DE10224361A1

DE10224361A1 - Very large aperture projection objective has essentially symmetrical arrangement of bi-convex lenses and negative meniscus lenses near system aperture at distance before image plane

Info

Publication number: DE10224361A1
Application number: DE10224361A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Schuster
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2003-11-13

Abstract

The device has a number of optical elements along an optical axis and a system aperture at a distance before the image plane. An arrangement of bi-convex lenses and negative meniscus lenses is arranged near the system aperture. A negative meniscus lens with a concave surface on the object side is arranged immediately before the system aperture and a negative meniscus lens with a concave surface on both sides is arranged after the system aperture. The device has a number of optical elements arranged along an optical axis and a system aperture at a distance before the image plane. An essentially symmetrical arrangement of bi-convex lenses and negative meniscus lenses is arranged near the system aperture. A negative meniscus lens with a concave surface on the object side is arranged immediately before the system aperture and a negative meniscus lens with a concave surface on both sides is arranged after the system aperture.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in der Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in die Bildebene des Projektionsobjektivs mit Ultraviolettlicht einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge. The invention relates to a projection lens for imaging a pattern arranged in the object plane of the projection lens into the image plane of the projection lens with ultraviolet light given working wavelength.

Photolithographische Projektionsobjektive werden seit mehreren Jahrzehnten zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen verwendet. Sie dienen dazu, Muster von Photomasken oder Strichplatten, die nachfolgend auch als Masken oder Retikel bezeichnet werden, auf einen mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichteten Gegenstand mit höchster Auflösung in verkleinerndem Maßstab zu projizieren. Photolithographic projection lenses have been used for several Decades of manufacturing semiconductor devices and other fine structured components used. They are used to create patterns of Photomasks or graticules, which are also called masks or Reticles are referred to as having a photosensitive layer coated object with the highest resolution in a reduced size Project scale.

Zur Erzeugung immer feinerer Strukturen in der Größenordnung 100 nm oder darunter wird versucht, die bildseitige numerische Apertur (NA) der Projektionsobjektive über die derzeit erzielbare Werte hinaus in den Bereich von NA = 0,8 oder darüber zu vergrößern. Außerdem werden immer kürzere Arbeitswellenlängen von Ultraviolettlicht verwendet, vorzugsweise Wellenlängen von weniger als 260 nm, beispielsweise 248 nm, 193 nm, 157 nm oder darunter. Gleichzeitig wird versucht, die steigenden Anforderungen an die Abbildungsfähigkeit mit rein refraktiven, dioptrischen Systemen zu erfüllen, die im Vergleich zu katadioptrischen Systemen hinsichtlich Aufbau und Fertigung vorteilhaft sind. Bei immer kürzer werdenden Wellenlängen stehen jedoch nur noch wenige ausreichend transparente Materialien zur Verfügung, deren Abbekonstanten relativ nahe beieinander liegen. Dadurch wird die Achromatisierung der Projektionsobjektive, d. h. die weitgehende Vermeidung oder Verminderung chromatischer Aberrationen problematisch. Insbesondere ist es schwierig, höchstaperturige Systeme mit hinreichenden kleinen chromatischen Aberrationen bereitzustellen. For the production of ever finer structures in the order of 100 nm or below tries the numerical aperture (NA) of the image Projection lenses beyond the currently achievable values in the Increase range of NA = 0.8 or above. Also be ever shorter working wavelengths of ultraviolet light used preferably wavelengths of less than 260 nm, for example 248 nm, 193 nm, 157 nm or below. At the same time it tries to increase Imaging requirements with purely refractive, to meet dioptric systems compared to catadioptric Systems are advantageous in terms of structure and manufacture. Always however, only a few wavelengths are becoming shorter sufficiently transparent materials are available, their imaging constants are relatively close together. This will achromatize the Projection lenses, d. H. the extensive avoidance or Reduction of chromatic aberrations is problematic. In particular it is difficult, high-aperture systems with sufficient small provide chromatic aberrations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Projektionsobjektiv zu schaffen, welches sich durch hohe bildseitige numerische Apertur und gute chromatische Korrektion auszeichnet. The invention has for its object to a projection lens create, which is characterized by high numerical aperture and good chromatic correction.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Projektionsobjektiv mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. This problem is solved by a projection lens with the Features of claim 1. Advantageous further developments are in the dependent claims specified. The wording of all claims will made by reference to the content of the description.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung hat ein Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in der Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in die Bildebene des Projektionsobjektivs mit Ultraviolettlicht einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge eine Vielzahl von optischen Elementen, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind, sowie eine mit Abstand vor der Bildebene angeordnete Systemblende. Im Bereich dieser Systemblende hat das Projektionsobjektiv einen im Bezug auf eine senkrecht auf der optischen Achse stehende Symmetrieebene im wesentlichen symmetrischen Aufbau mit bikonvexen Positivlinsen und negativ Meniskuslinsen. Dieser im wesentlichen symmetrische Aufbau erlaubt es, auch bei großen Öffnungen einen guten Korrektionszustand zu erzielen. Die Symmetrieebene liegt vorzugsweise nahe der Systemblende. According to one aspect of the invention, a projection lens for Image of one arranged in the object plane of the projection lens Patterns in the image plane of the projection lens with ultraviolet light a given working wavelength a variety of optical Elements that are arranged along an optical axis, and a system aperture arranged at a distance from the image plane. in the In the area of this system aperture, the projection lens has a reference on a plane of symmetry perpendicular to the optical axis essentially symmetrical construction with biconvex positive lenses and negative meniscus lenses. This is essentially symmetrical Construction allows a good one even with large openings Achieve correction status. The plane of symmetry is preferably close to that System diaphragm.

