專利名稱：用于平板顯示器的像差可校正大視場投影光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制作大型平板顯示器(FPD)時，在電路圖形印刷中使用的投影光學系統(tǒng)，更具體地說，是涉及一種相對地緊湊的光學設計方式，它提供像差和放大率校正，并有助于高的FPD生產率。
背景技術：
液晶顯示器，或平板顯示器(FPD)的制作，涉及與制造計算機芯片的集成電路(IC)工業(yè)類似的制作工藝。用曝光系統(tǒng)投射含有電路圖形的掩模版的像，以便使涂布光致抗蝕劑的基板曝光。在用標準的微光刻技術處理已曝光的基板之后，建立了實在的電路。該曝光過程與特定的FPD設計有關，可能在一塊基板上，用有不同電路設計的掩模版重復多次。當所有曝光和微光刻技術處理步驟完成，已經建立了需要的電路圖形時，再使基板與其他部件集成，建立平板顯示屏。
雖然自1980年以來，F(xiàn)PD已經投入生產，當前對FPD的尺寸要求高達42英寸對角線，而54和60英寸對角線也正在研制。這對投影光學系統(tǒng)使用的光學裝置提出嚴格的要求。特別是，現(xiàn)有的許多光學設計方式，如果按比例放大到42英寸(或更大)的FPD制作尺寸，則變得難以置信地大，特別是在光學加工和組裝方面。
通常在平板顯示屏上按光刻技術印刷電路，有兩種不同的成像過程。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中說明的光刻設備，是把小面積的FPD電路設計的像，拼接在一起，建立完整的電路。雖然用拼接成像技術，已經生產了高達18英寸、有可接受的質量和成本的FPD屏，但在拼接中固有的誤差，導致制作較大顯示器時非常低的成品率和勉強可接受的質量。因為低的成品率，大的FPD電視產品價格，從FPD制造商的營銷觀點看，已經高得不可接受。作為剩余拼接誤差的結果，從消費者對FPD電視高價格的評判，那么FPD電視的質量水平，不比常規(guī)電視好多少。
拼接中遇到的主要問題是，用于建立完整FPD電路圖形的相鄰的小的像，沒有相互對準。在光學成像配置中，圖形對準誤差有許多來源。但是，大多數(shù)誤差與成像過程要求使用許多透鏡系統(tǒng)和掩模有關。未對準誤差導致FPD電路的電連接問題，和/或屏上的像有視覺上討厭的不連續(xù)。還沒有找到好的解決方案，完全消除這些與拼接相關的問題。因此，F(xiàn)PD的制作，寧可用全場成像或掃描系統(tǒng)，而不用采用拼接的任何光學設計配置。
與制作42英寸全視場掃描兼容的、工作在1X或別的放大率的光學設計，要求非常大的透鏡和/或反射鏡。要印刷42英寸的FPD，光刻設備必須有的最小狹縫高度約525mm。(注意，雖然在美國，屏尺寸通常用英制表示，而光學設計及設備尺寸通常用公制表示。)光學設計方式是遠心的這一要求，導致光學設計中的一個單元，直徑最低限度是525mm或更大，通常向FPD制造商推薦的光學設計方式，最低限度是1,200mm。
對1X折射和反射折射設計方式，最少需要一打而多時要數(shù)打透鏡和反射鏡。由于折射單元中的色差和透鏡材料中折射率的均勻性問題，用折射單元的光學設計來印刷42英寸和更大FPD電路，達到光學性能要求，是極其困難和非常昂貴的。即使優(yōu)化光學設計，使色差最小，但對可用的光源光譜帶寬仍有實際上的限制。降低可用的光譜帶寬，導致更少的光可用于使光抗蝕劑曝光。因此，折射的和反射折射的制造設備，每小時生產的FPD，比沒有色差的光學設計方式更少。較低的生產率導致FPD電視更高的成本。
除去成本的缺點外，折射和大多數(shù)反射折射設計方式的像的質量及畸變，被材料的不均勻性損害，材料的不均勻性降低像的質量并產生畸變。雖然透鏡材料不均勻性的誤差，能夠部分地在玻璃生產中，或在透鏡的光學加工過程中補償，但這兩種方法都顯著加大成本。在光學設計中，要使透鏡的物理尺寸最小而優(yōu)化的系統(tǒng)，有許多單元，然而，優(yōu)化為只有少量單元的設計，卻有非常大的單元。無論如何，不論哪種情況，在兩種設計中需要的玻璃的總厚度，將導致難以接受的與不均勻性相關的問題。因此，對生產近24英寸和更大FPD的設備的光學設計方式，需要廣泛使用折射材料制作，這是極其昂貴的或不可能制成的，因為具備這種質量水平的玻璃，目前市場上還沒有。
工作在1X放大率的反射光學設計方式，已經成功用于微光刻技術工業(yè)，包括FPD的生產。一種ASML Micralign設計方式，第一次在U.S.Patent No.3,748,015中說明，該設計方式畫在圖1A，已經用于32英寸FPD的制作。圖1A的設計有兩個球面反射鏡凹的主反射鏡101和凸的副反射鏡102。注意，如圖1A所示，主反射鏡兩次用作反射器。在其上畫了需要的FPD電路圖形的掩模版103，相對于該光學系統(tǒng)的光軸離軸放置。掩模版103的像，投射在基板104上，基板104與掩模版對稱地置于光軸的兩側。按照這種設計方式，兩個球面反射鏡的配置，是要在環(huán)形場上(環(huán)形場的光學設計概念，在U.S.Patent No.3,821,763中說明)獲得良好的像的質量和低的畸變。在該設計中像差的校正，是利用同心的光學表面，通過按特定關系選擇表面的曲率半徑，并使掩模版及FPD基板相對于光學系統(tǒng)的對稱排列而實現(xiàn)的。具體說，凸反射鏡的曲率半徑是凹反射鏡曲率半徑的一半。(注意，用兩個凸和一個凹的反射鏡，代替兩個凹和一個凸的反射鏡，也是可以的，但這樣的設計要難得多。)使用這些光學設計原理，導致光學系統(tǒng)自然地校正球面像差、慧形像差、和畸變。該設計方式有基本的像散量，該像散量與掩模版的大小和系統(tǒng)工作的數(shù)值孔徑有關。校正像散的能力是十分重要的，因為對該光學設計方式，像散限制了可用的狹縫寬度，該狹縫寬度又決定FPD基板的生產率。通過使表面與同心度小的偏離，或通過凸反射鏡曲率半徑小的改變，能夠在有限的范圍內校正像散。
