DE4203464A1 - Katadioptrisches reduktionsobjektiv - Google Patents
Katadioptrisches reduktionsobjektivInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein katadioptrisches Reduktions
objektiv mit Hohlspiegel, Strahlteiler und mehreren
Linsengruppen. Aus EP 03 50 955 A, US-Anmeldung Ser.
No. 2 23 968/1988, ist ein solches bekannt. Dieses weist vier
Linsengruppen auf, wobei die dritte zwischen Strahlteiler und
Hohlspiegel angeordnet ist. Diese soll Koma niedriger Ordnung
und sphärische Aberration des Spiegels sowie den Gaußfehler
korrigieren. Ihre Anordnung zwischen Strahlteiler und Spiegel
und die daraus resultierende zweimalige Passage des Lichts
bedingen jedoch eine hohe Toleranzempfindlichkeit auf Dezen
trierung mit Einfluß auf die Koma-Korrektion. Die Brechkraft
dieser dritten Linsengruppe ist nahezu Null, um eine breit
bandige spektrale Korrektion nicht zu gefährden.
Bei einer deutlichen Vergrößerung der bildseitigen Apertur
bedingt der Platzbedarf dieser dritten Linsengruppe die
Forderung nach einem sehr großen Abstand der vierten Linsen
gruppe vom Spiegel, der im Extremfall größer als deren Brenn
weite werden kann. Dies ergibt zusätzlich zu wesentlich er
höhtem Fertigungsaufwand auch eine enorme Vergrößerung der
Schwierigkeiten für die optische Korrektion.
Aus US 36 98 808, dort insbesondere Anspruch 6 und Fig. 4 ist
ein mikrolithographischer Projektionsapparat bekannt mit
einer ersten Linsengruppe, einem teildurchlässigen Planspie
gel unter 45 Grad, einem konkaven Spiegel und einer unter 90
Grad zur Achse von erster Linsengruppe und konkavem Spiegel
angeordneten zweiten Linsengruppe. Die Aufteilung des Projek
tionsobjektivs und die Einführung des Planspiegels dient der
Überlagerung einer zweiten Lichtquelle mit sichtbarem Licht
zur Positionskontrolle über das UV-Licht einer ersten Licht
quelle, das die eigentliche Lithographie bewirkt. Der Ver
größerungsmaßstab ist minus Eins bei gleich hoher Apertur
beider Linsengruppen. Der Übergang zu einem Objektiv mit
wesentlicher Verkleinerung ist jedoch schwierig, wie auch in
der Einleitung von US 49 53 960 angegeben.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 41 10 296 A1 ist ein
katadioptrisches Reduktionsobjektiv mit polarisierendem
Strahlteilerspiegel bekannt.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 69 44 528 U ist ein
katadioptrisches Objektiv mit einer Vergrößerung von 1,5:1
bekannt, bei dem zwischen Strahlteiler und Konkavspiegel eine
plankonvexe Linse vorgesehen ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ausgehend von einem
gattungsgemäßen Reduktionsobjektiv, deutlich höhere bild
seitige Apertur bei reduzierter Justierempfindlichkeit und
günstiger Konstruktion darzustellen. Das Objektiv soll
für die Projektions-Mikrolithografie geeignet sein.
Diese Aufgabe wird für ein gattungsgemäßes Reduktionsobjektiv
dadurch gelöst, daß zwischen Hohlspiegel und Strahlteiler
keine Linsengruppe angeordnet ist und daß der Hohlspiegel
eine erhebliche Reduktionswirkung hat.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind Gegenstand
der Unteransprüche 2 bis 12.
Näher erläutert wird die Erfindung an den in der Zeichnung
und den Tabellen dargestellten Ausführungsbeispielen.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel im schemati
schen Schnitt;
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel im schemati
schen Schnitt;
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel im schemati
schen Schnitt;
Fig. 4 zeigt schematisch einen mikrolithographischen Pro
jektionsapparat, bekannt als Wafer Stepper, mit dem
katadioptrischen Reduktionsobjektiv der Fig. 3.
