EP1327172A1 - 8-spiegel-mikrolithographie-projektionsobjektiv - Google Patents

8-spiegel-mikrolithographie-projektionsobjektiv

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Publication number
EP1327172A1
EP1327172A1 EP01982439A EP01982439A EP1327172A1 EP 1327172 A1 EP1327172 A1 EP 1327172A1 EP 01982439 A EP01982439 A EP 01982439A EP 01982439 A EP01982439 A EP 01982439A EP 1327172 A1 EP1327172 A1 EP 1327172A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mirror
projection lens
microlithography projection
field
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01982439A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen Mann
Wilhelm Ulrich
Günther SEITZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss AG
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10052289A external-priority patent/DE10052289A1/de
Application filed by Carl Zeiss AG filed Critical Carl Zeiss AG
Publication of EP1327172A1 publication Critical patent/EP1327172A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70233—Optical aspects of catoptric systems, i.e. comprising only reflective elements, e.g. extreme ultraviolet [EUV] projection systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0647—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors
    • G02B17/0657—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70275—Multiple projection paths, e.g. array of projection systems, microlens projection systems or tandem projection systems

Definitions

  • the invention relates to a microlithography objective according to the preamble of claim 1, a projection exposure system according to claim 18 and a chip production method according to claim 19.
  • Wavelength of the incident light and NA denotes the image-side, numerical aperture of the system.
  • the reflectivity of the multilayer layers used is currently at most in the range of approximately 70%, so that a requirement is met
  • a projection objective for EUV microlithography is to use as few optical components as possible in order to achieve a sufficient light intensity.
  • the beam path within a projection lens is free of shading or obscuring.
  • the projection objectives should not have mirrors with transmissive areas, in particular openings, since such transmissive areas lead to shadowing.
  • the lens has no mirrors with transmissive areas, the lens has an obscuration-free beam path and the exit pupil of the lens is free of shadowing.
  • no shading device has to be arranged in the aperture diaphragm of such shading-free systems or in planes conjugated to the aperture diaphragm.
  • Schwarzschild mirror systems is that structures of a certain size can only be imaged to a limited extent.
  • the exit pupil is defined as the image of the aperture diaphragm, imaged by the lens part that lies in the beam path between the aperture diaphragm and the image plane.
  • 6-mirror systems for microlithography are known from the documents US-A-5 153 898, EP-A-0 252734, EP-A-0947 882, US-A-5686728, EP 0 779 528, US 5 815 310, WO 99/57606 and US 6 033 079 become known.
  • Such systems 6-mirror systems have an image-side numerical aperture ⁇ 0.3, which leads to a resolution limit in the range of 30 nm when using X-ray light with a wavelength of 10 to 30 nm.
  • a microlithography projection lens with eight mirrors is from the US
  • a first object of the invention is to provide a projection lens which is suitable for lithography with short EUV wavelengths in the range from 10 to 30 nm and which is different from those known to date
  • EUV microlithography projection systems are characterized by a large numerical aperture and improved possibilities of image correction.
  • Another object of the invention is to use for lithography
  • Wavelengths ⁇ 193 nm a microlithography projection lens to specify, which has both a large aperture and is easy to manufacture.
  • the first object is achieved by a microlithography projection objective for EUV lithography with a wavelength in the
  • Range 10 to 30 nm solved by the fact that the microlithography projection lens comprises eight mirrors instead of the four or six mirrors.
  • Objective provides both a sufficient light intensity, as well as a sufficiently large numerical aperture to meet the requirements for high resolution, as well as sufficient options for image correction.
  • the numerical aperture of the projection objective on the image side is greater than 0.2.
  • the image-side numerical aperture of the projection system according to the invention is advantageously limited to NA ⁇ 0.5.
  • the projection lens is designed such that at least one in the beam path of the projection lens between the object field and the image field
  • the useful area of a mirror is understood to mean the part of a mirror in which the light rays that are guided through the projection objective strike.
  • the distance of the useful area is the distance of the point of incidence of the main beam of the central field point from the optical axis.
  • the diaphragm is arranged in the light path between the first and third mirrors, preferably on or near the first or on or near the second mirror ,
  • “near” is understood to mean a distance of the diaphragm from the respective closest mirror, which is less than 1/10 of the distance from the preceding mirror to the respective mirror close to the diaphragm.
  • near S2 means that:
  • the radius of curvature of at least one mirror is chosen to be larger than the overall length of the projection objective.
  • the overall length of the system is understood to mean the distance from the object to be imaged to its image in the present application. It is particularly advantageous if this is for the
  • Microlithography projection lens designed such that the The main beam angle on the object is smaller than twice the value of the aperture NAO on the object. This is advantageous because it reduces shading effects on the masks.
  • the first intermediate picture at. a system with two intermediate images is preferably formed between the second and third mirrors.
  • the projection lens is designed such that the second intermediate image between the sixth and seventh mirrors in the beam path is trained. It is particularly preferred if in a system with two
  • the angle of incidence of the main beam of the field point which lies on the axis of symmetry in the middle of the object field, is less than 20 ° on all mirrors.
  • At least one of the eight mirror surfaces is spherical.
  • the mirror or mirrors of the objective are spherical, the useful area of which is the most distant from the optical axis of the projection objective, since the interferometric testability of off-axis aspheres lies far outside the optical axis The further the useful area is from the optical axis, the more difficult the useful area becomes.
  • the sixth mirror is the mirror with the most distant useful area. In such an embodiment, this is advantageously spherically shaped for the sake of easier interferometric testability.
  • the invention also provides a projection exposure system, the projection exposure system including an illumination device for illuminating a ring field and a projection lens according to the
  • Invention includes.
  • Figure 1 the definition of the useful area of a mirror
  • Figure 2 the shape of the field in the object or image plane of the
  • Figure 3 a first embodiment of an inventive
  • Figure 5 a second embodiment of an inventive
  • 6A-6H Usable areas of the S1-S8 of the second embodiment.
  • Figure 7 the basic structure of a
  • FIG. 1 shows what is mentioned in the present application
  • Usable area and diameter of the usable area is to be understood.
  • FIG. 1 shows, by way of example, a field in the shape of a kidney for an illuminated field 1 on a mirror of the projection objective.
  • a shape is expected for the useful area when using the objective according to the invention in a microlithography projection exposure system.
  • the enveloping circle 2 completely surrounds the kidney shape and coincides with the edge 10 of the kidney shape at two points 6, 8.
  • the envelope circle is always the smallest circle that encompasses the useful area.
  • the diameter D of the useful area then results from the diameter of the enveloping circle 2.
  • FIG. 2 shows the object field 11 of a projection exposure system in the object plane of the projection objective, which is imaged with the aid of the projection objective according to the invention in an image plane in which a light-sensitive object, for example a wafer, is arranged.
  • the shape of the image field corresponds to that of the object field. With reduction lenses, as are often used in microlithography, the image field is reduced by a predetermined factor compared to the object field.
  • the object field 11 has the shape of a segment of a ring field.
  • the segment has an axis of symmetry 12.
  • the axes spanning the object or image plane namely the x-axis and the y-axis, are shown in FIG. As from a figure
  • the axis of symmetry 12 of the ring field 11 runs in the direction of the y-axis.
  • the y-axis coincides with the scan direction of an EUV projection exposure system, which is designed as a ring field scanner.
  • the x direction is then the direction that is perpendicular to the scan direction within the object plane.
  • the unit vector x in the direction of the x axis is also shown in FIG. 12.
  • the optical axis HA of the system extends in the z direction.
  • the object is imaged in the object plane 100 into the image plane 102, in which, for example, a wafer can be arranged, by the projection objective.