雖然該設計方式能滿足印刷32英寸FPD的光學性能要求，但以特定的分辨率比較，像的質量和畸變已經是再好不過的了，而對42英寸的顯示器，要求通常還必須加重。當使42英寸顯示器成像時，因為像散的大小增加，從生產率的觀點看，可用的狹縫寬度小得難以接受，這一點在下一段還要討論。同樣，按比例把32英寸設計放大到印刷42英寸的FPD，導致光學系統(tǒng)中反射鏡之一最小要1.2米直徑。如此尺寸的反射鏡，就它的物理大小方面和它近似700kg的重量方面，對光學加工是個復雜的和非常難于組裝的問題。還有，如此大和重的光學裝置，通常還遇到安裝、調整、和重力引起的形變問題。與之相比，制作32英寸的FPD，設備中最大的反射鏡約800mm直徑，重量在200kg量級。
在圖1A的兩反射鏡設計中，掩模版上的弓形區(qū)形成在FPD的基板上，如圖1B所示。在圖1B中，A是黑(sable)的狹縫寬度。B是狹縫中線。在中線的兩側，光學性能變壞。性能下降的速率，一般隨離開狹縫中線B距離的增加成指數(shù)地增加。C是狹縫高度。FPD對角線尺寸從42到60英寸?？v橫比(高度對寬度)一般的工業(yè)標準是16∶9。較大的FPD對角線尺寸導致增加狹縫高度。狹縫高度的范圍從42英寸對角線的550mm，到60英寸對角線的775mm。工作時，從左到右(或相反)掃描狹縫來印刷FPD電路圖形。在任一時刻，只有狹縫定義的面積在FPD上曝光。
為把FPD基板的整個電路圖形成像，在掩模版的整個寬度上掃描弓形視場。在光致抗蝕劑涂布的基板上建立電路圖形的像。弓形的高度被設計成與FPD屏的垂直軸相同，對42英寸屏約為525mm。這樣能使電路圖形在單次掃描中成像在基板上。對42英寸FPD，屏寬約930mm。
弓形表面的寬度，依賴于優(yōu)化的光學設計的殘留誤差。為獲得高的生產率，需要大的縫寬。較大的縫寬導致每單位時間有更多的光子到達抗蝕劑。在印刷電路圖形時，每單位時間更多的光子數(shù)，得到更短的曝光時間，因而每小時能印刷更多的FPD基板。根據(jù)FPD設備光源系統(tǒng)的通常的功率，最低限度5mm的弓形寬度是需要的。
重要的是要指出，在1X光學系統(tǒng)中，隨著FPD尺寸的增加，殘留的像差也增加。不僅殘留像差的數(shù)值隨FPD大小增加，還有從前因為小而忽略的像差，現(xiàn)在達到光學設計優(yōu)化過程中必需考慮的數(shù)值。像差不是隨FPD大小線性地增加的。相關的像差隨FPD大小的平方、四次方、和六次方地增加。
為了滿足印刷FPD電路圖形必需的像質量和畸變的要求，必須把這些像差的數(shù)值降低到可以接受的水平。調節(jié)各種參數(shù)，如光學表面曲率、表面形狀、光學單元間隔、孔徑光闌位置，等等，能夠控制像差的數(shù)值。對光學設計領域的熟練人員，眾所周知的原理是，能夠校正的不同像差數(shù)，直接與可用于調節(jié)的參數(shù)的數(shù)，或自由度有關。例如，六個自由度可以校正六種像差(“校正”是指可以改進某一像差的數(shù)值)。但是，同樣是這六個自由度，還必須用于控制光學設計的其他方面，如一階設計特征數(shù)值、焦距、后工作距離、等等。因此，計及控制一階設計特征必須的自由度之后，原來的六個自由度只剩下一個或兩個可用于校正像差。遺憾的是，某些被認為“自由度”的光學設計變量，對像差的相對數(shù)值影響非常小。雖然一個光學系統(tǒng)可以有六個自由度，六個變量中只有四個可以有效地影響像差的數(shù)值。因此，自由度數(shù)在光學設計方式中是重要的因素。從像差校正方面來看，有許多自由度的設計方式，將比只有少量自由度的設計方式，能獲得更優(yōu)越的性能。
在U.S.Patent No.3,748,015中說明，在常規(guī)兩反射鏡系統(tǒng)的設計中，只有9個自由度物平面和凹反射鏡101之間的間隔；凹反射鏡101和凸反射鏡102的曲率半徑；凹反射鏡101的x和y傾斜；凹反射鏡101到凸反射鏡102的距離；凸反射鏡102的x和y傾斜；和凹反射鏡101到像平面的距離。(對球面反射鏡，橫向位移，或偏心，等效于使表面傾斜。)在光學設計過程，這些自由度中的六個，必須用于控制數(shù)值孔徑、放大率、焦距、和調整有關誤差。余下的三個變量，對控制所有像差加上任何其他光學性能的考慮，如遠心度，是不夠的。
因此，對大尺寸FPD的制作，需要有某種光學設計方式，在設計中能使用相對少的光學裝置，又有足夠的自由度，可供校正所有關鍵像差及有關的光學性能考慮之用。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對具有放大率和像差可校正性的大視場投影光學系統(tǒng)，用于大的平板顯示器制作，能基本上緩解相關領域中的一個或多個問題及缺點。
相應地，本發(fā)明提供一種曝光系統(tǒng)，用于制作平板顯示器(FPD)，該曝光系統(tǒng)包括適宜支承掩模版的掩模版臺。一基板臺適宜支承基板。一反射光學系統(tǒng)適宜把掩模版成像在該基板上。該反射光學系統(tǒng)包括分為第一反射鏡和第二反射鏡的主反射鏡；和副反射鏡。當把掩模版的像通過第一反射鏡、副反射鏡、和第二反射鏡的反射，投射在基板上時，該反射光學系統(tǒng)有足夠的自由度，用于三級像差的調整和校正。