In der Fig. 1 und der Tabelle 1 sind für das erste Beispiel
die Objektebene (0), die optischen Grenzflächen (1) bis (26)
gemäß der Tabelle 1 und die Bildebene (27) dargestellt. In
der Objektebene (0) liegt vorzugsweise eine Lithografievor
lage (Retikel), in der Bildebene (27) ein zu belichtender
Wafer. Die erste Linsengruppe (100) besteht lediglich aus
einer Einzellinse mit den Grenzflächen (1) und (2). Die
Grenzflächen (3) bis (12) bilden eine zweite Linsengruppe
(200). Ihr Abstand zur ersten (100) ist größer als der Licht
bündeldurchmesser, so daß im Zwischenraum bei Bedarf ein
Umlenkspiegel diagonal angeordnet werden kann, entsprechend
der EP 03 50 955 A und nach der Fig. 3. Der Strahlteiler
(300) hat die Eintrittsfläche (13), die Austrittsfläche (14)
identisch mit der Wiedereintrittsfläche (16), die diagonal
angeordnete teilende Spiegelfläche (17) und die Austritts
fläche (18).
Der Strahlteiler (300) hat genaue Würfelform, was ferti
gungstechnisch einfacher ist als der Pyramidenstumpf nach
der EP 03 50 955 A. Ohne Zwischenglieder ist der Hohlspiegel
(15) nahe am Strahlteiler (300) angeordnet. Der Hohlspiegel
(15) definiert durch seinen Rand die Blende des Systems. Die
Blende kann jedoch auch auf der Austritts- und Wiederein
trittsfläche (14, 16) des Strahlteilers (300) liegen oder
durch ein gesondertes Teil im Raum zwischen diesen beiden
realisiert sein. Eine dritte Linsengruppe (400) mit den
Grenzflächen (19) bis (26) vervollständigt den Aufbau, Bild
der Objektebene (0) ist die Bildebene (27).
Alle Glasteile sind aus dem gleichen Quarzglas mit n =
1,50855 bei 248 nm gefertigt.
Das Objektiv hat so eine größte Objekthöhe von 60 mm bei
telezentrischem Strahlengang. Mit der Verkleinerung von 4:1
ist bildseitig die Bildhöhe 15 mm, die numerische Apertur
0,52 und der Strahlengang ebenfalls telezentrisch. Der Spie
gel hat einen freien Durchmesser von 139 mm, der größte
Durchmesser des Strahlenbündels im Objektiv beträgt 159 mm an
der Grenzfläche (3). Die Gesamtbrennweite der Linsengruppen
(100) und (200) beträgt 475 mm, der Hohlspiegel (15) hat 158
mm und die nachfolgende dritte Linsengruppe (400) hat 129 mm
Brennweite.
Der Abbildungsmaßstab des Hohlspiegels (15) ist 0,14. Er
trägt zu einem erheblichen Teil zur gesamten Verkleinerung
des erfindungsgemäßen Objektivs bei. Tabelle 4 verzeichnet
bevorzugte Bereiche des Abbildungsmaßstabs des Hohlspiegels
(15) für verschiedene Verkleinerungen des Gesamt-Objektivs.
Um Vignettierungen zu vermeiden, liegt die Aperturblende am
Ort des Hohlspiegels. Zur Erfüllung der bildseitigen Telezen
trie-Bedingung muß der Brennpunkt der dritten, dem Hohlspie
gel (15) nachgeschalteten, Linsengruppe (400) in der Blende
liegen, also im Hohlspiegel (15). Zugleich müssen zwischen
der dritten Linsengruppe (400) und dem Hohlspiegel (17) der
Strahlteiler (300) und, bei einer Ausführung nach EP 03 50 955,
die zusätzliche Linsengruppe Platz haben.
Das Objektiv nach EP 03 50 955, Fig. 1, hat bei einer bild
seitigen numerischen Apertur von 0,45, einem freien Spiegel
durchmesser von 112 mm und einer Brennweite der nachgestell
ten Linsengruppen von 131 mm einen auf Luft umgerechneten
Mindestabstand zum Spiegel, herrührend vom Strahlteiler und
der Linsengruppe zwischen diesem und dem Hohlspiegel, von 108
mm, und somit genug Spielraum zur Erfüllung der Lageforde
rung, wonach die Brennweite größer als die Schnittweite sein
soll.
