WO1998028644A1 - Rema-objektiv für mikrolithographie-projektionsbelichtungsanlagen - Google Patents

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WO1998028644A1
WO1998028644A1 PCT/EP1997/006760 EP9706760W WO9828644A1 WO 1998028644 A1 WO1998028644 A1 WO 1998028644A1 EP 9706760 W EP9706760 W EP 9706760W WO 9828644 A1 WO9828644 A1 WO 9828644A1
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rema
lens
plane
objective
lens according
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PCT/EP1997/006760
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Jörg SCHULTZ
Johannes Wangler
Karl-Heinz Schuster
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Carl Zeiss
Carl-Zeiss-Stiftung Handelnd Als Carl Zeiss
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    • G02—OPTICS
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    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
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    • G—PHYSICS
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70225—Optical aspects of catadioptric systems, i.e. comprising reflective and refractive elements

Definitions

  • the invention relates to a REMA lens.
  • This is a lens with which a reticle masking device (REMA) is imaged in the plane of the reticle that carries the structured mask for the lithography.
  • the area illuminated on the reticle is thus sharply outlined.
  • the reticle masking device is usually constructed with adjustable cutting edges.
  • the picture is usually magnifying.
  • a REMA lens is used in microlithography projection exposure systems (steppers or scanners).
  • an illumination device for a microlithographic projection exposure system in which the following are provided: light source, shutter, coupling lens (zoom axicon), glass rod as integrator, reticle masking system, REMA lens for imaging the intermediate field level lying in the reticle masking system onto the reticle, containing a first lens group, an intermediate pupil level, a second lens group, a deflecting mirror, a third lens group and the reticle level with the reticle.
  • a projection lens which is normally reduced in size and - for example with a non-telecentric entrance - contains an internal pupil plane, then the afer in the image plane.
  • a projection objective is provided after the integrator, here a honeycomb condenser, before the reticle masking system follows.
  • the reticle masking system is optically conjugated to the reticle plane via two lens groups and mirrors, i.e. is imaged.
  • the aperture at the exit of the integrator - the secondary light source - through the two lens groups and parts of the projection lens onto the pupil of the projection Lens shown. None is said about image errors.
  • WO 95/32446 by the applicant describes a high-aperture catadioptric reduction lens for microlithography, the embodiment of a REMA lens shown here being exactly suitable for the embodiment according to FIG. 3 and Table 2.
  • the object of the invention is to provide a REMA lens which has considerably fewer interfaces - at which reflection losses occur - and considerably less glass path - in which absorption takes place - and thus has a significantly improved transmission efficiency. No compromise can be made on the optical properties.
  • Claim 1 makes this relationship clear.
  • Claim 2 is based on the structure, with condenser, intermediate and field lens part.
  • the sub-claims 3 to 15 relate to advantageous execution forms.
  • Claim 3 quantifies the reduced glass path to below 30%, preferably below 25%, of the object-reticle distance.
  • Claims 7 and 8 relate to the adaptation to the special preferred environment with REMA at the exit of a glass rod or with a reducing catadioptric projection object.
  • Claim 15 describes the adaptation to the pupil function of a projection lens with very good telecentricity with very small deviations.
  • the small deviations of the main rays of the projection lens from the parallelism are very well hit by the REMA lens.
  • Independent claim 16 takes up this good adaptation of the REMA objective with the few elements described to the associated projection objective for an entire microlithography projection exposure system.
  • FIG. 1 shows the lens section of a REMA objective with three aspheres
  • FIG. 2 schematically shows a microlithography projection exposure system
  • Figure 3 shows a given pupil function
  • FIG. 4 shows in the example deviations of the pupil function from FIG. 3.
  • FIG. 5 shows the lens section of another embodiment with four aspheres.
  • the exemplary embodiment of a REMA objective with the lens section of FIG. 1 has the data in Table 1. It consists of a condenser part 100, designed as a partial objective, in front of the aperture diaphragm 8, an intermediate part 200 and a field lens part 300. In each of these parts there is an asphere 7, 11, 17 provided. So the REMA lens has only seven lenses.
  • the flat surfaces 9 and 14 only have a placeholder function.
  • a deflecting mirror (240 in FIG. 2) can be arranged in the region of 14.
  • Aspherical surfaces are all optical surfaces with a rotationally symmetrical deviation from the best-matched sphere above approx. 5 micrometers
  • the useful asphericities are predominantly of the order of 0.1 to 1 mm (typically up to 2 mm).
  • the objective forms the object plane 1, in which the reticle masking system is arranged, with the object-image distance of 1200 mm on the reticle level 19.
