DE60131603T2

DE60131603T2 - Katadioptrisches Objektiv mit hoher numerischer Apertur

Info

Publication number: DE60131603T2
Application number: DE60131603T
Authority: DE
Inventors: David M. West Malvern Williamson
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: EP1903370A1; KR100751446B1; DE60131603D1; EP1174749A3; EP1174749B1; JP4236397B2; JP2002090626A; CA2352088A1; US6486940B1; EP1174749A2; KR20020008756A

Description

Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Projektionsoptik, die in Halbleiterherstellungsgeräten verwendet wird, und besonders ein katadioptrisches Projektionsoptiksystem mit einer hohen numerischen Apertur, die bei kurzen Wellenlängen verwendet wird.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Halbleiterherstellung werden häufig fotolithographische Techniken verwendet. Diese fotolithographischen Techniken machen erforderlich, das Abbild eines Retikels auf einen Wafer oder ein fotoempfindliches Substrat zu projizieren. Häufig wird eine relativ komplizierte Projektionsoptik verwendet, um das Abbild eines Retikels auf den Wafer oder das fotoempfindliche Substrat zu projizieren. Die Projektionsoptik wird benötigt, um ein Retikelabbild sehr hoher Qualität vorzusehen, so dass sehr kleine Merkmalabmessungen des Retikels akkurat und mit sehr kleinen Abweichungen abgebildet werden können. Die Projektionsoptik verwendet häufig einen Vergrößerungsfaktor kleiner Eins, was zu einem verkleinerten Abbild führt. Häufig wird nur ein kleiner Abschnitt des Abbildfelds verwendet, der die besten Abbildungsqualitäten hat. Jedoch ist wünschenswert, ein größtmögliches Abbildfeld vorzusehen, um den Durchsatz zu verbessern und die Produktion von Halbleitervorrichtungen zu vergrößern. Bei der riesigen Nachfrage nach verringerten Merkmalabmessungen in Kombination mit höherem Durchsatz, werden kontinuierlich neue und verbesserte Projektionsoptiksysteme benötigt. Wegen der stets von der Halbleiterherstellungsindustrie geforderten geringeren Merkmalabmessungen werden Projektionsoptiken benötigt, die eine höhere numerische Apertur haben und entworfen wurden, um mit niedrigeren Wellenlängen zu arbeiten. Gegenwärtig verfügbare optische Entwürfe können die Nachfrage der Halbleiterhersteller nicht befriedigen. Z.B. ist ein optisches System nach dem Stand der Technik offengelegt worden in dem U.S. Patent 4,953,960 mit dem Titel "Optical Reduction System", das am 4. September 1990 an Williamson erteilt wurde. Darin ist ein optisches Reduktionssystem offengelegt, das in dem Wellenlängenbereich von 248 nm arbeitet und eine numeri sche Apertur von 0,45 hat. Ein anderes optisches System ist offengelegt worden in dem U.S. Patent 5,089,913 mit dem Titel "High Resolution Reduction Catadioptric Relay Lens", das am 18. Februar 1992 an Singh et al. erteilt wurde und hier durch Verweis eingebracht wird. Darin ist ein optisches Reduktionssystem offengelegt, das eine begrenzte spektrale Wellenlänge bei 248 nm und eine numerische Apertur von 0,6 hat. Ein anderes Projektionsoptiksystem ist offengelegt worden in dem U.S. Patent 5,537,260 mit dem Titel "Catadioptric Optical Reduction System With High Numerical Aperture", das am 16. Juli 1996 an Williamson erteilt wurde und hier durch Verweis eingebracht wird. Darin ist ein Projektionsoptiksystem offengelegt, das eine numerische Apertur von 0,7 hat und mit unterschiedlichen Ausbildungsformen bei Wellenlängen von 360 bis 193 nm arbeitet.
EP 0608572 beschreibt ein katadioptrisches optisches Reduktionssystem mit hoher numerischer Apertur, das eine erste und eine zweite Linsengruppe, die hinter einem Retikel und vor einem Strahlteiler platziert sind, und eine dritte Linsengruppe nach dem Strahlteiler und unmittelbar vor dem fotoempfindlichen Substrat umfasst. Die erste und zweite Linsengruppe stellen nur genügend Leistung bereit, um die Eingangspupille auf unendlich zum Aperturstopp abzubilden. Die dritte Linsengruppe sieht den größeren Anteil der Reduktion von Objekt- zu Abbildgröße vor und projiziert den Aperturstopp auf eine unendliche Ausgangspupille. Ein asphärischer, konkaver Spiegel wird ebenfalls in Nachbarschaft zum Strahlteiler vorgesehen, um Abweichungen zu reduzieren.
Während diese optischen System angemessen gearbeitet haben, besteht ein Bedarf nach einer Projektionsoptik, die bei der Halbleiterherstellung verwendet wird, um die Merkmalabmessungen wesentlich kleiner als bei den gegenwärtigen Systemen wiederzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Projektionsoptiksystem mit einer höheren numerischen Apertur als gegenwärtige Projektionsoptiksysteme vorzusehen.
Es ist ein weiters Ziel der vorliegenden Erfindung, die Linsenelemente des Projektionsoptiksystems zu verringern.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine durch polarisierte Beleuchtung verursachte Asymmetrie in der Retikelbrechung zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung erreicht ihre Ziele durch Vorsehen eines katadioptrischen optischen Projektionssystems, das die Merkmale von Anspruch 1 umfasst.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein katadioptrisches optisches System, das mehrfache asphärische Oberflächen verwendet, wodurch die Leistung erhöht und die Anzahl der Linsenelemente reduziert wird. Kalziumfluorid-Linsenelemente werden in einer Linsengruppe verwendet, die dem Wafer oder fotoempfindlichen Substrat am nächsten ist. Eine Viertelwellenplatte nullter Ordnung ist hinter dem Retikel und vor einer Linsengruppe mit mindestens einer aspärischen Oberfläche vor einem Strahlteiler positioniert. Ein asphärischer konkaver Spiegel ist in Nachbarschaft zu dem Strahlteiler und in Nachbarschaft einer Oberfläche senkrecht zu der Linsengruppe platziert. In Nachbarschaft zu dem Strahlteiler und gegenüber dem asphärischen konkaven Spiegel ist eine andere Linsengruppe positioniert, die eine Mehrzahl der aus Kalziumfluorid hergestellten Linsenelemente hat und den Retikel auf dem Wafer oder fotoempfindlichen Substrat abbildet. Eine relativ hohe numerische Apertur von 0,75 wird erreicht, und in einer Ausführungsform wird eine Wellenlänge von 157 nm benutzt.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sie zu reduzierten Abweichungen führt.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass reduzierte Merkmalabmessungen abgebildet werden können.
