DE102005027099A1

DE102005027099A1 - Immersion lithography lens

Info

Publication number: DE102005027099A1
Application number: DE200510027099
Authority: DE
Inventors: Aurelian Dodoc
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-12-14
Also published as: WO2006131258A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objektiv zur Abbildung eines Objekts in ein Bild, insbesondere ein Mikrolithographie-Projektionsobjektiv zur Abbildung einer Struktur auf eine Bildebene, mit mindestens einem optischen Element (52), vorzugsweise mehreren, insbesondere mindestens zwei optischen Elementen (52a, 52b, 57), die in einem oder mehreren Räumen zwischen sich mindestens einen Zwischenbildraum (55) definieren, in dem ein Zwischenbild erzeugt wird, wobei in einem zwischen Objekt und einem objektseitig ersten optischen Element definierten Objektraum (50) mindestens ein Immersionsmedium (51) zur Erhöhung des Brechungsindex im Objektraum und/oder in dem oder den Zwischenbildräumen (55) mindestens ein Immersionsmedium (56) zur Erhöhung des Brechungsindex im Zwischenbildraum angeordnet sind.The present invention relates to an objective for imaging an object into an image, in particular a microlithography projection objective for imaging a structure onto an image plane, comprising at least one optical element (52), preferably several, in particular at least two optical elements (52a, 52b, 57) ), which define in one or more spaces between them at least one intermediate image space (55) in which an intermediate image is generated, wherein in an object space (50) defined between object and an object-side first optical element at least one immersion medium (51) for increasing the Refractive index in the object space and / or in the one or more intermediate image spaces (55) at least one immersion medium (56) are arranged to increase the refractive index in the intermediate image space.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNGAREA OF INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objektiv zur Abbildung eines Objekts in ein Bild, insbesondere ein Mikrolithographie-Projektionsobjektiv zur Abbildung einer Struktur (Retikel) auf eine Bildebene, mit mindestens einem, vorzugsweise mehreren optischen Elementen sowie eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungseinrichtung.The The present invention relates to a lens for imaging a Object in an image, especially a microlithography projection lens for imaging a structure (reticle) on an image plane, with at least one, preferably a plurality of optical elements and a microlithography projection exposure device.

STAND DER TECHNIKSTATE OF TECHNOLOGY

Zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen, wie integrierten elektronischen Schaltkreisen und dergleichen, werden üblicherweise lithographische Systeme eingesetzt, bei denen die Strukturierung der Bauelemente durch Übertragung einer Struktur einer Maske mittels einer Projektionsbelichtungsanlage auf eine lichtempfindliche Schicht, wie einen Photolack, erfolgt. Der Photolack, der für einen bestimmten Wellenlängenbereich, beispielsweise ultraviolettes Licht (UV-Licht), empfindlich ist, bildet nach der Belichtung entsprechend dem Muster der Maske eine Schablone für nachfolgende Ätzprozesse oder Beschichtungen, so dass eine Strukturierung des Substrats oder darauf abgeschiedener Schichten entsprechend der Struktur der Maske erfolgen kann.to Production of microstructured components, such as integrated Electronic circuits and the like are commonly used used lithographic systems in which the structuring of the components by transmission a structure of a mask by means of a projection exposure system on a photosensitive layer, such as a photoresist takes place. The photoresist for a certain wavelength range, For example, ultraviolet (UV) light is sensitive, forms after exposure according to a pattern of a mask Template for subsequent etching processes or coatings, so that a structuring of the substrate or deposited layers according to the structure of the mask can be done.

Folglich ist es für die gewünschte Miniaturisierung der mikrostrukturierten Bauelemente mit zunehmend kleineren Strukturgrößen von entscheidender Bedeutung, dass die Struktur der Maske mit einer sehr guten Auflösung abgebildet wird, wobei der Abbildungsmaßstab üblicherweise kleiner gleich 1 ist.consequently is it for the desired Miniaturization of microstructured components with increasing smaller feature sizes of crucial that the structure of the mask with a very good resolution is usually less than or equal to the magnification 1 is.

Allerdings ist bekannt, dass lediglich bei der ideal geometrisch-optischen Abbildung jedem Punkt des Objektraums eindeutig ein Bildpunkt zugeordnet ist und die geometrischen Figuren des Objektraums in ähnliche Figuren des Bildraums abgebildet werden. In der Praxis werden durch die zur Verfügung stehenden optischen Elemente, wie Spiegel und Linsen, jedoch Objektpunkte insbesondere außerhalb des paraxialen Gebiets mit flach und achsnah verlaufenden Lichtstrahlen nicht in punktförmige und die Geometrie des Objekts ähnlich darstellende Bildpunkte abgebildet, sondern es entstehen kleine Zerstreuungsfiguren auf Grund von Abbil dungsfehlern, der so genannten Aberration. Durch Verwendung von asphärischen Spiegeln und Linsen kann dem entgegen gewirkt werden, auch wenn derartige Bauteile aufwändig in der Herstellung sind. Allerdings werden bei der Abbildung von Objekten mit großen Objektfeldern und weit geöffneten Strahlbündeln allgemein Abweichungen von der punktförmigen ähnlichen Abbildung festgestellt. Entsprechend wird, um günstige Abbildungbedingungen einzustellen, üblicherweise ein Kompromiss aus kleinen Objektfeldern und großer numerischer Apertur oder großen Objektfeldern und kleiner numerischer Apertur gesucht.Indeed is known that only in the ideal geometric-optical Illustration clearly assigned a pixel to each point of the object space is and the geometric figures of the object space in similar Figures of the image space are displayed. In practice, by the available standing optical elements, such as mirrors and lenses, but object points especially outside of the paraxial area with flat and close to the axis of light rays not in punctiform and the geometry of the object similar representing pixels, but there are small Diverting figures due to imaging errors, the so-called Aberration. By using aspherical mirrors and lenses can counteracted, even if such components consuming in of production. However, when imaging objects with big Object fields and wide open beams In general, deviations from the punctiform similar image are noted. Accordingly, in order to favorable Set picture conditions, usually a compromise from small object fields and large numerical aperture or huge Object fields and small numerical aperture searched.