  • the projection objective according to the invention comprises a first mirror S1, a second mirror S2, a third mirror S3, a fourth mirror S4, a fifth mirror S5, a sixth mirror S6, a seventh mirror S7 and an eighth mirror S8.
  • all mirrors S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 and S8 are designed as aspherical mirrors.
  • the system comprises an intermediate image Z1 between the fifth S5 and the sixth S6 mirror.
  • the y and z directions of the right-handed x, y, z coordinate system are also shown in FIG.
  • the z-axis runs parallel to the optical axis HA and the orientation of the z-axis points from the object plane 100 to the image plane 102.
  • the y-axis runs parallel to the symmetry axis 12 of the object field 11.
  • the object field 11 is shown in FIG.
  • the orientation of the y-axis is from the optical axis HA to
  • the system is centered on the optical axis HA and on the image side, i.e. in the image plane 102 telecentric.
  • Image-side telecentricity is understood to mean that the main beam CR is at an angle of close to or approximately 90 ° to the
  • Image plane 102 meets.
  • the main beam CR is reflected on the fourth mirror S4 in such a way that it runs away from the optical axis.
  • the characteristic quantities are defined as the scalar product between the unit vector x in the direction of the x-axis and the vector product of a unit vector n j before having the direction of the th i-to mirror the incident principal ray, and a unit vector ni after which the direction of the main beam reflected at the i-th mirror, that is
  • the main beam CR incident on the mirror is reflected in the positive or negative y direction, it being important to note whether the main beam CR is incident from the direction of the object plane 100 or from the direction of the image plane 102. It holds that C j > 0 when the main beam strikes the mirror from the direction of the object plane 100 and in the direction of the negative y-
  • C; ⁇ 0 applies if the main beam comes from the direction of the Object plane 100 strikes the mirror and is reflected in the direction of the positive y-axis.
  • C;> 0 applies when the main beam hits the mirror from the direction of the image plane 102 and is reflected in the direction of the positive y-axis, and
  • C j ⁇ 0 applies when the main beam hits the mirror from the direction of the image plane 102 and in the direction the negative y-
  • the angle of incidence of the main beam CR is the central one
  • Field point on the respective mirror surface in the exemplary embodiment according to FIG. 3 is less than 26 °.
  • the angles of incidence of the main radiator of the central field point are shown in Table 1 below:
  • Table 1 Angle of incidence of the main beam of the central field point for the embodiment according to. Figure 3
  • NA 0.4 on the image side
  • NAO 0.1
  • the maximum main beam angle on the object is only 6.1 ° with the specified object-side numerical aperture NAO of 0.1 and is thus significantly smaller than the maximum main beam angle of 13 ° on the object according to US Pat. No. 5,686,728.
  • the physical aperture is located on the second mirror S2. This allows a minimal separation of the beams in the front part of the lens, which reduces the angles of incidence to S1, S2 and S3. Furthermore, this has the effect that the useful area of S3 lies directly below the optical axis and almost mirror image of the useful area S1, in contrast, for example, to the 8-mirror lens shown in US Pat. No. 5,686,728 for wavelengths> 126 nm. This measure also reduces the angles of incidence on S4 and S5, since the distance of the beam from the optical axis between S4 and S5 becomes minimal.
  • the useful areas of the individual mirror segments are shown in FIGS. 4A-4H. 4A is the useful area on mirror S1, in FIG. 4B the useful area on mirror S2, in FIG. 4C the useful area on mirror S3, in FIG. 4D the useful area on mirror S4, in FIG. 4E the useful area on mirror S5, in FIG. 4F the usable area on mirror S6, in
  • FIG. 4G shows the useful area on mirror S7 and in FIG. 4H the useful area on mirror S8 of the embodiment of an 8-mirror lens according to FIG. 3.
  • all useful areas of the mirrors S1 to S8 are free from shading or obscuration. This means that the beam path of a light bundle that passes through the lens from the object plane to the image plane and that maps the object field in the object plane into the image field in the image plane is free from shading or obscuration.
  • the radii of curvature become at least one of the mirrors
  • S2 to S4 selected as large, preferably larger than the overall length of the Projection objectives that drift distances are as large as possible and the beam paths from S1 to S2 and from S3 to S4 are almost parallel. The same applies to the beam paths from S2 to S3 and from S4 to S5. This also results in minimal separation of the beam.
  • the wavefront has a maximum fms value of less than 0.030 ⁇ .
  • the distortion is corrected to a maximum value of 1 nm via the scanning slot and has the form of a third degree polynomial, so that the dynamic distortion averaged over the scanning process is minimized.
  • Image field curvature is corrected by taking the Petzval condition into account.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of an 8-mirror lens according to the invention with mirrors S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 and S8.
  • the same components as in Figure 3 are given the same reference numerals.
  • the x-axis, the y-axis and the z-axis as well as the characteristic quantities are defined as in the description of FIG. 3.
  • the characteristic quantities C j as defined in the description of FIG. 3, the following applies: 0 ⁇ 0, C 2 ⁇ 0, C 3 ⁇ 0, C 4 > 0, C 5 ⁇ 0, C 6 > 0, C 7 > 0, C 8 ⁇ 0.
  • the mirror be made spherical with the axis remote useful area.
  • the embodiment according to FIG. 5 has two intermediate images Z1, Z2.
  • mirrors S1, S2, S3, S4, S5 as well as S7 and S8 are aspherical, while mirror S6 with the useful area furthest from the axis is spherical.
  • the mirror S6 is shaped as an asphere, it would be difficult to test with on-axis inspection optics. It is therefore spherically shaped in accordance with the invention.
  • the angles of incidence of the main beam of the central field point are shown in Table 3 below:
  • Table 3 Angle of incidence of the main beam of the central field point for the exemplary embodiment according to FIG. 5
  • FIGS. 6A-6H The useful areas of the individual mirror segments are shown in FIGS. 6A-6H. 6A is the useful area on mirror S1 in FIGS. 6A-6H. 6A is the useful area on mirror S1 in FIGS. 6A-6H. 6A is the useful area on mirror S1 in FIGS. 6A-6H.
  • FIGS. 6A-6H all useful areas of the mirrors S1 to S8 are free from shading or obscuration. This means that the beam path of a light bundle that passes through the objective from the object plane to the image plane and that maps the object field in the object plane into the image field in the image plane is free from shading or obscuration.
  • the distances between the useful areas of the mirrors are advantageously kept small in order to generate small angles of incidence on the mirrors. Since these can be varied as required by appropriate scaling, these distances are given here by their size ratio to the overall length of the mirrors.
  • Table 5 shows the ratios of the distances between the useful areas divided by the overall length for all mirrors of the two exemplary embodiments:
  • FIG. 7 shows a projection exposure system for microlithography with an 8-mirror projection objective 200 according to the invention.
  • the lighting system 202 can, as for example in EP 99106348.8 with the title “Lighting system, in particular for EUV lithography” or US serial no. 09 / 305,017 with the title “Illumination System particulary for EUV-Lithography", the disclosure content of which is fully incorporated in the present application.
  • Such a lighting system comprises an EUV light source 204.
  • the light from the EUV light source is collected by the collector mirror 206.
  • the reticle 212 is illuminated with the aid of a first mirror 207 comprising raster elements - so-called field honeycombs - and a second mirror 208 comprising raster elements - so-called pupil honeycombs - and a mirror 210.
  • the light reflected by the reticle 212 is imaged onto a carrier 214 comprising a light-sensitive layer by means of the projection objective according to the invention.