  • the air spaces at the object level 1, at the aperture level 8, between the intermediate part 200 and the field lens portion 300, and at the reticle level 19 are generously dimensioned so that the parts to be arranged there - the REMA system 90, correction elements in the aperture level, a deflecting mirror 240 and the handling system 330 (see FIG. 2) for the reticle - can be accommodated without problems.
  • the main function of a REMA objective the imaging of a light-dark edge (cutting edge of the REMA diaphragm) from the object plane 1 to the reticle plane 19 with an edge profile whose brightness values are 5% and 95% by less than 5%, preferably less than 0.5% of the field of view diameter are spaced apart:
  • the distance is 0.4% of the image field diameter of 42.1 mm. This information provides an integral measure of all image defects in the entire image field, which is directly based on the function of the REMA lens.
  • the magnification of the REMA lens is 4.444: 1.
  • the incoming main beam ie the heavy beam of the incident light cone
  • the incoming main beam differs only slightly from the specified main beam of a subsequent projection lens at every point of the image plane 19, namely by less than 3 mrad.
  • This is equivalent to the requirement that a given pupil function - see FIG. 3 - must be reproduced with the smallest deviations in the reticle plane 19.
  • FIG. 4 shows, this is achieved perfectly.
  • the sine of the main beam angle sin (i) is shown as a function of the image height YB in the reticle plane 19, in Figure 4, the deviation sin (i), which is in a band of +/- 0.11 mrad around zero .
  • the design of the field lens group 300 is decisive for the adaptation. In the example, it is reduced to the minimum of two lenses, the converging lens 15, 16 and the diverging lens 17, 18.
  • One of the surfaces preferably the last surface 18, can also be made flat so that it is suitable for carrying a gray filter as a thin layer to control the intensity distribution on the reticle.
  • the condenser part 100 is designed as a partial objective whose object plane is at infinity.
  • the aperture lies in the object plane 1 of the overall lens and the image plane in the aperture 8 of the overall lens.
  • the marginal rays of the partial objective thus correspond to telecentric main rays of the overall objective, the main rays of the partial objective correspond to the marginal rays of the overall objective.
  • the image of this partial objective (condenser part 100) in the plane of the diaphragm 8 should be corrected as well as possible, since 8 correction elements can be accommodated in this plane and a clean diaphragm function is achieved.
  • the coma expressed as the transverse deviation, is made in its maximum value less than 1%, preferably less than 0.2%, of the image field diameter of this partial image. For example 0.08% are achieved.
  • the condenser part contains at least one hollow surface that is curved toward the object 1, for which the opening ratio of the radius of curvature to the lens diameter is close to the minimum of 0.5 for the hemisphere.
  • the value on area 2 is 0.554. In general, it should be chosen less than 0.65.
  • the intermediate part 200 also has an asphere 11. He now manages with a pair of lenses 10/11, 12/13, surface 13 fulfilling the following condition:
  • this edge beam angle is in any case greater than 0.6 NAO.
  • the REMA lens according to the invention thus has all the functions of the REMA lens according to DE 195 48 805.9; the embodiment of the example according to FIG. 1 can directly replace the exemplary embodiment of FIG. 1 there.
  • the effect of the few aspheres 7, 11, 17 is drastic:
  • the condenser part 100 shrinks from 5 to 3 lenses, the intermediate part 200 only needs 2 to 4 lenses, and in the field lens part 300 the number of lenses is also halved to 2. In this example there are only 7 lenses left (a maximum of 10 for others Versions).
  • the glass path that is the sum of all glass thicknesses of the lenses on the optical axis, amounts to only 235 mm here compared to 396 mm in the earlier application, with a lens-image distance 1-19 of 1200 mm in both cases.
  • the glass path is therefore reduced by over 40%, the proportion of the cutting width is only 20%, and in other versions only up to 25-30% of the cutting width.
  • the transmission of high quality quartz glass at 248 nm is approx. 99.9% / cm. Aging processes (radiation damage, color center formation) reduce the value during operation.
  • high-quality antireflection layers at 248 nm can achieve transmission levels of approx. 99.5%.
  • the value in the example in FIG. 1 is at least 91.1%.
  • the present design can be adapted to the conditions at other, especially lower, wavelengths taking into account the changed refractive index, the invention is particularly valuable for this development towards lower wavelengths.
  • FIG. 2 shows a schematic overview of the optical part of an entire projection exposure system (wafer stepper), in which the REMA lens 123 according to the invention is integrated.
  • a KrF excimer laser 50 with a wavelength of 248 nm serves as the light source.
  • a device 60 is used for beam shaping and coherence reduction.
  • a zoom axicon lens 70 enables different types of lighting to be set as required. It is like the entire arrangement (apart from the features of the REMA lens 123 according to the invention), for example, from the EP-A 0 687 956 or from DE-U 94 09 744 (both by the applicant) are known.
  • the light is coupled into the glass rod 80, which is used for mixing and homogenization.
