DE102006038454A1

DE102006038454A1 - Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102006038454A1
Application number: DE102006038454A
Authority: DE
Inventors: Susanne Beder; Heiko Feldmann; Daniel KRÄHMER
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2007-07-05
Also published as: US7710640B2; TW200730867A; US20080278799A1; JP2009521000A; EP1963921A1; KR20080077356A; WO2007071565A1

Abstract

Ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer in einer Objektebene positionierbaren Maske auf eine in einer Bildebene positionierbare lichtempfindliche Schicht, welches für einen Immersionsbetrieb ausgelegt ist, erzeugt wenigstens ein Zwischenbild und weist ein bildebenenseitiges optisches Teilsystem auf, welches dieses Zwischenbild in die Bildebene mit einem bildebenenseitigen Abbildungsmaßstab beta¶i¶ abbildet, wobei dieser bildebenenseitige Abbildungsmaßstab beta¶i¶ einen Absolutbetrag von wenigstens 0.3 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungssystem und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (= Retikel) wird mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (z.B. Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. einen Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In gegenwärtigen Mikrolithographie-Objektiven, insbesondere Immersionsobjektiven mit einem Wert der numerischen Apertur (NA) von mehr als 1.0, besteht in zunehmendem Maße ein Bedarf nach dem Einsatz von Materialien mit hohem Brechungsindex, insbesondere für das bildebenenseitig letzte optische Element. Als „hoch" wird hier ein Brechungsindex bezeichnet, wenn sein Wert bei der gegebenen Wellenlänge den von Quarz, mit einem Wert von ca. 1.56 bei einer Wellenlänge von 193 nm, übersteigt. Es sind eine Reihe von Materialien bekannt, deren Brechungsindex bei DUV- und VUV-Wellenlängen (< 250 nm) größer als 1.6 ist, beispielsweise Magnesiumspinell (MgAl₂O₄) mit einem Brechungsindex von ca. 1.87 bei einer Wellenlänge von 193 nm, oder Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂), dessen Brechungsindex bei 193 nm etwa 2.14 beträgt.
Ein Problem beim Einsatz dieser Materialien als Linsenelemente besteht darin, dass sie durch ihre kubische Kristallstruktur intrinsische Doppelbrechung (= IDB) aufweisen, die mit niedriger Wellenlänge ansteigt, wobei z.B. Messungen eine IDB-bedingte Verzögerung für Magnesiumspinell von 52 nm/cm und für Lutetiumaluminiumgranat von 30.1 nm/cm ergeben haben. Mit „Verzögerung" wird die Differenz der optischen Wege zweier orthogonaler (senkrecht zueinander stehender) Polarisationszustände bezeichnet.

Zur Reduzierung des ungünstigen Einflusses der IDB in Fluoridkristall-Linsen auf die optische Abbildung ist es beispielsweise aus US 2004/0179272 A1 u.a. bekannt, im Objektiv Linsen eines zweiten kubisch kristallinen Materials einzusetzen, dessen IDB von entgegengesetztem Vorzeichen wie die IDB in den Fluoridkristall-Linsen ist, so dass sich die IDB-bedingten Verzögerungen in den beiden Materialien gegenseitig zumindest teilweise kompensieren.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welches den Einsatz hochbrechender Kristallmaterialien bei Begrenzung des negativen Einflusses der intrinsischen Doppelbrechung ermöglicht.

Ein erfindungsgemäßes Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer in einer Objektebene positionierbaren Maske auf eine in einer Bildebene positionierbare lichtempfindliche Schicht, welches für einen Immersionsbetrieb ausgelegt ist, erzeugt wenigstens ein Zwischenbild und weist ein bildebenenseitiges optisches Teilsystem auf, welches dieses Zwischenbild in die Bildebene mit einem bildebenenseitigen Abbildungsmaßstab β_i abbildet, wobei dieser bildebenenseitige Abbildungsmaßstab β_i einen Absolutbetrag von wenigstens 0.3 aufweist.

Im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist unter einem optischen Teilsystem stets eine solche Anordnung optischer Elemente zu verstehen, durch die ein reales Objekt in ein reales Bild oder Zwischenbild abgebildet wird. Mit anderen Worten umfasst jedes Teilsystem, ausgehend von einer bestimmten Objekt- oder Zwischenbildebene, stets sämtliche optischen Elemente bis zum nächsten realen Bild oder Zwischenbild.

Dadurch, dass das für den Immersionsbetrieb ausgelegte Projektionsobjektiv wenigstens ein Zwischenbild und ein bildebenenseitiges optisches Teilsystem aufweist, welches dieses Zwischenbild mit einem bildebenenseitigen Abbildungsmaßstab β_i von betragsmäßig wenigstens 0.3 in die Bildebene abbildet, wird erfindungsgemäß ein Aufbau bereitgestellt, in welchem eine Kompensation einer durch hochbrechendes Kristallmaterial verursachten IDB, insbesondere etwa infolge einer hochbrechenden bildebenenseitig letzten Linse, effizient erfolgen kann. Zu einer solchen Kompensation können in dem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv in unmittelbarer Nähe des besagten Zwischenbildes eine oder mehrere Kompensationslinsen dienen, wobei das Material dieser Kompensationslinsen eine IDB aufweist, welche von entgegengesetztem Vorzeichen wie die IDB in der zu kompensierenden (also z.B. der bildebenenseitig letzten) Linse ist. Zugleich ist durch den erfindungsgemäßen Abbildungsmaßstab ein Objektivdesign gewährleistet, welches die Bereitstellung der für eine hohe Effizienz dieser IDB-Kompensation geeigneten Strahlwinkel am Ort der Kompensationslinsen ermöglicht.

Dabei geht die Erfindung insbesondere von der Erkenntnis aus, dass infolge der in einem Projektionsobjektiv mit hoher numerischer Apertur auftretenden, vergleichsweise großen Strahlwinkel in der bildebenenseitig letzten Linse die für eine effektive Kompensation in den Kompensationslinsen bereitzustellenden Strahlwinkel ebenfalls groß sind.

Für eine ideale Kompensation sollte ein Strahl, der die hinsichtlich IDB zu kompensierende (z.B. letzte) Linse unter einem bestimmten Winkel durchläuft, entsprechende Kompensationslinsen (d.h. eine IDB von entgegengesetztem Vorzeichen aufweisende Linsen), die im gleichen Kristallschnitt (z.B. 100-Kristallschnitt) vorliegen, unter dem gleichen Winkel durchlaufen, wobei bezüglich dieser Bedingung die größte Bedeutung für eine effektive IDB-Kompensation denjenigen Strahlwinkeln zukommt, für welche die IDB maximal ist. Da die IDB etwa bei einem (100)-Kristallschnitt unter einem Strahlwinkel von 45° im Material bezüglich des Kristallkoordinatensystems ein Maximum besitzt, ist es für eine ideale IDB-Kompensation eines hochbrechenden Elementes insbesondere von Bedeutung, dass die entsprechenden Kompensationslinsen (d.h. die eine IDB von entgegengesetztem Vorzeichen aufweisenden Linsen) ebenfalls unter derart hohen Strahlwinkeln durchlaufen werden.

Die Erfindung macht sich nun weiter die Erkenntnis zunutze, dass derartige hohe Strahlwinkel insbesondere in einem Zwischenbild erreicht werden können, wenn der Abbildungsmaßstab des auf dieses Zwischenbild folgenden optischen Teilsystems geeignet gewählt ist. Insbesondere kann eine Gleichheit der Strahlwinkel in dem letzten vor der Bildebene erzeugten Zwischenbild mit den Strahlwinkeln in der Bildebene erreicht werden, wenn die Bedingung

erfüllt ist, wobei NA_IMI die numerische Apertur am Ort des Zwischenbildes, NA_IP die bildseitige numerische Apertur, n_IMI die Brechzahl am Ort des Zwischenbildes und n_LL die Brechzahl eines bildebenenseitig letzten optischen Elementes angibt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der bildebenenseitige Abbildungsmaßstab β_i somit so gewählt, dass die obige Bedingung (1) erfüllt ist.