Die Systemblende im Sinne dieser Anmeldung ist der Bereich nahe der Bildebene, in dem der Hauptstrahl der Abbildung die optische Achse schneidet. Eine Blende zur Begrenzung und gegebenenfalls Verstellung der genutzten Apertur kann im Bereich der Systemblende angeordnet sein. Bei Systemen mit mindestens einem Zwischenbild existiert mindestens eine weitere Blendenebene mit größerem Abstand von der Bildebene. The system aperture in the sense of this application is the area near the Image plane, in which the main ray of the image is the optical axis cuts. An aperture for limitation and adjustment if necessary the aperture used can be arranged in the area of the system diaphragm his. For systems with at least one intermediate picture exists at least one further aperture plane at a greater distance from the Image plane.

Es hat sich als günstig herausgestellt, wenn unmittelbar vor der Systemblende eine Negativmeniskuslinse mit objektseitiger Konkavfläche und unmittelbar hinter der Systemblende eine Negativ-Meniskuslinse mit bildseitiger Konkavfläche angeordnet ist. Zwischen diesen kann die Systemblende frei zugänglich sein, um beispielsweise eine verstellbare Blende zur Begrenzung des Strahlbündeldurchmessers anzubringen. Die Symmetrie kann sich weit in den objektseitigen und bildseitigen Nahbereich der Systemblende fortsetzen. Beispielsweise kann unmittelbar vor der Systemblende ein Positiv-/Negativ-Doublett mit einer objektseitigen Bikonvexlinse und einer darauffolgenden Negativ-Meniskuslinse mit objektseitiger Konkavfläche und hinter der Systemblende ein spiegelbildlich dazu aufgebautes Doublett angeordnet sein. In machen Ausführungsformen werden die Doubletts objektseitig bzw. bildseitig noch von Bikonvexlinsen eingerahmt. It turned out to be favorable if immediately before the System aperture a negative meniscus lens with a concave surface on the object and a negative meniscus lens immediately behind the system aperture image-side concave surface is arranged. Between these, the System bezel to be freely accessible, for example, an adjustable Attach the aperture to limit the beam diameter. The symmetry can vary widely in the object-side and image-side Continue close to the system cover. For example a positive / negative doublet with a object-side biconvex lens and a subsequent negative meniscus lens with a concave surface on the object side and behind the system cover To be arranged in mirror image to be arranged doublet. In make The doublets are still embodiments on the object side or image side framed by biconvex lenses.

Erfindungsgemäße Projektionsobjektive können katadioptrisch oder dioptrisch aufgebaut sein und sollen obskurationsfrei abbilden. Bevorzugt sind rein refraktive, also dioptrische Projektionsobjektive, bei denen alle mit Brechkraft behafteten optischen Komponenten aus transparentem Material bestehen. Bei einem Beispiel handelt es sich um ein Ein- Taillensystem mit einem objektnahen Bauch, einem bildnahen Bauch und einer dazwischenliegenden Taille, in deren Bereich der Strahlendurchmesser vorzugsweise weniger als ca. 50% des maximalen Strahldurchmessers im Bereich eines der Bäuche beträgt. Projection lenses according to the invention can be catadioptric or be constructed dioptrically and should show obscuration-free. Prefers are purely refractive, i.e. dioptric projection lenses, in which all optical components made of transparent with refractive power Material. An example is a single Waist system with a belly close to the object, a belly close to the image and an intermediate waist, in the area of which Beam diameter preferably less than about 50% of the maximum Beam diameter in the area of one of the bellies.

Die Systeme können so aufgebaut werden, dass alle transparenten optischen Elemente aus dem gleichen Material gefertigt sind. Bei einer für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm ausgelegten Ausführungsform wird für alle Linsen synthetisches Quarzglas verwendet. Gegebenenfalls können eine oder mehrere bildnahe Linsen kleinen Durchmessers aus einem anderen Material bestehen, z. B. CaF₂. Auch Ausführungsformen für 157 nm, bei denen alle Linsen aus Kalziumfluorid oder einem anderen Fluoridkristallmaterial bestehen, sind möglich. Auch Kombinationen mehrerer unterschiedlicher Materialien sind möglich, beispielsweise um die Korrektur von Farbfehlern zu erleichtern oder um Compaction zu verringern. Beispielsweise kann bei 193 nm das synthetische Quarzglas bei einigen oder allen Linsen durch ein Kristallmaterial, z. B. Kalziumfluorid ersetzt werden. The systems can be set up so that all transparent optical elements are made of the same material. In an embodiment designed for a working wavelength of 193 nm, synthetic quartz glass is used for all lenses. If necessary, one or more small diameter lenses close to the image can be made of another material, e.g. B. CaF ₂ . Embodiments for 157 nm in which all lenses are made of calcium fluoride or another fluoride crystal material are also possible. Combinations of several different materials are also possible, for example to make it easier to correct color errors or to reduce compaction. For example, at 193 nm, the synthetic quartz glass can be replaced by a crystal material, e.g. B. Calcium fluoride to be replaced.

Im Rahmen der Erfindung sind höchstaperturige Projektionsobjektive, insbesondere auch rein refraktive Projektionsobjektive möglich, bei denen die bildseitige numerische Apertur NA ≥ 0,85 ist. Sie beträgt vorzugsweise mindestens 0,9. Within the scope of the invention are high aperture projection lenses, In particular, purely refractive projection lenses are also possible where the numerical aperture NA is ≥ 0.85. It is preferably at least 0.9.

Bevorzugte Projektionsobjektive zeichnen sich durch eine Anzahl günstiger konstruktiver und optischer Merkmale aus, die alleine oder in Kombination miteinander für die Eignung des Objektivs für die höchstauflösende Mikrolithographie förderlich sind. Preferred projection lenses are characterized by a number cheaper constructive and optical features that alone or in Combination with each other for the suitability of the lens for the high-resolution microlithography are beneficial.