另一方面，是提供一種曝光系統(tǒng)，用于制作FPD，該曝光系統(tǒng)包括適宜支承FPD基板的基板臺。一反射光學系統(tǒng)適宜把掩模版成像在FPD基板上，該反射光學系統(tǒng)只包括第一反射鏡、第二反射鏡、和副反射鏡，作為它的彎曲反射單元。該反射光學系統(tǒng)至少有14度的自由度。
另一方面，是提供一種單位放大率的環(huán)形場光學系統(tǒng)，用于FPD制作，該光學系統(tǒng)包括含有FPD電路圖形的掩模。一投影光學系統(tǒng)把掩模的像投射在基板上，該投影光學系統(tǒng)包括第一凹反射鏡及第二凹反射鏡、和一凸反射鏡。兩個凹反射鏡的曲率中心基本上與凹反射鏡重合，并基本上相對于凸反射鏡對稱地放置。凸反射鏡的曲率半徑是凹反射鏡曲率半徑的一半。在這些設計方式中，這些反射鏡是非球面的，它們的曲率中心基本上重合，而凸反射鏡曲率半徑名義上是凹反射鏡曲率半徑的一半。該種反射光學系統(tǒng)方式，比前面說明的兩個非球面反射鏡設計方式，多10個自由度。與U.S.Patent No.3,748,015中的兩個球面反射鏡設計相比，這些額外的自由度可用于改進投影光學裝置的性能。由于把單個凹反射鏡分為兩個反射鏡而成為可用的額外自由度，對使用該光學系統(tǒng)時需要調節(jié)物平面位置和/或像平面位置及放大率，是十分重要的。對物和/或像及放大率的任何調節(jié)，也將導致引進不需要的像差。這些像差，能夠用因凹反射鏡的分解而成為可用的一個或多個額外自由度來校正。
另一方面，是提供一種單位放大率的環(huán)形場光學系統(tǒng)，用于FPD制作，該光學系統(tǒng)包括含有FPD電路圖形的掩模。一投影光學系統(tǒng)把掩模的像投射在基板上，該投影光學系統(tǒng)包括第一凸反射鏡、第二凸反射鏡、和一凹反射鏡。該第一和第二凸反射鏡，它們的曲率中心基本上與凹反射鏡的曲率中心重合。該第一和第二凸反射鏡，基本上相對于凹反射鏡的中心軸對稱地放置。凹反射鏡的曲率半徑是凸反射鏡曲率半徑的一半。
另一方面，是提供一種曝光系統(tǒng)，用于制作FPD，該曝光系統(tǒng)包括電磁輻射源、支承在掩模版臺上的掩模版、和適宜把掩模版成像在基板臺支承的基板上的反射光學系統(tǒng)。該反射光學系統(tǒng)只包括三個會聚反射表面，即包括第一反射鏡及第二反射鏡，和副反射鏡。該反射光學系統(tǒng)有足夠的自由度，用于調整和校正三級像差。
本發(fā)明另外的特性和優(yōu)點將在下面的說明中闡明。本發(fā)明的優(yōu)點將通過書面說明中特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。
應當指出，前面的一般說明和后面的詳細說明，是示例性的和示范性的，并用于給出本發(fā)明的進一步解釋。


圖1A畫出常規(guī)的、在FPD制作中使用的兩反射鏡投影光學系統(tǒng)。
圖1B畫出形成在FPD基板上的掩模版的弓形區(qū)。
圖2畫出圖1中環(huán)形場光學設計方式的弓形狹縫狀特征。
圖3畫出本發(fā)明的投影光學系統(tǒng)。
圖4畫出凹反射鏡上使用的實際面積。
圖5表明在新的光學設計方式中，反射鏡縮減的尺寸。
圖6畫出本發(fā)明具有校正器透鏡的投影光學系統(tǒng)。
圖7畫出本發(fā)明光學系統(tǒng)的光線跟蹤圖的一個例子。
圖8以曲線形式畫出圖7的光學系統(tǒng)的光學性能。
圖9畫出本發(fā)明光學系統(tǒng)的光線跟蹤圖的一個例子。
圖10以曲線形式畫出圖9的光學系統(tǒng)的光學性能。
具體實施例方式
現(xiàn)在詳細參考本發(fā)明的實施例，其中的例子在附圖中畫出。只要可能，用相同的參考數(shù)字表示不同圖中相同的單元。
圖2表明，在圖1的常規(guī)兩反射鏡投影光學系統(tǒng)中，主反射鏡101是如何只有一小部分被實際利用的。反射鏡101只有一小部分被利用的事實，提供把反射鏡101分為兩個分離的反射鏡的基本理由，兩個分開的反射鏡的大小，比不用兩個反射鏡而用單個主反射鏡必需的大小還小。在本發(fā)明中，借助把主反射鏡分為兩個，能夠調節(jié)像方性質而不影響物方性質。
現(xiàn)在說明一種用于1X光刻設備的新的光學設計方式，它與當前的光學系統(tǒng)相比，特別是與那些用于印刷42英寸對角線大小和更大的，例如54或60英寸對角線的平板顯示器(FPD)的光學系統(tǒng)相比，有值得注意的優(yōu)點。新的設計方式，在大小、重量、光學可加工性、機械安裝、光學系統(tǒng)調整、補償調節(jié)的選項、組裝、和成本方面，都優(yōu)于常規(guī)的設計。
新的光學設計方式，采用非球面的光學表面。非球面表面與現(xiàn)有技術的球面光學設計方式相比，能實現(xiàn)優(yōu)良的分辨率、較小的光學畸變、和較好的遠心性。新的設計使用三個反射鏡—兩個凹的和一個凸的—這些反射鏡相互對準，使它們的曲率中心名義上重合。掩模版和基板名義上沿垂直光軸的平面，放在反射鏡的曲率中心位置。通過使反射鏡的曲率中心基本上重合，對該三反射鏡設計在環(huán)形視場上除像散外的所有三級像差加以校正，而像散只能在環(huán)形場的一個位置上被校正。在需要的環(huán)形場上的三級像散、高級像差、和遠心性，能夠通過因非球面表面而增加的可用自由度校正。本領域熟練人員可以用商業(yè)上的光學設計程序，如Code 5TM或ZemaxTM，容易地計算非球面項，把像差校正到可接受的程度。
雖然對反射鏡，只有一組非球面項將導致最佳的光學性能，但有許多非球面項的組合，將導致可接受的光學性能。