  • the reticle masking system 90 which lies in the object plane 1 of the REMA objective 123, immediately follows. This consists of the first lens group 100, the pupil plane (diaphragm plane) 14, the second lens group 200, the deflecting mirror 240, the third lens group 300 and the image plane 33.
  • the reticle 330 is arranged here, which is precisely positioned by the changing and adjusting unit 331 becomes. This is followed by the catadioptric projection lens 400 according to WO 95/32446 with the pupil plane 410. In the exemplary embodiment of Tables 1 and 2, however, the entrance pupil is almost infinite in front of the projection lens.
  • the wafer 500 is arranged in the image plane.
  • Figure 5 shows the lens section of another embodiment with 4 aspheres 505, 509, 514, 520 and a total of 18 interfaces of 8 lenses and a flat plate 521, 522.
  • Table 2 gives the dimensions. Areas 511 and 516 only serve as governors. Image scale (4.730: 1) and image field (diameter 127 mm) do not differ significantly from the example in Figure 1. However, the light conductance is larger at 16.2 mm.

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Abstract

Ein REMA-Objektiv wird durch Einführung weniger (3-5 Stück) Asphären (7, 11, 17) bei hochwertiger Korrektion mit geringer Linsenzahl (bis 10) und wenig Glasweg (25-30 % maximal des Objekt-Retikel-Abstands) realisiert, so daß der Wirkungsgrad erhöht ist.

Description

Beschreibung :
REMA-Objektiv für Mikrolithoqraphie-Proiektionsbelichtunαs- anlaαen
Die Erfindung betrifft ein REMA-Objektiv. Dies ist ein Objektiv, mit dem eine Retikel-Maskiereinrichtung (REMA) in die Ebene des Retikels, das die strukturierte Maske für die Lithographie trägt, abgebildet wird. Der auf dem Retikel ausgeleuchtete Bereich wird damit scharf berandet . Gewöhnlich ist die Retikel-Maskiereinrichtung mit verstellbaren Schneiden aufgebaut. Die Abbildung ist normalerweise vergrößernd.
Ein REMA-Objektiv gelangt in Mikrolithographie-Projektions- belichtungsanlagen (Stepper oder Scanner) zum Einsatz.
Aus DE-U 94 09 744 ist eine Beleuchtungseinrichtung für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage bekannt, bei der in angegebener Reihenfolge vorgesehen sind: Lichtquelle, Verschluß, Einkoppelobjektiv (Zoom-Axicon) , Glasstab als Integrator, Retikel-Masking-System, REMA-Objektiv zur Abbildung der im Retikel-Masking-System liegenden Zwischenfeldebene auf das Retikel, enthaltend eine erste Linsengruppe, eine Pupillen- Zwischenebene, eine zweite Linsengruppe, einen Umlenkspiegel, eine dritte Linsengruppe und die Retikel -Ebene mit dem Retikel. Danach folgt ein Projektionsobjektiv, das normalerweise verkleinert und - zum Beispiel bei nicht telezentrischem Eingang - eine innenliegende Pupillenebene enthält, dann der afer in der Bildebene.
In dem System nach EP 0 526 242 AI ist nach dem Integrator, hier ein Wabenkondensor, zunächst ein Projektionsobjektiv vorgesehen, bevor das Retikel-Masking-System folgt. Über zwei Linsengruppen und Spiegel ist das Retikel-Masking-System zur Retikel-Ebene optisch konjugiert, wird also abgebildet. Zugleich wird die Blende am Austritt des Integrators - die sekundäre Lichtquelle - durch die zwei Linsengruppen und Teile des Projektionsobjektivs auf die Pupille des Projektions- Objektivs abgebildet. Zu Bildfehlern wird dabei nichts ausgesagt .
In der WO 95/32446 der Anmelderin ist ein höchstaperturiges katadioptrisches Reduktionsobjektiv für die Mikrolithographie beschrieben, zu dessen Ausführungsbeispiel nach Figur 3 und Tabelle 2 das hier gezeigte Ausführungsbeispiel eines REMA- Objektivs genau passend ist.
Die erst nach dem Prioritätstag vorveröffentlichte Patentanmeldung DE-A 195 48 805 vom 27.12.1995 beschreibt REMA-Objektive mit ausschließlich sphärischen Linsenflächen. Das dortige Ausführungsbeispiel hat 13 Linsen und ist in seinen optischen Eigenscha ten dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel (Fig.l) sehr ähnlich. Beide REMA-Objektive passen hinsichtlich ihrer Pupillenfunktion hervorragend zu dem Projektionsobjektiv der WO 95/32446.
