DE102008001216A1

DE102008001216A1 - Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie

Info

Publication number: DE102008001216A1
Application number: DE102008001216A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Epple
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2008-10-23
Also published as: JP2008287249A; JP5476591B2; US20080259308A1

Abstract

Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zum Abbilden einer in einer Objektebene (O) angeordneten Struktur auf ein in einer Bildebene (B) angeordnetes Substrat, mit einer Anordnung (12) optischer Elemente zwischen der Objektebene (O) und der Bildebene (B), wobei die Anordnung der optischen Elemente eine retikelnahe Pupillenebene (P<SUB>1</SUB>) aufweist, wobei die Anordnung (12) ferner zumindest eine Aperturblende (AP) aufweist, deren Blendenöffnung veränderbar ist, und die vom Abbildungslicht nur einmal durchtreten wird, wobei die zumindest eine Aperturblende (AP) innerhalb der Anordnung (12) der optischen Elemente zumindest optisch nahngeordnet ist, und wobei sich in unmittelbarer Nähe der Aperturblende (AP) ein Pupillenfilter (PF) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zum Abbilden einer in einer Objektebene angeordneten Struktur auf ein in einer Bildebene angeordnetes Substrat.
Ein Projektionsobjektiv der vorstehend genannten Art wird im Rahmen der mikrolithographischen Herstellung von Halbleitern verwendet, bei der ein mit einer Struktur versehenes Objekt, das auch als Retikel bezeichnet wird, mittels des Projektionsobjektivs auf ein Substrat, das als Wafer bezeichnet wird, abgebildet wird. Das Retikel ist in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnet, und der Wafer ist in einer Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnet. Der Wafer ist mit einer photosensitiven Schicht versehen, bei deren Belichtung mittels Licht durch das Projektionsobjektiv hindurch die Struktur des Retikels auf die photosensitive Schicht übertragen wird. Nach Entwickeln der photosensitiven Schicht entsteht die gewünschte Struktur auf dem Wafer, wobei der Belichtungsvorgang unter Umständen mehrfach wiederholt wird.
Es sind verschiedene Bauarten von Projektionsobjektiven bekannt, die sich in drei Klassen einteilen lassen. Eine erste Klasse betrifft dioptrische Bauarten, bei denen das Projektionsobjektiv nur refraktive Elemente aufweist. Ein solches dioptrisches Projektionsobjektiv ist beispielsweise aus WO 00/33138 A1 bekannt.
Eine zweite Klasse von Projektionsobjektiven bilden die katoptrischen Projektionsobjektive, die nur aus reflektiven Elementen aufgebaut sind, etwa wie in der EP 1434093 gezeigt.
Eine dritte Klasse von Projektionsobjektiven sind die katadioptrischen Projektionsobjektive, deren optische Anordnung optischer Elemente sowohl refraktive als auch reflektive Elemente aufweist. Ein solches katadioptrisches Projektionsobjektiv ist beispielsweise in WO 2004/010164 A2 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere dioptrische und katadioptrische Projektionsobjektive.
An Projektionsobjektive werden allgemein hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Abbildungsqualität gestellt. Diese Anforderungen sind um so höher, je kleiner die durch das Projektionsobjektiv abzubildenden Strukturen sind.
In modernen Projektionsobjektiven kommt deren Pupillenebenen eine besondere Bedeutung zu. Es ist allgemein bekannt, dass durch Korrekturmaßnahmen in oder nahe einer Pupillenebene, beispielsweise durch Einbringen eines Korrekturelements mit einer Korrekturasphäre, feldkonstante Abbildungsfehler korrigiert werden können.
In zumindest einer der Pupillenebenen ist ferner eine Aperturblende angeordnet, deren Blendenöffnung möglichst veränderbar ist, um dadurch die numerische Apertur des Projektionsobjektivs gezielt einstellen zu können, ohne bezüglich der Telezentrie der Abbildung und der relativen Bildöffnung in der Meridionalebene und der Sagittalebene außer Spezifikation zu geraten.
Außerdem ist es wünschenswert, in der Pupillenebene einen Pupillenfilter anzuordnen, der je nach den Anforderungen des Einsatzzweckes dazu dient, diverse Beugungsordnungen aus dem Abbildungsstrahlengang zu entfernen. Etwa kann die nullte Beugungsordnung aus dem Strahlengang durch Anbringung eines solchen Pupillenfilters ausgeblendet werden.