各個反射鏡的曲率半徑、反射鏡間的間隔、和同心的曲率中心條件，在計算非球面項的光學設計過程中，也可以調節(jié)。添加這些自由度，可以降低為達到需要的光學性能而要求的非球面項數(shù)。降低非球面項數(shù)將導致更多的光學制造公司能加工這些反射鏡并降低反射鏡的價格。
通過添加該單元可用的設計變量來重復光學設計過程。雖然通過向只用三個反射鏡優(yōu)化的設計添加校正器，有可能獲得優(yōu)異的性能，但該系統(tǒng)獲得的性能，將不如同時用所有可用的自由度把設計優(yōu)化那樣優(yōu)異，因為這樣的設計有明顯的優(yōu)點。
為校正像差，可以相對于曲率中心位置調節(jié)1-2mm左右。凹反射鏡是相對于凸反射鏡中心軸對稱地放置的，為校正像差，在這里調節(jié)1-2mm左右也是可以的。
此外，稍稍改變凹反射鏡之一的曲率半徑，能夠校正五級像散，同時仍使系統(tǒng)保持某種程度的Petzval曲率，能使需要的視場上達到分辨率要求。
新的光學設計方式與常規(guī)設計方式比較，對整個場的掃描，至少有10個額外的自由度。這些額外的自由度能用于補償系統(tǒng)的其他誤差，如鍍膜誤差、重力引起的光學裝置形變、光學裝置安裝引起的畸變，等等。如有必要，這些額外的自由度還能用于放寬光學系統(tǒng)中部件的某些光學規(guī)格。
雖然非球面能夠取數(shù)學上能描述的任何表面形狀，但通常是用偶數(shù)或奇數(shù)的高階多項式表示。下面的方程式是用于描述非球面的偶數(shù)高階多項式例子z=Cy21+[1-(1+K)C2y2]+Ay4+By6+Cy8+Dy10]]>這里z是非球面表面對基本球面表面的徑向偏差；C是球面表面曲率半徑的倒數(shù)；y是表面位置；K是非球面偏差項，通常稱為圓錐常數(shù)；A、B、C、D一般稱為多項式每一高階項的系數(shù)。
上述方程式是“偶數(shù)”高階多項式的例子。在光學設計過程中，除了作為設計變量自由度的反射鏡表面曲率半徑外，由偶數(shù)階多項式描述每一表面，可以獲得額外的自由度K、A、B、C、D等等。作為有了這些額外自由度的結果，能夠校正比U.S.Patent No.3,748,015中說明的1X光學設計方式更多的像差。
設計中使用的非球面項數(shù)，與可接受的光學設計偏差有關。圓錐常數(shù)K，和四個高階非球面系數(shù)A、B、C、和D，可導致印刷42英寸FPD電路使用的投影光學系統(tǒng)可接受的性能，以及需要的物和像位置、放大率、和弓形狹縫寬度。
因為兩個凹反射鏡能夠獨立地移動，所以能夠調節(jié)系統(tǒng)的放大率，而在現(xiàn)有技術中，這是不可能的。
在本設計方式中，凹的和凸的反射鏡的曲率中心，基本上是重合的，且凸反射鏡的曲率半徑，名義上是凹反射鏡的一半。除了如U.S.Patent No.3,748,015兩反射鏡設計的投影光學裝置光學設計一樣，每一反射鏡的曲率半徑可以作為變量外，還把非球面分量添加到凹反射鏡中。非球面度的不同形式和類型，可以添加到每一表面。添加到每一反射表面的每一非球面項，是另一個光學設計變量。因此，在光學設計過程中，可以合理地把5個額外變量添加到凹表面。設計中使用的非球面項數(shù)，與可接受的光學設計偏差有關。圓錐常數(shù)，和四個高階非球面系數(shù)，可導致用于印刷42英寸FPD電路的投影光學系統(tǒng)可接受的性能。反射鏡曲率半徑、非球面表面、間隔、和傾斜的組合，能使需要的物和像位置、放大率、和像差的校正，達到可接受的水平。
通常，32英寸FPD是用有800mm直徑的球面反射鏡的光刻設備印刷的。新的光學設計方式能用有800mm直徑的反射鏡，印刷42英寸的FPD。
新的基本設計，與當前用于制作32英寸顯示器的兩反射鏡設計，有相同的光學性能，但用明顯小得多的反射鏡。印刷42英寸FPD，反射鏡的尺寸是光刻設備的關鍵問題。兩反射鏡設計要求系統(tǒng)中的反射鏡之一＞1.1米，而本發(fā)明的三反射鏡設計，最大的反射鏡尺寸約750mm(并可大致成比例地線性放大到54和60英寸對角線的FPD)。
因此，制作平板顯示器(FPD)的名義上1X的光刻曝光系統(tǒng)，包括適宜支承掩模版的掩模版臺?；迮_夾持基板，以便在基板上印刷FPD電路圖形。具有數(shù)量甚多的自由度的反射光學系統(tǒng)，把掩模版成像在基板上。該反射光學系統(tǒng)包括凹的主反射鏡、凸的副反射鏡、和凹的第三個反射鏡，一個或多個這些反射鏡有非球面表面。
在本基本設計方式中，該兩個凹反射鏡的曲率半徑和非球面外形，名義上是相同的，該凸反射鏡的曲率半徑，名義上是凹反射鏡曲率半徑的一半，且所有反射鏡的曲率中心，基本上是重合的。圖3表明本光學設計方式。準確的曲率半徑和反射鏡表面的非球面表面類型，依賴于FPD掩模版的尺寸和在工作狹縫寬度上要求的光學性能。向光學設計添加非球面表面的優(yōu)點是，增加光學設計過程中可用的自由度數(shù)。
本發(fā)明是通過把常規(guī)光學設計中的單個凹反射鏡，分為兩個反射鏡而起作用的。圖3表明為什么這樣做能實現(xiàn)并導致比常規(guī)設計更小的反射鏡。通過把設計中一個大的凹球面反射鏡，分為兩個反射鏡301a、301b，光學設計中反射鏡301a、301b的大小顯著縮減了。把一個光學表面分為兩個，并減小該單元的尺寸，對光學加工、光刻設備的尺寸是有利的，并在校正光學系統(tǒng)調整誤差中增加靈活性。
從圖3可見，本發(fā)明的投影光學系統(tǒng)包括凹的主反射鏡301a、副反射鏡(凸的)302、和凹的第三個反射鏡301b。掩模版303離軸放置(即在軸306外)。掩模版303的像被投射在基板304上。