Auf Luft umgerechneter Abstand heißt die reduzierte Strecke,
die als Summe der Quotienten aus den Einzelstrecken und den
Brechungsindices der jeweiligen Medien definiert ist
Mit der numerischen Apertur von 0,52 und den weiteren Daten
des hier gezeigten Beispiels wird jedoch der entsprechende
Abstand 115 mm, so daß die erfindungsgemäße Lösung ohne wei
teres realisierbar ist, die Einfügung einer Linsengruppe mit
etwa 25 mm entsprechendem Luftweg jedoch zur deutlichen Über
schreitung der Brennweite (129 mm) führt. Ein dann auftreten
des Retrofokusverhältnis (Pupillenabstand/Brennweite) größer
Eins wäre sehr nachteilig und würde erhebliche Korrekturmaß
nahmen und Mehraufwand in der dritten Linsengruppe (400),
z. B. starke negative Brechkräfte nahe der Bildebene bedingen.
Die Brennweite der Linsengruppe (400) wird im wesentlichen
nur durch das Verhältnis des Spiegeldurchmessers zur bild
seitigen Apertur bestimmt. Eine Verlängerung dieser Brennwei
te würde also einen größeren Hohlspiegel (15) und somit auch
einen größeren Strahlteiler (300) bedingen. Dies ist aus
konstruktiven, wirtschaftlichen und fertigungstechnischen
Gründen jedoch nicht erwünscht. Außerdem vergrößert sich
wegen des zusätzlichen Platzbedarfs durch die größeren Durch
messer auch die erforderliche Schnittweite dieser Linsengrup
pe, so daß das definierte Retrofokusverhältnis nur unwesent
lich günstiger wird.
Bei höheren Aperturen ab etwa 0,50 tritt also für eine Kon
struktion nach EP 03 50 955 ein Platzproblem zur Unterbrin
gung der optischen Baugruppen auf, was durch die hier vorge
stellte Lösung vermieden wird.
Vorteilhaft für die Anwendung ist die Ausbildung der dritten
Linsengruppe (400) mit geringer Krümmung der letzten Linsen
fläche (26) und einer Schnittweite von 5 mm zur Bildebene und
einem entsprechenden Arbeitsabstand, der ein einfaches Hand
haben der zu belichtenden Wafer erlaubt.
In der Tabelle 1 sind die genauen Objektivdaten angegeben.
Tabelle 3 zeigt Vergleichsdaten für dieses Beispiel, das der
Fig. 2 und die Ausführung nach EP 03 50 955, Fig. 1.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für gleiche Bestimmungsgrößen
des Objektivs (Bildfeld, Abbildungsmaßstab, bildseitiger
Arbeitsabstand, beidseitig telezentrisch, Grundwellenlänge
248 nm, eine Glassorte), bei weiter erhöhter bildseitiger
Apertur von 0,58 zeigt Fig. 2. Die Daten sind in Tabelle 2
zusammengefaßt.
Dieses Beispiel hat in der dritten Linsengruppe (400) eine
Linse mehr als das Beispiel der Fig. 1.
Weiter ist der Strahlteiler (300) - wie in EP 03 50 955,
Fig. 1 - als Pyramidenstumpf ausgebildet.
Die seitlichen Flächen des Pyramidenstumpfs einschließlich
der Austrittsfläche (18′) sind dem von der zweiten Linsen
gruppe (200′) zum Hohlspiegel (15′) laufenden Strahlenbündel
angepaßt.
So entfällt Glasvolumen und es wird das bei Beispiel Fig. 1
beschriebene Abstandsproblem Hohlspiegel (15′) - dritte
Linsengruppe (400) etwas entschärft.
Die dadurch auftretende Schräglage der Austrittsfläche (18′)
gegen die optische Achse wird durch die ebenfalls entstehende
Abweichung der Spiegelfläche (17′) vom 45°-Winkel
kompensiert.
Auch bei dieser Lösung für die große bildseitige Apertur von
0,58 gelingt es, eine Retrofokus-Objektivausführung der
dritten Linsengruppe (400′) zu vermeiden. Nur eine Linse
macht der Mehraufwand für die höhere Apertur aus, abgesehen
von den größeren Querschnitten der optischen Elemente.
Tabelle 3 zeigt im Vergleich wichtige Kenndaten der Beispiele
nach Fig. 1 und 2 neben der Ausführung nach EP 03 50 955,
Fig. 1.