Die genannte WO-Schrift wie die DE-A 195 48 805 und die DE-U sind daher ausdrücklich Teil der Offenbarung dieser Patentanmeldung .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein REMA-Objektiv anzugeben, das erheblich weniger Grenzflächen - an denen Reflexionsverluste auftreten - und erheblich weniger Glasweg - in dem Absorption erfolgt - aufweist und somit einen wesentlich verbesserten Transmissionswirkungsgrad hat. Bei den optischen Eigenschaften können dabei keine Abstriche gemacht werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein REMA-Objektiv mit wenigen, höchstens vier bis fünf, Asphären nach einem der unabhängigen Ansprüche 1 oder 2 und durch eine komplette Projektions- belichtungsanlage nach Anspruch 16.
An sich ist bekannt, daß Asphären neue Korrekturmöglichkeiten eröffnen und dadurch Linsen eingespart werden können. Es ist aber auch klar, daß Asphären den Herstell- und Qualitätsprüfungsaufwand drastisch erhöhen, so daß sie hinsichtlich ihrer Zahl und ihrer Abweichung von der Sphärenform sparsam eingesetzt werden müssen.
Überraschend ist es gelungen, mit nur drei bis vier, höchstens fünf, Asphären, deren Abweichungen von der Sphärizität mäßig sind, die Linsenzahl und den Glasweg jeweils unter 60 % zu reduzieren. Die hohen Anforderungen an ein REMA-Objektiv werden dabei weiterhin erfüllt, der Wirkungsgrad (die Transmission) ist jedoch deutlich erhöht.
Anspruch 1 macht diese Beziehung deutlich. Anspruch 2 ist am Aufbau orientiert, mit Kondensor-, Zwischen- und Feldlinsenteil.
Die Unteransprüche 3 bis 15 betreffen vorteilhafte Ausführungs- forraen.
Anspruch 3 quantifiziert den reduzierten Glasweg auf unter 30 %, vorzugsweise unter 25 %, des Objekt-Retikel-Abstands.
Die Ansprüche 7 und 8 betreffen dabei die Anpassung an die spezielle bevorzugte Umgebung mit REMA am Ausgang eines Glasstabs bzw. mit einem verkleinernden katadioptrischen Proj ektionsobj ektiv .
Anspruch 15 beschreibt die Anpassung an die Pupillenfunktion eines Projektionsobjektivs mit sehr guter Telezentrie mit sehr geringen Abweichungen. Die geringen Abweichungen der Haupt- strahlen des Projektionsobjektivs von der Parallelität werden also vom REMA-Objektiv sehr gut getroffen.
Der unabhängige Anspruch 16 nimmt für eine gesamte Mikro- lithographie-Projektionsbelichtungsanlage diese gute Anpassung des REMA-Objektivs mit den beschriebenen wenigen Elementen an das zugehörige Projektionsobjektiv auf.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen. Figur 1 zeigt den Linsenschnitt eines REMA-Objektivs mit drei Asphären;
Figur 2 zeigt ein Mikrolithographie-Projektionsbelichtungs- system schematisch;
Figur 3 zeigt eine vorgegebene Pupillenfunktion;
Figur 4 zeigt im Beispiel realisierte Abweichungen der Pupillenfunktion zu Figur 3; und
Figur 5 zeigt den Linsenschnitt eines anderen Ausführungs- beispiels mit vier Asphären.
Das Ausführungsbeispiel eines REMA-Objektivs mit dem Linsenschnitt der Figur 1 hat die Daten der Tabelle 1. Es besteht aus einem Kondensorteil 100, ausgebildet als Teilobjektiv, vor der Aperturblende 8, einem Zwischenteil 200 und einem Feldlinsenteil 300. In jedem dieser Teile ist eine Asphäre 7, 11, 17 vorgesehen. Das REMA-Objektiv hat also nur sieben Linsen. Die planen Flächen 9 und 14 haben nur Platzhalterfunktion. Im Bereich von 14 kann ein Umlenkspiegel (240 in Fig. 2) angeordnet werden.
Die Beschreibung der asphärischen Flächen erfolgt nach der Formel: p(h) = (h2/R + V" R2- (l+k)h2) + cl h4 + .. + cn h2n+2 . Dabei ist p die Pfeilhöhe, h der Abstand zur optischen Achse, R der Scheitelradius, k die konische Konstante und cl bis cn sind die Asphärenkonstanten. Als asphärische Flächen werden dabei alle optischen Flächen mit einer rotationssymmetrischen Abweichung von der bestangepaßten Sphäre oberhalb von ca. 5 Mikrometer gesehen. Die nützlichen Asphärizitäten liegen vorwiegend in der Größenordnung 0,1 bis 1 mm (typisch bis 2 mm) .