Im Bereich der Systemblende ist vorzugsweise mindestens eine asphärische Fläche angeordnet. Vorzugsweise kommen hinter den Blende dicht aufeinander folgend mehrere Flächen mit Asphären. Es kann weiter günstig sein, wenn die letzte optische Fläche vor der Systemblende und die erste optische Fläche nach der Systemblende asphärisch ist. Hier können insbesondere gegenüberliegende asphärische Flächen mit von der Blende wegweisender Krümmung vorgesehen sein. Die hohe Anzahl von asphärischen Flächen im Bereich der Systemblende ist günstig für die Korrektion der sphärischen Abberation und wirkt sich günstig auf die Einstellung der Isoplanasie aus. At least one is preferably in the area of the system cover aspherical surface arranged. Preferably come behind the bezel several surfaces with aspheres in close succession. It can continue to be cheap if the last optical surface in front of the system cover and the first optical surface after the system aperture is aspherical. Opposing aspherical surfaces can be used here be provided by the curvature pointing away. The height Number of aspherical surfaces in the area of the system cover is beneficial for the correction of the spherical aberration and has an effect favorably on the setting of isoplanasia.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn zwischen der Taille und der Systemblende mindestens eine Meniskuslinse mit negativer Brechkraft und bildwärts gerichteter Konkavfläche angeordnet ist. Besonders günstig sind häufig mindestens zwei aufeinander folgende, derartige Meniskuslinsen, deren Krümmungsmittelpunkte bildseitig liegen. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Brechkraft des ersten, objektseitigseitigen Meniskus stärker ist als diejenige des darauffolgenden, bildseitigen Meniskus der Meniskengruppe. It has also proven to be advantageous if between the Waist and the system panel with at least one meniscus lens negative refractive power and concave surface directed towards the image. Often at least two successive, Such meniscus lenses, the centers of curvature on the image side lie. It is advantageous if the refractive power of the first object-side meniscus is stronger than that of the following, meniscus image-side meniscus.

Weiterhin kann es günstig sein, wenn zwischen der Taille und der Systemblende in der Nähe der Taille mindestens eine Positiv-Meniskuslinse mit objektseitiger Konkavfläche angeordnet ist. Es können statt einer derartigen Meniskuslinse mehrere, beispielsweise zwei, aufeinanderfolgende Linsen dieses Typs vorgesehen sein. It can also be beneficial if between the waist and the System aperture near the waist at least one positive meniscus lens is arranged with a concave surface on the object side. Instead of one such meniscus lens several, for example two, successive lenses of this type can be provided.

Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen zwischen Taille und Systemblende in dieser Reihenfolge mindestens eine Meniskuslinse mit objektseitiger Konkavfläche und dahinter mindestens eine Meniskuslinse mit bildseitiger Konkavfläche angeordnet ist. Vorzugsweise sind jeweils zwei aufeinanderfolgende Menisken der jeweiligen Krümmungen vorgesehen. Die der Taille zugewandten Meniskuslinsen haben vorzugsweise positive, die der Bildebene zugewandten Menisken vorzugsweise negative Brechkraft. Im Bereich zwischen diesen Linsen bzw. Linsengruppen findet somit ein Wechsel in der Lage der Krümmungsmittelpunkte von Menisken statt. Embodiments in which between Waist and system panel in this order at least one Meniscus lens with concave surface on the object side and at least one behind Meniscus lens is arranged with a concave surface on the image side. Preferably are two consecutive menisci of each Curvatures provided. The meniscus lenses facing the waist have preferably positive menisci facing the image plane preferably negative refractive power. In the area between these lenses or Lens groups thus find a change in the position of the Center of curvature held by menisci.

Im Bereich der Taille sind bevorzugt mehrere Negativlinsen aufeinander folgend angeordnet, bei bevorzugten Ausführungsformen sind es mindestens zwei, vorzugsweise drei Negativlinsen. Diese tragen die Hauptlast der Petzvalkorrektur. In the area of the waist, several negative lenses are preferably on top of one another arranged as follows, in preferred embodiments at least two, preferably three negative lenses. These carry the Brunt of Petzval correction.

Am objektseitigen Eingang des Systems beim Eintritt in den ersten Bauch sind wenigstens zwei Negativlinsen vorteilhaft, um das vom Objekt kommende Strahlbündel aufzuweiten. Drei oder mehr derartiger Negativlinsen sind bevorzugt. Bei hohen Eingangsaperturen ist es günstig, wenn auf mindestens einer der ersten Linsen mindestens eine asphärische Fläche vorgesehen ist. Vorzugsweise hat jede der eingangsseitigen Negativlinsen mindestens eine asphärische Fläche. At the object-side entrance of the system when entering the first Belly, at least two negative lenses are beneficial to avoid that Object to expand incoming beam. Three or more of these Negative lenses are preferred. With high entrance apertures, it is advantageous if at least one on at least one of the first lenses aspherical surface is provided. Preferably each of the negative lenses on the input side have at least one aspherical surface.

Hinter dieser Eingangsgruppe folgt bevorzugt eine Linsengruppe mit starker positiver Brechkraft, welche den ersten Bauch der Strahlführung darstellt. In dieser Gruppe kann im Bereich großer Strahlhöhen im Nahbereich der Objektebene mindestens eine Meniskuslinse mit positiver Brechkraft und bildseitigen Konkavflächen günstig sein. A lens group preferably follows behind this input group strong positive refractive power, which is the first belly of the beam guidance represents. In this group, in the area of large beam heights in the Near area of the object plane at least one meniscus lens with positive Refractive power and concave surfaces on the image side are favorable.

Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. The above and other features go beyond the Claims also from the description and the drawing, wherein the individual features each individually or in groups Form of sub-combinations in one embodiment of the invention and be realized in other fields and advantageous as well as for protective designs can present themselves.

