WO2005050321A1 - Refraktives projektionsobjektiv für die immersions-lithographie - Google Patents

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WO2005050321A1
WO2005050321A1 PCT/EP2003/011677 EP0311677W WO2005050321A1 WO 2005050321 A1 WO2005050321 A1 WO 2005050321A1 EP 0311677 W EP0311677 W EP 0311677W WO 2005050321 A1 WO2005050321 A1 WO 2005050321A1
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WO
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lens
projection lens
lens group
projection
lenses
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PCT/EP2003/011677
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Aurelian Dodoc
Wilhelm Ulrich
Hans-Jürgen Rostalski
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G—PHYSICS
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    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes

Definitions

  • the invention relates to a refractive projection objective for imaging a pattern arranged in an object plane of the projection objective into an image plane of the projection objective with the aid of an immersion medium which is arranged between a last optical element of the projection objective and the image plane.
  • Photolithographic projection lenses have been used for the manufacture of semiconductor devices and other finely structured components for several decades. They serve to project patterns of photomasks or graticules, which are also referred to below as masks or reticles, onto an object coated with a light-sensitive layer with the highest resolution on a reducing scale.
  • the projection lenses suitable for this are called immersion lenses or immersion systems.
  • the empirical constants ki and k 2 are process-dependent.
  • the invention has for its object to provide a refractive projection lens suitable for immersion lithography, which has a compact size and can be produced with a reasonable use of materials.
  • a refractive projection objective for imaging a pattern arranged in an object plane of the projection objective into the image plane of the projection objective with the aid of an immersion medium which is arranged between a last optical element of the projection objective and the image plane, a first lens group following the image plane with negative refractive power; a subsequent second lens group with positive refractive power; a subsequent third lens group with negative refractive power; a subsequent fourth lens group with positive refractive power; a subsequent fifth lens group with positive refractive power; and a system diaphragm which is arranged in a transition region from the fourth lens group to the fifth lens group, the fourth lens group having an entrance surface which is in the vicinity of an inflection point of an edge ray height between the third lens group and the fourth lens group and between the entrance surface and the system diaphragm no negative lens with substantial refractive power is arranged.
  • a "negative lens with substantial refractive power” in the sense of the invention is a lens with a diverging effect that is significant for the optical design.
  • this includes negative lenses with a refractive power ⁇ , for which:
  • An edge ray height is the vertical distance between an edge ray and the optical axis, an edge ray leading from the center of the object field to the aperture edge of the system aperture determining the numerical aperture used.
  • no negative lens is provided at all between the entrance surface of the fourth lens group and the system diaphragm, so that only positive lenses are seated in this area, which counteract an excessive enlargement of the beam diameter in the divergent beam path behind the entrance surface.
  • the maximum diameter of the lenses in this area can be limited to practical dimensions.
  • “Relatively large beam diameters” in the sense of this application are present in particular if the edge beam height on a lens is at least as large as half the edge beam height on the system diaphragm.
  • the invention takes into account that the negative effect of a negative lens may be desired for reasons of correction that however any distracting effect behind the negative lens tends to lead to larger lens diameters than would be necessary in the absence of a negative lens.
  • the rays of the beam bundle must be brought together in the direction of the subsequent image plane, which requires positive refractive power.
  • the positive lenses required for this can total be designed to be more moderate if the diverging effect of negative lenses does not also have to be compensated for when the beams are brought together.
  • the number of lenses can be limited. The invention thus enables compact projection objectives m with minimal lens mass.
  • no negative lens is arranged between the system diaphragm and the image plane.
  • This area can therefore only be constructed with positive lenses, which can optionally be supplemented by an approximately or completely plane-parallel plate.
  • the refractive power distribution according to the invention on the individual lens groups results in a projection lens with two bellies and a waist lying between them, whereby a good correction of the field curvature is achieved.
  • the number of changes between lenses of negative and positive refractive power necessary for the optical correction is limited to a minimum.
  • a constriction location with a minimal beam diameter exists in the region of the third lens group. Between this constriction location and the image plane there is only one pair of lenses with immediately successive lenses with ⁇ j * ⁇ i + ⁇ ⁇ 0, where ⁇ j and ⁇ + ⁇ are the refractive powers of the lenses of the lens pair and
  • a second optical material can be used to avoid these additional conditions.
  • DUV deep ultraviolet
  • fluoride crystal materials such as calcium fluoride (CaF 2 ) or barium fluoride (BaF 2 ), as the second type of material.
  • CaF 2 calcium fluoride
  • BaF 2 barium fluoride
  • the targeted use of calcium fluoride at 193 nm can also help to ensure a longer lifespan of the objective, since in calcium fluoride the changes in density observed with synthetic quartz glass do not occur at high radiation densities.
  • the fluoride crystal materials that can be used in addition to synthetic quartz glass have considerable disadvantages. On the one hand, they are only available to a limited extent, so the procurement costs are high. In addition, some physical and chemical properties make optics production difficult. Therefore, aspherical surfaces are used to support image correction in some embodiments.
  • the first lens group contains at least one aspherical surface, wherein at least two aspherical surfaces are preferably provided in the first lens group.
  • the first lens group preferably contains at least two lenses, each with an aspherical surface. The distribution of aspheres over several lenses simplifies the production, since large surface deformations can be avoided.
  • At least one aspherical surface is arranged in a first lens area near the field, in which the main beam height is large compared to the marginal beam height, which has a curvature which has at most one turning point in an optically usable area.
  • two such surfaces can be provided. More than three surfaces with one or more turning points should be avoided.
  • Aspherical surfaces that have no or at most a turning point of the curvature in the optically usable area can be easily mastered in terms of production technology and in particular can be produced with low surface roughness.
  • At least one aspherical surface should preferably occur in the first lens region. Furthermore, it is advantageous if all aspheres of the first lens region satisfy the condition
  • the parameter C1 j thus represents the main component for deformations of aspheres.
  • aspherical surfaces with an optically usable diameter of more than 20% of the overall length (distance from object plane to image plane) of the projection objective are concave. With some performance forms, this applies to all aspherical surfaces. If this condition is met, the asphere can be checked with sufficient accuracy with reasonable effort.
  • the distortion correction it has proven to be advantageous if at least two aspherical surfaces are arranged in a second lens region, which extends between the object plane and a region in which the main beam height essentially corresponds to the marginal beam height, whose aspherical contributions to the distortion have opposite signs.
  • This contribution can be determined according to (8 * C1 + k * c 3 ) (n - n ') yy p 3 , where C1 the aspheres coefficient, k the conical constant of the asphere, c the curvature, n and n' the refractive indices and after the surface, y is the paraxial edge ray height on the surface and y p is the paraxial main ray height on the surface.
  • an advantageous decoupling of optical means for providing object-side telecentricity and for correcting distortions can be achieved in that the condition 0.9 * PSA31 ⁇ PSA3 ⁇ 1, 1 * PSA31 is fulfilled for the spherical pupil aberration PSA.
  • PSA31 is the sum of the partial surface coefficients of the spherical pupil aberration of all surfaces within the first lens area
  • PSA3 is the sum of the partial surface coefficients of the spherical pupil aberration of all surfaces of the system. If this condition is met, it can be achieved that the pupil aberrations are mainly concentrated in the first lens area near the object plane. This is beneficial for the decoupling between telecentricity and distortion influencing.
  • projection lenses according to the invention have an object image distance L, a focal length f and use one Immersion medium with a refractive index n ⁇ , the following condition being fulfilled: L / f * ni> 2.5. If this condition is met, compact systems with small focal lengths are possible.
  • the system diaphragm can be a flat system diaphragm in which the diaphragm edge remains in a plane perpendicular to the optical axis regardless of the diaphragm diameter set.
  • the system aperture has an aperture edge that determines the aperture diameter, the axial position of which can be changed as a function of the aperture diameter in relation to the optical axis of the projection objective. This allows an optimal adjustment of the effective aperture position to the beam path depending on the aperture diameter.
  • the system diaphragm can be designed, for example, as a spherical diaphragm, in which the diaphragm edge can be moved along a spherical surface when the diaphragm diameter is adjusted.
  • the system diaphragm as a conical diaphragm, in which the diaphragm edge can be moved on a conical surface when the diaphragm diameter is adjusted. This can be achieved, for example, by means of an axially displaceable flat diaphragm.
  • the projection objectives can be adapted to an immersion fluid which has a refractive index n1> 1, 3 at the working wavelength. This can reduce the effective working wavelength by approximately 30% or more compared to systems without immersion.
  • Projection systems according to the invention can be provided for a wide range of suitable working distances.
  • the object Working distance or working distance in the object space is the (smallest) axial distance between the object plane and the entry surface of the lens, while the image-side working distance or working distance in the image space is the (smallest) axial distance between the exit surface of the lens and the image plane.
  • the working distance in the image space which is filled with gas in dry systems, is filled with an immersion medium during operation in immersion systems.
  • the working distance on the image side should be large enough to allow laminar flow of an immersion fluid. If necessary, there should also be room for measurement technology and sensors.
  • the working distance on the image side is between approximately 1 mm and approximately 15 mm, in particular between approximately 1.5 mm and approximately 10 mm.
  • values have proven to be favorable, which are between approx. 5 mm on the one hand and approx. 25% to 50% of the object field diameter on the other hand. Values below 5 mm are also possible, but here the demands on the surface quality and material quality of the first lens elements, particularly with regard to streaks, increase sharply.
  • Preferred embodiments are designed as reduction lenses.
  • the magnification is preferably in the range from 1/5 to 1/3, in particular between 1 / 4.5 and 1 / 3.5, so that in particular reductions of 5: 1 and 4: 1 are possible.
  • at least one lens doublet is provided in a transition area from the third lens group to the fourth lens group, that is to say in an area with a significantly increasing beam diameter and divergent radiation, which comprises a negative lens and a positive lens immediately following in the direction of radiation, the negative lens having an image side Concave surface and the subsequent positive lens has a concave surface on the object side. This creates a biconvex air lens between the lenses of the doublet.
  • the positive lens is a positive meniscus lens concave to the object plane with an entrance-side lens radius R1 and an exit-side lens radius R2, with the following condition: (R1 + R2) / (R1 - R2) ⁇ -1, 5.
  • R1 + R2) the entrance-side lens radius
  • R1 - R2 the exit-side lens radius
  • At least one of the lens surfaces adjacent to the air lens can be aspherical. Both interfaces are preferably aspherical.
  • At least one meniscus lens of positive or slightly negative refractive power concave to the object plane is arranged in the fourth lens group, which fulfills the condition D L / D min > 1, 3, Dmin being the smallest light bundle diameter in the fourth lens group and D L the maximum light bundle diameter in the meniscus lens.
  • all of the lenses of the projection lens are made of the same material.
  • the material can be synthetic quartz glass at working wavelengths of 193nm and Working wavelengths of 157nm calcium fluoride can be used.
  • the use of only one type of material simplifies manufacture and enables the lens design to be easily adapted to other wavelengths. It is also possible to combine several types of material, for example to support the correction of color errors.
  • the use of other UV-transparent materials such as BaF 2 , NaF, LiF, SrF, MgF 2 or the like is also possible.
  • At least two of the lens elements arranged in the immediate vicinity of the image plane consist of a fluoride crystal material with the same crystal orientation. This can improve the life of the projection lenses.
  • a fluoride crystal material for the correction of the transverse color error, it has proven to be advantageous if at least one positive lens made of a fluoride crystal material is provided in the second lens group.
  • the use of a fluoride crystal material as a lens material of a positive lens in the fourth lens group can also effectively contribute to the correction of the lateral color error.
  • the correction of the longitudinal color error can be improved if a fluoride crystal material is used as the lens material in at least one negative lens of the third lens group.
  • 1 is a lens section through a first embodiment of a refractive projection objective which is designed for a 193 nm working wavelength
  • 2 is a lens section through a second embodiment of a projection objective which is designed for a 193 nm working wavelength
  • 3 is a lens section through a third embodiment of a projection objective which is designed for a 193 nm working wavelength
  • FIG. 4 is a lens section through a fourth embodiment of a projection objective which is designed for a 193 nm working wavelength.
  • FIG. 5 is a lens section through a fifth embodiment of a projection objective, which is designed for a 193 nm working wavelength.
  • FIG. 6 is a lens section through a sixth embodiment of a projection objective which is designed for a 193 nm working wavelength.
  • optical axis denotes a straight line through the centers of curvature of the optical components. Directions and distances are described as being on the image side or image direction when they are directed in the direction of the image plane or the substrate to be exposed there and as the object side or towards the object if they are directed with respect to the optical axis to the object.
  • the object is a mask (reticle) with the pattern of an integrated circuit, but it can also be a different pattern, for example one
  • the image is in the examples on a serving as a substrate, coated with a photoresist layer ten wafers are formed, but other substrates are also possible, for example elements for liquid crystal displays or substrates for optical gratings.
  • the stated focal lengths are focal lengths with regard to air.
  • the first lens group LG1 following the image plane 2 has negative refractive power.
  • a subsequent second lens group LG2 has positive refractive power.
  • a subsequent third lens group LG3 has negative refractive power.
  • a subsequent fourth lens group has positive refractive power.
  • a subsequent fifth lens group LG5 has positive refractive power.
  • the image plane immediately follows the fifth lens group, so that the projection lens has no further lens or lens group apart from the first to fifth lens groups.
  • This refractive power distribution creates a two-belly system which has an object-side abdomen 6, an image-side abdomen 8 and an intermediate waist 7 in which a constriction location X with a minimal beam diameter lies.
  • the system diaphragm 5 lies in the area of relatively large beam diameters.