  • the projection lens presented is characterized by a high aperture with a shading-free or obscuration-free beam path. This leads to a shadow-free exit pupil.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikrolithographie-Projektionsobjektiv für die EUV-Lithographie mit einer Wellenlänge im Bereich 10 - 30 nm mit einer Eintrittspupille und einer Austrittspupille zur Abbildung eines Objektfeldes in einer Objektebene in ein Bildfeld in einer Bildebene. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolithographie-Projektionsobjektiv einen ersten, einen zweiten, einen dritten, einen vierten, einen fünften, einen sechsten, einen siebten und einen achten Spiegel (51-58) aufweist und der Strahlverlauf von der Objektebene (100) zur Bildebene (102) obskurationsfrei ist.

Description

8-Spiegel-Mikrolithographie-Projektionsobjektiv
Die Erfindung betrifft ein Mikrolithographieobjektiv gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Projektionsbelichtungsanlage gemäß Anspruch 18 sowie ein Chipherstellungsverfahren gemäß Anspruch 19.
Die Lithographie mit Wellenlängen < 193 nm, insbesondere die EUV- Lithographie mit λ = 11 nm bzw. λ = 13 nm werden als mögliche Techniken zur Abbildungen von Strukturen < 130 nm, besonders bevorzugt < 100 nm diskutiert. Die Auflösung eines lithographischen
Systems wird durch nachfolgende Gleichung beschrieben:
flß?= *. ' WA
wobei k1 ein spezifischer Parameter des Lithographieprozesses, λ die
Wellenlänge des einfallenden Lichtes und NA die bildseitige, numerische Apertur des Systems bezeichnet.
Für abbildende Systeme im EUV-Bereich stehen als optische Komponenten im wesentlichen reflektive Systeme mit Multilayer-Schichten zur Verfügung.
Als Multilayer-Schichtsysteme finden bei λ = 11 nm bevorzugt Mo/BeSysteme und bei λ = 13 nm Mo/Si-Systeme Verwendung.
Die Reflektivität der eingesetzten Multilayer-Schichten liegt derzeit maximal im Bereich von ungefähr 70 % so daß eine Anforderung an ein
Projektionsobjektiv für die EUV-Mikrolithographie ist, mit möglichst wenig optischen Komponenten auszukommen, um eine ausreichende Lichtstärke zu erreichen. Um eine möglichst hohe Auflösung zu erreichen, ist es andererseits notwendig, daß das System eine möglichst große bildseitige Apertur aufweist.
Für Lithographiesysteme ist es vorteilhaft, wenn der Strahlverlauf innerhalb eines Projektionsobjektives abschattungsfrei bzw. obskurationsfrei ist. Insbesondere sollen die Projektionsobjektive keine Spiegel mit transmissiven Bereiche, insbesondere Öffnungen aufweisen, da derartige transmissive Bereiche zu Abschattungen führen. Besitzt das Objektiv keine Spiegel mit transmissiven Bereichen, so weist das Objektiv einen obskurationsfreien Strahlverlauf auf und die Austrittspupille des Objektives ist abschattungsfrei. Desweiteren muß in der Aperturblende derartiger abschattungsfreier Systeme oder in zur Aperturblende konjugierten Ebenen keine Abschattungsvorrichtung angeordnet werden. Der Nachteil von Systeme mit abgeschatteter Austrittspupille, z.B. sogenannte
Schwarzschild-Spiegelsysteme ist, daß Strukturen bestimmter Größe nur eingeschränkt abgebildet werden können. Die Austrittspupille ist definiert als das Bild der Aperturblende, abgebildet durch den Objektivteil, der im Strahlengang zwischen Aperturblende und Bildebene liegt.
4-Spiegel-Systeme für die Mikrolithographie sind beispielsweise aus der US 5,315,629 oder der EP 0 480 617 B1 bekannt geworden. Derartige Systeme erlauben aber nur eine bildseitige numerische Apertur von NA = 0,1 bei einer ausreichenden Feldgröße von mindestens 1 ,0 mm Scanschlitzbreite. Die Auflösungsgrenze liegt bei Verwendung von Röntgenlicht mit einer
Wellenlänge von 10 bis 30 nm dann im Bereich von 70 nm.
6-Spiegel-Systeme für die Mikrolithographie sind aus den Druckschriften US-A-5 153 898, EP-A-0 252734, EP-A-0947 882, US-A-5686728, EP 0 779 528, US 5 815 310, WO 99/57606 und US 6 033 079 bekannt geworden. Derartige Systeme 6-Spiegel-Systeme weisen eine bildseitige numerische Apertur < 0,3 auf, was bei Verwendung von Röntgenlicht mit einer Wellenlänge von 10 bis 30 nm zu einer Auflösungsgrenze im Bereich von 30 nm führt.
Ein weiterer Nachteil sowohl der 4- wie der 6-Spiegel-Systeme ist, daß sie nur wenige Möglichkeiten zur KorrekturNon Abbildungsfehlern zur Verfügung stellen.
Ein Mikrolithographie-Projektionsobjektiv mit acht Spiegeln ist aus der US
5,686,728 bekannt geworden. Dieses Projektionsobjektiv weist eine hohe bildseitige numerische Apertur NA = 0,55 auf. Allerdings ist das aus der US 5,686,728 bekannte Projektionsobjektiv nur für Wellenlängen größer als 126 nm geeignet, da beispielsweise die Einfallswinkel des Hauptstrahles des Feldpunktes, der auf der Symmetrieachse in der Mitte des Objektfeldes liegt, so groß ist, daß dieses 8-Spiegel-System nicht im EUV- Wellenlängenbereich von 10 bis 30 nm betrieben werden kann. Ein weiterer Nachteil des Systemes gemäß der US 5,686,728 ist, daß sämtliche acht Spiegel asphärisch ausgebildet sind und daß der Hauptstrahlwinkel am Objekt einen Wert von 13° bei einer objektseitigen numerischen Apertur von 0.11 aufweist.
Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, ein für die Lithographie mit kurzen EUV-Wellenläπgen im Bereich von 10 bis 30 nm geeignetes Projektionsobjektiv anzugeben, das sich gegenüber den bislang bekannten
EUV-Mikrolithographie-Projektionsystemen durch eine große numerische Apertur und verbesserte Möglichkeiten der Abbildungskorrektur auszeichnet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, für die Lithographie mit
Wellenlängen < 193 nm ein Mikrolithographie-Projektionsobjektiv anzugeben, das sowohl eine große Apertur aufweist, wie auch einfach herzustellen ist.
Erfindungsgemäß wird die erste Aufgabe durch ein Mikrolithographie- Projektionsobjektiv für die EUV-Lithographie mit einer Wellenlänge im
Bereich 10 bis 30 nm dadurch gelöst, daß das Mikrolithographie- Projektionsobjektiv anstelle der vier bzw. sechs Spiegel acht Spiegel umfaßt.
Die Erfinder haben überraschenderweise erkannt, daß ein derartiges
Objektiv sowohl eine ausreichende Lichtstärke zur Verfügung stellt, wie auch eine ausreichend große numerische Apertur aufweist, um den Anforderungen an eine hohe Auflösung gerecht zu werden, sowie über ausreichende Möglichkeiten der Abbild ungskorrektur verfügt.
Um eine möglichst große Auflösung zu erzielen, ist in einer vorteilhaften Ausführungsform die bildseitige numerische Apertur des Projektionsobjektives größer als 0,2.
Um die Einfallswinkel des Hauptstrahles des Feldpunktes, der auf der Symmetrieachse und in der Mitte des Objektfeldes liegt, gering zu halten, wird vorteilhafterweise die bildseitige numerische Apertur des erfindungsgemäßen Projektionssystems begrenzt und zwar auf NA < 0,5.