Für den Fall, dass sich am Ort des Zwischenbildes kein optisches Element befindet, vereinfacht sich wegen n_IMI ≈ 1 diese Beziehung zu

In diesem Falle sowie einer Brechzahl des bildebenenseitig letzten optischen Elements von n_LL = 2 gilt somit für den optimalen Abbildungsmaßstab des bildebenenseitig letzten optischen Teilsystems

Zur Einkopplung in ein hochbrechendes Immersionsmedium weist das Projektionsobjektiv vorzugsweise ein bildebenenseitig letztes optisches Element auf, welches bei einer Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektivs eine Brechzahl n_LL von wenigstens 1.6, bevorzugt größer als 1.7, weiter bevorzugt größer als 2 besitzt. Nimmt man etwa für das bildebenenseitig letzte optische Element eine entsprechende, zur Lichteinkopplung in ein hochbrechendes Immersionsmedium geeignete Brechzahl n_LL ≈ 2 an, sind bei einem Abbildungsmaßstab des bildebenenseitig letzten optischen Teilsystems von β_IP ≈ 0.5 die für eine polarisationsoptische Kompensation erforderlichen hohen Strahlwinkel auch am Ort des Zwischenbildes gegeben, so dass dann eine gute polarisationsoptische Kompensation durch Linsen in der Nähe dieses Zwischenbildes erfolgen kann, da Strahlen, welche das bildebenenseitig letzte optische Element durchlaufen, die im Zwischenbild angeordneten, zur Kompensation dienenden Linsen im Wesentlichen unter den gleichen Winkeln durchlaufen können.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist für den bildebenenseitigen Abbildungsmaßstab β_i die Bedingung 0.3 ≤ |β_i| ≤ 1.2, bevorzugt 0.35 ≤ |β_i| ≤ 1.0, noch bevorzugter 0.4 ≤ |β_i| ≤ 0.8 erfüllt.

Erfindungsgemäß können insbesondere im Wesentlichen konzentrische Meniskuslinsen im Bereich des Zwischenbildes (d.h. unmittelbar vor sowie unmittelbar nach dem Zwischenbild) zur Kompensation eingesetzt werden. Derartige Linsen verändern die Strahlwinkel kaum, so dass die im Zwischenbild erzeugten Strahlwinkel im Wesentlichen auch im Material dieser Meniskuslinsen auftreten (also etwa ein Strahlwinkel von 45° im Zwischenbild nach Eintritt in das Material der Meniskuslinse im Wesentlichen auch nicht mehr verändert wird). Hingegen er gäben sich bei einem kleineren Abbildungsmaßstab des bildebenenseitig letzten optischen Teilsystems im Bereich des Zwischenbildes kleinere Strahlwinkel, die zur Erzeugung vom beispielsweise Strahlwinkeln von 45° im Material sehr stark gekrümmte Flächen und damit ein gegenüber Fertigungsfehlern, Dezentrierungen etc. sensitiveres, angespannteres Design erfordern würden. Bei einem größeren Abbildungsmaßstab des bildebenenseitig letzten optischen Teilsystems können hingegen auch andere Linsen als Meniskuslinsen im Bereich des Zwischenbildes eingesetzt werden. In diesem Falle sind positive Linsen mit stärker brechender, zum Zwischenbild benachbarter Fläche geeignet, da die Strahlwinkel im Zwischenbild größer sind als 45° und zur optischen Achse hin abgelenkt werden müssen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das bildebenenseitig letzte optische Element aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂, Brechungsindex bei 193 nm etwa 2.14) hergestellt. In einer weiteren Ausführungsform ist das bildebenenseitig letzte optische Element aus Yttriumaluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂), Lithiumbariumfluorid (LiBaF₃) oder Spinell, insbesondere Magnesiumspinell (MgAl₂O₄), hergestellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine unmittelbar vor dem Zwischenbild angeordnete Linse und/oder eine unmittelbar nach dem Zwischenbild angeordnete Linse aus einem Fluoridkristallmaterial, vorzugsweise Kalziumfluorid, hergestellt. Hierdurch wird ausgenutzt, dass zum einen Kalziumfluorid etwa für Lutetiumaluminiumgranat ein geeigneter Kompensationspartner bezüglich IDB ist und zum anderen die Anordnung unmittelbar vor oder unmittelbar nach dem Zwischenbild vor dem obigen Hintergrund in dem erfindungsgemäßen Aufbau für eine effektive IDB-Kompensation besonders geeignet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv wenigstens zwei Kristalllinsen auf, deren IDB-bedingte Verzögerung von entgegengesetztem Vorzeichen ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv ein bildebenenseitig vorletztes optisches Element auf, welches aus einem Fluoridkristallmaterial, vorzugsweise Kalziumfluorid (CaF₂), hergestellt ist. Dies ist insofern vorteilhaft, als auch die bildebenenseitig vorletzte Position wegen der dort typischerweise ebenfalls hohen Strahlwinkel für eine effektive Kompensation geeignet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv eine optische Achse auf, wobei ein Winkel zwischen einem Hauptstrahl und der optischen Achse am Ort des Zwischenbildes kleiner als 10°, bevorzugt kleiner als 7°, noch bevorzugter kleiner als 5° ist. Dabei ist unter einer „optischen Achse" jeweils eine gerade Linie oder eine Aufeinanderfolge von geraden Linienabschnitten zu verstehen, die durch die Krümmungsmittelpunkte der jeweiligen optischen Komponenten verläuft.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv eine Mehrzahl von Linsen aus einem Fluoridkristallmaterial, vorzugsweise Kalziumfluorid, auf, wobei ein Winkel zwischen einem Hauptstrahl und der optischen Achse am Ort wenigstens einer dieser Linsen, und vorzugsweise am Ort sämtlicher dieser Linsen, kleiner als 10°, bevorzugt kleiner als 7°, noch bevorzugter kleiner als 5° ist.

Die Ausgestaltung mit kleinen Hauptstrahlwinkeln ist insofern vorteilhaft, als es sich herausgestellt hat, dass für eine möglichst gute Übereinstimmung der Strahlwinkel in der bezüglich IDB zu kompensierenden Linse mit den Strahlwinkeln in den zur Kompensation dienenden Linsen gerade auch eine geeignete Einstellung des Hauptstrahlwinkels von Bedeutung ist. Dieser Hauptstrahl ist bei (typischerweise gegebener) bildseitiger Telezentrie in der Bildebene achsparallel, so dass der Hauptstrahlwinkel am Ort des bildebenenseitig letzten optischen Elementes klein ist. Es ist daher vorteilhaft, wenn dieser Hauptstrahl auch die (z.B. in der Nähe des Zwischenbildes oder auch anderenorts) zur Kompensation eingesetzten Linsen unter einem geringen Winkel durchläuft. Bei Anordnung beispielsweise konzentrischer Meniskuslinsen zur IDB-Kompensation in der Nähe des Zwischenbildes sind dann im Linsenmaterial die Hauptstrahlwinkel im Material dieser Linsen klein.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens eine und vorzugsweise sämtliche dieser Linsen mit solchem Kristallschnitt hergestellt, dass die optische Achse im Wesentlichen parallel zur <100>-Kristallrichtung ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens eine und vorzugsweise sämtliche dieser Linsen mit solchem Kristallschnitt hergestellt, dass die optische Achse im Wesentlichen parallel zur <111>-Kristallrichtung ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv wenigstens ein weiteres optisches Element auf, dessen Material, Geometrie und Position derart gewählt sind, dass ein in dem bildebenenseitig letzten optischen Element vorhandener optischer Wegunterschied zwischen einem oberen und einem unteren Komastrahl durch besagtes weitere optische Element wenigstens teilweise kompensiert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer in einer Objektebene positionierbaren Maske auf eine in einer Bildebene positionierbare lichtempfindliche Schicht, wobei das Projektionsobjektiv für einen Immersionsbetrieb ausgelegt ist, mit einem bildebenenseitig letzten optischen Element und wenigstens einem weiteren optischen Element, dessen Material, Geometrie und Position derart gewählt sind, dass ein in dem bildebenenseitig letzten optischen Element vorhandener optischer Wegunterschied zwischen einem oberen und einem unteren Komastrahl durch besagtes weitere optische Element wenigstens teilweise kompensiert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das bildebenenseitig letzte optische Element bei einer Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektives eine Brechzahl n_LL größer als 1.6, bevorzugt 1.7, weiter bevorzugt größer als 2.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das bildebenenseitig letzte optische Element aus einem Material hergestellt, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂), Yttriumaluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂), Lithiumbariumfluorid (LiBaF₃) und Spinell, insbesondere Magnesiumspinell (MgAl₂O₄), enthält.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Linse derart vorgesehen, dass diese Linse und das bildebenenseitig letzte optische Element eine IDB-bedingte Verzögerung von entgegengesetztem Vorzeichen bewirken.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer in einer Objektebene positionierbaren Maske auf eine in einer Bildebene positionierbare lichtempfindliche Schicht, wobei das Projektionsobjektiv für einen Immersionsbetrieb ausgelegt ist, wobei das Projektionsobjektiv eine optische Achse besitzt und wenigstens ein Zwischenbild erzeugt, wobei das Projektionsobjektiv eine bildseitige numerische Apertur NA_IP und ein bildebenenseitig letztes optisches Element aufweist, welches bei einer Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektives eine Brechzahl n_LL besitzt, und wobei wenigstens zwei Linsen des Projektionsobjektivs an einer Position entlang der optischen Achse angeordnet sind, an der jeweils für den Sinus ν_max eines maximalen Strahlwinkels zur optischen Achse (OA) die Bedingung