  • the image that is possible with the projection lens can be characterized by the course of its main rays and marginal rays.
  • the main beam A here is a beam that is emitted by an external Ren edge point of the object field runs parallel or at an acute angle to the optical axis and intersects the optical axis 4 in the area of the system diaphragm 5.
  • An edge ray B leads from the center of the object field, ie from an axial field point, to the diaphragm edge of an aperture diaphragm, which normally sits at the location of the system diaphragm 5 or in its immediate vicinity.
  • a beam C that leads from an outer field point to the opposite edge of the aperture diaphragm is referred to here as a coma beam.
  • the vertical distance of these beams from the optical axis gives the corresponding beam heights h A, h B and hc
  • the fourth lens group LG4 has an entry surface E which is in the vicinity of an inflection point of an edge beam height between the third lens group LG3 and the fourth lens group LG4.
  • a first lens region LB1 begins at the object plane 2 and ends in the plane in which the edge beam B and the coma beam C intersect, so that the condition
  • the first lens region LB1 h ß / hc l ⁇ 1 is satisfied.
  • the main beam height is large compared to the edge beam height.
  • Lens surfaces arranged here are referred to as close to the field.
  • a second lens region LB2 extends from the object plane 2 to the region in which the main beam height and the marginal beam height are approximately equal in terms of amount, in particular I h ⁇ / hA I ⁇ , 2.
  • the length of the second lens region LB2 is greater than a quarter and less than half the distance L between the object plane 2 and the image plane 3. This object-image distance is also referred to as the overall length of the projection objective.
  • the first lens group LG1 has at least two negative lenses
  • the second lens group LG2 has at least three positive lenses
  • the third Lens group LG3 at least two negative lenses
  • the fourth lens group LG4 at least two positive lenses
  • the fifth lens group LG5 at least three positive lenses.
  • the first lens group LG1 following the object plane 2 is essentially responsible for the expansion of the light bundles into the first belly 6. It has a thin negative lens 11 with an aspherical entrance surface, a further thin negative lens 12 with an aspherical entrance surface and a thick double-spherical meniscus lens 13 with a concave surface on the object side and a weak refractive power.
  • the aspheres arranged close to the field on the entry surfaces of the lenses 11, 12 closest to the object effectively contribute to the good correction of the distortion and the astigmatism, but above all to the correction of the telecentricity.
  • the distribution of the asphericity on two lens surfaces of different lenses can simplify the manufacture of the lenses.
  • the second lens group LG2 consists of four positive lenses 14, 15, 16, 17, namely a meniscus lens 14 on the entrance side with an aspherical entrance surface and a concave surface on the object side, a biconvex lens 15, a thick positive meniscus 16 with an aspherical, concave exit surface and a further positive meniscus same sense of curvature of its spherical lens surfaces.
  • This structure in which the curvatures of the meniscus surfaces on the object side and image side of the biconvex lens 15 run in opposite directions and with concave surfaces facing away from one another, ensures small surface loads for the menisci and the positive lens and thus low aberrations.
  • a biconcave air lens between the biconvex positive lens 15 and the subsequent meniscus 16 provides a strong astigmatic undercorrection and thus has a favorable influence on the compensation of astigmatism contributions in the front part of the system in front of the waist 7.
  • the third lens group 3 consists of three negative lenses 18, 19, 20.
  • a biconcave lens 18 with spherical lens surfaces is arranged at a distance from the constriction location X of the smallest beam diameter.
  • a negative meniscus lens 19 with a concave, spherical entry surface and an aspherical exit surface on the object side.
  • This is followed by a biconcave negative lens 20 with a spherical entrance surface and an aspherical exit surface.
  • the aspherical surfaces on the exit sides of the lenses 19, 20 contribute significantly to the correction of the coma and astigmatism.
  • the beam has maximum divergence behind the exit-side negative lens 20 of the third lens group LG3, with very large angles of incidence of the radiation passing through occurring on the aspherical exit side of the lens 20, which produce a strong correction effect.
  • the fourth lens group LG4 comprises on its entrance side two positive meniscus lenses 21, 22 concave to the object plane, followed by a biconvex positive lens 23 immediately in front of the system diaphragm 5. Only the entrance surface of the front lens 21 is aspherical, all other surfaces of the fourth lens group are spherical. While the third lens group LG3 consists only of negative lenses and introduces a strong beam divergence, the subsequent fourth lens group LG4 consists only of positive lenses and has a strongly converging effect, so that the divergence angle to the system aperture 5 decreases rapidly.
  • an inflection point of the marginal ray height is generated between the third and fourth lens groups, in the vicinity of which the entrance surface E of the fourth lens group lies. It is a special feature of this design that no lens with a negative refractive power is arranged between this entry surface E and the system diaphragm.
  • the fifth lens group LG5 lying behind the system diaphragm 5 is essentially responsible for the generation of the high numerical aperture.
  • only collecting lenses are provided, namely a positive meniscus lens with a spherical entrance surface and aspherical exit surface that is concave on the image side, an almost plano-convex positive lens 26 with an almost planar entrance surface and a convex exit surface, and a subsequent positive meniscus lens 27 with a spherical entrance surface and on the image side concave, aspherical exit surface, another positive meniscus lens 28 with spherical entry surface and on the image side concave, aspherical exit surface and a final plano-convex lens 29 with spherical entry surface and a flat exit surface.
  • the positive lenses are spherically strongly undercorrecting and overcorrecting the coma.
  • the correction of the spherical aberration and the coma is carried out in this design both by the weakly negative-positive doublet at the transition between the third and fourth lens group, and by the near-aperture aspherical surfaces of the fourth and fifth lens group.
  • the fourth lens group LG4 and the fifth lens group LG5 in combination are responsible for achieving a good correction state of the spherical aberration and coma.
  • the system has an object-side working distance (object focal length) of 32 mm and an image-side working distance of 6 mm, which can be filled with an immersion liquid 10.
  • the system is designed in such a way that deionized water (refractive index n 1, 47) or another suitable transparent liquid with a comparable refractive index can be used as the immersion liquid at 193 nm.
  • Table 1 summarizes the specification of the design in a known manner in tabular form.
  • Column 1 gives the number a refractive or otherwise distinguished surface
  • column 2 the radius r of the surface (in mm)
  • column 4 the distance d of the surface to the subsequent surface (in mm), referred to as thickness
  • column 5 the material of the optical components.
  • Column 6 shows the refractive index of the material
  • column 7 shows the usable free radii or half the free diameter of the lenses (in mm).
  • the aspherical surfaces are marked in column 3 with "AS".
  • the numerical aperture on the image side is 1.0.
  • the lens has an overall length L (distance between image plane and object plane) of approx. 1037 mm. With an image size of approx. 22 mm, a light guide value (product of numerical aperture and image size) of approx. 22 mm is achieved.
  • the projection object has only five negative lenses, which are concentrated on the one hand near the object at the entrance (lenses 11, 12) and on the other hand in the area of the waist 7 (lenses 18, 19 and 20). There is therefore only a transition between lenses of different signs of refractive power at three points in the system, namely a negative-positive transition within the first lens group LG1 between lenses 12 and 13, a positive-negative transition between the lens groups LG2 and LG3 or lenses 17 and 18 and a negative-positive transition between lens groups LG3 and LG4. Behind the last transition, which takes place in the area of the entry surface E of the fourth lens group and defines a turning point in the course of the edge ray height behind the location X of the narrowest constriction, there are only positive lenses up to the object level.
  • the lens diameters in the second belly 8 can be kept relatively small, so that an overall low-mass construction is possible.
  • the number of lenses can be kept low; it is only 10 lenses between the location X of the narrowest constriction and the image plane and only 18 lenses in the entire system. This also promotes a low-mass, compact structure.
  • the biconcave negative lens 20 at the exit of the third lens group LG3 and the concave positive meniscus lens 21 at the entrance to the fourth lens group LG4 form a negative-positive lens doublet, which makes a significant contribution to the overall correction of the system.
  • This can be influenced by the design of the mutually facing aspherical surfaces of this lens doublet, which delimit a biconvex air lens at which high angles of incidence of the radiation occur.
  • This mainly corrects the spherical aberration of all orders.
  • other higher-order aberrations such as coma and astigmatism, are also strongly influenced.
  • the image-side surface of the lens 20 has a strongly over-correcting effect on the spherical aberration because of the high incidence angle.
  • the shape of the object-side surface of the next lens has the effect that the rays fall on it with small angles of incidence and thus only make small contributions to spherical aberration.
  • the spherical aberration is undercorrected by the gentle deflection of the rays in the lens groups LG4 and LG5, but not strong enough to exceed the over-correction. In this way, an almost perfect correction is achieved.
  • FIG. 1 A variant of the embodiment shown in FIG. 1 is explained with reference to FIG. 2.
  • the features of the basic structure are designated with the same reference numerals as in FIG. 1.
  • NA 1.1 on the image side.
  • the specification of this design is given in Tables 3 and 4.
  • the structure of the first lens group LG1 and the second lens group LG2 essentially corresponds to the first embodiment in FIG. 1.
  • the thick positive meniscus lens 16 there is in two thinner positive meniscus lenses 116, 116 'split, whereby the surface loading of the optical surfaces can be reduced.
  • the negative meniscus lens 19 has essentially been replaced by a biconcave negative lens 19, which is located closer to the location X of the smallest constriction.
  • the fourth lens group is introduced with a positive meniscus 121 concave on the object side with an aspherical entrance surface.
  • a biconvex positive lens 122 with an aspherical entrance surface a double spherical, biconvex positive lens 123 and a positive meniscus 124 with a weakly positive refractive power arranged directly in front of the system diaphragm 5.
  • the positive meniscus lens 124 sits in the weakly divergent beam path in front of the diaphragm and has a concave surface on the object side, at which relatively high incidence angles occur, which support the correction.
  • the fifth lens group LG5 consists of five positive lenses 125, 126, 127, 128 and 129.
  • a biconvex lens 125 on the entrance side with an aspherical exit surface protrudes into the area of the system diaphragm 5. This is followed by three positive meniscus lenses 126, 127, 128 concave to the image plane, the exit surfaces of the latter two lenses 127, 128 being aspherical.
  • a plano-convex lens 129 with a spherical entrance surface and a flat exit surface closes off the system on the image side.
  • An aperture diaphragm with an adjustable diaphragm diameter of this system can be designed as a spherical diaphragm in order to avoid contact with the entry side of the biconvenx lens 125 when the diaphragm is dimmed.
  • an axially movable, possibly flat, panel can be used.
  • only five negative lenses are provided, which are concentrated in two groups (input group 1 11, 1 12 and lens group LG3).
  • Input group 1 11, 1 12 and lens group LG3 As a result, there is only a change between different signs of the refractive power at three points.
  • NA 1.1
  • the number of lenses at 20 is relatively small, so that a compact, mass-optimized structure is achieved.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a projection lens according to the invention, which represents a variant of the first or second embodiments.
  • the features of the basic structure are designated with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2.
  • the specification of the design is given in Tables 5 and 6.
  • the structure of the first lens group LG1 and the second lens group LG2 essentially corresponds to the embodiment according to FIG. 2. Reference is made to the description there.
  • the entrance surface of the biconcave meniscus lens 218 is aspherical in the lenses of the third lens group LG3.
  • the subsequent negative lens 219 is designed as a meniscus with a concave surface on the object side and an aspherical exit surface and, as in the embodiment in FIG. 1, sits at a distance behind the constriction location X.
  • the structure of the fourth lens group LG4 corresponds to the structure and sequence of the lenses to the structure of the first embodiment according to FIG. 1, so that reference is made to the description there. in the In contrast to the lens group LG4 there, however, the entry side of the central positive lens 222 of this lens group is aspherical.
  • the fifth lens group LG2 consists of five positive lenses 225, 226, 227, 228, 229.
  • the thick biconvex lens 225 on the entrance side with an aspherical exit surface protrudes into the area of the system aperture 5, so that here preferably a spherical aperture or an axially displaceable aperture aperture is provided.
  • This is followed by a double-spherical, biconvex positive lens 226.
  • This is followed by two positive meniscus lenses 227, 228 concave to the image plane, the entrance surfaces of which are spherical and the exit surfaces are aspherical.
  • a plano-convex lens 229 with an aspherical entry surface and a flat exit surface closes off the system on the image side.
  • a special feature of this system in comparison to the other systems is that the diameter of the first belly on the object side is significantly smaller than the diameter of the second belly 8 on the image side. This results in a particularly strong beam divergence with high beam area in the entry area E of the fourth lens group , correction-effective incidence angles, especially at the aspherical exit of the negative lens 220.
  • the relationship between the maximum diameter of the second abdomen and the maximum diameter of the first abdomen is closely related to the color correction of the system. The smaller the diameter of the first belly, the better the correction of the transverse color error. In this embodiment, this ratio is approximately 1.37, which means that a good correction of the color error is achieved.
  • a fourth embodiment will be explained with reference to FIG. 4.
  • the features of the basic structure are denoted by the same reference numerals as in the previous embodiments.
  • the specification of this design is given in Tables 7 and 8.
  • the structure of the first lens group LG1 and the second lens group LG2 corresponds essentially to that of the third embodiment or the second embodiment, so that reference can be made to the description there.
  • the main differences are in the design of the output-side lenses 316, 316 'and 317 from LG2.
  • these lenses are designed as positive meniscus lenses with concave surfaces on the image side, the deflection differs from that of the other embodiments.
