05、a4=1,20995790E-06、a5=1,82050420E-08、a6=5,57E-11、a7=-7,60E-12。
其他介電多層干涉抗反射塗層，例如US 5,963,365所揭露的，可選替地用作補償鏡子對均勻性的效應的第二抗反射塗層之基本設計。
圖6顯示相對厚度dREL與透鏡高度h的相依性。圖6中的相對厚度dREL定義成，使相對厚度dREL=1對應表B中層的設計厚度。顯然各層的層厚度在透鏡外邊緣(透鏡高度45mm)比在光學軸(h=0)的個別厚度還大了超過10%。再者，幾何層厚度在投影物鏡光學軸外透鏡高度h=15mm的區域，具有最小的幾何層厚度，其對特定狀況有著補償反射塗層對均勻性誤差之負面效應的貢獻。
為了展現針對使用干涉抗反射層結合梯度抗反射結構對透射及極化均勻性的有利效果，針對圖3的實施例及針對參考系統，計算總透射T及極化均勻性Up，其中參考系統針對投影系統操作模式典型的特定參考照射設定，以極化輻射操作於雙極模式，以在影像表面得到高效雙束干涉對比。參考照射設定為x極化Y雙極設定，如上述參考圖2D所述，其中σi=0.77、σo=0.97，極在y方向於x軸外為對稱的，且輻射具有x極化(即電磁場的震盪方向實質平行x方向)。
在這些參考條件下，針對極化均勻性誤差得到UP=0.28%的值以及總透射T=71.3%。
參考系統具有與圖3所述相同的基本設計，以及相同的反射 塗層呈現在凹面鏡CM1及CM2上。然而，所有的透鏡表面及平行板L1-1的進入側表面，提供有梯度折射率抗反射結構，以提供圖5所示的折射率梯度。
於參考系統中，在總透射T=71.55%，針對極化均勻性誤差得到UP=0.67%的值。
比較顯示參考系統的總透射僅比具有補償多層抗反射塗層的總透射(T=71.3%)稍微高一些。然而，極化均勻性誤差顯著較大，且為包含多層抗反射塗層的補償系統(UP=0.28%)之對應值的兩倍還多。如此例示地證明了極化均勻性誤差可藉由提供至少一適當設計的多層AR塗層而顯著降低，而實質不影響總透射。
得到具有高總透射及小極化均勻性誤差之折反射投影物鏡的另一方法，將參考圖7及圖8說明。
配合圖7所示之折反射投影物鏡700，詳細說明此方法。關於物鏡部OP1、OP2、OP3之數量及順序、物鏡部的特性(折射或純反射)、中間影像IMI1、IMI2的大概位置、以及如所有光學元件具有一個共同的直線光學軸AX之線上系統的架構，光學系統的基本佈局與圖3的實施例相同。因此，參考上述的個別敘述。透鏡的數量、位置、及/或表面形狀，以及凹面鏡CM1、CM2為不同的。
投影物鏡700是針對標稱UV操作波長λ=193nm而設計。在具有尺寸26mm x 5.5mm且自光學軸偏離4.58mm之矩形偏軸影像場，當具有折射率nI=1.65的浸潤液體呈現在影像空間時，於縮減倍率4：1(β=-0.25)得到影像側數值孔徑NA=1.55。由平透鏡PCL形成的凸浸潤透鏡組，是由陶瓷鎂鋁氧化物(MgAlO4)所製成，亦表示為尖晶石，在λ=193nm具有折射率n1.92。所有其他的透鏡由熔融矽土製成。設計物場的半徑RDOF(亦稱物場高度OBH)為65.8mm。規格顯示於表7及7A。
作為特別的特徵，最佳化總設計，以避免在透鏡表面發生非常大的入射角，如下所詳述。
從物件表面OS通過朝向影像表面IS的輻射束，藉由複數入射到或從具有複數個別入射角AOI的光學表面射出的光線所形成。一般而言，在光學表面預定位置的光線的入射角(AOI)，是在光學表面位置的光線傳播方向與在入射位置垂直於光學表面的表面之間的夾角。於此應用中，使用以下定義：在透鏡的進入表面，入射角定義於入射光線與表面法線之間，而在透鏡的射出表面，入射角定義於射出光線與表面法線之間。因此，根據定義，在光學厚介質(例如玻璃或透明晶體)與光學薄介質(例如空氣或其他氣體)間的介面的入射角，是在光學薄介質量測。當複數非平行光線入射到光學表面時，可決定最大入射角AOIMAX，其為在個別光學表面上任何位置發生的最大入射角。
光學系統最佳化成，使除了投影物鏡的最後透鏡表面(即平凸透鏡PCL的平射出表面)，沒有透鏡表面受到具有入射角超過50.7°的輻射，其為整個投影物鏡的最大入射角AOIMAX，以及發生在影像側倒數第二個透鏡L3-9的非球面射出側。
幫助降低發生在光學系統內之最大入射角的技術手段，包含提供大量的非球面表面，亦可包含更高階的非球面。