Um den Abbildungsfehlern entgegen zu wirken und insbesondere die Auflösung und Tiefenschärfe zu verbessern, sind Lithographieobjektive vorgeschlagen worden, bei denen im Bildraum, also zwischen der Bildebene und dem in Strahlrichtung letzten optischen Element, ein brechendes Medium mit einem hohen Brechungsindex, vorzugsweise größer 1, eine so genanntes Immersionsflüssigkeit, vorgesehen wird. Ein Beispiel hierfür ist in der WO 2004/107048 A2 mit einem Mikrolithographie-Projektionsobjektiv gegeben, welches zwischen letztem optischen Element und Bildebene, in der beispielsweise der mit dem Photolack versehene Wafer angeordnet ist, eine Immersionsflüssigkeit sowie zusätzlich ein Abschlusselement zum Schutz des letzten bildseitigen optischen Elements des Objektivs vorsieht (siehe 4). Durch die Immersionsflüssigkeit im Bildraum wird die numerische Apertur auf Werte größer 1 erhöht, so dass Auflösungsvermögen und Tiefenschärfe des Objektivs verbessert werden.To counteract the aberrations and in particular to improve the resolution and depth of field, lithography lenses have been proposed in which in the image space, ie between the image plane and the last optical element in the beam direction, a refractive medium with a high refractive index, preferably greater than 1, a so-called immersion liquid, is provided. An example of this is given in WO 2004/107048 A2 with a microlithography projection objective which, between the last optical element and the image plane, in which, for example, the wafer provided with the photoresist is arranged, an immersion liquid and additionally a terminating element for protecting the last image-side optical Elements of the lens provides (see 4 ). The immersion liquid in the image space increases the numerical aperture to values greater than 1, so that the resolution and depth of field of the objective are improved.

Obwohl mit derartigen Objektiven bereits sehr gute Ergebnisse erzielbar sind, besteht auf Grund des Bedarfs an hoher Packungsdichte von Mikrostrukturen in mikrostrukturierten Bauteilen und entsprechendem Wunsch nach weiterer Verkleinerung der Strukturgrößen ein stetes Bedürfnis, die Auflösung der bei der Mikrolithographie verwendeten Projektionsobjektive zu verbessern bzw. die Abbildungsfehler (Aberration) weiter zu vermindern.Even though With such lenses already achieved very good results are due to the need for high packing density of Microstructures in microstructured components and corresponding desire after further reduction of the structure sizes a constant need, the resolution the projection lenses used in microlithography too improve or reduce aberrations.

AUFGABE DER ERFINDUNGTASK OF THE INVENTION

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Objektiv für insbesondere die Mikrolithographie zur Herstellung mikrostrukturierter Bauteile zur Verfügung zu stellen, bei welchem die Abbildungsfehler (Aberration) insbesondere bei einem System mit großer Apertur vermindert und die Auflösung verbessert werden kann. Zudem soll ein derartiges Objektiv einfach herstellbar und verwendbar sein.It is therefore an object of the present invention, a lens for particular Microlithography for the production of microstructured components to disposal in which the aberrations (aberration) in particular in a system with big ones Aperture diminished and the resolution can be improved. In addition, such a lens is easy be produced and usable.

WESEN DER ERFINDUNGBEING THE INVENTION

Die obige Aufgabe wird gelöst mit einem Objektiv mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen nach Anspruch 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The above task is solved with a lens having the features of claim 1 and a Projection exposure apparatus with the features of claim 16. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Meist erfüllen Lithographieobjektive die Sinusbedingung nach Abbe. Demnach werden Objekte die sich in der Nähe der optischen Achse befinden asymmetriefehlerfrei abgebildet.Most of time fulfill Lithography lenses the sine condition after Abbe. Accordingly, be Objects in the vicinity the optical axis are shown without asymmetry errors.