Es ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass zirkular polarisierte elektromagnetische Strahlung durch den Retikel verwendet wird.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass Kalziumfluorid als ein Linsenmaterial in einer Linsengruppe nahe dem Wafer verwendet wird.
Es ist ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass mehrfache asphärische Linsenelemente verwendet werden.
Es ist ein noch anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass eine Viertelwellenplatte nullter Ordnung hinter dem Retikel positioniert ist.
Diese und andere Ziele, Vorteile und Merkmale werden mit Blick auf die folgende Beschreibung leicht erkennbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die für die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung mit 248 nm Wellenlänge entworfen wurde.
2 veranschaulicht schematisch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die für die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung mit 193 nm Wellenlänge entworfen wurde und zwei asphärische Oberflächen hat.
3 veranschaulicht schematisch eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die für die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung mit 193 nm Wellenlänge entworfen wurde und fünf asphärische Oberflächen hat.
4 ist ein Graph, der die Weilenfrontabweichungen vergleicht als eine Funktion der Abbildhöhe der in 2 veranschaulichten Ausführungsform und der in 3 veranschaulichten Ausführungsform.
5 veranschaulicht schematisch eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die für die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung mit 157 nm Wellenlänge entworfen wurde und Kalziumfluorid-Material verwendet.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 veranschaulicht eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Retikel 10 ist an einem Objektort und ein Wafer oder fotoempfindliches Substrat 50 ist an einem Abbildort positioniert. Die Projektionsoptik zwischen dem Retikel 10 und dem Wafer oder fotoempfindlichen Substrat 50 liefert eine Vergrößerung von kleiner als Eins oder ein Reduktionsverhältnis von angenähert 4 zu 1. Die in 1 veranschaulichte Ausführungsform hat eine numerische Apertur von 0,75, ein 26 × 5 mm Feld auf dem Wafer oder fotoempfindlichen Substrat 50 und verwendet elektromagnetische Strahlung mit 248 nm Wellenlänge über eine spektrale Bandbreite von 40 pm FWHM (full-width-half maximum, Vollbreite-Halb-Maximum). Dem Retikel 10 folgend ist eine erste Viertelwellenplatte 12. Die Viertelwellenplatte 12 ist vorzugsweise eine Viertelwellenplatte nullter Ordnung. Diese Viertelwellenplatte nullter Ordnung 12 ermöglicht die Verwendung von zirkularpolarisiertem Licht durch den Retikel und vermeidet Brechungsasymmetrien, die von der relativen Orientierung der Retikel-Merkmale und dem Lichtpolarisierungsvektor resultieren. Der Viertelwellenplatte 12 folgt eine plankonvexe Linse 14. Der plankonvexen Linse 14 folgt eine bikonkave Linse 16. Der bikonkaven Linse 16 folgt eine bikonvexe Linse 18, eine Meniskuslinse 20 und eine bikonvexe Linse 22. Dieser ersten Linsengruppe folgt ein Faltspiegel 24. Dem Faltspiegel 24 folgt eine Meniskuslinse 26. Der Meniskuslinse 26 folgt eine asphärische Linse 28. Die asphärische Linse 28 hat eine sphärische konkave Oberfläche und eine asphärische konvexe Oberfläche. Der asphärischen Linse 28 folgt eine bikonkave Linse 30. Dieser Linsengruppe folgt nach dem Faltspiegel 24 ein Strahlteiler 31. Der Strahlteiler 31 hat eine partiell reflektierende Oberfläche 32. In Nachbarschaft zu einer Oberfläche des Strahlteilers 31 ist eine Viertelwellenplatte 34, gefolgt von einem konkaven asphärischen Spiegel 36. Die Viertelwellenplatte 34 ist vorzugsweise eine Viertelwellenplatte nullter Ordnung. In Nachbarschaft zu der gegenüberliegenden Oberfläche des Strahlteilers 31 ist eine andere Viertelwellenplatte 38, eine bikonvexe Linse 40 und eine Meniskuslinse 42. Die Viertelwellenplatte 38 ist ebenfalls vorzugsweise eine Viertelwellenplatte nullter Ordnung. Die Linsen 40 und 42 sind aus Kalziumfluorid hergestellt. Der Linse 42 folgt eine aus Silika hergestellte Meniskuslinse 44. Der Meniskuslinse 44 folgt eine Meniskuslinse 46 und eine Meniskuslinse 48. Die Linsen 46 und 48 sind aus Kalziumfluorid hergestellt. Der Linse 48 folgt eine Platte 49. Die dritte Linsengruppe zwischen dem Strahlteiler 31 und dem Wafer oder fotoempfindlichen Substrat 50 hat Elemente, die aus Kalziumfluorid hergestellt sind, mit Ausnahme der Linse 44, der Viertelwellenplatte 38 und der Platte 49. Diese Ausführungsform verwendet Kalziumfluorid in einer Mehrzahl der Linsenelemente dieser Linsengruppe nach dem Strahlteiler 31. Diese Ausführungsform, die für den Betrieb mit Wellenlängen von 248 nm entworfen ist, hat den Vorteil, eine hohe numerische Apertur in einer Packung vorzusehen, die einen Abstand zwischen dem Retikel 10 und dem Wafer oder fotoempfindlichen Substrat 50 von einem vorbestimmten Abstand hat. Dieser vorbestimmte konjugierte Abstand ist vorteilhaft bei der Verwendung dieser Ausführungsform als ein Ersatz für optische Systeme früheren Entwurfs mit demselben konjugierten Abstand.