Um das Strahlbündel in Richtung der optischen Achse (HA) zu zwingen und das Auftreten von achsfernen Nutzbereichen möglichst zu vermeiden, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß das Projektionsobjektiv derart ausgelegt ist, daß im Strahlverlauf des Projektionsobjektives zwischen Objektfeld und Bildfeld wenigstens ein
Zwischenbild des Objektfeldes ausgebildet wird. Unter Nutzbereich eines Spiegels wird in der vorliegender Anmeldung der Teil eines Spiegels verstanden, in dem die Lichtstrahlen, die durch das Projektionsobjektiv geführt werden, auftreffen. Der Abstand des Nutzbereiches ist in vorliegender Anmeldung der Abstand des Auftreffpunktes des Hauptstrahles des mittleren Feldpunktes von der optischen Achse.
Um die Einfallswinkel auf den ersten Spiegeln des erfindungsgemäßen Projektionsobjektives gering zu halten, wird in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Blende im Lichtweg zwischen erstem und drittem Spiegel, bevorzugt auf oder nahe dem ersten oder auf oder nahe dem zweiten Spiegel angeordnet wird. Unter "nahe" wird in vorliegender Anmeldung ein Abstand der Blende vom jeweiligen nächstgelegenen Spiegel verstanden, der geringer als 1/10 des Abstandes vom vorhergehenden Spiegel zum jeweiligen blendennahen Spiegel ist.
Beispielsweise bedeutet "nahe S2", daß gilt:
BS, < 1/10 S1S2 wobei BS2 den Abstand der Blende zum zweiten Spiegel und S1S2 den
Abstand von ersten und zweiten Spiegel bezeichnet. Eine derartige Anordnung erlaubt eine minimale Separation der Strahlbündel im vorderen Objektivteil, die die Einfallswinkel auf dem ersten, zweiten und dritten Spiegel verringern. Des weiteren wird durch eine derartige Anordnung der Blende bewirkt, daß der Nutzbereich des dritten Spiegels direkt unterhalb der optischen Achse und nahezu spiegelbildlich zum Nutzbereich des ersten Spiegels S1 liegt. Aufgrund dieser Eigenschaft verringern sich auch die Einfallswinkel auf dem vierten und fünften Spiegel, da der Abstand des Strahlbündels von der optischen Achse zwischen dem vierten und fünften Spiegel minimal wird. Zur Erzeugung geringer Einfallswinkel auf den Spiegeln ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Abstände der Nutzbereiche der Spiegel gering gehalten werden. Da diese durch eine entsprechende Skalierung beliebig variiert werden können, werden diese Abstände in vorliegender Anmeldung durch ihr Größenverhältnis zur Baulänge des Objektives charakerisiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Relation
Betrag des Abstandes des Nutzbereiches < 0.3 * Baulänge
bevorzugt
Betrag des Abstandes des Nutzbereiches < 0.25 * Baulänge
erfüllt ist, da hierdurch besonders kleine Winkel erzeugt werden.
In einer weitergebildeten Ausführungsform der Erfindung wird der Krümmungsradius mindestens eines Spiegels größer als die Baulänge des Projektionsobjektives gewählt. Unter Baulänge des Systems wird der Abstand vom abzubildenden Objekt bis zu dessen Bild in vorliegender Anmeldung verstanden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dies für den
Krümmungsradius des zweiten, dritten und "vierten Spiegels zutrifft, so daß die Strahlbündelverläufe vom ersten zum zweiten und vom dritten zum vierten Spiegel nahezu parallel liegen. Durch eine derartige Ausgestaltung ergibt sich eine minimale Separation der Strahlbündel und es werden große Driftstrecken erzeugt. Unter Driftstrecke wird in vorliegender
Anmeldung der Abstand der Scheitelpunkte zwischen zwei im optischen Strahlengang aufeinanderfolgenden Spiegeln verstanden. Dies trägt zu geringen Einfallswinkeln auf den Spiegeln bei.
In einer weitergebildeten Ausführungsform der Erfindung ist das
Mikrolithographie - Projektionsobjektiv derart ausgestaltet, das der Hauptstrahlwinkel am Objekt kleiner ist als der zweifache Wert der objektseitigen Apertur NAO. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch Abschattungseffekte auf den Masken verringert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Projektionsobjektiv zwei
Zwischenbilder aufweist. Das erste Zwischenbild bei. einem System mit zwei Zwischenbildern wird bevorzugt zwischen dem zweiten und dritten Spiegel ausgebildet. Dies führt dazu, daß der erste, zweite, dritte und vierte Spiegel einen achsnahen Nutzbereich besitzen. Um auch im daran anschließenden Objektivteil, umfassend den fünften, sechsten, siebten und achten Spiegel für möglichst viele der Spiegel einen achsnahen Nutzbereich zu gewährleisten, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das Projektionsobjektiv derart ausgebildet ist, daß im Strahlverlauf das zweite Zwischenbild zwischen sechstem und siebtem Spiegel ausgebildet wird. Besonders bevorzugt ist es, wenn bei einem System mit zwei
Zwischenbildern der Einfallswinkel des Hauptstrahles des Feldpunktes, der auf der Symmetrieachse in der Mitte des Objektfeldes liegt, auf allen Spiegeln kleiner als 20° ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung mit zwei Zwischenbildern ist wenigstens eine der acht Spiegeloberflächen sphärisch ausgebildet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der bzw. die Spiegel des Objektives sphärisch ausgebildet sind, dessen bzw. deren Nutzbereich am weitesten von der optischen Achse des Projektionsobjektives entfernt ist, da die interferometrische Prüfbarkeit von Off-Axis-Asphären mit weit außerhalb der optischen Achse liegendem Nutzbereich um so mehr erschwert wird, je weiter der Nutzbereich von der optischen Achse entfernt ist. In einem System mit zwei Zwischenbildern zwischen zweitem und drittem Spiegel und zwischen sechstem und siebten Spiegel ist der sechste Spiegel der Spiegel mit dem achsfernsten Nutzbereich. In einer derartigen Ausführungsform ist dieser vorteilhafterweise der leichteren interferometrischen Prüfbarkeit halber sphärisch geformt.
Neben dem Projektionsobjektiv stellt die Erfindung auch eine Projektionsbelichtungsanlage zur Verfügung, wobei die Projektionsbelichtungsanlage eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines Ringfeldes sowie ein Projektionsobjektiv gemäß der
Erfindung umfasst.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben werden.
Es zeigen:
Figur 1 : die Definition des Nutzbereiches eines Spiegels
Figur 2: die Form des Feldes in der Objekt- bzw. Bildebene des
Objektives
Figur 3: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Projektionsobjektives mit acht Spiegeln mit einem Zwischenbild
Figur 4A - 4H: Nutzbereiche der Spiegel S1 - S8 der ersten
Ausführungsform.
Figur 5: eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Projektionsobjektives mit sieben asphärischen Spiegeln und einem sphärischen Spiegel sowie zwei Zwischenbildern
Figur 6A - 6H: Nutzbereiche der S1 - S8 der zweiten Ausführungsform.
Figur 7: den prinzipiellen Aufbau einer
Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Objektiv
In Figur 1 ist dargestellt, was in der vorliegenden Anmeldung unter
Nutzbereich und Durchmesser des Nutzbereiches zu verstehen ist.
Figur 1 zeigt beispielhaft für ein ausgeleuchtetes Feld 1 auf einem Spiegel des Projektionsobjektives ein Feld in Nierenform. Eine derartige Form wird für den Nutzbereich bei Verwendung des erfindungsgemäßen Objektives in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage erwartet. Der Hüllkreis 2 umschließt die Nierenform völlig und fällt an zwei Punkten 6, 8 mit dem Rand 10 der Nierenform zusammen. Der Hüllkreis ist stets der kleinste Kreis, der den Nutzbereich umfasst. Der Durchmesser D des Nutzbereiches ergibt sich dann aus dem Durchmesser des Hüllkreises 2.
