CN100587601C

CN100587601C - 用于平板显示器的像差可校正大视场投影光学系统

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Publication number: CN100587601C
Application number: CN200410061767A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·D·哈恩德; 帕特里克·得·加格; 桂程群
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: US20070195304A1; SG110098A1; US7405802B2; JP5121588B2; KR20050002660A; JP2008233932A; EP1494076A3; US7643128B2; CN1577102A; TW200508815A; US20040263429A1; KR100832509B1; TWI309754B; JP2005025199A; EP1494076A2; US20050237505A1; US7158215B2

Abstract

一种用于制作平板显示器(FPD)的曝光系统，包括适宜支承掩模版的掩模版台。一个基板台，适宜支承基板。一个反射光学系统，适宜把掩模版成像在基板上。该反射光学系统包括：包含第一反射镜及第二反射镜的主反射镜，和副反射镜。当把掩模版的像通过第一反射镜、副反射镜、和第二反射镜的反射，投射在基板上时，该反射光学系统有足够的自由度用于调整和校正三级像差。

Description

用于平板显示器的像差可校正大视场投影光学系统

技术领域

本发明涉及制作大型平板显示器(FPD)时，在电路图形印刷中使用的投影光学系统，更具体地说，是涉及一种相对地紧凑的光学设计方式，它提供像差和放大率校正，并有助于高的FPD生产率。

背景技术

液晶显示器，或平板显示器(FPD)的制作，涉及与制造计算机芯片的集成电路(IC)工业类似的制作工艺。用曝光系统投射含有电路图形的掩模版的像，以便使涂布光致抗蚀剂的基板曝光。在用标准的微光刻技术处理已曝光的基板之后，建立了实在的电路。该曝光过程与特定的FPD设计有关，可能在一块基板上，用有不同电路设计的掩模版重复多次。当所有曝光和微光刻技术处理步骤完成，已经建立了需要的电路图形时，再使基板与其他部件集成，建立平板显示屏。

虽然自1980年以来，FPD已经投入生产，当前对FPD的尺寸要求高达42英寸对角线，而54和60英寸对角线也正在研制。这对投影光学系统使用的光学装置提出严格的要求。特别是，现有的许多光学设计方式，如果按比例放大到42英寸(或更大)的FPD制作尺寸，则变得难以置信地大，特别是在光学加工和组装方面。

通常在平板显示屏上按光刻技术印刷电路，有两种不同的成像过程。在U.S.Patent No.5,625,436、U.S.Patent No.5,710,516、U.S.Patent No.4,769,680、和U.S.Patent No.5,710,619中说明的光刻设备，是把小面积的FPD电路设计的像，拼接在一起，建立完整的电路。虽然用拼接成像技术，已经生产了高达18英寸、有可接受的质量和成本的FPD屏，但在拼接中固有的误差，导致制作较大显示器时非常低的成品率和勉强可接受的质量。因为低的成品率，大的FPD电视产品价格，从FPD制造商的营销观点看，已经高得不可接受。作为剩余拼接误差的结果，从消费者对FPD电视高价格的评判，那么FPD电视的质量水平，不比常规电视好多少。

拼接中遇到的主要问题是，用于建立完整FPD电路图形的相邻的小的像，没有相互对准。在光学成像配置中，图形对准误差有许多来源。但是，大多数误差与成像过程要求使用许多透镜系统和掩模有关。未对准误差导致FPD电路的电连接问题，和/或屏上的像有视觉上讨厌的不连续。还没有找到好的解决方案，完全消除这些与拼接相关的问题。因此，FPD的制作，宁可用全场成像或扫描系统，而不用采用拼接的任何光学设计配置。

与制作42英寸全视场扫描兼容的、工作在1X或别的放大率的光学设计，要求非常大的透镜和/或反射镜。要印刷42英寸的FPD，光刻设备必须有的最小狭缝高度约525mm。(注意，虽然在美国，屏尺寸通常用英制表示，而光学设计及设备尺寸通常用公制表示。)光学设计方式是远心的这一要求，导致光学设计中的一个单元，直径最低限度是525mm或更大，通常向FPD制造商推荐的光学设计方式，最低限度是1,200mm。

对1X折射和反射折射设计方式，最少需要一打而多时要数打透镜和反射镜。由于折射单元中的色差和透镜材料中折射率的均匀性问题，用折射单元的光学设计来印刷42英寸和更大FPD电路，达到光学性能要求，是极其困难和非常昂贵的。即使优化光学设计，使色差最小，但对可用的光源光谱带宽仍有实际上的限制。降低可用的光谱带宽，导致更少的光可用于使光抗蚀剂曝光。因此，折射的和反射折射的制造设备，每小时生产的FPD，比没有色差的光学设计方式更少。较低的生产率导致FPD电视更高的成本。

除去成本的缺点外，折射和大多数反射折射设计方式的像的质量及畸变，被材料的不均匀性损害，材料的不均匀性降低像的质量并产生畸变。虽然透镜材料不均匀性的误差，能够部分地在玻璃生产中，或在透镜的光学加工过程中补偿，但这两种方法都显著加大成本。在光学设计中，要使透镜的物理尺寸最小而优化的系统，有许多单元，然而，优化为只有少量单元的设计，却有非常大的单元。无论如何，不论哪种情况，在两种设计中需要的玻璃的总厚度，将导致难以接受的与不均匀性相关的问题。因此，对生产近24英寸和更大FPD的设备的光学设计方式，需要广泛使用折射材料制作，这是极其昂贵的或不可能制成的，因为具备这种质量水平的玻璃，目前市场上还没有。

