CN1668984A - 投影光学系统、微影方法、曝光装置及使用此装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在宽广视野上以高分辨率投影成像(image)的微影浸没投影系统(lithographic immersion projection system)与方法。上述投影系统与方法包括一个在光进入浸没液体并撞击成像平面之前减少光径的边缘光线角度的最终透镜。

Description

投影光学系统、微影方法、曝光装置及使用此装置的方法
技术领域
本发明涉及一种例如微影系统的投影光学系统。
本发明也有关于一种曝光装置与曝光方法。本发明可应用于一种适合曝光装置在透过微影程序制造半导体组件或液晶显示器组件时使用的高分辨率投影光学系统。
背景技术
下文当中术语”消像散器”(anastigmat)是指用以降低像散现象(astigmatism)及/或包括球面像差(spherical aberration)的像差的一光学组件或一群光学组件。例如，参考于1992年所出版的Naumann/Schroder，Bauelemente der Optik，Carl Hauser Verlag Munchen Wien，第6版第382-383页对于术语消像散器的讨论。术语”Mangin镜排列”是指包含一凹镜及至少一个接近此凹镜的负倍数(negative powered)透镜的光学组件，其中上述凹镜不需要与上述负倍数透镜接触。
对于用以制造半导体组件或类似产品的微影程序，通常的策略为使用投影曝光装置经由投影光学系统来曝光光罩(mask或reticle)的图案(pattern)成像至涂布光致抗蚀剂(photoresist)的晶圆(wafer)(或玻璃板或类似物品)上。随着半导体组件集积程度的增进，对于投影曝光装置的投影光学系统的可达成分辨率的需求正稳定地增加。
结果，为了满足投影光学系统的分辨率需求，因此必须降低照明光(曝光光线)的波长λ及/或增加投影光学系统的数值孔径(numerical aperture，NA)。尤其，投影光学系统的分辨率是以k·λ/NA来表示(其中k是程序系数)。假定投影光学系统与成像视场(field)之间的介质(通常是例如空气的气体)的折射率为n，且最大入射角度为θ，则在成像侧的数值孔径(NA)能够以n·sinθ来表示。
历史上，微影的分辨率已经通过增加数值孔径(NA)，或降低照明光波长，或上述两者的组合而予以改善。
若尝试采用较大的介质入射角度θ来增加数值孔径，则成像平面上的入射角度以及投影光学系统的射出角度将变大，导致光学平面上的反射损耗增加。因此无法在成像侧确保大且有效的数值孔径。一种用以增加数值孔径(NA)的已知技术为利用例如具有高折射率的液体的介质来充填投影光学系统与成像视场之间的光径。编号为WO 99/49504的专利揭露一种投影曝光方法，此方法照射曝光光束在光罩上并且经由投影光学系统转移该光罩的图案至基片之上，其中若该基片沿着一预定方向移动，则沿着该基片的移动方向传送一预定液体以便充填于该投影光学系统基片侧的光学组件末端与该基片表面之间的空间，其并且揭露一种投影曝光装置，此装置照射曝光光束在光罩上并且经由投影光学系统转移该光罩的图案至基片之上，其中包括：一个在保持该基片时移动的基片平台；一个液体供应装置，用以经由供应管线沿着预定方向供应预定液体，以便充填于该投影光学系统基片侧的光学组件末端与该基片表面之间的空间；以及一个液体回收装置，用以经由该供应管线及所安排的排放用管线从该基片表面回收该液体，以便依照该预定方向将其插入该曝光光束的照射区域，而其中当驱动该基片平台使其沿着该预定方向来移动该基片时，将执行该液体的供应及回收。上述液体的流动方向可能根据基片的移动方向而改变。上述投影曝光装置可能具备第二对供应管线及排放管线，其排列在将第一对供应管线及排放管线旋转180°的位置。上述投影曝光装置也可能包括一液体回收装置，用以回收供应至该投影光学系统与该基片之间的液体。
编号4,509,852的美国专利教导使用一种微影投影装置，其中通过一投影透镜将具有一图案的光罩映像在一半导体基片所涂布的感光层的上。为了改善解析能力以及避免例如驻波和不均匀曝光的不良效应，因此在曝光期间利用具有与上述感光层相同折射率的透明液体来充填上述基片与一投影透镜的相邻分界面之间的空间。
然而，与确保大且有效的成像侧数值孔径的组态有关的具体建议尚未被提出。
液体浸没的理论上的分辨率改善在显微技术领域是众所周知，其中多年来已经以大于1.0的数值孔径(NAs)设计油浸折光式(dioptric)接物镜，但是只覆盖一个0.5毫米(mm)或更小的非常小视场。例如，参考由Warren Smith所着且由光电工程国际学会(SPIE)出版社及麦格罗希尔(McGraw Hill)国际出版公司所出版的”现代光学工程”第三版第450页。
应用于微影的液体浸没也已经被提出许多年之久，但是却不见其被采用于生产中，这无疑是因为实际的困难所致。然而，当”干”投影透镜的数值孔径(NAs)趋近1.0的理论极限时将强化上述理论的优点。例如，这些优点已经在2002年4月由Burn J.Lin所着且出版于JM3 1(1)7-12的”分辨率、聚焦深度、以及浸没微影的非傍轴(nonparaxial)λ/NA换算方程式的中的k3系数”当中予以说明。
对于微影的液体浸没的实际问题的更多新近研究也已经变得更乐观，例如，参考2002年10月由M.Switkes及M.Rothschild所着且出版于JM3 1(3)225-228的”通过液体浸没增强157奈米(nm)微影的分辨率”。然而，这些论文当中无一谈论光学设计的问题。
提出液体浸没微影的早期论文包括：由H.Kawata，J.M.Carter，A.Yen以及H.I.Smith所着且出版于微电子工程9，31(1989年)的”使用具有大于一的数值孔径的透镜的光学投影微影”；于1992年由H.Kawata，I.Matsumura，H.Yoshida以及K.Murata所着且出版于日本应用物理杂志第131部分的4174的”使用具有油浸透镜的光学投影微影的0.2微米(μm)微小图案的制造”；于1992年由G.Owen，R.F.W.Pease，D.A.Markle，A.Grenville，R.L.Hsieh，R.von Bunau以及N.I.Maluf所着且出版于真空科学技术杂志的B10-6，3032的”1/8微米(μm)光学微影”；以及于2001年由M.Switkes及M.Rothschild所着且出版于真空科学技术杂志的B19-6，2353的”157奈米(nm)的浸没微影”。
最近的Switkes论文是最具意义的，其中提出使用水作为氟化氩(ArF)(或氟化氪(KrF))雷射光的浸没液体，使用过氟聚醚(perfluoropolyethers)作为氟分子(F2)雷射光的浸没液体，并且开始谈论涉及扫描晶圆平台的实际问题。
另一个最近的论文已经开始谈论微影所使用的较宽广视野的光学设计问题，部分地揭露具有大于1.0的数值孔径(NAs)的液体浸没折光式微影投影透镜设计：由Ulrich Wilhelm，Rostalski Hans-Juergen，Hudyma Russel M所着且出版于光电工程国际学会(SPIE)第4832册[4832-18]的国际光学设计会议(IODC)2002年6月的”深紫外光(DUV)微影的折光式投影透镜的发展”。
编号为US 2001/0040722 A1的美国专利申请案说明一种使用一个V型折叠镜及两个中间成像的折反射式(catadioptric)设计。然而，这是一种特别为光学检验而设计的小视场系统(小于1毫米(mm))，并且不表示此种设计可应用于微影所需的更大视场范围与极小残留像差及失真。
于2002年10月由Timothy A.Brunner等人所着且出版于JM3 1(3)188-196的“在Brewster角度的高数值孔径微影成像”，说明当”干”投影透镜的数值孔径(NA)趋近1.0时以成像品质观点来看的基本缺点。这些是关于因光阻接口的菲涅耳(Fresnel)反射损耗而变差的向量成像衰减，其在光致抗蚀剂内部更强烈地反射且失去可提供较佳成像品质的极化方向。这在对应于大约0.85的数值孔径(NA)的Brewster角度最为强烈。
我们已经研究液体浸没折光式设计，并且已经发现对于1.0的数值孔径(NA)及26毫米(mm)视场范围而言最大透镜直径必须在330毫米(mm)的等级，此为可用高品质石英的极限，并且超过氟化钙的极限。当数值孔径(NA)增加时也会缩减光谱频宽，对于”干”折光式透镜也有同样的情形。缩减视场范围且增加放大率至超过4倍数(4x)将有助于这些问题，但是这将使得”湿”微影工具不兼容于现行的”干”系统。
已知”干”折反射式设计具有较小的透镜直径及色差(chromaticaberrations)。然而，除非添加液体至最终组件与晶圆的间的空间否则无法将其转换成液体浸没式。这将导致大量的球面像差，其必须在此设计的其它地方予以补偿。并且，若仅添加液体，则数值孔径(NA)并未增加，这是因为数值孔径(NA)的定义已经包括折射率。
将晶圆浸入液体是能将数值孔径(NA)增加至等于液体折射率(~1.4)的理论上的最大值而非”干”系统的1.0的必要条件，但不是充分条件。就一固定放大率而言，傍轴(paraxial)几何光学理论(尤其是拉格朗治(Lagrange)不变量)指出若要在晶圆上增加数值孔径(NA)则必须相对应地增加投影透镜系统整条路径上的数值孔径(NA)。这将导致透镜直径以及由比例D/R所定义的光学表面陡度的增加，其中D是净孔径直径而R是曲率半径。同时，色差及高阶(high-order)像差也将随着数值孔径(NA)快速地增加。
因此，对于熟知此项光学设计的人士而言，能够依照浸没液体折射率的比例增加”干”投影透镜的数值孔径(NA)，却又不致于不切实际地增加透镜大小和复杂度以及令人难以接受地增加残留像差显然无法做到。
关于光学设计的教科书(例如由Warren Smith所着且由光电工程国际学会(SPIE)出版社及麦格罗希尔(McGraw Hill)国际出版公司所出版的”现代光学工程”第三版第449-450页)说明曾经出现过在其最终组件上具有超半球面状凸表面(净直径/曲率半径超过D/R＝2的半球面状)的浸入式显微接物镜，而非具有与浸没液体接触的平坦表面。传统上，这种表面被设计成等光程的(aplanatic)，抑或接近等光程的状态。在等光程的状态存在零球面像差、慧形像差(coma)以及像散现象，并且透镜组件内部的边缘光线收敛角度比入射在其上的边缘光线收敛角度大了玻璃折射率的比例。接近这种等光程的状态最小化球面像差以及慧形像差，并且是一种增加数值孔径(NA)的简单方式，其可使用于小视场显微镜接物镜，或例如编号为US 2001/0040722的美国专利申请案的先前技术系统。
对于在更大视场范围上需要更小像差的微影而言，此种等光程的表面将提高上述视场上的高阶像差变化，其中包括歪曲球面像差(oblique sphericalaberration)与慧形像差。实际上通常使用这最终组件上的凸表面作为代替，其并非等光程的状况，而是颇为接近所谓的同轴或单心状况。在上述同轴情况下，最终组件内部的边缘光线收敛角度与入射在其上的边缘光线收敛角度相同。此外存在零球面像差及慧形像差，但更重要的是对于广视场系统存在零径向歪曲球面像差。例如，参考于1959年7月由J.Dyson所着且出版于JOSA第49(7)册第713页的文章，或于1987年由C.G.Wynne所着且出版于光学工程第26册第4号的”微影的单心式望远镜”。
于1955年由J.G.Baker所着且出版于天文学杂志第59册第74-84页的“折反射式折射望远镜”从正反两面讨论一种根据Schupmann(L.Schupmann，Die Medial-Fernrohre，Eine neue Konstruktion fur groβe as0tronomischeInstrumente，Teubner，Leipzig，1899)所建议的观念的望远镜。
发明内容
本发明的一目的为提供一种可通过在往成像视场的光径上提供具有高折射率的介质以及令人满意地抑制光学表面上的反射损耗而获得大且有效的成像侧数值孔径的投影光学系统。本发明的另一目的为提供一种曝光装置与一种曝光方法，其具有大且有效的成像侧数值孔径并且能够经由具有高分辨率的投影光学系统以高精确度来转移及曝光微小图案。
根据本发明的第一观点在此提供一种用以投影第一平面的成像至第二平面上的投影光学系统，其中包括：一边界透镜；以及至少一层在上述边界透镜与上述第二平面之间的浸没介质，其中具有一第一平面侧光学表面的上述边界透镜被制成对于经由上述边界透镜投影至上述第二平面上的光而言入射前的边缘光线收敛角度大于在上述边界透镜内的边缘光线收敛角度。
根据本发明的第二观点在此提供一种用以投影第一平面的成像至第二平面的投影光学系统，其中包括：一光学系统；一边界透镜；以及至少一层在上述边界透镜与上述第二平面之间的浸没介质，其中来自上述第一平面的光经由上述光学系统传送，并以一预定边缘光线收敛角度输出，而上述边界透镜是在用以接收上述光学系统所输出的光的位置，且被制成对于经由上述边界透镜投影至上述第二平面上的光而言入射前的边缘光线收敛角度大于在上述边界透镜内的边缘光线收敛角度。
上述光学系统(其表示上述光学投影系统的光学系统，其中此光学系统包含于一光学投影系统)可能更包括至少一个接近上述边界透镜且具有一非球面状(aspheric)光学表面的正倍数(positive powered)透镜组件。
或者，上述光学系统可能更包括一个接近上述边界透镜且具有至少一非球面状光学表面的第一正倍数透镜组件；以及一个在上述第一正倍数透镜组件与上述边界透镜之间且具有至少一非球面状光学表面的第二正倍数透镜组件。
可能于上述光学系统之中，上述第一正倍数透镜组件具有大于26.1毫米(mm)且小于28.9毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于103毫米(mm)且小于114毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；上述第二正倍数透镜组件具有大于26.5毫米(mm)且小于29.3毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于83.2毫米(mm)且小于91.9毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；并且上述边界透镜具有大于41.6毫米(mm)且小于46.0毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于56.9毫米(mm)且小于62.9毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面。
或者，上述光学系统可能包括一个接近上述边界透镜且具有至少一非球面状光学表面的第一正倍数透镜组件；以及一个在上述第一正倍数透镜组件与上述边界透镜之间且具有至少一非球面状光学表面的第二正倍数透镜组件，其中上述第一正倍数透镜组件具有大于27.22毫米(mm)且小于27.77毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于107.6毫米(mm)且小于109.8毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；上述第二正倍数透镜组件具有大于27.63毫米(mm)且小于28.19毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于86.67毫米(mm)且小于88.42毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；并且上述边界透镜具有大于43.37毫米(mm)且小于44.25毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于59.27毫米(mm)且小于60.46毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面。
任何以上所定义的光学系统可能包括一个用以降低球面像差的双重高斯(double-Gauss)消像散器，其中包括：一第三正倍数透镜组件、一第一负倍数透镜组件、一第二负倍数透镜组件以及一第四正倍数透镜组件。
这光学系统之中，上述第三正倍数透镜组件具有大于43.9毫米(mm)且小于48.5毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于128毫米(mm)且小于141毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；上述第一负倍数透镜组件具有大于13.1毫米(mm)且小于11.9毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于1540毫米(mm)且小于1710毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；上述第二负倍数透镜组件具有大于11.9毫米(mm)且小于13.1毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于184毫米(mm)且小于204毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；并且上述第四正倍数透镜组件具有大于30.6毫米(mm)且小于33.9毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于189毫米(mm)且小于209毫米(mm)的轴曲率半径的第二平面侧表面。
作为前段所述的光学系统的替换，可能于上述光学系统之中，上述第三正倍数透镜组件具有大于45.71毫米(mm)且小于46.63毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于133.3毫米(mm)且小于136.0毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；上述第一负倍数透镜组件具有大于12.38毫米(mm)且小于12.63毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于1608毫米(mm)且小于1641毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；上述第二负倍数透镜组件具有大于12.38毫米(mm)且小于12.63毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于191.9毫米(mm)且小于195.8毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；并且上述第四正倍数透镜组件具有大于31.91毫米(mm)且小于32.56毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于197.4毫米(mm)且小于201.3毫米(mm)的轴曲率半径的第二平面侧表面。