投影物鏡可包含至少一「雙非球面」。於此所用的「雙非球面」一詞，描述兩個非球面透鏡沿光學路徑彼此直接跟隨的狀況。雙非球面可藉由使兩個分開相鄰透鏡的表面面對面形成，或在透鏡表面皆為非球表面之雙非球面透鏡(雙非球面)上而形成。投影物鏡可包含至少一個三非球面(三個緊密連續的非球形表面)或更高階的多個非球面，其提供4、5、6、或更多緊密連續的非球形表面。
具體而言，將最後中間影像IMI2成像到影像表面IS的第三物鏡部OP3，包含七個「雙非球面」。舉例而言，在填充有空氣或其他氣體的空間兩側成對的緊密連續非球面，形成在透鏡L3-3及透鏡L3-4之間，在透鏡L3-5及透鏡L3-6之間，在透鏡L3-6及透鏡L3-7之間，以及在透鏡L3-8及透 鏡L3-9之間。再者，第三物鏡部OP3包含三個雙非球面透鏡(雙非球面)，即透鏡L3-6、L3-7、及L3-9。
針對k=1.24，NA/nI=k sin(AOIMAX)的條件成立，表示雖然影像側NA極高，但是最大入射角相當小。
當最佳化光學系統以避免非常大的入射角時，可利用具有相當小角帶寬的介電多層抗反射塗層。如於此所用的，「角帶寬」(或接收角)一詞表示在預定入射角中心周圍的入射角範圍，其中抗反射塗層提供的殘餘反射低於臨界值，例如低於1%或低於0.5%的殘餘反射。當需要較大角帶寬時，典型使用具有多於三層的抗反射塗層，而所需的角帶寬較小時，可使用具有小量個別層(例如三層或更少層)的抗反射塗層。在多層抗反射塗層中常看到的此種效應顯示於圖8，其顯示塗佈有抗反射塗層之介面的平均透射TAV[%]為入射輻射的入射角AOI的函數。
曲線T1對應3層的AR塗層，而曲線T2對應6層的AR塗層。
當抗反射塗層的單層數量低時，可使塗佈材料的總體積保持很小。再者，在相鄰材料(基板及第一層，第一層及選擇性的隨後層)間的介面數目可保持很小。再者，若單層是由對個別波長範圍為實質透明的材料製成(即對個別波長範圍有非常低的特定吸收)，則在多層堆疊中的吸收程度可保持很低，藉此增加透射率。參考圖8，具有與實線透射曲線T3之透射相依的角度的3層的抗反射塗層，可用於高達約50°的入射角，並在此角範圍的大部分地方提供少於約1%或甚至少於約0.5%的殘餘反射。另一方面，若針對超過50°的入射角也需要降低反射效應，則較佳使用具有與透射曲線T2之透射相依的角度的抗反射塗層，因為AOI>50°時，透射較高。此AR塗層具有6層個別層。
顯然若需要投影物鏡有大的總透射，則較佳使用具有較小入射角接收範圍但對應較高透射的抗反射塗層。結果，當最佳化投影物鏡的光學設計以避免大的入射角時，透鏡表面可塗佈有低吸收、高透射的多 層抗反射塗層，其具有小量單層，例如三層或更少。另一結果為，由於在入射角範圍中最大透射值與最小透射值間的差異，在最大入射角的限制為例如約50°或更少的條件下比較小，對具有簡易結構之低吸收、高透射抗反射塗層(根據透射曲線T1)而言，抗反射塗層對均勻性誤差的貢獻較小。
於圖7的實施例中，各透鏡表面塗佈有具有表B之基本設計的三層的抗反射干涉塗層。針對梯度抗反射塗層，界定幾何層厚度變化的參數ai表示於表D。顯然不同的透鏡表面，梯度函數不同。
當使用上述參考照射設定(x極化y雙極)時，投影物鏡的總透射為77.1%。極化均勻性誤差為0.28%，其顯著小於上述參考系統的對應值，在所有透鏡表面具有梯度折射率奈米結構抗反射塗結構。
於此界定的均勻性U及極化均勻性UP僅為許多性能參數的其中兩個，性能參數係關於影像形成在相當大的有效影像場平坦度，可用作量化特性化光學系統的光學性能的手段。一般而言，其他參數例如橢圓率或積極遠心度，亦可利用說明所述的手段改善，因此可用作顯示在總透射T與在有效影像場影像形成平坦度個別量化指示間有良好平衡的指標。
以說明上述較佳實施例做為範例。從提供的揭露中，熟此技藝者不僅可了解本發明及其優點，亦可明顯得知所揭露的結構及方法可有更種改變及修改。因此，意欲涵蓋落在本發明精神及範疇中的所有改變及修改，如申請專利範圍及其均等所界定。
所有申請專利範圍的內容作為說明的部分供參考。
以下列表摘錄上述實施例的規格。於表中，欄1表示折射表面或反射表面或某程度不同的表面的號數，欄2表示表面的半徑(曲率半徑)(單位為mm)，欄3為表面與後續表面間的距離d，亦表示為厚度(單位為mm)，而欄4為光學元件的材料。欄5為材料的折射率，而欄6為透鏡表面或其他表面的光學自由半徑或光學自由半直徑(或透鏡高度)(單位為mm)。半徑r=0對應平面表面。
表或數個表指定有與個別圖式相同的號數。具有標號「A」的表，表示對應非球面或其他相關的資料。根據以下規格計算非球形表面：p(h)=[((1/r)h2)/(1+SQRT(1-(1+K)(1/r)2h2))]+C1*h4+C2*h6+..