In einer bevorzugten Konfiguration kann das in 1 veranschaulichte, optische System hergestellt werden entsprechend den Konstruktionsdaten der folgenden Tabellen 1 und 1A.

Tabelle 1
Element-Nr.	Krümmungsradius (vorn) mm	Krümmungsradius (hinten) mm	Dicke mm	Glas
10	unendlich		71,0257
12	unendlich	unendlich	6,0000	Silika
Zwischenraum			6,0000
14	unendlich	–1637,5100 CX	17,8788	Silika
Zwischenraum			7,6907
16	–507,9899 CC	425,0110 CC	23,6604	Silika
Zwischenraum			23,6491
18	482,8744 CX	–334,9535 CX	32,3037	Silika
Zwischenraum			12,0839
20	–210,1022 CC	–342,7380 CX	35,5779	Silika
Zwischenraum			1,5001
22	254,8364 CX	–1377,8565 CX	38,5079	Silika
Zwischenraum			83,5499
24	unendlich		–64,0738	Reflektor
26	–200,6185 CX	–294,6182 CC	–30,0000	Silika
Zwischenraum			–33,6639
28	A(1)	207,0105 CX	–30,2428	Silika
Zwischenraum			–1,9989
30	2223,6648 CC	–166,4311 CC	–27,4282	Silika
Zwischenraum			–21,5924
31	unendlich	unendlich	–91,0000	Silika
32	unendlich			Reflektor
31	unendlich	unendlich	91,0000	Silika
Zwischenraum			1,7156
34	unendlich	unendlich	6,000	Silika
Zwischenraum			23,3211
36	A(2)		–23,3211	Reflektor
34	unendlich	unendlich	–6,000	Silika
Zwischenraum			–1,7156
31	unendlich	unendlich	–91,0000	Silika
31	unendlich	unendlich	–68,0000	Silika
Zwischenraum			–1,7156
38	unendlich	unendlich	–4,4503	Silika
Zwischenraum			–0,5000
40	–627,6194 CX	211,4176 CX	–21,5127	CaF₂
Zwischenraum			–0,5000
42	–87,2228 CX	–200,3029 CC	–19,1435	CaF₂
Zwischenraum			–0,5000
44	–91,9856 CX	–59,4578 CC	–27,1671	Silika
Zwischenraum			–2,9551
46	–73,3403 CX	–160,4650 CC	–21,3988	CaF₂
Zwischenraum			–1,4194
48	–126,8033 CX	–368,0257 CC	–5,2755	CaF₂
Zwischenraum			–1,0000
49	unendlich	unendlich	–0,9000	Silika
	Bildabstand =		–2,3000
50	unendlich

Die aspärischen Konstanten werden entsprechend der folgenden Gleichung und der Tabelle 1A vorgesehen.