工作在1X放大率的反射光学设计方式，已经成功用于微光刻技术工业，包括FPD的生产。一种ASML Micralign设计方式，第一次在U.S.Patent No.3,748,015中说明，该设计方式画在图1A，已经用于32英寸FPD的制作。图1A的设计有两个球面反射镜：凹的主反射镜101和凸的副反射镜102。注意，如图1A所示，主反射镜两次用作反射器。在其上画了需要的FPD电路图形的掩模版103，相对于该光学系统的光轴离轴放置。掩模版103的像，投射在基板104上，基板104与掩模版对称地置于光轴的两侧。按照这种设计方式，两个球面反射镜的配置，是要在环形场上(环形场的光学设计概念，在U.S.Patent No.3,821,763中说明)获得良好的像的质量和低的畸变。在该设计中像差的校正，是利用同心的光学表面，通过按特定关系选择表面的曲率半径，并使掩模版及FPD基板相对于光学系统的对称排列而实现的。具体说，凸反射镜的曲率半径是凹反射镜曲率半径的一半。(注意，用两个凸和一个凹的反射镜，代替两个凹和一个凸的反射镜，也是可以的，但这样的设计要难得多。)

使用这些光学设计原理，导致光学系统自然地校正球面像差、慧形像差、和畸变。该设计方式有基本的像散量，该像散量与掩模版的大小和系统工作的数值孔径有关。校正像散的能力是十分重要的，因为对该光学设计方式，像散限制了可用的狭缝宽度，该狭缝宽度又决定FPD基板的生产率。通过使表面与同心度小的偏离，或通过凸反射镜曲率半径小的改变，能够在有限的范围内校正像散。

虽然该设计方式能满足印刷32英寸FPD的光学性能要求，但以特定的分辨率比较，像的质量和畸变已经是再好不过的了，而对42英寸的显示器，要求通常还必须加重。当使42英寸显示器成像时，因为像散的大小增加，从生产率的观点看，可用的狭缝宽度小得难以接受，这一点在下一段还要讨论。同样，按比例把32英寸设计放大到印刷42英寸的FPD，导致光学系统中反射镜之一最小要1.2米直径。如此尺寸的反射镜，就它的物理大小方面和它近似700kg的重量方面，对光学加工是个复杂的和非常难于组装的问题。还有，如此大和重的光学装置，通常还遇到安装、调整、和重力引起的形变问题。与之相比，制作32英寸的FPD，设备中最大的反射镜约800mm直径，重量在200kg量级。

在图1A的两反射镜设计中，掩模版上的弓形区形成在FPD的基板上，如图1B所示。在图1B中，A是黑(sable)的狭缝宽度。B是狭缝中线。在中线的两侧，光学性能变坏。性能下降的速率，一般随离开狭缝中线B距离的增加成指数地增加。C是狭缝高度。FPD对角线尺寸从42到60英寸。纵横比(高度对宽度)一般的工业标准是16∶9。较大的FPD对角线尺寸导致增加狭缝高度。狭缝高度的范围从42英寸对角线的550mm，到60英寸对角线的775mm。工作时，从左到右(或相反)扫描狭缝来印刷FPD电路图形。在任一时刻，只有狭缝定义的面积在FPD上曝光。

为把FPD基板的整个电路图形成像，在掩模版的整个宽度上扫描弓形视场。在光致抗蚀剂涂布的基板上建立电路图形的像。弓形的高度被设计成与FPD屏的垂直轴相同，对42英寸屏约为525mm。这样能使电路图形在单次扫描中成像在基板上。对42英寸FPD，屏宽约930mm。

弓形表面的宽度，依赖于优化的光学设计的残留误差。为获得高的生产率，需要大的缝宽。较大的缝宽导致每单位时间有更多的光子到达抗蚀剂。在印刷电路图形时，每单位时间更多的光子数，得到更短的曝光时间，因而每小时能印刷更多的FPD基板。根据FPD设备光源系统的通常的功率，最低限度5mm的弓形宽度是需要的。

重要的是要指出，在1X光学系统中，随着FPD尺寸的增加，残留的像差也增加。不仅残留像差的数值随FPD大小增加，还有从前因为小而忽略的像差，现在达到光学设计优化过程中必需考虑的数值。像差不是随FPD大小线性地增加的。相关的像差随FPD大小的平方、四次方、和六次方地增加。

为了满足印刷FPD电路图形必需的像质量和畸变的要求，必须把这些像差的数值降低到可以接受的水平。调节各种参数，如光学表面曲率、表面形状、光学单元间隔、孔径光阑位置，等等，能够控制像差的数值。对光学设计领域的熟练人员，众所周知的原理是，能够校正的不同像差数，直接与可用于调节的参数的数，或自由度有关。例如，六个自由度可以校正六种像差(“校正”是指可以改进某一像差的数值)。但是，同样是这六个自由度，还必须用于控制光学设计的其他方面，如一阶设计特征数值、焦距、后工作距离、等等。因此，计及控制一阶设计特征必须的自由度之后，原来的六个自由度只剩下一个或两个可用于校正像差。遗憾的是，某些被认为“自由度”的光学设计变量，对像差的相对数值影响非常小。虽然一个光学系统可以有六个自由度，六个变量中只有四个可以有效地影响像差的数值。因此，自由度数在光学设计方式中是重要的因素。从像差校正方面来看，有许多自由度的设计方式，将比只有少量自由度的设计方式，能获得更优越的性能。