在圖3所示系統(tǒng)中，凹反射鏡301a、301b是非球面的，并相對于副反射鏡302中心對稱地放置。凹反射鏡301a、301b通常有相同的曲率半徑(雖然不一定總是如此)。副反射鏡302的曲率半徑約為凹反射鏡301a、301b曲率半徑的一半。
圖3的配置能使用比等效的單位放大率系統(tǒng)更小的反射鏡，所以用兩個反射鏡301a、301b代替單個大的凹反射鏡。凹反射鏡301a、301b的曲率中心可以移動，以便補償任何放大率調節(jié)、殘留的光學加工誤差、鍍膜誤差、或安裝誤差帶來的像差。換句話說，額外自由度的可用性有利于對額外的像差加以補償。
此外，根據(jù)上述非球面方程式的設計配置，具有比圖1A的設計方式更優(yōu)良的光學性能，圖3的設計方式，在凹反射鏡尺寸和重量兩方面比圖1A的凹反射鏡更小、更輕。更小尺寸的反射鏡的優(yōu)點，包括降低光學加工的成本、重力對反射鏡表面形狀產生的不必要形變更小、和易于安裝在光刻設備中。
圖4畫出凹反射鏡上使用的實際面積，還表明為什么該兩個凹反射鏡301a、301b能夠代替單個的凹反射鏡。
對每一自由度，可以校正一種像差。注意，增加反射鏡數(shù)，或增加設計中描述非球面表面的非球面項數(shù)，直接與光學設計和調整時的可用自由度數(shù)有關。
還有，反射鏡301a、301b的非球面化不一定相同。當凸反射鏡302被拋光時，有某種程度的像散?？梢愿淖儼挤瓷溏R301a、301b的形狀，以便引進相反的像散量，消除整體的像散。另外，可以只使凹反射鏡301a、301b之一有目的地不對準，以便消除因加工誤差引起的像散。圖3三反射鏡設計的使用，還能校正重力引起的形變，而用兩反射鏡設計是難以做到的。
除反射鏡301a、301b外，副反射鏡302也可以是非球面的。
從光學加工的觀點看，較小的反射鏡301a、301b，比圖1A的單個大反射鏡設計，有若干值得注意的優(yōu)點基板的價格受基板的總體積和尺寸影響(由于處理、設備、和加工時間)。
產生、研磨、和拋光時間，由于較小基板有較小的總表面面積而減少。
反射鏡的尺寸和重量，與標準的商業(yè)上光學加工設備相容。
在光刻設備中，降低的反射鏡尺寸和矩形形狀，導致容易安裝、較小的重力引起的形變、和要求較小調整機構。
由于把凹反射鏡分為兩個反射鏡301a、301b和具有非球面表面的額外優(yōu)點，包括能調節(jié)三個反射鏡之間的間隔，因而能改變系統(tǒng)的焦距。在兩反射鏡設計中，調節(jié)焦距會引起球差。但是，在三反射鏡設計中，在焦距已經改變之后，通過調節(jié)兩個反射鏡的間隔，大多數(shù)球差能夠消除。
如果光學鍍膜過程引進球差和/或像散，重新調節(jié)反射鏡301a、301b的間隔并使反射鏡301a、301b傾斜，能夠校正這些誤差。
如果任何反射鏡的熱載荷使反射鏡表面形變，產生低級像差，那么改變間隔和/或傾斜，能夠校正這些誤差。
在兩反射鏡系統(tǒng)中，是通過改變掩模版的距離調節(jié)放大率的。但是，它會引進像差。重新調節(jié)反射鏡的間隔，可以校正絕大多數(shù)波前像差。
反射鏡安裝引進的表面形狀誤差，如果它們是低級像差，則能大部分被校正。
光學加工導致曲率半徑差錯的誤差，通過三個反射鏡之間間隔的改變，能夠大部分被補償。
如果因為要求大的狹縫寬度，確定需要折射的或反射的校正器，那么，能夠用商業(yè)的光學設計程序計算光學規(guī)格，本領域的一般人員是熟識的。再說，對校正器有許多曲率半徑和非球面系數(shù)的組合，可以導致可接受光學性能。因此，折射校正器透鏡可以加在掩模與光致抗蝕劑涂布的基板之間，或主反射鏡之一和/或第三反射鏡與光致抗蝕劑涂布的基板之間。與兩非球面反射鏡設計相比，這些校正器導致更優(yōu)良的像質量和畸變，以及更寬的工作狹縫，本領域的一般人員是熟識的。
校正器可以設計在掩模版和主反射鏡之間的任何位置，或第三反射鏡和基板之間的任何位置，只要它們不致引起光暈(像向著像的邊緣逐漸模糊)。但是，從光學系統(tǒng)機械安裝的實際考慮，校正器的最佳位置是靠近掩模版和基板。在本基本設計方式中，兩個凹反射鏡的曲率半徑和非球面外形，名義上是相同的，凸反射鏡的曲率半徑是凹反射鏡曲率半徑的一半，和所有反射鏡的曲率中心基本上重合。折射校正器透鏡可以取如下形狀平的和平行表面、一個表面平而另一個有非球面外形加在平的表面上、兩個表面都是非球面表面、凹凸透鏡、在一側或兩側有非球面的凹凸透鏡。在掩模版和基板側的校正器單元，有名義上相同的光學設計規(guī)格。對校正器單元的準確光學規(guī)格，依賴于掩模版的尺寸、工作波長、和光學分辨率及畸變要求。
圖5畫出圖3系統(tǒng)的修改。從圖5可見，可以靠近掩模版303，或靠近基板304，添加相對薄的平的玻璃板505、506之一，或者二者都添加。玻璃板505、506的厚度，對42英寸FPD制作系統(tǒng)，一般在5-10mm的量級(與FPD尺寸粗略成線性比例)。玻璃板505、506可以用來補償光學系統(tǒng)中各種像差，本領域的熟練人員是清楚的。玻璃板505、506的厚度，依賴于整個系統(tǒng)的設計和必需校正的像差的數(shù)值和類型。
此外，可以用凹凸透鏡508或507來進一步校正像差，如圖5所示。可以用一個或兩個凹凸透鏡508、507(還可以與玻璃板505、506一起用)。凹凸透鏡508、507，對42英寸FPD制作系統(tǒng)(即，直徑約525mm)，一般在1-2cm的量級。