Die beiden zuletzt genannten Anforderungen, nämlich eine in der Größe variable Aperturblende sowie die Anordnung eines Pupillenfilters in der Pupillen- bzw. Blendenebene erweist sich als schwierig, wenn die Aperturblende in der wafernahen Pupillenebene angeordnet wird, wie dies bei dem aus der oben genannten WO 00/33138 A1 bekannten Projektionsobjektiv der Fall ist.
Bei Projektionsobjektiven mit einer sehr großen numerischen Apertur, die darüber hinaus eine waferseitige letzte Linse mit stark brechendem Material aufweisen, gestaltet sich die Anordnung der Aperturblende im wafernahen Objektivteil als schwierig. Insbesondere denkbar sind hier Designformen, bei denen das letzte Linsenelement aus LuAG oder keramischem Spinell besteht, und die bei 193 nm Lichtwellenlänge ausreichende Transmissionseigenschaften aufweisen können. Bei den Wellenlängen 248 nm ist darüberhinaus noch eine letzte Linse aus synthetisch hergestelltem Diamant denkbar. In der Regel ist die letzte Linse sehr brechkraftstark und deren lichteintrittsseitige Vorderseite im Wesentlichen konzentrisch um den Wafer herum gekrümmt. Dies führt zu einer starken Blendenkrümmung, wobei die Blendenfläche zum Wafer hin konkav ist. Dies bedingt es, dass die Aperturblende sehr stark gekrümmt sein muss. Bei voll geöffneter Aperturblende, wenn die Blendenlamellen aus dem optischen Strahlengang herausgeschwenkt werden, ergibt sich ein Bauraumkonflikt mit der Fassungstechnik der darunter liegenden Linsen. Die starke Blendenkrümmung bei einer Anordnung der Aperturblende in der waferseitigen Pupillenebene ist dadurch bedingt, dass dort die Petzvalsumme stark überkorrigiert ist. Die Krümmung der Aperturblende ist dabei im Wesentlichen durch die Lage der Tangentialschale der Pupillenabbildung gegeben.
Es könnte versucht werden, die starke Blendenkrümmung durch Einführung eines starken Astigmatismus in der Pupillenabbildung mit den Linsen zwischen der letzten Linse und der waferseitigen Pupillenebene zu korrigieren, um eine Ebnung der tangentialen Schale der Pupillenabbildung zu erzeugen. Erfahrungsgemäß ist dieses jedoch nur sehr schwer möglich und gelingt in der Regel nicht.
Aus der WO 2004/010164 A2 ist ein katadioptrisches Projektionsobjektiv bekannt, bei dein die Aperturblende im retikelnahen Objektivteil des Projektionsobjektivs angeordnet ist. Die Aperturblende ist dabei ummittelbar vor einem Hohlspiegel angeordnet und wird vom Licht somit zweimal durchtreten. Die Aperturblende weist eine variable Blendenöffnung auf, um den Querschnitt des Lichts, das durch das Projektionsobjektiv hindurchgeht, zu begrenzen. Die Einführung eines Pupillenfilters in den Hohlraum der Aperturblende stellt sich durch die Nähe der Aperturblende zu dem Hohlspiegel aus Bauraumgründen weiterhin als kritisch dar.
Aus der WO 2005/069055 A2 ist ein Projektionsobjektiv bekannt, das eine Aperturblende aufweist, die im retikelseitigen Abschnitt dieses katadioptrischen Projektionsobjektivs angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie anzugeben, das hinsichtlich seiner Abbildungseigenschaften verbessert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zum Abbilden eines in einer Objektebene angeordneten Retikels auf einen in einer Bildebene angeordneten Wafer gelöst, mit einer Anordnung optischer Elemente zwischen der Objektebene und der Bildebene, wobei die Anordnung der optischen Elemente eine retikelnahe erste Pupillenebene und zumindest eine zweite Pupillenebene aufweist, wobei die Anordnung ferner zumindest eine Aperturblende aufweist, deren Blendenöffnung veränderbar ist, und die vom Abbildungslicht nur einmal durchtreten wird, wobei die zumindest eine Aperturblende innerhalb der Anordnung der optischen Elemente zumindest optisch nahe zur retikelnahen Pupillenebene angeordnet ist, und wobei sich in unmittelbarer Nähe der Aperturblende ein Pupillenfilter befindet.