如上述任何形式的光学系统可能包括一个包含一凹镜以及至少一负倍数Schupmann透镜的折反射式消像散器。
这光学系统之中，上述折反射式消像散器可能包括两个负倍数Schupmann透镜。
任何上述光学系统可能被改为使用紫外光。
上述光学系统可能包括一组大致上具有如第1表及第2表所述的参数的光学组件。
上述光学系统可能包括一组具有大致上根据第1表及第2表所述但是针对特定操作光波长调整以再度最佳化的参数的光学组件。
根据本发明的第三观点在此提供一种用以投影第一平面的成像至第二平面上的方法，其中包括下列步骤：传送具有第一边缘光线收敛角度的光至一边界透镜；虽然上述边界透镜传送具有第二边缘光线收敛角度的光；以及经由一层浸没液体传送来自上述边界透镜的光至第二平面，其中第一边缘光线收敛角度大于第二边缘光线收敛角度。
上述方法可能包括下列步骤：经由至少一个接近上述边界透镜且具有一非球面状光学表面的正倍数透镜组件来传送光。
或者，上述方法可能包括下列步骤：经由一个接近上述边界透镜且具有至少一非球面状光学表面的第一正倍数透镜组件来传送光；以及经由一个位于上述第一正倍数透镜组件与上述边界透镜之间且具有至少一非球面状光学表面的第二正倍数透镜组件来传送光。这种方法可能包括下列步骤：经由一个接近上述边界透镜且具有至少一非球面状光学表面的第一正倍数透镜组件来传送光；经由一个位于上述第一正倍数透镜组件与上述边界透镜的间且具有至少一非球面状光学表面的第二正倍数透镜组件来传送光；经由上述第一正倍数透镜组件来传送光，其具有大于26.1毫米(mm)且小于28.9毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于103毫米(mm)且小于114毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；经由上述第二正倍数透镜组件来传送光，其具有大于26.5毫米(mm)且小于29.3毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于83.2毫米(mm)且小于91.9毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；以及经由上述边界透镜来传送光，其具有大于41.6毫米(mm)且小于46.0毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于56.9毫米(mm)且小于62.9毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面。或者，上述方法可能包括下列步骤：经由一个接近上述边界透镜且具有至少一非球面状光学表面的第一正倍数透镜组件来传送光；经由一个位于上述第一正倍数透镜组件与上述边界透镜之间且具有至少一非球面状光学表面的第二正倍数透镜组件来传送光；经由上述第一正倍数透镜组件来传送光，其具有大于27.22毫米(mm)且小于27.77毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于107.6毫米(mm)且小于109.8毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；经由上述第二正倍数透镜组件来传送光，其具有大于27.63毫米(mm)且小于28.19毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于86.67毫米(mm)且小于88.42毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；以及经由上述边界透镜来传送光，其具有大于43.37毫米(mm)且小于44.25毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于59.27毫米(mm)且小于60.46毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面。
以上所定义的方法可能包括经由一个用以降低球面像差的双重高斯(double-Gauss)消像散器来传送光的步骤，此消像散器包括：一第三正倍数透镜组件、一第一负倍数透镜组件、一第二负倍数透镜组件以及一第四正倍数透镜组件。此种方法可能包括经由一个用以降低球面像差的双重高斯(double-Gauss)消像散器来传送光的步骤，此消像散器包括：一第三正倍数透镜组件，其具有大于43.9毫米(mm)且小于48.5毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于128毫米(mm)且小于141毫米(mm)的轴曲率半径的对象(object)侧表面；一第一负倍数透镜组件，其具有大于13.1毫米(mm)且小于11.9毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于1540毫米(mm)且小于1710毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；一第二负倍数透镜组件，其具有大于13.1毫米(mm)且小于11.9毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于184毫米(mm)且小于204毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；以及一第四正倍数透镜组件，其具有有大于30.6毫米(mm)且小于33.9毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于189毫米(mm)且小于209毫米(mm)的轴曲率半径的第二平面侧表面。或者，上述方法可能包括经由一个用以降低球面像差的双重高斯(double-Gauss)消像散器来传送光的步骤，此消像散器包括：一第三正倍数透镜组件，其具有大于45.71毫米(mm)且小于46.63毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于133.3毫米(mm)且小于136.0毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；一第一负倍数透镜组件，其具有大于12.38毫米(mm)且小于12.63毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于1608毫米(mm)且小于1641毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；一第二负倍数透镜组件，其具有大于12.38毫米(mm)且小于12.63毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于191.9毫米(mm)且小于195.8毫米(mm)的轴曲率半径的第一平面侧表面；以及一第四正倍数透镜组件，其具有大于31.91毫米(mm)且小于32.56毫米(mm)的轴厚度，以及一个具有大于197.4毫米(mm)且小于201.3毫米(mm)的轴曲率半径的第二平面侧表面。
以上如本发明的第三观点所述的任何方法可能包括经由一个包含一凹镜以及至少一负倍数Schupmann透镜的折反射式消像散器来传送光的步骤，并且这方法可能包括经由一个包含一凹镜以及两负倍数Schupmann透镜的折反射式消像散器来传送光的步骤。
上述方法所使用的光可能是紫外光光束。
上述方法可能包括经由一组大致上具有如第1表及第2表所述的光学特性的光学组件来传送光的步骤。
上述方法可能包括经由一组大致上具有根据第1表及第2表所述但是针对特定操作波长予以再度最佳化的光学特性的光学组件来传送光的步骤。
上述方法可能包括经由一组大致上具有根据第1表及第2表所述但是针对特定操作波长及特定浸没层厚度予以再度最佳化的光学特性的光学组件来传送光的步骤。
根据本发明的第四观点在此提供一种用以投影第一平面的成像至第二平面上的投影光学系统，其中包括一条具有复数个透镜的光径，上述透镜包括一个排列在最接近上述第二平面的位置的边界透镜，其中上述边界透镜的第一平面侧表面具有一正折射倍数，并且对于上述光径之中具有折射率1的空气而言，上述边界透镜与上述第二平面之间的光径充满具有大于1.1的折射率的介质。
根据第四观点的一较佳实施例，上述投影光学系统满足以下所表示的条件：
0.012＜Cb·D/NA＜0.475
其中Cb表示上述边界透镜在第一平面侧的镜面的曲率；D表示光轴与有效成像形成区域最外面的点之间的距离；以及NA表示在第二平面侧的数值孔径。于上述投影光学系统之中，较佳情况为可分离地排列至少一个大致上不具有折射倍数的光学组件于上述边界透镜与上述第二平面之间的光径；并且上述边界透镜与上述光学组件之间的光径以及上述光学组件与上述第二平面之间的光径充满上述介质。于此例中，上述大致上不具折射倍数的光学组件具有可调整的姿势。最好满足条件|P·D|＜1.0×10-4，其中P表示上述大致上不具折射倍数的光学组件的折射倍数；并且D表示光轴与有效成像形成区域最外面的点之间的距离。
上述投影光学系统最好是一种包括至少一凹反射镜及一折射光学组件的反射/折射型光学系统。于此例中，上述投影光学系统最好具有一个偏离光轴的有效成像形成区域，并且最好形成至少一个中间成像于上述投影光学系统的光径上。上述投影光学系统最好包括：一个用以形成第一平面上的第一中间成像的第一成像形成光学系统；一个具有至少一凹反射镜且用以根据上述第一中间成像来形成第二中间成像的第二成像形成光学系统；以及一个用以根据第二中间成像的通量形成最终成像于第二平面上的第三成像形成光学系统，其中第一偏转镜排列在第一成像形成光学系统与第二成像形成光学系统之间的光径上，第二偏转镜排列在第二成像形成光学系统与第三成像形成光学系统之间的光径上，并且第一成像形成光学系统的光轴对准第三成像形成光学系统的光轴。
第一平面侧的数值孔径最好是0.22或更大。通过上述介质所发生的光量损耗最好是50％或更少。
本发明的第五观点提供一种曝光装置，其中包括一个用以照明放置在第一平面上的光罩的照明系统；以及一个用以形成上述光罩上所形成的图案成像于放置在第二平面上的感光基片的投影光学系统。
本发明的第六观点提供一种曝光方法，其中包括下列步骤：照明放置在第一平面上的光罩；以及经由上述投影光学系统投影及曝光上述光罩上所形成的图案成像于放置在第二平面上的感光基片。
本发明的第七观点提供一种用以转移光罩上所形成的图案至感光基片上的曝光装置，其中包括：一个用以照明上述光罩上的指定照明区域的照明光学系统；以及一个用以投影上述图案的缩减成像于上述感光基片上的曝光区域的投影光学系统，其中上述投影光学系统是一种包含一个排列在最接近上述感光基片侧的位置的边界透镜的反射/折射型光学系统，上述曝光区域偏离上述反射/折射型投影光学系统的光轴，且若假定上述投影光学系统的光径之中的空气具有折射率l，则上述边界透镜与上述第二平面之间的光径充满折射率大于1.1的介质。
于本发明的投影光学系统的部分观点，通过提供折射率大于1.1的介质于排列在最接近成像侧(第二平面侧)的位置的边界透镜之间的光径可增加成像侧数值孔径(NA)。M.Switkes与M.Rothchild于2002年10月版的JM3 1(3)第225页至第228页所刋印的名称为”通过液体浸没提高157奈米(nm)微影的分辨率”的论文将过氟聚醚(Florinat，美国Three-M公司对过氟聚醚所取的商业名称)与去离子水(deionized water)当作具有200奈米(nm)或更短的波长λ的光束所使用的具有指定透射率的介质。
本发明的投影光学系统可降低光学表面上的反射损耗，并且通过提供正折射倍数给边界透镜在对象侧(第一平面侧)的镜面而最后确保大且有效的成像侧数值孔径。于本发明之中，如以下所述，通过在往成像视场的光径上提供具有高折射率的介质来抑制光学表面上的反射损耗至令人满意的水准，能够获得一种可保持大且有效的成像侧数值孔径的投影光学系统。
最好满足下列条件公式(1)。于此公式中，Cb表示边界透镜面对对象的镜面的曲率；D表示光轴与有效成像形成区域最外面的点之间的距离(假如是曝光装置，则表示光轴与有效曝光区域最外面的点之间的距离)；NA表示在成像侧(第二平面侧)的数值孔径。术语”有效成像形成区域”与”有效曝光区域”表示其像差已经予以充分地校正的成像形成区域与曝光区域。
0.012＜Cb·D/NA＜0.475    (1)
因为无法在整个有效成像形成区域(有效曝光区域)上充分地完成像差校正，所以超过上述条件公式(1)的上限的值并不适合。因为无法达成充分地降低光学表面上的反射损耗，导致较小的有效数值孔径，最后导致较差的分辨率，所以低于上述条件公式(1)的下限的值并不适合。为了进一步降低反射损耗及吸收损耗并在整个有效成像形成区域(有效曝光区域)上获得高分辨率，最好设定上述条件公式(1)的上限为0.400，且下限为0.015。
如上所述，使用例如过氟聚醚(Florinat)的氟基惰性(inert)液体或例如去离子水的液体作为置于边界透镜之间边界透镜与成像视场之间的高折射率介质，以便能够确保所需的透射率(以抑制光量损耗)。假如是曝光装置，则液体可能因涂布在例如晶圆的基片上的光致抗蚀剂的污染而受损害。受污染的液体可能污染边界透镜的成像侧光学表面，导致边界透镜及液体的透射率的减少。
因此，最好可分离地排列一个例如平行平板的光学组件(通常是一个大致上不具折射倍数的光学组件)于边界透镜与成像视场之间的光程。于投影光学系统的制造过程，通过有选择地替换置于边界透镜与成像视场之间的光学组件能够调整彼兹弗(Petzval)总和并且校正成像平面的曲率。
最好采用一种得以调整大致上不具有折射倍数的光学组件的方向的组态。于此例中，透镜离心率所造成的不对称像差能够通过将光学组件相对于光轴倾斜而予以校正。大致上不具有折射倍数的光学组件最好满足下列条件公式(2)：
|P·D|＜1.0×10-4    (2)
于条件公式(2)，P表示一个大致上不具有折射倍数的光学组件的折射倍数(＝1/焦距)；且D表示光轴与有效成像形成区域最外面的点之间的距离(假如是曝光装置，则表示光轴与有效曝光区域最外面的点之间的距离)。因为在通过倾斜光学组件来校正不对称像差时将导致其它像差的重大变化，所以高于条件公式(2)的上限的值并不适合。
上述投影光学系统最好包括一个具有至少一凹反射镜及一折射光学组件(透镜组件)的反射/折射型光学系统。这种组态可获得一种具有大的有效成像形成区域(有效曝光区域)以及大的成像侧数值孔径(NA)的投影光学系统。一般而言，假如折射型投影光学系统单独包含折射光学组件，则为了校正视场曲率必须通过在具有较小数值孔径的对象侧(靠近对象表面)交替地排列正透镜群与负透镜群，使得彼兹弗(Petzval)总和尽可能接近0。
然而，对于一个具有大的成像侧数值孔径的光学系统，其对象侧的数值孔径也大。因此当校正彼兹弗(Petzval)总和至0时难以在整个有效成像形成区域(有效曝光区域)上令人满意地校正球面像差或慧形像差。于本例中，因为对象侧数值孔径变小，所以通过将放大率从1∶4改变至例如1∶5或1∶6的较高放大率，能够达成彼兹弗(Petzval)总和的校正。然而，当尝试在曝光装置中确保较宽广的有效曝光区域时，实作上将遭遇需要极大光罩的困难。
于一个具有至少一凹反射镜及一折射光学系统的反射/折射型投影光学系统之中，对照之下，虽然具有正折射倍数，但是上述凹反射镜对于彼兹弗(Petzval)总和的贡献类似于负透镜。透过凹反射镜与正透镜的组合可轻易地校正彼兹弗(Petzval)总和。结果，通过上述反射/折射型光学系统组态与液体浸没光学系统组态的组合，能够获得一种具有大的成像侧数值孔径及宽广的有效成像形成区域(有效曝光区域)的投影光学系统，其中一种具有高折射率的液体(介质)置于由成像平面开始的光径上。
于上述反射/折射型光学系统，有一问题为如何分开指向凹反射镜的光束与凹反射镜所反射的返回光束。对于具有大的成像侧数值孔径的投影光学系统，增加光学组件的有效直径(采用较大的光学组件)是不可避免的。因此，对于使用具有透射反射表面的棱镜型分光镜(beam splitter)的反射/折射型光学系统，所遭遇的困难为难以制造较大尺寸的棱镜型分光镜。上述投影光学系统最好具有一种组态，其中此系统拥有偏离光轴的有效成像形成区域，并且有至少一中间成像形成于其光径中。对于此种组态，通过排列一个用以分开靠近上述中间成像形成位置的光径的平反射镜，能够轻易地分开指向凹反射镜的光束与凹反射镜所反射的返回光束。
此外，上述组态最好使得上述投影光学系统包括：一个用以形成对象表面(第一平面)上的第一中间成像的第一成像形成光学系统；一个具有至少一凹反射镜且用以根据上述第一中间成像的通量来形成第二中间成像的第二成像形成光学系统；以及一个用以根据上述第二中间成像的通量形成最终成像于成像视场(第二平面)上的第三成像形成光学系统，其中第一偏转镜排列在上述第一成像形成光学系统与上述第二成像形成光学系统之间的光径上，第二偏转镜排列在上述第二成像形成光学系统与上述第三成像形成光学系统之间的光径上，并且上述第一成像形成光学系统的光轴对准上述第三成像形成光学系统的光轴。对于此种组态，甚至对于具有大的成像侧数值孔径的投影光学系统，能够轻易地分开指向凹反射镜的光束与凹反射镜所反射的返回光束。因为上述第一成像形成光学系统与上述第三成像形成光学系统同轴，所以也能够比较简易地完成光学系统的组装或调整。
如上所述，具备例如1∶5或1∶6的高放大率的投影光学系统导致较大尺寸的光罩而不利于曝光装置的应用。因此，对象侧数值孔径最好是0.22或更大，以便在适当的放大率下获得高分辨率。此外，通过位于边界透镜与成像视场之间的介质所造成的光量损耗最好是50％或更少。若未能满足此种组态需求，则上述介质所吸收的光将产生热，并且在上述介质的折射率波动的效应下成像形成容易恶化。
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举其较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1是为了比较的目的而绘示的折反射式”干”投影系统。