於此案例中，半徑的倒數(1/r)表示表面曲率，而h表示表面點與光學軸之間的距離(即光線高度)。結果，p(h)表示所謂的矢，換言之為表面點與表面頂點在z方向(光學軸方向)間的距離。常數k為固定常數，而參數C1、C2為非球面常數。
300‧‧‧投影物鏡
AX‧‧‧直線光學軸
CM1、CM2‧‧‧凹面鏡
CR‧‧‧投影路徑
IMI1‧‧‧中間影像
IMI2‧‧‧中間影像
L1-1至L1-11、L3-1至L3-13‧‧‧透明光學元件
IS‧‧‧影像表面
OP1‧‧‧第一折射物鏡部
OP2‧‧‧第二物鏡部
OP3‧‧‧第三折射物鏡部
OS‧‧‧物件表面
P1、P2、P3‧‧‧瞳表面
PCL‧‧‧平凸透鏡

Claims (19)

  1. 一種折反射投影物鏡，包含：複數光學元件，配置成利用界定一操作波長λ之電磁輻射，於一影像側數值孔徑NA，將一圖案從在該物鏡之一物件表面之一物場成像到在該物鏡之一影像表面之一影像場，該等光學元件包含：至少一凹面鏡，具有塗有一反射塗層之一鏡表面；複數透明光學元件，包含一或更多光學表面提供有一第一抗反射結構，其包含具有一折射率梯度之一梯度折射率層，在該梯度折射率層之一基板側有一相對高的折射率，且在鄰近該梯度折射率層之一自由表面具有與一氣體之折射率接近之一相對低的折射率；以及至少一透明光學元件，具有一光學表面提供有建構成一多層干涉抗反射塗層之一第二抗反射結構；其中該投影物鏡具有一影像側數值孔徑NA1、一總透射T70%、以及一極化均勻性誤差UP 0.5%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該等透明光學元件之所有光學表面的至少90%提供有一第一抗反射結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該投影物鏡具有透明光學元件之30個或更多個的光學表面，且其中僅一個、僅兩個或僅三個光學表面提供有一第二抗反射結構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中提供有該第二抗反射結構之該光學表面係配置在該光學表面上之一最大入射角少於該投影物鏡之所有光學表面之一最大入射角的80%的一位置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該第二抗反射結構包含一梯度抗反射塗層，其中層的一幾何層厚度係依據在該光學表面之位置而變化，使得針對該光學表面上之每一位置，該抗反射塗層係有效地降低在入射角之一個別局部範圍中的反射。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該梯度抗反射塗層之層的幾何層厚度係變化，且幾何層厚度的一最大值出現在靠近該塗佈之光學表面的一外緣的一區域。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該第一抗反射結構包含具有一第一材料之奈米結構的一梯度折射率層，其中該等奈米結構的空間週期小於該操作波長λ。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該第一材料對在該操作波長的輻射而言基本上為透明。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該操作波長在155奈米至250奈米之間的範圍。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之投影物鏡，其中該等奈米結構係與該光學元件之一基板整合而形成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該投影物鏡為組態以將配置於該物件表面之一偏軸物場成像至配置於該投影物鏡之該影像表面之一偏軸影像場的一折反射投影物鏡，且包含至少一凹面鏡。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該投影物鏡具有至少一中間影像。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該投影物鏡為組態以將配置於該物件表面之一偏軸物場成像至配置於該投影物鏡之該影像表面之一偏軸影像場的一折反射投影物鏡且包含至少一凹面鏡，其中該投影物鏡包含至少一中間影像。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，其中該投影物鏡設計成一浸潤物鏡，其對於成像像差係適用於一濕製程，其中在該投影物鏡之一射出表面與該影像表面之間的一影像空間係以具有折射率顯著大於1的一浸潤介質填充。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之投影物鏡，其中當結合具有折射率nI>1.3的一浸潤介質使用時，該投影物鏡具有一影像側數值孔徑NA>1.0。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之投影物鏡，包含：一第一折射物鏡部，從來自該物件表面之輻射產生一第一中間影像並包含一第一瞳表面；一第二物鏡部，包含將該第一中間影像成像為一第二中間影像的至少一凹面鏡，並包含與該第一瞳表面光學共軛的一第二瞳表面；以及一第三折射物鏡部，將該第二中間影像成像到該影像表面並包含與該第一瞳表面及該第二瞳表面光學共軛的一第三瞳表面。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之投影物鏡，其中該投影物鏡形成正好兩個中間影像。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之投影物鏡，其中該第二物鏡部具有正好兩個凹面鏡，其每一者係光學地遠離一瞳表面。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之投影物鏡，其中該投影物鏡具有所有光學元件共用的一直線光學軸。
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