DE102004063091A1 - Optical element - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung umfasst ein optisches Element aus einem Mischkristall aus mindestens zwei Metalloxiden und einem Halbleiteroxid, wobei der Mischkristall aus der Gruppe, bestehend aus Mg3Al2Si3O12, Ca3Al2Si3O12, Al2Mg2CaSiO12, Al2MgCa2SiO12 und Al2O3 · 3[A MgO · B CaO] · 3SiO2 mit A + B = 1, ausgewählt ist. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann das optische Element aus einem Mischkristall bestehen, der aus der Gruppe, bestehend aus Calciumspinell CaAl2O4, Gahnit ZnAl2O4, Scandiumspinell ScAl2O4, Strontiumspinell SrAl2O4, Magnesiumüberschußspinell MgO · 3Al2O3, Calciumüberschußspinell CaO · 3Al2O3, Scandiumoxid Sc2O3, Magnesiumgalliumoxid MgGaO4, Scandiumaluminiumgranat Sc3Al5O12 und Hydrogrossularit Ca3Al2SiO8(SiO4)1-m(OH)4m, ausgewählt ist.The invention comprises an optical element of a mixed crystal of at least two metal oxides and a semiconductor oxide, wherein the mixed crystal from the group consisting of Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 , Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 , Al 2 Mg 2 CaSiO 12 , Al 2 MgCa 2 SiO 12 and Al 2 O 3 .3 [A MgO .B CaO] .3SiO 2 with A + B = 1. In further advantageous embodiments, the optical element may consist of a mixed crystal which consists of the group consisting of calcium spinel CaAl 2 O 4 , ganite ZnAl 2 O 4 , scandium spinel ScAl 2 O 4 , strontium spinel SrAl 2 O 4 , magnesium excess spinel MgO x 3Al 2 O 3 , calcium excess spinel CaO. 3Al 2 O 3 , scandium oxide Sc 2 O 3 , magnesium gallium oxide MgGaO 4 , scandium aluminum garnet Sc 3 Al 5 O 12 and hydrogrossularite Ca 3 Al 2 SiO 8 (SiO 4 ) 1-m (OH) 4m .

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Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element, ein Objektiv mit mindestens einem optischen Element, ein Projektionsobjektiv, sowie eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv.The The invention relates to an optical element, a lens with at least an optical element, a projection lens, and a projection exposure apparatus microlithography with a projection lens.

In der Mikrolithographie werden zukünftig besonders hochbrechende Materialien benötigt. Dies gilt insbesondere für die letzte oder die letzten Linsen vor dem Wafer. Besondere Bedeutung erlangen solche hochbrechenden Materialien in der Immersionslithographie oder der optischen Nahfeldlithographie.In Microlithography will become special in the future high-index materials needed. This is especially true for the last or the last lenses in front of the wafer. Special meaning obtain such high-index materials in immersion lithography or near-field optical lithography.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element anzugeben, das neben einer hohen Brechzahl auch eine gute Transmission für DLTV-Wellenlängen, insbesondere 193 nm, aufweist.task The invention is to provide an optical element, in addition to a high refractive index also good transmission for DLTV wavelengths, in particular 193 nm.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 und 8 bis 17.These Task is solved by an optical element according to independent claims 1 and 7. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims 2 to 6 and 8 to 17.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Objektiv, insbesondere ein Projektionsobjektiv, anzugeben, das bei den erwähnten Wellenlängen über eine höchstmögliche Transmission und über geeignete Brechzahlen zur Erzielung hoher Auflösung und Tiefenschärfe verfügt.A Another object of the invention is an objective, in particular a projection lens, specify that at the wavelengths mentioned above a highest possible transmission and over suitable refractive indices for achieving high resolution and depth of field.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung gemäß Anspruch 18. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 19 bis 23.These Task is solved by the use according to claim 18. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims 19 to 23.

Als Material für ein optisches Element, insbesondere zur Verwendung in einem Objektiv in einer Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie wird ein Kristall vorgeschlagen, der mindestens zwei Metalloxide und ein Halbleiteroxid enthält.When Material for an optical element, in particular for use in a lens in a projection exposure apparatus of microlithography proposed a crystal containing at least two metal oxides and contains a semiconductor oxide.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Pyrop, der ein Mischkristall aus MgO, Al2O3 und SiO2 ist. Seine Kristallstruktur ist kubisch. Die chemische Formel lautet: Al2O3·3MgO·3SiO2 oder Mg3Al2Si3O12. Die Brechzahl des Pyrop liegt bei einer Wellenlänge von 193 nm nahe an der von Magnesiumspinell (MgAl2O4), welcher bei 193 nm eine Brechzahl von 1,8 aufweist.Particularly advantageous is the use of pyrope, which is a mixed crystal of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 . Its crystal structure is cubic. The chemical formula is Al 2 O 3 .3MgO. 3SiO 2 or Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 . The refractive index of the pyrope at a wavelength of 193 nm is close to that of magnesium spinel (MgAl 2 O 4 ), which has a refractive index of 1.8 at 193 nm.