Fig. 1 ist ein Linsenschnitt durch eine Ausführungsform eines refraktiven Projektionsobjektivs, das für 193 nm Arbeitswellenlänge ausgelegt ist Fig. 1 is a lens section is configured by an embodiment of a refractive projection objective, the 193 nm working wavelength

Fig. 2 ist ein Linsenschnitt durch eine Ausführungsform eines refraktiven Projektionsobjektivs, das für 157 nm Arbeitswellenlänge ausgelegt ist. FIG. 2 is a lens section through an embodiment of a refractive projection objective, which is designed for a working wavelength of 157 nm.

Bei der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform bezeichnet der Begriff "optische Achse" eine gerade Linie durch die Krümmungsmittelpunkte der sphärischen optischen Komponenten bzw. durch die Symmetrieachsen von asphärischen Elementen. Richtungen und Abstände werden als bildseitig, waferseitig oder bildwärts beschrieben, wenn sie in Richtung der Bildebene bzw. des dort befindlichen, zu belichtenden Substrats gerichtet sind und als objektseitig, retikelseitig oder objektwärts, wenn sie in Bezug auf die optische Achse zum Objekt gerichtet sind. Das Objekt ist in den Beispielen eine Maske (Retikel) mit dem Muster einer integrierten Schaltung, es kann sich aber auch um ein anderes Muster, beispielsweise eines Gitters handeln. Das Bild wird in den Beispielen auf einem als Substrat dienenden, mit einer Photoresistschicht dienenden Wafer gebildet, jedoch sind auch andere Substrate möglich, beispielsweise Elemente für Flüssigkristallanzeigen oder Substrate für optische Gitter. In the following description of the preferred embodiment the term "optical axis" denotes a straight line through the Center of curvature of the spherical optical components or through the axes of symmetry of aspherical elements. Directions and Distances are described as image side, wafer side or image side, if they are in the direction of the image plane or the one located there exposing substrate are directed and as the object side, reticle side or objectward if it is in relation to the optical axis to the object are directed. In the examples, the object is a mask (reticle) with the pattern of an integrated circuit, but it can also be a act different pattern, for example a grid. The picture is in the examples on a serving as a substrate, with a Wafers serving photoresist layer are formed, however others are Substrates possible, for example elements for liquid crystal displays or Substrates for optical gratings.

In Fig. 1 ist ein charakteristischer Aufbau eines erfindungsgemäßen, rein refraktiven Reduktionsobjektivs 1 gezeigt. Es dient dazu, ein in einer Objektebene 2 angeordnetes Muster eines Retikels oder dergleichen in eine zur Objektebene konjugierte Bildebene 3 in reduziertem Maßstab ohne Obskurationen bzw. Abschattungen im Bildfeld abzubilden, beispielsweise im Maßstab 4 : 1. Es handelt sich um ein rotationssymmetrisches Ein-Taillensystem, dessen Linsen entlang einer senkrecht zur Objekt- und Bildebene stehenden optischen Achse 4 angeordnet sind und einen objektseitigen Bauch 6, einen bildseitigen Bauch 8 sowie eine dazwischenliegende Taille 7 bilden. Die Systemblende 5 liegt im bildnahen Bereich großer Strahldurchmesser. In Fig. 1, a characteristic construction of the invention, purely refractive reduction objective 1 is shown. It serves to display a pattern of a reticle or the like arranged in an object plane 2 in an image plane 3 conjugated to the object plane on a reduced scale without obscurations or shadowing in the image field, for example on a 4: 1 scale. It is a rotationally symmetrical one-waist system , the lenses of which are arranged along an optical axis 4 perpendicular to the object and image plane and form an object-side abdomen 6 , an image-side abdomen 8 and an intermediate waist 7 . The system diaphragm 5 is in the near-image area of large beam diameters.

Die Linsen können in mehrere aufeinanderfolgende Linsengruppen mit spezifischen Eigenschaften und Funktionen eingeteilt werden. Eine der Objektebene 2 folgende erste Linsengruppe LG1 am Eingang des Projektionsobjektivs hat insgesamt negative Brechkraft und dient der Aufweitung des vom Objektfeld kommenden Strahlbündels. Eine darauffolgende zweite Linsengruppe LG2 mit insgesamt positiver Brechkraft bildet den ersten Bauch 6 und führt den Strahl vor der nachfolgenden Taille 7 wieder zusammen. Im Bereich der Taille 7 befindet sich eine dritte Linsengruppe LG3 mit negativer Brechkraft. Dieser folgt eine aus Positiv-Meniskuslinsen bestehende vierte Linsengruppe LG4 mit positiver Brechkraft, der eine aus Negativ-Meniskuslinsen bestehende fünfte Linsengruppe LG5 mit negativer Brechkraft folgt. Die darauffolgende Linsengruppe LG6 mit positiver Brechkraft führt die Strahlung zur Systemblende 5. Hinter dieser liegt die siebte und letzte Linsengruppe LG7, die überwiegend aus Einzellinsen mit positiver Brechkraft besteht und den Hauptbeitrag zur Erzeugung der sehr hohen bildseitigen numerischen Apertur von NA = 0,93 leistet. The lenses can be divided into several successive lens groups with specific properties and functions. A first lens group LG1 following the object plane 2 at the entrance of the projection lens has negative refractive power overall and serves to expand the beam coming from the object field. A subsequent second lens group LG2 with an overall positive refractive power forms the first belly 6 and brings the beam together again in front of the subsequent waist 7 . In the area of the waist 7 there is a third lens group LG3 with negative refractive power. This is followed by a fourth lens group LG4 consisting of positive meniscus lenses with positive refractive power, which is followed by a fifth lens group LG5 consisting of negative meniscus lenses with negative refractive power. The subsequent lens group LG6 with positive refractive power guides the radiation to the system aperture 5 . Behind this is the seventh and last lens group LG7, which mainly consists of single lenses with positive refractive power and makes the main contribution to the generation of the very high image-side numerical aperture of NA = 0.93.