erfüllt ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Brechzahl n_LL des bildebenenseitig letzten optischen Elementes bei der Arbeitswellenlänge größer als 1.6, bevorzugt größer als 1.7, weiter bevorzugt größer als 2.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine dieser Linsen aus einem Fluoridkristallmaterial, vorzugsweise Kalziumfluorid (CaF₂), hergestellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine dieser Linsen benachbart zu dem Zwischenbild angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine dieser Linsen benachbart zu einer Taille des Projektionsobjektivs angeordnet. Dies ist insofern vorteilhaft, als auch in einer ausgeprägten Taille wegen der dort ebenfalls auftretenden großen Strahlwinkel eine effektive IDB-Kompensation erfolgen kann.

Im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist unter einer Taille ein signifikant verengter Abschnitt des Projektionsobjektivs mit einem ausgeprägten lokalen Minimum des Durchmessers des Querschnitts der das Projektionsobjektiv durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung zu verstehen. Dabei soll unter einem „ausgeprägten" lokalen Minimum eine Position entlang der optischen Achse des Projektionsobjektivs verstanden werden, bei der Durchmesser der das Projektionsobjektiv durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung weniger als 80 %, insbesondere weniger als 60 %, weiter insbesondere weniger als 40 % im Vergleich zu dem entsprechenden Durchmesser in dem stromaufwärts angeordneten Bauch und dem stromabwärts angeordneten Bauch beträgt. Unter einem Bauch ist ein Abschnitt des Projektionsobjektivs mit einem lokalen Maximum des Durchmessers der das Projektionsobjektiv durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung zu verstehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Winkel zwischen einem Hauptstrahl und der optischen Achse am Ort wenigstens einer dieser Linsen, und vorzugsweise am Ort sämtlicher dieser Linsen, kleiner als 10°, bevorzugt kleiner als 7°, noch bevorzugter kleiner als 5°.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv eine Mehrzahl von Linsen aus einem Fluoridkristallmaterial, vorzugsweise Kalziumfluorid (CaF₂), auf. Dabei ist vorzugsweise eine in diesen Linsen durch IDB bewirkte Verzögerung von entgegengesetztem Vorzeichen wie eine im Material des bildebenenseitig letzten optischen Elements durch IDB bewirkte Verzögerung.

In einer bevorzugten Ausführungsform legt ein Aperturstrahl in diesen Linsen aus Fluoridkristall eine erste Pfadlänge zurück und in dem bildebenenseitig letzten optischen Element eine zweite Pfadlänge d₂ zurück, wobei die erste und die zweite Pfadlänge so gewählt sind, dass die Bedingung (0.7·|Δ₂|·d₂) < (|Δ₁|·d₁) < (1.3·|Δ₂|·d₂) erfüllt ist, wobei Δ₁ die für diesen Strahl in dem Fluoridkristallmaterial durch IDB bewirkte Verzögerung ist und Δ₂ die für diesen Strahl im Material des bildebenenseitig letzten optischen Elements durch IDB bewirkte Verzögerung ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform legt ein Aperturstrahl in den Linsen aus Fluoridkristall eine Pfadlänge zurück, die im Wesentlichen das Zehnfache eines Pfadweges dieses Aperturstrahls in dem bildebenenseitig letzten optischen Element beträgt. Dies ist insofern vorteilhaft, als die maximale durch IDB bedingte Verzögerung in Kalziumfluorid bei einer typischen Arbeitswellenlänge von 193 nm etwa 3.4 nm/cm beträgt und damit beispielsweise um etwa eine Größenordnung kleiner ist als die maximale IDB-bedingte Verzögerung in Lutetiumaluminiumgranat, die bei 193 nm etwa 30.1 nm/cm beträgt, und bei gleicher Kristallorientierung und gleichen Strahlwinkeln diese beiden Materialien Verzögerungen mit unterschiedlichem Vorzeichen verursachen.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches für den Immersionsbetrieb ausgelegt ist und eine bildseitige numerische Apertur von wenigstens 1.0 aufweist, wobei das Projektionsobjektiv eine derartige polarisationsoptische Kompensation aufweist, dass eine durch das Projektionsobjektiv bewirkte Verzögerung zwischen zwei orthogonalen Polarisationszuständen weniger als das 0.25-fache der Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektivs beträgt.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei das Projektionsobjektiv wenigstens eine Linse aufweist, welche infolge intrinsischer Doppelbrechung eine maximale Verzögerung von wenigstens 25 nm/cm bewirkt, wobei das Projektionsobjektiv eine derartige polarisationsoptische Kompensation aufweist, dass eine durch das Projektionsobjektiv bewirkte Verzögerung weniger als das 0.25-fache der Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektivs beträgt.

Das Projektionsobjektiv weist vorzugsweise eine bildseitige numerische Apertur von wenigstens 1.0, weiter bevorzugt wenigstens 1.2, noch bevorzugter wenigstens 1.4 auf.

Die Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektivs kann weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, weiter insbesondere weniger als 160 nm betragen.

In einer Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv einen rein refraktiven Aufbau auf.

Das Projektionsobjektiv kann ferner auch einen katadioptrischen Aufbau aufweisen. Insbesondere kann das Projektionsobjektiv ein objektebenenseitiges Teilsystem mit einem katadioptrischen Aufbau aufweisen.

Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente sowie ein mikrostrukturiertes Bauelement.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

1 einen Meridional-Gesamtschnitt durch ein vollständiges, rein refraktives Projektionsobjektiv gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 einen Meridional-Gesamtschnitt durch ein vollständiges, rein refraktives Projektionsobjektiv gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 einen Meridional-Gesamtschnitt durch ein vollständiges, rein refraktives Projektionsobjektiv gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

4a–b die Verzögerung unter Berücksichtigung lediglich der IDB in der bildebenenseitig letzten Linse in dem Projektionsobjektiv von 1 für ein von der Objektfeldmitte (4a) ausgehendes Strah lenbündel und für ein vom Objektfeldrand ausgehendes Strahlenbündel (4b);

4c–d die resultierende Verzögerung unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen IDB-Kompensation in dem Projektionsobjektiv von 1 für ein von der Objektfeldmitte (4c) ausgehendes Strahlenbündel und für ein vom Objektfeldrand ausgehendes Strahlenbündel (4d);

4e einen Vergleich der Verzögerung mit und ohne Kompensation im 45°-Schnitt;

5 eine dreidimensionale schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der IDB von der Kristallrichtung in einer Kalziumfluoridlinse im (100)-Kristallschnitt;

6 einen Meridional-Gesamtschnitt durch ein vollständiges katadioptrisches Projektionsobjektiv gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

7 eine schematische Darstellung eines typischen Verlauf der Hauptstrahlen sowie der oberen und unteren Komastrahlen in einer bildebenseitig letzten Linse des Projektionsobjektivs von 6;

8 die IDB-bedingte Verzögerung (8a) sowohl für die Feldmitte als auch für den Feldrand, sowie die Differenz der beiden IDB-bedingten Verzögerungen für Feldmitte und Feldrand (8b) in der bildebenseitig letzten Linse des Projektionsobjektivs von 6.