Ebenfalls sehr vorteilhaft ist die Verwendung von Grossularit, einem Mischkristall, der statt MgO wie im Pyrop CaO enthält. Seine chemische Formel lautet entsprechend Al2O3·3CaO·3SiO2 oder Ca3Al2Si3O12. Seine Kristallstruktur ist wie beim Pyrop kubisch isotrop. Seine Brechzahl liegt nennenswert über der von Pyrop.Also very advantageous is the use of grossularite, a mixed crystal containing CaO instead of MgO as in the pyrope. Its chemical formula is accordingly Al 2 O 3 .3CaO. 3SiO 2 or Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 . Its crystal structure is cubically isotropic, as in the case of the pyrope. Its refractive index is significantly above that of pyrope.

Die Brechzahl von reinem MgO liegt bei einer Wellenlänge von 193 nm etwa bei 2,0, während die des CaO bei etwa 2,7 liegt. Durch den Ersatz des Bestandteils 3MgO im Pyrop-Kristall durch 3CaO liegt entsprechend die Brechzahl von Grossularit im Vergleich zu Pyrop deutlich höher.The Refractive index of pure MgO at a wavelength of 193 nm is approximately 2.0, while that of the CaO is about 2.7. By replacing the component 3MgO in the pyropecine by 3CaO is corresponding to the refractive index of grossularite compared to pyrope significantly higher.

Neben Mischkristallen aus zwei Metalloxiden und einem Halbleiteroxid kommen als Material für optische Elemente, insbesondere zur Verwendung in einem Objektiv einer Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie Kristallmaterialien in Frage, die aus drei verschiedenen Metalloxiden und einem Halbleiteroxid gebildet sind.Next Mixed crystals come from two metal oxides and a semiconductor oxide as material for optical elements, in particular for use in a lens a projection exposure machine of microlithography crystal materials in question, consisting of three different metal oxides and a semiconductor oxide are formed.

Besonders vorteilhaft ist dabei ein Mischkristall aus Al2O3, MgO, CaO und SiO2 mit der Zusammensetzung Al2O3·2MgO·CaO·3SiO2 bzw. Al2Mg2CaSiO12. Auch ein Mischkristall mit denselben Bestandteilen, aber anderen Anteilen an CaO und MgO, wie zum Beispiel Al2O3·MgO·2CaO·3SiO2 bzw. Al2MgCa2SiO12 kommt in Frage.Particularly advantageous is a mixed crystal of Al 2 O 3 , MgO, CaO and SiO 2 with the composition Al 2 O 3 .2MgO. CaO. 3SiO 2 or Al 2 Mg 2 CaSiO 12 . A mixed crystal with the same constituents, but other proportions of CaO and MgO, such as, for example, Al 2 O 3 .MgO.2CaO. 3SiO 2 or Al 2 MgCa 2 SiO 12, is also suitable.

Calciumoxid CaO und Magnesiumoxid MgO weisen bei DLTV-Wellenlängen, insbesondere bei 193 nm intrinsische Doppelbrechung auf. Während MgO eine positive intrinsische Doppelbrechung zeigt, ist die Doppelbrechung des CaO negativ. Der Erfinder hat erkannt, dass in einem Mischkristall aus mindestens zwei, insbesondere drei Metalloxiden und einem Halbleiteroxid diese gegenläufigen Effekte ausgenutzt werden können, indem man den Anteil des positiv doppelbrechenden MgO und des negativ doppelbrechenden CaO gerade so wählt, dass die gesamte intrinsische Doppelbrechung des Mischkristalls minimal, besonders bevorzugt Null, wird. Der Betrag der intrinsischen Doppelbrechung ist stark von der Wellenlänge der transmittierten Strahlung abhängig. Entsprechend muss die Wellenlänge bei der Optimierung der Zusammensetzung des Mischkristalls berücksichtigt werden.calcium oxide CaO and magnesium oxide MgO exhibit at DLTV wavelengths, in particular at 193 nm intrinsic birefringence. While MgO is a positive intrinsic Shows birefringence, the birefringence of CaO is negative. Of the Inventor has recognized that in a solid solution of at least two, especially three metal oxides and a semiconductor oxide these opposing Effects can be exploited by dividing the proportion of positive birefringent MgO and negative birch-breaking CaO just so chooses that the entire intrinsic birefringence of the mixed crystal minimal, more preferably zero, becomes. The amount of intrinsic Birefringence is strongly dependent on the wavelength of the transmitted radiation. Corresponding must be the wavelength considered in optimizing the composition of the mixed crystal become.

Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang die Verwendung eines Mischkristalls der Zusammensetzung Al2O3·3[A MgO·B CaO]·3SiO2, wobei A + B = 1,0. A und B sind Faktoren für die Anteile von MgO und CaO. Auch dieser Mischkristall weist eine kubische Kristallstruktur auf. Die Faktoren A und B werden bevorzugt so gewählt, dass die intrinsische Doppelbrechung des Kristalls bei einer vorgegebenen Wellenlänge, beispielsweise beim Einsatz des optischen Elements in einem Objektiv einer Projektionsbelichtungsanlage, minimal wird. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn A und B so gewählt wird, dass eine eutektische Mischung entsteht.Particularly advantageous in this context is the use of a mixed crystal of the composition Al 2 O 3 .3 [A MgO .B CaO] .3SiO 2 , where A + B = 1.0. A and B are factors for the proportions of MgO and CaO. This mixed crystal also has a cubic crystal structure. The factors A and B are preferably chosen such that the intrinsic birefringence of the crystal at a given wavelength, for example when using the optical element in a lens of a projection exposure apparatus, becomes minimal. Furthermore, it is particularly advantageous if A and B is chosen so that a eutectic mixture is formed.

Ein weiterer Vorteil dieser Kristall-Verbindung mit variablem MgO- bzw. CaO-Anteil ist gegenüber den reinen Metalloxidkristallen, dass ihre Absorptionskante weiter von 193 nm entfernt ist. Dies gilt insbesondere, wenn eine eutektische Mischung vorliegt.One Another advantage of this crystal compound with variable MgO or CaO share is opposite the pure metal oxide crystals that continue their absorption edge from 193 nm away. This is especially true if a eutectic Mixture is present.

In einem Projektionsobjektiv der Mikrolithographie, ist es insbesondere für die Anwendung in der Immersionslithographie oder der Nahfeldlithographie von Vorteil, für das optische Element, welches der Bildebene am nächsten gelegen ist, ein möglichst hochbrechendes Material, wie zum Beispiel MgO, YAG (Yttrium-Aluminium-Granat, Formel: Y3Al5O12)oder Grossularit vorzusehen. Als diesem Element benachbartes weiteres optisches Element ist es vorteilhaft, ein optisches Element aus einem der vorstehend angegebenen Materialien vorzusehen, das geeignet ist, die Doppelbrechung des der Bildebene nächstliegenden optischen Elements zu kompensieren. Dieses benachbarte optische Element kann eine niedrigere Brechzahl aufweisen. Dadurch ergibt sich eine größere Auswahl an Materialien, die zur Kompensation der intrinsischen Doppelbrechung herangezogen werden können. Ganz besonders eignet sich hier ein Mischkristall der Zusammensetzung Al2O3·3[A MgO·B CaO]·3SiO2, wobei A + B = 1,0, weil seine intrinsische Doppelbrechung durch Variation der Faktoren A und B einstellbar ist.In a projection objective of microlithography, it is advantageous, in particular for use in immersion lithography or near-field lithography, for the optical element which is closest to the image plane to have as high-index material as possible, for example MgO, YAG (yttrium-aluminum). Garnet, formula: Y 3 Al 5 O 12 ) or grossularite. As a further optical element adjacent to this element, it is advantageous to provide an optical element of one of the above-mentioned materials, which is suitable for compensating the birefringence of the optical element closest to the image plane. This adjacent optical element may have a lower refractive index. This results in a greater choice of materials that can be used to compensate for intrinsic birefringence. Very particularly suitable here is a mixed crystal of the composition Al 2 O 3 · 3 [A MgO · B CaO] · 3SiO 2 , where A + B = 1.0, because its intrinsic birefringence is adjustable by varying the factors A and B.

Besonders vorteilhaft ist es, insbesondere für lithographische Anwendungen, die Zusammensetzung des oxidischen Mischkristalls so zu wählen, dass die Brechzahl über 1,7 liegt und gleichzeitig eine intrinsische Doppelbrechung von weniger als 100 nm/cm, bevorzugt weniger als 50 nm/cm und besonders bevorzugt weniger als 30 nm/cm erreicht wird.Especially it is advantageous, in particular for lithographic applications, to choose the composition of the oxide mixed crystal such that the refractive index over 1.7 and at the same time an intrinsic birefringence of less than 100 nm / cm, preferably less than 50 nm / cm and especially preferably less than 30 nm / cm is achieved.

