WO2007020004A1 - Projektionsobjektiv und verfahren zur optimierung einer systemblende eines projektionsobjektivs - Google Patents

Projektionsobjektiv und verfahren zur optimierung einer systemblende eines projektionsobjektivs Download PDF

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WO2007020004A1
WO2007020004A1 PCT/EP2006/007904 EP2006007904W WO2007020004A1 WO 2007020004 A1 WO2007020004 A1 WO 2007020004A1 EP 2006007904 W EP2006007904 W EP 2006007904W WO 2007020004 A1 WO2007020004 A1 WO 2007020004A1
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image
boundary curve
projection objective
axis
optical system
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PCT/EP2006/007904
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Karl-Heinz Schuster
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems

Definitions

  • the invention relates to a projection lens, in particular for a microlithography exposure system. Furthermore, the invention relates to an illumination system, a microlithography exposure system and a method for optimizing a system aperture of a projection objective.
  • Projection objectives are used, for example, in the manufacture of electronic components or other microstructured components.
  • a template which is also referred to as a mask or reticle, is imaged with the projection lens on a substrate having a photosensitive layer.
  • a high resolution can be achieved in particular in that the projection lens has a high numerical aperture.
  • the telecentricity error indicates the angular deviation between the orientation of the tufts of light in the object plane or image plane and the respective perpendicular to these planes.
  • Limiting the image-side telecentricity error to low values ensures that almost identical imaging conditions prevail for each pixel within the image field, and that the lateral image position prevails for small focal variations preserved. Especially with high numerical apertures, it is important to keep the image-side telecentricity error low in order to ensure an undisturbed image structure with regard to interference contrast and lateral image position. However, as the image-side numerical aperture increases, it becomes increasingly difficult to limit the image-side telecentricity error to low values.
  • a purely refractive projection lens with a low telecentricity error is known from WO 2003/077036.
  • an imaging device in particular a lens, with a system shutter is known, which is adjustable in its opening diameter.
  • the system shutter is designed so that its position varies depending on the opening diameter.
  • the change of the axial position is the preferred movement.
  • a sideways or a tilting movement or any combinations of the movements are conceivable according to the disclosure of DE 199 55 984 A1.
  • An object of the invention is to provide a projection lens with the best possible imaging properties, in particular with the smallest possible telecentricity error.
  • the projection objective according to the invention for imaging an object field in an object plane onto an image field in an image plane is provided in particular for a microlithography exposure system.
  • the projection objective has system stops and refractive and / or reflective optical elements which are arranged relative to an optical system axis.
  • the centroid of the image field is arranged at a lateral distance from the optical system axis.
  • the system diaphragm has an inner diaphragm edge, which encloses an aperture and whose shape is defined by a boundary curve.
  • the boundary curve extends at least partially outside a plane which is spanned perpendicular to the optical system axis.
  • the projection of the boundary curve on a plane which is spanned perpendicular to the optical system axis, decentered from the optical system axis is formed.
  • the Berandungskurve be formed as an irregular polygon, in which at least one corner deviates from a circular line, which hugs the outside of the polygon.
  • the projection objective has a small image-side and / or object-side telecentricity error. This can be achieved with relatively little effort by the inventive design of the system aperture.
  • this configuration of the system shutter it is possible to refer to other corrective means for remedying the telecentricity error, such as e.g. additional lenses or strongly deformed aspheres are dispensed with.
  • An image-side telecentricity d. H. an image-side telecentric error of zero, is given when the principal rays within the image field are oriented perpendicular to the image plane.
  • An object-side telecentricity i. H. an object-side telecentricity error of zero, is given when the principal rays within the object field are oriented perpendicular to the object plane. If the image plane or the object plane is oriented perpendicular to the optical system axis, then a telecentricity is given if the main rays in the considered region run parallel to the optical system axis.
  • a main beam is defined in each case so that it starts from an off-axis point of the object field and passes through the system aperture in the middle.
  • a low image-side telecentricity error allows a largely undisturbed image structure with regard to interference contrast and image position even with a high numerical aperture. Furthermore, a small image-side telecentricity error is of particular importance if the projection objective has one or more optical elements which are formed as optically uniaxial crystals with pronounced intrinsic birefringence or as so-called isotropic crystals such as MgAl 2 O 4 , Y 3 Al 5 O 12 or MgO. With a small telecentricity error, the uniaxial crystals can use the refractive index for the ordinary ray with tangential polarization. The same applies to the isotropic crystals, which have an intrinsic birefringence at the operating wavelength of the projection objective.
  • the sides of the irregular polygon which represents the boundary curve of the system aperture in one exemplary embodiment of the projection objective, are preferably curved. This makes it possible to approximate a large number of boundary curves represent.
  • the sides of the polygon are each formed differently. For example, an ellipse or a non-linearly stretched ellipse can be reproduced by the polygon.
  • the boundary curve of the system aperture is preferably flat. As just in this sense, it is also considered when the panel has several segments that are slightly offset in the region of the inner diaphragm edge due to their design and thus the boundary curve of the system aperture is not exactly in the same plane.
  • the system panel may be coupled to a sliding and / or pivoting mechanism. This makes it possible, in particular, to change the position and / or orientation when changing the size of the aperture of the system aperture, in order to again achieve the lowest possible telecentricity errors at different numerical apertures.
  • the system aperture can be realized by a plurality of side-by-side apertures.
  • a shift of the system diaphragm and / or an at least regional profile of the boundary curve of the system diaphragm can be simulated outside of a plane by the plurality of diaphragms, which is spanned perpendicularly to the optical system axis. This has the advantage that it is possible to dispense with the displacement mechanism or that it is not necessary to mount the system diaphragm at an inclination to the plane which is mounted perpendicular to the optical system axis.
  • a multiplicity of the optical element axes of the refractive and / or reflective optical elements are arranged on the optical system axis.
  • all such optical element axes are arranged on the optical system axis.
  • the telecentricity errors can surprisingly be reduced by a deviation from a circular aperture centered on the optical system axis.
  • the projection objective can be designed for an operating wavelength below 250 nm, preferably below 200 nm. Furthermore, the projection lens can be designed for an operating wavelength above 100 nm.
  • the image-side numeric Aperture of the projection lens may have a value of at least 0.9, preferably of at least 1.25, more preferably of at least 1.4.
  • the projection lens is catadioptric and thus has both one or more lenses and one or more mirrors.
  • the projection lens has at least one concave mirror.
  • at least one lens with an aspheric lens surface of at least the fifth order may be provided.
  • the image-side last optical element of the projection lens is preferably made of a material having an intrinsic birefringence.
  • the image-side last optical element may consist of sapphire.
  • the invention further relates to an illumination system for a microlithography exposure system.
  • the illumination system has a diaphragm with an inner diaphragm edge, which encloses an aperture and whose shape is defined by a boundary curve.
  • the boundary curve is decentered to form an optical system axis and / or runs at least partially outside a plane which is spanned perpendicular to the optical system axis.
  • a microlithography exposure apparatus designed according to the invention has an illumination system and / or a projection objective which is designed in the manner described above.
  • the object field of the projection lens is preferably not illuminated by the illumination system in a telecentric manner.
  • the invention further relates to a method for operating a projection objective described above, wherein the shape of the boundary curve of the system aperture and / or their position and / or their orientation is changed relative to the optical system axis in a change in the aperture of the projection lens. On In this way, it is possible to operate the projection lens always at low telecentricity errors, even if the aperture is changed.
  • the invention relates to a method for optimizing a system aperture of a projection lens, in particular for a microlithography exposure system.
  • a first coma ray and a second coma ray are respectively calculated for a desired aperture of the projection objective for at least two image field heights of an image field whose area centroid is arranged at a lateral distance from an optical system axis of the projection objective.
  • the Komastrahlen are characterized by the fact that they just pass through the desired aperture.
  • the system shutter is formed and / or arranged such that a boundary curve for an inner diaphragm edge, which encloses an aperture, passes through the intersections of the first coma beams and the intersections of the second coma beams.
  • the position of a planar boundary curve is preferably defined by the intersections of the coma rays, or the boundary curve defined by the intersections of the coma rays is projected into a plane.
  • the coma jets are each calculated under image-side telecentric conditions.
  • the coma rays can be calculated for an image field height that is at most 20%, preferably at most 10%, greater than a minimum image field height.
  • the coma beams can be calculated for an image field height which is at most 20%, preferably at most 10% smaller than a maximum image field height.
  • the design of the projection objective for an object field height before calculating the coma rays.
  • the design of the projection objective for the determined boundary curve of the system aperture is preferably optimized again.
  • the determination of the boundary curve of the system aperture by means of Komastrahlen and the
  • FIG. 1 is a highly simplified block diagram of an embodiment of a microlithography exposure system
  • FIG. 6 shows a third exemplary embodiment of the geometry of the system diaphragm in a representation corresponding to FIG. 4, FIG.
  • FIG. 7 shows a fourth exemplary embodiment of the geometry of the system diaphragm in a representation corresponding to FIG. 4, FIG.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a design for the projection objective in a meridional section
  • FIG. 10 shows an enlarged detail of FIG. 9 in a region between the object plane up to the beginning of the lens group G5 and FIG
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of the image-side telecentricity error dTZ as a function of the image field height H '.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified block diagram of an embodiment of a microlithography exposure system.
  • a microlithography exposure apparatus can be used, for example, in the production of highly integrated semiconductor components.
  • the microlithography exposure apparatus has a light source 1 which generates light having a wavelength preferably in the UV range or in the soft X-ray range.
  • the light source 1 is an ArF excimer laser that emits light having a wavelength of 193 nm.
  • other types of light sources 1 such as, for example, an F 2 excimer laser with a wavelength of approximately 157 nm, a KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm, etc. Which light source is used, Depends on which operating wavelength the microlithography exposure system is designed for.
  • the microlithography exposure system is preferably designed for an operating wavelength greater than 100 nm and less than 250 nm, in particular less than 200 nm.
  • the light generated by the light source 1 is supplied to a lighting system 2.
  • the illumination system 2 serves to optimally illuminate a reticle 3 which adjoins the illumination system 2 in the beam path and which is also referred to as a mask and is arranged in an object plane 4.
  • the illumination system 2 illuminates an area in the object plane 4, which is referred to below as an object field 5 and in particular has a rectangular shape.
  • the lighting system may include 2 facilities for selecting a Lighting mode and in particular for setting a desired polarization state of the illumination light.
  • the reticle 3 is attached to a reticle holder 6, which is also referred to as a reticle stage and, for example, allows a lateral movement of the reticle 3 in the context of a scanning operation.
  • the structures formed on the reticle 3 are imaged with the aid of a projection objective 7 arranged after the reticle 3 in an image plane 8 which follows the projection objective 7 within an image field 9.
  • the image field 9 preferably also has a rectangular shape.
  • the dimensions of the image field 9 are generally smaller than the dimensions of the object field 5, since the projection objective is preferably designed for a reduction image.
  • the projection objective 7 extends along an optical system axis 10, which is defined by a multiplicity of optical elements which, for reasons of clarity, are not shown in FIG. 1 and each have an optical element axis. All optical element axes or at least a large part of the optical element axes coincide with the optical system axis 10.
  • the centroid of the object field 5 and also the centroid of the image field 9 are preferably not on the optical system axis 10, but are each arranged at a lateral distance from the optical system axis 10.