9 für das gesamte Projektionsobjektiv von 6 die IDB-bedingte Verzögerung (9a) sowohl für die Feldmitte als auch für den Feldrand, sowie die Differenz der beiden IDB-bedingten Verzögerungen für Feldmitte und Feldrand (9b).

10 eine schematische Darstellung einer in einem erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs gemäß einer weiteren Ausführungsform eingesetzten Linse zur IDB-Kompensation bei gleichzeitiger Reduzierung der Feldabhängigkeit der IDB; und

11 den schematischen Aufbau einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.

In 1 ist ein Projektionsobjektiv 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Die Designdaten dieses Projektionsobjektivs 100 sind in Tabelle 1 aufgeführt. Dabei ist in Spalte 1 die Nummer der jeweiligen brechenden oder in anderer Weise ausgezeichneten optischen Fläche, in Spalte 2 der Radius r dieser Fläche (in mm), in Spalte 3 der als Dicke bezeichnete Abstand dieser Fläche zur nachfolgenden Fläche (in mm), in Spalte 4 das auf die jeweilige Fläche folgende Material, in Spalte 5 die Brechzahl dieses Materials bei λ = 193 nm und in Spalte 6 der optisch nutzbare freie halbe Durchmesser der optischen Komponente angegeben. Mit Tracklänge ist die Länge des Projektionsobjektivs von der Objektebene zur Bildebene bezeichnet.
Die in 1 mittels kurzer waagerechter Striche gekennzeichneten und in Tabelle 2 spezifizierten Flächen sind asphärisch gekrümmt, wobei die Krümmung dieser Flächen durch die nachfolgende Asphärenformel gegeben ist:
Dabei sind P die Pfeilhöhe der betreffenden Fläche parallel zur optischen Achse, h der radiale Abstand von der optischen Achse, r der Krümmungsradius der betreffenden Fläche, K die konische Konstante und C1, C2, ... die in Tabelle 2 aufgeführten Asphärenkonstanten.
Gemäß 1 weist das Projektionsobjektiv 100 gemäß der ersten Ausführungsform in einem rein refraktiven Aufbau ein erstes optisches Teilsystem 110 und ein zweites optisches Teilsystem 130 auf.
Das erste Teilsystem 110 umfasst entlang der optischen Achse OA zunächst eine erste negative Linsengruppe LG1 aus zwei Linsen 111 und 112, eine zweite positive Linsengruppe LG2 aus Linsen 113–116 und eine dritte negative Linsengruppe LG3 aus Linsen 117–119. Innerhalb dieser dritten Linsengruppe LG3 befindet sich eine erste Taille W1 des Projektionsobjektivs 100.
Das erste Teilsystem 110 umfasst weiter entlang der optischen Achse OA eine vierte positive Linsengruppe LG4 aus Linsen 120–122 sowie einer ersten positiven Meniskuslinse 123, hinter der ein Zwischenbild IMI erzeugt wird. Das Zwischenbild IMI wird durch das zweite optische Teilsystem 130 (mit einer fünften Linsengruppe LG5) in die Bildebene IP abgebildet.
Das zweite Teilsystem 130 umfasst eine zweite positive Meniskuslinse 131 sowie eine nachfolgende Anordnung von positiven Linsen 132–138. Zwischen den beiden Meniskuslinsen 123 und 131 befindet sich eine zweite Taille W2 des Projektionsobjektivs 100. Die plankonvex ausgebildete Linse 138 ist die bildebenenseitig letzte Linse des Projektionsobjektivs 100. Zwischen der Lichtaustrittsfläche dieser letzten Linse 138 und der in der Bildebene IP angeordneten lichtempfindlichen Schicht befindet sich im Immersionsbetrieb eine (nicht dargestellte) Immersionsflüssigkeit, im Ausführungsbeispiel Cyclohexan.
In dem Projektionsobjektiv 100 gemäß 1 ist die bildebenenseitig letzte Linse 138 aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃AL₅o₁₂) im <100>-Kristallschnitt hergestellt (d.h. die optische Achse verläuft im Wesentlichen parallel zur <100>-Kristallrichtung oder einer hierzu äquivalenten Kristallrichtung). Die Meniskuslinsen 123, 131 und 137 sind aus Kalziumfluorid (CaF₂) ebenfalls im <100>-Kristallschnitt hergestellt. Die übrigen Linsen des Projektionsobjektivs 100 sind aus amorphem Quarz (SiO₂) hergestellt.
Bei dem in 1 gezeigten Aufbau bewirkt die Gesamtheit der aus Kalziumfluorid (CaF₂) hergestellten Meniskuslinsen 123, 131 und 137 im Wesentlichen eine polarisationsoptische Kompensation der durch intrinsische Doppelbrechung in der aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂) hergestellten, bildebenenseitig letzten Linse 138 verursachten Verzögerung.
In Tabelle 3 sind für ausgewählte Strahlen die jeweiligen Strahlwinkel am Ort der drei aus Kalziumfluorid (CaF₂) herge stellten Meniskuslinsen 123, 131 und 137 und am Ort der aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂) hergestellten, bildebenenseitig letzten Linse 138, sowie die Pfadlängen in diesen Linsen angegeben. Bei diesen ausgewählten Strahlen handelt es sich um einen vom Objektfeld an dessen Schnittpunkt mit der optischen Achse (mit YOB = 0 bezeichnet) ausgehenden und die letzte Linse 138 unter einem Winkel von 45° durchlaufenden Strahl sowie die beiden von einem Punkt am Rande des Objektfeldes (mit YOB = 28.0 bezeichnet) ausgehenden Strahlen, welche die letzte Linse 138 unter einem Winkel von 45° bzw. unter einem Winkel von –45° durchlaufen, sowie die entsprechenden Werte für den Hauptstrahl.
Dabei werden insbesondere die die letzte Linse unter 45° bzw. –45° durchlaufenden Strahlen betrachtet, da für diese Strahlwinkel die durch IDB bedingte Verzögerung in der letzten Linse 138 maximale Werte annimmt, wie aus 4a für ein von der Objektfeldmitte (YOB = 0) ausgehendes Strahlenbündel und in 4b für ein vom Objektfeldrand (YOB = 28.0) ausgehendes Strahlenbündel ersichtlich ist.
In 5 ist zum Vergleich in einer dreidimensionalen Darstellung die Abhängigkeit der IDB im Kalziumfluorid-Kristallmaterial von der Kristallrichtung veranschaulicht, wenn die optische Achse in <100>-Kristallrichtung weist. Dargestellt ist eine kreisrunde planparallele Platte 501 aus Kalziumfluorid. Die optische Achse zeigt dabei in <100>-Kristallrichtung. Neben der <100>-Kristallrichtung sind auch die <101>-, <110>-, <101>- und <110>-Kristallrichtungen als Pfeile dargestellt. Die IDB ist schematisch durch vier "Keulen" dargestellt, deren Oberflächen den Betrag der IDB für die jeweilige Strahlrichtung eines Lichtstrahls angeben. Wie ersichtlich ergibt sich die maximale IDB in <110>-Kristall richtung sowie den hierzu äquivalenten Kristallrichtungen und erreicht demzufolge in einer Kalziumfluoridlinse im <100>-Kristallschnitt, d.h. eine Linse, bei der die optische Achse parallel zur <100>-Kristallrichtung ist, ein Maximum für einen Strahlwinkel von 45° zur optischen Achse.
Unter erneuter Bezugnahme auf das Projektionsobjektiv 100 gemäß 1 beträgt, wie aus Tabelle 3 ersichtlich, für den von der optischen Achse (YOB = 0) ausgehenden Strahl die in den Meniskuslinsen 123, 131 und 137 auftretende, maximale betragsmäßige Winkelabweichung von dem „idealen" 45°-Strahlwinkel etwa 5.1°. Für die beiden besagten, von einem Punkt am Rande des Objektfeldes (YOB = 28.0) ausgehenden Strahlen beträgt die in den Meniskuslinsen 123, 131 und 137 auftretende, maximale betragsmäßige Winkelabweichung von dem „idealen" 45°-Strahlwinkel etwa 7.7°.