Das Objektiv bildet die Objektebene 1, in der das Reticle- Masking-System angeordnet wird, mit dem Objekt-Bild-Abstand von 1200 mm auf die Retikelebene 19 ab. Die Lufträume an der Objektebene 1, an der Blendenebene 8, zwischen dem Zwischenteil 200 und dem Feldlinsenteil 300, sowie an der Retikelebene 19 sind großzügig bemessen, so daß die dort anzuordnenden Teile - das REMA-System 90, Korrekturelemente in der Blendenebene, ein Umlenkspiegel 240 und das Handling-System 330 (vgl. Fig. 2) für das Retikel - problemlos untergebracht werden können.
Die Hauptfunktion eines REMA-Objektivs, die Abbildung einer Hell-Dunkel -Kante (Schneide der REMA-Blende) von der Objektebene 1 auf die Retikelebene 19 mit einem Kantenverlauf, dessen Helligkeitswerte 5 % und 95 % um weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 0,5 % des Bildfelddurchmessers auseinanderliegen, wird mit Abstand erfüllt:
Der Abstand ist 0,4 % des Bildfelddurchmessers von 42,1 mm. Mit dieser Angabe ist ein integrales Maß für alle Bildfehler im gesamten Bildfeld gegeben, welches unmittelbar an der Funktion des REMA-Ob ektivs orientiert ist.
Diese gute Korrektur ist schwierig, da das REMA-Objektiv den beträchtlichen Lichtleitwert von 11,4 mm (Produkt aus dem Objektfelddurchmesser 19 mm und der objektseitigen numerischen Apertur NAO = 0,6) aufweist. Generell sind für derartige Objektive Lichtleitwerte größer als 10 mm erforderlich.
Die Vergrößerung des REMA-Objektivs ist 4,444 : 1.
Eine weitere Kernfunktion des REMA-Objektivs ist es , daß in jedem Punkt der Bildebene 19 der ankommende Hauptstrahl, d.h. der Schwerstrahl des auftreffenden Lichtkegels, sich nur wenig vom vorgegebenen Hauptstrahl eines nachfolgenden Projektionsobjektivs unterscheidet, und zwar um weniger als 3 mrad. Das ist gleichbedeutend mit der Forderung, daß in der Retikelebene 19 eine vorgegebene Pupillenfunktion - siehe Fig. 3 -, mit geringsten Abweichungen reproduziert werden muß. Wie Figur 4 zeigt, wird dies einwandfrei erreicht. In Figur 3 ist der Sinus des HauptStrahlwinkels sin(i) als Funktion der Bildhöhe YB in der Retikelebene 19 dargestellt, in der Figur 4 entsprechend die Abweichung sin(i), welche in einem Band von +/- 0,11 mrad um Null liegt.
Es wird von der Anpassung an doppeltelezentrische Projektions- objektive ausgegangen, so daß das REMA-Objektiv bildseitig ebenfalls mit hoher Güte telezentrisch ist. Auch objektseitig ist es absolut telezentrisch.
Für die Anpassung maßgeblich ist die Ausführung der Feldlinsengruppe 300. Sie ist im Beispiel reduziert auf das Minimum von zwei Linsen, der Sammellinse 15, 16 und der zerstreuenden Linse 17, 18. Die dabei notwendige Asphäre - sonst wären viele sphärische Elemente erforderlich - ist die Fläche 17. In diesem Bereich sind die Hauptstrahlhöhen größer als die Randstrahl- höhen .
Eine der Flächen, vorzugsweise die letzte Fläche 18, kann auch plan gemacht werden, so daß sie geeignet ist, einen Graufilter zur Steuerung der Intensitätsverteilung auf dem Retikel als dünne Schicht zu tragen.
Der Kondensorteil 100 ist als Teil-Objektiv ausgebildet, dessen Objektebene im Unendlichen liegt. Die Blende liegt in der Objektebene 1 des Gesamtobjektivs und die Bildebene in der Blende 8 des Gesamtobjektivs. Die Randstrahlen des Teilobjektivs entsprechen damit telezentrischen Hauptstrahlen des Gesamtobjektivs, die Hauptstrahlen des Teilobjektivs entsprechen den Randstrahlen des Gesamtobjektivs.
Das Bild dieses Teilobjektivs (Kondensorteil 100) in der Ebene der Blende 8 soll möglichst gut korrigiert sein, da damit in dieser Ebene 8 Korrekturelemente untergebracht werden können und eine saubere Blendenfunktion erreicht wird. Demgemäß wird die Koma, ausgedrückt als Querabweichung, in ihrem Maximalwert kleiner als 1 %, vorzugsweise kleiner als 0,2 %, des Bildfelddurchmessers dieser Teilabbildung gemacht. Im Beispiel erreicht werden 0,08 %. Dazu enthält das Kondensorteil mindestens eine zum Objekt 1 hin krumme Hohlfläche, für die das Öffnungsverhältnis von Krümmungsradius zu Linsendurchmesser nahe beim Minimum von 0,5 für die Halbkugel liegt. Im Beispiel ist der Wert an der Fläche 2 gleich 0,554. Generell ist er kleiner als 0,65 zu wählen.