Bei Systemen die die Sinusbedingung erfüllen, wird der Abbildungsmaßstab β durch die Formel bestimmt: β = (NAOB)/(NAIM) = [nOB SIN(σOB)]/[nIM SIN(σIM)] = yIM/yOB wobei

NA_OB: die numerische Apertur im Objektraum,
NA_IM: die numerische Apertur im Bildraum,
n_OB: der Brechungsindex im Objektraum,
n_IM: der Brechungsindex im Bildraum,
σ_OB: der Randstrahlwinkel im Objektraum,
σ_IM: der Randstrahlwinkel im Bildraum,
y_IM: die Bildhöhe,
y_OB: die Objekthöhe,

darstellen.For systems that satisfy the sine condition, the magnification β is determined by the formula: β = (NA IF )/(N / A IN THE ) = [n IF SIN (σ IF )] / [N IN THE SIN (σ IN THE )] = y IN THE / y IF in which

NA _OB: the numerical aperture in the object space,
NA _IM: the numerical aperture in the image space,
_OB: the refractive index in the object space,
_IM: the refractive index in the image space,
σ _OB: the marginal ray angle in the object space,
σ _IM: the marginal ray angle in the image space,
y _IM: the picture height,
y _OB: the object height,

represent.

Hieraus ist ersichtlich, dass für ein Lithographieobjektiv, für das die numerische Apertur im Bildraum entscheidend ist, eine Reduktion des Öffnungswinkels des Strahlenbündels im Bildraum und somit der Brechungswinkel der Strahlen durch eine Steigerung des Brechungsindexes im Bildraum erreichbar ist. Dies ist Grundlage der bekannten Immersionsobjektive mit einer Immersionsflüssigkeit im Bildraum zwischen letztem optischen Element bzw. Abschlussplatte des Objektivs und der Bildebene, in der z.B. der Photolack auf einem Halbleiter-Substrat, wie einem Silizium-Wafer belichtet wird.From this is evident that for a lithography lens, for that the numerical aperture in the image space is decisive, a reduction the opening angle of the beam in the image space and thus the angle of refraction of the rays through a Increase of the refractive index in the image space is achievable. This is the basis of the known immersion objectives with an immersion liquid in the image space between last optical element or end plate of the objective and the image plane in which e.g. the photoresist on a semiconductor substrate, such as a Silicon wafer is exposed.

Mit der vorliegenden Erfindung ist aber nunmehr erstmals erkannt worden, dass es bei Lithographieobjektiven mindestens einen weiteren Raum gibt, in denen die Strahlwinkel große Werte haben, so dass hier ein Ansatzpunkt für eine Verringerung der Winkel zur Verminderung der Aberrationsbeiträge gegeben ist. Als weitere Räume mit großen Strahlwinkeln sind hier neben dem Bildraum der Objektraum zwischen objektseitig erstem optischen Element des Objektivs und Objekt sowie innerhalb des Objektivs die Räume aller reellen Zwischenbilder.With but the present invention has now been recognized for the first time, that there is at least one other space for lithographic lenses in which the beam angles have large values, so here's a Starting point for a reduction in the angles to reduce the Aberrationsbeiträge given is. As more rooms with big Beam angles are here next to the image space of the object space between the object-side first optical element of the objective and object as well inside the lens the spaces all real intermediate pictures.

Obwohl die numerische Apertur in diesen Räumen mit Ausnahmefällen bei den Zwischenbildräumen üblicherweise entweder von der Anwendung oder von geometrischen und optischen Randbedingungen bestimmt wird, lassen sich die Brechungswinkel bzw. Öffnungswinkel des Strahlenbündels im Objektraum und/oder in den Zwischenbildräumen durch die Steigerung des Brechungsindexes im Objektraum und/oder Zwischenbildraum reduzieren. Dies kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass ein Immersionsmedium mit hohem Brechungsindex in den entsprechenden Raum eingebracht wird.Even though the numerical aperture in these rooms with exceptional cases the intermediate image spaces usually either from the application or from geometric and optical Boundary conditions is determined, the refraction angle or opening angle can be of the beam in the object space and / or in the intermediate image spaces by the increase of the Reduce refractive index in the object space and / or interim image space. This can be done in a simple manner that an immersion medium with high refractive index is introduced into the corresponding space.

Dies hat gegenüber der Reduzierung des Abbildungsmaßstabes, mit dem sich ebenfalls eine Reduzierung der Strahlwinkel im Objektraum erzielen ließe, den Vorteil, dass im Gegensatz zur Verringerung des Abbildungsmaßstabs auf Werte von 1:5, 1:8 oder 1:10, keine Reduzierung des bildseitigen Feldes mit einhergeht. Ferner ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass die Beiträge aller Abbildungsfehler, die sowohl von der Feldgröße als auch von der Apertur abhängen, verringert werden. Darüber hinaus können bei dieser Vorgehensweise durch die Verringerung der Strahlwinkel nahe am Objekt und/oder Zwischenbild anzubringende Korrektionsmittel für die Abbildungsfehler eingesetzt werden, so dass eine Entkopplung zwischen feldabhängigen und aperturabhängigen Aberrationen besser erreicht werden kann. Der allgemeine Lösungsansatz besteht also darin im Objektraum und/oder im Raum günstiger reeller Zwischenbilder den Brechungsindex zu erhöhen.This has the advantage over the reduction of the magnification, with which a reduction of the beam angles in the object space could be achieved, the advantage that in contrast to the reduction of the magnification to values of 1: 5, 1: 8 or 1:10, no reduction of the image side Field with accompanying goes. Furthermore, this results in the advantage that the contributions of all aberrations that depend on both the field size and the aperture are reduced. In addition, can be used in this approach by reducing the beam angle close to the object and / or intermediate image to be attached correction means for the aberrations, so that a decoupling between field-dependent and aperture-dependent aberrations can be better achieved. The general approach is thus to increase the refractive index in the object space and / or in the space of cheaper real intermediate images.