Wie ferner aus Tabelle 3 ersichtlich, beträgt für den besagten, von der optischen Achse (YOB = 0) ausgehenden Strahl die gesamte, in den Meniskuslinsen 123, 131 und 137 durchlaufene Pfadlänge 228.22 mm und damit etwa das (9.9)-fache der von diesem Strahl in der letzten Linse 138 durchlaufenen Pfadlänge von 23.05 mm.
Für die beiden besagten, von einem Punkt am Rande des Objektfeldes (YOB = 28.0) ausgehenden Strahlen beträgt die gesamte, in den Meniskuslinsen 123, 131 und 137 durchlaufene Pfadlänge 221.64 mm (für den die letzte Linse 138 unter +45° durchlaufenden Strahl) bzw. 230.30 mm (für den die letzte Linse 138 unter –45° durchlaufenden Strahl) und damit etwa das (11.9)-fache bzw. das (8.5)-fache der Pfadlänge des jeweils gleichen Strahls in der letzten Linse 138.
Wie bereits ausgeführt, ist für eine möglichst gute Übereinstimmung der Strahlwinkel in der zu kompensierenden Linse (d.h. in 1 der Linse 138) mit den Strahlwinkeln in den zur Kompensation dienenden Linsen insbesondere auch eine geeignete Einstellung des Hauptstrahlwinkels von Bedeutung, welcher (wegen bildebenenseitiger Telezentrie) am Ort der zu bezüglich IDB zu kompensierenden letzten Linse klein ist, und somit am Orte der zur Kompensation dienenden Linsen (in 1 die Linsen 123, 131 und 137) ebenfalls klein sein sollte. Bei dem Projektionsobjektiv 100 beträgt der Hauptstrahlwinkel 4.4° an der Position des Zwischenbildes IMI. In allen CaF₂-Linsen beträgt der Hauptstrahlwinkel weniger als 10°, in Linse 137 weniger als 6°, in Linse 131 weniger als 2°.
In 4a und 4b ist die Verzögerung unter Berücksichtigung lediglich der IDB in der bildebenenseitig letzten Linse 138 in dem Projektionsobjektiv 100 von 1 für ein von der Objektfeldmitte (4a) ausgehendes Strahlenbündel und für ein vom Objektfeldrand ausgehendes Strahlenbündel (4b) dargestellt (in Einheiten von nm und in Abhängigkeit von dem Produkt aus Brechzahl des Immersionsmediums und Sinus des Strahlwinkels in x- bzw. y-Richtung).
In 4c und 4d ist zum Vergleich die resultierende Verzögerung unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen IDB-Kompensation in dem Projektionsobjektiv 100 von 1 für ein von der Objektfeldmitte (4c) ausgehendes Strahlenbündel und für ein vom Objektfeldrand ausgehendes Strahlenbündel (4d) dargestellt. 4e zeigt einen direkten Vergleich der Verzögerungen mit und ohne Kompensation im 45°-Schnitt.
Bei dem Projektionsobjektiv 100 bewirkt die bildebenenseitig letzte Linse 138 für einen von der optischen Achse (YOB = 0) ausgehenden Strahl eine durch IDB hervorgerufene Verzögerung von 79.1 nm, die durch die CaF₂-Linsen 123, 131 und 137 soweit kompensiert wird, dass die für diesen Strahl durch das gesamte Projektionsobjektiv 100 infolge IDB hervorgerufene Verzögerung nur noch 4.2 nm beträgt. Für einen von einem Punkt am Rande des Objektfeldes (YOB = 28.0) ausgehenden Strahl bewirkt die bildebenenseitig letzte Linse 138 eine durch IDB hervorgerufene Verzögerung von 86.8 nm, die durch die CaF₂-Linsen 123, 131 und 137 soweit kompensiert wird, dass die für diesen Strahl durch das gesamte Projektionsobjektiv 100 infolge IDB hervorgerufene Verzögerung nur noch 14.6 nm beträgt.
In 2 ist ein Projektionsobjektiv 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die Designdaten dieses Projektionsobjektivs 200 sind in zu Tabelle 1 analoger Weise in Tabelle 4 aufgeführt, wobei Radien und Dicken wiederum in Millimetern (mm) angegeben sind. Die in 2 mittels kurzer waagerechter Striche gekennzeichneten und in Tabelle 5 spezifizierten Flächen sind asphärisch gekrümmt, wobei die Krümmung dieser Flächen durch die obige Asphärenformel (4) gegeben ist.
Das Projektionsobjektiv 200 gemäß der zweiten Ausführungsform weist ebenfalls in einem rein refraktiven Aufbau ein erstes optisches Teilsystem 210 und ein zweites optisches Teilsystem 230 auf.
Das erste Teilsystem 210 umfasst entlang der optischen Achse OA zunächst eine erste negative Linsengruppe LG1 aus Linsen 211 und 212, eine zweite positive Linsengruppe LG2 aus Linsen 213–216, und eine dritte negative Linsengruppe LG3 aus Linsen 217, 218 und 219. Innerhalb dieser dritten Linsengruppe LG3 befindet sich eine erste Taille W1 des Projektionsobjektivs 200.
Das erste Teilsystem 110 umfasst weiter entlang der optischen Achse OA eine vierte positive Linsengruppe LG4 aus Linsen 220–224, hinter der ein Zwischenbild IMI erzeugt wird. Das Zwischenbild IMI wird durch das zweite optische Teilsystem 230 (mit einer fünften Linsengruppe LG5), welches Linsen 231–238 umfasst, in die Bildebene IP abgebildet. Zwischen der Lichtaustrittsfläche der letzten Linse 238 und der in der Bildebene IP angeordneten lichtempfindlichen Schicht befindet sich im Immersionsbetrieb eine (nicht dargestellte) Immersionsflüssigkeit, im Ausführungsbeispiel Cyclohexan.
Ebenso wie beim Projektionsobjektiv 100 gemäß 1 ist auch bei dem Projektionsobjektiv 200 die bildebenenseitig letzte Linse 238 aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂) hergestellt. Im Unterschied zu dem Projektionsobjektiv 100 weist jedoch das Projektionsobjektiv 200 vier Linsen aus Kalziumfluorid (CaF₂, wiederum jeweils im 100-Kristallschnitt) auf, da zusätzlich zu den Meniskuslinsen 224, 231 und 237 auch die nahe der ersten Taille W1 angeordnete Meniskuslinse 220 aus Kalziumfluorid (CaF₂) hergestellt ist. Die übrigen Linsen des Projektionsobjektivs 200 sind aus amorphem Quarz (SiO₂) hergestellt.
Bei dem in 2 gezeigten Aufbau bewirkt die Gesamtheit der vier CaF₂-Linsen 220, 224, 231 und 237 im Wesentlichen eine polarisationsoptische Kompensation der durch intrinsische Doppelbrechung in der aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂) hergestellten, bildebenenseitig letzten Linse 238 verursach ten Verzögerung. Infolge der nahe der ersten Taille W1 (und damit ebenfalls im Bereich großer Strahlwinkel) angeordneten Meniskuslinse 220 konnte in dem Projektionsobjektiv 200 die Dicke der übrigen, aus CaF₂ hergestellten Meniskuslinsen 224, 231 und 237 im Vergleich zu dem Projektionsobjektiv 100 reduziert werden (vgl. Tabelle 4).
In Tabelle 6 sind für die bereits im Zusammenhang mit Tabelle 3 definierten, ausgewählten Strahlen die jeweiligen Strahlwinkel am Ort der vier CaF₂-Linsen 220, 224, 231 und 237 und am Ort der aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂) hergestellten, bildebenenseitig letzten Linse 238, sowie die Pfadlängen in diesen Linsen angegeben.
Wie aus dieser Tabelle 6 ersichtlich, beträgt für den von der optischen Achse (YOB = 0) ausgehenden und die letzte Linse 238 unter einem Winkel von 45° durchlaufenden Strahl die in den CaF₂-Linsen 220, 224, 231 und 237 auftretende, maximale betragsmäßige Winkelabweichung von dem „idealen" 45°-Strahlwinkel etwa 6.1°. Für die beiden von einem Punkt am Rande des Objektfeldes (YOB = 28.0) ausgehenden Strahlen beträgt die in den CaF₂-Linsen 220, 224, 231 und 237 auftretende, maximale betragsmäßige Winkelabweichung von dem „idealen" 45°-Strahlwinkel etwa 8.8°.