Jede der vorangestellten Kristallarten kann auch für sich durch vier Kristalkichtungen kompensiert werden, dazu sind vier Linsenelemente verteilt über Objektiv vorzugsweise auch in direkter Folge notwendig.each The preceding crystal species can also by itself by four crystal seals are compensated, to four lens elements are distributed over the lens preferably also necessary in direct order.

Ein anderes vorteilhaftes Mittel zur Minimierung der intrinsischen Doppelbrechung ist es, optische Elemente aus einem Mischkristall mit insgesamt positiver intrinsischer Doppelbrechung durch andere optische Elemente aus einem Mischkristall mit insgesamt negativer intrinsischer Doppelbrechung zu kompensieren und umgekehrt. Dabei ist es besonders günstig, die optischen Elemente so auszurichten, dass die Kristallachse mit der höchsten Symmetrie parallel zur optischen Achse des Objektivs verläuft.One another advantageous means of minimizing intrinsic birefringence it is optical elements made of a mixed crystal with a total positive intrinsic birefringence due to other optical elements a mixed crystal with a total of negative intrinsic birefringence to compensate and vice versa. It is particularly favorable, the align the optical elements so that the crystal axis coincides with the highest Symmetry is parallel to the optical axis of the lens.

Neben den oben erwähnten Mischkristallen aus mindestens zwei Metalloxiden und einem Halbleiteroxid kommen als optische Materialien, insbesondere für Objektive in Projektionsbelichtungsanlagen der Mikrolithographie weitere oxidische Mischkristalle in Frage. Dies sind insbesondere: Calciumspinell (CaAl2O4), Gahnit (ZnAl2O4), Scandiumspinell (ScAl2O4), Strontiumspinell (SrAl2O4), Magnesiumüberschußspinell (MgO·3Al2O3) und Calciumüberschußspinell (CaO·3Al2O3), die in ihrer Struktur mit dem Magnesiumspinell (MgAl2O4) verwandt sind. Weiterhin sind auch Scandiumoxid (Sc2O3), Magnesiumgalliumoxid (MgGaO4), Scandiumaluminiumgranat (Sc3Al5O12) und Hydrogrossularit (Ca3Al2SiO8(SiO4)1-m(OH)4m) geeignet.In addition to the above-mentioned mixed crystals of at least two metal oxides and a semiconductor oxide, other oxidic mixed crystals are suitable as optical materials, in particular for objectives in microlithographic projection exposure apparatuses. These are in particular: calcium spinel (CaAl 2 O 4 ), gahnite (ZnAl 2 O 4 ), scandium spinel (ScAl 2 O 4 ), strontium spinel (SrAl 2 O 4 ), magnesium excess spinel (MgO x 3Al 2 O 3 ) and calcium excess spinel (CaO). 3Al 2 O 3 ), which are related in structure to the magnesium spinel (MgAl 2 O 4 ). Furthermore, scandium oxide (Sc 2 O 3 ), magnesium gallium oxide (MgGaO 4 ), scandium aluminum garnet (Sc 3 Al 5 O 12 ) and hydrogrossularite (Ca 3 Al 2 SiO 8 (SiO 4 ) 1-m (OH) 4m ) are also suitable.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnung.It will be explained in more detail the invention with reference to the drawing.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Immersionslithographie mit einem Projektionsobjektiv 1 shows a schematic representation of a projection exposure system for immersion lithography with a projection lens

2 zeigt schematisch die letzten bildseitigen Linsenelemente eines Projektionsobjektivs 2 schematically shows the last image-side lens elements of a projection lens

In 1 ist schematisch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 1 gezeigt, die zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen mittels Immersions-Lithographie vorgesehen ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 3 mit einer Arbeitswellenlänge von 193 nm. Alternativ könnten auch Lichtquellen anderer Arbeitswellenlängen, beispielsweise 248 nm oder 157 nm verwendet werden. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 5 erzeugt in seiner Austrittsebene oder Objektebene 7 ein großes, scharf begrenztes, sehr homogen beleuchtetes und an die Telezentrieerfordernisse des nachgeschalteten Projektionsobjektivs 11 angepasstes Beleuchtungsfeld. Das Beleuchtungssystem 5 hat Einrichtungen zur Steuerung der Pupillenausleuchtung und zum Einstellen eines vorgegebenen Polarisationszustands des Beleuchtungslichts. Insbesondere ist eine Vorrichtung vorgesehen, die das Beleuchtungslicht so polarisiert, dass die Schwingungsebene des elektrischen Feldvektors parallel zu den Strukturen der Maske 13 verläuft.In 1 schematically is a microlithographic projection exposure apparatus 1 shown, which is intended for the production of highly integrated semiconductor devices by immersion lithography. The projection exposure machine 1 comprises as light source an excimer laser 3 with a working wavelength of 193 nm. Alternatively, light sources of other operating wavelengths, for example 248 nm or 157 nm, could also be used. A downstream lighting system 5 generated in its exit plane or object plane 7 a large, sharply delimited, very homogeneously illuminated and to the telecentric requirements of the downstream projection lens 11 adapted lighting field. The lighting system 5 has means for controlling the pupil illumination and for setting a predetermined polarization state of the illumination light. In particular, a device is provided which polarizes the illumination light in such a way that the plane of oscillation of the electric field vector is parallel to the structures of the mask 13 runs.