In Figur 2 ist das Objektfeld 11 einer Projektionsbelichtungsanlage in der Objektebene des Projektionsobjektives dargestellt, das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Projektionsobjektives in eine Bildebene, in der ein lichtempfindliches Objekt, beispielsweise ein Wafer angeordnet ist, abgebildet wird. Die Form des Bildfeldes entspricht dem des Objektfeldes. Bei Reduktionsobjektiven, wie sie in der Mikrolithographie häufig verwendet werden, ist das Bildfeld um einen vorbestimmten Faktor gegenüber dem Objektfeld verkleinert. Das Objektfeld 11 hat die Gestalt eines Segmentes eines Ringfeldes. Das Segment weist eine Symmetrieachse 12 auf. Des weiteren sind in Figur 2 die die Objekt- bzw. Bildebene aufspannenden Achsen, nämlich die x-Achse und die y-Achse eingezeichnet. Wie aus Figur
2 zu entnehmen, verläuft die Symmetrieachse 12 des Ringfeldes 11 in Richtung der y-Achse. Gleichzeitig fällt die y-Achse mit der Scan-Richtung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, die als Ringfeldscanner ausgelegt ist, zusammen. Die x-Richtung ist dann die Richtung, die innerhalb der Objektebene senkrecht auf der Scan-Richtung steht. In Figur 12 eingezeichent ist desweiteren der Einheitsvektor x in Richtung der x-Achse.
Die optische Achse HA des Systems erstreckt sich in z-Richtung.
In Figur 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Projektionsobjektives gezeigt, das im EUV-Bereich mit λ = 10 bis 30 nm eingesetzt werden kann und sich durch geringe Einfallswinkel auf allen Spiegeln auszeichnet.
Durch das Projektionsobjektiv wird das Objekt in der Objektebene 100 in die Bildebene 102, in der beispielsweise ein Wafer angeordnet sein kann, abgebildet. Das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv umfaßt einen erste Spiegel S1 , einen zweiten Spiegel S2, einen dritten Spiegel S3, einen vierten Spiegel S4, eine fünften Spiegel S5, einen sechsten Spiegel S6, einen siebten Spiegel S7 sowie einen achten Spiegel S8. Bei dem in Figur
3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Spiegel S1 , S2, S3, S4, S5, S6, S7 und S8 als asphärische Spiegel ausgebildet. Das System umfasst ein Zwischenbild Z1 zwischen fünftem S5 und sechstem S6 Spiegel. In Figur 3 eingezeichnet sind auch die y- und die z-Richtung des rechtshändigen x-, y-, z- Koordinatensystems. Die z-Achse verläuft parallel zur optischen Achse HA und die Orientierung der z-Achse weist von der Objektebene 100 zur Bildebene 102. Die y-Achse verläuft parallel zur Symmetrieachse 12 des Objektfeldes 11. Das Objektfeld 11 ist in Figur 2 gezeigt. Die Orientierung der y-Achse ist von der optischen Achse HA zum
Objektfeld 11. Desweiteren sind in Figur 3 für den ersten Spiegel S1 die Einheitsvektoren n und n 1 nach eingezeichnet, welche die Richtung des Hauptstrahles CR vor und nach der Reflektion am ersten Spiegel angeben. Der Hauptstrahl CR geht von einem Objektpunkt auf der Symmetrieachse 12 in der Mitte des in Figur 2 gezeigten Objektfeldes 11 aus und verläuft zum Bildfeld. Für die anderen Spiegel S2 bis S8 ergeben sich die
Einheitsvektoren in analoger Art und Weise.
Das System ist zur optischen Achse HA zentriert und bildseitig, d.h. in der Bildebene 102 telezentrisch. Unter bildseitiger Telezentrie versteht man, daß der Hauptstrahl CR unter einem Winkel von nahe oder ungefähr 90° auf die
Bildebene 102 trifft. Der Hauptstrahl CR wird am vierten Spiegel S4 derart reflektiert, daß er von der optischen Achse wegläuft.
Als charakteristische Größe C; ergeben sich für die Spiegel die nachfolgenden Ungleichungen: C^O, C2<0, C3>0, C4<0, C5<0, C6>0
C7<0, C8>0. Die charakteristischen Größen sind als das Skalarprodukt zwischen dem Einheitsvektors x in Richtung der x-Achse und dem Vektorprodukt zwischen einem Einheitsvektor n j vor, welcher die Richtung des auf den i-ten Spiegels auftreffenden Hauptstrahles aufweist, und einem Einheitsvektor n inach, welcher die Richtung des am i-ten Spiegels reflektierten Hauptstrahles aufweist, also
Cj = x • ( n j or x n iπach ),
definiert. Anschaulich gibt die Größe Cj Auskunft darüber, ob ein auf einen
Spiegel auftreffender Hauptstrahl CR in positiver oder in negativer y- Richtung reflektiert wird, wobei zu beachten ist, ob der Hauptstrahl CR aus Richtung der Objektebene 100 oder aus Richtung der Bildebene 102 auftrifft. Es gilt, daß Cj>0 ist, wenn der Hauptstrahl aus Richtung der Objektebene 100 auf dem Spiegel auftrifft und in Richtung der negativen y-
Achse reflektiert wird. C;<0 gilt, wenn der Hauptstrahl aus Richtung der Objektebene 100 auf dem Spiegel auftrifft und in Richtung der positiven y- Achse reflektiert wird. C;>0 gilt, wenn der Hauptstrahl aus Richtung der Bildebene 102 auf dem Spiegel auftrifft und in Richtung der positiven y- Achse reflektiert wird und Cj<0 gilt, wenn der Hauptstrahl aus Richtung der Bildebene 102 auf dem Spiegel auftrifft und in Richtung der negativen y-
Achse reflektiert wird.
Um die Lichtverluste und die beschichtungsinduzierten Wellenfrontaberrationen innerhalb des Spiegelsystems möglichst gering zu halten, ist der Auftreffwinkel des Hauptstrahles CR des zentralen
Feldpunktes auf die jeweilige Spiegeloberfläche beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 kleiner als 26°. Die Einfallswinkel des Hauptstrahlers des zentralen Feldpunktes sind in nachfolgender Tabelle 1 wiedergegeben:
Tabelle 1: Einfallswinkel des Hauptstrahles des zentralen Feldpunktes für das Ausführungsbeispiel gem. Figur 3
Das in Figur 3 gezeigte 8-Spiegel-Objektiv weist eine bildseitige Apertur von NA = 0,4 und eine Scanschlitzbreite von 1 mm auf. Zur Minimierung der Einfallswinkel auf den einzelnen Spiegeln wurden folgende Maßnahmen ergriffen: Der Hauptstrahlwinkel am Objekt 100 wird minimiert, wobei die objektseitige Apertur NAO = 0,1 beträgt Hierdurch wird der Einfallswinkel auf dem ersten Spiegel minimiert. Der maximale Hauptstrahlwinkel am Objekt beträgt lediglich 6,1° bei der angegebenen objektseitigen numerischen Apertur NAO von 0,1 und ist somit wesentlich geringer als der maximale Hauptstrahlwinkel von 13° am Objekt gemäß der US 5,686,728.