Bei beiden Beispielen ist die chromatische Korrektur für die
Verwendung mit einem spektral nicht eingeengten Excimer-Laser
mit der Wellenlänge 248 nm ausgelegt. Diese Beispiele können
sehr leicht für andere Wellenlängen desselben Lasers bzw. für
andere Laser umgerechnet werden. Außerdem können beispiels
weise zur Steigerung der chromatischen Korrektion auch mehre
re verschiedene Materialien wie etwa Quarz und Flußspat ein
gesetzt werden.
Auch ist die Telezentrie speziell der Objektseite erfindungs
unerheblich. Eine weitere Leistungssteigerung durch - aller
dings schwer herzustellende - Asphären ist ebenfalls möglich.
Der Strahlteiler ist auch in anderer Ausführungsform,
beispielsweise als Strahlteilerplättchen, möglich.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Reduktionsobjektivs nach
Fig. 2, wobei ein Umlenkspiegel (M) zwischen der ersten
Linsengruppe (100′) und der zweiten Linsengruppe (200′)
angeordnet ist. Damit können Objektebene (0′) und Bildebene
(29) parallel liegen.
Fig. 4 zeigt die Integration dieses katadioptrischen Reduk
tionsobjektivs (41) nach Fig. 3 in einem mikrolithographi
schen Projektionsapparat, bekannt als Wafer Stepper. In der
Objektebene des Objektivs (41) ist eine Maske (42) mit einer
x-y-z-Positioniereinheit (421) positioniert. Die Maske (42)
wird mit Licht einer geeigneten Wellenlänge, von einer Licht
quelle (44), z. B. einem Excimerlaser, beleuchtet. In der
Bildebene des Objektivs (41) ist ein Wafer (43) mittels einer
zweiten x-y-z-Positioniereinheit (431) angeordnet.
Natürlich können auch die anderen Beispiele des katadioptri
schen Reduktionsobjektivs nach Fig. 1 und Fig. 2 und andere
erfindungsgemäße Ausführungen in ähnlicher Weise in einem
solchen mikrolithographischen Projektionsapparat integriert
sein.
Abbildungsmaßstab β des Objektivs | |
Abbildungsmaßstab des Hohlspiegels (15) | |
1 : 10|0.00±0.10 : 1 | |
1 : 5 | 0.10±0.15 : 1 |
1 : 4 | 0.15±0.15 : 1 |
1 : 2 | 0.35±0.20 : 1 |
Claims (12)
1. Katadioptrisches Reduktionsobjektiv mit Hohlspiegel (15),
Strahlteiler (300) und mehreren Linsengruppen (100, 200,
400), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hohlspiegel
(15) und Strahlteiler (300) keine Linsengruppe angeordnet
ist, und daß der Hohlspiegel (15) einen wesentlich
verkleinernden Abbildungsmaßstab hat.
2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
bildseitige Apertur mindestens 0,50 ist.
3. Objektiv nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet daß eine Blende am Ort des Hohlspiegels (15),
auf der Aus- und Eintrittsfläche (14, 16) des Strahltei
lers oder im Raum zwischen diesen angeordnet ist, und daß
der Abstand der Blende zu der dem Hohlspiegel (15) nach
geordneten Linsengruppe (400) in Luft umgerechnet kleiner
als deren Brennweite ist.
4. Objektiv nach den Ansprüchen 1, 2 und/oder 3, gekenn
zeichnet durch die Korrektur für Laserlicht bei einer
Wellenlänge im UV- oder DUV-Bereich.
5. Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (300) als
Strahlteilerwürfel ausgeführt ist.
6. Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Linsengruppen
(100, 200) vor dem Strahlteiler (300) ein ebener Umlenk
spiegel angeordnet ist.
7. Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß alle Linsenelemente und der
Strahlteiler (300) aus dem gleichen Material gefertigt
sind.
8. Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet durch bildseitige Telezentrie.
9. Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch einen Abbildungsmaßstab im Bereich
1:2 bis 1:10.
10. Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
gekennzeichnet durch einen Abbildungsmaßstab des
Hohlspiegels (15) im Bereich 0,55 bis - 0,10.
11. Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10
gekennzeichnet durch die Verwendung zur mikrolithogra
phischen Projektion mit Strukturen im Submikronbereich.
12. Mikrolithographischer Projektionsapparat, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein katadioptrisches Reduktionsobjektiv
nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 enthalten
ist.
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