Die erste Linsengruppe LG1 eröffnet mit drei Negativlinsen 11, 12, 13, die in dieser Reihenfolge eine Negativlinse 11 mit asphärischer Eintrittsseite, eine Negativ-Meniskuslinse 12 mit bildseitigem Krümmungsmittelpunkt und asphärischer Eintrittsseite und eine Negativ-Meniskuslinse 13 mit objektseitigem Krümmungsmittelpunkt und asphärischer Austrittsseite umfasst. Bei der vorliegenden hohen Eingangsapertur sollte auf wenigstens einer der ersten beiden Linsen 11, 12 mindestens eine asphärische Fläche vorgesehen sein, um die Erzeugung von Abberationen in diesem Bereich zu begrenzten. Vorzugsweise ist, wie im vorliegenden Beispiel, an jeder der drei Negativlinsen (mindestens) eine asphärische Fläche vorgesehen. The first lens group LG1 opens with three negative lenses 11 , 12 , 13 , which in this order comprises a negative lens 11 with an aspherical entry side, a negative meniscus lens 12 with an image-side center of curvature and an aspherical entry side and a negative meniscus lens 13 with an object-side center of curvature and an aspherical exit side. In the present high entrance aperture, at least one aspherical surface should be provided on at least one of the first two lenses 11 , 12 in order to limit the generation of aberrations in this area. Preferably, as in the present example, an aspherical surface (at least) is provided on each of the three negative lenses.

Die zweite Linsengruppe LG2 hat mit geringem Luftabstand hinter der letzten Linse 13 der ersten Linsengruppe LG1 eine bikonvexe Positivlinse 14, eine weitere bikonvexe Positivlinse 15, eine Positiv-Meniskuslinse 16 mit bildseitigem Krümmungsmittelpunkt, eine weitere Positivlinse 17 mit nahezu ebener Austrittsseite, eine Positiv-Meniskuslinse 18 mit bildseitigem Krümmungsmittelpunkt der Flächen sowie drei weitere Meniskuslinse 19, 20, 21 gleicher Krümmungsrichtung. Die Eintrittsseite der Linse 15 und die an die Taille heranreichende Austrittsseite der letzten Meniskuslinse 21 sind asphärisch. Dadurch liegt im Bereich der Taille eine Asphäre vor. Diese zweite Linsengruppe LG2 stellt den ersten Bauch 6 des Objektivs dar. Eine Besonderheit bildet die beim größten Durchmesser angeordnete Positiv-Meniskuslinse 16, deren Krümmungsmittelpunkte bildseitig liegen. Diese Linsengruppe dient vor allem der Petzvalkorrektur, der Verzeichnungs-Telezentriekorrektur und der Bildfeldkorrektur außerhalb der Hauptschnitte. The second lens group LG2 has a small air gap behind the last lens 13 of the first lens group LG1, a biconvex positive lens 14 , a further biconvex positive lens 15 , a positive meniscus lens 16 with a center of curvature on the image side, a further positive lens 17 with an almost flat exit side, a positive meniscus lens 18 with the center of curvature of the surfaces on the image side and three further meniscus lenses 19 , 20 , 21 of the same direction of curvature. The entry side of the lens 15 and the exit side of the last meniscus lens 21 reaching the waist are aspherical. This creates an asphere in the area of the waist. This second lens group LG2 represents the first belly 6 of the objective. A special feature is the positive meniscus lens 16 , which is arranged with the largest diameter and whose centers of curvature lie on the image side. This lens group is used primarily for Petzval correction, distortion telecentricity correction and image field correction outside of the main sections.

Die dritte Linsengruppe LG3 besteht aus drei Negativ-Meniskuslinsen 22, 23, 24, deren Grenzflächen jeweils sphärisch sind. Diese Linsengruppe trägt die Hauptlast der Korrektur der Bildfeldkrümmung und ist so gestaltet, dass trotz der hohen Systemapertur von NA = 0,93 die maximalen Inzidenzwinkel der auf die Linsenflächen treffenden Strahlen unterhalb ca. 60° bzw. der Sinus der Inzidenzwinkel jeweils unterhalb 0,85 liegt. Die erste Negativlinse 22 der dritten Gruppe ist bevorzugt eine stark bikonkave Linse, so dass die Haupttaille 7 mit stark gekrümmten Flächen eröffnet. The third lens group LG3 consists of three negative meniscus lenses 22 , 23 , 24 , the interfaces of which are each spherical. This lens group bears the main burden of correcting the curvature of the image field and is designed in such a way that, despite the high system aperture of NA = 0.93, the maximum incidence angle of the rays hitting the lens surfaces is below approx. 60 ° or the sine of the incidence angle is each below 0.85 lies. The first negative lens 22 of the third group is preferably a strongly biconcave lens, so that the main waist 7 opens with strongly curved surfaces.

Die der Taille 7 folgende vierte Linsengruppe LG4 besteht aus zwei Positiv-Meniskuslinsen 24, 25 mit objektseitigen Konkavflächen, wobei die Austrittsseite der eingangsseitigen Meniskuslinse 24 asphärisch, die übrigen Flächen sphärisch sind. Bei anderen Ausführungsformen kann an dieser Stelle auch nur einziger Positiv-Meniskus entsprechender Krümmung vorgesehen sein. The fourth lens group LG4 following the waist 7 consists of two positive meniscus lenses 24 , 25 with concave surfaces on the object side, the exit side of the meniscus lens 24 on the input side being aspherical, the other surfaces being spherical. In other embodiments, only a single positive meniscus with a corresponding curvature can be provided at this point.