在U.S.Patent No。3,748,015中说明，在常规两反射镜系统的设计中，只有9个自由度：物平面和凹反射镜101之间的间隔；凹反射镜101和凸反射镜102的曲率半径；凹反射镜101的x和y倾斜；凹反射镜101到凸反射镜102的距离；凸反射镜102的x和y倾斜；和凹反射镜101到像平面的距离。(对球面反射镜，横向位移，或偏心，等效于使表面倾斜。)在光学设计过程，这些自由度中的六个，必须用于控制数值孔径、放大率、焦距、和调整有关误差。余下的三个变量，对控制所有像差加上任何其他光学性能的考虑，如远心度，是不够的。

因此，对大尺寸FPD的制作，需要有某种光学设计方式，在设计中能使用相对少的光学装置，又有足够的自由度，可供校正所有关键像差及有关的光学性能考虑之用。

发明内容

本发明针对具有放大率和像差可校正性的大视场投影光学系统，用于大的平板显示器制作，能基本上缓解相关领域中的一个或多个问题及缺点。

相应地，本发明提供一种曝光系统，用于制作平板显示器(FPD)，该曝光系统包括适宜支承掩模版的掩模版台。一基板台适宜支承基板。一反射光学系统适宜把掩模版成像在该基板上。该反射光学系统包括：分为第一反射镜和第二反射镜的主反射镜；和副反射镜。当把掩模版的像通过第一反射镜、副反射镜、和第二反射镜的反射，投射在基板上时，该反射光学系统有足够的自由度，用于三级像差的调整和校正。

另一方面，是提供一种曝光系统，用于制作FPD，该曝光系统包括适宜支承FPD基板的基板台。一反射光学系统适宜把掩模版成像在FPD基板上，该反射光学系统只包括第一反射镜、第二反射镜、和副反射镜，作为它的弯曲反射单元。该反射光学系统至少有14个自由度。

另一方面，是提供一种单位放大率的环形场光学系统，用于FPD制作，该光学系统包括含有FPD电路图形的掩模。一投影光学系统把掩模的像投射在基板上，该投影光学系统包括第一凹反射镜及第二凹反射镜、和一凸反射镜。两个凹反射镜的曲率中心基本上与凹反射镜重合，并基本上相对于凸反射镜对称地放置。凸反射镜的曲率半径是凹反射镜曲率半径的一半。在这些设计方式中，这些反射镜是非球面的，它们的曲率中心基本上重合，而凸反射镜曲率半径名义上是凹反射镜曲率半径的一半。该种反射光学系统方式，比前面说明的两个非球面反射镜设计方式，多10个自由度。与U.S.Patent No.3,748,015中的两个球面反射镜设计相比，这些额外的自由度可用于改进投影光学装置的性能。由于把单个凹反射镜分为两个反射镜而成为可用的额外自由度，对使用该光学系统时需要调节物平面位置和/或像平面位置及放大率，是十分重要的。对物和/或像及放大率的任何调节，也将导致引进不需要的像差。这些像差，能够用因凹反射镜的分解而成为可用的一个或多个额外自由度来校正。

另一方面，是提供一种单位放大率的环形场光学系统，用于FPD制作，该光学系统包括含有FPD电路图形的掩模。一投影光学系统把掩模的像投射在基板上，该投影光学系统包括第一凸反射镜、第二凸反射镜、和一凹反射镜。该第一和第二凸反射镜，它们的曲率中心基本上与凹反射镜的曲率中心重合。该第一和第二凸反射镜，基本上相对于凹反射镜的中心轴对称地放置。凹反射镜的曲率半径是凸反射镜曲率半径的一半。

另一方面，是提供一种曝光系统，用于制作FPD，该曝光系统包括：电磁辐射源、支承在掩模版台上的掩模版、和适宜把掩模版成像在基板台支承的基板上的反射光学系统。该反射光学系统只包括三个会聚反射表面，即包括第一反射镜及第二反射镜，和副反射镜。该反射光学系统有足够的自由度，用于调整和校正三级像差。

本发明另外的特性和优点将在下面的说明中阐明。本发明的优点将通过书面说明中特别指出的结构来实现和获得。

应当指出，前面的一般说明和后面的详细说明，是示例性的和示范性的，并用于给出本发明的进一步解释。

附图说明

图1A画出常规的、在FPD制作中使用的两反射镜投影光学系统。

图1B画出形成在FPD基板上的掩模版的弓形区。

图2画出图1中环形场光学设计方式的弓形狭缝状特征。

图3画出本发明的投影光学系统。

图4画出凹反射镜上使用的实际面积。

图5表明在新的光学设计方式中，反射镜缩减的尺寸。

图6画出本发明具有校正器透镜的投影光学系统。

图7画出本发明光学系统的光线跟踪图的一个例子。

图8以曲线形式画出图7的光学系统的光学性能。

图9画出本发明光学系统的光线跟踪图的一个例子。

图10以曲线形式画出图9的光学系统的光学性能。

具体实施方式

现在详细参考本发明的实施例，其中的例子在附图中画出。只要可能，用相同的参考数字表示不同图中相同的单元。

图2表明，在图1的常规两反射镜投影光学系统中，主反射镜101是如何只有一小部分被实际利用的。反射镜101只有一小部分被利用的事实，提供把反射镜101分为两个分离的反射镜的基本理由，两个分开的反射镜的大小，比不用两个反射镜而用单个主反射镜必需的大小还小。在本发明中，借助把主反射镜分为两个，能够调节像方性质而不影响物方性质。