Tabelle 1A
Asphärisch	Curv	K	A	B	C	D
A(1)	0,00497390	0,000000	2,35640E-08	–7,81654E-14	–4,40789E-17	2,12263E-20
A(2)	–0,00289239	0,000000	2,36370E-09	1,65324E-13	7,69607E-18	9,96953E-23
		E	F	G	H	J
A(1)		–6,05312E-24	9,94327E-28	–8,75026E-28	3,18657E-36	0,00000E+00
A(2)		4,61249E-26	–3,24220E-30	2,06573E-34	–4,86011-E-40	0,00000E+00

2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform eines Projektionsoptiksystems mit einer numerischen Apertur von 0,75, einem 26 × 5 mm Feld auf dem Wafer und mit Verwendung von elektromagnetischer Strahlung mit 193 nm Wellenlänge über eine spektrale Bandbreite von 25 pm FWHM (full-width-half maximum, Vollbreite-Halb-Maximum). Dem Retikel 10 folgt eine erste Viertelwellenplatte 112, eine plankonvexe Linse 114, eine bikonkave Linse 116, eine Meniskuslinse 118, eine Meniskuslinse 120 und eine bikonvexe Linse 122. Nach dieser ersten Linsengruppe ist ein Faltspiegel 124 positioniert. Dem Faltspiegel 124 folgt eine Meniskuslinse 126, eine asphärische Linse 128 und eine Meniskuslinse 130. Die asphärische Linse 128 hat eine asphärische konkave Oberfläche und eine sphärische konvexe Oberfläche. Dieser Linsengruppe folgt nach dem Faltspiegel 124 ein Strahlteiler 131. Der Strahlteiler 131 hat eine partiell reflektierende Oberfläche 132. In Nachbarschaft zu einer Seite des Strahlteilers 131 ist eine zweite Viertelwellenplatte 134. Die Viertelwellenplatte 134 ist vorzugsweise eine Viertelwellenplatte nullter Ordnung. Der zweiten Viertelwellenplatte 134 folgt ein konkaver asphärischer Spiegel 136. In Nachbarschaft zu der gegenüberliegenden Oberfläche des Strahlteilers 131 ist eine dritte Viertelwellenplatte 138. Diese Viertelwellenplatte 138 ist ebenfalls vorzugsweise eine Viertelwellenplatte nullter Ordnung. Der dritten Viertelwellenplatte 138 folgt eine bikonvexe Linse 140, eine Meniskuslinse 142, eine Meniskuslinse 144, eine Meniskuslinse 146, eine Meniskuslinse 148 und eine Platte 149. Die Linsen 140, 142, 144, 146 und 148 sind aus Kalziumfluorid hergestellt. In Nachbarschaft zu der Platte 149 ist der Wafer 50 an dem Abbildort positioniert. In dieser Ausführungsform minimiert die Verwendung von Kalziumfluorid-Linsen oder -Elementen zwischen der zweiten Viertelwellenplatte 138 und der Platte 149 stark die Bündelung oder strahlungsinduzierte Veränderung im Brechungsindex. Diese Linsengruppe ist besonders empfänglich für Bündelung aufgrund der relativ kleinen Strahlgrößen und hohen Flussdichten. Diese Ausführungsform nutzt zwei asphärische Oberflächen. Die Verwendung asphärischer Oberflächen ist vorteilhaft dadurch, dass die Zahl der Linsenelemente reduziert wird.

In einer bevorzugten Konfiguration kann das in 2 veranschaulichte, optische System hergestellt werden entsprechend den Konstruktionsdaten der folgenden Tabellen 2 und 2A.

Tabelle 2
Element-Nr.	Krümmungsradius (vorn) mm	Krümmungsradius (hinten) mm	Dicke mm	Glas
10	unendlich		71,0257
112	unendlich	unendlich	6,0000	Silika
Zwischenraum			6,0014
114	unendlich	–1637,5100 CX	17,8788	Silika
Zwischenraum			9,1702
116	–433,0968 CC	2598,0412 CC	29,3027	Silika
Zwischenraum			28,9382
118	–5578,3482 CC	–382,9273 CX	29,8579	Silika
Zwischenraum			16,6017
120	–189,0676 CC	–239,8621 CX	18,0000	Silika
Zwischenraum			1,5014
122	259,603 CX	–2163,768 CX	37,8249	Silika
Zwischenraum			86,0743
124	unendlich		–64,0738	Reflektor
126	–200,8102 CX	–363,2248 CC	28,2406	Silika
Zwischenraum			–48,5160
128	A(1)	215,5519 CX	–30,2428	Silika
Zwischenraum			–2,0011
130	–718,0642 CX	–142,9228 CC	–12,1060	Silika
Zwischenraum			–23,8197
131	unendlich	unendlich	–91,0000	Silika
132	unendlich			Reflektor
131	unendlich	unendlich	91,0000	Silika
Zwischenraum			1,7156
134	unendlich	unendlich	6,0000	Silika
Zwischenraum			25,1737
136	A(2)		–25,1737	Reflektor
134	unendlich	unendlich	–6,0000	Silika
Zwischenraum			–1,7156
131	unendlich	unendlich	–91,0000	Silika
131	unendlich	unendlich	–68,0000	Silika
Zwischenraum			–1,7156
138	unendlich	unendlich	–4,4503	Silika
Zwischenraum			–0,5000
140	–366,1837 CX	259,6264 CX	–22,6130	CaF₂
Zwischenraum			–0,5000
142	–85,8999 CX	–176,3075 CC	–19,0232	CaF₂
Zwischenraum			–0,5000
144	–86,4495 CX	–64,6738 CC	–15,3239	CaF₂
Zwischenraum			–5,5180
146	–100,7188 CX	–180,9651 CC	–31,1363	CaF₂
Zwischenraum			–1,2329
148	–138,0675 CX	–502,9595 CC	–5,2755	CaF₂
Zwischenraum			–1,0000
149	unendlich	unendlich	–0,9000	Silika
	Bildabstand =		–2,3000
50	unendlich