图2是根据本发明的第一实施例的折反射式液体浸没投影透镜系统。
图3是位于图2光径上的最终光学组件。
图44是边界透镜、浸没液体层以及成像平面。
图5是如本发明的第一实施例所述进入最终透镜组件的边缘光线路径。
图6是如本发明的第一实施例所述通过最终透镜组件进入浸没液体层的边缘光线路径。
图7是简略地绘示本发明的曝光装置的组态。
图8是本发明的第二及第三实施例当中晶圆上所形成的矩形有效曝光区域与参考光轴之间的位置关系。
图9是第四实施例当中晶圆上所形成的矩形有效曝光区域与参考光轴之间的位置关系。
图10是简略地绘示第二至第四实施例当中边界透镜与晶圆的组态。
图11是本发明的第二实施例的投影光学系统的透镜组态。
图12是第二实施例的横向像差。
图13是本发明的第三实施例的投影光学系统的透镜组态。
图14是本发明的第三实施例的横向像差。
图15是本发明的第四实施例的投影光学系统的透镜组态。
图16是第四实施例的横向像差。
图17是以半导体组件作为微型组件时所使用的技术的流程图。
图18是以液晶显示器组件作为微型组件时所使用的技术的流程图。
图19是本发明的第五实施例的透镜组态。
图20是第五实施例的各种像差的绘图。
符号说明
100       光源
A 有效曝光区域ER与参考光轴AX在Y方向的距离
AS   孔径             AS1  孔径
AS2  孔径             AX   参考光轴
B    成像圆IF的半径   CC   边界透镜的曲率中心
CM   凹反射镜         E201 平面窗
E202，E203  第一正倍数群视场透镜组件
E204-E208  消像散器    E209-E211  第二正倍数群视场透镜组件
E212      分光镜           E213       Schupmann透镜
E214      Schupmann透镜    E215       凹镜
E216      Schupmann透镜    E217       Schupmann透镜
E218      分光镜           E219-E221  第三正倍数群视场透镜组件
E222-E225 双重高斯(double-Gauss)消像散器
E222      第三正倍数透镜组件  E223    第一负倍数透镜组件
E224      第二负倍数透镜组件  E225    第四正倍数透镜组件
E226-E232 第四正倍数群视场透镜组件
E231      第一正倍数透镜组件  E232      第二正倍数透镜组件
E233      边界透镜            ER        有效曝光区域
F         边缘光线L的几何焦点 FM(1，2)  分光装置
G1        第一视场透镜群(或第一成像形成光学系统)
G2        Mangin镜排列(或第二成像形成光学系统)
G3        第二视场透镜群(或第三成像形成光学系统)
IF  成像圆                       IL  浸没液体(或第7图：照明光学系统)
IP  成像平面                     L  边缘光线
L11-L13  第一组视场透镜组件      L14-L17  凹凸消像散器
L18-L20  正倍数组透镜组件        L21      Schupmann透镜
L22      Schupmann透镜           L31-L33  正倍数组透镜组件
L34      负倍数透镜组件          L35-L39  正倍数组透镜组件
L40      负倍数消像散器          L41      正倍数透镜组件
L110     正凹凸透镜(或图15：双凹透镜)
L111     双凹透镜                L112     双凹透镜
L113     正凹凸透镜              L114     双凸透镜
L115     双凸透镜                L116     负凹凸透镜
L117     双凹透镜                L118     正凹凸透镜
L119     双凸透镜                L120     正凹凸透镜
L121   正凹凸透镜             L122  正凹凸透镜
L123   负凹凸透镜             L310  正凹凸透镜
L311   正凹凸透镜             L312  正凹凸透镜
L313   平凸透镜(或图19：正凹凸透镜)
L314   正凹凸透镜             L315  平凸透镜
Lb     边界透镜               Lm介质
Lp     平行平板
LX     有效曝光区域ER的X方向长度
LY     有效曝光区域ER的Y方向长度
MR     边缘光线               M1    第一光径弯曲镜
M2     第二光径弯曲镜         OP    对象平面
PL     投影光学系统           R     光罩
RH     光罩保持器             RIF   干扰仪
RM     光罩活动镜             RS    光罩平台
S      边缘光线的角度         S223  分光镜E212的表面
S224   透镜E213的表面         S225  透镜E213的表面
S226   透镜E214的表面         S227  透镜E214的表面
S228   透镜E215的表面         S233  分光镜E218的表面
S240   透镜E222的表面         S241  透镜E222的表面
S242   透镜E223的表面         S243  透镜E223的表面
S244   透镜E224的表面         S245  透镜E224的表面
S246   透镜E225的表面         S247  透镜E225的表面
S254   孔径AS2的表面          S255  透镜E229的表面
S256   透镜E229的表面         S257  透镜E230的表面
S258   透镜E230的表面         S259  透镜E231的表面
S260   透镜E231的表面         S261  透镜E232的表面
S262   透镜E232的表面         S263  透镜E233的表面
S264  透镜E233的表面         S265  成像平面IP的表面
S501  透镜L11的表面          S502  透镜L11的表面
S503  透镜L12的表面          S504  透镜L12的表面
S505  透镜L13的表面          S506  透镜L13的表面
S507  透镜L14的表面          S508  透镜L14的表面
S509  透镜L15的表面          S510  透镜L15的表面
S511  透镜L16的表面          S512  透镜L16的表面
S513  透镜L17的表面          S514  透镜L17的表面
S515  透镜L18的表面          S516  透镜L18的表面
S517  透镜L19的表面          S518  透镜L19的表面
S519  透镜L110的表面         S520  透镜L110的表面
S522  透镜L21的表面          S523  透镜L21的表面
S524  透镜L22的表面          S525  透镜L22的表面
S526  凹反射镜CM的表面       S527  镜L22的表面
S528  透镜L22的表面          S529  透镜L21的表面
S530  透镜L21的表面          S532  透镜L31的表面
S533  透镜L31的表面          S534  透镜L32的表面
S535  透镜L32的表面          S536  透镜L33的表面
S537  透镜L33的表面          S538  透镜L34的表面
S539  透镜L34的表面          S540  透镜L35的表面
S541  透镜L35的表面          S542  透镜L36的表面
S543  透镜L36的表面          S544  孔径AS的表面
S545  透镜L37的表面          S546  透镜L37的表面
S547  透镜L38的表面          S548  透镜L38的表面
S549  透镜L39的表面          S550  透镜L39的表面
S551  透镜L310的表面         S552  透镜L310的表面
S553  透镜L311的表面         S554  透镜L311的表面
S555  透镜L312的表面      S556  透镜L312的表面
S557  透镜L313的表面      S558  透镜L313的表面
S559  平行平板Lp的表面    S560  平行平板Lp的表面
S601  透镜L11的表面       S602  透镜L11的表面
S603  透镜L12的表面       S604  透镜L12的表面
S605  透镜L13的表面       S606  透镜L13的表面
S607  透镜L14的表面       S608  透镜L14的表面
S609  透镜L15的表面       S610  透镜L15的表面
S611  透镜L16的表面       S612  透镜L16的表面
S613  透镜L17的表面       S614  透镜L17的表面
S615  透镜L18的表面       S616  透镜L18的表面
S617  透镜L19的表面       S618  透镜L19的表面
S619  透镜L110的表面      S620  透镜L110的表面
S622  透镜L21的表面       S623  透镜L21的表面
S624  透镜L22的表面       S625  透镜L22的表面
S626  凹反射镜CM的表面    S627  透镜L22的表面
S628  透镜L22的表面       S629  透镜L21的表面
S630  透镜L21的表面       S632  透镜L31的表面
S633  透镜L31的表面       S634  透镜L32的表面
S635  透镜L32的表面       S636  透镜L33的表面
S637  透镜L33的表面       S638  透镜L34的表面
S639  透镜L34的表面       S640  透镜L35的表面
S641  透镜L35的表面       S642  透镜L36的表面
S643  透镜L36的表面       S644  透镜L37的表面
S645  透镜L37的表面       S646  透镜L38的表面
S647  透镜L38的表面       S648  透镜L39的表面
S649  透镜L39的表面       S650  透镜L310的表面
S651  透镜L310的表面         S652  孔径AS的表面
S653  透镜L311的表面         S654  透镜L311的表面
S655  透镜L312的表面         S656  透镜L312的表面
S657  透镜L313的表面         S658  透镜L313的表面
S659  透镜L314的表面         S660  透镜L314的表面
S661  透镜L315的表面         S662  透镜L315的表面
Sb    边界透镜Lb的镜面       W     晶圆
WIF   干扰仪                 WM    晶圆活动镜
WS    晶圆平台               WT    晶圆保持器工作台
具体实施方式
图1是为了比较的目的而绘示的折反射式”干”投影系统，其揭露于EP1191378A1。这种”干”投影系统包括共同构成第一视场透镜群G1的第一组视场透镜组件L11至L13、帮助校正像差的凹凸(meniscus)消像散器L14至L17、以及正倍数组透镜组件L18至L20；分光装置FM(1，2)；包括两个Schupmann透镜L21、L22以及提供像差校正功能的凹镜CM的Mangin镜排列G2。上述系统也包括共同构成第二视场透镜群G3的正倍数组透镜组件L31至L33、负透镜组件L34、正倍数组透镜组件L35及L39、校正像差的负倍数消像散器L40、以及正倍数透镜组件L41。光从光罩R经由第一视场透镜群G1传送，然后经由分光镜FM(1，2)至Mangin镜排列G2，最后经由分光镜FM(1，2)及第二视场透镜群G3。通过这种排列成像可从光罩R以负放大率传送至晶圆W以便可控制地曝光晶圆上的光致抗蚀剂。
图2及图3与第1表及第2表绘示本发明的一详细实施例。来自对象平面OP的光通过平面窗E201、第一正倍数群视场透镜组件E202及E203、用以降低球面像差的消像散器E204至E208、第二正倍数群视场透镜组件E209至E211、分光镜E212及E218、包括两个Schupmann透镜E213及E214和凹镜E215的折反射式消像散器、分光镜E212及E218第二次、第三正倍数群视场透镜组件E219至E221、用以降低球面像差的双重高斯(double-Gauss)消像散器E222至E225、第四正倍数群视场透镜组件E226至E232、边界透镜E233、一层浸没液体IL，并且到达成像平面IP。
上述第四正倍数群视场透镜组件包括第一正倍数透镜组件E231以及第二正倍数透镜组件E232。上述双重高斯(double-Gauss)消像散器包括第三正透镜组件E222、第一负倍数透镜组件E223、第二负倍数透镜组件E224以及第四正倍数透镜组件E225。
第1表及第2表提供光学组件E210至E233的曲率半径及光学表面之间的轴距的较佳值。如熟悉此项技艺人士所了解，可能将所有第1表及第2表所提供的参数由其指定值予以增减百分之一来设计可运作系统，并且经由适当的修正甚至可达到增减百分之五。例如当以157奈米(nm)操作时，将提供大于56.9毫米(mm)且小于62.9毫米(mm)的曲率半径给表面S263，或较佳情况为大于59.27毫米(mm)且小于60.46毫米(mm)，或最佳情况为59.8643毫米(mm)。若改变操作波长，则光学组件E202至E233的弯曲表面的曲率半径值以及光学组件E202至E211、E213至E215、以及E219至E233的厚度与间距值必然会改变。
因此，透镜组件E222至E225与E231至E233的厚度，和光学表面S240、S242、S244、S247、S259、S261以及S263的曲率半径可能具有下列的值：
第一正倍数透镜组件E231具有大于26.1毫米(mm)且小于28.9毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S259具有大于103毫米(mm)且小于114毫米(mm)的轴曲率半径；
第二正倍数透镜组件E232具有大于26.5毫米(mm)且小于29.3毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S261具有大于83.2毫米(mm)且小于91.9毫米(mm)的轴曲率半径；
边界透镜E233具有大于41.6毫米(mm)且小于46.0毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S263具有大于56.9毫米(mm)且小于62.9毫米(mm)的轴曲率半径；
第三正倍数透镜组件E222具有大于43.9毫米(mm)且小于48.5毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S240具有大于128毫米(mm)且小于141毫米(mm)的轴曲率半径；
第一负倍数透镜组件E223具有大于11.9毫米(mm)且小于13.1毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S242具有大于1540毫米(mm)且小于1710毫米(mm)的轴曲率半径；
第二负倍数透镜组件E224具有大于11.9毫米(mm)且小于13.1毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S244具有大于184毫米(mm)且小于204毫米(mm)的轴曲率半径；
第四正倍数透镜组件E225具有大于30.6毫米(mm)且小于33.9毫米(mm)的轴厚度，而成像侧表面S247具有大于189毫米(mm)且小于209毫米(mm)的轴曲率半径。
较佳情况为上述投影光学系统的参数值范围是在表列指定值增减百分之一的狭小范围内。
因此，当以157奈米(nm)的波长操作时，透镜组件E222至E225与E231至E233的厚度，和光学表面S240、S242、S244、S247、S259、S261以及S263的曲率半径可能具有下列的值：
第一正倍数透镜组件E231具有大于27.22毫米(mm)且小于27.77毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S259具有大于107.6毫米(mm)且小于109.8毫米(mm)的轴曲率半径；
第二正倍数透镜组件E232具有大于27.63毫米(mm)且小于28.19毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S261具有大于86.67毫米(mm)且小于88.42毫米(mm)的轴曲率半径；
边界透镜E233具有大于43.37毫米(mm)且小于44.25毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S263具有大于59.27毫米(mm)且小于60.46毫米(mm)的轴曲率半径；
第三正倍数透镜组件E222具有大于45.71毫米(mm)且小于46.63毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S240具有大于133.3毫米(mm)且小于136.0毫米(mm)的轴曲率半径；