Wie ferner aus Tabelle 6 ersichtlich, beträgt für den besagten, von der optischen Achse (YOB = 0) ausgehenden Strahl die gesamte, in den CaF₂-Linsen 220, 224, 231 und 237 durchlaufene Pfadlänge 231.90 mm und damit etwa das (9.9)-fache der von diesem Strahl in der letzten Linse 238 durchlaufenen Pfadlänge von 23.24 mm.
Für die beiden besagten, von einem Punkt am Rande des Objektfeldes (YOB = 28.0) ausgehenden Strahlen beträgt die gesamte, in den CaF₂-Linsen 220, 224, 231 und 237 durchlaufene Pfadlänge 214.67 mm (für den die letzte Linse 238 unter +45° durchlaufenden Strahl) bzw. 247.77 mm (für den die letzte Linse 238 unter –45° durchlaufenden Strahl) und damit etwa das (11.4)-fache bzw. das (9.1)-fache der Pfadlänge des jeweils gleichen Strahls in der letzten Linse 238.
Bei dem Projektionsobjektiv 200 beträgt der Hauptstrahlwinkel 5.2° an der Position des Zwischenbildes IMI.
In 3 ist ein Projektionsobjektiv 300 gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt. Die Designdaten dieses Projektionsobjektivs 300 sind in zu Tabelle 1 bzw. 4 analoger Weise in Tabelle 7 aufgeführt, wobei Radien und Dicken wiederum in Millimetern (mm) angegeben sind. Die in 3 mittels kurzer waagerechter Striche gekennzeichneten und in Tabelle 8 spezifizierten Flächen sind asphärisch gekrümmt, wobei die Krümmung dieser Flächen durch die obige Asphärenformel (4) gegeben ist.
Das Projektionsobjektiv 300 gemäß der dritten Ausführungsform weist ebenfalls in einem rein refraktiven Aufbau ein erstes optisches Teilsystem 310 und ein zweites optisches Teilsystem 330 auf.
Das erste Teilsystem 310 umfasst entlang der optischen Achse OA zunächst eine erste negative Linsengruppe LG1 aus Linsen 311 und 312, eine zweite positive Linsengruppe LG2 aus Linsen 313–316, und eine dritte negative Linsengruppe LG3 aus Linsen 317 und 318. Innerhalb dieser dritten Linsengruppe LG3 befindet sich eine erste Taille W1 des Projektionsobjektivs 300.
Das erste Teilsystem 310 umfasst weiter entlang der optischen Achse OA eine vierte positive Linsengruppe LG4 aus Linsen 319–324, hinter der ein Zwischenbild IMI erzeugt wird.
Das Zwischenbild IMI wird durch das zweite optische Teilsystem 330 (mit einer fünften Linsengruppe LG5), welches Linsen 331–339 umfasst, in die Bildebene IP abgebildet. Zwischen der Lichtaustrittsfläche der letzten Linse 339 und der in der Bildebene IP angeordneten lichtempfindlichen Schicht befindet sich wiederum im Immersionsbetrieb eine (nicht dargestellte) Immersionsflüssigkeit (im Beispiel wiederum Cyclohexan).
Ebenso wie bei den Projektionsobjektiven 100 und 200 ist auch bei dem Projektionsobjektiv 300 die bildebenenseitig letzte Linse 339 aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂) hergestellt. Das Projektionsobjektiv 300 weist zur Kompensation der durch diese letzte Linse 339 infolge IDB bewirkten Verzögerung wie das Projektionsobjektiv 200 vier aus CaF₂ hergestellte Linsen 323, 324, 331 und 338 auf (wobei sich hier statt einer CaF₂-Linse im Bereich der ersten Taille W1 eine weitere CaF₂-Linse im Bereich des Zwischenbildes IMI befindet). Im Unterschied zu dem Projektionsobjektiv 200 ist bei dem Projektionsobjektiv 300 die nahe dem Zwischenbild IMI angeordnete Linse 331 mit der nachfolgenden Linse 332 ohne dazwischenliegenden Luftspalt verbunden (z.B. angesprengt). Infolgedessen kann die Linse 331 als negative Linse ausgeführt sein, ohne dass hierdurch Totalreflexionen auftreten, wobei sich ein positiver Einfluss auf den Feldverlauf der Pfadlängen ergibt. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die nahe dem Zwischenbild IMI angeordnete Linse 331 auch von der entlang der optischen Achse OA nachgeordneten Linse 332 durch einen dünnen, mit einer hochbrechenden Flüssigkeit, beispielsweise Cyclohexan, gefüllten Spalt getrennt sein.
In Tabelle 9 sind für die bereits im Zusammenhang mit Tabelle 3 definierten, ausgewählten Strahlen die jeweiligen Strahlwinkel am Ort der vier CaF₂-Linsen 323, 324, 331 und 338 und am Ort der aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu3Al₅O₁₂) hergestellten, bildebenenseitig letzten Linse 339, sowie die Pfadlängen in diesen Linsen angegeben.
Wie aus dieser Tabelle 9 ersichtlich, beträgt für den von der optischen Achse (YOB = 0) ausgehenden und die letzte Linse 339 unter einem Winkel von 45° durchlaufenden Strahl die in den CaF₂-Linsen 323, 324, 331 und 338 auftretende, maximale betragsmäßige Winkelabweichung von dem „idealen" 45°-Strahlwinkel etwa 6.2°. Für die beiden besagten, von einem Punkt am Rande des Objektfeldes (YOB = 28.0) ausgehenden Strahlen beträgt die in den CaF₂-Linsen 323, 324, 331 und 338 auftretende, maximale betragsmäßige Winkelabweichung von dem „idealen" 45°-Strahlwinkel etwa 7.7°.
Wie ferner aus Tabelle 9 ersichtlich, beträgt für den besagten, von der optischen Achse (YOB = 0) ausgehenden Strahl die gesamte, in den CaF₂-Linsen 323, 324, 331 und 338 durchlaufene Pfadlänge 189.27 mm und damit etwa das (9.6)-fache der von diesem Strahl in der letzten Linse 339 durchlaufenen Pfadlänge von 19.61 mm.
Für die beiden von einem Punkt am Rande des Objektfeldes (YOB = 28.0) ausgehenden Strahlen beträgt die gesamte, in den CaF₂-Linsen 323, 324, 331 und 338 durchlaufene Pfadlänge 221.07 mm (für den die letzte Linse 339 unter +45° durchlaufenden Strahl) bzw. 166.53 mm (für den die letzte Linse 339 unter –45° durchlaufenden Strahl) und damit etwa das (9.5)- fache bzw. das (10.8)-fache der Pfadlänge des jeweils gleichen Strahls in der letzten Linse 339.
Bei dem Projektionsobjektiv 300 beträgt der Hauptstrahlwinkel 0.6° an der Position des Zwischenbildes IMI. In allen CaF₂-Linsen beträgt der Hauptstrahlwinkel weniger als 6°, in den Linsen 323 und 331 weniger als 5°.
In 6 ist ein Projektionsobjektiv 600 gemäß einer vierten Ausführungsform dargestellt. Die Designdaten dieses Projektionsobjektivs 600 sind in zu Tabelle 1, 4 und 7 analoger Weise in Tabelle 10 aufgeführt, wobei Radien und Dicken wiederum in Millimetern (mm) angegeben sind. Die in 6 mittels kurzer waagerechter Striche gekennzeichneten und in Tabelle 11 spezifizierten Flächen sind asphärisch gekrümmt, wobei die Krümmung dieser Flächen durch die obige Asphärenformel (4) gegeben ist.
Gemäß 6 weist das Projektionsobjektiv 600 in einem katadioptrischen Aufbau ein erstes optisches Teilsystem 610, ein zweites optisches Teilsystem 620 und ein drittes optisches Teilsystem 630 auf.
Das erste optische Teilsystem 610 umfasst eine Anordnung von refraktiven Linsen 611–617. Das erste optische Teilsystem 610 bildet die Objektebene "OP" in ein erstes Zwischenbild IMI1 ab, dessen ungefähre Lage in 6 durch einen Pfeil angedeutet ist.
Dieses erste Zwischenbild IMI1 wird durch das zweite optische Teilsystem 620 in ein zweites Zwischenbild IMI2 abgebildet, dessen ungefähre Lage in 6 ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet ist. Das zweite optische Teilsystem 620 umfasst einen ersten Konkavspiegel 621 und einen zweiten Konkavspiegel 622, welche in zur optischen Achse senkrechter Richtung jeweils so „abgeschnitten" sind, dass eine Lichtausbreitung jeweils von den reflektierenden Flächen der Konkavspiegel 621, 622 bis hin zur Bildebene „IP" erfolgen kann.