  • the projection objective 7 has a system diaphragm 11, which is of particular interest for the invention and is shown symbolically in FIG. Arrangement, orientation and design of the system shutter 11 will be described in detail below.
  • a substrate 12 is arranged on a substrate holder 13.
  • the substrate holder which is also referred to as Wafer Stage, allows a variety of movement and adjustment options.
  • the substrate 12 can be moved laterally, ie perpendicular to the optical system axis 10, with the aid of the substrate holder 13.
  • a movement is provided synchronously and antiparallel to the reticle 3.
  • the substrate holder 13 allows movement of the substrate 12 parallel to the optical system axis 10 and a tilting movement about at least one tilt axis.
  • the Surface of the substrate 12 and a photosensitive layer formed on the surface to be arranged exactly in the image plane 8 of the projection lens 7.
  • the substrate 12 is, for example, a wafer, in particular a silicon wafer.
  • an immersion liquid not shown figuratively may be provided to allow operation of the projection lens 7 at a numerical aperture NA greater than 1 on the image side.
  • the immersion liquid wets the image last optical element of the projection lens 7 and the substrate 12. It is also possible to provide a solid immersion medium, which rests directly on the last optical element of the projection lens 7 and has a very small distance from the substrate 12.
  • FIG. 2 shows a greatly simplified representation of the imaging geometry of the projection objective 7.
  • a coordinate axis labeled Y is drawn in the object plane 4, which axis runs parallel to the shorter side of the rectangular object field 5.
  • the object field 5 extends between the coordinates Ymin and Ymax.
  • a coordinate axis designated by Y ' is drawn, which runs parallel to the shorter side of the rectangular image field 9.
  • the image field 9 extends between the coordinates Y'min and Y'max.
  • the imaging quality of the projection objective 7 depends inter alia on the telecentricity, in particular on the image-side telecentricity.
  • An image-side telecentricity is present when the main rays are oriented within the image field 9 perpendicular to the image plane 8. If this condition only applies to a subarea of the image field 9, then telecentricity is present only in this subarea.
  • the image plane 8 is oriented perpendicular to the optical system axis 10, so that the above definition of the telecentricity then corresponds to the conventionally used definition, according to which the main rays in the considered region run parallel to the optical system axis 10.
  • a main beam is defined in each case so that it starts from an off-axis point of the object field 5 and the system aperture 11 passes centrally.
  • Fig. 2 is an example of an object side and side telzentri shear main beam HS in the area of the object plane 4 and the image plane 8 located.
  • the beam path through the projection lens 7 is not shown figuratively.
  • a lower Komastrahl UKS and an upper Komastrahl OKS each shown in the area of the object plane 4 and the image plane 8, which emanate from an off-axis object point and the system aperture 11 just happen.
  • the lower Komastrahl UKS runs in the illustration of FIG. 2, starting from the object point obliquely down and would happen at a representation of the entire beam path, the system aperture 11 just at the bottom edge.
  • the upper Komastrahl OKS runs obliquely upward and passes through the system panel 11 just at the top edge.
  • the coma rays are sometimes referred to as marginal rays.
  • marginal rays the term “marginal rays” is used in each case only for rays that emanate from an object point on the optical system axis 10 and just pass through the system aperture 1.
  • coma ray is used for such rays.
  • an object-side telecentricity is present when the main rays HS are oriented within the object field 5 perpendicular to the object plane 4 or run parallel to the optical system axis 10.
  • a telecentricity error The angular deviation between the actual orientation of a main beam and a main telecentric beam is referred to as a telecentricity error.
  • a telecentricity error For small telecentric errors, there is still no significant loss in image quality. In particular, it is ensured in the case of small image-side telecentricity errors that almost identical imaging conditions prevail for each pixel within the image plane 8. It is irrelevant whether the pixel is arranged on the optical system axis 10, in the middle of the image field 9 or at the edge of the image field 9. In particular, the lateral image position is retained for small focus variations.
  • the beams denote the energy center of the tufts of light involved in the imaging and replace the main beams in the definition of the telecentricity or the telecentricity errors.
  • 3 shows the geometry of the image field 9 in a schematic representation. As coordinate axes extending parallel to the longer side of the rectangular image field 9 X 'axis and a parallel to the shorter side of the rectangular image field 9 extending Y' axis are shown. In particular, in FIG.
  • the image field height H ' designate the distance of a pixel from the optical system axis 10. In this case, this distance is defined as the solder from the respective pixel on the optical axis.
  • the minimum image height H'min and the maximum image height H'max are defined in the object plane 4.
  • the circular arcs drawn by way of example in FIG. 3 each mark regions of identical image field height H '. Within each of these areas, the same telecentricity error exists.
  • the projection lens 7 may be formed such that the circular arc having a radius slightly larger than the minimum frame height H'min and the circular arcs having a radius slightly smaller than the maximum frame height H'max indicate regions having a telecentricity error of zero.
  • the system panel 11 has an aperture 14, which is enclosed by an inner panel edge 15.
  • the shape of the inner diaphragm edge 15 is defined by a circular boundary curve whose center 16 is arranged at a distance d from the optical axis 10.
  • the system diaphragm 11 generally has a plurality of segments, each of which forms a partial region of the inner diaphragm edge 15. This partial region preferably has the shape of a curved line, so that the boundary curve represents a polygon, which as
  • FIG. 5 shows a second exemplary embodiment of the geometry of the system panel 11 in a schematic representation.
  • the representation differs from Fig. 4 and shows a section through the system panel 11 parallel to the optical axis 10.
  • the system panel 1 1 has an aperture 14 with an inner panel edge 15, wherein the boundary curve is circular and its center 16 on the optical Axis 10 has.
  • the boundary curve is not oriented perpendicular to the optical axis 10, but includes with a perpendicular to the optical axis at an angle ⁇ , which is greater than 0 °.
  • angle ⁇ ⁇ > 2 °, preferably ⁇ > 5 °
  • a drive 17 is further indicated, by means of which the system shutter 11 can be pivoted and thereby the angle ⁇ can be changed.
  • FIG. 6 shows a third exemplary embodiment of the geometry of the system panel 11 in a representation corresponding to FIG. 4.
  • the boundary curve of the system shutter 11 is formed as an ellipse. The intersection of the major axes of the ellipse is arranged on the optical axis 10. The boundary curve is oriented perpendicular to the optical axis 10.
  • the system panel 11 has segments with different edges, each of which is curved. Preferably, all segments of the system panel 11 are formed differently with respect to their edges.
  • Fig. 7 shows a fourth embodiment of the geometry of the system shutter 11 in a Fig. 4 corresponding representation.
  • the boundary curve of the system shutter 11 in the form of a non-linearly distorted ellipse.
  • the boundary curve is oriented perpendicular to the optical system axis 10. Before the distortion, the intersection of the major axes of the ellipse is located on the optical axis 10.
  • the fourth embodiment thus arises by a non-linear Distortion of the boundary curve of the system shutter 11 of the third embodiment.
  • the system diaphragm 1 1 may have an inner diaphragm edge 15 with a boundary curve, which is formed as an ellipse, wherein the intersection of the major axes of the ellipse is arranged at a distance d to the optical axis 10 and the ellipse the angle ⁇ with the perpendicular to the optical axis includes.
  • the boundary curve may also have a different shape and / or position and / or orientation, for which results in a low, in particular image-side telecentricity error.
  • the respective design of the system diaphragm 11 is thus considered within the scope of the invention as a parameter for optimizing the projection lens 7 with regard to small telecentricity errors.
  • the embodiments of the system shutter 11 shown in FIGS. 4 to 7 each relate to the maximum provided image-side numerical aperture of the projection lens 7, in which the aperture 14 of the system shutter 11 has the maximum intended size.
  • the system aperture 11 is formed in as any dimmed state so that low telecentricity errors can be achieved.
  • optimal configurations for the system panel 11 are determined in advance for the desired dimmed states and the system panel 1 1 is designed so that it assumes the desired configurations when dimming down.
  • a closing movement for the aperture 14 is set, in which not only the opening area is reduced, but also varies the boundary curve of the inner panel edge 15 in terms of their position and / or orientation and / or shape.
  • the boundary curve of the inner diaphragm edge 15 is displaced when dimming perpendicular to the plane of the boundary curve or in a direction indicated by a different angle direction.
  • One possible sequence of boundary curves during dimming is shown in FIG.
  • FIG. 8 shows an exemplary sequence of boundary curves for different opening states of the system panel 11 in a perspective illustration.
  • the boundary curves enclose differently sized surfaces in the individual dimming states and are arranged at different positions, so that an envelope surface, which contains all boundary curves, has the shape of a truncated cone.
  • the illustrated sequence of boundary curves can be realized, for example, by means of a system diaphragm 11 which has a series of segments which form a boundary curve according to the truncated cone shown in FIG. 8 for each size of the diaphragm aperture 14.
  • a mechanism similar to the drive 17 shown in FIG. 5 can be provided for pivoting the system aperture 11.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a design for the projection objective 7 in a meridional section.
  • the illustrated projection lens 7 is designed for an operating wavelength of 193 nm and has a picture-side numerical aperture of 1.75.
  • the size of the image field 9 is 20 mm ⁇ 4 mm, whereby the image field 9 is formed off-axis, ie outside the optical system axis 10.
  • the distance between the object plane 4 and the image plane 8 is 1342.9 mm.
  • the wavefront deviation RMS is less than 5.2 m ⁇ .
  • the image last lens (surface 46) consists of sapphire (refractive index 1.928). the space between this last lens and the object side adjacent thereto lens (surface 44) filled with an immersion liquid having a refractive index of 1.561.
  • the other lenses are each made of quartz glass (fused silica) with a refractive index of 1,560.
  • a lens group Gl, a lens group G2, and a lens group G3 are successively arranged in this order, each having one or more lenses.
  • the lens groups Gl, G2 and G3 contain no lens with negative refractive power.
  • the lens group Gl consists of three positive meniscus lenses, each having two aspheric surfaces.
  • the lens group G2 consists of a positive lens with an object-side aspherical and a image-side spherical surface.
  • the lens group G3 consists of a positive lens which is preferably designed for correction of spherical aberrations.
  • the image side of the system diaphragm 11 is followed by a lens group G4, which consists of a positive meniscus lens with an object-side concave surface.
  • the lens group G4 is followed on the image side by a lens group G5 which as a whole has a positive refractive power and preferably has two aspherical surfaces.
  • a first concave mirror Ml and a second concave mirror M2 which together form a mirror group G6.
  • the mirror group G6 forms a first intermediate image IM1, which is formed on the object side of the first concave mirror M1, on a second intermediate image IM2 on the image side of the second concave mirror M2.
  • the second concave mirror M2 is followed on the image side by a lens group G7, which consists of a positive meniscus lens with a image-side concave surface. After that follows one
  • Lens group G8 with four consecutive negative lenses, one of which is a lens a biconcave lens is formed.
  • the two lenses of the lens group G8 arranged on the object side of the biconcave lens have a curvature opposite the lens arranged on the side of the biconcave lens.
  • the lens group G8 is followed on the image side by a lens group G9 with positive lenses.
  • a thin meniscus lens with a small refractive power is arranged in the area of the largest beam diameter within the lens group G9.
  • Adjoining the lens group G9 on the image side is the lens group GlO with the last lens on the image side, which in the manner already mentioned is optically coupled to the object-side adjacent lens of the lens group GlO by means of the immersion liquid.