Bei dem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv befindet sich die Aperturblende im retikelseitigen Objektivteil, genauer gesagt im Relay-System des Projektionsobjektivs. Zwar ist bei dem aus WO 2004/010164 A2 bekannten Projektionsobjektiv die Aperturblende ebenfalls im retikelseitigen Objektivteil des Projektionsobjektivs angeordnet, dort jedoch in unmittelbarer Nähe eines Hohlspiegels, so dass die Aperturblende zweimal vom Licht durchtreten wird. Bei dem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv ist dagegen die Blendenposition so gewählt, dass die Blendenöffnung der Aperturblende nur einmal vom Abbildungslicht durchtreten wird. Eine Blendenposition für die Aperturblende, an der die Aperturblende nur einmal vom Licht durchtreten wird, hat jedoch den Vorteil, dass die Aperturblende beim zweimaligen Durchtritt nicht vignettierend wirkt. Der weitere Vorteil der Anordnung der Aperturblende im retikelnahen Objektivteil besteht darin, dass der Wert der Krümmung der Aperturblende in relativ großen Grenzen variiert werden kann, was im wafernahen Objektivteil, wie oben beschrieben, nicht der Fall ist.
Unter „zur Pupillenebene zumindest optisch nahe" sei hier verstanden, dass das Verhältnis der Höhe des Hauptstrahls zur Höhe des Randstrahls an einer optischen Fläche betragsmäßig kleiner als 0,2 ist.
"Zumindest optisch nahe" umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine Wahl der Blendenposition ummittelbar in der Pupillenebene. Die Anordnung der Aperturbiende in oder nahe einer Pupillenebene hat den Vorteil, dass an der Blendenposition oder in deren unmittelbarer Nähe ein Pupillenfilter angeordnet werden kann, der bei weit geöffneter Aperturblende die zentrale Pupille abschattet, um beispielsweise die nullte Beugungsordnung aus denn Abbildungsstrahlengang zu entfernen. Außerdem eröffnet die Wahl der Blendenposition in oder nahe einer Pupillenebene die Möglichkeit, ein weiteres Korrekturelement in ausreichender Pupillennähe anzubringen, das beispielsweise durch Asphärisierung Aberrationen korrigieren kann, die etwa durch Lebensdauereffekte (Linsenerwärmung, Kompaktierung) entstehen können, und die typischerweise einen im Wesentlichen feldkonstanten Aberrationsverlauf zeigen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Petzvalsumme zwischen Objekt- und Aperturblendenebene unterkorrigiert.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Blendenöffnung auf einer gekrümmten Fläche veränderbar ist, die vorzugsweise zur Objektebene hin hohl ist.
Dies hat den Vorteil, dass die Korrektur der Blendenfunktion erleichtert wird, da sie der natürlich auftretenden Petzvalkrümmung der Eintrittspupille durch die erste Gruppe optischer Elemente zwischen Retikel und Aperturblende entgegenkommt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung befindet sich die Aperturblende unmittelbar zwischen zwei refraktiven Elementen der optischen Elemente.
Bei einer solchen Anordnung der Aperturblende lässt sich die Blende vorteilhafterweise mit geringem Aufwand im Optikdesign des Projektionsobjektivs berücksichtigen, da hinsichtlich der Ausgestaltung der benachbarten refraktiven optischen Elemente eine größere Designfreiheit besteht als bei einem angrenzenden Spiegel.
Vorzugsweise ist die Blendenposition zu der retikelnächsten Pupillenebene zumindest optisch nahe.
Die Vorteile dieser Ausgestaltung ergeben sich aus den Vorteilen des erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs in Verbindung mit den Vorteilen einer Blendenposition in oder nahe einer Pupillenebene.
Da der Pupillenfilter nicht für jeden Einsatzzweck erforderlich ist, ist der Pupillenfilter gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung herausnehmbar.
Insbesondere weist der Pupillenfilter in der Regel einen kleineren Durchmesser als die Aperturblende auf. Ist die Blendenebene gekrümmt, so sind die Blendenebene und die Ebene, in der ein Pupillenfilter möglichst gut wirkt, achsial voneinander getrennt. Dies erlaubt es, beide Elemente gleichzeitig im Objektiv zu verwenden.
Daher ist der Pupillenfilter vorzugsweise innerhalb des von der gekrümmten Fläche aufgespannten Hohlraums angeordnet.