Die physikalische Blende ist auf dem zweiten Spiegel S2 lokalisiert. Dieses erlaubt eine minimale Separation der Strahlbündel im vorderen Objektivteil, die die Einfallswinkel auf S1 , S2 und S3 verringert. Des weiteren wird hierdurch bewirkt, daß der Nutzbereich von S3 direkt unterhalb der optischen Achse und nahezu spiegelbildlich zum Nutzbereich S1 liegt, im Gegensatz beispielsweise zum in der US 5,686,728 gezeigten 8-Spiegel- Objektiv für Wellenlängen > 126 nm. Aufgrund dieser Maßnahme verringern sich auch die Einfallswinkel auf S4 und auf S5, da der Abstand des Strahlbündels von der optischen Achse zwischen S4 und S5 minimal wird. Die Nutzbereiche der einzelnen Spiegelsegmente sind in den Figuren 4A - 4H gezeigt. Dabei ist in Figur 4A der Nutzbereich auf Spiegel S1 , in Figur 4B der Nutzbereich auf Spiegel S2, in Figur 4C der Nutzbereich auf Spiegel S3, in Figur 4D der Nutzbereich auf Spiegel S4, in Figur 4E der Nutzbereich auf Spiegel S5, in Figur 4F der Nutzbereich auf Spiegel S6, in
Figur 4G der Nutzbereich auf Spiegel S7 und in Figur 4H der Nutzbereich auf Spiegel S8 der Ausführungsform eines 8-Spiegel-Objektives gemäß Figur 3 gezeigt. Wie aus den Figuren 4A-4H eindeutig hervorgeht, sind alle Nutzbereiche der Spiegel S1 bis S8 abschattungs- bzw. obskurationsfrei. Dies bedeutet, daß der Strahlengang eines Lichtbüschels, das das Objektiv von der Objektebene zur Bildebene durchläuft und das das Objektfeld in der Objektebene in das Bildfeld in der Bildebene abbildet, abschattungsfrei bzw. obskurationsfrei ist.
Des weiteren werden die Krümmungsradien mindestens einer der Spiegel
S2 bis S4 so groß gewählt, vorzugsweise größer als die Baulänge des Projektionsobjektives, daß möglichst große Driftstrecken entstehen und die Strahlbündelverläufe von S1 nach S2 und von S3 nach S4 nahezu parallel liegen. Das gleiche gilt für die Strahlbündelverläufe von S2 nach S3 und von S4 nach S5. Auch hieraus ergibt sich eine minimale Separation der Strahlbündel.
Die Wellenfront weist einen maximalen fms-Wert kleiner 0,030 λ auf. Die Verzeichnung ist über den Scanschlitz auf einen maximalen Wert von 1 nm korrigiert und hat die Form eines Polynoms dritten Grades, so daß die über den Scanvorgang gemittelte dynamische Verzeichnung minimiert wird. Die
Bildfeldkrümmung ist durch Berücksichtigung der Petzvalbedingung korrigiert.
Die genauen Daten des Objektives gemäß Figur 3 sind im Code-V-Format in Tabelle 2 im Anhang wiedergegeben.
In Figur 5 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 8- Spiegel-Objektives mit Spiegeln S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 und S8 gezeigt. Gleiche Bauteile wie in Figur 3 sind mit denselben Bezugsziffern belegt. Insbesondere sind die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse sowie die charakteristischen Größen wie bei der Beschreibung zu Figur 3 definiert. Für die charakteristischen Größen Cj, wie bei der Beschreibung zu Figur 3 definiert, gilt: 0^0, C2<0, C3<0, C4>0, C5<0, C6>0, C7>0, C8<0.
Um eine Herstellung eines 8-Spiegel-Objektives mit möglichst geringem Aufwand zu erreichen und eine interferometrische Überprüfbarkeit sicherzustellen, ist bei diesem Objektiv vorgesehen, den Spiegel mit dem achsfernsteπ Nutzbereich sphärisch auszubilden. Um die Einfallswinkel niedrig zu halten, und das Strahlbündel in Richtung der optischen Achse zu zwingen und somit das Auftreten achsferner Nutzbereiche einzuschränken, weist die Ausführungsform gemäß Figur 5 zwei Zwischenbilder Z1 , Z2 auf.
Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel mit zwei Zwischenbildern sind die Spiegel S1, S2, S3, S4, S5 sowie S7 und S8 asphärisch, Spiegel S6 mit dem achsfernsten Nutzbereich ist dagegen sphärisch ausgebildet. Das System hat eine bildseitige Apertur von NA = 0,4. Anhand des Ausführungsbeispieles in Figur 5 wird deutlich, daß das erste Zwischenbild zwischen S2 und S3 dafür sorgt, daß die ersten vier Spiegel S1 , S2, S3, S4 einen achsnahen Nutzbereich besitzen. Dies kann im hinteren hochaperturigen Objektivteil alleine durch das zweite Zwischenbild Z2 nicht in diesem Maß gewährleistet werden. Der sechste Spiegel S6 besitzt daher einen achsfemen Nutzbereich. Ist der Spiegel S6 als Asphäre geformt, so wäre er mit einer on-axis Prüfoptik nur schwer zu prüfen. Daher ist er erfindunsgemäß sphärisch geformt. Die Einfallswinkel des Hauptstrahles des zentralen Feldpunktes sind in nachfolgender Tabelle 3 wiedergegeben:
Tabelle 3: Einfallswinkel des Hauptstrahles des zentralen Feldpunktes für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5
Die Nutzbereiche der einzelnen Spiegelsegmente sind in den Figuren 6A - 6H gezeigt. Dabei ist in Figur 6A der Nutzbereich auf Spiegel S1 , in Figur
6B der Nutzbereich auf Spiegel S2, in Figur 60 der Nutzbereich auf Spiegel S3, in Figur 6D der Nutzbereich auf Spiegel S4, in Figur 6E der Nutzbereich auf Spiegel S5, in Figur 6F der Nutzbereich auf Spiegel S6, in Figur 6G der Nutzbereich auf Spiegel S7 und in Figur 6H der Nutzbereich auf Spiegel S8 der Ausführungsform eines 8-Spiegel-0bjektives gemäß
Figur 5 gezeigt. Wie aus den Figuren 6A-6H eindeutig hervorgeht, sind alle Nutzbereiche der Spiegel S1 bis S8 abschattungs- bzw. obskurationsfrei. Dies bedeutet, daß der Strahlengang eines Lichtbüschels, das das Objektive von der Objektebene zur Bildebene durchläuft und das das Objektfeld in der Objektebene in das Bildfeld in der Bildebene abbildet, abschattungsfrei bzw. obskurationsfrei ist.
Die genauen Daten des Objektives gemäß Figur 5 sind im Code-V-Format in Tabelle 4 im Anhang wiedergegeben.
Bei beiden Ausführungsformen der Erfindung werden zur Erzeugung geringer Einfallswinkel auf den Spiegeln vorteilhafterweise die Abstände der Nutzbereiche der Spiegel gering gehalten. Da diese durch eine entsprechende Skalierung beliebig variiert werden können, werden diese Abstände vorliegend durch ihr Größenverhältnis zur Baulänge des
Objektives charakterisiert. In der folgenden Tabelle 5 sind die Verhältnisse Beträge der Abstände der Nutzbereiche geteilt durch Baulänge für alle Spiegel der beiden Ausführungsbeispiele aufgeführt:
Tabelle 5: Abstände der Nutzbereiche im Verhältnis zur Baulänge
In Figur 7 ist eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem erfindungsgemäßen 8-Spiegel-Projektionsobjektiv 200 dargestellt. Das Beleuchtungssystem 202 kann, wie beispielsweise in der EP 99106348.8 mit dem Titel "Beleuchtungssystem, insbesondere für die EUV- Lithographie" oder US-Serial No. 09/305,017 mit dem Titel "Illumination System particulary for EUV-Lithography" beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird, ausgebildet sein. Ein derartiges Beleuchtungssystem umfaßt eine EUV-Lichtquelle 204. Das Licht der EUV- Lichtquelle wird vom Kollektorspiegel 206 gesammelt. Mit Hilfe eines ersten Spiegels 207 umfassend Rasterelemente - sogenannten Feldwaben - und eines zweiten Spiegels 208 umfassend Rasterelemente - sogenannte Pupillenwaben - sowie eines Spiegels 210 wird das Retikel 212 beleuchtet. Das vom Retikel 212 reflektierte Licht wird mittels des erfindungsgemäßen Projektionsobjektives auf einen Träger 214 umfassend eine lichtempfindliche Schicht abgebildet.