  • the area between the image last last lens and the substrate is also filled with the immersion liquid.
  • All lenses and mirrors of the catadioptric projection objective 7 shown in FIG. 9 are centered with their optical element axes to the optical system axis 10.
  • the design of the system diaphragm 11 and the design of the projection lens 7 are coordinated so that there are small object-side and / or image-side telecentric errors.
  • the relevant procedure will be described below in particular with reference to FIG. 10.
  • FIG. 10 shows an enlarged detail from FIG. 9 in a region between the object plane 4 up to the beginning of the lens group G5.
  • a lens design without a system shutter 11 is optimized by means of a commercial design program for a mean object field height.
  • calculations of the beam path are carried out starting from an object point of average object field height.
  • the calculations are carried out in such a way that the image of the object point is telecentric on the image side.
  • the calculations are carried out in particular for a main beam HS.
  • beam paths are then calculated in the opposite direction, ie from the image plane 8 to the object plane 4.
  • the respective desired aperture is specified and beam paths for two pixels are calculated telecentrically.
  • the one pixel has an image field height that is slightly larger, for example, 10% larger than the minimum image field height H'min.
  • the image field height of the other pixel is slightly smaller, for example, 10% smaller than the maximum image height H'max.
  • a lower coma beam UKSmin or UKSmax and an upper coma beam OKSmin or OKSmax are calculated in accordance with the selected aperture.
  • the boundary curve of the system diaphragm 11 is modified in such a way that the boundary curve runs through the intersections of the lower coma beams UKSmin and UKSmax and through the intersections of the upper coma beams OKSmin and OKSmax. If the shape of the boundary curve including the tilt angle to the optical system axis 10 is known, it is completely defined by the two intersection points.
  • the calculations are performed for further beams which provide corresponding further intersection points through which the boundary curve of the system shutter 11 runs as a mirror-symmetrical, closed curve.
  • the boundary curve will not run in one plane. Since the deviations from the plane can be neglected in most cases, the boundary curve is preferably projected into a plane.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of the image-side telecentricity error dTZ as a function of the image field height H '.
  • the object-side telecentricity error can also be optimized.
  • the intersection points of upper and lower Komastrahlen OKS and UKS are determined, which are calculated from object points.
  • the object-side telecentricity error will assume greater values than is the case with an optimization of the object-side telecentricity error.
  • the distribution of the object-side telecentricity error will generally not be rotationally symmetrical.
  • a non-rotationally symmetrical diaphragm can be provided in the illumination system 2, which is arranged and / or tilted off axis to the optical system axis 10.
  • At least one optical element of the illumination system 2 has at least one aspherical optical surface.
  • the illumination system 2 can also be configured decentered to the optical system axis 10. In this case, it is preferably provided that at least one optical surface of the optical elements of the illumination system 2 is formed as a free-form surface.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv (7), insbesondere für eine Mikrolithographie-Belichtungsanlage, zur Abbildung eines Objektfelds (5) in einer Objektebene (4) auf ein Bildfeld (9) in einer Bildebene (8). Das Projektionsobjektiv (7) weist eine Systemblende (1 1) und refraktive und/oder reflektive optische Elemente auf, die relativ zu einer optischen Systemachse (10) angeordnet sind. Der Flächenschwerpunkt des Bildfeldes (5) ist in einem lateralen Abstand zur optischen Systemachse (10) angeordnet. Die Systemblende (1 1) weist einen inneren Blendenrand (15) auf, der eine Blendenöffnung (14) umschließt und dessen Form durch eine Berandungskurve definiert ist. Die Berandungskurve verläuft wenigstens bereichsweise außerhalb einer Ebene, die senkrecht zur optischen Systemachse (10) aufgespannt ist.

Description

PROJEKTIONSOBJEKTIV UND VERFAHREN ZUR OPTIMIERUNG EINER SYSTEMBLENDE EINES PROJEKTIONSOBJEKTIVS
Für die vorliegende Anmeldung werden die Prioritäten der deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 009912.2, eingereicht am 01.03.2005 und der US continuation-in-part-Anmeldung Nr. 11/151465, eingereicht am 14.06.2005, beansprucht.
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv, insbesondere für eine Mikrolithographie- Belichtungsanlage. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Beleuchtungssystem, eine Mikrolithographie-Belichtungsanlage und ein Verfahren zur Optimierung einer Systemblende eines Projektionsobjektivs.
Projektionsobjektive werden beispielsweise bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen oder sonstigen mikrostrukturierten Komponenten eingesetzt. Im Rahmen des Herstellungsprozesses wird eine Vorlage, die auch als Maske oder Retikel bezeichnet wird, mit dem Projektionsobjektiv auf ein Substrat abgebildet, das eine lichtempfindliche Schicht aufweist.
Der Trend zu immer höheren Packungsdichten bei elektronischen Bauelementen und die auch in sonstigen Bereichen fortschreitende Miniaturisierung haben zur Folge, dass immer kleinere Strukturen hergestellt werden. Dementsprechend steigen die Anforderungen an das verwendete Projektionsobjektiv, wobei insbesondere die erzielbare Auflösung im Mittelpunkt des Interesses steht. Eine hohe Auflösung lässt sich insbesondere dadurch erzielen, dass das Projektionsobjektiv eine hohe numerische Apertur aufweist. Allerdings wird es bei einer numerischen Apertur, die einen Wert größer als 1 aufweist, zunehmend schwieriger, den Telezentriefehler möglichst gering zu halten, d. h. eine möglichst senkrecht zur Objektebene bzw. zur Bildebene ausgebildete Orientierung der Lichtbüschel in der Objektebene bzw. in der Bildebene, zu erzielen. Der Telezentriefehler gibt die Winkelabweichung zwischen der Orientierung der Lichtbüschel in der Objektebene bzw. Bildebene und dem jeweiligen Lot auf diese Ebenen an. Durch eine Begrenzung des bildseitigen Telezentriefehlers auf niedrige Werte ist gewährleistet, dass für jeden Bildpunkt innerhalb des Bildfeldes nahezu identische Abbildungsbedingungen herrschen und bei kleinen Fokusvariationen die laterale Bildlage erhalten bleibt. Gerade bei hohen numerischen Aperturen ist es wichtig, den bildseitigen Telezentriefehler gering zu halten, um einen ungestörten Bildaufbau bezüglich Interferenzkontrast und lateraler Bildlage zu gewährleisten. Allerdings wird es mit steigender bildseitiger numerischer Apertur zunehmend schwieriger, den bildseitigen Telezentriefehler auf niedrige Werte zu begrenzen. Ein rein refraktives Projektionsobjektiv mit einem geringen Telezentriefehler ist aus der WO 2003/077036 bekannt.
Aus der DE 199 55 984 Al ist eine Abbildungsvorrichtung, insbesondere ein Objektiv, mit einer Systemblende bekannt, die in ihrem Öffnungsdurchmesser verstellbar ist. Die Systemblende ist so ausgebildet, dass ihre Lage in Abhängigkeit von dem Öffnungsdurchmesser variiert. Dabei ist die Veränderung der axialen Lage die bevorzugte Bewegung. Eine Seitwärts- oder eine Kippbewegung oder beliebige Kombinationen der Bewegungen sind gemäß der Offenbarung der DE 199 55 984 Al denkbar.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Projektionsobjektiv mit möglichst guten Abbildungseigenschaften, insbesondere mit einem möglichst geringen Telezentriefehler, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Projektionsobjektiv mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv zur Abbildung eines Objektfelds in einer Objektebene auf ein Bildfeld in einer Bildebene ist insbesondere für eine Mikrolithographie- Belichtungsanlage vorgesehen. Das Projektionsobjektiv weist Systemblende und refraktive und/oder reflektive optische Elemente auf, die relativ zu einer optischen Systemachse angeordnet sind. Der Flächenschwerpunkt des Bildfeldes ist in einem lateralen Abstand zur optischen Systemachse angeordnet. Die Systemblende weist einen inneren Blendenrand auf, der eine Blendenöffnung umschließt und dessen Form durch eine Berandungskurve definiert ist. Die Berandungskurve verläuft wenigstens bereichsweise außerhalb einer Ebene, die senkrecht zur optischen Systemachse aufgespannt ist. Ebenso ist es auch möglich, dass die Projektion der Berandungskurve auf eine Ebene, die senkrecht zur optischen Systemachse aufgespannt ist, dezentriert zur optischen Systemachse ausgebildet ist. Weiterhin kann die Berandungskurve als ein unregelmäßiges Vieleck ausgebildet sein, bei dem wenigstens eine Ecke von einer Kreislinie abweicht, die sich von außen an das Vieleck anschmiegt.
Das Projektionsobjektiv weist einen geringen bildseitigen und/oder objektseitigen Telezentriefehler auf. Dies ist mit vergleichsweise wenig Aufwand durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Systemblende zu erreichen. Durch diese Ausbildung der Systemblende kann auf andere Korrektionsmittel zur Behebung des Telezentriefehlers, wie z.B. zusätzliche Linsen oder stark deformierte Asphären, verzichtet werden.
Eine bildseitige Telezentrie, d. h. ein bildseitiger Telezentriefehler von Null, ist dann gegeben, wenn die Hauptstrahlen innerhalb des Bildfelds senkrecht zur Bildebene orientiert sind. Eine objektseitige Telezentrie, d. h. ein objektseitiger Telezentriefehler von Null, ist dann gegeben, wenn die Hauptstrahlen innerhalb des Objektfelds senkrecht zur Objektebene orientiert sind. Falls die Bildebene bzw. die Objektebene senkrecht zur optischen Systemachse orientiert ist, ist eine Telezentrie dann gegeben, wenn die Hauptstrahlen im betrachteten Bereich parallel zur optischen Systemachse verlaufen. Ein Hauptstrahl ist dabei jeweils so definiert, dass er von einem außeraxialen Punkt des Objektfelds ausgeht und die Systemblende mittig passiert.
Ein geringer bildseitiger Telezentriefehler ermöglicht auch bei einer hohen numerischen Apertur einen weitgehend ungestörten Bildaufbau bzgl. Interferenzkontrast und Bildlage. Weiterhin ist ein geringer bildseitiger Telezentriefehler insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Projektionsobjektiv ein oder mehrere optische Elemente aufweist, die als optisch einachsige Kristalle mit ausgeprägter intrinsischer Doppelbrechung ausgebildet sind oder als sogenannte isotrope Kristalle, wie beispielsweise MgAl2O4, Y3AI5O12 oder MgO. Bei einem geringen Telezentriefehler kann bei den einachsigen Kristallen der Brechungsindex für den ordentlichen Strahl mit tangentialer Polarisation genutzt werden. Entsprechendes gilt für die isotropen Kristalle, die bei der Betriebswellenlänge des Projektionsobjektivs eine intrinsische Doppelbrechung aufweisen.
Die Seiten des unregelmäßigen Vielecks, das bei einem Ausführungsbeispiel des Projektionsobjektivs die Berandungskurve der Systemblende darstellt, sind vorzugsweise gekrümmt ausgebildet. Damit lässt sich eine Vielzahl von Berandungskurven näherungsweise darstellen. Insbesondere sind die Seiten des Vielecks jeweils unterschiedlich ausgebildet. Beispielsweise kann durch das Vieleck eine Ellipse oder eine nicht linear gestreckte Ellipse nachgebildet werden.