Die Krümmung der Fläche, entlang der die Blendenöffnung der Aperturblende veränderbar ist, kann bei Vorsehen eines Pupillenfilters so gewählt werden, dass eine mechanische Trennung zwischen der Aperturblende und dem Pupillenfilter möglich ist, während die Krümmung der Fläche nicht so stark sein sollte, dass sich Bauraumkonflikte zwischen der Fassungstechnik der Aperturblende und der sie umgebenden optischen Elemente ergeben.
Vorzugsweise gilt für die gekrümmte Fläche die Relation 0,5 > |h/r| > 0,1, wobei h der halbe Durchmesser der Aperturblende bei voller numerischer Apertur und r der Radius der gekrümmten Fläche ist. Wird die obere Grenze verletzt, so ist die Blendenfläche zu schwach gekrümmt, als dass Pupillenfilter und Aperturblende mit ausreichendem mechanischem Abstand angebracht werden können. Wird die untere Grenze verletzt, so ist die Krümmung der Blende zu stark, was den Einsatz einer in der Größe veränderlichen Aperturblende beeinträchtigen kann.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Projektionsobjektivs eignet sich insbesondere für ein katadioptrisches Projektionsobjektiv, dessen Anordnung optischer Elemente zumindest einen Hohlspiegel aufweist.
Das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv kann jedoch auch ein dioptrisches Projektionsobjektiv sein, bei dem sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Projektionsobjektivs ebenso nutzen lassen.
Es ist vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv über zumindest ein Zwischenbild verfügt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass sich die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwenden lassen, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs in einer Gesamtdarstellung;
2 eine vergrößerte Darstellung des waferseitigen Objektivteils des Projektionsobjektivs in 1 zur Veranschaulichung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems;
3 das letzte Linsenelement des Projektionsobjektivs in 1 in schematischer Darstellung;
4 eine vergrößerte Darstellung eines retikelseitigen Ausschnitts des Projektionsobjektivs in 1 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung der Blende und eines Pupillenfilters;
5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Hauptstrahlwinkel am Wafer und der numerischen Apertur bei Abblendung um eine ideale kugelförmige Blendenfunktion zeigt;
6 bis 10 weitere Ausführungsbeispiele von Projektionsobjektiven, bei denen eine erfindungsgemäße Blendenanordnung eingesetzt werden kann.
In 1 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie dargestellt. Das Projektionsobjektiv 10 dient zum Abbilden eines in einer Objektebene O angeordneten Retikels R auf einen in einer Bildebene B angeordneten Wafer.
Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Anordnung 12 aus einer Mehrzahl optischer Elemente auf. Diese optischen Elemente umfassen, beginnend von der Objektebene O, Linsen L₁ bis L₁₂, die ein optisches Relay-System des Projektionsobjektivs 10 bilden. Die Linsen L₁ bis L₁₂ umfassen auch ein Korrekturelement L₈, das beispielsweise in Form einer Planplatte mit darauf aufgebrachten Korrekturasphären ausgebildet sein kann. Das Korrekturelement kann insbesondere auch austauschbar ausgebildet sein. Eine Pupillenebene P₁ befindet sich zwischen dem optischen Element L₇ und dem optischen Element L₈.
Die Anordnung 12 weist weiterhin einen ersten Hohlspiegel M₁ und einen zweiten Hohlspiegel M₂ auf.
In Richtung des Strahlengangs gesehen schließt sich an den Hohlspiegel M₂ eine weitere Gruppe von Linsen L₁₃ bis L₂₃ an.
Insgesamt ist das Projektionsobjektiv 10 aufgrund der Tatsache, dass es sowohl refraktive optische Elemente (insbesondere Linsen) als auch reflektive optische Elemente (hier die Spiegel M₁ und M₂) aufweist, katadioptrisch.
Die Gruppe optischer Elemente L₁ bis L₁₂ wird in der vorliegenden Beschreibung auch als der retikelseitige Objektivteil des Projektionsobjektivs 10 bezeichnet, während die Gruppe der optischen Elemente L₁₃ bis L₂₃ als waferseitiger Objektivteil bezeichnet wird.
Im waferseitigen Objektivteil befindet sich eine weitere Pupillenebene P₂ zwischen dem Element L₁₉ und dem Element L₂₀.
Nachfolgend wird beschrieben, welche Position innerhalb der Anordnung 12 sich für die Anordnung einer Aperturblende eignet und welche nicht, d. h. es wird beschrieben, welche Blendenposition innerhalb der Anordnung 12 optimal ist.