Die aspärischen Konstanten werden entsprechend der folgenden Gleichung und der Tabelle 2A vorgesehen.

Tabelle 2A
Asphärisch	Curv	K	A	B	C	D
A(1)	0,00576125	0,000000	3,60293E-09	–4,18487E-13	–4,80164E-17	1,86225E-20
A(2)	–0,00288476	0,000000	1,74269E-09	1,17255E-13	6,94898E-18	–2,48358E-22
		E	F	G	H	J
A(1)		–5,22691E-24	8,72143E-28	–7,89947E-32	2,97093E-36	0,00000E+00
A(2)		7,10580E-26	–5,86680E-30	3,49595E-34	–6,83625E-39	0,00000E+00

3 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform hat eine numerische Apertur von 0,75, ein 26 × 5 mm Feld auf dem Wafer und ist entworfen für die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung mit 193 nm Wellenlänge über eine spektrale Bandbreite von 25 pm FWHM (full-width-half maximum, Vollbreite-Halb-Maximum). Diese dritte Ausführungsform hat fünf asphärische Oberflächen für die Reduktion von Abweichungen. In Nachbarschaft zu dem Retikel 10 oder ihm folgend ist eine Viertelwellenplatte 212. Der Viertelwellenplatte 212 folgt eine plankonvexe Linse 214 und eine asphärische Linse 216. Die asphärische Linse 216 hat eine konkave Oberfläche und eine asphärische Oberfläche. Der asphärischen Linse 216 folgt eine bikonvexe Linse 218, eine Meniskuslinse 220 und eine bikonvexe Linse 222. Dieser ersten Linsengruppe folgt ein Faltspiegel 224. Dem Faltspiegel 224 folgt eine Meniskuslinse 226 und eine asphärische Linse 228. Die asphärische Linse 228 hat eine asphärische konkave Oberfläche und eine konvexe Oberfläche. Der asphärischen Linse 228 folgt eine Meniskuslinse 230. Dieser Linsengruppe folgt nach dem Faltspiegel 224 ein Strahlteiler 231. Der Strahlteiler 231 hat eine partiell reflektierende Oberfläche 232. In Nachbarschaft zu einer Seite des Strahlteilers 231 ist eine zweite Viertelwellenplatte 234. Der zweiten Viertelwellenplatte 234 folgt ein konkaver asphärischer Spiegel 236. In Nachbarschaft zu der gegenüberliegenden Oberfläche des Strahlteilers 231 ist eine dritte Viertelwellenplatte 238, gefolgt von einer bikonvexen Linse 240, einer Meniskuslinse 242 und einer asphärischen Linse 244. Die asphärische Linse 244 hat eine konkave asphärische Oberfläche. Der asphärischen Linse 244 folgt eine asphärische Linse 246. In Nachbarschaft zur asphärischen Linse 246 ist eine Meniskuslinse 248. Die Linsen 240, 242, 244, 246 und 248 sind aus Kalziumfluorid hergestellt. In Nachbarschaft zu der Linse 248 ist eine Platte 249. Der Wafer 50 ist der Platte 249 folgend an dem Abbildort positioniert. In dieser dritten Ausführungsform werden fünf asphärische Oberflächen verwendet, eine asphärische Oberfläche in der asphärischen Linse 216 in einer Linsengruppe zwischen dem Retikel 10 und dem Faltspiegel 224, und eine zweite asphärische Oberfläche in der asphärischen Linse 228 in einer Linsengruppe zwischen dem Faltspiegel 224 und dem Strahlteiler 231. Die dritte asphärische Oberfläche liegt auf dem konkaven Spiegel 236. Eine vierte asphärische Oberfläche liegt auf der Linse 244 und eine fünfte asphärische Oberfläche liegt auf der Linse 246, die beide in der Linsengruppe zwischen dem Strahlteiler 231 und dem Wafer oder fotoempfindlichen Substrat 50 liegen. Die Verwendung der fünf asphärischen Oberflächen in dieser dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung reduziert stark Abweichungen.