  • the positive lens 316 has a spherical entrance surface and an only slightly curved, concave exit surface. It is followed by a strongly curved meniscus 316 'with very weak refractive power and an aspherical exit side. This follows the convex, spherical entry surface of the meniscus 317, which has a concave, spherical exit surface, with the same air clearance.
  • the middle negative lens 319 there is formed by a concave meniscus on the image side with an aspherical exit surface, which is located in the immediate vicinity of the location X with the smallest constriction.
  • the transition between the third and fourth lens groups is formed by a strongly correcting lens doublet 320, 321 with mutually facing, aspherical concave surfaces, in the area of which high incidence angles occur.
  • the positive meniscus 321 convex on the image side is followed by a biconvex positive lens 322 with an aspherical entry side, a double-spherical, biconvex positive lens 323 with an almost flat exit surface, and a meniscus 324 concave to the image plane weakly negative refractive power (-0.1 1 m "1 ) and a thin, double-spherical positive meniscus 324 'with a concave surface on the object side.
  • the facing concave surfaces of the menisci 324, 324' enclose a biconvex air lens, in the area of which a small one
  • the beam path is constricted, making it much easier to correct spherical aberration and coma, which means that the diameter of the second abdomen can be reduced.
  • the structure of the fifth lens group LG5 behind the system diaphragm 5 basically corresponds to the embodiment according to FIG. 2 with regard to the type of lenses, so that reference is made to the description there.
  • novel correction means are provided which make it possible to determine the maximum diameter of the lenses of this system in comparison to the previous embodiments to reduce significantly. This promotes a low-mass, compact structure.
  • FIG. 5 A variant of the second embodiment shown in FIG. 2 is explained with reference to FIG. 5.
  • the features of the basic structure are designated with the same reference numerals as in FIG. 2, the reference numerals for the lenses are each increased by 300.
  • the type and sequence of the lenses do not differ from the embodiment according to FIG. 2, so that reference is made to the description there.
  • the specification of this design is given in Tables 9 and 10.
  • the lenses 411, 412 on the input side of the projection lens 400 are slightly thicker. talten, likewise the middle lens 419 of the third lens group LG3, which is designed here as a negative meniscus with a concave surface on the image side.
  • a special feature of this system is a significantly smaller working distance in the object space. With an object field diameter of approx. 112 mm, this is only 9.14 mm (instead of 32 mm in the second embodiment). (The object field diameter of the lenses can be found in the tables as double the free radius (1/2 through) of area no. 0).
  • the correcting influence of the first lens group LG1 on the curvature of the image field is increased by the smaller working distance on the object side. This enables a particularly relaxed construction of the third lens group LG3 with a simultaneous reduction in the aberration contributions. In addition, the telecentricity and distortion can be corrected better.
  • the system according to FIG. 5 is generally more relaxed and easier to correct compared to the system according to FIG. 2.
  • the use of the object focal length (object-side working distance) as a corrective means can be explained as follows: With the reduction of the object focal length, on the one hand, the influence of the first lens group with negative refractive power on the curvature of the image field is increased. This allows the third lens group (waist) to be more relaxed, while at the same time reducing its aberration contributions. On the other hand, telecentricity and distortion can be influenced more and thus corrected. A certain separation of telecentric correction and distortion correction is possible. A short working distance in the object space not only allows the front lenses to come closer to the object, but also the aspheres that are carried by them. This additionally reinforces their corrective effect on the field-dependent aberrations.
  • the minimum distance value should be set so that the subapertures on a front sphere are large enough so that the specification of the surface quality can still be accommodated in the error budget.
  • FIG. 6 A variant of the first embodiment shown in FIG. 1 is explained with reference to FIG. 6.
  • the features of the basic structure are designated by the same reference numerals as in FIG. 1.
  • the lenses have corresponding reference numerals, increased by 500.
  • the specification of this design is given in Tables 11 and 12.
  • the fourth lens 514 following the object plane is not designed as a positive meniscus, but almost as a plano-convex lens.
  • the middle lens 519 of the third lens group sits in the middle between the adjacent negative lenses and is not designed as a meniscus lens, but rather as a biconcave lens.
  • all lens elements are positive Meniscus lenses designed with concave surface on the image side. This reduces the diameter in the second belly and at the same time creates a larger range of movement for the system cover.
  • An essential difference from the embodiment according to FIG. 1 is the very small working distance in the image space, which here is only 1.73 mm (in contrast to approximately 13 mm in FIG. 1). This reduces transmission problems in the immersion medium.
  • the invention also relates to a projection exposure system for microlithography, which is characterized in that it contains a refractive projection objective in accordance with the invention.
  • the projection exposure system preferably also has devices for introducing and holding an immersion medium, for example a liquid of suitable refractive index, between the last optical surface of the projection objective and the substrate to be exposed.
  • an immersion medium for example a liquid of suitable refractive index
  • Also included is a method for producing semiconductor components and other finely structured components, in which an image of a pattern arranged in the object plane of a projection objective is imaged in the region of the image plane, with a light wavelength of the working wavelength arranged between the projection objective and the substrate to be exposed transparent immersion medium is irradiated.

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Abstract

Ein für die Immersions-Mikrolithographie geeignetes, rein refraktives Projektionsobjektiv ist als Ein-Taillen-System mit fünf Linsengruppen ausgelegt, bei dem eine erste Linsengruppe mit negativer Brechkraft, eine zweite Linsengruppe mit positiver Brechkraft, eine dritte Linsengruppe mit negativer Brechkraft, eine vierte Linsengruppe mit positiver Brechkraft und eine fünfte Linsengruppe mit positiver Brechkraft vorgesehen sind. Die vierte Linsengruppe hat eine Eintrittsfläche (E), die in der Nähe eines Wendepunktes einer Randstrahlhöhe zwischen der dritten Linsengruppe (LG3) und der vierten Linsengruppe (LG4) liegt. Zwischen der Eintrittsfläche und der Systemblende (5) ist keine Negativlinse mit substantieller Brechkraft angeordnet ist. Ausführungsformen erfindungsgemässer Projektionsobjektive erreichen eine sehr hohe numerische Apertur NA > 1 bei grossem Bildfeld und zeichnen sich durch eine kompakte Baugrösse aus. Bei Verwendung von Immersionsfluiden zwischen Projektionsobjektiv und Substrat sind bei Arbeitswellenlängen unterhalb 200nm Strukturbreiten deutlich unter 100nm auflösbar.

Description

Beschreibung
REFRAKTIVES PROJEKTIONSOBJEKTIV FÜR DIE IMMERSIONS-LITHOGRAPHIE
Die Erfindung bezieht sich auf ein refraktives Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in eine Bildebene des Projektionsobjektives mit Hilfe eines Immersionsmediums, welches zwischen einem letzten optischen Element des Projektionsobjektivs und der Bildebene angeordnet ist.
Photolithographische Projektionsobjektive werden seit mehreren Jahrzehnten zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen verwendet. Sie dienen dazu, Muster von Photomasken oder Strichplatten, die nachfolgend auch als Masken oder Reti- kel bezeichnet werden, auf einen mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichteten Gegenstand mit höchster Auflösung in verkleinerndem Maßstab zu projizieren.
Zur Erzeugung immer feiner Strukturen in der Größenordnung von 100nm oder darunter tragen vor allem drei parallel verlaufende Entwicklungen bei. Erstens wird versucht, die bildseitige numerische Apertur (NA) der Projektionsobjektive über die derzeit üblichen Werte hinaus in den Bereich von NA=0,8 oder darüber zu vergrößern. Zweitens werden immer kürzere Wellenlängen von Ultraviolettlicht verwendet, vorzugsweise Wellenlängen von weniger als 260nm, beispielsweise 248nm, 193nm, 157nm oder darunter. Schließlich werden noch andere Maßnahmen zur Auflösungsvergrößerung genutzt, beispielsweise phasenschiebende Masken und/oder schräge Beleuchtung. Es gibt auch schon Ansätze, die erzielbare Auflösung dadurch zu verbessern, dass in den Raum zwischen dem letzten optischen Element des Projektionsobjektives und dem Substrat ein Immersionsmedium mit hohem Brechungsindex eingebracht wird. Diese Technik wird hier als Immersions-Lithographie bezeichnet. Die hierfür geeigneten Projektionsobjektive werden als Immersionsobjektive oder Immersionssysteme bezeichnet. Durch Einbringung des Immersionsmediums ergibt sich eine effektive Wellenlänge λΘff = λ0/n , wobei λ0 die Vakuum- Arbeitswellenlänge und n der Brechungsindex des Immersionsmediums ist. Daraus ergeben sich eine Auflösung R = ki (λeff/NA0) und eine Schärfentiefe (depth of focus, DOF) DOF = + k2 (λeff/NA0 2), wobei NA0 = sin Θ0, die „trockene" numerische Apertur und Θ 0 der halbe Öffnungswinkel des Objektives ist Die empirischen Konstanten k-i und k2 sind prozessabhängig.
Die theoretischen Vorteile der Immersions-Lithographie liegen in der Verringerung der effektiven Arbeitswellenlänge und der damit verbesserten Auflösung. Dies kann bei unveränderter Vakuum-Wellenlänge erreicht werden, so dass für die entsprechende Wellenlänge etablierte Techniken zur Lichterzeugung, zur Wahl von optischen Materialien, zur Beschichtungstechnik etc. weitgehend unverändert übernommen werden können. Allerdings sind Maßnahmen zur Bereitstellung von Projektionsobjektiven mit höchsten numerischen Aperturen im Bereich von NA = 1 oder darüber erforderlich. Weiterhin müssen geeignete Immersionsmedien verfügbar sein.
Für 193 nm zeichnet sich Reinstwasser mit nι ~ 1 ,43 als geeignetes Immersionsmedium ab.
In dem Artikel „Immersion Lithography at 157nm" von M. Switkes und M. Rothschild, J. Vac. Sei. Technol. B 19(6), NovJDec. 2001 , Seiten 1ff werden Immersionsflüssigkeiten auf Basis von Perfluorpolyethem (PFPE) vorgestellt, welche für 157nm Arbeitswellenlänge ausreichend transparent und mit einigen derzeit in der Mikrolithographie verwendeten Photoresist-Materialien kompatibel sind. Eine getestete Immersionsflüssigkeit hat bei 157 nm einen Brechungsindex nι = 1 ,37. In der Veröffentlichung ist auch ein mit Kalziumfiuorid-Elementen und Silizium-Spiegeln arbeitendes, linsenfreies, optisches System zur Immersions-Interferenz- Lithographie dargestellt, welches bei einer numerischen Apertur von NA = 0,86 die Abbildung von 60nm-Stukturen und darunter ermöglichen soll. Das optische System dürfte für den Einsatz in der Serienproduktion von Halbleitern oder dergleichen nicht geeignet sein.
Die Patentschriften US 4, 480, 910 und US 5,610,683 (entsprechend EP 0 605 103) beschreiben für die Immersions-Lithographie vorgesehene Projektionsbelichtungsanlagen mit Einrichtungen zur Einbringung von Immersionsfluid zwischen dem Projektionsobjektiv und dem Substrat. Es sind keine Designs für die Projektionsoptik angegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die Immersions- Lithographie geeignetes, refraktives Projektionsobjektiv zu schaffen, welches eine kompakte Baugröße hat und mit vertretbarem Materialeinsatz hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Projektionsobjektiv mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung hat ein refraktives Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in die Bildebene des Projektionsobjektivs mit Hilfe eines Immersionsmediums, das zwischen einem letzten optischen Element des Projektionsobjektivs und der Bildebene angeordnet ist, eine auf die Bildebene folgende erste Linsengruppe mit negativer Brech kraft; eine darauf folgende zweite Linsengruppe mit positiver Brechkraft; eine darauf folgende dritte Linsengruppe mit negativer Brechkraft; eine darauf folgende vierte Linsengruppe mit positiver Brechkraft; eine darauf folgende fünfte Linsengruppe mit positiver Brechkraft; und eine Systemblende, die in einem Übergangsbereich von der vierten Linsengruppe zur fünften Linsengruppe angeordnet ist, wobei die vierte Linsengruppe eine Eintrittsfläche hat, die in der Nähe eines Wendepunktes einer Randstrahlhöhe zwischen der dritten Linsengruppe und der vierte Linsengruppe liegt und zwischen der Eintrittsfläche und der Systemblende keine Negativlinse mit substantieller Brechkraft angeordnet ist.
Eine „Negativlinse mit substantieller Brechkraft" im Sinne der Erfindung ist eine Linse mit einer für das optische Design erheblichen zerstreuenden Wirkung. Insbesondere sind hiermit Negativlinsen mit einer Brechkraft φ umfasst, für die: | φ | > 0,12 m"1 (dpt, Dioptrien) gilt.
Eine Randstrahlhöhe ist der senkrechte Abstand eines Randstrahles zur optischen Achse, wobei ein Randstrahl von der Mitte des Objektfeldes zum Blendenrand der die genutzte numerische Apertur bestimmenden Systemblende führt.
Vorzugsweise ist zwischen der Eintrittsfläche der vierten Linsengruppe und der Systemblende überhaupt keine Negativlinse vorgesehen, so dass in diesem Bereich nur Positivlinsen sitzen, die einer zu starken Vergrößerung des Strahlbündeldurchmessers im divergenten Strahlengang hinter der Eintrittsfläche entgegenwirken.