Zunächst ist in 2 der Fall dargestellt, dass eine Aperturblende AP sich in unmittelbarer Nähe der Pupillenebene P2 befindet. Eine solche Blendenposition für die Aperturblende AP erweist sich als nachteilig, und zwar aus den folgenden Gründen.
Das Projektionsobjektiv 10 weist eine sehr hohe numerische Apertur auf und darüber hinaus ist das letzte optische Element L₂₃ sehr brechkraftstark. Das letzte optische Element L₂₃ ist eine Konvex-Plan-Linse, deren konvexe Vorderseite im Wesentlichen konzentrisch um den in der Bildebene B angeordneten Wafer herum gekrümmt ist. Dies führt jedoch zu einer starken Blendenkrümmung der Aperturblende AP, wobei, wie aus 2 hervorgeht, die Blendenfläche zur Bildebene B bzw. zum Wafer hin hohl ist.
2 zeigt, wie die Aperturblende AP bei dem Projektionsobjektiv 10 ausgebildet sein muss, um eine in der Größe variable Blendenöffnung aufzuweisen, um die numerische Apertur gezielt einstellen zu können, ohne bezüglich der Telezentrizität der Abbildung außer Spezifikation zu geraten. Es ist bereits aus 2 zu erkennen, dass die Aperturblende AP aufgrund ihrer erforderlichen starken Krümmung im Bauraumkonflikt mit den angrenzenden optischen Elementen L₁₉ und L₂₀ steht. Wenn die Aperturblende AP voll geöffnet ist, d. h. wenn deren Blendenlamellen aus dem optischen Strahlengang herausgeschwenkt werden, ist der Bauraumkonflikt mit der Fassungstechnik der benachbarten optischen Elemente L₁₉ und L₂₀ unüberwindbar. Das gilt für traditionelle Aperturblenden, deren Lamellen als Kugelsegmente geformt sind.
3 zeigt, wie es zu der starken Krümmung der Aperturblende AP kommt. In 3 ist das letzte optische Element L₂₃ vereinfacht als Halbkugel dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das Lichtstrahlbüschel des Achspunktes auf die optische Achse OA fokussiert wird. Aus Symmetriegründen muss der Rand der Austrittspupille aber auf einen konzentrischen Kreis um den Wafer W abgebildet werden. Gäbe es zwischen dem letzten optischen Element L₂₃ und der Aperturblende AP keine weiteren optischen Elemente, insbesondere Linsenelemente mehr, so wäre die ideale Aperturblende AP zwangsläufig konzentrisch um den Wafer B. Die Krümmung der Fläche, auf der die Blendenöffnung der Aperturblende AP veränderbar ist, ist dabei im Wesentlichen durch die Petzvalsumme des letzten optischen Elements L₂₃ gegeben, da aus Symmetriegründen kein Astigmatismus in der Pupillenabbildung vorliegt. Die Petzvalsumme an der Blendenposition der Aperturblende AP gemäß 2 ist jedoch stark überkorrigiert.
Es könnte nun versucht werden, diesen Effekt durch Einführung eines starken Astigmatismus in der Pupillenabbildung mit den optischen Elementen zwischen dem letzten optischen Element L₂₂ und der Blendenebene der Aperturblende AP zu korrigieren, d. h. die für die Blendenlage relevante tangentiale Schale der Pupillenabbildung zu ebnen. Erfahrungsgemäß ist dieses jedoch nur sehr schwer möglich und gelingt in der Regel nicht.
In 4 ist nun die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Projektionsobjektivs 10 dargestellt, bei der die Aperturblende AP nicht im waferseitigen Objektivteil angeordnet ist, sondern im retikelseitigen Objektivteil in bzw. in unmittelbarer Nähe der Pupillenebene P₁ zwischen den optischen Elementen L₇ und L₈. Es geht bereits aus 4 hervor, dass im retikelseitigen Objektivteil des Projektionsobjektivs 10 kein Bauraumkonflikt zwischen der Aperturblende AP und den benachbarten optischen Elementen besteht.
Die Aperturblende AP ist erfindungsgemäß an einer Blendenposition angeordnet, an der die Petzvalsumme der optischen Elemente L₁ bis L₇ vom Retikel R aus gesehen unterkorrigiert ist. Die Aperturblende AP befindet sich insbesondere zwischen zwei refraktiven Elementen, hier den optischen Elementen L₇ und L₈, und wird vom Licht nur einmal durchtreten. Die Blendenöffnung der Aperturblende ist entlang einer gekrümmten Fläche veränderbar, die zum Retikel R hin hohl ist.