Die Anordnung eines Immersionsmediums kann hierbei entweder nur im Objektraum oder in einem oder mehreren Zwischenbildräumen des Objektivs oder in einer Kombination davon, also im Objektraum und in einem oder mehreren Zwischenbildräumen vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist zumindest die Anordnung eines Immersionsmediums in einem oder mehreren Zwischbildräumen, da hier insbesondere bei rein refraktiven Systemen eine einfache Anordnung zwischen optischen Linsen möglich ist. Bei mehreren Zwischenbildern kann ein Immersionsmedium in allen oder nur einigen oder einem einzigen der Zwischenbildräume vorgesehen werden.The Arrangement of an immersion medium can either only in the object space or in one or more intermediate image spaces of the objective or in a combination thereof, ie in object space and in one or more Between image areas be provided. At least the arrangement is particularly advantageous an immersion medium in one or more intermediate image spaces, since Here, especially in purely refractive systems a simple arrangement between optical lenses possible is. With several intermediate images, an immersion medium can be used in all or only some or a single one of the intermediate image spaces provided become.

Ein weiterer Vorteil, der durch die Einführung eines Immersionsmediums im Objektraum entsteht, besteht darin, dass die durch die großen Strahlwinkel verstärkt auftretenden Maskenfehler reduziert werden. Bei der hochaperturigen Beleuchtung von Strukturen, deren Größe mit der Wellenlänge des Lichtes vergleichbar ist, entsteht einerseits eine Umverteilung von Energie zwischen evaneszenten und propagierenden Beugungsordnungen. Andererseits ist die Transmission durch die Maske von der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes abhängig.One Another advantage of the introduction of an immersion medium arises in object space, is that due to the large beam angle reinforced occurring mask errors are reduced. At the high-aperture Illumination of structures whose size matches the wavelength of the Light is comparable, on the one hand, a redistribution arises of energy between evanescent and propagating diffraction orders. On the other hand, the transmission through the mask is of the polarization direction dependent on the incoming light.

Diese Phänomene wurden unter anderen von Ronse, K. et al. in dem Artikel „Progress in 193 nm immersion lithography at IMEC" Photomask, SPIE, Vol. 21, Issue 5, 2005, beschrieben.These phenomena have been described, inter alia, by Ronse, K. et al. in the article "Progress at 193 nm immersion lithography at IMEC "Photomask, SPIE, Vol. 21, Issue 5, 2005, described.

Die Maskenaberrationen hängen direkt vom Einfallswinkel der Strahlung auf der Maske ab. Je größer der Einstrahlwinkel, desto größer die Aberrationen.The Mask aberrations hang directly from the angle of incidence of the radiation on the mask. The bigger the Beam angle, the larger the Aberrations.

Diese Maskenaberrationen führen letztendlich zu einer Kontrastminderung im Bildraum. Auch wird der Kontrast richtungsabhängig.These Mask aberrations lead ultimately to a contrast reduction in the image space. Also, the contrast is directional.

Das Immersionsmedium im Objektraum reduziert die Strahlwinkel und so auch die Maskenfehler.The Immersion medium in the object space reduces the beam angle and so on also the mask errors.

Das Immersionsmedium kann aus einem einheitlichen homogenen Stoff oder aus einer Kombination mehrerer unterschiedlicher Immersionsmedien mit insbesondere unterschiedlichen Brechungsindizes zur Anpassung oder Einstellung des resultierenden Gesamtbrechungsindex gebildet sein.The Immersion medium may consist of a uniform homogeneous substance or from a combination of several different immersion media in particular with different refractive indices for adaptation or adjusting the resulting total refractive index be.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich auch mindestens ein Immersionsmedium im Bildraum, also zwischen bildseitig letztem optischen Element und der Abbildungsebene vorgesehen sein. Dies kombiniert die Vorteile der vorliegenden Erfindung mit denen der bekannten Immersionsobjektive.To A preferred embodiment of the invention may additionally also at least one immersion medium in the image space, ie between the image side be provided last optical element and the imaging plane. This combines the advantages of the present invention with those the well-known immersion objectives.

Das Immersionsmedium kann unmittelbar in Kontakt mit dem Objekt und dem ersten objektseitigen optischen Element, z.B. einer optischen Linse, im Objektraum oder zwischen optischen Elementen, die den Zwischenbildraum begrenzen, angeordnet sein. Insbesondere können das oder die Immersionsmedien im Objektraum direkt angrenzend an das Retikel und/oder das erste objektseitige optische Element bzw. im Zwischenbildraum zwischen abschließenden Linsen von refraktiven Linsengruppen angeordnet sein.The Immersion medium can be in direct contact with the object and the first object-side optical element, e.g. an optical Lens, in the object space or between optical elements, the intermediate image space limit, be arranged. In particular, the or the immersion media in object space directly adjacent to the reticle and / or the first object-side optical element or in the intermediate image space between final Lenses may be arranged by refractive lens groups.