现在说明一种用于1X光刻设备的新的光学设计方式，它与当前的光学系统相比，特别是与那些用于印刷42英寸对角线大小和更大的，例如54或60英寸对角线的平板显示器(FPD)的光学系统相比，有值得注意的优点。新的设计方式，在大小、重量、光学可加工性、机械安装、光学系统调整、补偿调节的选项、组装、和成本方面，都优于常规的设计。

新的光学设计方式，采用非球面的光学表面。非球面表面与现有技术的球面光学设计方式相比，能实现优良的分辨率、较小的光学畸变、和较好的远心性。新的设计使用三个反射镜-两个凹的和一个凸的-这些反射镜相互对准，使它们的曲率中心名义上重合。掩模版和基板名义上沿垂直光轴的平面，放在反射镜的曲率中心位置。通过使反射镜的曲率中心基本上重合，对该三反射镜设计在环形视场上除像散外的所有三级像差加以校正，而像散只能在环形场的一个位置上被校正。在需要的环形场上的三级像散、高级像差、和远心性，能够通过因非球面表面而增加的可用自由度校正。本领域熟练人员可以用商业上的光学设计程序，如Code 5^TM或Zemax^TM，容易地计算非球面项，把像差校正到可接受的程度。

虽然对反射镜，只有一组非球面项将导致最佳的光学性能，但有许多非球面项的组合，将导致可接受的光学性能。

各个反射镜的曲率半径、反射镜间的间隔、和同心的曲率中心条件，在计算非球面项的光学设计过程中，也可以调节。添加这些自由度，可以降低为达到需要的光学性能而要求的非球面项数。降低非球面项数将导致更多的光学制造公司能加工这些反射镜并降低反射镜的价格。

通过添加该单元可用的设计变量来重复光学设计过程。虽然通过向只用三个反射镜优化的设计添加校正器，有可能获得优异的性能，但该系统获得的性能，将不如同时用所有可用的自由度把设计优化那样优异，因为这样的设计有明显的优点。

为校正像差，可以相对于曲率中心位置调节1-2mm左右。凹反射镜是相对于凸反射镜中心轴对称地放置的，为校正像差，在这里调节1-2mm左右也是可以的。

此外，稍稍改变凹反射镜之一的曲率半径，能够校正五级像散，同时仍使系统保持某种程度的Petzval曲率，能使需要的视场上达到分辨率要求。

新的光学设计方式与常规设计方式比较，对整个场的扫描，至少有10个额外的自由度。这些额外的自由度能用于补偿系统的其他误差，如镀膜误差、重力引起的光学装置形变、光学装置安装引起的畸变，等等。如有必要，这些额外的自由度还能用于放宽光学系统中部件的某些光学规格。

虽然非球面能够取数学上能描述的任何表面形状，但通常是用偶数或奇数的高阶多项式表示。下面的方程式是用于描述非球面的偶数高阶多项式例子：

z = \frac{{Cy}^{2}}{1 + [1 - (1 + K) C^{2} y^{2}]} + {Ay}^{4} + {By}^{6} + {Cy}^{8} + {Dy}^{10}

这里z是非球面表面对基本球面表面的径向偏差；C是球面表面曲率半径的倒数；y是表面位置；K是非球面偏差项，通常称为圆锥常数；A、B、C、D一般称为多项式每一高阶项的系数。

上述方程式是“偶数”高阶多项式的例子。在光学设计过程中，除了作为设计变量自由度的反射镜表面曲率半径外，由偶数阶多项式描述每一表面，可以获得额外的自由度K、A、B、C、D等等。作为有了这些额外自由度的结果，能够校正比U.S.Patent No.3,748,015中说明的1X光学设计方式更多的像差。

设计中使用的非球面项数，与可接受的光学设计偏差有关。圆锥常数K，和四个高阶非球面系数A、B、C、和D，可导致印刷42英寸FPD电路使用的投影光学系统可接受的性能，以及需要的物和像位置、放大率、和弓形狭缝宽度。

因为两个凹反射镜能够独立地移动，所以能够调节系统的放大率，而在现有技术中，这是不可能的。

在本设计方式中，凹的和凸的反射镜的曲率中心，基本上是重合的，且凸反射镜的曲率半径，名义上是凹反射镜的一半。除了如U.S.Patent No.3,748,015两反射镜设计的投影光学装置光学设计一样，每一反射镜的曲率半径可以作为变量外，还把非球面分量添加到凹反射镜中。非球面度的不同形式和类型，可以添加到每一表面。添加到每一反射表面的每一非球面项，是另一个光学设计变量。因此，在光学设计过程中，可以合理地把5个额外变量添加到凹表面。设计中使用的非球面项数，与可接受的光学设计偏差有关。圆锥常数，和四个高阶非球面系数，可导致用于印刷42英寸FPD电路的投影光学系统可接受的性能。反射镜曲率半径、非球面表面、间隔、和倾斜的组合，能使需要的物和像位置、放大率、和像差的校正，达到可接受的水平。