Bei Verwendung von einer (wie in Figur 1) Asphäre 7 bis zweier Asphären reichen nun drei (2/3, 4/5, 6/7) bis vier Linsen zur Realisierung dieser Funktionen des Kondensorteils 100.
Der Zwischenteil 200 weist ebenfalls eine Asphäre 11 auf. Er kommt jetzt mit einem Linsenpaar 10/11, 12/13 aus, wobei die Fläche 13 folgende Bedingung erfüllt :
Sie ist eine krumme Hohlfläche mit |sin(iRancj) | ≥ 0,8 NAO. Diese Fläche 13 bewirkt also eine starke Brechung im Randbereich. Für das erfindungsgemäße REMA-Objektiv typisch ist dieser Randstrahlwinkel jedenfalls größer als 0,6 NAO.
Das erfindungsgemäße REMA-Objektiv weist also alle Funktionen des REMA-Objektivs nach der DE 195 48 805.9 auf, die Ausführung des Beispiels nach Figur 1 kann das dortige Ausführungsbeispiel der Figur 1 unmittelbar substituieren. Drastisch ist aber die Wirkung der wenigen Asphären 7, 11, 17:
Der Kondensorteil 100 schrumpft von 5 auf 3 Linsen, der Zwischenteil 200 kommt mit nur noch 2 nach 4 Linsen aus, und im Feldlinsenteil 300 halbiert sich die Linsenzahl ebenso auf 2. Insgesamt sind bei diesem Beispiel nur noch 7 Linsen vorhanden (maximal 10 bei anderen Ausführungen) .
Der Glasweg, also die Summe aller Glasdicken der Linsen auf der optischen Achse, beläuft sich hier nur noch auf 235 mm gegenüber 396 mm bei der älteren Anmeldung, bei einem Objektiv- Bild-Abstand 1-19 von 1200 mm in beiden Fällen. Der Glasweg wird also um über 40 % reduziert, der Anteil an der Schnitt- weite beträgt nur noch 20 %, auch bei anderen Ausführungen stets nur bis zu 25-30 % der Schnittweite. Die Transmission von hochwertigem Quarzglas bei 248 nm ist ca. 99,9 %/cm. Durch Alterungsprozesse (Strahlungsschäden, Farbzentrenbildung) reduziert sich der Wert im Lauf des Betriebs. An den Glas-Luft-Grenzschichten können mit hochwertigen Antireflexschichten bei 248 nm Transmissionsgrade von ca. 99,5 % erreicht werden.
Während das REMA-Objektiv nach DE 195 48 805.9 damit maximal 84,4 % Transmissionswirkungsgrad erreicht, liegt der Wert beim Beispiel Figur 1 immerhin bei 91,1 %.
Noch wichtiger wird diese Verbesserung des Transmissions- Wirkungsgrades bei Systemen für niedrigere Wellenlängen, beispielsweise 193 nm, da dort die Transmission von Quarz (und auch von möglichen Alternativen) deutlich abfällt und die Ausführung von Antireflexschichten schwieriger ist. Gleichzeitig fallen die Materialkosten noch mehr ins Gewicht und wird die Laserleistung teurer und damit werden auch die Licht- Verluste teurer.
Da die vorliegende Konstruktion unter Berücksichtigung des geänderten Brechungsindex an die Verhältnisse bei anderen, speziell niedrigeren, Wellenlängen angepaßt werden kann, ist die Erfindung für diese Entwicklung zu niedrigeren Wellenlängen besonders wertvoll .
Figur 2 zeigt einen schematischen Überblick über den optischen Teil einer gesamten Projektionsbelichtungsanlage (Wafer- Stepper) , in die das erfindungsgemäße REMA-Objektiv 123 integriert ist .
Ein KrF-Excimer-Laser 50 mit 248 nm Wellenlänge dient als Lichtquelle. Eine Einrichtung 60 dient zur Strahlformung und Kohärenzreduktion. Ein Zoom-Axicon-Objektiv 70 ermöglicht die bedarfsgerechte Einstellung verschiedener Beleuchtungsarten. Es ist, wie die gesamte Anordnung (außer den erfindungsgemäßen Merkmalen des REMA-Objektivs 123) beispielsweise aus der EP-A 0 687 956 oder aus DE-U 94 09 744 (beide von der Anmelderin) bekannt. Das Licht wird in den Glasstab 80 eingekoppelt, der zur Mischung und Homogenisierung dient.