In einer bevorzugten Konfiguration kann das in 3 veranschaulichte, optische System hergestellt werden entsprechend den Konstruktionsdaten der folgenden Tabellen 3 und 3A.

Tabelle 3
Element-Nr.	Krümmungsradius (vorn) mm	Krümmungsradius (hinten) mm	Dicke mm	Glas
10	unendlich		71,0257
212	unendlich	unendlich	6,0000	Silika
Zwischenraum			5,9995
214	unendlich	–1637,5100 CX	17,8788	Silika
Zwischenraum			4,5575
216	–1237,3096 CC	A(1)	19,5803	Silika
Zwischenraum			7,4171
218	364,2097 CX	–674,5230 CX	25,6054	Silika
Zwischenraum			25,3077
220	–185,3015 CC	–283,9553 CX	30,8746	Silika
Zwischenraum			1,5004
222	332,0965 CX	–480,2185 CX	42,1200	Silika
224	unendlich		–64,0738	Reflektor
226	-197,3304 CX	–362,9388 CC	–30,0000	Silika
Zwischenraum			–38,3129
228	A(2)	303,6930 CX	–30,2428	Silika
Zwischenraum			–2,0000
230	–686,9764 CX	–140,3749 CC	–19,1575	Silika
Zwischenraum			–25,2130
231	unendlich	unendlich	–91,0000	Silika
232	unendlich			Reflektor
231	unendlich	unendlich	91,0000
Zwischenraum			1,7156
234	unendlich	unendlich	6,0000	Silika
Zwischenraum			23,4104
236	A(3)		–23,4104	Reflektor
234	unendlich	unendlich	–6,0000	Silika
Zwischenraum			–1,7156
231	unendlich	unendlich	–91,0000	Silika
231	unendlich	unendlich	–68,0000	Silika
Zwischenraum			–1,7156
238	unendlich	unendlich	–4,4503	Silika
Zwischenraum			–0,5000
240	–294,3870 CX	285,2516 CX	–22,3559	CaF₂
Zwischenraum			–0,5000
242	–90,0227 CX	–143,4682 CC	–15.3841	CaF₂
Zwischenraum			–0,5000
244	–86,3937 CX	A(4)	–16,8094	Silika
Zwischenraum			–4,2386
246	–91,3982 CX	A(5)	–35,1077	CaF₂
Zwischenraum			–1,2404
248	–193,8008 CX	–584,4706 CC	–5,2755	CaF₂
Zwischenraum			–1,0000
249	unendlich	unendlich	–0,9000	Silika
	Bildabstand =		–2,3000
50	unendlich

Die aspärischen Konstanten werden entsprechend der folgenden Gleichung und der Tabelle 3A vorgesehen.

Tabelle 3A
Asphärisch	Curv	K	A	B	C	D
A(1)	0,00383949	0,000000	–5,74812E-09	1,78952E-13	3,56502E-18	–4,29928E-22
A(2)	0,00408685	0,000000	3,46415E-09	–2,46236E-13	2,98339E-21	3,46678E-21
A(3)	–0,00290152	0,000000	1,61839E-09	111129E-13	5,08685E-18	–5,96371E-23
A(4)	–0,01476551	0,000000	6,79788E-08	2,28037E-11	4,76211E-15	2,35042E-18
A(5)	–0,00407592	0,000000	–1,85475E-07	5,95105E-11	2,46369E-14	–3,41676E-17
		E	F	G	H	J
A(1)		1,07476E-25	–7,13558E-30	0,00000E+00	0,00000E+00	0,00000E+00
A(2)		–1,14760E-24	1,97684E-28	–1,74440E-32	6,27538E-37	0,00000E+00
A(3)		5,45877E-23	–5,30479E-30	3,27535E-34	–5,74203E-39	0,00000E+00
A(4)		–3,36512E-22	2,71804E-25	0,00000E+00	0,00000E+00	0,00000E+00
A(5)		2,68515E-25	1,36619E-30	0,00000E+00	0,00000E+00	0,00000E+00