通常，32英寸FPD是用有800mm直径的球面反射镜的光刻设备印刷的。新的光学设计方式能用有800mm直径的反射镜，印刷42英寸的FPD。

新的基本设计，与当前用于制作32英寸显示器的两反射镜设计，有相同的光学性能，但用明显小得多的反射镜。印刷42英寸FPD，反射镜的尺寸是光刻设备的关键问题。两反射镜设计要求系统中的反射镜之一＞1.1米，而本发明的三反射镜设计，最大的反射镜尺寸约750mm(并可大致成比例地线性放大到54和60英寸对角线的FPD)。

因此，制作平板显示器(FPD)的名义上1X的光刻曝光系统，包括适宜支承掩模版的掩模版台。基板台夹持基板，以便在基板上印刷FPD电路图形。具有数量甚多的自由度的反射光学系统，把掩模版成像在基板上。该反射光学系统包括凹的主反射镜、凸的副反射镜、和凹的第三个反射镜，一个或多个这些反射镜有非球面表面。

在本基本设计方式中，该两个凹反射镜的曲率半径和非球面外形，名义上是相同的，该凸反射镜的曲率半径，名义上是凹反射镜曲率半径的一半，且所有反射镜的曲率中心，基本上是重合的。图3表明本光学设计方式。准确的曲率半径和反射镜表面的非球面表面类型，依赖于FPD掩模版的尺寸和在工作狭缝宽度上要求的光学性能。向光学设计添加非球面表面的优点是，增加光学设计过程中可用的自由度数。

本发明是通过把常规光学设计中的单个凹反射镜，分为两个反射镜而起作用的。图3表明为什么这样做能实现并导致比常规设计更小的反射镜。通过把设计中一个大的凹球面反射镜，分为两个反射镜301a、301b，光学设计中反射镜301a、301b的大小显著缩减了。把一个光学表面分为两个，并减小该单元的尺寸，对光学加工、光刻设备的尺寸是有利的，并在校正光学系统调整误差中增加灵活性。

从图3可见，本发明的投影光学系统包括凹的主反射镜301a、副反射镜(凸的)302、和凹的第三个反射镜301b。掩模版303离轴放置(即在轴306外)。掩模版303的像被投射在基板304上。

在图3所示系统中，凹反射镜301a、301b是非球面的，并相对于副反射镜302中心对称地放置。凹反射镜301a、301b通常有相同的曲率半径(虽然不一定总是如此)。副反射镜302的曲率半径约为凹反射镜301a、301b曲率半径的一半。

图3的配置能使用比等效的单位放大率系统更小的反射镜，所以用两个反射镜301a、301b代替单个大的凹反射镜。凹反射镜301a、301b的曲率中心可以移动，以便补偿任何放大率调节、残留的光学加工误差、镀膜误差、或安装误差带来的像差。换句话说，额外自由度的可用性有利于对额外的像差加以补偿。

此外，根据上述非球面方程式的设计配置，具有比图1A的设计方式更优良的光学性能，图3的设计方式，在凹反射镜尺寸和重量两方面比图1A的凹反射镜更小、更轻。更小尺寸的反射镜的优点，包括降低光学加工的成本、重力对反射镜表面形状产生的不必要形变更小、和易于安装在光刻设备中。

图4画出凹反射镜上使用的实际面积，还表明为什么该两个凹反射镜301a、301b能够代替单个的凹反射镜。

对每一自由度，可以校正一种像差。注意，增加反射镜数，或增加设计中描述非球面表面的非球面项数，直接与光学设计和调整时的可用自由度数有关。

还有，反射镜301a、301b的非球面化不一定相同。当凸反射镜302被抛光时，有某种程度的像散。可以改变凹反射镜301a、301b的形状，以便引进相反的像散量，消除整体的像散。另外，可以只使凹反射镜301a、301b之一有目的地不对准，以便消除因加工误差引起的像散。图3三反射镜设计的使用，还能校正重力引起的形变，而用两反射镜设计是难以做到的。

除反射镜301a、301b外，副反射镜302也可以是非球面的。

从光学加工的观点看，较小的反射镜301a、301b，比图1A的单个大反射镜设计，有若干值得注意的优点：

基板的价格受基板的总体积和尺寸影响(由于处理、设备、和加工时间)。

产生、研磨、和抛光时间，由于较小基板有较小的总表面面积而减少。

反射镜的尺寸和重量，与标准的商业上光学加工设备相容。

在光刻设备中，降低的反射镜尺寸和矩形形状，导致容易安装、较小的重力引起的形变、和要求较小调整机构。

由于把凹反射镜分为两个反射镜301a、301b和具有非球面表面的额外优点，包括能调节三个反射镜之间的间隔，因而能改变系统的焦距。在两反射镜设计中，调节焦距会引起球差。但是，在三反射镜设计中，在焦距已经改变之后，通过调节两个反射镜的间隔，大多数球差能够消除。