Die Berandungskurve der Systemblende ist bevorzugt eben ausgebildet. Als eben in diesem Sinne wird es auch noch angesehen, wenn die Blende mehrere Segmente aufweist, die im Bereich des inneren Blendenrands bauartbedingt geringfügig gegeneinander versetzt sind und dadurch die Berandungskurve der Systemblende nicht exakt in der gleichen Ebene verläuft.
Die Systemblende kann mit einem Verschiebe- und/oder Schwenkmechanismus gekoppelt sein. Damit besteht insbesondere die Möglichkeit, beim Ändern der Größe der Blendenöffnung der Systemblende auch deren Position und/oder Orientierung zu ändern, um wiederum möglichst geringe Telezentriefehler bei verschiedenen numerischen Aperturen zu erzielen.
Die Systemblende kann durch mehrere nebeneinander angeordnete Blenden realisiert sein. Insbesondere können durch die mehreren Blenden eine Verschiebung der Systemblende und/oder ein wenigstens bereichsweiser Verlauf der Berandungskurve der Systemblende außerhalb einer Ebene nachbildbar sein, die senkrecht zur optischen Systemachse aufgespannt ist. Dies hat den Vorteil, dass auf den Verschiebemechanismus verzichtet werden kann bzw. dass es nicht erforderlich ist, die Systemblende unter einer Neigung zu der Ebene, die senkrecht zur optischen Systemachse aufgespannt ist, zu montieren.
Vorzugsweise ist eine Vielzahl der optischen Elementachsen der refraktiven und/oder reflektiven optischen Elemente auf der optischen Systemachse angeordnet. Insbesondere ist es auch möglich, dass alle derartigen optischen Elementachsen auf der optischen Systemachse angeordnet sind. Auch in diesem Fall lassen sich die Telezentriefehler überraschender Weise durch eine Abweichung von einer zur optischen Systemachse zentrierten kreisrunden Blende reduzieren.
Das Projektionsobjektiv kann für eine Betriebswellenlänge unterhalb von 250 nm, vorzugsweise unterhalb von 200 nm ausgelegt sein. Weiterhin kann das Projektionsobjektiv für eine Betriebswellenlänge oberhalb von 100 nm ausgelegt sein. Die bildseitige numerische Apertur des Projektionsobjektivs kann einen Wert von wenigstens 0.9, vorzugsweise von wenigstens 1.25 besonders bevorzugt von wenigstens 1.4 aufweisen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Projektionsobjektiv katadioptrisch ausgebildet und weist somit sowohl eine oder mehrere Linsen als auch einen oder mehrere Spiegel auf. Insbesondere weist das Projektionsobjektiv wenigstens einen Konkavspiegel auf. In einer zur Objektebene benachbarten ersten Linsengruppe aus drei Linsen kann wenigstens eine Linse mit einer asphärischen Linsenfläche wenigstens fünfter Ordnung vorgesehen sein.
Das bildseitig letzte optische Element des Projektionsobjektivs besteht vorzugsweise aus einem Material mit einer intrinsischen Doppelbrechung. Insbesondere kann das bildseitig letzte optische Element aus Saphir bestehen.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie- Belichtungsanlage. Das Beleuchtungssystem weist eine Blende mit einem inneren Blendenrand auf, der eine Blendenöffnung umschließt und dessen Form durch eine Berandungskurve definiert ist. Die Berandungskurve ist dezentriert zu einer optischen Systemachse ausgebildet und/oder verläuft wenigstens bereichsweise außerhalb einer Ebene, die senkrecht zur optischen Systemachse aufgespannt ist.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Mikrolithographie-Belichtungsanlage weist ein Beleuchtungssystem und/oder ein Projektionsobjektiv auf, das in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet ist. Das Objektfeld des Projektionsobjektivs wird vom Beleuchtungssystem vorzugsweise nicht telezentrisch beleuchtet. Dadurch kann eine Anpassung an die objektseitigen Telezentriefehler des Projektionsobjektivs vorgenommen werden, die insbesondere bei einer Optimierung des Projektionsobjektivs hinsichtlich der bildseitigen Telezentriefehler auftreten können.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben eines vorstehend beschriebenen Projektionsobjektivs, wobei bei einer Änderung der Apertur des Projektionsobjektivs die Form der Berandungskurve der Systemblende und/oder deren Position und/oder deren Ausrichtung relativ zur optischen Systemachse geändert wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Projektionsobjektiv stets bei geringen Telezentriefehlern zu betreiben, auch wenn die Apertur geändert wird.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Optimierung einer Systemblende eines Projektionsobjektivs, insbesondere für eine Mikrolithographie-Belichtungsanlage. Bei diesem Verfahren werden für eine gewünschte Apertur des Projektionsobjektivs für wenigstens zwei Bildfeldhöhen eines Bildfeldes, dessen Flächenschwerpunkt in einem lateralen Abstand zu einer optischen Systemachse des Projektionsobjektivs angeordnet ist, jeweils ein erster Komastrahl und ein zweiter Komastrahl berechnet. Die Komastrahlen zeichnen sich dadurch aus, dass sie die gewünschte Apertur gerade noch passieren. Die Systemblende wird so ausgebildet und/oder angeordnet, dass eine Berandungskurve für einen inneren Blendenrand, der eine Blendenöffnung umschließt, durch die Schnittpunkte der ersten Komastrahlen und die Schnittpunkte der zweiten Komastrahlen verläuft.
Auf diese Weise lässt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand zuverlässig eine günstige Ausbildung der Systemblende ermitteln.
Vorzugsweise wird durch die Schnittpunkte der Komastrahlen die Position einer ebenen Berandungskurve definiert oder es wird die durch die Schnittpunkte der Komastrahlen definierte Berandungskurve in eine Ebene projiziert.
Insbesondere werden die Komastrahlen jeweils unter bildseitig telezentrischen Bedingungen berechnet. Die Komastrahlen können für eine Bildfeldhöhe berechnet werden, die maximal 20 %, vorzugsweise maximal 10 % größer ist als eine minimale Bildfeldhöhe. Weiterhin können die Komastrahlen für eine Bildfeldhöhe berechnet werden, die maximal 20 %, vorzugsweise maximal 10 % kleiner ist als eine maximale Bildfeldhöhe.
Im Rahmen des Verfahrens kann vorgesehen sein, vor der Berechnung der Komastrahlen das Design des Projektionsobjektivs für eine Objektfeldhöhe zu optimieren. Nach der Berechnung der Komastrahlen wird das Design des Projektionsobjektivs für die ermittelte Berandungskurve der Systemblende vorzugsweise erneut optimiert. Insbesondere werden die Ermittlung der Berandungskurve der Systemblende mit Hilfe der Komastrahlen und die
Optimierung des Designs des Projektionsobjektivs für die ermittelte Berandungskurve iterativ vorgenommen, bis eine vorgegebene Anforderung an das Projektionsobjektiv erfüllt ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine stark vereinfachte Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Mikrolithographie-Belichtungsanlage,
Fig. 2 eine stark vereinfachte Darstellung der Abbildungsgeometrie des Projektionsobjektivs,
Fig. 3 die Geometrie des Bildfelds in einer schematischen Darstellung,
Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Systemblende in einer schematischen Darstellung,
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Systemblende in einer schematischen Darstellung,
Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Systemblende in einer Fig. 4 entsprechenden Darstellung,
Fig. 7 ein viertes Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Systemblende in einer Fig. 4 entsprechenden Darstellung,
Fig. 8 eine beispielhafte Abfolge von Berandungskurven für verschiedene
Öffnungszustände der Systemblende in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel eines Designs für das Projektionsobjektiv in einem Meridionalschnitt, Fig. 10 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 9 in einem Bereich zwischen der Objektebene bis zum Beginn der Linsengruppe G5 und
Fig. 11 eine schematische Darstellung für den bildseitigen Telezentriefehler dTZ in Abhängigkeit von der Bildfeldhöhe H'.
Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Mikrolithographie-Belichtungsanlage. Eine derartige Mikrolithographie-Belichtungsanlage kann beispielsweise bei der Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen eingesetzt werden.
Die Mikrolithographie-Belichtungsanlage weist eine Lichtquelle 1 auf, die Licht mit einer Wellenlänge vorzugsweise im UV-Bereich oder im weichen Röntgenbereich erzeugt. Beispielsweise handelt es sich bei der Lichtquelle 1 um einen ArF-Excimer-Laser der Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm emittiert. Im Rahmen der Erfindung können aber auch andersartige Lichtquellen 1 eingesetzt werden, wie beispielsweise ein F2-Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von ca. 157 nm, ein KrF-Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 248 nm usw. Welche Lichtquelle verwendet wird, hängt davon ab, für welche Betriebswellenlänge die Mikrolithographie-Belichtungsanlage ausgelegt ist. Dabei ist die Mikrolithographie-Belichtungsanlage bevorzugt für eine Betriebswellenlänge größer als 100 nm und kleiner als 250 nm, insbesondere kleiner als 200 nm ausgelegt.
Das von der Lichtquelle 1 erzeugte Licht wird einem Beleuchtungssystem 2 zugeführt. Das Beleuchtungssystem 2 dient dazu, ein sich im Strahlengang an das Beleuchtungssystem 2 anschließendes Retikel 3, das auch als Maske bezeichnet wird und in einer Objektebene 4 angeordnet ist, möglichst optimal auszuleuchten. Das Beleuchtungssystem 2 leuchtet ein Gebiet in der Objektebene 4 aus, das im folgenden als Objektfeld 5 bezeichnet wird und insbesondere eine Rechteckform aufweist. Wenn die Mikrolithographie-Belichtungsanlage beispielsweise in einem Scanbetrieb betrieben wird, kann das ausgeleuchtete Gebiet durch einen nicht figürlich dargestellten Scannerschlitz festgelegt werden. Je nach den bestehenden Anforderungen kann das Beleuchtungssystem 2 Einrichtungen zur Auswahl eines Beleuchtungsmodus und insbesondere zum Einstellen eines gewünschten Polarisationszustands des Beleuchtungslichts aufweisen.
Das Retikel 3 ist an einem Retikelhalter 6 befestigt, der auch als Reticle-Stage bezeichnet wird und beispielsweise eine laterale Bewegung des Retikels 3 im Rahmen eines Scan- Betriebs ermöglicht. Die auf dem Retikel 3 ausgebildeten Strukturen werden mit Hilfe eines im Anschluss an das Retikel 3 angeordneten Projektionsobjektivs 7 in eine Bildebene 8, die auf das Projektionsobjektiv 7 folgt, innerhalb eines Bildfeldes 9 abgebildet. Analog zum Objektfeld 5 weist auch das Bildfeld 9 vorzugsweise eine Rechteckform auf. Allerdings sind die Abmessungen des Bildfelds 9 in der Regel kleiner als die Abmessungen des Objektfelds 5, da das Projektionsobjektiv vorzugsweise für eine verkleinernde Abbildung ausgelegt ist.
Das Projektionsobjektiv 7 erstreckt sich entlang einer optischen Systemachse 10, die durch eine Vielzahl von optischen Elementen definiert ist, die in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind und jeweils eine optische Elementachse aufweisen. Sämtliche optische Elementachsen oder zumindest ein großer Teil der optischen Elementachsen fallen mit der optischen Systemachse 10 zusammen. Der Flächenschwerpunkt des Objektfelds 5 und auch der Flächenschwerpunkt des Bildfelds 9 liegen vorzugsweise nicht auf der optischen Systemachse 10, sondern sind jeweils in einem lateralen Abstand zur optischen Systemachse 10 angeordnet.