Alternativ können auch für das Projektionslicht durchlässige Abschlusselemente vorgesehen sein, die das Immersionsmedium von dem oder den benachbarten optischen Elementen, wie z.B. einem Spiegel in einem katadioptrischen Teilsystem, abgrenzen. Derartige Abschluss elemente sind in der WO 2004/107048 A2 offenbart, deren Offenbarungsgehalt durch Verweis vollständig in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.alternative can also for the projection light permeable Termination elements may be provided which the immersion medium of the adjacent optical element (s), e.g. a mirror in a catadioptric subsystem, delineate. Such termination elements are disclosed in WO 2004/107048 A2, the disclosure of which by reference completely is incorporated in the present application.

Insbesondere ist das Abschlusselement vorzugsweise hinsichtlich seiner optischen Eigenschaften und besonders im Hinblick auf seine Brechzahl auf die benachbarten optischen Elemente und/oder das Immersionmedium abgestimmt.Especially the termination element is preferably in terms of its optical Properties and especially with regard to its refractive index the adjacent optical elements and / or the immersion medium Voted.

Das Immersionsmedium kann entweder flüssig (Immersionsflüssigkeit) oder fest (solide Immersion) sein. Als vorteilhaft hat sich insbesondere Wasser erwiesen, wobei in diesem Fall das Abschlusselement beispielsweise aus LiF ist oder dieses an seiner Oberfläche aufweist.The immersion medium may be either liquid (immersion liquid) or solid (solid immersion). In particular, water has proved to be advantageous, in which case the closing element at For example, from LiF or this has on its surface.

Vorteilhaft bei kleinen Aperturen und großen Feldern ist die Gestaltung des ersten Linsenelementes als negative Linse. Vorteilhaft ist hier auch der Einsatz einer Asphäre in unmittelbaren Nähe des Objektes. Vorzugsweise wird deshalb bei Objektiven mit kleiner numerischer objektseitiger Apertur als erstes optisches Element bzw. als erstes Teil des ersten optischen Elements eine Plankonkavlinse, insbesondere mit der Planseite in direktem Kontakt mit dem Immersionsmedium vorgesehen. Mit steigender Apertur wird es meist notwendig das erste Linsenelement in Form einer positiven Linse zu gestalten, welche vorzugsweise in Form einer Plankonvexlinse, insbesondere mit der Planseite in direktem Kontakt mit dem Immersionsmedium vorgesehen ist.Advantageous at small apertures and big ones Fields is the design of the first lens element as negative Lens. It is also advantageous to use an asphere in the immediate vicinity Near the Object. Preferably, therefore, with lenses with smaller numerical object-side aperture as the first optical element or first Part of the first optical element, a plano-concave lens, in particular provided with the plan side in direct contact with the immersion medium. With increasing aperture, it is usually necessary the first lens element in the form of a positive lens, which preferably in the form of a plano-convex lens, in particular with the plan side in direct contact with the immersion medium is provided.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSUMMARY THE DRAWINGS

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die rein schematischen Zeichnungen zeigen hierbei inFurther Advantages, characteristics and features of the present invention in the following description of exemplary embodiments with reference to FIG attached Drawings clearly. The purely schematic drawings show here in

1 eine Übersicht über Gestaltungsvarianten des erfindungsgemäßen Objektivs; 1 an overview of design variants of the lens according to the invention;

2 eine Schnittansicht der Linsenanordnung eines erfindungsgemäßen Objektivs; 2 a sectional view of the lens assembly of an objective according to the invention;

3a) und 3b) zwei Schnittansichten mit Beispielen für die Anordnung von Immersionsmedien im Objektraum; und in 3a) and 3b) two sectional views with examples of the arrangement of immersion media in the object space; and in

4 eine Schnittansicht einer Projektionsbelichtungsanlage nach dem Stand der Technik, in der das erfindungsgemäße Objektiv eingesetzt werden kann. 4 a sectional view of a projection exposure apparatus according to the prior art, in which the objective according to the invention can be used.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENTS

1 stellt eine Übersicht über Gestaltungsmöglichkeiten für ein erfindungsgemäßes Objektiv mit unterschiedlicher Anordnung und Kombination von Immersionsmedien dar. Das Immersionsmedium ist als schraffierter Bereich dargestellt, wobei der Strahlengang mit Immersion (durchgezogene Linie) dem Strahlengang ohne Immersion (gestrichelte Linie) gegenübergestellt ist. Wie deutlich zu erkennen ist, wird durch die Immersion bzw. die Anordnung von Immersionsmedien eine Verringerung des Öffnungswinkels des Strahlengangs bzw. des Brechungswinkels der Strahlen erzielt. In den 1a) bis 1d) sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, wobei einmal bezeichnete Elemente nicht wiederholt mit Bezugszeichen versehen sind. 1 provides an overview of design options for an inventive lens with different arrangement and combination of immersion media. The immersion medium is shown as a hatched area, the optical path with immersion (solid line) the beam path without immersion (dashed line) is opposite. As can be clearly seen, a reduction of the opening angle of the beam path or the angle of refraction of the beams is achieved by the immersion or the arrangement of immersion media. In the 1a) to 1d) identical or similar elements are provided with identical reference numerals, wherein once designated elements are not repeatedly provided with reference numerals.