Unmittelbar daran schließt das Retikel-Maskierungssystem 90 an, das in der Objektebene 1 des REMA-Objektivs 123 liegt. Dieses besteht aus der ersten Linsengruppe 100, der Pupillenebene (Blendenebene) 14, der zweiten Linsengruppe 200, dem Umlenkspiegel 240, der dritten Linsengruppe 300 und der Bildebene 33. Hier ist das Retikel 330 angeordnet, das von der Wechsel- und Justiereinheit 331 präzise positioniert wird. Es folgt das katadioptrische Projektionsobjektiv 400 nach WO 95/32446 mit der Pupillenebene 410. Die Eintrittspupille liegt im Ausführungsbeispiel der Tabellen 1 und 2 allerdings nahezu im Unendlichen vor dem Projektionsobjektiv. In der Bildebene ist der Wafer 500 angeordnet.
Figur 5 zeigt den Linsenschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels mit 4 Asphären 505, 509, 514, 520 und insgesamt 18 Grenzflächen von 8 Linsen und einer Planplatte 521, 522. Tabelle 2 gibt dazu die Abmessungen an. Die Flächen 511 und 516 haben nur Statthalterfunktion. Abbildungsmaßstab (4,730 : 1) und Bildfeld (Durchmesser 127 mm) unterscheiden sich hier nicht wesentlich vom Beispiel Figur 1. Größer ist allerdings der Lichtleitwert mit 16,2 mm.
Auch hier ist schon die Linsenzahl und der Glasweg mit 22 % des Objekt-Bild-Abstands gegenüber einem rein sphärischen Design drastisch reduziert. Wie der Vergleich mit Figur 1 zeigt, birgt aber gerade der Kondensorteil 550 mit hier 4 Linsen, davon 2 Asphären 505, 509, noch Verbesserungsmöglichkeiten. Trotzdem ist die Verbesserung im Vergleich zum rein sphärischen REMA- Objektiv schon beträchtlich, bei mäßigem Einsatz von Asphären. Tabelle 1
Maßstab: 4,444 : 1 Wellenlänge: 248,33 nm
Radius Dicke Material
1 55,240 2 -38,258 46,424 Quarz 3 -66,551 ,633 4 881,696 45,341 Quarz 5 -190,791 , 924
374,111 47,958 Quarz
7 -287,518 222,221 8 Blende 17, 900 9 00 79,903 10 164,908 52,350 Quarz 11 •1246,141 27,586 12 280,226 19,580 Quarz 13 114,495 133,941 14 oo 365,253 15 -216,480 12,551 Quarz 16 -113,446 1,399 17 -329, 056 10,797 Quarz 18 -552,687 60, 000 19 oo ,000
Fläche Asphärische Konstanten
7 K = -,00640071 Cl = ,347156E-07 C2 = , 802432E-13 C3 = -,769512E-17 C4 = , 157667E-21
11 K = +,00104108 Cl = ,431697E-07 C2 ,564977E-13 C3 = -,125201E-16 C4 = ,486357E-21
17 K = +,00121471 Cl = -,991033E-07 C2 = -,130790E-11 C3 = -,414621E-14 C4 = ,200482E-17 C5 = -,392671E-21 Tabelle 2
Maßstab : 4 , 730 Wellenlänge : 248 , 33 nm
Radius Dicke Material
501 00 49,615
502 -36,076 39,343 Quarz
503 -58,772 7,280
504 769,933 46,491 Quarz
505 -154,827 24, 882
506 251,853 42,379 Quarz
507 -5038,206 177, 092
508 1206,092 26,134 Quarz
509 -382,601 2,521
510 Blende 16,000
511 00 48,808
512 220,678 54,515 Quarz
513 -329,344 23,787
514 -2544,603 12,265 Quarz
515 107,244 178, 887
516 00 312,788
517 -634,092 24,232 Quarz
518 -177,052 24,158
519 -1168,238 15,641 Quarz
520 -3520,690 9,182
521 00 4,000 Quarz
522 00 60,000
523 00 ,000
Fläche Asphärische Konstanten
505 K = -,11512040 Cl = , 36489383E-07 C2 = , 16169445E-11 C3 = -,70228033E-16 C4 = , 36695356E-20
509 K = -,01464591 Cl = , 37060030E-07 C2 = , 92577260E-12 C3 = -, 10037407E-16 C4 = , 29843433E-20
514 K = +,00003903 Cl = - , 13705523E-08 C2 = - , 90824867E-12 C3 = ,81297785E-16 C4 = - , 56418498E-20
520 K = -,000150010 Cl = , 17085177E-07 C2 = , 18373060E-10 C3 = -,49871601E-14 C4 = , 61193181E-18 C5 = -,23186913E-22

Claims

Patentansprüche :
1. REMA-Objektiv mit drei- bis achtfacher Vergrößerung, einem Lichtleitwert größer als 10 mm, bei dem die Abbildung einer Hell-Dunkel-Kante von der Objektebene (1) auf die Retikelebene (19) einen Kantenverlauf ergibt, dessen Helligkeitswerte 5 % und 95 % um weniger als 2 %, vorzugsweise weniger als 0,5 %, des Bildfelddurchmessers auseinanderliegen, dadurch gekennzeichnet, daß nicht mehr als 10 Linsen, dabei 1 bis 5, vorzugsweise 3 bis 4, asphärische Flächen (7, 11, 17), vorgesehen sind.