如果光学镀膜过程引进球差和/或像散，重新调节反射镜301a、301b的间隔并使反射镜301a、301b倾斜，能够校正这些误差。

如果任何反射镜的热载荷使反射镜表面形变，产生低级像差，那么改变间隔和/或倾斜，能够校正这些误差。

在两反射镜系统中，是通过改变掩模版的距离调节放大率的。但是，它会引进像差。重新调节反射镜的间隔，可以校正绝大多数波前像差。

反射镜安装引进的表面形状误差，如果它们是低级像差，则能大部分被校正。

光学加工导致曲率半径差错的误差，通过三个反射镜之间间隔的改变，能够大部分被补偿。

如果因为要求大的狭缝宽度，确定需要折射的或反射的校正器，那么，能够用商业的光学设计程序计算光学规格，本领域的一般人员是熟识的。再说，对校正器有许多曲率半径和非球面系数的组合，可以导致可接受光学性能。因此，折射校正器透镜可以加在掩模与光致抗蚀剂涂布的基板之间，或主反射镜之一和/或第三反射镜与光致抗蚀剂涂布的基板之间。与两非球面反射镜设计相比，这些校正器导致更优良的像质量和畸变，以及更宽的工作狭缝，本领域的一般人员是熟识的。

校正器可以设计在掩模版和主反射镜之间的任何位置，或第三反射镜和基板之间的任何位置，只要它们不致引起光晕(像向着像的边缘逐渐模糊)。但是，从光学系统机械安装的实际考虑，校正器的最佳位置是靠近掩模版和基板。在本基本设计方式中，两个凹反射镜的曲率半径和非球面外形，名义上是相同的，凸反射镜的曲率半径是凹反射镜曲率半径的一半，和所有反射镜的曲率中心基本上重合。折射校正器透镜可以取如下形状：平的和平行表面、一个表面平而另一个有非球面外形加在平的表面上、两个表面都是非球面表面、凹凸透镜、在一侧或两侧有非球面的凹凸透镜。在掩模版和基板侧的校正器单元，有名义上相同的光学设计规格。对校正器单元的准确光学规格，依赖于掩模版的尺寸、工作波长、和光学分辨率及畸变要求。

图5画出图3系统的修改。从图5可见，可以靠近掩模版303，或靠近基板304，添加相对薄的平的玻璃板505、506之一，或者二者都添加。玻璃板505、506的厚度，对42英寸FPD制作系统，一般在5-10mm的量级(与FPD尺寸粗略成线性比例)。玻璃板505、506可以用来补偿光学系统中各种像差，本领域的熟练人员是清楚的。玻璃板505、506的厚度，依赖于整个系统的设计和必需校正的像差的数值和类型。

此外，可以用凹凸透镜508或507来进一步校正像差，如图5所示。可以用一个或两个凹凸透镜508、507(还可以与玻璃板505、506一起用)。凹凸透镜508、507，对42英寸FPD制作系统(即，直径约525mm)，一般在1-2cm的量级。

也可以在掩模和主反射镜之间，和/或第三反射镜和基板之间，添加反射的校正器反射镜。校正器可以设计在掩模版和主反射镜之间的任何位置，或第三反射镜和基板之间的任何位置，只要它们不致引起光晕。但是，从光学系统机械安装的实际考虑，校正器的最佳位置是靠近掩模版和基板。与三非球面反射镜设计相比，这些校正器导致更优良的像质量和畸变，以及更宽的工作狭缝。

图6画出该光学设计方式。在本基本设计方式中，两个凹反射镜的曲率半径和非球面外形，名义上是相同的，凸反射镜的曲率半径名义上是凹反射镜曲率半径的一半，而且所有反射镜的曲率中心基本上重合。反射校正器有平的表面、但其上添加需要的非球面成分。在掩模版和基板侧的校正器单元，有名义上相同的光学设计规格。对校正器单元的准确的光学规格，依赖于掩模版的尺寸、工作波长、和光学分辨率及畸变要求。

如图6所示，名义上平的反射镜610、609，可以用作反射校正器。反射镜610、609可以是非球面性的，且可以按45度的角度，或其他与它们的非球面性一致的角度取向。可以使用反射镜609，或者反射镜610，或者两者都使用。另外，或者反射镜609，或者反射镜610，或者两者，可以是会聚反射镜。

用两个例子来说明本发明，显然，与如何定义光学系统优值函数有关，能够产生无数的例子。本领域一般人员显然知道，本发明不受下面的光学规格限制，这些光学规格可以用计算机及熟知的光学设计软件产生。

例1

下表给出例1的示例性光学规格：

图7画出射线追踪图，图8以曲线形式画出例1的光学系统的光学性能。

例2

下表给出例2的示例性光学规格，该例使用折射校正器单元：

图9画出射线追踪图，图10以曲线形式画出例2的光学系统的光学性能。

下表列出用非球面表面获得的光学性能的改进：

注意，精确的光学设计随FPD尺寸改变。换句话说，如果需要的FPD大小变成两倍，则不一定是把所有原来的设计参数简单地乘2。

本领域熟练人员自然知道，不违背本发明的精神和范围，本发明的精神和范围在权利要求书规定，可以在形式和细节上，作出各种变化。因此，本发明的广度和范围，不应受任何上述示范性的实施例的限制，而只应按照后面的权利要求书及其等价叙述定义。