Die darauffolgende fünfte Linsengruppe LG5 hat ebenfalls zwei Meniskuslinsen 27, 28, jedoch haben diese jeweils negative Brechkraft und die konkaven Flächen sind zum Bildfeld 3 gerichtet. Gegebenenfalls kann an dieser Stelle auch nur ein negativer Meniskus vorgesehen sein, dessen Krümmungsmittelpunkt waferseitig liegt. Eine solche Gruppe mit mindestens einem negativen Meniskus ist für die Funktion des Ein- Taillensystems ein zentrales Korrektionselement, um elegant außeraxiale Bildfehler zu korrigieren. Insbesondere wird dadurch ein kompaktes Design mit relativ geringen Linsendurchmessern ermöglicht. The subsequent fifth lens group LG5 also has two meniscus lenses 27 , 28 , but these each have negative refractive power and the concave surfaces are directed toward the image field 3 . If necessary, only a negative meniscus can be provided at this point, the center of curvature of which lies on the wafer side. Such a group with at least one negative meniscus is a central correction element for the function of the one-waist system in order to elegantly correct off-axis image errors. In particular, this enables a compact design with relatively small lens diameters.

Besonders wichtig ist, dass in dem der Taille 7 folgenden Eingansbereich des zweiten Bauches 8 ein Wechsel in der Lage der Krümmungsmittelpunkte zwischen Menisken der vierten Linsengruppe LG4 und der fünften Linsengruppe LG5 stattfindet. Dadurch kann erreicht werden, dass schiefe sphärische Aberration bei extremer Apertur geglättet werden kann. It is particularly important that a change in the position of the centers of curvature between menisci of the fourth lens group LG4 and the fifth lens group LG5 takes place in the entrance region of the second abdomen 8 following the waist 7 . It can thereby be achieved that oblique spherical aberration can be smoothed out with an extreme aperture.

Die sechste Linsengruppe LG6 beginnt mit einer Abfolge von bikonvexen Positivlinsen 29, 30. Deren sammelnde Wirkung wird durch einen nachfolgenden, stark durchgebogenen Negativ-Meniskus 31 wieder aufgefangen. Dieser negative Meniskus vor der Blende 5 ist zur Blende gebogen, hat also eine objektseitige Konkavfläche. Das entsprechende Gegenüber sitzt unmittelbar hinter der Blende. Dieser Negativ-Meniskus 32 ist ebenfalls zur Blende durchgebogen, er hat eine bildseitige Konkavfläche. Diesem folgen zwei große bikonvexe Positivlinsen 33, 34 mit größtem Durchmesser. Darauf folgen zwei zur Bildebene konkave Positiv-Meniskuslinsen 35, 36, eine schwach negative Meniskuslinse 37, eine schwache Positivlinse mit schwach gekrümmter Eintrittsseite und fast ebener Austrittsseite sowie eine planparallele Abschlussplatte 39. The sixth lens group LG6 begins with a sequence of biconvex positive lenses 29 , 30 . Their collecting effect is absorbed by a subsequent, strongly bent negative meniscus 31 . This negative meniscus in front of the diaphragm 5 is bent towards the diaphragm, that is to say it has a concave surface on the object side. The corresponding counterpart sits directly behind the panel. This negative meniscus 32 is also bent to the diaphragm, it has a concave surface on the image side. This is followed by two large biconvex positive lenses 33 , 34 with the largest diameter. This is followed by two positive meniscus lenses 35 , 36 concave to the image plane, a weakly negative meniscus lens 37 , a weak positive lens with a slightly curved entry side and an almost flat exit side, and a plane-parallel end plate 39 .

Der Aufbau des zweiten Bauches, der relativ langgestreckt ist und sich langsam von der Taille zum größten Durchmesser erweitert, ist im Bereich der Systemblende 5 im wesentlichen symmetrisch zu einer Symmetrieebene aufgebaut, die senkrecht zur optischen Achse verläuft und in der Nähe der Systemblende liegt. Nahezu spiegelbildlich korrespondieren dabei die Negativ-Meniskuslinsen 31, 32, die diese einschließenden Positivlinsen 30, 33 und die außerhalb dieser Doubletts angeordneten Bikonvexlinsen 29 und 34. Der Zentralbereich des zweiten Bauches um die Blende enthält somit als Positivlinsen nur Bikonvexlinsen und als negative Linsen nur durchgebogene Menisken. In den Doubletts 30, 32 bzw. 32, 33 ist jeweils ein mensikusförmiger Luftraum gebildet. The structure of the second belly, which is relatively elongated and slowly widens from the waist to the largest diameter, is constructed in the area of the system diaphragm 5 essentially symmetrically to a plane of symmetry which runs perpendicular to the optical axis and is close to the system diaphragm. The negative meniscus lenses 31 , 32 , the positive lenses 30 , 33 enclosing these and the biconvex lenses 29 and 34 arranged outside of these doublets correspond almost in mirror image. The central area of the second abdomen around the aperture thus contains only biconvex lenses as positive lenses and only curved menisci as negative lenses. A mensic-shaped air space is formed in each of the doublets 30 , 32 and 32 , 33 .

Der erste Bauch beinhaltet im absteigenden Bereich eine schwach positive Meniskuslinse 19. Diese bildet mit der nachfolgenden dickeren Meniskuslinse 20 einen stark durchgebogenen, sich nach außen öffnenden Luftraum. In den darauffolgenden Luftraum findet sich ein weniger durchbogener, sich nach außen schließender Luftmeniskus. Hierdurch ist eine verbesserte Schalenabstimmung im sagittalen und tangentialen Schnitt möglich. Gleichzeitig kann dadurch auch die Winkelbelastung im Bereich der konkaven Eintrittsfläche der Negativlinse 22 unter der Aperturbelastung gehalten werden. Die Petzvalkorrektur wird im wesentlichen von den Linsen im Taillenbereich in Verbindung mit den großen Bäuchen geleistet. Dennoch reicht eine einzige Taille aus. Beim bildwärts konkaven Meniskus 27 der fünften Linsengruppe ist besonders auf gute Zentrierung zu achten, da eine leichte Dezentrierung Komab,eiträge liefern würde. The first belly contains a weakly positive meniscus lens 19 in the descending area. Together with the subsequent thicker meniscus lens 20, this forms a strongly bent, outwardly opening air space. In the airspace that follows there is a less arched, outwardly closing air meniscus. This enables an improved shell matching in the sagittal and tangential cut. At the same time, the angular load in the region of the concave entry surface of the negative lens 22 can thereby be kept under the aperture load. The Petzval correction is mainly performed by the lenses in the waist area in connection with the large bellies. Still, a single waist is enough. In the case of the meniscus 27 of the fifth lens group, which is concave in the image direction, special attention must be paid to good centering, since a slight decentration would result in coma and sluggishness.