Wird gemäß diesem Aspekt der Erfindung im Bereich relativ großer Strahlbündeldurchmesser auf Negativlinsen mit nennenswerter Brech- kraft verzichtet, so können dadurch die maximalen Durchmesser der Linsen in diesem Bereich auf praktikable Maße begrenzt werden. „Relativ hohe Strahldurchmesser" im Sinne dieser Anmeldung liegen insbesondere dann vor, wenn die Randstrahlhöhe an einer Linse mindestens so gross ist wie die Hälfte der Randstrahlhöhe an der Systemblende. Die Erfindung berücksichtigt, dass die zerstreuende Wirkung einer Negativlinse zwar aus korrektionstechnischen Gründen gewünscht sein kann, dass jedoch jede zerstreuende Wirkung hinter der Negativlinse zu tendenziell größeren Linsendurchmessern führt, als sie in Abwesenheit einer Negativlinse nötig wären. Zudem müssen die Strahlen des Strahlbündels in Richtung der nachfolgenden Bildebene zusammengeführt werden, wozu positive Brechkraft erforderlich ist. Die hierfür erforderlichen Positivlinsen können insgesamt moderater ausgelegt sein, wenn bei der Strahlzusammenführung nicht auch noch die zerstreuende Wirkung von Negativlinsen kompensiert werden muss. Zudem kann die Anzahl der Linsen begrenzt werden. Die Erfindung ermöglicht somit kompakte Projektionsobjektive mit minimaler Linsenmasse.
Bei manchen Ausführungsformen ist zwischen der Systemblende und der Bildebene keine Negativlinse angeordnet. Daher kann dieser Bereich ausschließlich mit Positivlinsen aufgebaut sein, die gegebenenfalls durch eine annähernd oder vollständig planparallele Platte ergänzt sein können.
Die erfindungsgemäße Brech kraftverteilung auf die einzelnen Linsengruppen ergibt ein Projektionsobjektiv mit zwei Bäuchen und einer dazwischen liegenden Taille, wodurch eine gute Korrektur der Bildfeldwölbung erreicht wird. Dabei ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, die Anzahl der für die optische Korrektur notwendigen Wechsel zwischen Linsen negativer und positiver Brechkraft auf ein Minimum zu begrenzen. Bei einer Ausführungsform existiert im Bereich der dritten Linsengruppe ein Einschnürungsort mit minimalem Strahldurchmesser. Zwischen diesem Einschnürungsort und der Bildebene gibt es nur an einer Stelle ein Linsenpaar mit unmittelbar aufeinander folgenden Linsen mit φj * φi+ι < 0, wobei φj und φι+ι die Brechkräfte der Linsen des Linsenpaares sind und | φj | > 0,12 m"1 ist. Günstig ist es, wenn zwischen der Objektebene und der Bildebene nur an drei Stellen Linsenpaare mit einem derartigen Wechsel zwischen positiver und substantiell negativer Brechkraft (bzw. umgekehrt) vorkommen. Dadurch kann ein massearmer Aufbau solcher Projektionsobjektive gefördert werden.
Die Korrektion chromatischer Bildfehler ohne Verwendung eines zweiten Materiales führt bekanntlich zur Forderung zusätzlicher geometrischer Bedingungen, die die Strahlbündel in den verschiedenen Objektivteilen erfüllen müssen. Um diesen Zusatzbedingungen zu entgehen, kann ein zweites optisches Material verwendet werden. Jedoch sind in dem Wellenlängenbereich des tiefen Ultraviolettlichtes (DUV), die den bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sind, nur wenige transparente optische Materialien mit ausreichend geringer Absorption verfügbar. Für Anwendungen bei 193 nm werden hauptsächlich synthetisches Quarzglas (Si02) als Hauptmaterial und als zweite Materialsorte Fluorid- kristallmaterialien, wie Kalziumfluorid (CaF2) oder Bariumfluorid (BaF2), verwendet. Bei 157 nm wird in der Regel Kalziumfluorid als Hauptmaterial und Bariumfluorid als zweites Material genutzt. Der gezielte Einsatz von Kalziumfluorid bei 193 nm kann auch zur Sicherung einer längeren Lebensdauer des Objektivs beitragen, da in Kalziumfluorid die bei synthetischem Quarzglas beobachteten Dichteänderungen bei großen Strahlungsdichten nicht auftreten. Die zusätzlich zu synthetischem Quarzglas verwendbaren Fluoridkristallmaterialien haben jedoch erhebliche Nachteile. Einerseits sind sie nur begrenzt verfügbar, so dass die Beschaffungskosten hoch sind. Zudem erschweren einige physikalische und chemische Eigenschaften die Optikfertigung. Daher werden bei manchen Ausführungsformen asphärische Flächen zur Unterstützung der Bildkorrektion verwendet. Bei einer Ausführungsform enthält die erste Linsengruppe mindestens eine asphärische Fläche, wobei vorzugsweise in der ersten Linsengruppe mindestens zwei asphärische Flächen vorgesehen sind. Eine feldnahe Anordnung von Asphären in einem Bereich, in dem die Hauptstrahlhöhe deutlich größer ist als die Randstrahlhöhe, kann für eine wirksame Verzeichnungskorrektur genutzt werden. Vorzugsweise enthält die erste Linsengruppe mindestens zwei Linsen mit jeweils einer asphärischen Fläche. Die Verteilung von Asphären auf mehrere Linsen vereinfacht die Herstellung, da große Flächendeformationen vermieden werden können.
Es hat sich als günstig herausgestellt, wenn in einem feldnahen ersten Linsenbereich, in dem die Hauptstrahlhöhe gross gegen die Randstrahlhöhe ist, mindestens eine asphärische Fläche angeordnet ist, die eine Krümmung hat, welche in einem optisch nutzbaren Bereich maximal einen Wendepunkt hat. Beispielsweise können zwei solcher Flächen vorgesehen sein. Mehr als drei Flächen mit einem ödere mehreren Wendepunkten sollten vermieden werden. Asphärische Flächen, die im optisch nutzbaren Bereich keinen oder höchsten einen Wendepunkt der Krümmung aufweisen, sind fertigungstechnisch gut beherrschbar und insbesondere mit geringen Oberflächenrauhigkeiten herstellbar.
Vorzugsweise sollte im ersten Linsenbereich mindestens eine asphärische Fläche vorkommen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn alle Asphären des ersten Linsenbereiches die Bedingung | ∑C1 j | * 106 > 0,22 erfüllen, wobei C1 f der Koeffizient des Gliedes h4 der asphärischen Flächendarstellung der i-ten Fläche ist. Damit repräsentiert der Parameter C1 j die Hauptkomponente für Deformationen von Asphären.
Bei manchen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass asphärische Flächen mit einem optisch nutzbaren Durchmesser von mehr als 20% der Baulänge (Abstand Objektebene - Bildebene) des Projektionsobjektives konkav sind. Dies gilt bei manchen Auführungsformen für alle asphärischen Flächen. Wird diese Bedingung eingehalten, so ist eine Prüfung der Asphäre mit hinreichender Genauigkeit bei vertretbarem Aufwand möglich.
Im Hinblick auf die Verzeichnungskorrektur hat es sich als günstig herausgestellt, wenn in einem zweiten Linsenbereich, der sich zwischen der Objektebene und einem Bereich erstreckt, in dem die Hauptstrahlhöhe im wesentlichen der Randstrahlhöhe entspricht, mindestens zwei asphärische Fläche angeordnet sind, deren asphärische Beiträge zur Verzeichnung entgegengesetzte Vorzeichen haben. Dieser Beitrag kann ermittelt werden gemäß (8 * C1 + k * c3)(n - n') y yp 3, wobei C1 der Asphären koeffizient, k die konisch Konstante der Asphäre, c die Krümmung, n und n' die Brechungsindizes vor und nach der Fläche, y die pa- raxiale Randstrahlhöhe an der Fläche und yp die paraxiale Hauptstrahlhöhe an der Fläche ist.
Bei manchen Ausführungsformen kann eine vorteilhafte Entkoppelung von optischen Mitteln zur Bereitstellung objektseitiger Telezentrie und zur Korrektur von Verzeichnungen dadurch erreicht werden, dass für die sphärische Pupillenabberation PSA die Bedingung 0,9 * PSA31 < PSA3 < 1 ,1 * PSA31 erfüllt ist. Hierbei ist PSA31 die Summe der Flächenteilkoeffizienten der sphärischen Pupillenabberation aller Flächen innerhalb des ersten Linsenbereiches, während PSA3 die Summe der Flächenteilkoeffizienten der sphärischen Pupillenabberation aller Flächen des Systems ist. Bei Einhaltung dieser Bedingung kann erreicht werden, dass die Pupillenabberationen hauptsächlich im ersten Linsenbereich nahe der Objektebene konzentriert sind. Dies ist günstig für die Entkopplung zwischen Telezentrie- und Verzeichnungsbeeinflussung.
Günstige Ausführungsformen erfindungsgemäßer Projektionsobjektive haben einen Objekt-Bildabstand L, eine Brennweite f und nutzen ein Immersionsmedium mit einer Brechzahl nι, wobei folgende Bedingung erfüllt ist: L / f * ni > 2,5. Bei Einhaltung dieser Bedingung sind kompakte Systeme mit kleinen Brennweiten möglich.
Die Systemblende kann eine ebene Systemblende sein, bei der der Blendenrand unabhängig vom eingestellten Blendendurchmesser in einer senkrecht zur optischen Achse stehenden Ebene verbleibt. Bei Systemen mit Blendenfehler kann es günstig sein, wenn die Systemblende einen den Blendendurchmesser bestimmenden Blendenrand hat, dessen axiale Position in Bezug auf die optische Achse des Projektionsobjektivs als Funktion des Blendendurchmessers veränderbar ist. Dies erlaubt eine optimale Anpassung der wirksamen Blendenposition an den Strahlverlauf in Abhängigkeit vom Blendendurchmesser. Die Systemblende kann beispielsweise als Kugelblende ausgebildet sein, bei der der Blendenrand bei Verstellung des Blendendurchmessers entlang einer Kugelfläche verfahrbar ist. Es ist auch möglich, die Systemblende als Kegelblende auszubilden, bei der der Blendenrand bei Verstellung des Blendendurchmessers auf einer Kegelmantelfläche verfahrbar ist. Dies kann beispielsweise durch eine axial verschiebbare ebene Blende erreicht werden.
Die Erfindung ermöglicht die Konstruktion von Projektionsobjektiven, deren bildseitige numerische Apertur NA > 0,9 beträgt, wobei bei manchen Ausführungsformen auch NA > 0,98, insbesondere NA = 1 ,0, NA = 1 ,1 oder darüber möglich sind. Die Projektionsobjektive können an ein Im- mersionsfluid angepasst sein, welches bei der Arbeitswellenlänge einen Brechungsindex nι > 1 ,3 hat. Hierdurch kann eine Verringerung der effektiven Arbeitswellenlänge um ca. 30% oder mehr gegenüber Systemen ohne Immersion geschaffen werden.
Erfindungsgemäße Projektionssysteme können für einen weiten Bereich geeigneter Arbeitsabstände bereitgestellt werden. Dabei ist der objekt- seitige Arbeitsabstand bzw. der Arbeitsabstand im Objektraum der (kleinste) axiale Abstand zwischen der Objektebene und der Eintrittsfläche des Objektivs, während der bildseitige Arbeitsabstand bzw. der Arbeitsabstand im Bildraum der (kleinste) axiale Abstand zwischen der Austrittsfläche des Objektivs und der Bildebene ist. Der Arbeitsabstand im Bildraum, der bei Trockensystemen mit Gas gefüllt ist, ist bei Immersionssystemen während des Betriebs mit einem Immersionsmedium gefüllt.
Bei der Festlegung des Arbeitsabstandes im Bildraum sind bei Immersionssystemen besondere Kriterien zu berücksichtigen. Ein großer Arbeitsabstand bewirkt einerseits sowohl stärkere Strahl ungsverluste wegen der üblicherweise niedrigeren Transmission von Immersionsflüssigkeiten (im Vergleich zu Gasen) als auch einen höheren Aberrationsbeitrag der an der Bildebene anliegenden Flächen speziell für die sphärische Aberration. Andererseits sollte der bildseitige Arbeitsabstand groß genug sein, um eine laminare Strömung eines Immersionsfluides zuzulassen. Gegebenenfalls sollte auch Raum für Messtechnik und Sensoren vorhanden sein. Bei bevorzugsten Ausführungsformen beträgt der bildseitige Arbeitsabstand zwischen ca. 1 mm und ca. 15 mm, insbesondere zwischen ca. 1 ,5 mm und ca. 10 mm. Für den objektseitigen Arbeitsabstand haben sich Werte als günstig herausgestellt, die zwischen ca. 5mm einerseits und ca. 25 % bis 50% des Objektfelddurchmessers andererseits liegen. Werte unterhalb 5mm sind zwar ebenfalls möglich, hier steigen jedoch die Forderungen an die Oberflächenqualität und Materialqualität der ersten Linsenelemente, insbesondere hinsichtlich Schlieren, stark an.