Claims

1.一种用于制作平板显示器的曝光系统，包括：

掩模版台，适宜支承掩模版，该掩模版被配置成图形化一个辐射束；

基板台，适宜支承基板；

反射光学系统，适宜把所述图形化辐射束引导到所述基板上，所述反射光学系统包含主反射镜和副反射镜，主反射镜包含第一反射镜和第二反射镜；

第一校正器，包括位于掩模版台与主反射镜之间的平行玻璃板、或平行玻璃板与凹凸透镜对、或具有非球面外形的名义平面反射镜、或会聚反射镜；和

第二校正器，包括位于基板台与主反射镜之间的平行玻璃板、平行玻璃板与凹凸透镜对、具有非球面外形的名义平面反射镜、或会聚反射镜；

其中，当把掩模版的像通过第一反射镜、副反射镜、和第二反射镜的反射，投射在基板上时，所述反射光学系统有足够的自由度用于调整和校正像差。

2.按照权利要求1的曝光系统，其中所述反射光学系统有1×的放大率。

3.按照权利要求1的曝光系统，其中所述反射光学系统有1×到10×之间的放大率。

4.按照权利要求1的曝光系统，其中所述第一反射镜是非球面的。

5.按照权利要求1的曝光系统，其中所述第一和第二反射镜是凹的，而所述副反射镜是凸的。

6.按照权利要求1的曝光系统，其中所述第二反射镜是非球面的。

7.按照权利要求1的曝光系统，其中所述第一反射镜、第二反射镜、和副反射镜，都是非球面的。

8.按照权利要求1的曝光系统，其中所述副反射镜是非球面的。

9.按照权利要求1的曝光系统，其中所述反射光学系统至少有14个自由度。

10.按照权利要求1的曝光系统，其中所述副反射镜的曲率半径，约为所述第一和第二反射镜曲率半径的一半。

11.按照权利要求1的曝光系统，其中所述副反射镜和所述第一及第二反射镜的曲率中心，名义上是重合的。

12.按照权利要求1的曝光系统，其中由曝光系统曝光的所述基板具有高达约42英寸的对角测量尺寸。

13.按照权利要求1的曝光系统，其中由曝光系统曝光的所述基板具有高达约54英寸的对角测量尺寸。

14.按照权利要求1的曝光系统，其中由曝光系统曝光的所述基板具有高达约60英寸的对角测量尺寸。

15.按照权利要求1的曝光系统，其中由曝光系统曝光的所述基板具有约40英寸至60英寸的对角测量尺寸。

16.按照权利要求1的曝光系统，其中所述第一及第二反射镜的曲率中心是可移动的，以便提供精细的放大率调节。

17.按照权利要求1的曝光系统，其中所述第一及第二反射镜的曲率中心是可移动的，以便使放大率调节产生的像差最小。

18.按照权利要求1的曝光系统，其中所述第一及第二反射镜的曲率中心是可移动的，以便校正任何光学加工、镀膜、和安装引起的残留误差。

19.按照权利要求1的曝光系统，其中所述第一及第二反射镜，有基本上相同的曲率。

20.按照权利要求1的曝光系统，只有第一校正器包括平行玻璃板。

21.按照权利要求20的曝光系统，其中所述平行玻璃板，包括任何光学玻璃、熔融石英、和光学晶体材料。

22.按照权利要求20的曝光系统，其中所述玻璃板，可以是如下形状的任何一种：球面外形、非球面外形、一个平表面和一个球面表面、两个球面表面、一个球面表面和一个非球面表面、及两个非球面表面。

23.按照权利要求22的曝光系统，其中任何球面和非球面表面有凹的曲率。

24.按照权利要求22的曝光系统，其中任何球面和非球面表面有凸的曲率。

25.按照权利要求1的曝光系统，第二校正器只包括平行玻璃板。

26.按照权利要求25的曝光系统，其中所述玻璃板，可以是如下形状的任何一种：球面外形、非球面外形、一个平表面和一个球面表面、两个球面表面、一个球面表面和一个非球面表面、及两个非球面表面。

27.按照权利要求25的曝光系统，其中所述平行玻璃板补偿残留的像差。

28.按照权利要求1的曝光系统，其中第一和第二校正器包括平行玻璃板。

29.按照权利要求28的曝光系统，其中所述玻璃板，可以是如下形状的任何一种：球面外形、非球面外形、一个平表面和一个球面表面、两个球面表面、一个球面表面和一个非球面表面、及两个非球面表面。

30.按照权利要求1的曝光系统，其中第一校正器包括平行玻璃板与凹凸透镜对。

31.按照权利要求30的曝光系统，其中所述凹凸透镜在它的一个或两个表面上有非球面外形。

32.按照权利要求1的曝光系统，其中第一校正器包括有非球面外形的名义上平的反射镜，其定位与所述掩模版成一角度。

33.按照权利要求1的曝光系统，其中第二校正器包括有非球面外形的名义上平的反射镜，其定位与所述基板成一角度并靠近所述基板。

34.按照权利要求33的曝光系统，其中的非球面外形，沿垂直轴和水平轴是不同的。

35.按照权利要求1的曝光系统，其中第一和第二校正器包括名义上平的反射镜，每个名义上平的反射镜具有非球面外形并且其定位分别与所述掩模版和所述基板成一角度。

36.按照权利要求1的曝光系统，其中第一校正器包括有非球面外形的会聚反射镜，其定位与所述掩模版成一角度。

37.按照权利要求1的曝光系统，其中第二校正器包括有非球面外形的会聚反射镜，其定位与所述基板成一角度并靠近所述基板。

38.按照权利要求1的曝光系统，其中第一和第二校正器包括会聚反射镜，每个会聚反射镜具有非球面外形并且其定位分别与所述掩模版和所述基板成一角度。

39.按照权利要求1的曝光系统，其中所述曝光系统是单位放大率的环形光学系统。

40.按照权利要求1的曝光系统，其中所述第一和第二反射镜，基本上相对于所述副反射镜中心对称地放置。

41.一种用于制作平板显示器的曝光系统，包括：

基板台，适宜支承所述平板显示器基板；

反射光学系统，适宜把掩模版成像在所述平板显示器基板上，所述反射光学系统包括第一反射镜、第二反射镜、和第三反射镜，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜作为反射光学系统的会聚反射单元，