Die Anordnung der Aperturblende AP im Bereich der Pupillenebene P₁ im retikelseitigen Objektivteil des Projektionsobjektivs 10 ermöglicht es darüber hinaus, einen Pupillenfilter PF in der Blendenposition vorzusehen, die bei großer numerischer Apertur, d. h. bei voll oder nahezu voll geöffneter Aperturblende AP, die zentrale Pupille abschattet, um die nullte Beugungsordnung aus dem Abbildungsstrahlengang zu entfernen, wenn dies für den vorzunehmenden Abbildungsvorgang gewünscht ist.
Die Aperturblende AP ist als Kugelblende mit einer deutlichen Durchbiegung ausgelegt. Bei voller Öffnung der Aperturblende AP kann der Pupillenfilter PF dann in ausreichendem Abstand von den Blendenlamellen der Aperturblende AP eingeschoben werden. 4 zeigt eine exemplarische Ebene für den Pupillenfilter PF bei etwa 70% der vollen numerischen Apertur des Projektionsobjektivs. Durch eine Veränderung der Größe des Pupillenfilters und nachfolgender Verschiebung der Position des Pupillenfilters PF in Richtung der optischen Achse OA können prinzipiell auch andere numerische Aperturen des Pupillenfilters realisiert werden.
Wird der Pupillendurchmesser groß genug gewählt, so kann des Weiteren ein Korrekturelement, wie hier das optische Element L₈, in ausreichender Pupillennähe angebracht werden, das durch Asphärisierung Aberrationen korrigieren kann, die etwa durch Lebensdauereffekte (Kompaktifizierung) oder durch Effekte der Erwärmung des Linsenmaterials während des Betriebs des Projektionsobjektivs 10 verursacht werden.
Wie aus 4 hervorgeht, ist die Aperturblende AP zur Objektebene O bzw. zum Retikel hin konkav. Dies erleichtert die Korrektur der Blendenfunktion, da sie der natürlich auftretenden Petzvalkrümmung der Eintrittspupille durch die erste Linsengruppe L₁ bis L₇ entgegenkommt. Die Stärke der Krümmung der Aperturblende AP lässt sich im retikelseitigen Objektivteil des Projektionsobjektivs 10 in relativ großen Grenzen variieren. Während sich eine stärkere Krümmung günstig auf die mechanische Trennung von Aperturblende AP und Pupillenfilter PF auswirkt, erhöht die stärkere Krümmung die Anforderungen an die Auslegung der Kugelblende und schafft schneller Bauraumkonflikte zwischen der Fassungstechnik der Aperturblende AP und der sie umgebenden optischen Elemente.
Vorzugsweise ist die Krümmung so gewählt, dass für die gekrümmte Fläche der Aperturblende AP die Relation 0,5 > |h/r| > 0,1 gilt, wobei h der halbe Durchmesser der Aperturblende AP bei voller numerischer Apertur und r der Radius der gekrümmten Fläche der Aperturblende AP ist.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wurde die Krümmung der Aperturblende AP auf einen Wert von 1/r = 1/250 mm eingestellt. Der halbe Durchmesser h der Aperturblende AP beträgt 78,1 mm. Angenommen, der Pupillenfilter PF füllt bei einer numerischen Apertur von 1,1 gerade die gesamte Apertur aus, so kann der Pupillenfilter PF als ebene Fläche im axialen Abstand von 7,2 mm hinter der Licht begrenzenden Kante K der voll geöffneten Aperturblende AP eingebracht werden. Dies erlaubt es, beide Elemente gleichzeitig mechanisch im Strahlengang anbringen zu können.
Wird nun das Projektionsobjektiv 10 von der maximalen numerischen Apertur auf kleinere numerische Aperturen abgeblendet, so muss die kugelförmige Aperturblende AP einem in guter Näherung, sphärischen Verlauf folgen. Bei idealer Korrektur der Blendenfunktion auf eine Kugelschale würde sich dann über den gesamten Aperturbereich kein Telezentriefehler am Wafer W einstellen. Aufgrund geringer und akzeptabler Restfehler weicht aber der Hauptstrahlwinkel am Wafer beim Abblenden von der telezentrischen Richtung leicht ab.
In Tabelle 2 im Anhang sind die Systemdaten des Projektionsobjektivs 10 in der Ausgestaltung gemäß 4 aufgelistet.