Im Strahlengang hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung (Reticle-Stage) zum Halten und Bewegen einer Maske 13 so angeordnet, dass diese in der Objektebene 7 des Projektionsobjektivs 11 liegt und in dieser Ebene zum Scanbetrieb in einer Abfahrrichtung 15 bewegbar ist.In the beam path behind the illumination system is a device (reticle stage) for holding and moving a mask 13 arranged so that these in the object plane 7 of the projection lens 11 lies and in this plane for scanning operation in a departure direction 15 is movable.

Hinter der auch als Maskenebene bezeichneten Objektebene 7 folgt das Projektionssobjektiv 11, das ein Bild der Maske mit reduziertem Maßstab auf ein mit einem Photolack, auch Resist 21 genannt, belegtes Substrat 19, beispielsweise einen Silizium-Wafer abbildet. Das Substrat 19 ist so angeordnet, dass die ebene Substratoberfläche mit dem Resist 21 im wesentlichen mit der Bildebene 23 des Projektionsobjektivs 11 zusammenfällt. Das Substrat wird durch eine Einrichtung 17 gehalten, die einen Antrieb umfasst, um das Substrat 19 synchron mit der Maske 13 zu bewegen. Die Einrichtung 17 umfasst auch Manipulatoren, um das Substrat 19 sowohl in z-Richtung parallel zur optischen Achse 25 des Projektionsobjektivs 11, als auch in x- und y-Richtung senkrecht zu dieser Achse zu verfahren. Eine Kippeinrichtung mit mindestens einer senkrecht zur optischen Achse 25 verlaufenden Kippachse ist integriert.Behind the object plane, also referred to as the mask layer 7 follows the projection lens 11 Taking a picture of the mask on a reduced scale on a with a photoresist, also resist 21 called, occupied substrate 19 , for example, a Silizi images around wafer. The substrate 19 is arranged so that the flat substrate surface with the resist 21 essentially with the image plane 23 of the projection lens 11 coincides. The substrate is passed through a device 17 held, which includes a drive to the substrate 19 in sync with the mask 13 to move. The device 17 also includes manipulators to the substrate 19 both in the z-direction parallel to the optical axis 25 of the projection lens 11 , as well as in the x and y direction perpendicular to this axis to proceed. A tilting device with at least one perpendicular to the optical axis 25 extending tilt axis is integrated.

Die zum Halten des Substrats 19 vorgesehene Einrichtung 17 (Wafer-Stage) ist für die Verwendung bei der Immersionslithographie konstruiert. Sie umfasst eine von einem Scannerantrieb bewegbare Aufnahmeeinrichtung 27, deren Boden eine flache Ausnehmung zur Aufnahme des Substrats 19 aufweist. Durch einen umlaufenden Rand 29 wird eine flache, nach oben offene, flüssigkeitsdichte Aufnahme für eine Immersionsflüssigkeit 31 gebildet. Die Höhe des Rands ist so bemessen, dass die eingefüllte Immersionsflüssigkeit 31 die Substratoberfläche mit dem Resist 21 vollständig bedecken und der austrittsseitige Endbereich des Projektionsobjektivs 11 bei richtig eingestelltem Arbeitsabstand zwischen Objektivaustritt und Substratoberfläche in die Immersionsflüssigkeit eintauchen kann.The for holding the substrate 19 provided device 17 (Wafer stage) is designed for use in immersion lithography. It comprises a receiving device which can be moved by a scanner drive 27 whose bottom has a shallow recess for receiving the substrate 19 having. By a circumferential edge 29 becomes a flat, upwardly open, liquid-tight receptacle for an immersion fluid 31 educated. The height of the edge is such that the filled immersion liquid 31 the substrate surface with the resist 21 completely cover and the exit end of the projection lens 11 can dive into the immersion liquid at a properly adjusted working distance between the lens exit and the substrate surface.