Bevorzugte Ausführungsformen sind als Reduktionsobjektive ausgelegt. Der Betrag | ß | des Abbildungsmaßstabes liegt vorzugsweise im Bereich von 1/5 bis 1/3, insbesondere zwischen 1/4,5 und 1/3,5, so dass insbesondere Verkleinerungen von 5:1 und 4:1 möglich sind. Bei einer besonderen Ausführungsform ist in einem Übergangsbereich von der dritten Linsengruppe zur vierten Linsengruppe, d.h. in einem Bereich mit deutlich zunehmendem Strahlbündeldurchmesser und divergenter Strahlung, mindestens ein Linsendoublett vorgesehen, das eine Negativlinse und eine in Durchstrahlungsrichtung unmittelbar folgende Positivlinse umfasst, wobei die Negativlinse eine bildseitige Konkavfiäche und die nachfolgende Positivlinse eine objektseitige Konkavfiäche hat. Dadurch wird zwischen den Linsen des Doubletts eine bikonvexe Luftlinse geschaffen. Insbesondere ist die Positivlinse eine zur Objektebene konkave Positiv-Meniskuslinse mit einem eintrittsseitigen Linsenradius R1 und einem austrittsseitigen Linsenradius R2, wobei folgende Bedingung gilt: (R1 + R2)/(R1 - R2) < -1 ,5. Im Bereich des Linsen- doubletts, insbesondere an der gegen den Strahlverlauf gekrümmten, konkaven Austrittsseite der Negativlinse, treten hohe Inzidenzwinkel der durchtretenden Strahlung auf, die sehr wirksam zur Korrektion des Gesamtsystems beitragen können. Mindestens eine der an die Luftlinse angrenzenden Linsenflächen kann asphärisch sein. Vorzugsweise sind beide Grenzflächen asphärisch.
Bei einer Weiterbildung ist in der vierten Linsengruppe mindestens eine zur Objektebene konkave Meniskuslinse positiver oder schwach negativer Brechkraft angeordnet, die die Bedingung DL/Dmin > 1 ,3 erfüllt, wobei Dmin der kleinste Lichtbüscheldurchmesser in der vierten Linsengruppe und DL der maximale Lichtbüscheldurchmesser in der Meniskuslinse ist. Eine Kombination einer schwach negativen Meniskuslinse mit einer Positivlinse im Blendenbereich kann zur Korrektur aperturabhängige Aberrationen, insbesondere der sphärischen Aberration, wirksam beitragen.
Bei manchen Ausführungsformen bestehen alle Linsen des Projektionsobjektives aus dem gleichen Material. Als Material kann beispielsweise bei Arbeitswellenlängen von 193nm synthetisches Quarzglas und bei Arbeitswellenlängen von 157nm Kalziumfluorid verwendet werden. Die Verwendung nur einer Materialsorte erleichtert die Herstellung und ermöglicht eine einfache Anpassung des Objektivdesigns an andere Wellenlängen. Es ist auch möglich, mehrere Materialsorten zu kombinieren, um beispielsweise die Korrektur von Farbfehlern zu unterstützen. Auch der Einsatz anderer UV-transparenter Materialien wie BaF2, NaF, LiF, SrF, MgF2 oder dergleichen ist möglich.
Bei manchen Ausführungsformen, die überwiegend aus Quarzglaslinsen aufgebaut sind, bestehen mindestens zwei der in unmittelbarer Nähe der Bildebene angeordneten Linsenelement aus einem Fluoridkristallmateri- al mit gleicher Kristallorientierung. Hierdurch kann die Lebensdauer der Projektionsobjektive verbessert werden. Für die Korrektion des Färb- querfehlers hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn in der zweiten Linsengruppe mindestens eine Positivlinse aus einem Fluoridkristallma- terial vorgesehen ist. Auch die Verwendung eines Fluoridkristallmaterials als Linsenmaterial einer Positivlinse in der vierten Linsengruppe kann wirksam zur Korrektion des Farbquerfehlers beitragen. Die Korrektion des Farblängsfehlers kann verbessert werden, wenn bei mindestens einer Negativlinse der dritten Linsengruppe ein Fluoridkristallmaterial als Linsenmaterial verwendet wird.
Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei Ausführungsformen der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Es zeigen:
Fig.1 ist ein Linsenschnitt durch eine erste Ausführungsform eines refraktiven Projektionsobjektivs, das für 193 nm Arbeitswellenlänge ausgelegt ist; Fig. 2 ist ein Linsenschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Projektionsobjektivs, das für 193 nm Arbeitswellenlänge ausgelegt ist;
Fig. 3 ist ein Linsenschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Projektionsobjektivs, welches für 193 nm Arbeitswellenlänge ausgelegt ist; und
Fig. 4 ist ein Linsenschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Projektionsobjektivs, welches für 193 nm Arbeitswellenlänge ausgelegt ist.
Fig. 5 ist ein Linsenschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Projektionsobjektivs, welches für 193 nm Arbeitswellenlänge ausgelegt ist.
Fig. 6 ist ein Linsenschnitt durch eine sechste Ausführungsform eines Projektionsobjektivs, welches für 193 nm Arbeitswellenlänge ausgelegt ist.
Bei der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnet der Begriff „optische Achse" eine gerade Linie durch die Krümmungsmittelpunkte der optischen Komponenten. Richtungen und Abstände werden als bildseitig oder bildwärts beschrieben, wenn sie in Richtung der Bildebene bzw. des dort befindlichen, zu belichtenden Substrats gerichtet sind und als objektseitig bzw. objektwärts, wenn sie in Bezug auf die optische Achse zum Objekt gerichtet sind. Das Objekt ist in den Beispielen eine Maske (Retikel) mit dem Muster einer integrierten Schaltung, es kann sich aber auch um ein anderes Musters, beispielsweise eines Gitters handeln. Das Bild wird in den Beispielen auf einem als Substrat dienenden, mit einer Photoresistschicht beschichte- ten Wafer gebildet, jedoch sind auch andere Substrate möglich, beispielsweise Elemente für Flüssigkristallanzeigen oder Substrate für optische Gitter. Die angegebenen Brennweiten sind Brennweiten bezüglich Luft.
Anhand Fig. 1 wird ein typischer Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, rein refraktiven Reduktionsobjektivs 1 gezeigt. Es dient dazu, bei nahezu homogener Immersion ein in einer Objektebene 2 angeordnetes Muster eines Retikels oder dergleichen in eine Bildebene 3 in reduziertem Maßstab abzubilden, beispielsweise im Maßstab 5:1 (Abbildungsmaßstab ß= 0,2). Es handelt sich um ein rotationssymmetrisches Ein-Taillensystem bzw. Zweibauchsystem mit fünf aufeinander folgenden Linsengruppen, die entlang der senkrecht auf Objektebene und Bildebene stehenden optischen Achse 4 angeordnet sind. Die auf die Bildebene 2 folgende erste Linsengruppe LG1 hat negative Brechkraft. Eine darauf folgende zweite Linsengruppe LG2 hat positive Brechkraft. Eine darauf folgende dritte Linsengruppe LG3 hat negative Brechkraft. Eine darauf folgende vierte Linsengruppe hat positive Brechkraft. Eine darauf folgende fünfte Linsengruppe LG5 hat positive Brechkraft. Auf die fünfte Linsengruppe folgt unmittelbar die Bildebene, so dass das Projektionsobjektiv ausser der ersten bis fünften Linsengruppe keine weitere Linse oder Linsengruppe hat. Durch diese Brechkraftverteilung wird ein Zweibauchsystem geschaffen, das einen objektseitigen Bauch 6, einen bildseitigen Bauch 8 und eine dazwischen liegende Taille 7 hat, in der ein Einschnürungsort X mit minimalem Strahldurchmesser liegt. In einem Übergangsbereich von der vierten Linsengruppe zur fünften Linsengruppe liegt im Bereich relativ großer Strahldurchmesser die Systemblende 5.
Die mit dem Projektionsobjektiv mögliche Abbildung kann durch den Verlauf ihrer Hauptstrahlen und Randstrahlen gekennzeichnet werden. Als Hauptstrahl A wird hier ein Strahl bezeichnet, der von einem äuße- ren Randpunkt des Objektfeldes parallel oder in spitzem Winkel zur optischen Achse verläuft und die optische Achse 4 im Bereich der Systemblende 5 schneidet. Ein Randstrahl B führt von der Mitte des Objektfeldes, d.h. von einem axialen Feldpunkt, zum Blendenrand einer Aperturblende, die normalerweise am Ort der Systemblende 5 oder in deren unmittelbarer Nähe sitzt. Ein Strahl C, der von einem äußeren Feldpunkt zum gegenüberliegenden Rand der Aperturblende führt, wird hier als Komastrahl bezeichnet. Der senkrechte Abstand dieser Strahlen zur optischen Achse ergibt die entsprechenden Strahlhöhen hA, hB und hc
In Bezug auf diese Strahlverläufe hat die vierte Linsengruppe LG4 eine Eintrittsfläche E, die in der Nähe eines Wendepunktes einer Randstrahlhöhe zwischen der dritten Linsengruppe LG3 und der vierten Linsengruppe LG4 liegt.
Ein erster Linsenbereich LB1 beginnt an der Objektebene 2 und endet in der Ebene, in der sich der Randstrahl B und der Komastrahl C schneiden, so dass im ersten Linsenbereich LB1 die Bedingung | hß/hc l < 1 erfüllt ist. In diesem Linsenbereich LB1 ist die Hauptstrahlhöhe gross gegen die Randstrahlhöhe. Hier angeordnete Linsenflächen werden als feldnah bezeichnet. Ein zweiter Linsenbereich LB2 erstreckt sind von der Objektebene 2 bis in den Bereich, in dem die Hauptstrahlhöhe und die Randstrahlhöhe betragsmäßig etwa gleich sind, wobei insbesondere I hß/hA I < ,2 gilt. Die Länge des zweiten Linsenbereiches LB2 ist bei typischen Varianten erfindungsgemäßer Projektionssysteme größer als ein Viertel und kleiner als die Hälfte des Abstandes L zwischen Objektebene 2 und Bildebene 3. Dieser Objekt-Bild-Abstand wird auch als Baulänge des Projektionsobjektivs bezeichnet.
Bei typischen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Projektionsobjektive hat die ersten Linsengruppe LG1 mindestens zwei Negativlinsen, die zweite Linsengruppe LG2 mindestens drei Positivlinsen, die dritte Linsengruppe LG3 mindestens zwei Negativlinsen, die vierte Linsengruppe LG4 mindestens zwei Positiviinsen und die fünfte Linsengruppe LG5 mindestens drei Positivlinsen.
Die auf die Objektebene 2 folgende erste Linsengruppe LG1 ist im wesentlichen zuständig für die Aufweitung der Lichtbündel in den ersten Bauch 6 hinein. Sie hat eine dünne Negativlinse 1 1 mit asphärischer Eintrittsfläche, eine darauf folgende weitere dünne Negativlinse 12 mit asphärischer Eintrittsfläche und eine darauf folgende dicke doppeltsphärische Meniskuslinse 13 mit objektseitiger Konkavfiäche und schwacher Brechkraft. Die feldnah angeordneten Asphären auf den Eintrittsflächen der objektnächsten Linsen 11 , 12 tragen wirksam zur guten Korrektion der Verzeichnung und des Astigmatismus vor allem aber zur Korrektur der Telezentrie, bei. Die Verteilung der Asphärizität auf zwei Linsenflächen unterschiedlicher Linsen kann die Fertigung der Linsen vereinfachen.
Die zweite Linsengruppe LG2 besteht aus vier Positivlinsen 14, 15, 16, 17, nämlich einer eintrittsseitigen Meniskuslinse 14 mit asphärischer Eintrittsfläche und objektseitiger Konkavfiäche, einer Bikonvexlinse 15, einem dicken Positiv-Meniskus 16 mit asphärischer, konkaver Austrittsfläche und einem weiteren Positiv-Meniskus mit gleichem Krümmungssinn seiner sphärischen Linsenflächen. Dieser Aufbau, bei dem die Krümmungen der Meniskusflächen objektseitig und bildseitig der Bikonvexlinse 15 gegensinnig und mit voneinander abgewandten Konkavflächen verlaufen, gewährleistet kleine Flächenbelastungen für die Menisken und die Positivlinse und somit geringe Abberationen. Eine bikonkave Luftlinse zwischen der bikonvexen Positivlinse 15 und dem nachfolgenden Meniskus 16 stellt eine starke astigmatische Unterkorrektur bereit und hat damit einen günstigen Einfluss auf den Ausgleich von Astigmatismusbeiträgen im vorderen Teil des Systems vor der Taille 7. Die dritte Linsengruppe 3 besteht aus drei Negativlinsen 18, 19, 20. Eine bikonkave Linse 18 mit sphärischen Linsenflächen ist dabei mit Abstand vor dem Einschnürungsort X geringsten Strahldurchmessers angeordnet. Mit Abstand hinter dem Einschnürungsort folgt eine Negativ- Meniskuslinse 19 mit objektseitiger konkaver, sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche. Dieser folgt eine bikonkave Negativlinse 20 mit sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche. Die asphärischen Flächen an den Austrittsseiten der Linsen 19, 20 tragen wesentlich zur Korrektion der Koma und des Astigmatismus bei.
Hinter der austrittsseitigen Negativlinse 20 der dritten Linsengruppe LG3 hat das Strahlbündel maximale Divergenz, wobei an der asphärischen Austrittsseite der Linse 20 sehr große Inzidenzwinkel der durchtretenden Strahlung auftreten, die eine starke Korrekturwirkung erzeugen.