Mit der Erfindung wird somit erstmals ein Projektionsobjektiv mit acht Spiegeln angegeben, das sich durch eine Einsetzbarkeit im EUV- Wellenlängenbereich mit λ = 11 bis 30 nm auszeichnet und ein aus konstruktionstechnischer und fertigungstechnischer Sicht besonders vorteilhaftes, kompaktes Projektionsobjektiv darstellt.
Zudem zeichnet sich das vorgestellte Projektionsobjektiv durch einen hohe Apertur bei gleichzeitigem abschattungsfreien bzw. obskurationsfreien Strahlverlauf aus. Dies führt zu einer abschattungsfreien Austrittspupille.
Anhang: Tabelle 2 u 4
Tabelle 2 (Ausfuhrungsbeispiel Figur 3)
ELEMENT RADXIS OU-K-HMESSH
NUMMER BXCKE AKT oa3acr INF 437.8550
51 A<1> -248.1062 2ia.Λαα2 REH. APSπURBtENDE 91.-5283 0.0000
S. 2 A 25 193.6511 91.5770 RE .
S 3 A{3D -23Q. S805 133.7182 REFL
§4 AC4) 619.7098 •320.2546 REFL
S 5 AC5) -169.8751 39S.39S8 RER.
S 6 A « 202.7900 280.0000 EFL
-S 7 Aζ7) -293.6734 85.8365 REFL S 8 A 8) 326.9836 308.4810 REH.
BILD 3- F 55.0127
ASPHÄSISCHE KONSTANTEN
CCURV)Y 4 6 8 10
Z a + CA)Y + (B}Y + CÖY + C∑ÖY
2 2 1/2
1 + 1-Q--MO CCURV) Y )
12 14 lfi 18 20
+ CΞ)Y + CF3Y + CG)Y + CH)Y + CQ
ASPHÄRE OSO A S O e F G 3
AC 1) -0.00123747 o.oooooo 2.31212E-09 -1.20823E-14 5.14612E-19 -3.39768E-23
2.27258E-27 -4.42780E-32 0.000006+00 Q.00Q00E+αθ Q.OOOOOE+00
AC 2) 0.00016948 0.000000 -1.89814E-Q8 -2.29358E-13 -4.85183E-19 1.15028E-20
-4.21257E-24 S .69674E-28 o.αooαoE+oo Q.QQQOQE3-00 O.OQOOOε+00
A 3) -0.00011398 o.ooαooα 6.S3150E-09 -* €7300E-14 -1.83359E-13 5.15096E-23
-6-74819E-28 2.3848SE-32 0Λ3O0OOE+Q0 O.QOOOOE+00 α.αooαα&fαo
A D 0.00052128 0.000000 1.3Q245E-09 2.58343E-15 -1.56164E-19 2.66615E-24
-3.14527S-29 2.αai97E-34 Q„0OQOOE*00 O.QOOOOE+00 O.OOOOOE+OO
AC 5) -0.00182108 0.000000 -1-.19681E-09 -5.88576E-1S 1.80550E-19 -2..S11-.3E-24
6.43317E-3Q 3.29849E-36 Q.0OO0QE+00 o.αooooε+oo Q.OOOOOEfOO
A< 6D -0.00107055 o.oooooo 2.53003E- B -1.45839E-12 7.48859E-17 -1.38858E-21
1.34840E-28 6.67275E-31 O. QOOαOE+OO o.αoθQQE+oα α.OOOOOE+ O
AC 71 0.00584900 o.oooooo 5.51082E-O8 9.2S821S-13 -4.97336E-16 -6.35635E-20
-9.50902E-24 -1.7095SE-26 O. QQOQOE- OO Q.QOOOOE+00 O.flOOOOE+00
A 8) 0.0O289780 0.000000 4.07773E-10 3.17817E-15 2.239Q3E-2Q 1.620475-25-
1.06923E-3O 3.3937SE-35 α.αθOOOE-s-00 O.αOOQOE+QQ α. oooooE+oo
Tabelle 4 (Ausfuhrungsbeispiel Figur 5)
ELEMENT RAÖIUS DURCHMESSER NUMMER s-tlCKE ART
OBJEKT INF 346.0618
APEKTURBLENDE 174.4481 o.oooo-
≤.l ACD -596 ,9226 174.6201 REH. •S2 AG) 1258.0118 302.7847 REFL S3 AC3} -560.6789 376.8895 REFL ■34 A J 502.0689 132-.7627 REFL
.S S AC55 -548.1913 251.5133 REFL S6 369.9668 C 1025.6939 825.4854 REH. t7 A Ω -318.8926 93.3960 REH.
AC7) 349.2051 327.8538 REFL
BILD INF 56.5279
ASPHÄRXSCHE KONSTANTEN OURVjY 4 S 8 10
2 = + CA}Y + CB} + COY + oDY
2 2 1/2 1 + l-Orf-K) CCURV) Y )
ASPHÄRE CURV
A 1} -0.00077091 o.oooooo- 1.74667E-09 3-.88463E-14 2.31479E-19 -1.93103E-23
A 23 0.00069673 0.000000 -3.24472E-1Q 2.27H2E-15 7.69172E-21 7.043-0QE-26
AC 3) -0.00095818 0.000000 -8.63211E-11 -3.33704E-16 3.53842E-21 -2.98818E-26
A 4) 0.00013409 0.000000 5.05967E- 9 1.60649E-13 -2.50451E-18 -6.77033E-22
AC 5} 0.00174877 0.000000 -1.31567E-09 7.S14Q7E-15 -1.05690E-19 2.09186E-24
AC 6) 0.00451027 0.000000 7.10441E-08 •3..63352E-12 -1.83737E-17 1.18169E-20
A 7) 0.00267159 Q.QOOQOO 2.02896E-10 2-44899E-15 2.34247E-20 2.04113E-2S
REFERENZWELLENLÄNGE = 13.0 NM ABBILDÜNGSMASSS AB = -0.25
B-OJBSEX.ΪSE APERTUR =» 0.40

Claims

Patentansprüche
1. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv für die EUV-Lithographie mit einer Wellenlänge im Bereich 10 - 30 nm zur Abbildung eines Objektfeldes in einer Objektebene in ein Bildfeld in einer Bildebene, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrolithographie- Projektionsobjektiv einen ersten (S1), einen zweiten (S2), einen dritten (S3), einen vierten (S4), einen fünften (S5), einen sechsten (S6), einen siebten (S7) und einen achten Spiegel (S8) aufweist, wobei ein Strahlenverlauf von der Objektebene zur Bildebene gegeben ist, der obskurationsfrei ist.
2. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv für die EUV-Lithographie gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionsobjektiv eine abschattungsfreie Austrittspupille aufweist.
3. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv für die EUV-Lithographie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionsobjektiv eine Blende (B) zwischen der Objektebene zur Bildebene aufweist.
4. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv für die EUV-Lithographie gemäß Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (B) kreisförmig oder nahezu kreisförmig ist.