也可以在掩模和主反射鏡之間，和/或第三反射鏡和基板之間，添加反射的校正器反射鏡。校正器可以設計在掩模版和主反射鏡之間的任何位置，或第三反射鏡和基板之間的任何位置，只要它們不致引起光暈。但是，從光學系統(tǒng)機械安裝的實際考慮，校正器的最佳位置是靠近掩模版和基板。與三非球面反射鏡設計相比，這些校正器導致更優(yōu)良的像質量和畸變，以及更寬的工作狹縫。
圖6畫出該光學設計方式。在本基本設計方式中，兩個凹反射鏡的曲率半徑和非球面外形，名義上是相同的，凸反射鏡的曲率半徑名義上是凹反射鏡曲率半徑的一半，而且所有反射鏡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。在掩模版和基板側的校正器單元，有名義上相同的光學設計規(guī)格。對校正器單元的準確的光學規(guī)格，依賴于掩模版的尺寸、工作波長、和光學分辨率及畸變要求。
如圖6所示，名義上平的反射鏡610、609，可以用作反射校正器。反射鏡610、609可以是非球面性的，且可以按45度的角度，或其他與它們的非球面性一致的角度取向?？梢允褂梅瓷溏R609，或者反射鏡610，或者兩者都使用。另外，或者反射鏡609，或者的反射鏡610，或者兩者，可以是會聚反射鏡。
用兩個例子來說明本發(fā)明，顯然，與如何定義光學系統(tǒng)優(yōu)值函數(shù)有關，能夠產生無數(shù)的例子。本領域一般人員顯然知道，本發(fā)明不受下面的光學規(guī)格限制，這些光學規(guī)格可以用計算機及熟知的光學設計軟件產生。
例1下表給出例1的示例性光學規(guī)格

圖7畫出射線追蹤圖，圖8以曲線形式畫出例1的光學系統(tǒng)的光學性能。
例2下表給出例2的示例性光學規(guī)格，該例使用折射校正器單元

圖9畫出射線追蹤圖，圖10以曲線形式畫出例2的光學系統(tǒng)的光學性能。


下表列出用非球面表面獲得的光學性能的改進

注意，精確的光學設計隨FPD尺寸改變。換句話說，如果需要的FPD大小變成兩倍，則不一定是把所有原來的設計參數(shù)簡單地乘2。
本領域熟練人員自然知道，不違背本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的精神和范圍在權利要求書規(guī)定，可以在形式和細節(jié)上，作出各種變化。因此，本發(fā)明的廣度和范圍，不應受任何上述示范性的實施例的限制，而只應按照后面的權利要求書及其等價敘述定義。
權利要求
1.一種用于制作平板顯示器(FPD)的曝光系統(tǒng)，包括適宜支承掩模版的掩模版臺；適宜支承基板的基板臺；適宜把所述掩模版成像在所述基板上的反射光學系統(tǒng)，所述反射光學系統(tǒng)包括主反射鏡和副反射鏡，主反射鏡包含第一反射鏡和第二反射鏡，其中，當把掩模版的像通過第一反射鏡、副反射鏡、和第二反射鏡的反射，投射在基板上時，所述反射光學系統(tǒng)有足夠的自由度用于調整和校正像差。
2.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述反射光學系統(tǒng)有1X的放大率。
3.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述反射光學系統(tǒng)有1X到10X之間的放大率。
4.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述第一反射鏡是非球面的。
5.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述第一和第二反射鏡是凹的，而所述副反射鏡是凸的。
6.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述第二反射鏡是非球面的。
7.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述第一、第二、和副反射鏡，都是非球面的。
8.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述副反射鏡是非球面的。
9.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述反射光學系統(tǒng)至少有14度的自由度。
10.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述副反射鏡的曲率半徑，約為所述第一和第二反射鏡曲率半徑的一半。
11.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述副反射鏡和所述第一及第二反射鏡的曲率中心，名義上是重合的。
12.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述曝光系統(tǒng)適宜用于42英寸FPD的制作。
13.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述曝光系統(tǒng)適宜用于54英寸FPD的制作。
14.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述曝光系統(tǒng)適宜用于60英寸FPD的制作。
15.按照權利要求1的曝光系統(tǒng)，其中所述曝光系統(tǒng)適宜用于對角線在40英寸到X英寸之間FPD的制作。
16.按照權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一及第二反射鏡的曲率中心是可移動的，以便提供精細的放大率調節(jié)。