Die vierte Linsengruppe LG4 umfasst an ihrer Eintrittsseite zwei zur Objektebene konkave Positiv-Meniskuslinsen 21 , 22, auf die unmittelbar vor der Systemblende 5 eine bikonvexe Positivlinse 23 folgt. Dabei ist nur die Eintrittsfläche der vorderen Linse 21 asphärisch, alle anderen Flächen der vierten Linsengruppe sind sphärisch. Während die dritte Linsengruppe LG3 nur aus Negativlinsen besteht und eine starke Strahldivergenz einführt, besteht die nachfolgende vierte Linsengruppe LG4 nur aus Positivlinsen und wirkt stark konvergierend, so dass der Divergenzwinkel zur Systemblende 5 schnell abnimmt. Durch den Übergang zwischen negativer und nachfolgender positiver Brechkraft wird zwischen dritter und vierter Linsengruppe ein Wendepunkt der Randstrahlhöhe erzeugt, in deren Nähe die Eintrittfläche E der vierten Linsengruppe liegt. Es ist eine Besonderheit dieses Designs, dass zwischen dieser Eintrittsfläche E und der Systemblende keine Linse mit negativer Brechkraft angeordnet ist. Die hinter der Systemblende 5 liegende fünfte Linsengruppe LG5 ist im wesentlichen für die Erzeugung der hohen numerischen Apertur verantwortlich. Dazu sind ausschließlich sammelnde Linsen vorgesehen, nämlich eine unmittelbar hinter der Systemblende sitzende Positiv- Meniskuslinse mit sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer, bildseitig konkaver Austrittsfläche, eine nahezu plankonvexe Positivlinse 26 mit nahezu ebener Eintrittsfläche und konvexer Austrittsfläche, eine darauf folgende Positiv-Meniskuslinse 27 mit sphärischer Eintrittsfläche und bildseitig konkaver, asphärischer Austrittsfiäche, eine weitere Positiv- Meniskuslinse 28 mit sphärischer Eintrittsfläche und bildseitig konkaver, asphärischer Austrittsfläche und eine abschließende Plankonvexlinse 29 mit sphärischer Eintrittsfläche und einer ebenen Austrittsfiäche. Die Positivlinsen wirken sphärisch stark unterkorrigierend und betreffend der Koma überkorrigierend. Die Korrektion der sphärischen Abberation und der Koma wird bei diesem Design sowohl durch das schwach Negativ- Positiv-Doublett beim Übergang zwischen dritter und vierter Linsengruppe, als auch von den blendennahen asphärischen Flächen der vierten und fünften Linsengruppe getragen. Somit sind die vierte Linsengruppe LG4 und die fünfte Linsengruppe LG5 in Kombination für die Erzielung eines guten Korrektionszustandes der sphärischen Abberation und von Koma zuständig.
Das System hat einen objektseitigen Arbeitsabstand (Objektschnittweite) von 32 mm und einen bildseitigen Arbeitsabstand von 6 mm, der durch eine Immersionsflüssigkeit 10 ausgefüllt werden kann. Das System ist so ausgelegt, dass als Immersionsflüssigkeit bei 193 nm deionisiertes Wasser (Brechungsindex n « 1 ,47) oder eine andere geeignete transparente Flüssigkeit mit vergleichbarem Brechungsindex verwendet werden kann.
In Tabelle 1 ist die Spezifikation des Designs in bekannter Weise in tabellarischer Form zusammengefasst. Dabei gibt Spalte 1 die Nummer einer brechenden oder auf andere Weise ausgezeichneten Fläche, Spalte 2 den Radius r der Fläche (in mm), Spalte 4 den als Dicke bezeichneten Abstand d der Fläche zur nachfolgenden Fläche (in mm) und Spalte 5 das Material der optischen Komponenten an. Spalte 6 zeigt den Brechungsindex des Materials und in Spalte 7 sind die nutzbaren, freien Radien bzw. der halbe freie Durchmesser der Linsen (in mm) angegeben. Die Asphärenflächen sind in Spalte 3 mit „AS" gekennzeichnet.
Bei der Ausführungsform sind zehn der Flächen, nämlich die Flächen 2, 4, 8, 13, 19, 21 , 22, 31 , 35 und 37 asphärisch. Tabelle 2 gibt die entsprechenden Asphärendaten an, wobei sich die asphärischen Flächen nach folgender Vorschrift berechnen:
p(hK((1/r)h2)/(1+SQRT(1-(1+K)(1/r)2h2)]+C1 *h4+C2*h6+....
Dabei gibt der Kehrwert (1/r) des Radius die Flächenkrümmung und h den Abstand eines Flächenpunktes von der optischen Achse (d.h. die Strahlhöhe) an. Somit gibt p(h) die sogenannten Pfeilhöhe, d.h. den Abstand des Flächenpunktes vom Flächenscheitel in z-Richtung, d.h. in Richtung der optischen Achse. Die Konstanten K, C1 , C2, ... sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Das mit Hilfe dieser Angaben reproduzierbare optische System 1 ist für eine Arbeitswellenlänge von ca. 193nm ausgelegt, bei der das für alle Linsen verwendete, synthetisches Quarzglas einen Brechungsindex n = 1 ,5608 hat. Die bildseitige numerische Apertur beträgt 1 ,0. Das objekt- seitig und bildseitig telezentrische System ist auf einen Brechungsindex des Immersionsmediums 10 von nι = 1 ,47 angepasst. Das Objektiv hat eine Baulänge L (Abstand zwischen Bildebene und Objektebene) von ca 1037 mm. Bei einer Bildgröße von ca. 22 mm wird ein Lichtleitwert (Produkt aus numerischer Apertur und Bildgröße) von ca. 22 mm erreicht. Einige Besonderheiten des Projektionsobjektivs werden im folgenden erläutert. Das Projektionsobjekt hat nur fünf Negativlinsen, die einerseits in Objektnähe am Eingang (Linsen 11 , 12) und andererseits im Bereich der Taille 7 (Linsen 18, 19 und 20) konzentriert sind. Damit gibt es nur an drei Stellen des Systems einen Übergang zwischen Linsen unterschiedlichen Vorzeichens der Brechkraft, nämlich einen Negativ-Positiv- Übergang innerhalb der ersten Linsengruppe LG1 zwischen Linsen 12 und 13, einen Positiv-Negativ-Übergang zwischen den Linsengruppe LG2 und LG3 bzw. den Linsen 17 und 18 und einen Negativ-Positiv- Übergang zwischen den Linsengruppen LG3 und LG4. Hinter dem letzten Übergang, der im Bereich der Eintrittsfläche E der vierten Linsengruppe stattfindet und einen Wendepunkt im Verlauf der Randstrahlhöhe hinter dem Ort X engster Einschnürung definiert, befinden sich bis zur Objektebene nur Positivlinsen. Durch den Verzicht auf Negativlinsen in diesem Bereich und die dadurch mögliche Vermeidung von zerstreuenden Brechkräften können die Linsendurchmesser im zweiten Bauch 8 relativ gering gehalten werden, wodurch ein insgesamt massearmer Aufbau möglich ist. Gleichzeitig kann die Linsenzahl gering gehalten werden; sie beträgt nur 10 Linsen zwischen dem Ort X engster Einschnürung und der Bildebene und nur 18 Linsen im gesamten System. Dies fördert ebenfalls einen massearmen, kompakten Aufbau.
Mit einer Ausnahme (konvexe Austrittsseite der kleinsten Linse 19 in der Taille 7) sind alle Asphären auf konkaven Linsenflächen angebracht. Dadurch wird die Prüfung der Asphären bei der Herstellung der Linsen erleichtert, weil für die Prüfung konkaver Flächen im Gegensatz zur Prüfung konvexer Flächen relativ kompakte Prüfoptiken verwendet werden können. Aus den Asphärendaten in Tabelle 2 ist ersichtlich, dass bei den Asphären keine starken Deformationen auftreten und dass die asphärischen Flächen entweder keinen oder höchstens einen Wendepunkt ihrer Krümmung haben. Hierdurch wird die Fertigung der Asphä- ren erleichtert, so dass insbesondere asphärische Flächen mit geringen Oberflächenrauhigkeiten möglich sind.
Die bikonkave Negativlinse 20 am Austritt der dritten Linsengruppe LG3 und die bildseitig konkave Positiv-Meniskuslinse 21 am Eingang der vierten Linsengruppe LG4 bilden ein Negativ-Positiv-Linsendoublett, welches einen wesentlichen Beitrag zur Gesamtkorrektur des Systems leistet. Diese kann durch die Auslegung der einander zugewandten Asphärenflächen dieses Linsendoublettes beeinflusst werden, die eine bikonvexe Luftlinse begrenzen, an der hohe Inzidenzwinkel der Strahlung auftreten. Dadurch wird hauptsächlich die sphärische Aberration aller Ordnungen korrigiert. Gleichzeitig werden auch andere Aberrationen höherer Ordnung, wie Koma und Astigmatismus, stark beeinflusst. Die bildseitige Fläche der Linse 20 wirkt wegen der hohen Inzidenzwinkel stark überkorrigierend auf die sphärische Aberration. Im Gegensatz dazu wirkt sich die Form der objektseitigen Fläche der nächsten Linse so aus, dass auf diese die Strahlen mit kleinen Inzidenzwinkeln fallen und so nur kleine Beiträge zur sphärischen Aberration entstehen. Durch die sanfte Umlenkung der Strahlen in den Linsengruppen LG4 und LG5 wird zwar die sphärische Aberration unterkorrigiert, aber nicht stark genug, um die Überkorrektion zu überschreiten. Auf diese Weise wird eine nahezu vollkommene Korrektion erreicht.
Anhand von Fig. 2 wird eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform erläutert. Dabei werden die Merkmale des Grundaufbaus mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 1. Das System hat eine bildseitige numerische Apertur NA = 1 ,1. Die Spezifikation dieses Designs ist in Tabellen 3 und 4 angegeben.
Der Aufbau der ersten Linsengruppe LG1 und der zweiten Linsengruppe LG2 entspricht im wesentlichen der ersten Ausführungsform in Fig. 1. Im Unterschied dazu ist die dortige dicke Positiv-Meniskuslinse 16 in zwei dünnere Positiv-Meniskuslinsen 116, 116' aufgespalten, wodurch die Flächenbelastung der optischen Flächen reduziert werden kann. Bei den Linsen der dritten Linsengruppe LG3 ist im wesentlichen die Negativ- Meniskuslinse 19 durch eine bikonkave Negativlinse 1 19 ersetzt worden, die näher am Ort X kleinster Einschnürung sitzt.
Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird die vierte Linsengruppe mit einem objektseitig konkaven Positiv-Meniskus 121 mit asphärischer Eintrittsfläche eingeleitet. Dahinter folgen in der vierten Linsengruppe eine bikonvexe Positivlinse 122 mit asphärischer Eintrittsfläche, eine doppelt sphärische, bikonvexe Positivlinse 123 und einen unmittelbar vor der Systemblende 5 angeordneter Positiv-Meniskus 124 mit schwach positiver Brechkraft. Die Positiv-Meniskuslinse 124 sitzt im schwach divergenten Strahlengang vor der Blende und hat eine objektseitige Konkavfiäche, an der relativ hohe Inzidenzwinkel auftreten, die die Korrektur unterstützen.
Die fünfte Linsengruppe LG5 besteht aus fünf Positivlinsen 125, 126, 127, 128 und 129. Eine eintrittsseitige Bikonvexlinse 125 mit asphärischer Austrittsfiäche ragt in den Bereich der Systemblende 5 hinein. Darauf folgen drei zur Bildebene konkave Positiv-Meniskuslinsen 126, 127, 128, wobei die Austrittsflächen der beiden letztgenannten Linsen 127, 128 asphärisch sind. Eine Plankonvexlinse 129 mit sphärischer Eintrittsfläche und ebener Austrittsfiäche schließt das System bildseitig ab.
Eine Aperturblende mit verstellbarem Blendendurchmesser dieses Systems kann als Kugelblende ausgebildet sein, um beim Abblenden eine Berührung mit der Eintrittsseite der Bikonvenxlinse 125 zu vermeiden. Alternativ kann eine axial verfahrbare, gegebenenfalls ebene Blende verwendet werden. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind nur fünf Negativlinsen vorgesehen, die in zwei Gruppen (Eingangsgruppe 1 11 , 1 12 und Linsengruppe LG3) konzentriert sind. Dadurch findet nur an drei Stellen ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Vorzeichen der Brechkraft statt. Zwischen der Eintrittsfläche E der vierten Linsengruppe und der Bildebene liegen nur Positivlinsen, so dass hier hinter der Taille eine sehr effiziente Strahlzusammenführung Richtung Bildebene stattfindet und die Linsendurchmesser moderat gehalten werden können. Trotz der sehr hohen numerischen Apertur von NA = 1 ,1 ist die Zahl der Linsen mit 20 relativ gering, so dass ein kompakter, masseoptimierter Aufbau erreicht wird.
In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs gezeigt, welches eine Variante der ersten oder zweiten Ausführungsformen darstellt. Dabei werden die Merkmale des Grundaufbaus mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in den Fig. 1 und 2. Das System hat eine bildseitige numerische Apertur NA = 1 ,1. Die Spezifikation des Designs ist in Tabellen 5 und 6 angegeben.
Der Aufbau der ersten Linsengruppe LG1 und der zweiten Linsengruppe LG2 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 2. Auf die dortige Beschreibung wird verwiesen. Bei den Linsen der dritten Linsengruppe LG3 ist im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Eintrittsfläche der bikonkaven Meniskuslinse 218 asphärisch. Die nachfolgende Negativlinse 219 ist als Meniskus mit objektseitiger Konkavfiäche und asphärischer Austrittsfiäche gestaltet und sitzt, wie bei der Ausführungsform in Fig. 1 , mit Abstand hinter dem Einschnürungsort X.
Der Aufbau der vierten Linsengruppe LG4 entspricht bezüglich Art und Reihenfolge der Linsen dem Aufbau der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 , so dass auf die dortige Beschreibung Bezug genommen wird. Im Unterschied zur dortigen Linsengruppe LG4 ist jedoch die Eintrittsseite der mittleren Positivlinse 222 dieser Linsengruppe asphärisch.