In 1a) ist ein rein refraktives System mit einer einzigen Linsengruppe 52 als einem optischen Element dargestellt, bei dem ein Immersionsmedium 51 sowohl im Objektraum 50 als auch ein weiteres Immersionsmedium 53 im Bildraum 54 vorhanden ist.In 1a) is a purely refractive system with a single lens group 52 represented as an optical element in which an immersion medium 51 both in the object space 50 as well as another immersion medium 53 in the picture space 54 is available.

In den Teilbildern 1b), 1c) und 1d) sind drei verschiedene Möglichkeiten gezeigt, Immersion bei einem rein refraktiven System mit zwei Linsengruppen 52a und 52b und einem dazwischen angeordneten Zwischenbild bzw. Zwischenbildraum 55 einzusetzen, wobei im Teilbild b) ein Immersionsmedium 51 lediglich im Objektraum 50, im Teilbild c) ein Immersionsmedium 56 lediglich im Zwischenraum 55 und im Teilbild d) Immersionsmedien 51 und 56 sowohl im Objektraum 50 als auch im Zwischenbildraum 55 vorgesehen sind. Vorteilhaft ist hier im Teilbild c) der Einsatz von Immersion im Zwischenbildraum 55 unabhängig davon verwirklicht, ob im Objektraum 50 Immersion vorgesehen ist oder nicht. Wie oben erwähnt, ist die Anordnung von Immersionsmedien 56 im Zwischenbildraum 55 leichter durchzuführen, da hier Linsenflächen den Raum abgrenzen.In the partial pictures 1b) . 1c) and 1d) Three different possibilities are shown, immersion in a purely refractive system with two lens groups 52a and 52b and an intermediate image or intermediate image space arranged therebetween 55 use, wherein in the sub-image b) an immersion medium 51 only in object space 50 , in sub-picture c) an immersion medium 56 only in the space 55 and in part d) immersion media 51 and 56 both in the object space 50 as well as in the interim picture room 55 are provided. It is advantageous here in the partial image c) to use immersion in the intermediate image space 55 irrespective of whether in object space 50 Immersion is provided or not. As mentioned above, the arrangement of immersion media 56 in the interim picture room 55 easier to do, because here lens surfaces delimit the space.

In 1e) ist der objektseitige Einsatz von Immersion in einem System bestehend aus einem ersten rein refraktiven Teilsystem mit einer ersten Linsengruppe 52a, einem zweiten katadioptrischen Teilsystem mit einer Linsengruppe 57, welches eine beliebige Anzahl von Zwischenbildern erzeugen kann, und einem dritten rein refraktiven Teilsystem mit einer dritten Linsengruppe 52b unter Bildung von zwei Zwischenbildräumen 55 gezeigt. Der Einsatz von Immersion bzw. die Anordnung von Immersionsmedien 56 im Zwischenbildraum ist zwar denkbar und von der vorliegenden Anmeldung mit eingeschlossen, aber hier nicht verwirklicht, da dieser Raum meist von Spiegeln begrenzt ist. Außerdem finden im Zwischenbildraum häufig Kreuzungen der Strahlbüschel mit Überlagerung von an Spiegeln reflektierten Strahlen statt, so dass auch aus diesem Grund auf das Vorsehen von Immersionsmedien verzichtet worden ist.In 1e) is the object-side use of immersion in a system consisting of a first purely refractive subsystem with a first lens group 52a , a second catadioptric subsystem with a lens group 57 , which can generate any number of intermediate images, and a third purely refractive subsystem with a third lens group 52b with formation of two intermediate image spaces 55 shown. The use of immersion or the arrangement of immersion media 56 Although in the intermediate image space is conceivable and included by the present application, but not realized here, as this space is usually limited by mirrors. In addition, crossbeams often occur in the intermediate image space with superposition of rays reflected by mirrors, so that for this reason too Provision of immersion media has been dispensed with.

2 zeigt in einer Schnittansicht die Linsenanordnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 2 shows in a sectional view the lens arrangement of a preferred embodiment of the present invention.

Das Beispielsystem zeigt ein Objektiv mit beidseitiger Immersion bei einer bildseitigen numerischen Apertur von 1.05 und einem Abbildungsmaßstab von 1:4 sowie einer Wellenlänge λ = 248,4 nm des verwendeten Projektionslichts. Das Bildfeld ist 26 × 10.5 mm² groß und der Korrektionsstand beträgt 0.0055 Waves über das Feld gemitteltes Wellenfront RMS (Root Mean Square) (55 mλ der Wellenfrontaberration in RMS-Mittelwert).The example system shows a lens with double-sided immersion with a numerical aperture of 1.05 on the image side and a magnification of 1: 4 and a wavelength λ = 248.4 nm of the projection light used. The field of view is 26 × 10.5 mm ² and the correction level is 0.0055 Waves field average RMS (Root Mean Square) wavefront (55 mλ wavefront aberration in RMS average).