第一负倍数透镜组件E223具有大于12.38毫米(mm)且小于12.63毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S242具有大于1608毫米(mm)且小于1641毫米(mm)的轴曲率半径；
第二负倍数透镜组件E224具有大于12.38毫米(mm)且小于12.63毫米(mm)的轴厚度，而对象侧表面S244具有大于191.9毫米(mm)且小于195.8毫米(mm)的轴曲率半径；
第四正倍数透镜组件E225具有大于31.91毫米(mm)且小于32.56毫米(mm)的轴厚度，而成像侧表面S247具有大于197.4毫米(mm)且小于201.3毫米(mm)的轴曲率半径。
较佳情况为光学组件E201至E233的表面的曲率半径值，以及光学组件E201至E233的厚度具有根据第1表及第2表的值。
有一重要特性为在边界透镜233的成像侧表面S264与成像平面IP的间存在着液体(不同于玻璃)，其中两者可能是如图4所示的平面(无穷大曲率半径)。应注意的是可能使用不同于水的液体(例如过氟聚醚)于部分实施例，术语”液体”的使用是指包括任何不同于玻璃的流体介质，其具有大致上大于1的折射率。适合的液体包括水(可能已经去离子及/或脱氧)以及过氟聚醚。
本发明的此实施例相较于将晶圆浸入气体的图1的干微影投影系统提供已改善的分辨率。将晶圆浸入液体能够降低入射在光致抗蚀剂的光的速度及波长达到大约1.4的系数，而不会改变光源的波长。其因此让数值孔径(NA)明显地大于1.0，藉以避免若晶圆浸入折射率接近1.0的气体则将发生在最终透镜表面的光的全内部反射。
所绘示的实施例提供数值孔径(NA)1.2的特定”湿”折反射式光学设计，高于例如图1的数值孔径(NA)0.85的”干”式设计大约1.4倍系数。。
于本系统，液体浸没的理论优点是通过一种折反射式大视场深紫外光微影投影光学设计来实现，其数值孔径(NA)增加至超过空气的理论极限1.0，但是未使透镜直径或表面曲率增加至超过实际制造极限，并且也未降低视场大小或光源的光谱频宽，而这却可能发生在先前技艺折光式设计。上述数值孔径(NA)1.2的”湿”折反射式设计具有可比拟数值孔径(NA)0.85的”干”折反射式设计的轨迹长度(光罩-晶圆距离)，以及相同的26毫米(mm)×5毫米(mm)瞬间晶圆视场大小与较小的透镜直径增幅，而当覆盖相同的扫描视场在晶圆上时，这将最小化微影扫描工具体设计所需的改变。
因为对于视场曲率校正并不需要大间距的负及正倍数透镜组件，所以折反射式设计比较好(虽然并非必要)。相反地，通过正倍数凹镜(第2图与第1表及第2表的组件E215)使视场变平。接近此镜的负倍数透镜组件(所谓Schupmann透镜，图2与第1表及第2表的组件E213及E214)提供进一步的视场曲率校正及充分的消色差(achromatization)给要增加至超过1.0的数值孔径(NA)而不需要第二种折射材料或降低光谱频宽。这允许针对只使用石英透镜组件、无氟化钙组件、以及作为浸没介质(图2与第1表及第2表的IL)的大约1毫米(mm)厚度去离子水的现有的0.4皮米(pm)频宽窄线氟化氩(ArF)准分子(excimer)雷射来最佳化上述设计。
其将直接再度最佳化所揭露的设计以使用于窄线氟化氪(KrF)雷射。上述设计概念也可能应用于一种只使用具有例如0.1毫米(mm)厚度的过氟聚醚浸没液体层的氟化钙透镜组件的氟分子(F2)准分子雷射。
已经有许多种先前技艺”干”折反射式设计被设计及发表。然而，这发明最接近于(但不局限于)所谓的”V型”折反射式光学设计形式，其在两个中间成像之间使用V型折叠镜。这种形式具有较小透镜直径的优点与类似于折光式透镜的机械组装。然而应注意的是有V型折叠镜的替代品，例如具有相同效果的立体分光镜。
为了有效地操作最终透镜组件表面与晶圆之间的液体浸没，因此这最终光学表面最好是平面表面(图2及图4与第1表及第2表的表面S264)。因为对于晶圆空间的远心系统而言主光线将以零入射角度进入液体，所以这促进在晶圆扫描期间的液体动力学，最小化液体内气泡形成的可能性，并且最小化与液体折射率及色散(dispersion)(横向色差(lateral color))有关的放大率改变的敏感度。
于传统的液体浸没显微接物镜，最终透镜组件与液体之间的折射率差导致球面像差，其通过使用液体的最小可能厚度以及寻求一种折射率符合尽可能接近上述透镜组件折射率的液体而予以最小化。在深紫外光微影的情况下，将基于其它理由来选择液体厚度，例如光学透射，和液体动力学以及在晶圆扫描与步进期间的机械考虑。这种设计并未被液体厚度的选择或折射率所约束。目前，假定液体厚度为1毫米(mm)，但是可能针对不同的厚度或液体折射率轻易地再度最佳化上述光学设计。当球面像差在大视场范围上是固定的，并且通过至少一非球面状表面能够轻易地在上述系统的瞳孔(pupil)表面予以校正时，具备与液体相邻的平面状最终透镜表面将再度促进这种情况。
于本发明之中，既非等光程的情况亦非同轴的情况被使用于与晶圆相邻的最终组件，也就是边界透镜(图2及图4的组件E233上的表面S263)。于本例中，在组件233内部的边缘光线收敛角度稍微小于进入组件233之前的(如第5图及第6图所示)。这种特性具有三个优点：
a.能够限定此平面的D/R(净直径/曲率半径)为小于1.5，这是在大型高品质光学组件的一般光学抛光技术的范围内。
b.可轻易地在此系统当中包括几个非球面状表面的其它组件校正所导致的球面像差，这有利于校正在微影所使用的广视场上快速变化的高阶像差，例如歪曲球面像差、慧形像差、像散现象以及失真。这种策略对于具有两个中间成像的长型复杂系统特别有效，例如V型折反射式设计。
c.在晶圆表面上没有如同发生在精准同轴表面的聚焦鬼影(ghostimage)。
传统显微接物镜在最后一个组件的前也使用至少一组件，其具有等光程表面及同轴表面的组合。本发明的较佳实施例在最后一个组件的前使用至少两个正凹凸组件(图2及第3图与第1表及第2表的组件E231及E232)作为替代，其表面既非精准同轴亦非等光程，以避免接近或超过临界角度的极端曲率及极端入射角度。
这些表面当中至少一个可能是非球面状，以便执行类似的像差校正功能至较低数值孔径(NA)”干”式设计之中那些可利用相邻组件之间的空气空间(例如图2的组件E230与E231之间的空气空间)达成的部分。
当例如图1的设计当中”干”式数值孔径(NA)0.85被增加至”湿”式数值孔径(NA)1.2时最后三个正组件的较高光学倍数将最小化此系统其余部分所需的透镜组件尺寸增幅。这是非常有利的，因为不然的话透镜将会大于利用现有科技所能轻易制造的尺寸，并且将因此特别地昂贵。上述最后三个正组件的较高光学倍数也让瞳孔(孔径，aperture stop)位置比例如图1的典型”干”式设计更接近晶圆。
已知折反射式”干”微影投影系统的共同特性为瞳孔与晶圆之间的负倍数组件。这种用以校正像差的特性的缺点为对于”湿”折反射式光学投影系统而言，主要正倍数透镜因而将必须较大。本应用的新排列的优点为其不需要此种负倍数透镜，并且这进一步最小化主要正倍数透镜的透镜直径以及光径的长度。可通过一个接近瞳孔的非球面状表面来代替执行”干”式设计当中负透镜组件(例如图1的组件L38)的像差校正。
图2的负倍数透镜群组件E222至E225是一种用以降低球面像差的双重高斯(double-Gauss)消像散器。其有助于整个设计的视场曲率及横向色差校正，同时最小化较高阶慧形像差及歪曲球面像差，不然的话他们在数值孔径(NA)1.2时的值将大于他们在”干”式设计当中数值孔径(NA)0.85(图1)时的值。这种特性的优点为在数值孔径(NA)1.2时容许比原本可能状况更宽广的视野。
如图5及图6所示，能够看出投射至边界透镜E233的光锥的边缘光线角度L在进入边界透镜E233时减少。
图5及图6绘示一实施例，其中可看出在进入边界透镜E233的前的边缘光线L的几何焦点F是位于此边界透镜的两个光学表面S263与S264之间，并且也在此边界透镜的曲率中心CC与此边界透镜的光学表面S263之间。
从图6也可看出，边界透镜E233的折射率典型上可能不等于(且实际上将高于)此层浸没液体IL的折射率，当由边界透镜E233行进至浸没液体层尚未撞击成像平面IP之前边缘光线的角度S可能增加。
应注意的是术语”对象平面”、”成像平面”、”瞳孔平面”以及”平面镜”并未局限于平面表面或平面数学表面，而也可能是弯曲的物理或数学表面。也应注意的是图1至图6的插图并未按比例，并且分光镜E212、E218可能是一个具有由此通过的两光径的单一组件。
第1表的非球面状表面A(1)至A12)是由方程式(3)所定义：
Z＝(CURV)Y2/{1+[1-(1+K)(CURV)2Y2]1/2}+(A)Y4+(B)Y6+(C)Y8+(D)Y10+(E)Y12+(F)Y14+(G)Y16+(H)Y18+(J)Y20    (3)
CURV是顶点曲率半径的倒数值，而CURV(Curv)、A、B、C、D、E、F、G、H以及J的值列表于第2表。
于第1表，半径的正负号表示曲率的方向，CC表示凹表面而CX表示凸表面。于第1表的实施例，透镜组件E202至E211、E213至217、E219至E228以及E229至E233的任一个的最大直径只有242.8毫米(mm)对于正透镜组件227。
第1表
组件                曲率半径         至下一表面的轴距后                   前
     后                              前
  E201     无穷大     无穷大   8.0000     1.0000
  E202     296.2214 CX     -960.8207 CX   29.0933     1.0000
  E203     29.3195 CX     219.1233 CC   31.5402     69.4729
  E204     105.2542 CX     433.274 A(1)   30.2818     1.1583
  E205     77.5810 CX     85.0063 CC   35.9523     30.5076
  E206     -101.0777 CC     -109.0575 CX   50.0000     22.2382
  E207     -86.9124 CC     -277.5585 CX   17.0119     14.1315
  E208     -313.0101 CC     -121.4285 CX   47.1365     1.0000
  E209     244.5825 A(2)     -150.1716 CX   43.8716     1.0000
  E210     287.8659 CX     -1006.7736 CX   33.3703     3.9387
  E211     232.1539 CX     3443.7633 A(3)   26.1499     64.9981
  E212     无穷大            -248.6029
  E213     99.3337 A(4)     760.1855 CX   -12.5000     -41.6713
  E214     112.9332 CC     210.0532 CX   -12.5000     -23.5805
  E215               150.9146 CC            23.5805
  E216     210.0532 CX     112.9332 CC   12.5000     41.6713
  E217     760.1855 CX     99.3337 A(5)   12.5000     248.6029
  E218     无穷大            -64.0489
  E219     3037.9516 CC     252.1281 CX   -26.2012     -1.0000
  E220     -422.2688 CX     878.8560 CX   -28.0789     -1.0000
  E221     -197.8858 CX     -1895.1173 CC   -36.9167     -1.0000
  E222     -134.6900 CX     221.3134 A(6)   -46.1691     -18.4179
  E223     -1624.3296 CX     89.3372 A(7)   -12.5000     -44.5981
  E224     193.8597 CC     211.4093 A(8)   -12.5000     -14.8193
    E225     -1550.8977 CX     199.3485 CX   -32.2367   -85.9268
    E226     1142.6351 A(9)     305.6765 CX   -26.7479   -1.0002
    E227     -341.9216 CX     -5217.2118 CC   -30.8753   -1.0000
    E228     -274.1211 CX     3414.1345 A(10)   -33.1045   -9.8682
    AS     无穷大              5.3722
    E229     -337.4484 CX     -6051.4400 CC   -40.2177   -1.0007
    E230     -286.9832 CX     -47776.7480 CC   -29.3234   -1.0000
    E231     -108.7000 CX     152.1155 A(11)   -27.4984   -1.0000
    E232     -87.5448 CX     167.7647 A(12)   -27.9141   -1.0000
    E233     -59.8643 CX     无穷大   -43.8105
    IL     无穷大     无穷大   -1.0000
第2表
非球面 Curv     KE  AF  BG  CH DJ
A(1) 0.00230801 0.0000001.24264E-23  1.35800E-070.00000E+00  4.43804E-130.00000E+00  5.17522E-160.00000E+00  -2.13416E-200.00000E+00
A(2) -0.00408861 0.0000005.62462E-26 -2.93564E-09-1.64835E-30  3.96730E-130.00000E+00  -3.34166E-170.00000E+00  -3.22241E-220.00000E+00
A(3) 0.00029038 0.000000-2.36540E-26 2.58800E-084.15511E-31  -1.30225E-140.00000E+00  -1.33600E-170.00000E+00  7.99491E-220.00000E+00
A(4) 0.01006708 0.000000-2.27561E-26 -7.39601E-08-3.78485E-28 -3.15605E-120.00000E+00 -2.13807E-160.00000E+00 -1.63643E-200.00000E+00
A(5) 0.01006708 0.000000-2.27561E-26 -7.39601E-08-3.78485E-28 -3.15605E-120.00000E+00 -2.13807E-160.00000E+00 -1.63643E-200.00000E+00
A(6) -0.00451848 0.000000-1.21801E-25  4.41668E-09-1.34613E-30 -5.79647E-130.00000E+00 -2.25277E-170.00000E+00 6.73716E-220.00000E+00
A(7) -0.01119354 0.000000-2.48878E-24  -6.93411E-08-1.79947E-28 -3.30971E-120.00000E+00 -3.11788E-160.00000E+00 -2.65850E-200.00000E+00
A(8) -0.00473016 0.0000001.16802E-24  -4.72629E-08-3.23662E-29 6.08755E-120.00000E+00 -1.63469E-160.00000E+00 -2.65475E-200.00000E+00
A(9) 0.00087517 0.0000003.68761E-26  1.10141E-082.41555E-31 -5.01692E-130.00000E+00 -2.00493E-170.00000E+00 -8.25872E-220.00000E+00
A(10) -0.00029290 0.000000  -6.20015E-09 -1.26050E-13 -3.59314E-17 1.65781E-21
-3.84229E-26  2.58938E-31  0.00000E+00  0.00000E+00  0.00000E+00
A(11) -0.00657395 0.0000009.31381E-25  3.58357E-085.59854E-28  -7.83628E-120.00000E+00  7.69481E-160.00000E+00  -7.68364E-200.00000E+00
A(12) -0.00596073 0.000000-6.00362E-23  -1.91466E-07-8.48073E-28  4.589321E-120.00000E+00  1.26164E-150.00000E+00  4.61975E-190.00000E+00
图7简略地绘示本发明的曝光装置的组态。于图7中，设定Z轴平行于投影光学系统PL的参考光轴AX；设定Y轴平行于图1的纸面，且在一个垂直于参考轴AX的平面之内；并且设定X轴垂直于图1的纸面。
图7所示的曝光装置具有氟化氩(ArF)准分子雷射源(振荡中心波长：193.306奈米(nm)，使用于第二及第四实施例)或氟分子(F2)雷射源(振荡中心波长：157.631奈米(nm)，使用于第三实施例)作为光源100，用以供应紫外线范围的照明光。光源100所发射的光经由照明光学系统IL叠加地照明其上具有预定图案的光罩R。光源100与照明光学系统IL之间的光径利用一外壳(未显示)予以密封，并且由光源100至照明光学系统IL当中最接近光罩的光学组件的空间被替换成例如氦或氮的惰性气体(其为一种具有低曝光吸收率的气体)，或大致上保持真空状态。