2. REMA-Objektiv, das eine in endlichem Abstand liegende Objektebene (1) auf eine Retikelebene (19) abbildet, mit einem Kondensorteil (100) , ausgebildet als vorderes Teilobjektiv, dessen Bildebene im Unendlichen liegt, dessen Blende in der Objektebene (1) des gesamten REMA-Objektivs liegt, mit einem Zwischenteil (200) und mit einem Feldlinsenteil (300) , dadurch gekennzeichnet, daß Kondensorteil (100), Zwischenteil (200) und Feldlinsenteil (300) je eine bis zwei asphärische Linsenflächen (7, 11, 17) enthalten, wobei insgesamt nicht mehr als fünf, vorzugsweise nicht mehr als vier, asphärische Flächen (7, 11, 17) vorhanden sind, und daß die Gesamtzahl der Linsen maximal 10 ist.
3. REMA-Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasweg in den Linsen maximal 30 %, vorzugsweise maximal 25 %, des Abstandes von Objektebene (1) und Retikelebene (19) beträgt.
4. REMA-Objektiv nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine optische Fläche mit einem größten Betrag des Sinus des Auftreffwinkels gegen die Flächennormale eines Randstrahls in Luft (|sin (iR ndH) größer als das 0,6-fache, vorzugsweise größer als das 0,8-fache der objektseitigen numerischen Apertur (NAO) vorhanden ist.
5. REMA-Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Teilobjektiv (100) enthält, welches eine hinsichtlich der Koma korrigierte Pupillenebene (14) erzeugt.
6. REMA-Objektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilobjektiv (100) mindestens eine zur Objektebene (1) hin gekrümmte Hohlfläche (4) aufweist, an der das Öffnungsverhältnis von Krümmungsradius zu Linsendurchmesser kleiner als 0,65 ist.
7. REMA-Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Mikrolitho- graphie-Projektionsbelichtungsanlage, in der die Retikel- Maskierung (90) am Ausgang eines Glasstabs (80) angeordnet ist .
8. REMA-Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Mikrolitho- graphie-Projektionsbelichtungsanlage, in der das Projektionsobjektiv (400) ein verkleinerndes katadioptrisches Objektiv ist.
9. REMA-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Kondensorteil (100), ausgebildet als vorderes Teilobjektiv, dessen Bildebene im Unendlichen liegt, dessen Blende in der Objektebene (1) des gesamten REMA- Objektivs liegt, einem Zwischenteil (200) und einem Feldlinsenteil (300) aufgebaut ist.
10. REMA-Objektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es drei- bis achtfache Vergrößerung aufweist.
11. REMA-Objektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Bildfelddurchmesser größer als 80 mm aufweist.
12. REMA-Objektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine bildseitige numerische Apertur von über 0,10 aufweist .
13. REMA-Objektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Lichtleitwert größer als 10 mm hat.
14. REMA-Objektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung einer Hell-Dunkel-Kante von der Objektebene
(1) auf die Retikelebene (19) einen Kantenverlauf ergibt, dessen Helligkeitswerte 5 % und 95 % um weniger als 2 %, vorzugsweise weniger als 0,5 %, des Bildfelddurchmessers auseinanderliegen .
15. REMA-Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß es eine vorgegebene Pupillenfunktion mit Werten des sin (i) im Bereich ± 10 mrad mit Abweichungen unter + 1 mrad, insbesondere unter ± 0,3 mrad reproduziert .
16. Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung enthaltend ein vergrößerndes REMA- Objektiv (123) und mit einem verkleinerndem Projektionsobjektiv (400) , wobei die Pupillenebene (12) des REMA- Objektivs (123) in die Pupillenebene (410) des
Projektionsobjektivs (400) abgebildet wird und in jedem Punkt der Retikelebene (330) der ankommende Hauptstrahl des REMA-Objektivs (123) nur weniger als 3 mrad, vorzugsweise weniger als 0,3 mrad, vom Hauptstrahl des Projektionsobjektivs (400) abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß das REMA-Objektiv (123) maximal 10 Linsen mit maximal 5, vorzugsweise maximal 4, asphärischen Flächen aufweist.
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