Das zweite Zwischenbild IMI2 wird durch das dritte optische Teilsystem 630 in die Bildebene IP abgebildet. Das dritte optische Teilsystem 630 umfasst eine Anordnung von refraktiven Linsen 631–642. Zwischen der Lichtaustrittsfläche der letzten Linse 642 und der in der Bildebene IP angeordneten lichtempfindlichen Schicht befindet sich im Immersionsbetrieb eine (nicht dargestellte) Immersionsflüssigkeit, im Ausführungsbeispiel Cyclohexan.
In dem Projektionsobjektiv 600 gemäß 6 ist die bildebenenseitig letzte Linse 642 aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂) im <100>-Kristallschnitt hergestellt. Die erste Linse 631 des dritten optischen Teilsystems 630, d.h. die auf das zweite optische Teilsystem 620 folgende Linse, ist ebenfalls aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂) im <100>-Kristallschnitt hergestellt. Die Meniskuslinse 617, welche die letzte Linse des ersten optischen Teilsystems 610 und somit die unmittelbar vor dem zweiten optischen Teilsystem 620 angeordnete Linse darstellt, ist aus Kalziumfluorid (CaF₂) ebenfalls im <100>-Kristallschnitt hergestellt. Die übrigen Linsen des Projektionsobjektivs 600 sind aus amorphem Quarz (SiO₂) hergestellt.
Durch das Projektionsobjektiv 600 wird eine Lösung für ein weiteres Problem geschaffen, welches sich daraus ergibt, dass infolge der gekrümmten Strahleintrittsfläche in dem bildebenenseitig letzten optischen Element 642 die optischen Weglän gen der Lichtstrahlen je nachdem, unter welchem Winkel und an welchem Ort diese Strahlen das Element 642 durchqueren, unterschiedlich groß sind, wie anhand der schematischen Darstellung von 7 gezeigt ist. Wie aus 8 ersichtlich, führt dies zu einer Feldvariation der IDB (d.h. einer Variation der IDB über dem Bildfeld von der Feldmitte zum Feldrand).
In 7 ist für eine bildebenenseitig letzte Linse 642 der typische Verlauf der Hauptstrahlen (HS) sowie der oberen und unteren Komastrahlen (OK und UK) dargestellt. Mit HS_M ist der zur Feldmitte führende Hauptstrahl und mit HS_R der zum Feldrand hin führende Haltstrahl bezeichnet. Mit OK_M und UK_M sind die zur Feldmitte hin führenden Komastrahlen bezeichnet. Mit OK_R und UK_R sind die zum Feldrand hin führenden Komastrahlen bezeichnet. Während von den zur Feldmitte verlaufenden Strahlen (in 7 mit gestrichelten Linien dargestellt) der obere Komastrahl OK_M und der untere Komastrahl UK_M den gleichen Weg durch die Linse 642 zurücklegen, sind für die zum Feldrand hin führenden Strahlen (in 7 mit durchgezogenen Linien dargestellt) die optischen Weglängen des oberen Komastrahls OK_R und des unteren Komastrahls UK_R voneinander verschieden. So legt der zum Feldrand hin führende, obere Komastrahl OK_R einen längeren Weg in dem Material der Linse 642 zurück als der zur Feldmitte hin verlaufende obere Komastrahl OK_M, der zum Feldrand hin verlaufende untere Komastrahl UK_R hingegen einen kürzeren Weg als der zur Feldmitte hin verlaufende untere Komastrahl UK_M. Dies führt dazu, dass die Verzögerung der Pupille am Feldrand „verkippt" ist, wie aus 8a,b ersichtlich ist. Dabei ist in 8a die in der bildebenenseitig letzten Linse 642 des Projektionsobjektivs 600 im Meridionalschnitt erzeugte, IDB -bedingte Verzögerung sowohl für die Feldmitte (gestrichelte Linie) als auch für den Feldrand (durchgezogene Linie) dargestellt. In 8b ist die Differenz der beiden IDB-bedingten Verzögerungen für Feldmitte und Feldrand aufgetragen.
Gemäß der in 6 gezeigten Ausführungsform des Projektionsobjektivs 600 wird nun dadurch, dass eine weitere Linse 631 aus Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂, LuAG) sowie eine Linse 617 aus CaF₂ an geeigneten Positionen vorgesehen sind, die Verzögerung für den zum Feldrand hin führenden unteren Komastrahl UK_R, welcher in der letzten Linse 642 gemäß 7 den kürzeren Weg als der Feldrand hin führende, obere Komastrahl OK_R zurücklegt, relativ zu letzterem erhöht. Die besagte weitere LuAG-Linse 631 befindet sich gemäß 6 in Lichtausbreitungsrichtung unmittelbar nach dem aus erstem Konkavspiegel 621 und zweitem Konkavspiegel 622 zusammengesetzten zweiten Teilsystem 620, d.h. an einer Position, an welcher der zum Feldrand hin führende untere Komastrahl UK_R einen vergleichsweise hohen Strahlwinkel besitzt und einen längeren Weg durch die Linse zurücklegt als der obere Komastrahl OK_R. Die besagte CaF₂-Linse 617 befindet sich direkt vor der Spiegelgruppe 620, d.h. an einer Position, an welcher der zum Feldrand hin führende untere Komastrahl einen vergleichsweise geringen Strahlwinkel besitzt, während der obere Komastrahl einen hohen Strahlwinkel aufweist. Die erfindungsgemäße Kompensation wird hier also durch die Kombination der beiden Linsen 617 und 631 erreicht.
Allgemein lässt sich das erfindungsgemäße Prinzip zur Kompensation der Feldabhängigkeit der IDB der bildseitig letzten Linse wie folgt beschreiben: Das Material (und damit das Vorzeichen der IDB), die Position und die Geometrie der zur Kompensation der besagten Feldabhängigkeit eingesetzten zusätz liche(n) Linse(n) wird so gewählt, dass sich für besagte Feldabhängigkeit im Ergebnis ein Kompensationseffekt ergibt.
Dies bedeutet etwa, dass derjenige (obere oder untere) Komastrahl, welcher in der hinsichtlich IDB zu kompensierenden letzten Linse den längeren Weg zurücklegt, auch in der zur Kompensation der Feldabhängigkeit eingesetzten zusätzlichen Linse den längeren Weg zurücklegt, sofern die zusätzliche Linse eine IDB von entgegengesetztem Vorzeichen wie die bildseitig letzte Linse aufweist. Sofern hingegen die zusätzliche Linse eine IDB von gleichem Vorzeichen wie die bildseitig letzte Linse aufweist, wird über die Geometrie und die Position der besagten, zur Kompensation der Feldabhängigkeit eingesetzten zusätzlichen Linse sichergestellt, dass derjenige (obere oder untere) Komastrahl, welcher in der hinsichtlich IDB zu kompensierenden letzten Linse den längeren Weg zurücklegt, in der besagten zusätzlichen Linse den kürzeren Weg zurücklegt. Bei gleichen Vorzeichen der IDB in der bildseitig letzten Linse und der zur Kompensation der Feldabhängigkeit eingesetzten zusätzlichen Linse wird also Position unter Berücksichtigung der Geometrie besagter zusätzlicher Linse so gewählt, dass die Wirkung hinsichtlich der optischen Weglänge für unteren und oberen Komastrahl gerade vertauscht ist im Vergleich zur letzten Linse.
Eine bevorzugte Position der zur Kompensation der Feldabhängigkeit eingesetzten zusätzlichen Linse(n) aus Lutetiumaluminiumgranat kann insbesondere in der Nähe einer Feldebene, insbesondere einer Zwischenbildebene liegen, da dann am ehesten unterschiedliche Verhältnisse bzw. Winkel für unterschiedliche Feldpunkte vorliegen, sich also unterschiedliche Winkel zwischen oberem und unterem Komastrahl ergeben. Als quantitatives Kriterium für ein zwischenbildnahe Position kann etwa angenommen werden, dass die Hauptstrahlhöhe eines Randpunktes bezogen auf das Objektfeld mehr als 50 % des Linsenradius an dieser Position beträgt.