5. Mikrolithographie-Projektionssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (B) bevorzugt auf oder nahe dem ersten Spiegel (S1) oder auf oder nahe dem zweiten Spiegel (S2) angeordnet ist. Mikrolithographie-Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Objektfeld ein Segment eines Ringfeldes mit einer Symmetrieachse darstellt, welche senkrecht zu einer optischen Achse (HA) steht, wobei auf der Symmetrieachse in der Mitte des Objektfeldes ein Objektpunkt definiert ist, von dem ein Hauptstrahl (CR) ausgeht, welcher zum Bildfeld verläuft, wobei für das Mikrolithographie-Lithographie-Projektionsobjektiv ein rechtshändiges Koordinatensystem mit einer x-, einer y- und einer z-Achse definiert ist, wobei die z-Achse parallel zur optischen Achse verläuft und die Orientierung der z-Achse vom Objektfeld zum Bildfeld weist, wobei die y-Achse parallel zur Symmetrieachse verläuft und die Orientierung der y-Achse von der optischen Achse zum
Objektfeld weist, wobei für jeden Spiegel i (i=1 bis 8) eine charakteristische Größe C; aufweist, welche als das Skalarprodukt eines Einheitsvektors x in Richtung der x-Achse und dem Vektorprodukt zwischen einem Einheitsvektor n j vor, welcher die Richtung des auf den i-ten Spiegels auftreffenden Hauptstrahles aufweist und einem Einheitsvektor n iπaoh, welcher die Richtung des am i-ten Spiegels reflektierten Hauptstrahles aufweist, definiert ist, also
Cj = x • ( n j v°r x n inaoh ),
wobei für den ersten Spiegel (S1) C1 > 0 gilt, wobei für den zweiten Spiegel (S2) C2 < 0 gilt, wobei für den fünften Spiegel (S5) C5 < 0 gilt, und wobei für den sechsten Spiegel
(S6) C6 > 0 gilt.
7. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (S1 , S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8) bezüglich einer optischen Achse (HA) zentriert angeordnet sind.
8. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bildseitige numerische Apertur NA > 0,2 ist.
9. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bildseitige numerische Apertur NA < 0,5 ist.
10. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlverlauf des Projektionsobjektives zwischen Objektfeld und Bildfeld wenigstens ein Zwischenbild des Objektfeldes ausgebildet wird.
11. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildfeld ein Segment eines Ringfeldes darstellt, wobei das Segment eine Symmetrieachse und eine Ausdehnung senkrecht zur Symmetrieachse aufweist und die Ausdehnung mindestens 20, bevorzugt mindestens 25 mm ist.
12. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Sinus des Einfallswinkel des Hauptstrahies des Feldpunktes, der auf der Symmetrieachse und in der Mitte des Objektfeldes liegt, am Objektfeld kleiner ist als der zweifache Wert der objektseitigen Apertur NAO.
13. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel des
Hauptstrahles des Feldpunktes, der auf der Symmetrieachse und in der Mitte des Objektfeldes liegt, auf allen Spiegeln < 45°, bevorzugt < 26°, insbesondere < 20° ist.
14. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß jeder der acht Spiegel (S1 , S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8) einen Nutzbereich umfaßt, auf den die Strahlen, die das Objektiv vom Objekt zum Bild durchlaufen, auftreffen, und daß für jeden Spiegel der Abstand des Nutzbereiches zur optischen Achse höchstens 30 %, bevorzugt höchstens 25 %, der Baulänge beträgt.
15. Mikrolithographie-Projektionsobjektiveinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv bildseitig telezentrisch ist.
16. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spiegel (S1), der dritte Spiegel (S3) und der vierte Spiegel (S4) konkav sind.
17. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß der sechste Spiegel (S6) und der achte Spiegel (S8) konkav sind.
18. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spiegel (S2) konkav ist.
19. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche
1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß der siebte Spiegel (S7) konvex und der achte Spiegel (S8) konkav ist.
20. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche
1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß für den dritten Spiegel (S3) C3 > 0 gilt, für den vierten Spiegel (S4) C4 < 0 gilt, für den siebten Spiegel (S7) C7 < 0 gilt, und für den achten Spiegel (S8) C8 > 0 gilt.
21. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 6 bis 20 dadurch gekennzeichent, daß der am vierten Spiegel (S4) reflektierte Hauptstrahl (CR) von der optischen Achse (HA) weg verläuft.
22. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Krümmungsradius mindestens eines Spiegels größer als die Baulänge des Projektionsobjektives ist.
23. Mikrolithographie - Projektionsobjektiv, nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Krümmungsradius des zweiten (S2) und/oder des dritten (S3) und/oder des vierten Spiegels (S4) größer als die Baulänge des Projektionsobjektives ist.
24. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Driftstrecke, die zwischen zwei Spiegeln des Objektives ausgebildet wird, länger als 70 % der Baulänge des Projektionsobjektives ist.
25. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Beträge aller
Driftstrecken zwischen zwei im optischen Strahlengang aufeinanderfolgenden Spiegein des Objektives und der Strecke von der Objektebene bis zum Scheitelpunkt des ersten Spiegels (S1) und der Strecke vom letzten Spiegel (S8) im optischen Strahlengang bis zur Bildebene mindestens das 2,5-fache der
Baulänge des Projektionsobjektives beträgt.
26. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Spiegel (S5) konkav ist.
27. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der sechste Spiegel (S6) konvex ist.
28. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, zwischen Objektfeld und Bildfeld genau ein Zwischenbild (Z^ ausgebildet wird.
29. Mikrolithograhie-Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichent, daß für den dritten Spiegel (S3) C3 < 0 gilt, für den vierten Spiegel (S4) C4 > 0 gilt, für den siebten Spiegel (S7) C7 > 0 gilt, und für den achten Spiegel (S8) C8 < 0 gilt.
30. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 oder Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrolithographie-Projektionsobjektiv drei Subsysteme umfaßt, wobei das erste Subsystem das Objektfeld in ein erstes Zwischenbild des Objektfeldes abbildet, das zweite Subsystem das erste Zwischenbild des Objektfeldes in ein zweites Zwischenbild des Objektfeldes abbildet und das dritte Subsystem das zweite Zwischenbild des Objektfeldes in das Bildfeld abbildet.
31. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Subsystem mindestens zwei Spiegel umfaßt.
32. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv gemäß einem der Ansprüche 30 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Subsystem den ersten und zweiten Spiegel (S1, S2), das zweite Subsystem den dritten, vierten, fünften und sechsten Spiegel (S3, S4, S5, S6) und das dritte Subsystem den siebten und achten Spiegel (S7, S8) umfaßt.
33. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 19 oder nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichent, daß der sechste Spiegel (S6) konkav ist.
34. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 19 oder nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichent, daß der fünfte Spiegel (S6) konvex ist.
35. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv gemäß einem der Ansprüche 1 bis 34 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der acht Spiegel (S1 , S2, S3, S4, S5, S6, "S7, S8) sphärisch ausgebildet ist.
36. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß sieben der acht Spiegel asphärisch sind und ein Spiegel sphärisch ausgebildet ist, wobei derjenige Spiegel sphärisch ausgebildet ist, dessen Nutzbereich den größten Abstand zur optischen Achse aufweist.
37. Mikrolithographie-Projektionsobjektiv gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der sechste Spiegel (S6) sphärisch ausgebildet ist.
38. Projektions-Belichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektions-Belichtungsanlage
- eine Quelle zur Erzeugung von EUV-Strahlung,
- eine Beleuchtungseinrichtung, welche die von der Quelle erzeugte Strahlung teilweise sammelt und zur Beleuchtung eines Ringfeldes weiterleitet, - eine strukturtragende Maske auf einem Trägersystem, wobei diese
Maske in der Ebene des Ringfeldes liegt,
- ein Projektionsobjektiv gemäß einem der Ansprüche 1 bis 37, wobei dieses Projektionsobjektiv den beleuchteten Teil der strukturtragenden Maske in ein Bildfeld abbildet, - ein lichtsensitives Substrat auf einem Trägersystem, wobei dieses lichtsensitives Substrat in der Ebene des Bildfeldes des Projektionsobjektives liegt, umfaßt.
39. Verfahren zur Chip-Herstellung mit einer Projektions- Belichtungsanlage gemäß Anspruch 38.
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