光罩R经由光罩保持器RH保持平行于光罩平台上的XY平面。要转移的图案已经形成于光罩R的上。在整个图案区域的X方向上有一长边且在整个图案区域的Y方向上有一短边的矩形(槽状)图案区域将予以照明。光罩平台RS在一个未显示的驱动系统的作用下沿着光罩表面(也就是上述XY平板)二维地活动。一个使用光罩活动镜RM的干扰仪RIF测量位置坐标，并且控制位置。
来自光罩R上所形成的图案的光经由投影光学系统PL在作为感光基片的晶圆W上形成光罩图案成像。晶圆W经由晶圆保持器工作台WT保持平行于晶圆平台WS上的XY平面。为了对应于光罩R上的矩形照明区域，因此形成图案成像于晶圆W上的一个在X方向上有一长边且在Y方向上有一短边的矩形曝光区域。晶圆平台WS在一个未显示的驱动系统的作用下沿着晶圆表面(也就是上述XY平面)二维地活动。一个使用晶圆活动镜WM的干扰仪WIF测量位置坐标，并且控制位置。
图8绘示本发明的第二及第三实施例当中晶圆上所形成的矩形有效曝光区域与参考光轴之间的位置关系。于本发明的第二及第三实施例，如图8所示，具有半径B的圆形区域(成像圆)IF围绕作为中心的参考光轴AX，具有预定大小的矩形有效曝光区域ER被设定在一个于Y方向偏离上述参考轴达A距离的位置。有效曝光区域ER具有X方向长度LX及Y方向长度LY。
换言之，于第二及第三实施例，设定具有预定大小的矩形有效曝光区域ER在一个于Y方向与参考光轴AX相隔偏轴量A的位置，并且调节圆形成像圆IF的半径B以便完全包络有效曝光区域ER并以参考光轴AX作为其中心。为了对此予以响应，因此在光罩R上，一个具有对应于有效曝光区域ER的大小及形状的矩形照明区域(也就是有效照明区域)形成于一个在Y方向上离参考光轴AX相当于偏轴量A的距离的位置。
图9绘示本发明的第四实施例当中晶圆上所形成的矩形有效曝光区域与参考光轴之间的位置关系。于本发明的第四实施例，如图9所示，具有半径B的圆形区域(成像圆)IF围绕作为中心的参考光轴AX，于X方向以长薄形状延伸的矩形有效曝光区域ER被设定为以上述参考光轴作为中心。有效曝光区域ER具有X方向长度LX及Y方向长度LY。因此，虽然并未绘示，但是为了对此予以响应，所以一个具有相当于有效曝光区域ER的大小及形状且围绕参考光轴AX作为其中心的矩形照明区域形成于光罩R之上。
对于形成投影光学系统PL的光学组件，本实施例的曝光装置具有一种组态，其中投影光学系统PL的内部于排列在最接近光罩的位置的光学组件(第四实施例的透镜L11)与排列在最接近晶圆W的位置的边界透镜Lb之间保持不透气状态。投影光学系统PL当中的气体被替换成例如氦或氮的惰性气体，或大致上保持真空状态。光罩R、光罩平台RS以及类似物品排列在照明光学系统IL与投影光学系统PL之间的狭窄光径上。一个密封光罩R、光罩平台RS以及类似物品的外壳(未显示)的内部充满上述例如氮或氦的惰性气体，或其内部大致上维持真空状态。
图10简略地绘示上述实施例当中边界透镜与晶圆之间的组态。于个别实施例，排列在投影光学系统PL中最接近晶圆的位置的边界透镜Lb具有朝向光罩的凸表面(第一镜面)。换言之，边界透镜Lb在光罩侧的镜面Sb具有正折射倍数。平行平板Lp可分离地插入边界透镜Lb与晶圆W之间的光径。边界透镜Lb之间的光径以及平行平板Lp与晶圆W之间的光径充满折射率大于1.1的介质Lm。第二及第四实施例使用去离子水，而第三实施例使用例如过氟聚醚(Florinat)的氟基惰性液体介质Lm。
当相对于投影光学系统PL来移动晶圆W时，于一个根据用以完成扫描及曝光的步进扫描程序的曝光装置之中，为了在扫描曝光的从头到尾整个期间继续以液体介质Lm充填投影光学系统PL的边界透镜Lb与晶圆W的间的光径，因此可应用例如一种揭露于编号为WO99/49504的国际专利申请案的技术，或一种揭露于编号为10-303114的日本待审专利申请案的技术。
上述编号为WO99/49504的国际专利申请案所揭露的技术包括下列步骤：由液体供给装置经供给管线及排出喷嘴以一种温度已调整至指定准位的液体(介质Lm)来充填边界透镜Lb与晶圆W之间的光径；以及藉上述液体供给装置经收集管线及吸入喷嘴从晶圆W收集上述液体。调整所供应液体的数量及所收集液体的数量以响应晶圆W相对于投影光学系统PL的移动速度。
另一方面，上述编号为10-303114的日本待审专利申请案所揭露的技术包括下列步骤：使用成为容器的晶圆保持器工作台WT以便容纳液体(介质Lm)；以及通过在(上述液体的)内底部中央抽真空来定位及保持晶圆W。采用一种组态使得投影光学系统的壳体管道尖端浸入上述液体并且边界透镜Lb在晶圆端的光学镜面到达液面。
将大致上不会吸收曝光的空气置于由光源100至晶圆W的整个光径上。如上所述，投影光学系统PL所调节的光罩R上的照明区域与晶圆W上的曝光区域(也就是有效曝光区域ER)都是在Y方向上具有短边的矩形。因此，当利用一驱动系统及一干扰仪(RIF，WIF)来执行光罩R及晶圆W的位置控制时，通过于上述矩形曝光区域及照明区域的短边方向上同步地移动(扫描)光罩平台RS及晶圆平台WS(也就是光罩R及晶圆W)，能够扫描及曝光光罩图案在晶圆W上的一个宽度等于上述曝光区域的长边且长度相当于晶圆W的扫描量(移动量)的区域。
于上述实施例，非球面状表面是以下列方程式(4)(相当于使用不同符号的方程式(3))来表示，其中假定y是垂直于光轴的方向上的高度，z是在光轴方向上位于非球面顶点的接触平面与位于高度y的非球面位置的间的距离(下垂量)，r是顶点曲率半径，κ是锥形系数，以及Cn是n维非球面系数。于上述实施例，非球面状透镜表面以*标记于其表面编号的右边。
z＝(y2/r)/{1+[1-(1+κ)·y2/r2]1/2}+C4·y4+C6·y6+C8·y8+C10·y10+C12·y12+C14·y14+C16·y16+C18·y18+C20·y20    (4)
图11绘示本发明的第二实施例的投影光学系统的透镜组态。于第二实施例，投影光学系统PL包括：用以形成排列在对象平面(平面1)上的光罩的图案的第一中间成像的折射型第一成像形成光学系统G1；用以形成第二中间成像(第一中间成像是上述光罩图案的二次成像)且包括凹反射镜CM的第二成像形成光学系统G2；以及根据来自第二中间成像的光形成上述光罩图案的最终成像(上述光罩图案的缩减成像)于排列在成像视场(平面2)上的晶圆W的折射型第三成像形成光学系统。
用以偏转由第一成像形成光学系统G1往第二成像形成光学系统G2的光的第一光径弯曲镜M1排列在第一成像形成光学系统G1与第二成像形成光学系统G2之间的光径上第一中间成像的形成位置附近。用以偏转由第二成像形成光学系统G2往第三成像形成光学系统G3的光的第二光径弯曲镜M2排列在第二成像形成光学系统G2与第三成像形成光学系统G3之间的光径上第二中间成像的形成位置附近。
第一成像形成光学系统G1具有直线延伸的光轴AX1。第三成像形成光学系统G3具有直线延伸的光轴AX3。设定光轴AX1及光轴AX3以便对准作为共同单一光轴的参考光轴AX。参考光轴AX位于重力方向(也就是垂直方向)。结果，光罩R与晶圆W沿着垂直于重力方向的平面彼此平行地排列着，也就是沿着水平平面。此外，所有形成第一成像形成第一成像形成光学系统G1的透镜以及所有形成第三成像形成光学系统G3的透镜都沿着水平平面排列在参考光轴AX上。
另一方面，第二成像形成光学系统G2也具有直线延伸的光轴AX2，并且设定此光轴AX2以便垂直于参考光轴AX。第一光径弯曲镜M1与第二光径弯曲镜M2都具有平反射镜面，并且整合成有如具有两个反射镜面的单一光学组件(单一光径弯曲镜)。设定这两个反射镜面的交叉线(严格来说是其虚拟延伸表面的交叉线)以便将第一成像形成光学系统G1的AX1、第二成像形成光学系统G2的AX2、以及第三成像形成光学系统G3的AX3交叉于一点。
于第二实施例，使用氟化氩(ArF)准分子雷射源作为光源100。使用石英(SiO2)于所有形成投影光学系统PL的折射光学组件(透镜组件)以及平行平板Lp。上述作为曝光光线的氟化氩(ArF)准分子激光束具有193.306奈米(nm)的振荡中心波长，并且石英对于此中心波长具有1.5603261的折射率。使用对于上述曝光光线具有1.47的折射率的去离子水作为位于边界透镜Lb与晶圆W之间的介质Lm。
于第二实施例的投影光学系统PL之中，第一成像形成光学系统G1从光罩侧开始依序包括：其凸镜面指向光罩的正凹凸透镜L11；其非球面状凸表面或镜面指向晶圆的双凸透镜L12；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L13；其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L14；其凹表面指向光罩的负凹凸透镜L15；其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L16；其非球面状凹表面指向光罩的正凹凸透镜L17；其凹镜面指向光罩的正凹凸透镜L18；双凸透镜L19；以及其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L110。
第二成像形成光学系统G2从光罩侧(也就是从入射侧)开始沿着光的前进路径依序包括：其非球面状凹表面指向光罩的负凹凸透镜L21；其凹表面指向光罩的负凹凸透镜L22；以及凹反射镜CM。
第三成像形成光学系统G3从光罩侧开始在光的前进方向上依序包括：其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L31；双凸透镜L32；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L33；双凸透镜L34；其非球面状凹表面指向光罩的正凹凸透镜L35；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L36；孔径AS；双凸透镜L37；其凹表面指向光罩的负凹凸透镜L38；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L310；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L311；其凸镜面指向光罩的正凹凸透镜L312；以及其平表面指向晶圆的平凸透镜L313(边界透镜Lb)。
平行平板Lp排列在作为边界透镜Lb的平凸透镜L313与晶圆W之间的光径上。边界透镜Lb与平行平板Lp之间的光径，以及平行平板Lp与晶圆W之间的光径充满一种包括去离子水的介质Lm。
下列第3表及第4表绘示图11的第二实施例的投影光学系统PL的各种参数。于第3表，λ表示曝光光线的中心波长；β表示投影放大率(所有系统的成像形成放大率)；NA表示在成像侧(晶圆侧)的数值孔径；B表示晶圆W上的成像圆IF的半径；A表示有效曝光区域ER的偏轴量；LX表示有效曝光区域ER在X方向上的大小(长边大小)；LY表示有效曝光区域ER在Y方向上的大小(短边大小)。
表面编号表示从光罩侧开始依照光的前进方向由作为对象表面(平面1)的光罩表面往作为成像视场(平面2)的晶圆表面的序列；r表示上述表面的曲率半径(假如是非球面状镜面则表示顶点曲率半径，单位为毫米)；d表示上述表面在轴上的间隔，也就是表面间隔(毫米)；ED表示每一表面的有效直径(毫米)；n表示相对于中心波长的折射率。
每次反射发生时表面间隔d将改变正负号。在第一光弯曲镜M1的反射表面至凹反射镜CM的光径上以及在第二光径弯曲镜M2的反射表面至成像视场的光径上表面间隔的正负号为负。在其它光径上，上述正负号为正。对于第一成像形成光学系统G1，指向光罩的凸表面的曲率半径具有正号，而凹表面的曲率半径具有负号。另一方面，对于第三成像形成光学系统G3，指向光罩的曲率半径具有正号，而凸表面的曲率半径具有负号。对于第二成像形成光学系统G2，指向光罩(也就是在入射侧)的凹表面的曲率半径具有正号，而凸表面的曲率表面具有负号。第3表及第4表的符号也使用于接下来的第5表及第6表。
下列参数值应用于第3表及第4表：
λ＝193.306奈米(nm)
β＝-1/4
NA＝1.0
D＝B＝15毫米(mm)
A＝3毫米(mm)
LX＝26毫米(mm)
LY＝4.4毫米(mm)
Cb＝0.01095(毫米)-1(mm)-1
P＝0(毫米)-1(mm)-1
Cb·D/NA＝0.164
|P·D|＝0
第3表
表面编号     r(mm)   d(mm)   n
光罩表面   108.2689
501    244.17278   32.6883   1.5603261     (L11)
502    12431.0855   40.5868
503    218.00254   43.8864   1.5603261     (L12)
504*    -901.16882   1
505    95.35438   40.6221   1.5603261     (L13)
506    255.04609   43.5025
507    -357.02117   25.9377   1.5603261     (L14)
508    -305.85533   29.8146
509    -123.85265   28.7005   1.5603261     (L15)
510    -2549.65778   4.178
511    -591.66174   23.2188   1.5603261     (L16)
512    -399.04534   8.7209
513*    -231.3931   20.2346   1.5603261     (L17)
514    -148.33833   17.4652
515    -354.63058   50   1.5603261     (L18)
516    -136.53902   1
517    5811.09639   34.5332   1.5603261     (L19)
518    -219.00801   1
519    208.57104   29.3963   1.5603261     (L110)
520*    18419.59845   90.9569
521    ∞   -244.3047     (M1)
522*    131.03687   -18.0014   1.5603261     (L21)
523    305.47877   -26.1693
524    100.48802   -16.0009   1.5603261     (L22)
    525     385.87639     -26.7822
    526     149.24479     26.7822     (CM)
    527     385.87639     16.0009     1.5603261     (L22)
    528     100.48802     26.1693
    529     305     18.0014     1.5603261     (L21)
    530*     131.03687     244.3047
    531     ∞     -64.0489     (M2)
    532     529.91109     -39.4419     1.5603261     (L31)
    533     219.30879     -26.0915
    534     -1009.84284     -33.6721     1.5603261     (L32)
    535     345.39448     -1
    536     -176.43124     -49.9914     1.5603261     (L33)
    537*     -663.25312     -119.1058
    538     205.20912     -14.0042     1.5603261     (L34)
    539     -198.561     -115.1819
    540*     1437.46317     -49.9958     1.5603261     (L35)
    541     188.22741     -15.3421
    542     -212.79097     -49.9776     1.5603261     (L36)
    43*     -1223.58584     -25.593
    544     ∞     -1.0003     (AS)
    545     -15481.75066     -23.7099     1.5603261     (L37)
    546     362.44209     -12.9484
    547     209.8877     -14.0041     1.5603261     (L38)
    548     345.03468     -1.0007
    549     -11942.14877     -29.1119     1.5603261     (L39)
    550     278.1043     -1
    551     -157.59127     -26.2942     1.5603261     (L310)
    552     -333.08397     -1
    553     -127.00506     -33.438   1.5603261    (L311)
    554*     -354.79236     -1.0073
    555     -119.95893     -27.9094   1.5603261     (L312)
    556     -139.80778     -1
    557     -91.35661     -34.5243   1.5603261     (L313:Lb)
    558     ∞     -1   1.47     (Lm)
    559     ∞     -4   1.5603261     (Lp)
    560     ∞     -5   1.47     (Lm)
    晶圆
第4表
非球面   κC12   C4C14 C6  C8 C10