4 veranschaulicht graphisch Wellenfrontabweichungen als Funktion der Abbildhöhe für die in 2 und 3 veranschaulichten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Wellenform oder Linie 52 veranschaulicht die Abweichungen als Funktion der Abbildhöhe für die in 2 veranschaulichte Ausführungsform mit zwei asphärischen Oberflächen. Die Wellenform oder gestrichelte Linie 54 veranschaulicht die Abweichungen als Funktion der Abbildhöhe für die in 3 veranschaulichte Ausführungsform mit fünf asphärischen Oberflächen. Wie aus 4 leicht erkannt werden kann, werden die Wellenfrontabweichungen in der Ausführungsform mit fünf asphärischen Oberflächen signifikant reduziert.
5 veranschaulicht eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine numerische Apertur von 0,75 und ein 26 × 5 mm Feld auf dem Wafer hat, und die entworfen wurde für die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung mit 157 nm Wellenlänge über eine spektrale Bandbreite von 1,5 pm FWHM (full-width-half maximum, Vollbreite-Halb-Maximum). Diese Ausführungsform verwendet zwei asphärische Oberflächen und ist vollständig aus Kalziumfluorid hergestellt. Dem Retikel 10 folgt eine Viertelwellenplatte 312, eine plankonvexe Linse 314, eine bikonvexe Linse 316 und eine bikonkave Linse 318, eine Meniskuslinse 320 und eine bikonvexe Linse 322. Dieser Linsengruppe folgt ein Faltspiegel 324. Dem Faltspiegel 324 folgt eine Meniskuslinse 326, eine asphärische Linse 328 und eine Meniskuslinse 330. Die asphärische Linse 328 hat eine asphärische konkave Oberfläche. Dieser Linsengruppe folgt nach dem Faltspiegel 324 ein Strahlteiler 331. Der Strahlteiler 331 hat eine partiell reflektierende Oberfläche 332. In Nachbarschaft zu einer Seite des Strahlteilers 331 ist eine zweite Viertelwellenplatte 334. Der zweiten Viertelwellenplatte 334 folgt ein konkaver asphärischer Spiegel 336. In Nachbarschaft zu der gegenüberliegenden Oberfläche des Strahlteilers 331 ist eine dritte Viertelwellenplatte 338. Der Viertelwellenplatte 338 folgt eine bikonvexe Linse 340, eine Meniskuslinse 342, eine Meniskuslinse 344, eine Meniskuslinse 346 und eine Meniskuslinse 348. In Nachbarschaft zu der Linse 348 ist eine Platte 349. Die Platte 249 ist in Nachbarschaft zu dem Abbildort, an dem der Wafer oder das fotoempfindliche Substrat 50 positioniert ist.

In einer bevorzugten Konfiguration kann das in 5 veranschaulichte, optische System hergestellt werden entsprechend den Konstruktionsdaten der folgenden Tabellen 4 und 4A.

Tabelle 4
Element-Nr.	Krümmungsradius (vorn) mm	Krümmungsradius (hinten) mm	Dicke mm	Glas
10	unendlich		71,0257
312	unendlich	unendlich	6,0000	CaF₂
Zwischenraum			5,9971
314	unendlich	–1637,5100 CX	17,8788	CaF₂
Zwischenraum			6,8555
316	–601,0743 CC	337,2385 CC	19,3530	CaF₂
Zwischenraum			39,1414
318	372,9672 CX	–444,4615 CX	35,0514	CaF₂
Zwischenraum			17,5760
320	–238,7418 CC	–374,7892 CX	33,5080	CaF₂
Zwischenraum			1,5026
322	271,2372 CX	–2141,5952	41,9745	CaF₂
Zwischenraum			85,7471
324	unendlich		–64,0738	Reflektor
326	–218,7966 CX	–378,3046 CC	–30,0000	CaF₂
Zwischenraum			–41,2869
328	A(1)	331,4015 CX	–30,2428	CaF₂
Zwischenraum			–2,0021
330	–473,0920 CX	–138,9426 CC	–15,0066	CaF₂
Zwischenraum			–25,4542
331	unendlich	unendlich	–91,9338	CaF₂
332	unendlich			Reflektor
331	unendlich	unendlich	91,9338
Zwischenraum			1,7156
334	unendlich	unendlich	6,0000	CaF₂
Zwischenraum			23,9891
336	A(2)		–23,2891	Reflektor
334	unendlich	unendlich	–6,0000	CaF₂
Zwischenraum			–1,7156
331	unendlich	unendlich	–91,9336	CaF2
331	unendlich	unendlich	–68,0000	CaF₂
Zwischenraum			–1,7156
338	unendlich	unendlich	–4,4503	CaF₂
Zwischenraum			–0,5000
340	–379,1353 CX	304,9678 CX	–21,8077	CaF₂
Zwischenraum			–0,5000
342	–94,2814 CX	–162,6972 CC	–17,3319	CaF₂
Zwischenraum			–1,0800
344	–115,8596 CX	–73,3964 CC	–20,5225	CaF₂
Zwischenraum			–3,8075
346	–92,2350 CX	–218,2297 CC	–42,4471	CaF₂
Zwischenraum			–1,1466
348	–155,2311 CX	–656,3405 CC	–5,2755	CaF₂
Zwischenraum			–1,0000
349	unendlich	unendlich	–0,9000	CaF₂
	Bildabstand =		–2,3000
50	unendlich

Die aspärischen Konstanten werden entsprechend der folgenden Gleichung und der Tabelle 4A vorgesehen.