其中，当把掩模版的像通过第一反射镜、第二反射镜、和第三反射镜的反射，投射在平板显示器基板上时，所述反射光学系统至少有14个自由度。

42.按照权利要求41的曝光系统，其中所述反射光学系统有1×的放大率。

43.按照权利要求41的曝光系统，其中所述第一反射镜是非球面的。

44.按照权利要求41的曝光系统，其中所述第三反射镜是非球面的。

45.按照权利要求41的曝光系统，其中所述第一、第二、和第三反射镜是非球面的。

46.按照权利要求41的曝光系统，其中所述第二反射镜是非球面的。

47.按照权利要求41的曝光系统，其中所述第二反射镜的曲率半径，约为所述第一和第三反射镜曲率半径的一半。

48.按照权利要求41的曝光系统，其中所述反射光学系统有足够的自由度，用于对准和校正三级像差。

49.按照权利要求41的曝光系统，其中所述反射光学系统有足够的自由度，用于对准和校正像差。

50.按照权利要求41的曝光系统，其中所述第一及第三反射镜的曲率中心是可移动的，以便提供精细的放大率调节和使放大率调节产生的所述像差最小。

51.按照权利要求41的曝光系统，其中所述第一及第三反射镜，有基本上相同的曲率。

52.按照权利要求41的曝光系统，还包括平行玻璃板，至少靠近所述掩模版和所述基板之一。

53.按照权利要求52的曝光系统，其中所述玻璃板有非球面外形。

54.按照权利要求41的曝光系统，还包括第一平行玻璃板和第二平行玻璃板，第一平行玻璃板光学上对准在所述掩模版和所述第一反射镜之间，第二平行玻璃板光学上对准在所述基板和所述第三反射镜之间。

55.按照权利要求54的曝光系统，还包括一凹凸透镜，靠近所述第一平行玻璃板并在所述第一平行玻璃板和所述第一反射镜之间。

56.按照权利要求55的曝光系统，其中所述凹凸透镜有非球面外形。

57.按照权利要求41的曝光系统，还包括有非球面外形的名义上平的反射镜，放在使系统光轴折叠的位置，并且其定位至少靠近所述掩模版和所述基板之一。

58.按照权利要求41的曝光系统，还包括有非球面外形的会聚反射镜，其定位使系统光轴折叠，并且至少靠近所述掩模版和所述基板之一。

59.一种用于制作平板显示器的曝光系统，包括：

掩模，它图形化辐射束；

投影光学系统，把图形化的辐射束投射在基板上，所述投影光学系统包括第一凹反射镜、第二凹反射镜、和凸反射镜；

第一校正器，包括位于掩模版台与投影光学系统之间的玻璃板、或玻璃板与凹凸透镜对、或具有非球面外形的名义平面反射镜、或会聚反射镜；和

第二校正器，包括位于基板台与投影光学系统之间的玻璃板、或玻璃板与凹凸透镜对、或具有非球面外形的名义平面反射镜、或会聚反射镜；

其中，所述第一和第二凹反射镜的曲率中心，与所述凸反射镜的曲率中心重合，所述第一和第二凹反射镜相对于所述凸反射镜中心对称地放置，

其中所述凸反射镜的曲率半径，约为所述凹反射镜曲率半径的一半，和

其中掩模的像，被从第一凹反射镜、凸反射镜、和第二凹反射镜反射，投射在基板上。

60.按照权利要求59的曝光系统，其中所述第一凹反射镜是非球面的。

61.按照权利要求59的曝光系统，其中所述第二凹反射镜是非球面的。

62.按照权利要求59的曝光系统，其中所述凸反射镜是非球面的。

63.按照权利要求59的曝光系统，其中所述反射光学系统至少有14个自由度。

64.按照权利要求59的曝光系统，第一校正器包括平行玻璃板。

65.按照权利要求59的曝光系统，其中所述玻璃板有非球面的外形。

66.按照权利要求59的曝光系统，其中第二校正器只包括平行玻璃板。

67.按照权利要求66的曝光系统，其中所述玻璃板有非球面的外形。

68.按照权利要求59的曝光系统，其中第一校正器只包括玻璃板和凹凸透镜。

69.按照权利要求68的曝光系统，其中所述凹凸透镜有非球面外形。

70.按照权利要求59的曝光系统，其中第一校正器包括有非球面外形的名义上平的反射镜，其定位使系统光轴折叠。

71.按照权利要求59的曝光系统，其中第二校正器包括有非球面外形的名义上平的反射镜，其定位使系统光轴折叠。

72.按照权利要求59的曝光系统，其中第一校正器包括有非球面外形的会聚反射镜，其定位使系统光轴折叠。

73.按照权利要求59的曝光系统，其中第二校正器包括有非球面外形的会聚反射镜，其定位使系统光轴折叠。

74.按照权利要求1的曝光系统，其中当把掩模版的像通过第一反射镜、副反射镜、和第二反射镜的反射，投射在基板上时，所述反射光学系统有足够的自由度用于对准和校正三级像差。