4   06.02784×10-26   3.88992×10-80 -7.82619×10-13  5.12223×10-17 -2.73274×10-21
13   0-1.04055×10-24   -6.25952×10-83.26369×10-29 5.48030×10-13  -3.31838×10-16 1.38375×10-20
20   0-1.24577×10-26   1.72798×10-86.24349×10-31 -1.61452×10-13  -4.93244×10-19 1.04591×10-22
22及30   0-5.01578×10-25   -8.82578×10-82.58145×10-29 -2.18452×10-12  -8.66533×10-17 -3.62594×10-21
37   04.71865×10-28   -7.06709×10-9-1.92011×10-31 2.17699×10-13  4.99998×10-18 9.16340×10-23
40   00   5.99640×10-80 -2.38721×10-13  -2.67049×10-18 8.91192×10-22
  43   0   -1.17799×10-8 -5.24366×10-13  -2.67126×10-17 1.52192×10-21
-2.95585×10-26 0
54 0-6.31540×10-25 -5.15363×10-9-1.49243×10-29 -2.43381×10-12 6.03374×10-17 2.56676×10-21
图12绘示横向像差(lateral aberration)。于像差图中，Y表示成像高度。图12所使用的符号也应用于接下来的图14与图16。由图12所示的像差图可清楚得知，于第二实施例中，当利用氟化氩(ArF)准分子激光束确保非常大的成像侧数值孔径(NA＝1.0)时，能够在整个有效曝光区域上令人满意地校正像差。
图13绘示本发明的第三实施例的投影光学系统的透镜组态。第三实施例的投影光学系统PL是一种基本上具有与第二实施例相同组态的反射/折射型光学系统。然而，不同于第二实施例，于第三实施例的中使用氟分子(F2)雷射源作为光源100。使用氟化钙(CaF2)于所有形成投影光学系统PL的折射光学组件(透镜组件)以及平行平板Lp。作为曝光光线的氟分子(F2)激光束具有157.631奈米(nm)的振荡中心波长，并且对于此中心波长，氟化钙具有1.5592267的折射率。使用一种对于上述曝光光线具有1.36的折射率的氟基惰性液体作为边界透镜Lb与晶圆W之间的介质Lm。
于第三实施例的投影光学系统PL之中，第一成像形成光学系统G1从光罩侧开始依序包括：其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L11；其非球面状凸表面指向晶圆的双凸透镜L12；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L13；其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L14；其凹表面指向光罩的负凹凸透镜115；其凹表面指向光罩的负凹凸透镜L16；其非球面状凹表面指向光罩的正凹凸透镜L17；其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L18；双凸透镜L19；以及其非球面状表面指向晶圆的双凸透镜L110。
第二成像形成光学系统G2从光罩侧(也就是从入射侧)开始沿着光的前进路径依序包括：其非球面状凹表面指向光罩的负凹凸透镜L21；其凹表面指向光罩的负凹凸透镜L22；以及凹反射镜CM。
第三成像形成光学系统G3从光罩侧开始沿着光的前进路径依序包括：其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L31；双凸透镜L32；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L33；双凸透镜L34；其非球面状凹表面指向光罩的正凹凸透镜L35；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L36；孔径AS；双凸透镜L37；其凹表面指向光罩的负凹凸透镜L38；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L310；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L311；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L312；以及其平表面指向晶圆的平凸透镜L313(边界透镜Lb)。
平行平板Lp排列在作为边界透镜Lb的平凸透镜L313与晶圆W之间的光径上。边界透镜Lb与平行平板Lp之间的光径，以及平行平板Lp与晶圆W之间的光径充满一种包括氟基惰性液体的介质Lm。于第三实施例之中，较大的光量损耗发生于通过上述包括氟基惰性液体的介质Lm，平行平板Lp与晶圆W之间的距离(也就是工作距离)被设定为一个明显小于第一实施例的值。下列第5表及第6表绘示第三实施例的投影光学系统PL的各种参数。下列参数值应用于第5表及第6表：
λ＝157.631奈米(nm)
β＝-1/4
NA＝1.0
D＝B＝15毫米(mm)
A＝3毫米(mm)
LX＝26毫米(mm)
LY＝4.4毫米(mm)
Cb＝0.01087(毫米)-1(mm)-1
P＝0(毫米)-1(mm)-1
Cb·D/NA＝0.163
|P·D|＝0
第5表
  表面编号     r(mm)     d(mm)     n
  光罩     101.913
  501     225.91181     34.4965     1.5592267     (L11)
  502     1436.06203     33.7438
  503     201.91225     49.2729     1.5592267     (L12)
  504*     -841.64457     1
  505     96.6787     38.2983     1.5592267     (L13)
  506     257.84523     43.1608
  507     -380.28084     27.546     1.5592267     (L14)
  508     -312.16425     30.1639
  509     -124.06734     28.9267     1.5592267     (L15)
  510     -557.96151     3.8304
  511     -366.97659     22.7734     1.5592267     (L16)
  512     -456.35163     12.9347
  513*     -254.00244     19.0622     1.5592267     (L17)
  514     -156.7197     14.5386
  515     -336.79481     46.8839     1.5592267     (L18)
  516     -133.2981     2.8796
  517     2442.55879     49.687     1.5592267     (L19)
  518     -237.47884     1.195
  519     210.34651     30.7754     1.5592267     (L110)
  520*     -18494.54411     86.6055
  521     ∞     -256.5916     (M1)
  523     355.77715     -27.9942
  524     100.61796     -16     1.5592267     (L22)
    525     376.58992     -26.125
    526     150.70332     26.125     (CM)
    527     376.58992     16     1.5592267     (L22)
    528     100.61796     27.9942
    529     355.77715     18     1.5592267     (L21)
    530*     137.75129     256.5916
    531     ∞     -64.0489     (M2)
    532     529.4817     -37.2168     1.5592267     (L31)
    533     217.84933     -45.5764
    534     -906.17992     -39.8472     1.5592267     (L32)
    535     390.17706     -1
    536     -175.866     -49.6987     1.5592267     (L33)
    537*     -666.25803     -123.631
    538     193.90829     -14.451     1.5592267     (L34)
    539     -194.01757     -115.5693
    540*     1756.45056     -49.9992     1.5592267     (L35)
    541     192.14442     -16.6644
    542     -212.68601     -46.8499     1.5592267     (L36)
    543*     -1313.55988     -26.5088
    544     ∞     -1     (AS)
    545     -46713.1214     -22.7123     1.5592267     (L37)
    546     380.61069     -13.0721
    547     213.48092     -14.0147     1.5592267     (L38)
    548     358.25443     -1
    549     -3283.23016     -29.4719     1.5592267     (L39)
    550     287.34852     -1
    551     -177.16315     -23.5067     1.5592267     (L310)
    552     -351.98397     -1
    553     -121.82696     -35.6149     1.5592267     (L311)
    554*     -392.8455     -1
    555     -11 7.938     -28.2524     1.5592267     (L312)
    556     -138.49028     -1
    557     -91.96471     -39.69     1.5592267     (L313:L)
    558     ∞     -1     1.36     (Lm)
    559     ∞     -4     1.5592267     (Lp)
    560     ∞     -1     1.36     (Lm)
    晶圆
第6表
非球面  κC12 C4C14 C6  C8  C10
4  08.18197×10-26 -4.99618×10-80 -7.39398×10-13  6.16730×10-17  -3.94177×10-21
13  0-5.93253×10-25 -6.25952×10-81.35088×10-29 1.42305×10-12  -2.81530×10-16  1.39566×10-20
20  0-1.38926×10-26 1.68383×10-85.21818×10-31 -1.06688×10-13  -2.92682×10-18  2.12089×10-22
22及30  0-7.40500×10-26 -8.30158×10-8-9.34635×10-30 -1.66607×10-12  -6.51740×10-17  -4.60984×10-21
37  0-5.40821×10-29 -5.68895×10-9-2.41357×10-31 2.19286×10-13  5.12916×10-18  6.51778×10-23
40  00 5.94153×10-80 -2.72431×10-13  -3.72411×10-18  8.85563×10-22
  43  0 -1.10623×10-8 -5.34092×10-13  -2.58209×10-17  1.51679×10-21
-3.00290×10-26 0
54 0-7.25627×10-25 -5.82309×10-92.57401×10-29 -2.25140×10-12  6.80911×10-17 3.12945×10-21
图14绘示第三实施例的横向像差。由图14所示的像差图可清楚得知，于第三实施例中，当保持非常大的成像侧数值孔径(NA＝1.0)时，能够在整个有效曝光区域上令人满意地校正像差。
图15绘示本发明的第四实施例的投影光学系统的透镜组态。投影光学系统PL是一种折射型光学系统，不同于第一、第二以及第三实施例。然而，于第四实施例，如同于第二实施例，使用氟化氩(ArF)准分子雷射源作为光源100，并且使用相对于上述曝光光线具有1.47的折射率的去离子水作为置于边界透镜Lb与晶圆W之间的介质Lm。
于第四实施例，使用石英(SiO2)或氟化钙(CaF2)于形成投影光学系统PL的折射光学组件(透镜组件)以及平行平板Lp。尤其，透镜L13、L17、L18、L114、L115、L122以及L123(Lb)是由氟化钙所制成，而其它透镜与平行平板Lp是由石英所制成。上述作为曝光光线的氟化氩(ArF)准分子激光束具有193.306奈米(nm)的振荡中心波长。对于此中心波长石英具有1.5603261的折射率，且氟化钙具有1.5014548的折射率。
第四实施例的投影光学系统PL从光罩侧开始依序包括：其非球面状凹表面指向晶圆的双凹透镜L11；其凹表面指向光罩的负凹凸透镜L12；其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L13；其非球面状凹表面指向光罩的正凹凸透镜L14；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L16；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L17；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L18；其凸表面指向光罩的负凹凸透镜L19；其非球面状凹表面指向光罩的双凹透镜L110；其非球面状凹表面指向晶圆的双凹透镜L111；其非球面状凹表面指向晶圆的双凹透镜L112；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L113；双凸透镜L114；双凸透镜L115；其凸表面指向光罩的负凹凸透镜L116；孔径AS；双凹透镜L117；其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L118；双凸透镜L119；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L120；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L121；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L122；以及其凸表面指向光罩的负凹凸透镜L123(边界透镜Lb)。
平行平板Lp排列在作为边界透镜Lb的负凹凸透镜L123与晶圆W之间的光径上。边界透镜Lb与平行平板Lp之间的光径，以及平行平板Lp与晶圆W之间的光径充满一种包括去离子水的介质Lm。
下列第7表及第8表绘示第四实施例的投影光学系统PL的参数。于第7表及第8表，λ表示曝光光线的中心波长；β表示投影放大率(整个系统的成像形成放大率)；NA表示在成像侧(晶圆侧)的数值孔径；B表示晶圆W上的成像圆的半径；LX表示有效曝光区域ER在X方向上的大小(长边大小)；LY表示有效曝光区域ER在Y方向上的大小(短边大小)。
表面编号表示从光罩侧开始依照光的前进方向由作为对象表面(平面1)的光罩表面往作为成像视场(平面2)的晶圆表面的表面序列；r表示每一表面的曲率半径(假如是非球面状表面则表示顶点曲率半径，单位为毫米)；d表示每一表面在轴上的间隔，也就是表面间隔(mn)；ED表示每一表面的有效直径(毫米)；n表示对于中心波长的折射率。在此假定指向光罩的凸表面的曲率半径是正的，而凹表面则具有负曲率半径。下列参数值应用于第7表及第8表：
λ＝193.306奈米(nm)
β＝-1/4
NA＝0.9
D＝B＝12毫米(mm)
LX＝22毫米(mm)
LY＝9毫米(mm)
Cb＝0.002(毫米)-1(mm)-1
P＝0(毫米)-1(mm)-1
Cb·D/NA＝0.0267
|P·D|＝0
第7表
  表面编号     r(mm)     d(mm)   n
    (光罩面)     55.8515
    501     -2113.36467     22.0016   1.5603261     (L11)
    502*     216.83131     37.6588
    503     -99     35.9329   1.5603261     (L12)
    504     -530.65397     1
    505     -2085.24301     49.6884   1.5014548     (L13)
    506     -211.94203     1