5 zeigt ein Diagramm, in dem der Hauptstrahlwinkel mit der numerischen Apertur in Beziehung gesetzt ist. 5 zeigt, welcher Hauptstrahlwinkel bei Abblendung um die ideale, kugelförmige Blendenfunktion resultiert. Aus 5 geht hervor, dass die Abweichung nur minimal ist und im vorliegenden Beispiel im Bereich numerischer Aperturen zwischen 0,90 und 1,55 unter 1 mrad liegt. Dieser Sachverhalt ist auch in der folgenden Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1

Numerische Apertur	Aperturblendendurchmesser [mm]	Abweichung von der Telezentrie am Wafer [mrad]
1,55	155,3	0,21
1,51	149,9	0,65
1,47	144,3	0,85
1,42	138,5	0,91
1,37	132,4	0,84
1,32	125,9	0,70
1,25	118,8	0,48
1,18	110,6	0,19
1,08	100,4	–0,20
0,85	77,1	–1,15

In 6 bis 9 sind weitere Ausführungsbeispiele von Projektionsobjektiven dargestellt, die ebenfalls über mindestens ein Zwischenbild verfügen, d. h. die ebenfalls eine erste, retikelnahe Pupillenfläche P1 aufweisen, und bei denen sich die Erfindung ebenso verwenden lässt.
6 zeigt ein katadioptrisches Projektionsobjektiv, wie es in dem Dokument US 6,995,833 B2 offenbart und beschrieben ist. Für eine vollständige Beschreibung des Projektionsobjektivs 20 wird auf jenes Dokument verwiesen.
Das Projektionsobjektiv 20 weist eine erste Objekt- bzw. retikelseitige Pupillenebene P₁ auf, die sich für die Anordnung einer Aperturblende AP, wie sie mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, eignet.
In 7 ist ein Projektionsobjektiv 30 dargestellt, wie es in dem Dokument JP 2004 317534 A offenbart und beschrieben ist.
Als Blendenposition für eine Aperturblende AP, wie mit Bezug auf 4 beschrieben, kann hier ebenfalls das retikelseitige Objektivteil genutzt werden, das eine erste Pupillenebene P₁ aufweist.
Ein weiteres Projektionsobjektiv 40, bei dem die Erfindung verwendet werden kann, ist in 8 dargestellt. Das Projektionsobjektiv 40 ist ebenfalls in dem bereits oben genannten Dokument US 6,995,833 B2 offenbart und beschrieben, worauf für weitere Erläuterungen verwiesen wird. Auch dieses Projektionsobjektiv 40 weist im retikelseitigen Objektivteil eine Pupillenebene P₁ auf, in der bzw. in deren unmittelbarer Nähe eine Aperturblende AP angeordnet werden kann, wie sie mit Bezug auf 4 beschrieben wurde.
Während die bisher beschriebene Projektionsobjektive 10 bis 40 katadioptrische Projektionsobjektive sind, lässt sich die Erfindung auch bei einem dioptrischen Projektionsobjektiv verwenden, wie es für das Projektionsobjektiv 50 in 9 dargestellt ist. Hier kommt als Blendenposition eine Position in oder in unmittelbarer Nähe der Pupillenebene P1 in Frage, wobei dort allerdings das Optikdesign geringfügig geändert werden muss, um einen Bauraumkonflikt mit den angrenzenden refraktiven Elementen zu vermeiden.