Das Projektionsobjektiv 7 weist eine Systemblende 11 auf, die für die Erfindung von besonderem Interesse ist und in Fig. 1 symbolisch dargestellt ist. Anordnung, Orientierung und Ausbildung der Systemblende 11 werden im folgenden noch ausführlich beschrieben.
In der Bildebene 8 ist ein Substrat 12 auf einem Substrathalter 13 angeordnet. Der Substrathalter, der auch als Wafer Stage bezeichnet wird, ermöglicht eine Vielzahl von Bewegungs- und Justagemöglichkeiten. Beispielsweise kann das Substrat 12 mit Hilfe des Substrathalters 13 lateral, d. h. senkrecht zur optischen Systemachse 10, bewegt werden, wobei in einem Scanbetrieb der Mikrolithographie-Belichtungsanlage insbesondere eine Bewegung synchron und antiparallel zum Retikel 3 vorgesehen ist. Weiterhin ermöglicht der Substrathalter 13 eine Bewegung des Substrats 12 parallel zur optischen Systemachse 10 und eine Kippbewegung um wenigstens eine Kippachse. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Oberfläche des Substrats 12 bzw. eine auf der Oberfläche ausgebildete lichtempfindliche Schicht exakt in der Bildebene 8 des Projektionsobjektivs 7 anzuordnen. Bei dem Substrat 12 handelt es sich beispielsweise um einen Wafer, insbesondere um einen Siliziumwafer.
Zwischen dem bildseitigen Ende des Projektionsobjektivs 7 und dem Substrat 12 kann eine nicht figürlich dargestellte Immersionsflüssigkeit vorgesehen sein, um einen Betrieb des Projektionsobjektivs 7 bei einer bildseitigen numerischen Apertur NA größer als 1 zu ermöglichen. Die Immersionsflüssigkeit benetzt das bildseitig letzte optische Element des Projektionsobjektivs 7 und das Substrat 12. Ebenso besteht auch die Möglichkeit, ein festes Immersionsmedium vorzusehen, das unmittelbar am letzten optischen Element des Projektionsobjektivs 7 anliegt und einen sehr geringen Abstand zum Substrat 12 aufweist.
Fig. 2 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung der Abbildungsgeometrie des Projektionsobjektivs 7. In Fig. 2 ist in der Objektebene 4 eine mit Y bezeichnete Koordinatenachse eingezeichnet, die parallel zur kürzeren Seite des rechteckigen Objektfelds 5 verläuft. Dabei erstreckt sich das Objektfeld 5 zwischen den Koordinaten Ymin und Ymax. In der Bildebene 8 ist eine mit Y' bezeichnete Koordinatenachse eingezeichnet, die parallel zur kürzeren Seite des rechteckigen Bildfelds 9 verläuft. Das Bildfeld 9 erstreckt sich zwischen den Koordinaten Y'min und Y'max.
Die Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs 7 hängt unter anderem von der Telezentrie, insbesondere von der bildseitigen Telezentrie ab. Eine bildseitige Telezentrie liegt dann vor, wenn die Hauptstrahlen innerhalb des Bildfelds 9 senkrecht zur Bildebene 8 orientiert sind. Gilt diese Bedingung nur für einen Teilbereich des Bildfelds 9, dann liegt Telezentrie nur in diesem Teilbereich vor. In der Regel ist die Bildebene 8 senkrecht zur optischen Systemachse 10 orientiert, so dass die obige Definition der Telezentrie dann der üblicherweise verwendeten Definition entspricht, gemäß der die Hauptstrahlen im betrachteten Bereich parallel zur optischen Systemachse 10 verlaufen. Ein Hauptstrahl ist dabei jeweils so definiert, dass er von einem außeraxialen Punkt des Objektfelds 5 ausgeht und die Systemblende 11 mittig passiert. In Fig. 2 ist beispielhaft ein objektseitig und bildseitig telezentri scher Hauptstrahl HS im Bereich der Objektebene 4 und der Bildebene 8 eingezeichnet. Der Strahlverlauf durch das Projektionsobjektiv 7 ist nicht figürlich dargestellt. Weiterhin sind in Fig. 2 ein unterer Komastrahl UKS und ein oberer Komastrahl OKS jeweils im Bereich der Objektebene 4 und der Bildebene 8 dargestellt, die von einem außeraxialen Objektpunkt ausgehen und die Systemblende 11 gerade noch passieren. Der untere Komastrahl UKS verläuft in der Darstellung der Fig. 2 ausgehend vom Objektpunkt schrägt nach unten und würde bei einer Darstellung des gesamten Strahlengangs die Systemblende 11 gerade noch an deren unteren Rand passieren. Der obere Komastrahl OKS verläuft schräg nach oben und passiert die Systemblende 11 gerade noch an deren oberen Rand. Die Komastrahlen werden teilweise auch als Randstrahlen bezeichnet. Im folgenden wird der Begriff „Randstrahlen" jeweils nur für Strahlen verwendet, die von einem Objektpunkt auf der optischen Systemachse 10 ausgehen und die Systemblende 1 1 gerade noch passieren. Bei außeraxialen Objektpunkten wird für derartige Strahlen jeweils der Begriff Komastrahl verwendet.
In analoger Weise zur bildseitigen Telezentrie liegt eine objektseitige Telezentrie dann vor, wenn die Hauptstrahlen HS innerhalb des Objektfelds 5 senkrecht zur Objektebene 4 orientiert sind bzw. parallel zur optischen Systemachse 10 verlaufen.
Die Winkelabweichung zwischen der tatsächlichen Orientierung eines Hauptstrahls und einem telezentrischen Hauptstrahl wird als Telezentriefehler bezeichnet. Bei kleinen Telezentriefehlern kommt es noch nicht zu nennenswerten Einbußen bei der Abbildungsqualität. Insbesondere ist bei kleinen bildseitigen Telezentriefehlern gewährleistet, dass für jeden Bildpunkt innerhalb der Bildebene 8 nahezu identische Abbildungsverhältnisse herrschen. Dabei ist es unerheblich, ob der Bildpunkt auf der optischen Systemachse 10, in der Mitte des Bildfelds 9 oder am Rand des Bildfelds 9 angeordnet ist. Insbesondere bleibt bei kleinen Fokusvariationen die laterale Bildlage erhalten.
Weisen die Lichtbüschel, die an der Abbildung des Retikels 3 auf das Substrat 12 beteiligt sind, keine rotationssymmetrische Energieverteilung auf, so ist es vorteilhaft, die Telezentrie und die Telezentriefehler über die Schwerstrahlen zu definieren. Die Schwerstrahlen bezeichnen dabei jeweils die Energiemitte der an der Abbildung beteiligten Lichtbüschel und ersetzen bei der Definition der Telezentrie bzw. der Telezentriefehler die Hauptstrahlen. Fig. 3 zeigt die Geometrie des Bildfelds 9 in einer schematischen Darstellung. Als Koordinatenachsen sind eine parallel zur längeren Seite des rechteckigen Bildfelds 9 verlaufende X' -Achse und eine parallel zur kürzeren Seite des rechteckigen Bildfelds 9 verlaufende Y' -Achse dargestellt. Insbesondere sind in Fig. 3 einige Werte für die Bildfeldhöhe H' eingezeichnet, die jeweils den Abstand eines Bildpunkts von der optischen Systemachse 10 bezeichnet. Dabei ist dieser Abstand als das Lot vom jeweiligen Bildpunkt auf die optische Achse definiert. Von besonderem Interesse sind die minimale Bildfeldhöhe H'min und die maximale Bildfeldhöhe H'max. In entsprechender Weise sind in der Objektebene 4 die Objektfeldhöhe H sowie die minimale Objektfeldhöhe Hmin und die maximale Objektfeldhöhe Hmax definiert.
Die in Fig. 3 beispielhaft eingezeichneten Kreisbögen markieren jeweils Bereiche gleicher Bildfeldhöhe H'. Innerhalb dieser Bereiche liegt jeweils der gleiche Telezentriefehler vor. Beispielsweise kann das Projektionsobjektiv 7 so ausgebildet sein, dass der Kreisbogen mit einem Radius geringfügig größer als die minimale Bildfeldhöhe H'min und die Kreisbögen mit einem Radius geringfügig kleiner als die maximale Bildfeldhöhe H'max Bereiche mit einem Telezentriefehler von Null angeben.
Im Rahmen der Erfindung werden geringe Telezentriefehler durch eine geeignete Ausbildung der Systemblende 11 erreicht. Dies wird im folgenden näher erläutert.
Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Systemblende 1 1 in einer schematischen Darstellung. Die Darstellung ist so gewählt, dass die optische Achse 10 senkrecht zur Zeichenebene verläuft und die Systemblende 11 somit in einer senkrecht zur optischen Achse 10 verlaufenden Schnittebene dargestellt ist. Beim ersten Ausführungsbeispiel weist die Systemblende 11 eine Blendenöffnung 14 auf, die von einem inneren Blendenrand 15 umschlossen wird. Die Form des inneren Blendenrands 15 wird durch eine kreisförmige Berandungskurve definiert, deren Mittelpunkt 16 in einem Abstand d von der optischen Achse 10 angeordnet ist. Um die Größe der Blendenöffnung 14 variieren zu können, weist die Systemblende 1 1 in der Regel mehrere Segmente auf, die jeweils einen Teilbereich des inneren Blendenrands 15 ausbilden. Dieser Teilbereich hat vorzugsweise die Form einer gekrümmten Linie, so dass die Berandungskurve ein Vieleck darstellt, das als
Seiten gekrümmte Linien aufweist. Parallel zur optischen Systemachse 10 sind die Segmente leicht gegeneinander versetzt, damit sie relativ zueinander bewegt werden können. Die Berandungskurve ist somit bauartbedingt nicht exakt in einer Ebene angeordnet. Dies gilt jeweils auch für die weiteren Blendenformen, die im folgenden noch näher beschrieben werden und wird im Sinne der Erfindung noch als eben angesehen.
Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Systemblende 11 in einer schematischen Darstellung. Die Darstellungsweise weicht von Fig. 4 ab und zeigt einen Schnitt durch die Systemblende 11 parallel zur optischen Achse 10. Die Systemblende 1 1 weist eine Blendenöffnung 14 mit einem inneren Blendenrand 15 auf, wobei die Berandungskurve kreisförmig ausgebildet ist und ihren Mittelpunkt 16 auf der optischen Achse 10 hat. Allerdings ist die Berandungskurve nicht senkrecht zur optischen Achse 10 orientiert, sondern schließt mit einer Senkrechten zur optischen Achse einen Winkel α ein, der größer als 0 ° ist. Insbesondere gilt für den Winkel α: α > 2° , bevorzugt α > 5°
In Fig. 5 ist weiterhin ein Antrieb 17 eingezeichnet, mit dessen Hilfe die Systemblende 11 geschwenkt werden kann und dadurch der Winkel α geändert werden kann.
Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Systemblende 11 in einer Fig. 4 entsprechenden Darstellung. Beim dritten Ausführungsbeispiel ist die Berandungskurve der Systemblende 11 als eine Ellipse ausgebildet. Der Schnittpunkt der Hauptachsen der Ellipse ist auf der optischen Achse 10 angeordnet. Die Berandungskurve ist senkrecht zur optischen Achse 10 orientiert. Zur Nachbildung der Ellipsenform weist die Systemblende 11 Segmente mit unterschiedlichen Rändern auf, die jeweils gekrümmt sind. Vorzugsweise sind alle Segmente der Systemblende 11 hinsichtlich ihrer Ränder unterschiedlich ausgebildet.
Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Systemblende 11 in einer Fig. 4 entsprechenden Darstellung. Beim vierten Ausführungsbeispiel weist die Berandungskurve der Systemblende 11 die Form einer nicht linear verzerrten Ellipse auf. Dabei ist die Berandungskurve senkrecht zur optischen Systemachse 10 orientiert. Vor der Verzerrung ist der Schnittpunkt der Hauptachsen der Ellipse auf der optischen Achse 10 angeordnet. Das vierte Ausführungsbeispiel entsteht somit durch eine nicht lineare Verzerrung der Berandungskurve der Systemblende 11 des dritten Ausführungsbeispiels. Für die Segmente der Systemblende 11 gilt das zum dritten Ausfuhrungsbeispiel Gesagte analog.
Die einzelnen Merkmale der in den Fig. 4 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele der Systemblende 1 1 können beliebig miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann die Systemblende 1 1 einen inneren Blendenrand 15 mit einer Berandungskurve aufweisen, die als eine Ellipse ausgebildet ist, wobei der Schnittpunkt der Hauptachsen der Ellipse im Abstand d zur optischen Achse 10 angeordnet ist und die Ellipse den Winkel α mit der Senkrechten zur optischen Achse einschließt. Außerdem kann die Berandungskurve auch eine sonstige Form und/oder Lage und/oder Orientierung aufweisen, für die sich ein geringer insbesondere bildseitiger Telezentriefehler ergibt. Die jeweilige Ausbildung der Systemblende 11 wird somit im Rahmen der Erfindung als ein Parameter zur Optimierung des Projektionsobjektivs 7 im Hinblick auf geringe Telezentriefehler angesehen.
Die in den Fig. 4 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele der Systemblende 11 beziehen sich jeweils auf die maximal vorgesehene bildseitige numerische Apertur des Projektionsobjektivs 7, in der die Blendenöffnung 14 der Systemblende 11 die maximal vorgesehene Größe aufweist. Beim Abblenden, d. h. bei der Reduzierung der Blendenöffnung 14, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die Systemblende 11 auch in möglichst jedem abgeblendeten Zustand so ausgebildet ist, dass geringe Telezentriefehler erreichbar sind. Hierzu werden im Vorfeld für die gewünschten abgeblendeten Zustände optimale Konfigurationen für die Systemblende 11 ermittelt und die Systemblende 1 1 so ausgebildet, dass sie beim Abblenden die gewünschten Konfigurationen annimmt. Insbesondere wird dabei eine Schließbewegung für die Blendenöffnung 14 festgelegt, bei der nicht nur die Öffnungsfläche verkleinert wird, sondern die Berandungskurve des inneren Blendenrands 15 auch hinsichtlich ihrer Position und/oder Orientierung und/oder Form variiert. Vorzugsweise wird die Berandungskurve des inneren Blendenrands 15 beim Abblenden senkrecht zur Ebene der Berandungskurve oder auch in einer durch einen anderen Winkel gekennzeichneten Richtung verschoben. Eine mögliche Abfolge von Berandungskurven während des Abblendens ist in Fig. 8 dargestellt.
Fig. 8 zeigt eine beispielhafte Abfolge von Berandungskurven für verschiedene Öffnungszustände der Systemblende 11 in einer perspektivischen Darstellung. Mit der dargestellten Abfolge wird beispielsweise ein Wertebereich für bildseitige numerische Apertur von 1.75 bis 1.10 realisiert. Die Berandungskurven umschließen bei den einzelnen Abblendzuständen verschieden große Flächen und sind an unterschiedlichen Positionen angeordnet, so dass eine Hüllfläche, welche sämtliche Berandungskurven beinhaltet, die Form eines Kegelstumpfes aufweist. Die dargestellte Abfolge von Berandungskurven kann beispielsweise mittels einer Systemblende 11 realisiert werden, die eine Reihe von Segmenten aufweist, welche für jede Größe der Blendenöffnung 14 eine Berandungskurve gemäß des in Fig. 8 dargestellten Kegelstumpfes ausbilden. Für die Positionsänderung der Berandungskurve der Systemblende 11 kann ein Mechanismus ähnlich dem in Fig. 5 dargestellten Antrieb 17 zum Schwenken der Systemblende 11 vorgesehen sein.
Ebenso ist es auch möglich, die in Fig. 8 dargestellte Abfolge von Berandungskurven durch mehrere nebeneinander angeordnete Blenden zu realisieren, die jeweils ortsfest sind. Die Positionsänderung der Berandungskurve erfolgt dabei durch Variation der Blendenöffnungen der einzelnen Blenden. Durch diese Variation kann jeweils eingestellt werden, welche der Blenden den Strahlengang beeinflusst. Dies kommt im Ergebnis einer Änderung der Position und der Größe der Berandungskurve der Systemblende 11 gleich.
Mittels mehrerer nebeneinander angeordneter Blenden kann auch die beispielsweise in Fig. 5 dargestellte Orientierung der Berandungskurve der Systemblende 11 angenähert werden, die um den Winkel α von der Senkrechten zur optischen Systemachse 10 abweicht.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Designs für das Projektionsobjektiv 7 in einem Meridionalschnitt.
Die Daten der optischen Flächen sind in den Tabellen 1 und 2 aufgelistet.
Das dargestellte Projektionsobjektiv 7 ist für eine Betriebswellenlänge von 193 nm ausgelegt und weist eine bildseitige numerische Apertur von 1,75 auf. Die Größe des Bildfelds 9 beträgt 20 mm x 4 mm, wobei des Bildfeld 9 außeraxial, d. h. außerhalb der optischen Systemachse 10 ausgebildet ist. Die Entfernung zwischen der Objektebene 4 und der Bildebene 8 beträgt 1342.9 mm. Die Wellenfrontabweichung RMS ist kleiner als 5.2 mλ. Die bildseitig letzte Linse (Fläche 46) besteht aus Saphir (Brechzahl 1.928). der Zwischenraum zwischen dieser letzten Linse und der objektseitig dazu benachbarten Linse (Fläche 44) ist mit einer Immersionsflüssigkeit mit einer Brechzahl von 1.561 ausgefüllt. Die sonstigen Linsen sind jeweils aus Quarzglas (fused silica) mit einer Brechzahl von 1.560 hergestellt. Wie in der am 14.06.2005 eingereichten US Patentanmeldung Nr. 1 1/151465 des gleichen Anmelders im einzelnen beschrieben, lassen sich mit einer derartigen Linsenanordnung sehr hohe bildseitige numerische Aperturen realisieren. Der Inhalt der US Patentanmeldung Nr. 11/151465 wird vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Zwischen der Objektebene und der Systemblende 11 sind in dieser Reihenfolge nacheinander eine Linsengruppe Gl, eine Linsengruppe G2 und eine Linsengruppe G3 angeordnet, die jeweils eine oder mehrere Linsen aufweisen. Die Linsengruppen Gl, G2 und G3 enthalten keine Linse mit negativer Brechkraft. Die Linsengruppe Gl besteht aus drei positiven Meniskuslinsen, die je zwei asphärische Flächen aufweisen. Die Linsengruppe G2 besteht aus einer positiven Linse mit einer objektseitig asphärischen und einer bildseitig sphärischen Fläche. Durch die Linsengruppen Gl und G2 werden somit ausgehend von der Objektebene 4 fünf unmittelbar aufeinander folgende asphärische Linsenflächen bereitgestellt. Bei kleineren numerischen Aperturen können auch vier oder drei aufeinander folgende asphärische Linsenflächen ausreichend sein.
Die Linsengruppe G3 besteht aus einer positiven Linse die vorzugsweise für eine Korrektur von sphärischen Aberrationen ausgelegt ist.
Bildseitig der Systemblende 11 folgt eine Linsengruppe G4, die aus einer positiven Meniskuslinse mit einer objektseitig konkaven Fläche besteht. Auf die Linsengruppe G4 folgt bildseitig eine Linsengruppe G5, die insgesamt eine positive Brechkraft besitzt und vorzugsweise zwei asphärische Flächen aufweist. Dann folgen ein erster Konkavspiegel Ml und ein zweiter Konkavspiegel M2, die gemeinsam eine Spiegelgruppe G6 bilden. Die Spiegelgruppe G6 bildet ein erstes Zwischenbild IMl, das objektseitig des ersten Konkavspiegels Ml ausgebildet ist, auf ein zweites Zwischenbild IM2 bildseitig des zweiten Konkavspiegels M2 ab.
Auf den zweiten Konkavspiegel M2 folgt bildseitig eine Linsengruppe G7, die aus einer positiven Meniskuslinse mit einer bildseitigen konkaven Fläche besteht. Danach folgt eine
Linsengruppe G8 mit vier aufeinander folgenden negativen Linsen, von denen eine Linse als eine Bikonkavlinse ausgebildet ist. Die beiden objektseitig der Bikonkavlinse angeordneten Linsen der Linsengruppe G8 weisen eine zur bildseitig der Bikonkavlinse angeordnete Linse entgegengesetzte Krümmung auf.
Auf die Linsengruppe G8 folgt bildseitig eine Linsengruppe G9 mit positiven Linsen. Im Bereich des größten Strahldurchmessers innerhalb der Linsengruppe G9 ist eine dünne Meniskuslinse mit kleiner Brechkraft angeordnet. An die Linsengruppe G9 schließt sich bildseitig die Linsengruppe GlO mit der bildseitig letzen Linse an, die in der bereits erwähnten Weise mittels der Immersionsflüssigkeit optisch mit der objektseitig benachbarten Linse der Linsengruppe GlO gekoppelt ist. Der Bereich zwischen der bildseitig letzten Linse und dem Substrat ist ebenfalls mit der Immersionsflüssigkeit gefüllt.
Sämtliche Linsen und Spiegel des in Fig. 9 dargestellten katadioptrischen Projektionsobjektivs 7 sind mit ihren optischen Elementachsen zur optischen Systemachse 10 zentriert.
Im Rahmen der Erfindung werden die Ausbildung der Systemblende 11 und das Design des Projektionsobjektivs 7 so aufeinander abgestimmt, dass sich geringe objektseitige und/oder bildseitige Telezentriefehler ergeben. Die diesbezügliche Vorgehensweise wird im folgenden insbesondere anhand von Fig. 10 beschrieben.