Tabelle 4A
Asphärisch	Curv	K	A	B	C	D
A(1)	0,00475685	0,000000	8,25386E-09	–1,36412E-13	–4,41072E-17	2,29567E-20
A(2)	–0,00272498	0,000000	1,82601E-09	9,56998E-14	6,16098E-18	–4,25832E-22
		E	F	G	H	J
A(1)		–6,72654E-24	1,13058E-27	–1,00992E-31	3,72128E-36	0,00000E+00
A(2)		8,51395E-26	–7,80032E-30	4,75429E-34	–1,14164E-38	0,00000E+00

Dementsprechend sehen alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von einem lang konjugierten Ende am Retikel 10 bis zu einem kurz konjugierten Ende am Wafer oder fotoempfindlichen Substrat 50 vor: eine Viertelwellenplatte, die dem Retikel folgt, eine erste Linsengruppe, die zwischen der Viertelwellenplatte und einem ersten Faltspiegel positioniert ist, und eine zweite Linsengruppe zwischen dem Faltspiegel und einem Strahlteiler. In jeder Ausführungsform kann die Linsengruppe vor den Faltspiegeln 24, 124, 224 und 324 als erste Linsengruppe angesehen werden, und die Linsengruppe zwischen den Faltspiegeln 24, 124, 224 und 324 und den Strahlteilern 31, 131, 231, 331 kann als zweite Linsengruppe angesehen werden. Alternativ können die erste und die zweite Linsengruppe als eine einzige Linsengruppe angesehen werden. Die partiell reflektierende Oberfläche auf dem Strahlteiler reflektiert elektromagnetische Strahlung zu einer zweiten Viertelwellenplatte zurück durch den Strahlteiler und durch die partiell reflektierend Oberfläche zu einer dritten Viertelwellenplatte und durch eine dritte Linsengruppe zu dem fotoempfindlichen Substrat oder Wafer 50. Alle Ausführungsformen sehen die auf den Retikel folgende Viertelwellenplatte vor und haben eine Linse mit einer aspärischen Oberfläche zwischen dem Faltspiegel und dem Strahlteiler-Kubus, und haben Linsenelemente zwischen dem Strahlteiler-Kubus und dem fotoempfindlichen Substrat, von denen eine Mehrzahl aus Kalziumfluorid hergestellt ist.
Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung ein Projektionsoptiksystem vor, das eine relativ hohe numerische Apertur mit verbesserten Abbildungskennwerten hat, welche gut arbeitet bei Wellenlängen so kurz wie 157 nm. Durch die vorliegende Erfindung wird deshalb die optische Technik weiter entwickelt, und die Herstellung von Halbleitervorrichtungen wird deutlich erleichtert.
Obgleich die bevorzugten Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, sollte von den in der Technik bewanderten Personen verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen gemacht werden können, ohne von dem Inhalt dieser Erfindung abzuweichen, wie in den Ansprüchen definiert ist.

Claims

Katadioptrisches optisches Projektionssystem zum Einsatz beim Projizieren eines verkleinerten Bildes eines Retikels (10) auf eine fotoempfindliche Oberfläche (50), wobei es umfasst: eine erste Linsengruppe (14, 16, 18, 20, 22); eine zweite Linsengruppe (26, 28, 30), die auf die erste Linsengruppe folgt; einen Strahlteiler (31), der an die zweite Linsengruppe angrenzend angeordnet ist; einen konkaven Spiegel (36), der an den Strahlteiler angrenzend angeordnet ist; eine dritte Linsengruppe (40, 42, 44, 46, 48), die dem konkaven Spiegel gegenüber an den Strahlteiler angrenzend angeordnet ist, so dass das verkleinerte Bild des Retikels (10) auf die fotoempfindliche Fläche (50) projiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren umfasst: ein Viertelwellenplättchen (12), das zwischen dem Retikel und der ersten Linsengruppe angeordnet ist, wobei zirkular polarisiertes Licht durch das Retikel durchgelassen wird, um Brechungs-Asymmetrie zu vermeiden, die aus der relativen Orientierung von Retikelstrukturen und Lichtpolarisationsvektor resultiert; und dadurch, dass eine Linse (28) in der zweiten Linsengruppe eine erste asphärische Fläche hat; und eine Mehrzahl der Linsen in der dritten Linsengruppe aus Kalziumfluorid besteht.
Katadioptrisches optisches Projektionssystem nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst: einen Klappspiegel (24), der zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe angeordnet ist.
Katadioptrisches optisches Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Linsengruppe eine Linse (216) mit einer zweiten asphärischen Fläche hat.
Katadioptrisches optisches Projektionssystem nach Anspruch 3, wobei die dritte Linsengruppe eine Linse (244, 246) mit einer dritten asphärischen Fläche hat.
Katadioptrisches optisches Projektionssystem nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst: ein zweites Viertelwellenplättchen (34), das zwischen dem Strahlteiler (31) und dem konkaven Spiegel (36) angeordnet ist; und ein drittes Viertelwellenplättchen (38), das zwischen dem Strahlteiler (31) und der dritten Linsengruppe angeordnet ist.
Katadioptrisches optisches Verkleinerungs-Projektionssystem nach Anspruch 5, wobei das erste, das zweite und das dritte Viertelwellenplättchen (12, 34, 38) Vierteiwellenplättchen 0-ter Ordnung sind.
Katadioptrisches optisches Verkleinerungs-Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe aus Kalziumfluorid bestehen.
Katadioptrisches optisches Verkleinerungs-Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei der konkave Spiegel (36) eine asphärische Fläche hat.