17.按照權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一及第二反射鏡的曲率中心是可移動的，以便使放大率調節(jié)產生的像差最小。
18.按照權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一及第二反射鏡的曲率中心是可移動的，以便校正任何光學加工、鍍膜、和安裝引起的殘留誤差。
19.按照權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一及第二反射鏡，有基本上相同的曲率。
20.按照權利要求1的系統(tǒng)，還包括平行玻璃板，光學上排列在所述掩模版和所述第一反射鏡之間。
21.按照權利要求20的系統(tǒng)，其中所述平行玻璃板，包括任何光學玻璃、熔融石英、和光學晶體材料。
22.按照權利要求18的系統(tǒng)，其中所述玻璃板，可以是如下形狀的任何一種球面外形、非球面外形、一個平表面和一個球面表面、兩個球面表面、一個球面表面和一個非球面表面、及兩個非球面表面。
23.按照權利要求22的系統(tǒng)，其中任何球面和非球面表面有凹的曲率。
24.按照權利要求22的系統(tǒng)，其中任何球面和非球面表面有凸的曲率。
25.按照權利要求1的系統(tǒng)，還包括平行玻璃板，光學上排列在所述基板和所述第二反射鏡之間。
26.按照權利要求25的系統(tǒng)，其中所述玻璃板，可以是如下形狀的任何一種球面外形、非球面外形、一個平表面和一個球面表面、兩個球面表面、一個球面表面和一個非球面表面、及兩個非球面表面。
27.按照權利要求25的系統(tǒng)，其中所述平行玻璃板補償殘留的像差。
28.按照權利要求1的系統(tǒng)，還包括第一平行玻璃板和第二平行玻璃板，第一平行玻璃板光學上排列在所述掩模版和所述第一反射鏡之間，第二平行玻璃板光學上排列在所述基板和所述第二反射鏡之間。
29.按照權利要求28的系統(tǒng)，其中所述第一和第二玻璃板，可以是如下形狀的任何一種球面外形、非球面外形、一個平表面和一個球面表面、兩個球面表面、一個球面表面和一個非球面表面、及兩個非球面表面。
30.按照權利要求1的系統(tǒng)，還包括一凹凸透鏡，靠近所述玻璃板并在所述玻璃板和所述第一凹反射鏡之間。
31.按照權利要求25的系統(tǒng)，其中所述凹凸透鏡在它的一個或兩個表面上有非球面外形。
32.按照權利要求1的系統(tǒng)，還包括有非球面外形的名義上平的反射鏡，與所述掩模版成一角度并靠近所述掩模版。
33.按照權利要求1的系統(tǒng)，還包括有非球面外形的名義上平的反射鏡，與所述基板成一角度并靠近所述基板。
34.按照權利要求33的系統(tǒng)，其中的非球面外形，沿垂直軸和水平軸是不同的。
35.按照權利要求1的系統(tǒng)，還包括有第一非球面外形的第一名義上平的反射鏡，和有第二非球面外形的第二名義上平的反射鏡，第一名義上平的反射鏡與所述掩模版成一角度并靠近所述掩模版，第二名義上平的反射鏡與所述基板成一角度并靠近所述基板。
36.按照權利要求1的系統(tǒng)，還包括有非球面外形的會聚反射鏡，與所述掩模版成一角度并靠近所述掩模版。
37.按照權利要求1的系統(tǒng)，還包括有非球面外形的會聚反射鏡，與所述基板成一角度并靠近所述基板。
38.按照權利要求1的系統(tǒng)，還包括有第一非球面外形的第一會聚反射鏡，和有第二非球面外形的第二會聚反射鏡，第一會聚反射鏡與所述掩模版成一角度并靠近所述掩模版，第二會聚反射鏡與所述基板成一角度并靠近所述基板。
39.按照權利要求1的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是單位放大率的環(huán)形光學系統(tǒng)。
40.按照權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一和第二反射鏡的曲率中心，基本上與所述副反射鏡重合。
41.按照權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一和第二反射鏡，基本上相對于所述副反射鏡中心對稱地放置。
42.一種用于制作平板顯示器(FPD)的曝光系統(tǒng)，包括適宜支承FPD基板的基板臺；適宜把掩模版成像在所述FPD基板上的反射光學系統(tǒng)，所述反射光學系統(tǒng)包括第一反射鏡、第二反射鏡、和第三反射鏡，作為反射光學系統(tǒng)的會聚反射單元，其中，當把掩模版的像通過第一反射鏡、第二反射鏡、和第三反射鏡的反射，投射在FPD基板上時，所述反射光學系統(tǒng)至少有14度的自由度。
43.按照權利要求36的曝光系統(tǒng)，其中所述反射光學系統(tǒng)有1X的放大率。
44.按照權利要求36的曝光系統(tǒng)，其中所述第一反射鏡是非球面的。
45.按照權利要求36的曝光系統(tǒng)，其中所述第三反射鏡是非球面的。
46.按照權利要求36的曝光系統(tǒng)，其中所述第一、第二、和第三反射鏡是非球面的。
47.按照權利要求36的曝光系統(tǒng)，其中所述第二反射鏡是非球面的。
48.按照權利要求36的曝光系統(tǒng)，其中所述第二反射鏡的曲率半徑，約為所述第一和第三反射鏡曲率半徑的一半。
49.按照權利要求36的曝光系統(tǒng)，其中所述反射光學系統(tǒng)有足夠的自由度，用于調整和校正三級像差。
50.按照權利要求36的曝光系統(tǒng)，其中所述反射光學系統(tǒng)有足夠的自由度，用于調整和校正像差。