Die Bezugszeichen 1 und 40 bezeichnen die Immersionsmedien, die objekt- und bildseitig vorgesehen sind. Die Flächen der optischen Linsen sind mit den Bezugszeichen 2 bis 39 bezeichnet und ihre Daten sind in der Tabelle 1 wiedergegeben. Im Einzelnen gibt die Tabelle den Radius jeder einzelnen Linsenfläche 2 bis 39, die Dicke bzw. den Abstand zur nächsten Fläche, das Linsenmaterial bzw. das Medium zwischen den Linsen, den Brechungsindex bei der verwendeten Wellenlänge des Projektionslichts von λ = 248,4 nm und den Durchmesser der optischen Linsen an. Ferner sind die asphärischen Konstanten der asphärischen Linsen genannt.The reference numerals 1 and 40 designate the immersion media that are provided on the object and image side. The surfaces of the optical lenses are denoted by the reference numerals 2 to 39 and their data are shown in Table 1. Specifically, the table gives the radius of each individual lens surface 2 to 39 , the thickness or the distance to the next surface, the lens material or the medium between the lenses, the refractive index at the used wavelength of the projection light of λ = 248.4 nm and the diameter of the optical lenses. Further, the aspheric constants are called the aspherical lenses.

Die Linsen sind in dem Beispiel aus SiO₂-haltigem Material gebildet, während die Zwischenräume mit Stickstoff bei 950 mbar gefüllt sind. Das Immersionsmedium 1 an der Objektseite Ob ist aus Glas mit einem Brechungsindex n = 1,37 gebildet, während das Immersionsmedium 40 an der Bildseite aus Wasser ist, dessen Brechungsindex bei einer Wellenlänge λ ≈ 248 nm gleich n = 1,378 beträgt.

ASPHAERISCHE KONSTANTEN

The lenses are formed in the example of SiO ₂ -containing material, while the gaps are filled with nitrogen at 950 mbar. The immersion medium 1 on the object side Ob is made of glass with a refractive index n = 1.37, while the immersion medium 40 on the image side is water whose refractive index is equal to n = 1.378 at a wavelength λ≈248 nm.

ASPHAERIC CONSTANTS

In 3 sind in den Teilbildern a) und b) Schnittansichten zweier unterschiedlicher Objekträume gezeigt, wobei im Teilbild a) eine Plankonkavlinse 60, die vorzugsweise bei kleinen Aperturen und großen Feldern zum Einsatz kommt, und im Teilbild b) eine Plankonvexlinse 61, die bei größeren Aperturen eingesetzt wird, als jeweilige objektseitig erste optische Elemente zu sehen sind. Beide sind an ihrer Planfläche in Kontakt mit einem Immersionsmedium 62, welches wiederum auf der gegenüberliegenden Seite von dem Retikel 63 begrenzt wird. Dies verdeutlicht, dass bei einem Mikrolithographie-Projektionsobjektiv die Anordnung eines Immersionsmediums an der Objektseite leicht zu bewerkstelligen ist.In 3 In the partial images a) and b), sectional views of two different object spaces are shown, wherein in the partial image a) a planoconcave lens 60 , which is preferably used for small apertures and large fields, and in the partial image b) a plano-convex lens 61 which is used at larger apertures than respective object-side first optical elements can be seen. Both are in contact with an immersion medium on their plane surface 62 which in turn is on the opposite side of the reticle 63 is limited. This illustrates that in a microlithography projection lens, the placement of an immersion medium on the object side is easy to accomplish.

Eine erste Planfläche im Kontakt mit der Immersionsflüssigkeit hat den Vorteil dass die Immersionsflüssigkeit die optische Wirkung einer planparallelen Platte hat, die bei temperaturbedingten Brechungsindexschwankungen keine Bildfeldkrümmung verursacht.A first plane surface in contact with the immersion liquid has the advantage that the immersion liquid the optical effect a plane-parallel plate, the temperature-induced refractive index variations no field curvature caused.

4 zeigt eine bekannte Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit bildseitiger Immersion, bei der das erfindungsgemäße Objektiv eingesetzt werden kann. Die 4 zeigt einen Schnitt durch eine insgesamt mit 70 bezeichnete mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage in stark vereinfachter schematischer Darstellung. Die Projektionsbelichtungsanlage 70 weist eine Beleuchtungseinrichtung 71 zur Erzeugung von Projektionslicht auf, die u.a. eine Lichtquelle 72, eine mit 78 angedeutete Beleuchtungsoptik und eine Blende 77 umfasst. Zur Projektionsbelichtungsanlage 70 gehört ferner ein Projektionsobjektiv 75, das entsprechend der 2 eine Vielzahl von Linsen enthält, von denen der Übersichtlichkeit halber in der 4 lediglich einige beispielhaft dargestellt und mit L1 bis L5 bezeichnet sind. Aufgrund der kurzen Wellenlänge des verwendeten Projektionslichts im ultravioletten oder tief ultravioletten Bereich sind die Linsen L1 bis L5 beispielsweise aus Kalziumfluorid-Kristallen gefertigt, die auch bei den Wellenlängen im tief ultravioletten Bereich noch ausreichend transparent sind. Das Projektionsobjektiv 75 dient dazu, ein in einer Objektebene des Projektionsobjektivs 75 angeordnetes Retikel 76 verkleinert auf eine lichtempfindliche Schicht abzubilden, die in einer Bildebene 73 des Projektionsobjektivs 75 angeordnet und auf einem Träger 79 aufgebracht ist. 4 shows a known projection exposure apparatus for microlithography with image-side immersion, in which the objective according to the invention can be used. The 4 shows a section through a total with 70 denoted microlithographic projection exposure apparatus in a highly simplified schematic representation. The projection exposure machine 70 has a lighting device 71 for generating projection light, including a light source 72 , one with 78 indicated illumination optics and a diaphragm 77 includes. To the projection exposure system 70 further includes a projection lens 75 that according to the 2 contains a plurality of lenses, of which for the sake of clarity in the 4 only a few are shown by way of example and designated L1 to L5. Due to the short wavelength of the projection light used in the ultraviolet or deep ultraviolet range, the lenses L1 to L5 are made, for example, of calcium fluoride crystals, which are still sufficiently transparent even at the wavelengths in the deep ultraviolet range. The projection lens 75 serves to, in an object plane of the projection lens 75 arranged reticle 76 reduced to image on a photosensitive layer in an image plane 73 of the projection lens 75 arranged and on a support 79 is applied.