    507*     -1300.49159     51   1.5603261     (L14)
    508     -228.7234     1
    509     449.54298     42.9915   1.5603261     (L15)
    510     -31743139.73     4.4564
    511     286.16093     46.424   1.5603261     (L16)
    512     700     27.3629
    513     200     44.5225   1.5014548     (L17)
    514     835.17809     1
    515     176.47058     44.0153   1.5014548     (L18)
    516     4997.43477     1
    517     1190.04003     14.0931   1.5603261     (L19)
    518     117.90394     42.896
    519*     -174.99987     14   1.5603261     (L110)
    520     122.55049     22.0064
    521     -9702.06368     10   1.5603261     (L111)
    522*     501.0497     22.5348
    523     -150     15.2478   1.5603261     (L112)
    524*     545.44066     5.0208
    525     670.66815     37.0463     1.5603261     (L113)
    526*     1258.71661     9.9406
    527     5070.2394     51.1959     1.5014548     (L114)
    528     -161.64547     1
    529     827.78244     41.9662     1.5014548     (L115)
    530     -354.18335     2.2506
    531     4796.10166     21.3348     1.5603261     (L116)
    532     2003.44485     100.6473
    534     ∞     19.4869     (AS)
    534     -1507.37025     26.9184     1.5603261     (L117)
    535     1249.53353     17.3121
    536     -3874.77086     48.5508     1.5603261     (L118)
    537     -333.94853     1
    538     1503.93894     41.7658     1.5603261     (L119)
    539     -563.59244     1
    540     186     57.7875     1.5603261     (L120)
    541     997.61736     1
    542     158.43716     36.3731     1.5603261     (L121)
    543*     202.36197     1
    544     120     48.8077     1.5014548     (L122)
    545     244.45698     7.8937
    546     500     45.5175     1.5014548     (L123:Lb)
    547     100.78932     4.5     1.47     (Lm)
    548     ∞     4     1.5603261     (Lp)
    549     ∞     9     1.47     (Lm)
    550
    551     -177.16315     -23.5067     1.5592267     (L310)
    552     -351.98397     -1
    553     -121.82696     -35.6149     1.5592267     (L311)
    554*     -392.8455     -1
    555     -117.938     -28.2524     1.5592267     (L312)
    557     -91.96471     -39.69     1.5592267     (L313:Lb)
    558     ∞     -1     1.36     (Lm)
    559     ∞     -4     1.5592267     (Lp)
    560     ∞     -1     1.36     (Lm)
    晶圆
第8表
非球面 κC12  C4C14  C6 C8 C10
2 0-2.03062×10-24  -1.49703×10-75.69043×10-29  6.71854×10-12 -3.64562×10-16 4.13593×10-20
7 01.74725×10-28  -1.18880×10-8-4.32881×10-32  1.02901×10-13 -7.54528×10-19 5.83141×10-23
19 03.26842×10-24  -7.74045×10-8-3-56309×10-28  1.56057×10-11 -1.10312×10-15 3.62488×10-20
22 0-4.51996×10-24  -1.04821×10-74.81943×10-28  8.80831×10-12 3.69747×10-17 -2.96855×10-20
24 0-8.61747×10-25  1.27905×10-8-7.01397×10-29  7.05643×10-13 -4.87282×10-16 4.68907×10-20
26 0-4.70258×10-25 7.26173×10-81.17373×10-29  -3.04123×10-12 -2.32724×10-17 8.20189×10-21
43  03.04007×10-27 -1.90186×10-84.59309×10-31 -8.61256×10-14   1.45348×10-17  4.84634×10-24
图16绘示第四实施例的横向像差。由图16所示的像差图可清楚得知，于第四实施例，当利用氟化氩(ArF)准分子激光束于上述折射型投影光学系统的中维持较大的成像侧数值孔径(NA＝0.9)时，能够在整个有效曝光区域上令人满意地校正像差。
因此，于第二实施例，对于具有193.306奈米(nm)波长的氟化氩(ArF)准分子激光束能够确保1.0的高成像侧数值孔径，并且在晶圆W上一个半径为15毫米(mm)的成像圆内维持一个具有26毫米(mm)×4.4毫米(mm)大小的矩形有效曝光区域(固定的曝光区域)，以作为一个已经充分地校正各种像差的区域。例如，能够在26毫米(mm)×33毫米(mm)矩形曝光区域内以高分辨率扫描及曝光电路图案。
于第三实施例，对于具有157.631奈米(nm)波长的氟分子(F2)激光束能够确保1.0的高成像侧数值孔径，并且在晶圆W上一个半径为15毫米(mm)的成像圆内维持一个具有26毫米(mm)×4.4毫米(mm)大小的矩形有效曝光区域(固定的曝光区域)，以作为一个已经充分地校正各种像差的区域。例如，能够在26毫米(mm)×33毫米(mm)矩形曝光区域内以高分辨率扫描及曝光电路图案。
于第四实施例，对于具有193.306奈米(nm)波长的氟化氩(ArF)准分子激光束能够确保0.9的高成像侧数值孔径，并且在晶圆W上一个半径为12毫米(mm)的成像圆内维持一个具有22毫米(mm)×9毫米(mm)大小的矩形有效曝光区域(固定的曝光区域)，以作为一个已经充分地校正各种像差的区域。例如，能够在22毫米(mm)×33毫米(mm)矩形曝光区域内以高分辨率扫描及曝光电路图案。
同时，于第二实施例，所有透镜组件都是由石英所制成，通过利用氟化钙制成小直径透镜能够避免因石英成型而导致成像形成功能恶化的风险，曝光能量聚集于此种透镜(例如排列在晶圆W附近的边界透镜Lb或透镜L312)。
最好限制有关第三成像透镜群的放大率的条件，此条件表示式能够予以限制如下：
0.75＜MA/MG3＜1.1    (5)
最好是0.8＜MA/MG3＜1.05
其中MA表示整个光学系统的放大率，而MG3表示第三成像透镜系统G3的放大率。
当进入用以分开光径的平面镜的光的数值孔径(NA)变大时，将难以分开光径，以致于必须加大光轴与曝光区域之间的距离。为了确保足够的曝光区域，因此上述光学系统将不可避免地变大。纵使在成像侧预期有大的数值孔径(NA)，然而通过满足有关第三成像透镜群的放大率的条件表示式，将缓和关于进入上述平面镜的数值孔径的增幅，使得光径分开更加容易。因此，确保在成像侧有大的数值孔径(NA)，并且能够获得良好的光学效能而不致使光学系统变大。
为了使数值孔径(NA)变大且为了避免位于孔径附近的透镜的直径变大，因此必须缩减孔径与成像平面(第二平面)之间的距离，以及增加排列在孔径与成像平面之间的聚焦透镜群的复合正折射倍数。同时，为了避免因保持透镜组件而导致透镜变形，因此必须确保足够的透镜边缘厚度，使得聚焦透镜群最好是由五个或更少的透镜组件组成。并且，为了有效地增加正折射倍数，因此聚焦透镜群最好不包括负透镜组件。
为了参考的目的，以下摘录各实施例的总放大率MA与第三级G3的放大率MG3。
             放大率MA      MG3       MA/MG3
第一实施例    1/4          1/3.55    0.888
第二实施例    1/4          1/3.53    0.883
第三实施例    1/4          1/3.78    0.945
第五实施例    1/4          1/3.42    0.855
第9表及第10表绘示与第五实施例有关的各种值。
下列参数应用于图19所示的第五实施例：
NA(成像侧)：1.25
放大率MA：1/4
曝光区域：A＝3.5毫米(mm)，B＝15.1毫米(mm)
→矩形区域26(mm)毫米×4(mm)毫米
中心波长：193.306(nm)奈米
石英玻璃的折射率：1.5603261
净化水的折射率：1.4368163
石英玻璃的色散(dn/dλ)：-1.591E-6/皮米(pm)
净化水的色散(dn/dλ)：-2.096E-6/皮米(pm)
同时，使用氟分子(F2)雷射的微影机器的浸没液体的一个例子为过氟聚醚(PFPE)。
于图19的第五实施例的投影光学系统PL，第一成像形成光学系统G1从光罩侧开始依序包括：其凸表面指向光罩的正透镜L11；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L12；具有晶圆侧非球面状表面的双凸透镜L13；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L14；其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L15；其凹表面指向光罩的负凹凸透镜L16；其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L17；其非球面状凹表面指向光罩的正凹凸透镜L18；正透镜L19；以及其非球面状表面指向晶圆的正凹凸透镜L110。
第二成像形成光学系统G2从光罩侧(也就是从入射侧)开始沿着光的前进路径依序包括：其非球面状凹表面指向光罩的负凹凸透镜L21；其凹表面指向光罩的负凹凸透镜L22；以及凹反射镜CM。
第三成像形成光学系统G3从光罩侧开始在光的前进方向上依序包括：其凹表面指向光罩的正凹凸透镜L31；双凸透镜L32；正透镜L33；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L34；其非球面状凹表面指向晶圆的双凹负透镜L35；其非球面状凹表面指向晶圆的负凹凸透镜L36；双凸透镜L37；其非球面状表面指向光罩的正透镜L38；其凸表面指向光罩的正凹凸透镜L39；其非球面状表面指向晶圆的正透镜L310；孔径AS；双凸透镜L311；正透镜L312；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L313；其非球面状凹表面指向晶圆的正凹凸透镜L314；以及其平镜面指向晶圆的平凸透镜L315(边界透镜Lb)。
由图20可明显得知，第五实施例在±0.4皮米(pm)的波长范围内对于色差获得优异的校正。
第9表
    表面编号     r(mm)     d(mm)     材料
    对象平面     ∞     81.9091
    601：     2634.49417     21.2504     石英
    602：     -395.77168     1.0000
    603：     150.00000     50.0000     石英
    604：     369.68733     54.9152
    605：     179.71446     34.0868     石英
    606：     ASP-1     6.6932
    607：     88.938 16     50.0000     石英
    608：     91.86919     23.6059
    609：     -98.63242     50.0000     石英
    610：     -88.50693     12.0495
    611：     -76.47008     38.6573     石英
    612：     -344.46033     15.7028
    613：     -334.92667     50.0661     石英
    614：     -117.23873     1.0000
    615：     ASP-2     43.8716     石英
    616：     -181.49712     1.0000
    617：     289.19628     27.8483     石英
    618：     5892.12201     12.1517
    619：     227.01362     27.1570     石英
    620：     ASP-3     69.0000
    621：     ∞     -236.5116     (M1)
    622：     ASP-4     -12.5000     石英
    623：     1144.45984     -50.1326
    624：     110.85976     -12.5000     石英
    625：     213.24820     -26.1588
    626：     155.15866     26.1588     (CM)
    627：     213.24820     12.5000     石英
    628：     110.85976     50.1326
    629：     1144.45984     12.5000     石英
    630：     ASP-4     236.5116
    631：     ∞     -64.0489     (M2)
    632：     3037.95158     -22.3312     石英
    633：     259.31045     -1.0000
    634：     -470.92323     -24.5450     石英
    635：     700.75092     -1.0000
    636：     -228.28898     -45.9798     石英
    637：     -4362.49907     -1.0000
    638：     -147.00156     -50.0000     石英
    639：     ASP-5     -13.1758
    640：     810.59426     -12.5000     石英
    641：     ASP-6     -40.9252
    642：     -2113.41076     -12.5000     石英
    643：     ASP-7     -16.1803
    644：     -562.31334     -30.6877     石英
    645：     1126.64825     -80.2339
    646：     ASP-8     -22.6585     石英
    647：     586.42327     -1.0000
    648：     -361.03935     -33.1534     石英
    649：     -3170.02757     -1.0000
    650：     -310.02927     -49.2493     石英
    651：     ASP-9     -9.8682
    652：     ∞     -5.3722     孔径
    653：     -777.31707     -35.8824     石英
    654：     1312.61222     -1.0007
    655：     -319.73575     -35.9439     石英
    656：     3225.49072     -1.0000
    657：     -130.49530     -28.4950     石英
    658：     ASP-10     -1.0000