51.按照權利要求36的系統(tǒng)，其中所述第一及第三反射鏡的曲率中心是可移動的，以便提供精細的放大率調節(jié)和使放大率調節(jié)產生的所述像差最小。
52.按照權利要求36的系統(tǒng)，其中所述第一及第三反射鏡，有基本上相同的曲率。
53.按照權利要求36的系統(tǒng)，還包括平行玻璃板，至少靠近所述掩模版或所述基板之一。
54.按照權利要求46的系統(tǒng)，其中所述玻璃板有非球面外形。
55.按照權利要求36的系統(tǒng)，還包括第一平行玻璃板和第二平行玻璃板，第一平行玻璃板光學上排列在所述掩模版和所述第一反射鏡之間，第二平行玻璃板光學上排列在所述基板和所述第三反射鏡之間。
56.按照權利要求36的系統(tǒng)，還包括一凹凸透鏡，靠近所述玻璃板并在所述玻璃板和所述第一反射鏡之間。
57.按照權利要求49的系統(tǒng)，其中所述凹凸透鏡有非球面外形。
58.按照權利要求36的系統(tǒng)，還包括有非球面外形的名義上平的反射鏡，放在使系統(tǒng)光軸折疊的位置，并且位置至少靠近所述掩模版和所述基板之一。
59.按照權利要求36的系統(tǒng)，還包括有非球面外形的會聚反射鏡，放在使系統(tǒng)光軸折疊的位置，并且位置至少靠近所述掩模版和所述基板之一。
60.一種用于制作平板顯示器(FPD)的單位放大率環(huán)形光學系統(tǒng)，包括有FPD電路圖形的掩模；投影光學系統(tǒng)，把所述掩模的像投射在基板上，所述投影光學系統(tǒng)包括第一凹反射鏡、第二凹反射鏡、和凸反射鏡，所述第一和第二凹反射鏡的曲率中心，基本上與所述凹反射鏡的曲率中心重合，所述第一和第二凹反射鏡基本上相對于所述凸反射鏡中心對稱地放置，其中所述凸反射鏡的曲率半徑，約為所述凹反射鏡曲率半徑的一半，和其中掩模的像，被從第一凹反射鏡、凸反射鏡、和第二凹反射鏡反射，投射在基板上。
61.按照權利要求53的曝光系統(tǒng)，其中所述第一凹反射鏡是非球面的。
62.按照權利要求53的曝光系統(tǒng)，其中所述第二凹反射鏡是非球面的。
63.按照權利要求53的曝光系統(tǒng)，其中所述凸反射鏡是非球面的。
64.按照權利要求53的曝光系統(tǒng)，其中所述反射光學系統(tǒng)至少有14度的自由度。
65.按照權利要求53的曝光系統(tǒng)，其中所述副反射鏡的曲率半徑，約為所述第一和第二反射鏡曲率半徑的一半。
66.按照權利要求53的系統(tǒng)，還包括平行玻璃板，光學上排列在所述掩模和所述第一反射鏡之間。
67.按照權利要求60的系統(tǒng)，其中所述玻璃板有非球面的外形。
68.按照權利要求53的系統(tǒng)，還包括平行玻璃板，光學上排列在所述基板和所述第二反射鏡之間。
69.按照權利要求62的系統(tǒng)，其中所述玻璃板有非球面的外形。
70.按照權利要求53的系統(tǒng)，還包括一凹凸透鏡，靠近所述玻璃板并在光學上排列在所述玻璃板和所述第一凹反射鏡之間。
71.按照權利要求65的系統(tǒng)，其中所述凹凸透鏡有非球面外形。
72.按照權利要求53的系統(tǒng)，還包括有非球面外形的名義上平的反射鏡，放在使系統(tǒng)光軸折疊的位置，并靠近所述掩模。
73.按照權利要求53的系統(tǒng)，還包括有非球面外形的名義上平的反射鏡，放在使系統(tǒng)光軸折疊的位置，并靠近所述基板。
74.按照權利要求53的系統(tǒng)，還包括有非球面外形的會聚反射鏡，放在使系統(tǒng)光軸折疊的位置，并靠近所述掩模。
75.按照權利要求53的系統(tǒng)，還包括有非球面外形的會聚反射鏡，放在使系統(tǒng)光軸折疊的位置，并靠近所述基板。
76.一種用于制作平板顯示器(FPD)的單位放大率環(huán)形光學系統(tǒng)，包括具有用于所述FPD的電路圖形的掩模；投影光學系統(tǒng)，把所述掩模的像投射在基板上，所述投影光學系統(tǒng)包括第一凸反射鏡、第二凸反射鏡、和凹反射鏡，所述第一和第二凸反射鏡的曲率中心，基本上與所述凹反射鏡的曲率中心重合，所述第一和第二凸反射鏡基本上相對于所述凹反射鏡中心軸對稱地放置，其中所述凹反射鏡的曲率半徑，是所述凸反射鏡曲率半徑的一半，和其中掩模的像，被從第一凹反射鏡、凸反射鏡、和第二凹反射鏡反射，投射在基板上。
77.一種用于制作平板顯示器(FPD)的曝光系統(tǒng)，包括電磁輻射源；掩模版臺；掩模版，支承在所述掩模版臺上；基板臺；反射光學系統(tǒng)，適宜把所述掩模版成像在所述基板臺支承的基板上，所述反射光學系統(tǒng)只由三個會聚的反射表面構成，三個會聚反射表面包括第一反射鏡、第二反射鏡、和副反射鏡，其中，當把掩模版的像通過第一反射鏡、副反射鏡、和第二反射鏡的反射，投射在基板上時，所述反射光學系統(tǒng)有足夠的自由度用于調整和校正三級像差。
全文摘要
一種用于制作平板顯示器(FPD)的曝光系統(tǒng)，包括適宜支承掩模版的掩模版臺。一個基板臺，適宜支承基板。一個反射光學系統(tǒng)，適宜把掩模版成像在基板上。該反射光學系統(tǒng)包括包含第一反射鏡及第二反射鏡的主反射鏡，和副反射鏡。當把掩模版的像通過第一反射鏡、副反射鏡、和第二反射鏡的反射，投射在基板上時，該反射光學系統(tǒng)有足夠的自由度用于調整和校正三級像差。
文檔編號G02B17/00GK1577102SQ20041006176
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權日2003年6月30日
發(fā)明者羅伯特·D·哈恩德, 帕特里克·得·加格, 桂程群 申請人:Asml控股股份有限公司