Die fünfte Linsengruppe LG2 besteht aus fünf Positivlinsen 225, 226, 227, 228, 229. Die eintrittsseitige, dicke Bikonvexlinse 225 mit asphärischer Austrittsfiäche ragt in den Bereich der Systemblende 5 hinein, so dass hier vorzugsweise eine Kugelblende oder eine axial verschiebbare Aperturblende vorgesehen ist. Dahinter folgt eine doppelt-sphärische, bikonvexe Positivlinse 226. Dieser folgen zwei zur Bildebene konkave Positiv-Meniskuslinsen 227, 228, deren Eintrittsflächen sphärisch und deren Austrittsflächen asphärisch sind. Eine Plankonvexlinse 229 mit asphärischer Eintrittsfläche und ebener Austrittsfiäche schließt das System bildseitig ab.
Eine Besonderheit dieses Systems im Vergleich zu den anderen System besteht darin, dass der Durchmesser des objektseitigen ersten Bauches deutlich geringer ist als der Durchmesser des bildseitigen zweiten Bauches 8. Es ergibt sich dadurch im Bereich der Eintrittsfläche E der vierten Linsengruppe eine besonders starke Strahldivergenz mit hohen, kor- rekturwirksamen Inzidenzwinkeln, vor allem am asphärischen Austritt der Negativlinse 220. Das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser des zweiten Bauches und dem maximalen Durchmesser des ersten Bauches hängt eng zusammen mit der Farbkorrektur des Systems. Um so kleiner der Durchmesser des ersten Bauches ist, umso besser ist die Korrektion des Farbquerfehlers. Bei dieser Ausführungsform liegt dieses Verhältnis bei ca. 1 ,37, wodurch eine gute Korrektion des Farbfehlers erreicht wird.
Anhand von Fig. 4 wird eine vierte Ausführungsform erläutert. Dabei werden die Merkmale des Grundaufbaus mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Das Sys- tem hat eine bildseitige numerische Apertur NA = 1 ,1. Die Spezifikation dieses Designs ist in den Tabellen 7 und 8 angegeben.
Der Aufbau der ersten Linsengruppe LG1 und der zweiten Linsengruppe LG2 entspricht im wesentlichen demjenigen der dritten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann. Unterschiede bestehen vor allem bei der Auslegung der ausgangsseitigen Linsen 316, 316' und 317 von LG2. Zwar sind diese Linsen, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3, als Positiv-Meniskuslinsen mit bildseitigen Konkavflächen ausgelegt, die Durchbiegung unterscheidet sich jedoch von der der anderen Ausführungsformen. Die Positivlinse 316 hat eine sphärische Eintrittsfläche und eine nur schwach gekrümmte, konkave Austrittsfiäche. Sie wird gefolgt von einem stark gekrümmten Meniskus 316' mit sehr schwacher Brechkraft und asphärischer Austrittsseite. Dieser folgt mit geringem Luftabstand die gleichsinnig gekrümmte, konvexe, sphärische Eintrittsfläche des Meniskus 317, der eine konkave, sphärische Austrittsfiäche hat.
Innerhalb der dritten Linsengruppe LG 3 wird die dortige mittlere Negativlinse 319 durch einen bildseitig konkaven Meniskus mit asphärischer Austrittsfiäche gebildet, der in unmittelbarer Nähe des Ortes X geringster Einschnürung sitzt.
Der Übergang zwischen dritter und vierter Linsengruppe wird, wie bei den anderen Ausführungsformen, durch ein stark korrigierendes Linsendoublett 320, 321 mit einander zugewandten, asphärischen Konkavflächen gebildet, in deren Bereich hohe Inzidenzwinkel auftreten.
Innerhalb der vierten Linsengruppe folgt auf den bildseitig konvexen Positiv-Meniskus 321 eine bikonvexe Positivlinse 322 mit asphärischer Eintrittsseite, eine doppelt-sphärische, bikonvexe Positivlinse 323 mit nahezu ebener Austrittsfiäche, ein zur Bildebene konkaver Meniskus 324 mit schwach negativer Brechkraft (-0,1 1 m"1) und ein dünner, doppelt- sphärischer Positiv-Meniskus 324' mit objektseitiger Konkavfiäche. Die aneinander zugewandten Konkavflächen der Menisken 324, 324' schließen eine bikonvexe Luftlinse ein, in deren Bereich eine kleine Einschnürung des Strahlenganges liegt. Dadurch werden sphärische Aberration und Koma wesentlich leichter korrigiert, was dazu führt, dass der Durchmesser des zweiten Bauches reduziert werden kann.
Der Aufbau der fünften Linsengruppe LG5 hinter der Systemblende 5 entspricht bezüglich der Art der Linsen grundsätzlich der Ausführungsform gemäß Fig. 2, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Durch die besondere Gestaltung der Linsen im Ausgangsbereich des ersten Bauches und insbesondere durch die gegensinnig gekrümmten Menisken 324, 324' schwacher Brechkraft unmittelbar vor der Systemblende sind neuartige Korrektionsmittel bereitgestellt, die es ermöglichen, die maximalen Durchmesser der Linsen dieses Systems im Vergleich zu den vorangegangenen Ausführungsformen deutlich zu reduzieren. Hierdurch wird ein massearmer, kompakter Aufbau gefördert.
Anhand von Fig. 5 wird eine Variante der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform erläutert. Dabei werden die Merkmale des Grundaufbaus mit gleichem Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 2, die Bezugszeichen für die Linsen sind jeweils um 300 erhöht. Art und Abfolge der Linsen unterscheiden sich nicht von der Ausführungsform gemäß Fig. 2, so dass insoweit auf die dortige Beschreibung Bezug genommen wird. Die Spezifikation dieses Designs ist in den Tabellen 9 und 10 angegeben.
Im Unterschied zum Design gemäß Fig. 2 sind bei dem Projektionsobjektiv 400 die eingangsseitigen Linsen 411 , 412 geringfügig dicker ges- taltet, ebenso die mittlere Linse 419 der dritten Linsengruppe LG3, die hier als Negativ-Meniskus mit bildseitiger Konkavfiäche gestaltet ist.
Eine Besonderheit dieses Systems ist ein deutlich kleinerer Arbeitsabstand im Objektraum. Dieser beträgt hier bei einem Objektfelddurchmesser von ca. 112 mm nur 9,14mm (anstatt 32mm bei der zweiten Ausführungsform). (Der Objektfelddurchmesser der Objektive ist jeweils aus den Tabellen entnehmbar als das Doppelte des freien Radius (1/2 Durch.) der Fläche Nr. 0). Durch den kleineren objektseitigen Arbeitsabstand wird der korrigierende Einfluss der ersten Linsengruppe LG1 auf die Bildfeldkrümmung verstärkt. Das ermöglicht einen besonders entspannten Aufbau der dritten Linsengruppe LG3 mit gleichzeitiger Verringerung der Aberrationsbeiträge. Außerdem lassen sich die Telezentrie und Verzeichnung besser korrigieren. Das System gemäß Fig. 5 ist im Vergleich zum System gemäß Fig. 2 allgemein entspannter und besser korrigierbar. Es hat sich gezeigt, dass Werte für den objektseitigen Arbeitsabstand zwischen ca. 5mm und ca. 25% bis ca. 50% des Objektfelddurchmessers besonders günstig sind. Bei Werten unter 5 mm steigen die Forderungen an die Oberflächenqualität und Materialqualität, insbesondere bezüglich Schlieren, der ersten Linsenelemente stark an. Bei größeren Arbeitsabständen verringert sich der Vorteil.
Der Einsatz der Objektschnittweite (objektseitiger Arbeitsabstand) als korrigierendes Mittel kann folgendermaßen erklärt werden: Mit der Reduzierung der Objektschnittweite wird einerseits der Einfluß der ersten Linsengruppe mit negativer Brechkraft auf die Bildfeldkrümmung verstärkt. Das erlaubt einen entspannteren Aufbau der dritten Linsengruppe (Taille), mit gleichzeitiger Verringerung deren Aberrationsbeiträge. Andererseits lassen sich die Telezentrie und die Verzeichnung stärker beeinflussen und dadurch korrigieren. Es ist eine gewisse Trennung von Te- lezentzriekorrektur und Verzeichnungskorrektur möglich. Ein kurzer Arbeitsabstand im Objektraum lässt nicht nur die Frontlinsen näher an das Objekt kommen, sondern auch die Asphären, die von diesen getragen werden. Das verstärkt zusätzlich deren korrigierende Wirkung auf die feldabhängigen Aberrationen.
Der minimale Abstandswert sollte so eingestellt werden, dass die Suba- perturen auf einer Frontasphäre genügend groß sind, damit die Spezifikation der Oberflächengüte im Fehlerbudget noch untergebracht werden kann.
Bei allen hochaperturigen Lithographie-Projektionsobjektiven, beispielsweise mit bildseitigen numerischen Aperturen ab ca. NA = 0,8 (trocken) bis zu den in den Beispielen gezeigten Immersionsobjektiven mit NA = 1 , 1 oder größer (derzeit bis ca. NA = 1 ,3) können derart kurze objektseitige Arbeitsabstände hilfreich sein. Dies gilt insbesondere dann, wenn der objektseitige Arbeitsabstand unterhalb von 20 mm oder gar unterhalb von 10 mm liegt. Einschränkungen des freien Bauraums für das Retikel-Handling sind gegenüber den erzielbaren Vorteilen bei der optischen Korrektur bei derart hohen Aperturen in der Regel nachrangig.
Anhand von Fig. 6 wird eine Variante der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform erläutert. Dabei werden die Merkmale des Grundaufbaus mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 1. Die Linsen tragen entsprechende Bezugszeichen, erhöht um 500. Die Spezifikation dieses Designs ist in den Tabellen 11 und 12 angegeben.
Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die vierte, auf die Objektebene folgende Linse 514 nicht als Positiv-Meniskus, sondern nahezu als Plankonvexlinse ausgestaltet. Die mittlere Linse 519 der dritten Linsengruppe sitzt mittig zwischen den benachbarten Negativlinsen und ist nicht als Meniskuslinse, sondern als bikonkave Linse gestaltet. Hinter der Systemblende 5 sind alle Linsenelemente als Positiv- Meniskuslinsen mit bildseitiger Konkavfiäche gestaltet. Dadurch werden die Durchmesser im zweiten Bauch kleiner und gleichzeitig wird ein größerer Bewegungsraum für die Systemblende geschaffen. Ein wesentlicher Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist der sehr kleine Arbeitsabstand im Bildraum, der hier nur 1 ,73mm beträgt (im Gegensatz zu ca. 13mm bei Fig. 1. Hierdurch werden Transmissionsprobleme im Immersionsmedium vermindert.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, die sich dadurch auszeichnet, dass sie ein refraktives Projektionsobjektiv gemäß der Erfindung enthält. Die Projektionsbelichtungsanlage hat vorzugsweise auch Einrichtungen, um zwischen der letzten optischen Fläche des Projektionsobjektivs und dem zu belichtenden Substrat ein Immersionsmedium, beispielsweise eine Flüssigkeit geeigneter Brechzahl, einzubringen und zu halten. Umfasst ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen, bei dem ein Bild eines in der Objektebene eines Projektionsobjektives angeordneten Musters im Bereich der Bildebene abgebildet wird, wobei ein zwischen dem Projektionsobjektiv und dem zu belichtenden Substrat angeordnetes, für Licht der Arbeitswellenlänge transparentes Immersionsmedium durchstrahlt wird.
Figure imgf000032_0001
Tabelle 2 ASPHÄRISCHE KONSTANTEN
Figure imgf000033_0001
Figure imgf000033_0002
Tabelle 2 (Fortsetzung)
Figure imgf000034_0001
Figure imgf000034_0002
Tabelle 3
Figure imgf000035_0001
Tabelle 4 ASPHÄRISCHE KONSTANTEN
Figure imgf000036_0001
Figure imgf000036_0002
Tabelle 4 (Fortsetzung)
Figure imgf000037_0002
Figure imgf000037_0001
Tabelle5
Figure imgf000038_0001
Tabelle 6 ASPHÄRISCHE KONSTANTEN
Figure imgf000039_0001
Figure imgf000039_0002
Tabelle 6 (Fortsetzung)
Figure imgf000040_0001
Figure imgf000040_0002
Tabelle 6 (Fortsetzung)
Figure imgf000041_0001
Tabelle 7
Figure imgf000042_0001
Tabelle 8 ASPHÄRISCHE KONSTANTEN
Figure imgf000043_0001
Figure imgf000043_0002
Figure imgf000044_0002
Figure imgf000044_0001
Tabelle 9
Figure imgf000045_0001
Tabelle 10 ASPHÄRISCHE KONSTANTEN
Figure imgf000046_0001
Figure imgf000046_0002
Tabelle 10 (Fortsetzung) FLÄCHE NR. 23 K 0.0000 C1 -1.45577789e-008 C2 -1.93419367e-012 C3 8.86661418e-017 C4 4.86248409e-021 C5 -5.62562318e-025 C6 1.49006191 e-029 C7 O.OOOOOOOOe+OOO C8 O.OOOOOOOOe+OOO C9 O.OOOOOOOOe+OOO
Figure imgf000047_0001
FLACHE NR. 26 K 0.0000 C1 -3.10596549e-010 C2 -1.27212114e-013 C3 -2.15526174e-018 C4 1.18522610e-022 C5 -2.43335508e-027 C6 6.68951355e-033 C7 O.OOOOOOOOe+OOO C8 O.OOOOOOOOe+OOO C9 O.OOOOOOOOe+OOO
Figure imgf000047_0002
Tabelle 11
Figure imgf000048_0001
Tabelle 12 ASPHÄRISCHE KONSTANTEN
Figure imgf000049_0001
Figure imgf000049_0002
Tabelle 12 (Fortsetzung)
Figure imgf000050_0001
Figure imgf000050_0002
Figure imgf000050_0003
Figure imgf000050_0004
Tabelle 12 (Fortsetzung)
Figure imgf000051_0001

Claims

Patentansprüche
Refraktives Projektionsobjektiv zur Abbildung einer in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in eine Bildebene des Projektionsobjektivs mit Hilfe eines Immersionsmediums, welches zwischen einem letzten optischen Element des Projektionsobjektives und der Bildebene angeordnet ist, mit: einer auf die Bildebene folgenden ersten Linsengruppe (LG1 ) mit negativer Brechkraft; einer auf die erste Linsengruppe folgende zweite Linsengruppe
(LG2) mit positiver Brechkraft; einer auf die zweite Linsengruppe folgende dritte Linsengruppe (LG3) mit negativer Brechkraft; einer auf die dritte Linsengruppe folgende vierte Linsengruppe (LG4) mit positiver Brechkraft; einer auf die vierte Linsengruppe folgende fünfte Linsengruppe (LG5) mit positiver Brechkraft; und einer Systemblende (5) , die in einem Übergangsbereich von der vierten Linsengruppe zur fünften Linsengruppe angeordnet ist, wobei die vierte Linsengruppe eine Eintrittsfläche (E) hat, die in der Nähe eines Wendepunktes einer Randstrahlhöhe zwischen der dritten Linsengruppe
(LG3) und der vierten Linsengruppe (LG4) liegt und zwischen der Eintrittsfläche und der Systemblende (5) keine Negativlinse mit substantieller Brechkraft angeordnet ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 , bei dem zwischen der Eintrittsfläche (E) und der Systemblende (5) nur Positivlinsen angeordnet sind.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die fünfte Linsengruppe (LG5) ausschließlich Linsen mit positiver Brechkraft aufweist.
4. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Bereich der dritten Linsengruppe (LG3) ein Einschnürungsort (X) mit minimalem Strahldurchmesser existiert und zwischen diesem Einschnürungsort und der Bildebene (3) nur an einer Stelle ein Linsenpaar (20, 21 , 120, 121 , 220, 221 , 320, 321 ) mit unmittelbar aufeinander folgenden Linsen mit φj * φi+1 < 0 existiert, wobei φj und φi+1 die Brechkräfte der Linsen des Linsenpaares sind und | φj I > 0,12 m"1 ist.
5. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen der Objektebene und der Bildebene nur an drei Stellen Linsenpaare mit unmittelbar aufeinander folgenden Linsen mit φj * φj+ι < 0 existiert, wobei φj und φi+1 die Brechkräfte der Linsen des Linsenpaares sind, und vorzugsweise | φj | > 0,12 m~1 ist.
6. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Linsengruppe (LG1 ) mindestens eine asphärische Fläche enthält, wobei vorzugsweise in der ersten Linsengruppe mindestens zwei asphärische Flächen vorgesehen sind.
7. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Linsengruppe (LG1 ) mindestens zwei Linsen mit jeweils einer asphärischen Fläche enthält.
8. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einem ersten Linsenbereich (LB1 ), in dem die Hauptstrahlhöhe groß gegen die Randstrahlhöhe ist, mindestens eine asphärische Fläche angeordnet ist, die eine Krümmung hat, welche in einem optisch nutzbaren Bereich maximal einen Wendepunkt hat, wobei vorzugsweise zwei solcher Flächen vorgesehen sind.
9. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in dem ersten Linsenbereich (LB1 ) nicht mehr als drei asphärische Flächen mit einem oder mehreren Wendepunkten angeordnet sind.
10. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die asphärischen Flächen eines ersten Linsenbereiches (LB1 ) die Bedingung | ∑C1| | * 106 > 0,22 erfüllen, wobei C1 j der Koeffizient des Gliedes h4 der asphärischen Flächendarstellung der i-ten Fläche ist.
1 . Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere asphärische Flächen mit einem optisch nutzbaren Durchmesser von mehr als 20% einer Baulänge des Projektionsobjektives konkav sind, wobei vorzugsweise alle asphärischen Flächen mit einem optisch nutzbaren Durchmesser von mehr als 20% einer Baulänge des Projektionsobjektives konkav sind.
12. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einem zweiten Linsenbereich (LB2), der sich zwischen der Objektebene (2) und einem Bereich erstreckt, in dem eine Hauptstrahlhöhe im wesentlichen einer Randstrahlhöhe entspricht, mindestens zwei asphärische Flächen angeordnet sind, deren asphärische Beitäge zur Verzeichnung entgegengesetzte Vorzeichen haben.
13. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der dritten Linsengruppe (LG3) mindestens eine asphärische Fläche vorgesehen ist, wobei vorzugsweise zwei asphärische Flächen vorgesehen sind.
14. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in jeder Linsengruppe mindestens eine asphärische Fläche angeordnet ist.
15. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens zwei asphärische Flächen gegenüber einer zugeordneten Hüllsphäre eine Deformation von mehr als 1 ,2 mm haben.
16. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für die sphärische Pupillenabberation PSA die Bedingung 0,9 * PSA31 < PSA3 < 1 ,1 * PSA31 erfüllt ist, wobei PSA31 die Summe der Flächenteilkoeffizienten der sphärischen Pupillenabberation aller Flächen innerhalb eines ersten Linsenbereiches (LB1 ) und PSA3 die Summe der Flächenteilkoeffizienten der sphärischen Pupillenabberation aller Flächen des Systems ist.
17. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Objekt-Bildabstand L und eine Brennweite f hat und an ein Immersionsmedium mit einer Brechzahl nι, angepasst ist, wobei folgende Bedingung erfüllt ist: L / f * nι > 2,5.
18. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Systemblende (5) einen den Blendendurchmesser bestimmenden Blendenrand hat, dessen axiale Position in Bezug auf die optische Achse des Projektionsobjektivs als Funktion des Blendendurchmessers veränderbar ist.
19. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Systemblende als Kugelblende oder als Kegelblende ausgebildet ist.
20. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Systemblende axial verschiebbar ist.
21. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einem Übergangsbereich von der dritten Linsengruppe (LG3) zur vierten Linsengruppe (LG4) mindestens ein Linsendoublett (20, 21 , 120, 121 , 220, 221 , 320, 321 ) vorgesehen, das eine Negativlinse schwacher Brechkraft und eine in Durchstrahlungsrichtung unmittelbar folgende Positivlinse umfasst, wobei die Negativlinse eine bildseitige Konkavfiäche und die nachfolgende Positivlinse eine objektseitige Konkavfiäche hat.
22. Projektionsobjektiv nach Anspruch 21 , bei dem die Positivlinse (21 , 121 , 221 , 321 ) eine zur Objektebene konkave Positiv- Meniskuslinse mit einem eintrittsseitigen Linsenradius R1 und einem austrittsseitigen Linsenradius R2 ist, die folgende Bedingung erfüllt: (R1 + R2)/(R1 - R2) < -1 ,5.
23. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 21 oder 22, bei dem einander zugewandte Konkavflächen des Linsendoubletts asphärisch sind.
24. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der vierten Linsengruppe (LG4) mindestens eine zur Objektebene konkave Meniskuslinse (124, 324', 424) angeordnet, die die Bedingung DL/Dmiπ > 1 ,3 erfüllt, wobei Dmjn der kleinste Lichtbüscheldurchmesser in der vierten Linsengruppe und DL der maximale Lichtbüscheldurchmesser in der Meniskuslinse ist.
25. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle Linsen aus dem gleichen Material bestehen, wobei vorzugsweise als Linsenmaterial für 193nm Arbeitswellenlänge synthetisches Quarzglas und/oder als Linsenmaterial für 157nm Wellenlänge Kalziumfluorid verwendet wird.
26. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine überwiegende Anzahl von Linsen aus synthetischem Quarzglas besteht, wobei mindestens zwei der in unmittelbarer Nähe der Bildebene angeordneten Linsenelemente aus einem Fluoridkristallmaterial mit gleicher Kristallorientierung bestehen.
27. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine überwiegende Anzahl von Linsen aus synthetischem Quarzglas besteht, wobei in der zweiten Linsengruppe (LG2) mindestens eine Positivlinse aus einem Fluoridkristallmaterial vorgesehen ist.
28. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine überwiegende Anzahl von Linsen aus synthetischem Quarzglas besteht, wobei in der vierten Linsengruppe mindestens eine Positivlinse aus Fluoridkristallmaterial vorgesehen ist.
29. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine überwiegende Anzahl von Linsen aus synthetischem Quarzglas besteht, wobei mindestens eine Negativlinse der dritten Linsengruppe aus Fluoridkristallmaterial besteht.
30. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine bildseitige numerische Apertur NA > 0,98 hat, wobei die bildseitige numerische Apertur vorzugsweise mindestens NA = 1 ,0 oder mindestens NA = 1 ,1 beträgt.
31. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Projektionsobjektiv an ein Immersionsmedium (10) an- gepasst ist, welches bei einer Arbeitswellenlänge einen Brechungsindex n > 1 ,3 hat.
32. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Projektionsobjektiv einen bildseitigen Arbeitsabstand von mindestens einem Millimeter hat, wobei der bildseitige Arbeitsabstand vorzugsweise zwischen ca. 1 mm und ca. 15 mm, insbesondere zwischen ca. 1 ,5 mm und ca. 10 mm liegt.
33. Projektionsobjektiv, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Projektionsobjektiv einen objektseitigen Arbeitsabstand hat, der kleiner als 20 mm, insbesondere kleiner als 10 mm ist.
34. Projektionsobjektiv, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Projektionsobjektiv einen objektseitigen Arbeitsabstand hat, der kleiner als 50%, insbesondere kleiner als 25% des Objektfelddurchmessers ist.
35. Projektionsobjektiv, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Projektionsobjektiv einen objektseitigen Arbeitsabstand hat, der zwischen ca. 5mm und ca. 25 % des Objektfelddurchmessers liegt.
36. Projektionsobjektiv nach mindestens einem der Ansprüche 33 bis 35, wobei das Projektionsobjektiv einen bildseitige numerische Apertur NA > 0,8 hat.
37. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Linsengruppe (LG2) mindestens vier, vorzugsweise mindestens fünf aufeinander folgende Linsen mit positiver Brech kraft aufweist.
38. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Linsengruppe (LG2) auf einer der Objektebene (2) zugewandten Eintrittsseite mindestens eine, vorzugsweise mehrere zur Objektebene konkave Meniskuslinsen mit positiver Brechkraft aufweist und/oder wobei die zweite Linsengruppe an der der Bildebene zugewandten Austrittsseite mindestens eine, vorzugsweise mehrere zur Objektebene konvexe Meniskuslinsen mit positiver Brechkraft aufweist.
39. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Linsengruppe (LG2) in dieser Reihenfolge mindestens eine zur Objektebene konkave Meniskuslinse mit positiver Brechkraft, eine bikonvexe Positivlinse und mindestens eine zur Bildebene konkave Meniskuslinse mit positiver Brechkraft aufweist.
40. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die dritte Linsengruppe (LG3) nur Linsen mit negativer Brech kraft aufweist.
41. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vierte Linsengruppe (LG4) in einem objektseitigen Eintrittsbereich mindestens eine zur Objektebene (2) konkave Meniskuslinse mit positiver Brechkraft aufweist, wobei vorzugsweise aufeinanderfolgend mehrere derartige Meniskuslinsen vorgesehen sind.
42. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die fünfte Linsengruppe (LG5) mindestens eine Meniskuslinse mit positiver Brechkraft und bildwärts konkaven Linsenflächen aufweist.
43. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die fünfte Linsengruppe (LG5) als letztes optisches Element eine Plankonvexlinse aufweist, die vorzugsweise eine sphärische oder asphärisch gekrümmte Eintrittsfläche und eine im wesentlichen ebene Austrittsfiäche hat.
44. Projektionsobjektiv nach Anspruch 43, bei dem die Plankonvexlinse nicht-hemisphärisch ausgebildet ist.
45. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um ein Ein-Taillen-System mit einem objektnahen Bauch (6), einem bildnahen Bauch (8) und einer dazwischenliegenden Taille (7) handelt.
46. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine maximale Randstrahlhöhe mindestens doppelt so groß ist wie die Randstrahlhöhe am Ort (X) der engsten Einschnürung.
47. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein objektnaher Bauch (6) einen ersten Bauchdurchmesser und ein bildnaher Bauch (8) einen zweiten Bauchdurchmesser hat und bei dem ein Bauchdurchmesserverhältnis zwischen dem zweiten und dem ersten Bauchdurchmesser mehr als 1 ,1 beträgt, insbesondere mehr als 1 ,2.
48. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die fünfte Linsengruppe unmittelbar die Bildebene folgt, so dass das Projektionsobjektiv ausser der ersten bis fünften Linsengruppe keine weitere Linse oder Linsengruppe hat.
49. Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, gekennzeichnet durch ein refraktives Projektionsobjektiv gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
50. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen mit folgenden Schritten: Bereitstellung einer Maske mit einem vorgegebenen Muster; Beleuchtung der Maske mit Ultraviolettlicht einer vorgegebenen Wellenlänge; Projektion eines Bildes des Musters auf ein im Bereich der Bildebene eines Projektionsobjektivs angeordnetes, lichtempfindliches Substrat mit Hilfe eines Projektionsobjektivs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 44; wobei bei der Projektion ein zwischen einer letzten optischen Fläche des Projektionsobjektives und dem Substrat angeordnetes Immersionsmedium durchstrahlt wird.
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