Fig. 10 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 9 in einem Bereich zwischen der Objektebene 4 bis zum Beginn der Linsengruppe G5. Zur Erzielung geringer bildseitiger Telezentriefehler, die für die Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs 7 von besonderer Bedeutung sind, kann folgendermaßen vorgegangen werden:
Es wird zunächst mittels eines kommerziellen Design-Programms für eine mittlere Objektfeldhöhe ein Objektivdesign ohne Systemblende 11 optimiert. Hierzu werden Berechnungen des Strahlengangs ausgehend von einem Objektpunkt mittlerer Objektfeldhöhe durchgeführt. Die Berechnungen werden dabei so durchgeführt, dass die Abbildung des Objektpunkts bildseitig telezentrisch ist. Die Berechnungen werden insbesondere für einen Hauptstrahl HS durchgeführt. Mit den so ermittelten Daten für das Projektionsobjektiv 7 werden dann Strahlengänge in entgegen gesetzter Richtung, d. h. von der Bildebene 8 zur Objektebene 4 berechnet. Hierzu wird die jeweils gewünschte Apertur vorgegeben und es werden Strahlengänge für zwei Bildpunkte telezentrisch gerechnet. Der eine Bildpunkt weist eine Bildfeldhöhe auf, die etwas größer, beispielsweise 10 % größer, als die minimale Bildfeldhöhe H'min ist. Die Bildfeldhöhe des anderen Bildpunktes ist etwas kleiner, beispielsweise 10 % kleiner, als die maximale Bildfeldhöhe H'max. Für die beiden Bildpunkte werden jeweils ein unterer Komastrahl UKSmin bzw. UKSmax sowie ein oberer Komastrahl OKSmin bzw. OKSmax entsprechend der gewählten Apertur berechnet. Nach der Berechnung der genannten Strahlen wird die Berandungskurve der Systemblende 11 derart abgewandelt, dass die Berandungskurve durch die Schnittpunkte der unteren Komastrahlen UKSmin und UKSmax sowie durch die Schnittpunkte der oberen Komastrahlen OKSmin und OKSmax verläuft. Wenn die Form der Berandungskurve einschließlich des Kippwinkels zur optischen Systemachse 10 bekannt ist, ist sie durch die genannten beiden Schnittpunkte vollständig definiert. Andernfalls werden die Berechnungen für weitere Strahlen durchgeführt, die entsprechende weitere Schnittpunkte liefern, durch welche die Berandungskurve der Systemblende 11 als eine spiegelsymmetrische, geschlossene Kurve verläuft. Dabei wird die Berandungskurve in der Regel nicht in einer Ebene verlaufen. Da die Abweichungen von der Ebene in den meisten Fällen vernachlässigt werden können, wird die Berandungskurve vorzugsweise in eine Ebene projiziert.
Mit der auf diese Weise ermittelten Berandungskurve der Systemblende 1 1 wird erneut ausgehend von der Objektebene 4 gerechnet, um die Korrektion des Projektionsobjektivs 7 zu verbessern. Dann wird wiederum die Berandungskurve neu berechnet usw. Auf diese Weise wird das Design des Projektionsobjektivs 7 inklusive Systemblende 1 1 iterativ optimiert. In entsprechender Weise wird auch bei weiteren Werten für die bildseitige numerische Apertur vorgegangen, wobei die jeweils ermittelte Berandungskurve der Systemblende 1 1 gespeichert wird. Bei Verwendung einer derartigen Berandungskurve, ergibt sich für sämtliche Bildpunkte, welche die bei der Berechnung verwendete Bildfeldhöhe H' aufweisen, eine Telezentrie (siehe Kreisbögen der Fig. 3). Im einzelnen ist das Ergebnis der Optimierung hinsichtlich des Telezentriefehlers in Fig. 11 dargestellt. Fig. 1 1 zeigt eine schematische Darstellung für den bildseitigen Telezentriefehler dTZ in Abhängigkeit von der Bildfeldhöhe H'. Für zwei Bildfeldhöhen H', die etwas größer als die minimale Bildfeldhöhe H'min bzw. etwas kleiner als die maximale Bildfeldhöhe H'max sind, liegt kein Telezentriefehler vor, d. h. dTZ = 0. Außerhalb dieser Bildfeldhöhen H' liegt zwar ein Telezentriefehler vor, d. h. dTZ ≠ 0. Allerdings ist der Telezentriefehler über das gesamte Bildfeld 9 relativ gering.
Auf analoge Weise wie vorstehend beschrieben kann auch der objektseitige Telezentriefehler optimiert werden. Hierzu werden die Schnittpunkte von oberen und unteren Komastrahlen OKS und UKS ermittelt, die ausgehend von Objektpunkten berechnet werden.
Bei der Optimierung des bildseitigen Telezentriefehlers wird der objektseitige Telezentriefehler größere Werte annehmen, als dies bei einer Optimierung des objektseitigen Telezentriefehlers der Fall ist. Insbesondere wird die Verteilung des objektseitigen Telezentriefehlers in der Regel nicht rotationssymmetrisch sein. Im Rahmen der Erfindung ist daher bei einer bildseitigen Optimierung vorgesehen, das Beleuchtungssystem 2 auf die Verteilung des objektseitigen Telezentriefehlers abzustimmen, insbesondere auf die Abweichungen von der Rotationssymmetrie. Hierzu kann beispielsweise eine nicht rotationssymmetrische Blende im Beleuchtungssystem 2 vorgesehen sein, die zur optischen Systemachse 10 außeraxial angeordnet und/oder verkippt ist. Über die optischen Elemente des Beleuchtungssystems 2, die rotationssymmetrisch zur optischen Systemachse 10 angeordnet sind, wird versucht, die Verteilung des objektseitigen Telezentriefehlers des Projektionsobjektivs 7 nachzubilden. Hierzu weist vorzugsweise wenigstens ein optisches Element des Beleuchtungssystems 2 wenigstens eine asphärische optische Fläche auf.
Alternativ dazu kann das Beleuchtungssystem 2 auch dezentriert zur optischen Systemachse 10 ausgebildet sein. In diesem Fall ist es vorzugsweise vorgesehen, dass wenigstens eine optische Fläche der optischen Elemente des Beleuchtungssystems 2 als eine Freiformfläche ausgebildet ist. TABELLE 1
BRECHZAHL 1/2
FREIER
FLAECHE RADIEN DICKEN GLAESER 193.304nm DURCHMESSER ö 0.0000000000 15.540533865400 1.00000000 52.000
1 194.0843526480AS 16.662244154000 SI02 1.56028895 67.535
2 6O1.O259250050AS 2.872194067190 1.00000000 67.696
3 123.52141O228OAS 15.000000000000 SI02 1.56028895 71.585
4 121.9737217420AS 3.820438223060 1.00000000 69.254
5 82.8634482361AS 24.232922315400 S102 1.56028895 73.147
6 138.2008074220AS 33.915581258400 1.00000000 69.610
7 700.0849013230AS 24.705151418600 SI02 1.56028895 69.271
8 -150.2957460870 1.314663969280 1.00000000 69.987
9 592.6142488190AS 15.879457781800 SI02 1.56028895 65.589
10 -195.1O5491365OAS 31.039821568900 1.00000000 64.147
11 0.0000000000 60.200321556900 1.00000000 53.425
12 -63.8128752946 27.671864382400 SI02 1.56028895 60.120
13 -81.5428033685 0.700062275896 1.00000000 76.397
14 300.7085804080AS 40.135453240900 SI02 1.56028895 114.866
15 -700.0095004160 0.700000000000 1.00000000 115.604
16 171.3504677990AS 80.374832252200 SI02 1.56028895 119.323
17 -942.4285942720AS 72.682604803700 1.00000000 106.383
18 261.2003479270 255.615632188000 1.00000000 90.032
19 -145.9670291570AS-255.615632188000 -1.00000000 96.711
REFL
20 261.2003479270AS 255.615632188000 1.00000000 205.500
REFL
21 0.0000000000 28.202697505800 1.00000000 124.157
22 1O7.9475264040AS 39.128202658600 SI02 1.56028895 87.525
23 129.6464261700 33.335663966100 1.00000000 76.481
24 772.7738751790AS 7.540850065670 SI02 1.56028895 72.105
25 148.3600842010 10.752313133300 1.00000000 66.826
26 211.8538554550AS 7.5OOOOOOOOOOO SI02 1.56028895 66.312
27 91.0724491036AS 53.472564908300 1.00000000 62.659
28 -209.9468742450AS 9.541939835450 SI02 1.56028895 68.114
29 181.8846712900AS 36.692666840900 1.00000000 83.768
30 -219.274882556OAS 17.027712868800 SI02 1.56028895 88.237
31 -309.2842453530 2.219172978980 1.00000000 101.864
32 1O3O.3O382741OOAS 70.193095189100 SI02 1.56028895 124.863
33 -164.3740822690 1.788132337470 1.00000000 130.139
34 2886.8907874300AS 74.877620180800 SI02 1.56028895 162.455
35 -265.5364552450 5.778407295170 1.00000000 165.733
36 507.7799704340 22.709794173400 SI02 1.56028895 164.030
37 606.3207747650AS 0.700039396941 1.00000000 163.034
38 186.3571791410 48.273119503100 SI02 1.56028895 148.717
39 3O5.56383551OOAS 0.700000000000 1.00000000 144.634
40 154.5503100380 52.713097797500 SI02 1.56028895 125.389
41 482.6761569020AS 0.700020540427 1.00000000 119.144
42 1O9.O38533196OAS 39.086233666400 S102 1.56028895 86.739
43 257.8426865140AS 0.700000000000 1.00000000 78.379
44 58.5779739783AS 8.092684630850 SI02 1.56028895 54.042
45 37.0000000000 0.200000000000 IMM 1.56100000 36.999
46 35.6438433877 47.933800660600 SAPHIR 1.92803200 35.644
47 0.0000000000 0.000000000000 1.00000000 13.000
TABELLE 2 (ASPHAERISCHE KONSTANTEN) FLAECHE NR. 1
K 0.000000000000
Cl 1.5358OO6O189e-OO7
C2 4.37147009238e-011
C3 -1.44280450701e-014
C4 2.30939511997e-018
C5 -1.41126113836e-022
C6 -2.86994293828e-027
C7 -4.66030590963e-032
C8 O.OOOOOOOOOOOe+000
C9 O.OOOOOOOOOOOe+000
FLAECHE NR. 2
K 0.000000000000
Cl 2.O5475O3O318e-OO7
C2 3.43306267463e-012
C3 -6.O375482OO65e-O15
C4 8.12048395817e-019
C5 6.85198982707e-023
C6 -1.768OO633561e-O26
C7 -1.54715790184e-031
C8 O.OOOOOOOOOOOe+000
C9 O.OOOOOOOOOOOe+000
FLAECHE NR. 3
K 0.000000000000
Cl 2.8O5O5395333e-OO8
C2 1.18214929857e-012
C3 4.43975659299e-016
C4 -8.96913965171e-021
C5 2.28059226043e-024
C6 2.18132760611e-027
C7 -6.3365471667Oe-O32
C8 O.OOOOOOOOOOOe+000
C9 O.OOOOOOOOOOOe+000
FLAECHE NR. 4
K 0.000000000000
Cl 7.30144882022e-009
C2 3.99027534785e-012
C3 1.26444872856e-015
C4 -1.55197142650e-019
C5 -1.81792687277e-023
C6 -7.63125303967e-028
C7 9.51733999190e-031
C8 O.OOOOOOOOOOOe+000
C9 0. OOOOOOOOOOOe+000
FLAECHE NR. 5
K 0.000000000000
Cl 1.78428206569e-008
C2 -1.78267O13712e-Oll
C3 3.11468111141e-015
C4 -1.42413355329e-O19
C5 -7.60527907992e-024
C6 4.52567685944e-027
C7 -1.7O176213O23e-O31
C8 O.OOOOOOOOOOOe+000
C9 0. OOOOOOOOOOOe+000
FLAECHE NR. 6 K 0.000000000000
Cl 1 .57398144145e-007
C2 2 .4103315971Oe-OIl
C3 -1 .89535935563e-O16
C4 5 .43277241223e-019
C5 3 .0915S758192e-023
C6 5 .08641360901e-027
C7 -4 .15917O8237Oe-O31
C8 0 . OOOOOOOOOOOe+000
C9 0 . OOOOOOOOOOOe+000
FLAECHE I MR. 7
K 0 .000000000000
Cl -8 .28363131657e-OO8
C2 -1 .09857575404e-010
C3 2 .28465656413e-014
C4 -2 .58470131840e-018
C5 1 .47347540447e-022
C6 -5 .78024497285e-027
C7 -5 .127OlO81832e-O32
C8 0 .OOOOOOOOOOOe+000
C9 0 .OOOOOOOOOOOe+000
FLAECHE I MR. 9
K 0 .000000000000
Cl -1 .50367287432e-007
C2 4, .33566143657e-011
C3 -3, .28489831552e-015
C4 2. ,43576337282e-019
C5 -7 .82659887414e-022
C6 1 .43549715624e-025
C7 9, .29463353921e-O31
C8 0. . OOOOOOOOOOOe+000
C9 0. , OOOOOOOOOOOe+000
FLAECHE r JR. 10
K 0. 000000000000
Cl 1. ,7136O763151e-OO7
C2 3. 40304537757e-011
C3 1. ,O7458O67356e-O15
C4 3. ,36561640462e-019
C5 -5. 32852404410e-022
C6 1. 09544893681e-025
C7 5. 65456706017e-031
C8 0. OOOOOOOOOOOe+000
C9 0. OOOOOOOOOOOe+000
FLAECHE NR. 14
K 0. 000000000000
Cl -1. O3665637O43e-OO8