In Tabelle 1 ist die Spezifikation des Designs in bekannter Weise in tabellarischer Form zusammengefasst. Dabei gibt Spalte 1 die Nummer einer brechenden oder auf andere Weise ausgezeichneten Fläche, Spalte 2 den Radius r der Fläche (in mm), Spalte 3 den als Dicke bezeichneten Abstand d der Fläche zur nachfolgenden Fläche (in mm), Spalte 4 das Material der optischen Komponenten und Spalte 5 die Brechzahl bzw. den Brechungsindex des Materials des Bauelementes an, welches der Eintrittsfläche folgt. In Spalte 6 sind die nutzbaren, freien Radien bzw. der halbe freie Durchmesser der Linsen (in mm) angegeben. Table 1 summarizes the specification of the design in a known manner in tabular form. Column 1 gives the number of a refractive or otherwise distinguished surface, column 2 the radius r of the surface (in mm), column 3 the distance d of the surface from the following surface (in mm), which is referred to as the thickness, column 4 the material of the optical components and column 5 the refractive index or the refractive index of the material of the component which follows the entry surface. Column 6 shows the usable, free radii or half the free diameter of the lenses (in mm).

Bei der Ausführungsform sind dreizehn der Flächen, nämlich die Flächen 2, 4, 7, 10, 23, 31, 36, 41, 43, 45 und 50 asphärisch. Tabelle 2 gibt die entsprechenden Asphärendaten an, wobei sich die asphärischen Flächen nach folgender Vorschrift berechnen:

p(h) = [((1/r)h²)/(1 + SQRT(1-(1 + K)(1/r)²h²)]+ C1.h⁴ + C2.h⁶ + . . ..
In the embodiment, thirteen of the surfaces, namely surfaces 2 , 4 , 7 , 10 , 23 , 31 , 36 , 41 , 43 , 45 and 50 are aspherical. Table 2 shows the corresponding aspherical data, whereby the aspherical surfaces are calculated according to the following rule:

p (h) = [(( 1 / r) h ² ) / (1 + SQRT (1- (1 + K) ( 1 / r) ² h ² )] + C1.h ⁴ + C2.h ⁶ +. ...

Dabei gibt der Kehrwert (1/r) des Radius die Flächenkrümmung und h den Abstand eines Flächenpunktes von der optischen Achse an. Somit gibt p(h) die sogenannten Pfeilhöhe, d. h. den Abstand des Flächenpunktes vom Flächenscheitel in z-Richtung, d. h. in Richtung der optischen Achse. Die Konstanten K, C1, C2, . . . sind in Tabelle 2 wiedergegeben. The reciprocal ( 1 / r) of the radius indicates the surface curvature and h the distance of a surface point from the optical axis. Thus p (h) gives the so-called arrow height, ie the distance of the surface point from the surface vertex in the z direction, ie in the direction of the optical axis. The constants K, C1, C2,. , , are shown in Table 2.

Das mit Hilfe dieser Angaben reproduzierbare optische System 1 ist für eine Arbeitswellenlänge von ca. 193 nm ausgelegt, bei der das für alle Linsen verwendete, synthetisches Quarzglas einen Brechungsindex n = 1,56029 hat. Die bildseitige numerische Apertur beträgt 0,93. Das Objektiv hat eine Baulänge (Abstand zwischen Bildebene und Objektebene) von 1342 mm, die Feldgröße beträgt 10,5.26,0 mm. The optical system 1 which can be reproduced with the aid of this information is designed for a working wavelength of approximately 193 nm, at which the synthetic quartz glass used for all lenses has a refractive index n = 1.56029. The numerical aperture on the image side is 0.93. The lens has a length (distance between image plane and object plane) of 1342 mm, the field size is 10.5.26.0 mm.

Damit ist ein Projektionsobjektiv geschaffen, das bei einer Arbeitswellenlänge von 193 nm arbeitet, mit Hilfe konventioneller Techniken für Linsenherstellung und Beschichtungen hergestellt werden kann und eine Auflösung von Strukturen deutlich unterhalb 100 nm erlaubt und sehr gut korrigiert ist. Deutlich wird dies an geringen Queraberrationswerten und an einem Wellenfront-RMS-Wert von maximal 3,3 mλ bei 193 nm über alle Bildhöhen. This creates a projection lens that can be used with a Working wavelength of 193 nm works using conventional techniques for Lens manufacturing and coatings can be made and one Resolution of structures well below 100 nm allowed and very good is corrected. This becomes clear from low transverse aberration values and at a wavefront RMS value of maximum 3.3 mλ at 193 nm above all image heights.