Das Projektionsobjektiv 11 hat eine bildseitige numerische Apertur NA von wenigstens NA = 0,6, bevorzugt aber von mehr als 0,8, besonders bevorzugt von mehr als 0,95 und ist damit an die Verwendung von hochbrechenden Immersionsflüssigkeiten besonders angepasst.The projection lens 11 has a picture-side numerical aperture NA of at least NA = 0.6, but preferably of more than 0.8, more preferably of more than 0.95, and is thus particularly adapted to the use of high refractive immersion liquids.

Das Projektionsobjektiv 11 hat als letztes, der Bildebene 23 nächstes optisches Element eine halbkugelförmige Plankonvexlinse 33, deren Austrittsfläche 35 die letzte optische Fläche des Projektionsobjektivs 11 ist. Die Austrittsseite des letzten optischen Elementes ist im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage vollständig in die Immersionsflüssigkeit 31 eingetaucht und wird von dieser benetzt. Oberhalb der Plankonvexlinse 33 ist ein weiteres benachbartes optisches Element 34 angeordnet.The projection lens 11 last, the picture plane 23 next optical element is a hemispherical plano-convex lens 33 , whose exit surface 35 the last optical surface of the projection lens 11 is. The exit side of the last optical element is completely immersed in the immersion liquid during operation of the projection exposure apparatus 31 immersed and is wetted by this. Above the plano-convex lens 33 is another adjacent optical element 34 arranged.

2 zeigt schematisch die letzten bildseitigen Linsenelemente eines Projektionsobjektivs für die Immersionslithographie zur Projektion eines Bildes auf einen Wafer 219. Zwischen dem bildseitig letzten optischen Element 233 und dem Wafer 219 ist eine Immersionsflüssigkeit 231 angeordnet, beispielsweise Wasser, Zyklohexan oder eine perfluorierte Etherverbindung. Auf dem bildseitig letzten Linsenelement 233 ist ein Schutzschichtsystem P aufgebracht, das beispielsweise aus einem Antireflexschichtsystem in Kombination mit einer gegenüber der Immersionsflüssigkeit 231 abschließenden SiO2-Schicht bestehen kann. Dem bildseitig letzten Linsenelement 233 benachbart ist ein weiteres Linsenelement 234 angeordnet. 2 schematically shows the last image-side lens elements of a projection lens for immersion lithography for projection of an image on a wafer 219 , Between the image last optical element 233 and the wafer 219 is an immersion liquid 231 arranged, for example, water, cyclohexane or a perfluorinated ether compound. On the image last lens element 233 a protective layer system P is applied, which consists, for example, of an antireflective layer system in combination with one of the immersion liquid 231 can consist of final SiO 2 layer. The image side last lens element 233 adjacent is another lens element 234 arranged.

Ausführungsbeispiel 1:Embodiment 1

In einem ersten Ausführungsbeispiel besteht das bildseitig letzte Linsenelement 233 aus MgO mit einer Brechzahl von 2,0 bei 193 nm und einer positiven intrinsischen Doppelbrechung. Das benachbarte Linsenelement 234 besteht dagegen aus Al2O3·MgO·2CaO·3SiO2. Die Brechzahl dieses Materials ist etwas niedriger als die des MgO. Durch den Anteil an CaO im Mischkristall resultiert für den Kristall insgesamt eine negative intrinsische Doppelbrechung, so dass durch Kombination der Linsenelemente 233 und 234 die gesamte intrinsische Doppelbrechung verringert wird.In a first exemplary embodiment, the image element last lens element 233 of MgO with a refractive index of 2.0 at 193 nm and a positive intrinsic birefringence. The adjacent lens element 234 On the other hand, Al 2 O 3 .MgO. 2CaO. 3SiO 2 . The refractive index of this material is slightly lower than that of MgO. Due to the proportion of CaO in the mixed crystal results for the crystal overall negative intrinsic birefringence, so that by combining the lens elements 233 and 234 the total intrinsic birefringence is reduced.

Ausführungsbeispiel 2:Embodiment 2:

In einem zweiten Ausführungsbeispiel besteht das bildseitig letzte Linsenelement 233 aus YAG. Das benachbarte Linsenelement 234 besteht aus Al2O3·MgO·2CaO·3SiO2. Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird durch Kombination dieser Materialien die intrinsische Doppelbrechung insgesamt minimiert.In a second exemplary embodiment, the last lens element is the image side 233 from YAG. The adjacent lens element 234 It consists of Al 2 O 3 · MgO · 2CaO · 3SiO 2 . As in the first embodiment, the combination of these materials minimizes intrinsic birefringence overall.