    659：     -95.22134     -34.3036     石英
    660：     ASP-11     -1.0000
    661：     -61.85167     -50.0000     石英
    662：     ∞     -1.0000     去离子水
    成像平面     ∞
第10表
非球面编号 曲率(CURV)   K A   B  C   D
  E F   G  H   J
ASP-1 -0.00209291   0 7.81812×10-8   6.03387×10-13  3.16794×10-16   -3.45599×10-20
  1.67268×10-24 0   0  0   0
ASP-2 -0.00252981   0 -1.14607×10-08   4.60861×10-13  -1.61766×10-17   -5.41414×10-24
  5.36076×10-27 -1.16131×10-31   0  0   0
ASP-3 0.00029038   0 1.29530×10-08   2.79320×10-13  -1.95862×10-17   6.49032×10-22
  -1.02409×10-26 -4.06450×10-32   0  0   0
ASP-4 0.00934352   0 -8.88014×10-08   -3.40911×10-12  -1.98985×10-16   -1.45801×10-20
  -9.23066×10-26 -1.30730×10-28   0  0   0
ASP-5 -0.00197848   0 -3.21829×10-08   4.08976×10-13  9.46190×10-17   -1.12686×10-20
  1.09349×10-24 -2.30304×10-29   0  0   0
  ASP-6 -0.0104007   0 -1.40846×10-08   3.73235×10-12  5.78170×10-17   4.02044×10-20
1.81116×10-24  -3.46502×10-28  0  0  0
  ASP-7  -0.00689746 0  3.76564×10-08  2.04565×10-12  6.72661×10-17  3.35779×10-21
-5.51576×10-25 2.95829×10-28 0 0 0
  ASP-8  -0.00029365 0  1.54429×10-08  -1.52631×10-13  -1.17235×10-17  -3.02626×10-22
-2.05070×10-28 3.61487×10-31 0 0 0
ASP-9 0.00123523 0  -9.78469×10-09  2.15545×10-14  -2.66488×10-17  1.19902×10-21
-2.50321×10-26  2.10016×10-31  0  0  0
ASP-10 -0.00508157 0  2.76215×10-09  -4.06793×10-12  4.51389×10-16  -5.07074×10-20
1.83976×10-24  -6.22513×10-29  0  0  0
ASP-11 -0.00460959 0  -1.08228×10-07  -9.51194×10-12  1.14605×10-15  -1.27400×10-19
1.59438×10-23  -5.73173×10-28  0  0  0
上述实施例的曝光装置通过利用照明装置(照明步骤)照明光罩(光罩)，以及通过投影光学系统曝光光罩上所形成的图案以传送至感光基片上，使制造微组件(例如半导体组件、影像读写头组件、液晶显示器组件以及薄膜磁头)得以实现。利用本实施例的曝光装置来形成预定电路图案于例如晶圆的感光基片上的一种用以获得作为微组件的半导体组件的典型技术将参照第17图所示的流程图予以说明。
于图17所示的步骤301，蒸汽沈积金属薄膜至一批次晶圆的上。于下一个步骤302，以光致抗蚀剂涂布此批次晶圆上的这些金属薄膜。接着于步骤303，利用本实施例的曝光装置连续地曝光光罩上的图案成像并转移至此批次晶圆上的个别瞄准区域。此后，于步骤304显像此批次晶圆上的光致抗蚀剂之后，将在此批次晶圆上以如同光罩的光阻图案来执行蚀刻，以便于上述个别瞄准区域的中形成与光罩上的图案相对应的电路图案。
然后，通过形成上层的电路图案来制造例如半导体组件的组件。根据上述半导体组件制造方法，能够以高生产率获得具有非常微小电路图案的半导体组件。于步骤301至305，蒸汽沉积金属至晶圆的上；接着以光致抗蚀剂涂布上述金属薄膜；然后执行曝光、显影以及蚀刻步骤。在执行这些步骤之前，且在形成氧化硅薄膜于晶圆之后，可能涂布光致抗蚀剂至上述氧化硅薄膜上，接着是曝光、显影以及蚀刻步骤。
根据本实施例的曝光装置，通过形成指定图案(电路图案、电极图案或类似图案)于板(玻璃基片)上能够获得作为微组件的液晶显示器组件。一种在此阶段所应用的典型技术将参照图18所示的流程图予以说明。在图12，于图案形成步骤401，利用本实施例的曝光装置通过转移及曝光光罩图案至感光基片(涂布光致抗蚀剂的玻璃基片或类似物品)上来执行微影步骤。此微影程序的结果为许多包括电极及类似物的指定图案形成于感光基片之上。上述指定图案经由例如显影、蚀刻以及光致抗蚀剂剥离的步骤形成于已曝光的基片之上，接着上述程序前进至下一个滤色器形成步骤402。
然后，于滤色器形成步骤402，许多组包含红(R)、绿(G)以及蓝(B)的这种点以矩阵形状排列，或复数组红(R)、绿(G)以及蓝(B)的带式滤色器以水平扫描线排列，以便形成滤色器。在滤色器形成步骤402之后，将执行组件组装步骤403。于组件组装步骤403，利用图案形成步骤401所产生的具有指定图案的基片以及滤色器形成步骤402所获得的滤色器来组装液晶面板(液晶组件)。例如，于组件组装步骤403，将液晶注入图案形成步骤401所产生的具有指定图案的基片与滤色器形成步骤402所获得的滤色器的间的空间，以制造液晶面板(液晶组件)。
接着，于模块组装步骤404，附着例如用以产生所组装的液晶面板(液晶组件)及背景光的电路的组件部分，因而完成液晶显示器组件。根据上述液晶显示器组件制造方法，能够以高生产率获得具有非常微小电路图案的液晶显示器组件。
于上述实施例，本发明应用于根据步进及扫描程序的曝光装置，其中当光罩与基片相对于投影光学系统移动时将扫描及曝光光罩图案至基片的曝光区域。然而，本发明并未局限于此，而也可应用于步进及重复程序的曝光装置，其中在光罩与基片处于固定状态下集总地转移光罩图案至基片上，并且通过连续地逐步移动基片来循序地曝光光罩图案至曝光区域上。
于上述实施例，使用氟化氩(ArF)准分子雷射源或氟分子(F2)雷射源。然而，本发明并未局限于此，而可能使用其它适当的光源。于上述实施例的中本发明应用于安装在曝光装置的投影光学系统。虽然本发明应用于安装在曝光装置的投影光学系统，但是本发明并未局限于此，而也可应用于其它普遍使用的投影光学系统。
根据本发明的投影光学，如上所述，通过在往成像视场的光径上提供具有高折射率的介质，以及提供正折射倍数至边界透镜在对象侧的镜面上，能够令人满意地抑制光学镜面上反射损耗的发生，并且能够维持大且有效的成像侧数值孔径。
因此，对于使用本发明的投影光学系统的曝光装置与曝光方法，能够经由具有大且有效的成像侧数值孔径及高分辨率的投影光学系统以高精确度转移及曝光微小图案。利用本发明的一种安装了投影光学系统的曝光装置，通过高分辨率投影光学系统透过高精确度投影及曝光可获得令人满意的微组件。

Claims (43)

1.一种投影光学系统，用以投影一第一平面的一成像至一第二平面上，其特征在于：该投影光学系统包括：
一边界透镜；以及
至少一层浸没介质，位于该边界透镜与该第二平面之间；
其中具有一第一平面侧光学表面的该边界透镜被制成对于经由该边界透镜投影至该第二平面上的光而言入射前的边缘光线收敛角度大于在该边界透镜内的边缘光线收敛角度。
2.如权利要求权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统还包括：
至少一个正倍数透镜组件，这些透镜组件接近该边界透镜，并且具有一非球面状光学表面。
3.如权利要求权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统还包括：
一第一正倍数透镜组件，该透镜组件接近该边界透镜，并且具有至少一非球面状光学表面；以及
一第二正倍数透镜组件，该透镜组件位于该第一正倍数透镜组件与该边界透镜的间，并且具有至少一非球面状光学表面(S261，S262)。
4.如权利要求权利要求1至3任一项所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统还包括一个用以降低球面像差的双重高斯消像散器，该消像散器包括一第三正倍数透镜组件(E222)、一第一负倍数透镜组件、一第二负倍数透镜组件以及一第四正倍数透镜组件。
5.如权利要求权利要求1至4任一项所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统还包括一个包含一凹镜(E215)以及至少一负倍数Schupmann透镜的折反射式消像散器。
6.如权利要求权利要求5所述的投影光学系统，其特征在于：该折反射式消像散器包括两个负倍数Schupmann透镜。
7.如权利要求权利要求1至6任一项所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统改为使用紫外光。
8.一种投影光学系统，用以投影第一平面的成像至第二平面，其特征在于：包括：
一光学系统；
一边界透镜；以及
至少一层浸没液体，位于该边界透镜与该第二平面之间，
其中来自该第一平面的光经由该光学系统传送，并以一预定边缘光线收敛角度输出，
而且定位该边界透镜以接收该光学系统所输出的该光，并改成对于经由该边界透镜投影至该第二平面上的光而言入射前的该边缘光线收敛角度大于在该边界透镜内的边缘光线收敛角度。
9.如权利要求权利要求8所述的投影光学系统，其特征在于：该光学系统包括：
至少一个正倍数透镜组件，该些透镜组件接近该边界透镜，并且具有一非球面状光学表面。
10.如权利要求8所述的投影光学系统，其特征在于：该光学系统包括：
一第一正倍数透镜组件，该透镜组件接近该边界透镜，并且具有至少一非球面状光学表面；以及
一第二正倍数透镜组件，该透镜组件位于该第一正倍数透镜组件与该边界透镜之间，并且具有至少一非球面状光学表面。
11.如权利要求8至10任一项所述的投影光学系统，其特征在于：该光学系统包括：
一双重高斯消像散器，用以降低球面像差，该消像散器包括一第三正倍数透镜组件、一第一负倍数透镜组件、一第二负倍数透镜组件以及一第四正倍数透镜组件。
12.如权利要求8至11任一项所述的投影光学系统，其特征在于：该光学系统还包括一个包含一凹镜以及至少一负倍数Schupmann透镜的折反射式消像散器。
13.如权利要求12所述的投影光学系统，其特征在于：该折反射式消像散器包括两个负倍数Schupmann透镜。
14.如权利要求8项至第13项的任一项所述的投影光学系统，该投影光学系统改为使用紫外光。
15.一种投影方法，用以投影一第一平面的一成像至一第二平面上，其特征在于：该方法包括下列步骤：
传送具有一第一边缘光线收敛角度的光至一边界透镜；
经由该边界透镜传送具有一第二边缘光线收敛角度的光；以及
经由一层浸没液体传送来自该边界透镜的光至该第二平面，
其中该第一边缘光线收敛角度大于该第二边缘光线收敛角度。
16.如权利要求15所述的投影方法，其特征在于：包括经由至少一个接近该边界透镜且具有一非球面状光学表面的正倍数透镜组件来传送光的步骤。
17.如权利要求15所述的投影方法，其特征在于：包括下列步骤：
经由一个接近该边界透镜且具有至少一非球面状光学表面的第一正倍数透镜组件来传送光；以及
经由一个位于该第一正倍数透镜组件与该边界透镜之间且具有至少一非球面状光学表面的第二正倍数透镜组件来传送光。
18.如权利要求15至17任一项所述的投影方法，其特征在于：还包括经由一个用以降低球面像差的双重高斯消像散器来传送光的步骤，该消像散器包括一第三正倍数透镜组件、一第一负倍数透镜组件、一第二负倍数透镜组件以及一第四正倍数透镜组件。
19.如权利要求15至18任一项所述的投影方法，其特征在于：包括经由一个包含一凹镜以及至少一负倍数Schupmann透镜的折反射式消像散器来传送光的步骤。
20.如权利要求19所述的投影方法，其特征在于：包括经由两个负倍数Schupmann透镜来传送光的步骤。
21.如权利要求15至20任一项所述的投影方法，其特征在于：该光是一束紫外光。
22.一种曝光装置，其特征在于：包括一个用以照明一个放置在该第一平面上的光罩的照明系统；以及一个权利要求1至21任一项所述的投影光学系统，用以将该光罩上所形成的一图案成像形成于一个放置在该第二平面上的感光基片。
23.一种曝光方法，其特征在于：包括下列步骤：照明一个放置在该第一平面上的光罩；以及经由权利要求1至21任一项所述的投影光学系统，投影及曝光该光罩上所形成的一图案成像于一个放置在该第二平面上的感光基片。
24.一种投影光学系统，用以投影一第一平面的一成像至一第二平面上，其特征在于：包括：
一条具有若干个透镜的光径，该些透镜包括一个排列在一个最接近该第二平面的位置的边界透镜，其中该边界透镜的该第一平面侧表面具有一正折射倍数，并且对于该光径之中具有折射率1的一空气而言，该边界透镜与该第二平面之间的光径充满一种具有大于1.1的折射率的介质。
25.如权利要求24所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统满足以下所表示的条件：
0.012＜Cb·D/NA＜0.475
其中Cb表示该边界透镜在该第一平面(OP)侧的曲率；D表示一光轴与一有效成像形成区域最外面的点之间的距离；以及NA表示在该边界透镜的该第二平面(IP)侧的数值孔径。
26.如权利要求24或25所述的投影光学系统，其特征在于：排列至少一个大致上不具有折射倍数的光学组件在该边界透镜与第二平面之间的光径；并且该边界透镜与该光学组件之间的光径以及该光学组件与该第二平面之间的光径充满该介质。
27.如权利要求26所述的投影光学系统，其特征在于：可分离地排列至少一个大致上不具有折射倍数的光学组件于该边界透镜与第二平面之间的光径。
28.如权利要求26或27所述的投影光学系统，其特征在于：大致上不具有折射倍数的该光学组件具有一可调整方向。
29.如权利要求26至28任一项所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统满足以下所表示的条件：
|P·D|＜1.0×10-4
其中P表示大致上不具有折射倍数的该光学组件的折射倍数；并且D表示该光轴与该有效成像形成区域最外面的点之间的距离。
30.如权利要求24至29任一项所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统是一种包括至少一凹反射镜的折反射式光学系统。
31.如权利要求30所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统具有一个偏离该光轴的有效成像形成区域，其中至少一个中间成像形成于该投影光学系统的该光径。
32.如权利要求31所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统包括：
一成像形成光学系统，具有该至少一凹反射镜且用以形成该中间成像；以及
另一成像形成光学系统，用以根据该中间成像的通量形成一最终成像于该第二平面上，
其中一偏转镜排列在该成像形成光学系统与该另一成像形成光学系统之间的光径上。
33.如权利要求32所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统满足下列条件表示式：
0.75＜MA/MG3＜1.1
其中MA表示整个该光学系统的一放大率，且MG3表示该另一成像形成光学系统的一放大率。
34.如权利要求31所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统包括：
一第一成像形成光学系统，用以形成该第一平面的一第一中间成像；
一第二成像形成光学系统，具有该至少一凹反射镜且用以根据该第一中间成像来形成一第二中间成像；以及
一第三成像形成光学系统，用以根据该第二中间成像的通量形成一最终成像于该第二平面上；
其中一第一偏转镜排列在该第一成像形成光学系统与该第二成像形成光学系统之间的光径上，并且一第二偏转镜排列在该第二成像形成光学系统与该第三成像形成光学系统之间的光径上。
35.如权利要求34所述的投影光学系统，其特征在于：该第一成像形成光学系统的光轴对准该第三成像形成光学系统的光轴。
36.如权利要求34或35所述的投影光学系统，其特征在于：该投影光学系统满足下列条件表示式：
0.75＜MA/MG3＜1.1
其中MA表示整个该光学系统的一放大率，且MG3表示该第三成像形成光学系统的一放大率。
37.如权利要求32或所述的投影光学系统，其特征在于：该另一成像形成光学系统包括一孔径，并且排列在该孔径的该第二平面侧的透镜组件数目是五个或更少。
38.如权利要求37所述的投影光学系统，其特征在于：所有排列在该第二平面与该第三成像形成光学系统的该孔径之间的透镜组件都具有正折射倍数。
39.如权利要求37所述的投影光学系统，其特征在于：排列在该孔径的该第二平面侧的透镜组件当中不包括具有负折射倍数的透镜组件。
40.如权利要求24至39任一项所述的投影光学系统，其特征在于：在该第一平面侧的数值孔径是0.22或更大。
41.如权利要求24至40任一项所述的投影光学系统，其特征在于：通过该介质所发生的光量损耗是50％或更少。
42.一种曝光装置，其特征在于：包括一个用以照明一个放置在该第一平面上的光罩的照明系统；以及一个权利要求24至41任一项所述的投影光学系统，用以将该光罩上所形成的一图案成像形成于一个放置在该第二平面上的感光基片。
43.一种曝光方法，其特征在于：包括下列步骤：照明一个放置在该第一平面上的光罩；以及经由权利要求24至41任一项所述的投影光学系统，投影及曝光该光罩上所形成的一图案成像于一个放置在该第二平面上的感光基片。
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