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C8 0. OOOOOOOOOOOe+000
C9 0. OOOOOOOOOOOe+000
FLAECHE NR. 16
K 0. 000000000000
Cl 3. 27772940205e-009
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C8 O . OOOOOOOOOOOe+000
C9 0.00000000000e+000
FLAECHE NR . 17
K 0.000000000000
Cl 1.10798311041e-007
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FLAECHE NR. 19
K -0.126018684288
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FLAECHE NR. 20
K -O.33503O627870
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FLAECHE NR. 22
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FLAECHE NR. 24
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C9 0.00000000000e+000 FLAECHE NR. 26
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C9 0.00000000000e+000
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FLAECHE NR. 28
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C8 0. OOOOOOOOOOOe+000
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FLAECHE NR. 29
K 0.000000000000
Cl 2.58315707724e-008
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FLAECHE NR. 30
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FLAECHE NR. 32
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FLAECHE NR . 34
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FLAECHE NR. 37
K 0.000000000000
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FLAECHE NR. 39
K 0.000000000000
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FLAECHE NR. 41
K 0.000000000000
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FLAECHE NR. 42
K 0.000000000000
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FLAECHE NR . 43
K 0.000000000000
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FLAECHE NR. 44
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C8 0.00000000000e+000
C9 0.00000000000e+000

Claims

Patentansprüche:
1. Projektionsobjektiv, insbesondere für eine Mikrolithographie-Belichtungsanlage, zur Abbildung eines Objektfelds (5) in einer Objektebene (4) auf ein Bildfeld (9) in einer Bildebene (8), mit einer Systemblende (11) und refraktiven und/oder reflektiven optischen Elementen, die relativ zu einer optischen Systemachse (10) angeordnet sind, wobei
- der Flächenschwerpunkt des Bildfeldes (5) in einem lateralen Abstand zur optischen Systemachse (10) angeordnet ist,
- die Systemblende (1 1) einen inneren Blendenrand (15) aufweist, der eine Blendenöffnung (14) umschließt und dessen Form durch eine Berandungskurve definiert ist und
- die Berandungskurve wenigstens bereichsweise außerhalb einer Ebene verläuft, die senkrecht zur optischen Systemachse (10) aufgespannt ist.
2. Projektionsobjektiv, insbesondere für eine Mikrolithographie-Belichtungsanlage, zur Abbildung eines Objektfelds (5) in einer Objektebene (4) auf ein Bildfeld (9) in einer Bildebene (8), mit einer Systemblende (11) und refraktiven und/oder reflektiven optischen Elementen, die relativ zu einer optischen Systemachse (10) angeordnet sind, wobei
- der Flächenschwerpunkt des Bildfeldes (5) in einem lateralen Abstand zur optischen Systemachse (10) angeordnet ist,
- die Systemblende (11) einen inneren Blendenrand (15) aufweist, der eine Blendenöffnung (14) umschließt und dessen Form durch eine Berandungskurve definiert ist und
- die Projektion der Berandungskurve auf eine Ebene, die senkrecht zur optischen Systemachse (10) aufgespannt ist, dezentriert zur optischen Systemachse (10) ausgebildet ist.
3. Projektionsobjektiv, insbesondere für eine Mikrolithographie-Belichtungsanlage, zur Abbildung eines Objektfelds (5) in einer Objektebene (4) auf ein Bildfeld (9) in einer Bildebene (8), mit einer Systemblende (11) und refraktiven und/oder reflektiven optischen Elementen, die relativ zu einer optischen Systemachse (10) angeordnet sind, wobei
- der Flächenschwerpunkt des Bildfeldes (5) in einem lateralen Abstand zur optischen Systemachse (10) angeordnet ist,
- die Systemblende (11) einen inneren Blendenrand (15) aufweist, der eine Blendenöffnung (14) umschließt und dessen Form durch eine Berandungskurve definiert ist und
- die Berandungskurve als ein unregelmäßiges Vieleck ausgebildet ist, bei dem wenigstens eine Ecke von einer Kreislinie abweicht, die sich von außen an das Vieleck anschmiegt.
4. Projektionsobjektiv nach Anspruch 3, wobei die Seiten des Vielecks als gekrümmte Linien ausgebildet sind.
5. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Seiten des Vielecks jeweils unterschiedlich ausgebildet sind.
6. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei durch das Vieleck eine Ellipse oder eine nicht linear gestreckte Ellipse nachgebildet wird.
7. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Berandungskurve eben ausgebildet ist.
8. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Systemblende (1 1) mit einem Verschiebe- und/oder Schwenkmechanismus (17) gekoppelt ist.
9. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Systemblende (1 1) durch mehrere nebeneinander angeordnete Blenden realisiert ist.
10. Projektionsobjektiv nach Anspruch 9, wobei durch die mehreren Blenden eine Verschiebung der Systemblende (11) und/oder ein wenigstens bereichsweiser Verlauf der Berandungskurve der Systemblende (11) außerhalb einer Ebene nachbildbar ist, die senkrecht zur optischen Systemachse (10) aufgespannt ist.
11. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die refraktiven und/oder reflektiven optischen Elemente jeweils eine optische Elementachse (10) aufweisen und eine Vielzahl der optischen Elementachsen auf der optischen Systemachse (10) angeordnet ist.
12. Projektionsobjektiv nach Anspruch 11, wobei alle optischen Elementachsen auf der optischen Systemachse (10) angeordnet sind.
13. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es für eine Betriebswellenlänge unterhalb von 250 nm, vorzugsweise unterhalb von 200 nm ausgelegt ist.
14. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es für eine Betriebswellenlänge oberhalb von 100 nm ausgelegt ist.
15. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es eine bildseitige numerische Apertur aufweist, die wenigstens 0.9, vorzugsweise wenigstens 1.25 besonders bevorzugt wenigstens 1.4 beträgt.
16. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Projektionsobjektiv (7) katadioptrisch ausgebildet ist.
17. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Projektionsobjektiv (7) wenigstens einen Konkavspiegel (Ml, M2) aufweist.
18. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bildseitig letzte optische Element aus einem Material mit einer intrinsischen Doppelbrechung besteht.
19. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bildseitig letzte optische Element aus Saphir besteht
20. Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Belichtungsanlage, wobei das Beleuchtungssystem (2) eine Blende mit einem inneren Blendenrand aufweist, der eine Blendenöffnung umschließt und dessen Form durch eine Berandungskurve definiert ist und wobei die Berandungskurve dezentriert zu einer optischen Systemachse (10) ausgebildet ist und/oder wenigstens bereichsweise außerhalb einer Ebene verläuft, die senkrecht zur optischen Systemachse (10) aufgespannt ist.
21. Mikrolithographie-Belichtungsanlage, mit einem Projektionsobjektiv (7) und einem Beleuchtungssystem (2), wobei das Projektionsobjektiv (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 und/oder das Beleuchtungssystem (2) nach Anspruch 18 ausgebildet ist.
22. Mikrolithographie-Belichtungsanlage nach Anspruch 21, wobei das Objektfeld (5) des Projektionsobjektivs (7) vom Beleuchtungssystem (2) nicht telezentrisch beleuchtet wird.
23. Verfahren zum Betreiben eines Projektionsobjektivs (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei bei einer Änderung der Apertur des Projektionsobjektivs (7) die Form der Berandungskurve der Systemblende (1 1) und/oder deren Position und/oder deren Ausrichtung relativ zur optischen Systemachse (10) geändert wird.
24. Verfahren zur Optimierung einer Systemblende (11) eines Projektionsobjektivs (7), insbesondere für eine Mikrolithographie-Belichtungsanlage, wobei
- für eine gewünschte Apertur des Projektionsobjektivs (7) für wenigstens zwei Bildfeldhöhen eines Bildfeldes (5), dessen Flächenschwerpunkt in einem lateralen Abstand zu einer optischen Systemachse (10) des Projektionsobjektivs (7) angeordnet ist, jeweils ein erster Komastrahl (UKSmin, UKSmax) und ein zweiter Komastrahl (OKSmin, OKSmax) berechnet werden, die sich dadurch auszeichnen, dass sie die gewünschte Apertur gerade noch passieren und
- die Systemblende (11) so ausgebildet und/oder angeordnet wird, dass eine Berandungskurve für einen inneren Blendenrand (15), der eine Blendenöffnung (14) umschließt, durch die Schnittpunkte der ersten Komastrahlen (UKSmin, UKSmax) und die Schnittpunkte der zweiten Komastrahlen (OKSmin, OKSmax) verläuft.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei durch die Schnittpunkte der Komastrahlen die Position einer ebenen Berandungskurve definiert wird oder die durch die Schnittpunkte der Komastrahlen definierte Berandungskurve in eine Ebene projiziert wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, wobei die Komastrahlen jeweils unter bildseitig telezentrischen Bedingungen berechnet werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die Komastrahlen für eine Bildfeldhöhe (H') berechnet werden, die maximal 20 %, vorzugsweise maximal 10 % größer ist als eine minimale Bildfeldhöhe (H'min).
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die Komastrahlen für eine Bildfeldhöhe (H') berechnet werden, die maximal 20 %, vorzugsweise maximal 10 % kleiner ist als eine maximale Bildfeldhöhe (H'max).
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei vor der Berechnung der Komastrahlen das Design des Projektionsobjektivs (7) für eine Objektfeldhöhe (H) optimiert wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei nach der Berechnung der Komastrahlen das Design des Projektionsobjektivs (7) für die ermittelte Berandungskurve der Systemblende (11) erneut optimiert wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 oder 30, wobei die Ermittlung der Berandungskurve der Systemblende (11) mit Hilfe der Komastrahlen und die Optimierung des Designs des Projektionsobjektivs (7) für die ermittelte Berandungskurve iterativ vorgenommen werden, bis eine vorgegebene Anforderung an das Projektionsobjektiv (7) erfüllt ist.
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