Ein weiteres dioprisches Projektionsobjektiv 60, das in US 2006/0056064 A1 offenbart und beschrieben ist, ist in 10 dargestellt. Bei diesem Projektionsobjektiv kann die Aperturblende, wie mit bezug auf 4 beschrieben wurde, im Bereich der retikelseitigen Pupillenebene P₁ angeordnet werden. Tabelle 2

NA	1,55
OBH	66,5
Wellenlänge	193,3

Oberfläche	Radius	Dicke	Material	Brechungsindex	Halber Durchmesser
0	0,000000	30,199776			66,5
1	201,491308	25,668971	SILUV	1,560364	87,6
2	1236,256906	0,999895			88,1
3	172,377339	29,078421	SILUV	1,560364	91,7
4	559,975561	13,127379			90,4
5	170,703295	15,928233	SILUV	1,560364	87,2
6	106,032446	48,848781			79,6
7	186,698511	11,917466	SILUV	1,560364	84,9
8	190,269116	22,249404			85,1
9	222,328079	59,677014	SILUV	1,560364	92,9
10	–176,121666	1,350327			93,3
11	664,209452	8,041381	SILUV	1,560364	85,2
12	–518,774706	10,067606			84,8
13	–792,570514	9,999886	SILUV	1,560364	82,4
14	637,728061	11,000851			81,4
15	0,000000	22,380074	SILUV		77,7
16	0,000000	10,000000	SILUV	1,560364	82,8
17	0,000000	0,999691			84,3
18	876,109163	13,799798	SILUV	1,560364	85,2
19	524,346364	0,999669			87,4
20	225,223535	50,055286	SILUV	1,560364	89,8
21	–172,128514	49,313262			90,7
22	–122,611198	9,999918	SILUV	1,560364	81,3
23	–179,799762	25,712157			85,6
24	–198,093556	10,999919	SILUV	1,560364	86,6
25	–226,255136	287,679680			88,7
26	–195,777654	–247,679748	REFL		154,3
27	204,547591	287,679547	REFL		145,4
28	201,259105	64,762666	SILUV	1,560364	128,3
29	288,146973	54,723056			121,4
30	–381,425709	10,001661	SILUV	1,560364	111,8
31	133,082606	17,873163			99,9
32	148,292612	28,476807	SILUV	1,560364	101,7
33	396,599141	38,300442			101,9
34	–2009,447123	29,276836	SILUV	1,560364	104,9
35	317,489701	1,397574			120,0
36	193,990317	44,622458	SILUV	1,560364	132,9
37	8453,282230	8,773806			135,2
38	336,634800	80,605801	SILUV	1,560364	143,9
39	–224,451862	0,999648			146,2
40	578,602979	37,975699	SILUV	1,560364	132,6
41	–424,640191	0,999544			130,1
42	174,628423	49,373790	SILUV	1,560364	116,8
43	378,132377	0,999336			113,5
44	147,616148	35,793710	SILUV	1,560364	96,0
45	951,402921	0,998410			91,4
46	100,642991	10,015425	SILUV	1,560364	69,4
47	77,836441	0,998441			59,5
48	75,953835	60,000000	LUAG	2,143500	58,7
49	0,000000	3,000000	HIINDEX	1,650000	24,8
50	0,000000	0,000000			16,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 00/33138 A1 [0003, 0011]
- EP 1434093 [0004]
- WO 2004/010164 A2 [0005, 0014, 0018]
- WO 2005/069055 A2 [0015]
- US 6995833 B2 [0070, 0074]
- JP 2004317534 A [0072]
- US 2006/0056064 A1 [0076]

Claims

Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zum Abbilden einer in einer Objektebene (O) angeordneten Struktur auf ein in einer Bildebene (B) angeordnetes Substrat, mit einer Anordnung (12) optischer Elemente zwischen der Objektebene (O) und der Bildebene (B), wobei die Anordnung der optischen Elemente eine retikelnahe erste Pupillenebene (P₁) und zumindest eine zweite Pupillenebene (P₂) aufweist, wobei die Anordnung (12) ferner zumindest eine Aperturblende (AP) aufweist, deren Blendenöffnung veränderbar ist, und die vom Abbildungslicht nur einmal durchtreten wird, wobei die zumindest eine Aperturblende (AP) innerhalb der Anordnung (12) der optischen Elemente zumindest optisch nahe zur retikelnahen Pupillenebene (P₁) angeordnet ist, und wobei sich in unmittelbarer Nähe der Aperturblende (AP) ein Pupillenfilter (PF) befindet.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, wobei die Petzvalsumme zwischen Objekt- und Aperturblendenenebene unterkorrigiert ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Blendenöffnung auf einer gekrümmten Fläche veränderbar ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 3, wobei die gekrümmte Fläche zur Objektebene hin hohl ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die Aperturblende (AP) unmittelbar zwischen zwei refraktiven Elementen der optischen Elemente befindet.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die retikelnahe Pupillenebene (P₁) die retikelnächste Pupillenebene ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Pupillenfilter (PF) herausnehmbar ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Pupillenfilter (PF) innerhalb des von der gekrümmten Fläche aufgespannten Hohlraums angeordnet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei für die gekrümmte Fläche die Relation 0,5 > |h/r| > 0,1 gilt, wobei h der halbe Durchmesser der Aperturblende bei voller numerischer Apertur und r der Radius der gekrümmten Fläche ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Anordnung der optischen Elemente katadioptrisch ist und zumindest einen Hohlspiegel (M₁, M₂) aufweist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Anordnung der optischen Elemente dioptrisch ist.