Ausführungsbeispiel 3:Embodiment 3

In einem dritten Ausführungsbeispiel besteht das bildseitig letzte Linsenelement 233 aus Pyrop (Al2O3·3MgO·3SiO2). Das benachbarte Linsenelement 234 besteht aus Grossularit Al2O3·3CaO·3SiO2. Da die intrinsiche Doppelbrechung von MgO und CaO entgegengesetzte Vorzeichen aufweist, wird durch Kombination beider Linsenelemente die intrinsische Doppelbrechung insgesamt minimiert. In diesem Ausführungsbeispiel weist das bildseitig letzte Linsenelement 233 eine niedrigere Brechzahl auf als das benachbarte Linsenelement 234.In a third embodiment, the image last lens element 233 of pyrope (Al 2 O 3 .3MgO. 3SiO 2 ). The adjacent lens element 234 consists of grossularite Al 2 O 3 · 3CaO · 3SiO 2 . Since the intrinsic birefringence of MgO and CaO has opposite signs, the combination of both lens elements minimizes intrinsic birefringence overall. In this embodiment, the image side last lens element 233 a lower refractive index than the adjacent lens element 234 ,

Ausführungsbeispiel 4:Embodiment 4

In einem vierten Ausführungsbeispiel bestehen sowohl das bildseitig letzte Linsenelement 233 als auch das benachbarte Linsenelement 234 aus einem eutektischen Gemisch der Zusammensetzung Al2O3·3[A MgO·B CaO]·3SiO2, wobei A und B so gewählt sind, dass bei einer Arbeitswellenlänge von 193 nm die intrinsische Doppelbrechung minimal wird.In a fourth embodiment, both the image last lens element 233 as well as the adjacent lens element 234 from a eutectic mixture of the composition Al 2 O 3 .3 [A MgO .B CaO] .3SiO 2 , where A and B are chosen such that the intrinsic birefringence becomes minimal at a working wavelength of 193 nm.

Ausführungsbeispiel 5:Embodiment 5:

In einem fünften Ausführungsbeispiel besteht das bildseitig letzte Linsenelement 233 aus Grossularit (Al2O3·3CaO·3SiO2). Das benachbarte Linsenelement 234 besteht aus Pyrop (Al2O3·3MgO·3SiO2). Wie im dritten Ausführungsbeispiel wird die intrinsische Doppelbrechung insgesamt minimiert aufgrund der entgegengesetzten Vorzeichen der intrinsischen Doppelbrechung von Pyrop und Grossularit. Im Gegensatz zum dritten Ausführungsbeispiel weist hier das bildnächste optische Element 233 die höhere Brechzahl auf.In a fifth embodiment, the image last lens element 233 from grossularite (Al 2 O 3 .3CaO. 3SiO 2 ). The neighboring lens element 234 It consists of pyrope (Al 2 O 3 · 3MgO · 3SiO 2 ). As in the third embodiment, the intrinsic birefringence as a whole is minimized due to the opposite signs of intrinsic birefringence of pyrope and grossularite. In contrast to the third embodiment, the image-closest optical element has here 233 the higher refractive index.

Claims (23)