Anhand von Fig. 2 sowie Tabellen 3 und 4 wird eine andere Ausführungsform erläutert, die für 157 nm Arbeitswellenlänge ausgelegt ist und ausschließlich aus Kalziumfluorid-Komponenten aufgebaut ist. Die Art und Abfolge der Linsen entspricht der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Die einander entsprechenden Linsen und Linsengruppen sind daher mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das Objektiv 100 ist mit einer Baulänge von 1000 mm etwas kompakter, hat eine numerische Apertur von 0,93 und eine Feldgröße von 12.17 mm. Ein maximaler Wellenfront-RMS-Wert von 3 mλ über alle Bildhöhen belegt einen hervorragenden Korrekturzustand des Objektivs. Das Beispiel zeigt, dass die Grundprinzipien der Erfindung einfach auf Objektive für andere Wellenlängen übertragbar sind. Another embodiment is explained with reference to FIG. 2 and Tables 3 and 4, which is designed for a working wavelength of 157 nm and is made up exclusively of calcium fluoride components. The type and sequence of the lenses corresponds to the embodiment according to FIG. 1. The corresponding lenses and lens groups are therefore identified by the same reference numerals. With an overall length of 1000 mm, the objective 100 is somewhat more compact, has a numerical aperture of 0.93 and a field size of 12.17 mm. A maximum wavefront RMS value of 3 mλ across all image heights confirms an excellent correction state of the lens. The example shows that the basic principles of the invention can easily be transferred to lenses for other wavelengths.

Table 1

Shs 2003

Tabelle 2 ASPHAERISCHE KONSTANTEN

Shs 2003

Table 2 Aspheric Constants

Table 3

Shs 2004

Tabelle 4 ASPHAERISCHE KONSTANTEN

Shs 2004

Table 4 Aspheric Constants

Claims

1. Projection lens for imaging a pattern arranged in the object plane of the projection lens into an image plane of the projection lens with ultraviolet light of a predetermined working wavelength, the projection lens with:
a plurality of optical elements arranged along an optical axis; and
a system diaphragm ( 5 ) arranged at a distance from the image plane;
wherein in the area of the system diaphragm ( 5 ) there is an essentially symmetrical construction with biconvex lenses ( 29 , 30 , 33 , 34 ) and negative meniscus lenses ( 31 , 32 ).

2. Projection objective according to claim 1, in which a negative meniscus lens ( 31 ) with an object-side concave surface and a negative meniscus lens ( 32 ) with an image-side concave surface is arranged directly in front of the system diaphragm ( 5 ).

3. Projection objective according to claim 1 or 2, in which a positive / negative doublet with a biconvex lens ( 30 ) and a subsequent negative meniscus lens ( 39 ) with a concave surface on the object side and immediately behind the system aperture is a negative directly in front of the system aperture ( 5 ) - / Positive doublet with a negative meniscus lens ( 32 ) with a concave surface on the image side and a subsequent biconvex lens ( 33 ) is arranged.

4. Projection objective according to one of the preceding claims, in which at least one biconvex positive lens, preferably two biconvex positive lenses ( 33 , 34 ), is arranged between the system diaphragm ( 5 ) and the image plane ( 3 ).

5. Projection objective according to one of the preceding claims, in which the last optical surface before the system diaphragm ( 5 ) and the first optical surface after the system diaphragm are aspherical, preferably with curvatures pointing away from the diaphragm.

6. Projection lens according to one of the preceding claims, which is a purely refractive projection lens ( 1 ).

7. The projection lens as claimed in claim 6, which is a one-waist system with an abdomen ( 6 ) close to the object, an abdomen close to the image ( 8 ) and an intermediate waist ( 7 ).

8. Projection lens according to one of the preceding claims, that for a working wavelength of 193 nm or 157 nm is designed.

9. Projection lens according to one of the preceding claims, in which all transparent optical elements, if necessary with the exception of at least one lens close to the image Diameter, are made of the same material, in particular made of synthetic quartz glass.

10. Projection lens according to one of the preceding claims, which has an image-side numerical aperture NA 0.85, where preferably NA ≥ 0.9.

11. Projection objective according to one of the preceding claims, in which at least one meniscus lens ( 27 , 28 ) with a negative refractive power and image-oriented concave surfaces is arranged between the waist ( 7 ) and the system diaphragm ( 5 ).

12. Projection objective according to one of the preceding claims, in which a meniscus group with at least two meniscus lenses ( 27 , 28 ) with negative refractive power and image-oriented concave surfaces is arranged between the waist ( 7 ) and the system diaphragm ( 5 ), preferably the refractive power of the object-side Meniscus ( 27 ) of this meniscus group is greater than the refractive power of a subsequent meniscus lens ( 28 ) of the meniscus group.

13. Projection objective according to one of the preceding claims, in which at least one positive meniscus lens ( 26 ) with an object-side concave surface is arranged between the waist ( 7 ) and the system diaphragm ( 5 ) in the vicinity of the waist.

14. Projection objective according to one of the preceding claims, in which at least one meniscus lens ( 26 ) with object-side concave surface and subsequently at least one meniscus lens ( 27 , 28 ) with image-side concave surface is arranged between the waist ( 7 ) and the system diaphragm ( 5 ) , wherein preferably the at least one meniscus lens with the concave surface on the object side has positive refractive power and the at least one meniscus lens with the concave surface on the image side has negative refractive power.

15. Projection objective according to one of the preceding claims, wherein a negative group with at least two negative lenses ( 2 , 3 , 4 ) is arranged in the region of the waist ( 7 ), the negative group preferably having at least three successive negative lenses.

16. Projection objective according to one of the preceding claims, in which one of the first lens group following the object plane has at least two negative lenses ( 11 , 12 ).

17. The projection lens as claimed in claim 16, in which in the first Lens group at least one of those following the object level first four optical surfaces is aspherical, preferably at least two optical surfaces in the first lens group are aspherical.

18. Projection objective according to one of the preceding claims, in which at least one meniscus lens ( 16 ) with positive refractive power and concave surface on the image side is arranged in the region of large beam diameters in the vicinity of the object plane ( 2 ).

19. Projection objective according to one of the preceding claims, in which at least one aspherical surface is arranged in the region of the waist ( 7 ) and at least one aspherical surface in the region of the system diaphragm ( 5 ).