Der Träger 79 ist am Boden eines wannenartigen, nach oben offenen Behälters befestigt, der in nicht näher dargestellter Weise mit Hilfe einer Verfahreinrichtung parallel zu der Bildebene 73 verfahrbar ist. Der Behälter ist mit einer Immersionsflüssigkeit 74 so weit aufgefüllt, dass das Projektionsobjektiv 75 während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage 70 mit seiner bildseitig letzten Linse L5 in die Immersionsflüssigkeit 74 eintaucht.The carrier 79 is attached to the bottom of a trough-like, open-topped container, which in a manner not shown by means of a traversing parallel to the image plane 73 is movable. The container is with an immersion liquid 74 filled up so far that the projection lens 75 during operation of the projection exposure apparatus 70 with its last image L5 lens in the immersion liquid 74 dips.

Claims

Objective for imaging an object in an image, in particular a microlithography projection objective for imaging a structure onto an image plane, with at least one optical element, characterized in that in an intermediate object (Ob; 63 ) and an object-side first optical element ( 52 . 52a ; 60 . 61 ) defined object space ( 50 ) at least one immersion medium ( 51 ; 62 . 63 ) is arranged to increase the refractive index in the object space.

Objective for imaging an object in an image, in particular a microlithography projection objective for imaging a structure onto an image plane, with at least two optical elements ( 52a . 52b ), which in one or more spaces between them at least one intermediate image space ( 55 ) in which an intermediate image is generated, characterized in that in the intermediate image or spaces ( 55 ) at least one immersion medium ( 56 ) is arranged to increase the refractive index in the intermediate image space.

Lens according to claim 2, characterized in that in each intermediate image space ( 55 ) at least one immersion medium ( 56 ) is arranged.

Objective according to one of the preceding claims, characterized in that both in the object space ( 50 ) as well as in one or more intermediate image spaces ( 55 ) at least one immersion medium ( 51 . 56 ) is provided.

Lens according to one of the preceding claims, characterized in that in the image plane defined between the image plane and an image-side last optical element ( 54 ) at least one immersion medium ( 53 . 74 ) is provided.

Lens according to one of the preceding claims, characterized characterized in that between optical element and immersion medium, in particular between the object-side first optical element and / or on the image last optical element and immersion medium, a projection light permeable End element is provided.

Lens according to claim 6, characterized that the termination element on the or the adjacent optical Elements and / or the immersion medium is tuned, in particular in terms of its refractive index.

Lens according to one of the preceding claims, characterized in that the immersion medium is a liquid or solid substance.

Lens according to one of the preceding claims, characterized in that the immersion medium is a substance with a high Refractive index n, in particular greater than 1.2, preferably greater than 1.5 is.

Lens according to one of the preceding claims, thereby marked that the immersion medium is a substance with high Refractive index n, the refractive index n being larger is as the refractive index of quartz glass at the working wavelength.

Lens according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the immersion medium is water.

Objective according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element is an optical lens ( 2 to 39 ), a mirror, a refractive lens group ( 52a . 52b ), a mirror group and / or a catadioptric lens group ( 57 ) and / or combinations thereof.

Objective according to one of the preceding claims, characterized in that the immersion medium ( 62 ) at least on one side of an optical lens ( 60 . 61 ) is limited.

Lens according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the immersion medium on two sides of a optical lens is limited.

Objective according to one of the preceding claims, characterized in that the object-side first optical element or the object-side first part thereof is a negative optical lens, preferably a plano-concave lens (US Pat. 60 ), in particular with the plan side is provided in direct contact with the immersion medium.

Lens according to one of claims 1 to 14, characterized in that as the object-side first optical element or the object-side first part thereof a positive optical lens, preferably a plano-convex lens ( 61 ), in particular with the plan side is provided in direct contact with the immersion medium.

Projection exposure system for microlithography with a lighting device for generating projection light and a lens according to any one of the preceding claims Illustration of a reticle in an image plane in which a substrate can be arranged.