Optisches Element aus einem Mischkristall aus mindestens zwei Metalloxiden und einem Halbleiteroxid.Optical element made of a mixed crystal at least two metal oxides and a semiconductor oxide. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall aus mindestens drei Metalloxiden und einem Halbleiteroxid gebildet wird.Optical element according to claim 1, characterized in that that the mixed crystal of at least three metal oxides and a Semiconductor oxide is formed. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Mg3Al2Si3O12, Ca3Al2Si3O12, Al2Mg2CaSiO12 und Al2MgCa2SiO12.Optical element according to claim 1 or 2, characterized in that the mixed crystal is selected from the group consisting of Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 , Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 , Al 2 Mg 2 CaSiO 12 and Al 2 MgCa 2 SiO 12 . Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anteile der Metalloxide an der Zusammensetzung des Mischkristalls so eingestellt sind, dass die intrinsische Doppelbrechung des Mischkristalls minimiert wird.An optical element according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the proportions of metal oxides in the composition of the mixed crystal are adjusted so that the intrinsic birefringence of the mixed crystal is minimized. Optisches Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall aus Al2O3·3[A MgO·B CaO]·3SiO2 besteht, wobei A + B = 1 ist.An optical element according to claim 4, characterized in that the mixed crystal consists of Al 2 O 3 .3 [A MgO .B CaO] .3SiO 2 , where A + B = 1. Optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall ein nahezu eine eutektische Mischung ist.Optical element according to claim 5, characterized in that that the solid solution is almost a eutectic mixture. Optisches Element aus einem Mischkristall, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Calciumspinell CaAl2O4, Gahnit ZnAl2O4, Scandiumspinell ScAl2O4, Strontiumspinell SrAl2O4, Magnesiumüberschußspinell MgO·3Al2O3, Calciumüberschußspinell CaO·3Al2O3, Scandiumoxid Sc2O3, Magnesiumgalliumoxid MgGaO4, Scandiumaluminiumgranat Sc3Al5O12, und Hydrogrossularit Ca3Al2SiO8(SiO4)1-m(OH)4m.Optical element of a mixed crystal, characterized in that the mixed crystal is selected from the group consisting of calcium spinel CaAl 2 O 4 , Gahnit ZnAl 2 O 4 , scandium spinel ScAl 2 O 4 , strontium spinel SrAl 2 O 4 , magnesium excess spinel MgO · 3Al 2 O 3 , Calcium surplus spinel CaO.3Al 2 O 3 , scandium oxide Sc 2 O 3 , magnesium gallium oxide MgGaO 4 , scandium aluminum garnet Sc 3 Al 5 O 12 , and hydrogrossularite Ca 3 Al 2 SiO 8 (SiO 4 ) 1-m (OH) 4m . Objektiv mit mindestens einem ersten optischen Element nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.Lens with at least one first optical element according to at least one of the claims 1 to 7. Objektiv nach Anspruch 8 mit mindestens einem zweiten optischen Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.Lens according to claim 8 with at least one second optical element according to a the claims 1 to 7. Objektiv nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element und das zweite optische Element benachbart angeordnet sind.Lens according to claim 9, characterized that the first optical element and the second optical element are arranged adjacent. Objektiv nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element und das zweite optische Element aus verschiedenen Materialien bestehen.Lens according to claim 10, characterized that the first optical element and the second optical element made of different materials. Objektiv nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des ersten optischen Elements und das Material des zweiten optischen Elements eine intrinsische Doppelbrechung mit unterschiedlichem Vorzeichen aufweisen.Lens according to claim 11, characterized that the material of the first optical element and the material of the second optical element an intrinsic birefringence have different sign. Objektiv nach einem der Ansprüche 8 bis 12 mit einer Feldebene, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element das der Feldebene am nächsten gelegene optische Element ist.Lens according to one of claims 8 to 12 with a field plane, characterized in that the first optical element of the Field level the next located optical element. Projektionsobjektiv zur Abbildung einer Objektebene auf eine Bildebene bestehend aus einem Objektiv nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldebene die Bildebene ist.Projection objective for imaging an object plane on an image plane consisting of a lens according to claim 13, characterized in that the field plane is the image plane. Projektionsobjektiv nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten optischen Element und der Bildebene eine Immersionsflüssigkeit angeordnet ist.Projection objective according to Claim 14, characterized that between the first optical element and the image plane Immersion liquid is arranged. Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 14 oder 15.Projection exposure system of microlithography with a projection lens according to one of claims 14 or 15th Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage bei einer Wellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, betrieben wird.Projection exposure apparatus according to claim 16, characterized characterized in that the projection exposure system at a wavelength of less than 250 nm, in particular less than 200 nm becomes. Verwendung eines Mischkristalls aus mindestens zwei Metalloxiden und einem Halbleiteroxid als Material für ein optisches Element in einem Projektionsobjektiv der Mikrolithographie.Use of a mixed crystal of at least two Metal oxides and a semiconductor oxide as a material for an optical Element in a projection lens of microlithography. Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall aus mindestens drei Metalloxiden und einem Halbleiteroxid gebildet wird.Use according to claim 18, characterized that the mixed crystal of at least three metal oxides and a Semiconductor oxide is formed. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Mg3Al2Si3O12, Ca3Al2Si3O12, Al2Mg2CaSiO12 und Al2MgCa2SiO12.Use according to claim 19, characterized in that the mixed crystal is selected from the group consisting of Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 , Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 , Al 2 Mg 2 CaSiO 12 and Al 2 MgCa 2 SiO 12 . Verwendung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv für Licht einer Betriebswellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm ausgelegt ist.Use according to one of Claims 18 to 20, characterized that the projection lens for Light of an operating wavelength less than 250 nm, in particular less than 200 nm is. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Anteile der Metalloxide an der Zusammensetzung des Mischkristalls so eingestellt sind, dass die intrinsische Doppelbrechung des Mischkristalls bei der Betriebswellenlänge minimiert wird.Use according to claim 21, characterized that the proportions of metal oxides in the composition of the mixed crystal are set so that the intrinsic birefringence of the mixed crystal at the operating wavelength is minimized. Verwendung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall aus Al2O3·3[A MgO·B CaO]·3SiO2 besteht, wobei A + B = 1 ist.Use according to claim 22, characterized in that the mixed crystal consists of Al 2 O 3 .3 [A MgO .B CaO] .3SiO 2 , where A + B = 1.
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