In 9a ist für das gesamte Projektionsobjektiv 600 von 6 die IDB-bedingte Verzögerung sowohl für die Feldmitte (gestrichelte Linie) als auch für den Feldrand (durchgezogene Linie) dargestellt. In 9b ist die Differenz der beiden IDB-bedingten Verzögerungen für Feldmitte und Feldrand aufgetragen. Aus einem Vergleich der Kurven von 9b und 8b ist ersichtlich, dass sich über den überwiegenden Bereich der Pupille eine wesentlich geringere Differenz zwischen den IDB-bedingten Verzögerungen für Feldmitte und Feldrand ergibt.
In dem Projektionsobjektiv 600 wird die Feldabhängigkeit der IDB-bedingten Verzögerung durch die gemeinsame Wirkung der beiden Linsen 631 und 617 verringert. Der verbleibende, im Wesentlichen konstante Anteil der IDB kann in geeigneter Weise noch weiter kompensiert werden (z.B. durch Einsatz eines Poincaré-Elementes).
Im obigen Beispiel von 6 besteht wie bereits ausgeführt die Linse 631 aus gleichem Material wie die bildebenenseitig letzten Linse und ist so im Strahlengang angeordnet, dass die Verzögerung für denjenigen zum Feldrand hin führenden Komastrahl, der in der bildebenenseitig letzten Linse 642 die geringere Verzögerung erfährt (d.h. UK_R in 7), gegenüber dem anderen Komastrahl, der in der bildebenenseitig letzten Linse 642 die größere Verzögerung erfährt (d.h. OK_R in 7), erhöht wird, die oben beschriebene Feldabhängigkeit also reduziert wird. Dieses Prinzip zur Reduzierung der Feldabhängigkeit der IDB ist nicht auf die Verwendung des identischen Materials in der zusätzlich bereitgestellten Linse 631 beschränkt, sondern es kann auch ein anderes geeignetes Material mit hinreichenden Transmissionseigenschaften und gleichem (d.h. vorliegend wie bei LuAG ebenfalls positivem) Vorzeichen der IDB verwendet werden. Im vorliegenden Falle der Reduzierung der Feldabhängigkeit der IDB einer LuAG-Linse sind somit als Material für besagte weitere, kompensationshalber eingesetzte Linse auch Bariumfluorid (BaF₂), SrF₂, MgO, Spinell, YAG, LiBaF₃ geeignet.
Wie bereits ausgeführt, ist die Position der zur Kompensation der Feldabhängigkeit eingesetzten, zusätzlichen Linse(n) unter Berücksichtigung der Geometrie dieser Linse(n) geeignet zu wählen. In 10 ist schematisch eine Linse 700 dargestellt, welche aus einem Material mit entgegengesetztem Vorzeichen der IDB (vorliegend CaF₂) im Vergleich zu der zu kompensierenden letzten Linse (vorliegend LuAG) hergestellt ist und zugleich eine zur Reduzierung der Feldabhängigkeit der IDB geeignete Form und Position aufweist. Dabei wird weiterhin für die Strahlen in der hinsichtlich der IDB zu kompensierenden, bildebenenseitig letzten Linse von dem in 7 gezeigten Verlauf ausgegangen. Die Linse 700 aus CaF₂ ist gemäß 10 unter Berücksichtigung ihrer Geometrie so im Strahlengang angeordnet, dass der zum Feldrand hin führende, obere Komastrahl OK_R darin einen relativ längeren Weg verglichen mit dem zum Feldrand hin führende, unteren Komastrahl UK_R zurücklegt. Dabei durchläuft der zum Feldrand hin führende, obere Komastrahl OK_R das CaF₂-Material der Linse 700 unter relativ großen Winkel von etwa 45° zur optischen Achse OA. Der zum Feldrand hin führende, untere Komastrahl UK_R durchläuft das CaF₂-Material der Linse 700 unter relativ kleinem Winkel von nahezu 0° zur optischen Achse OA. Ein geeigneter Ort zur Bereitstellung der besagten großen Strahl winkel für den zum Feldrand hin führenden oberen Komastrahl OK_R liegt bei dem Projektionsobjektiv 600 von 6 in Lichtausbreitungsrichtung beispielsweise unmittelbar vor dem zweiten optischen Teilsystem 620. Allgemein ist zu beachten, dass unterschiedliche katadioptrische Systeme je nach deren Aufbau, Zahl der Spiegel etc. andere geeignete Positionen aufweisen, die zudem unter Berücksichtigung der Geometrie der Linse geeignet zu wählen sind.
Die CaF₂-Linse 700 mit dem in 10 schematisch gezeigten Aufbau wirkt somit im Ergebnis bezüglich der in der bildebenenseitig letzten Linse 642 erzeugten IDB kompensierend und weist zudem eine Feldabhängigkeit der Verzögerung auf, welche die anhand von 7 erläuterte Feldabhängigkeit in der bildebenenseitig letzten Linse 642 wenigstens teilweise kompensiert.
Auch das anhand von 10 erläuterte Prinzip zur Reduzierung der Feldabhängigkeit der IDB mit der gleichen Linse, welche auch zur IDB-Kompensation selbst verwendet wird, ist nicht auf die oben beschriebene Materialkombination CaF₂-LuAG beschränkt. Vielmehr kann die bildebenenseitig letzte Linse auch beispielsweise aus Yttriumaluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂) oder Spinell, insbesondere Magnesiumspinell (MgAl₂O₄) hergestellt sein. Die zur IDB-Kompensation bei gleichzeitiger Reduzierung der Feldabhängigkeit eingesetzte Linse 700 kann anstatt aus CaF₂ auch aus einem anderen geeigneten Material. beispielsweise aus CaO hergestellt sein.
11 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Gemäß 11 weist eine Projektionsbelichtungsanlage 900 eine Beleuchtungseinrichtung 901 und ein Projektionsobjektiv 902 auf. Das Projektionsobjektiv 902 umfasst eine lediglich schematisch angedeutete Linsenanordnung 903, durch die eine optische Achse OA definiert wird. Zwischen der Beleuchtungseinrichtung 901 und dem Projektionsobjektiv 902 ist eine Maske 904 angeordnet, die mittels eines Maskenhalters 905 im Strahlengang gehalten wird. Die Maske 904 weist eine Struktur im Mikrometer- bis Nanometer-Bereich auf, die mittels des Projektionsobjektives 902 beispielsweise um den Faktor 4 oder 5 verkleinert auf eine Bildebene IP abgebildet wird. In der Bildebene IP wird ein durch einen Substrathalter 907 positioniertes lichtempfindliches Substrat 906, bzw. ein Wafer, gehalten.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
Tabelle 1 (DESIGNDATEN zu Fig. 1): (NA = 1.55; Abbildungsmaßstab: 0.25; Bildfelddurchmesser: 14 mm; Wellenlänge 193 nm; Tracklänge 1300 mm)
Tabelle 2: (ASPHÄRISCHE KONSTANTEN zu Fig. 1):
Tabelle 3: (Strahlwinkel und Pfadlängen ausgewählter Strahlen zu Fig. 1):
Tabelle 4 (DESIGNDATEN zu Fig. 2): (NA = 1.55; Abbildungsmaßstab: 0.25; Bildfelddurchmesser: 14 mm; Wellenlänge 193 nm; Tracklänge 1300 mm)
Tabelle 5: (ASPHÄRISCHE KONSTANTEN zu Fig. 2):
Tabelle 6: (Strahlwinkel und Pfadlängen ausgewählter Strahlen zu Fig. 2):
Tabelle 7 (DESIGNDATEN zu Fig. 3): (NA = 1.55; Abbildungsmaßstab: 0.25; Bildfelddurchmesser: 14 mm; Wellenlänge 193 nm; Tracklänge 1300 mm)
Tabelle 8: (ASPHÄRISCHE KONSTANTEN zu Fig. 3):
Tabelle 9: (Strahlwinkel und Pfadlängen ausgewählter Strahlen zu Fig. 3):
Tabelle 10 (DESIGNDATEN zu Fig. 6): (NA = 1.55; Abbildungsmaßstab: 0.25; objektseitiger Feldradius 63.7 mm; Wellenlänge 193 nm; Tracklänge 1290 mm)
Tabelle 11: (ASPHÄRISCHE KONSTANTEN zu Fig. 6):

Claims

Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer in einer Objektebene positionierbaren Maske auf eine in einer Bildebene positionierbare lichtempfindliche Schicht, wobei das Projektionsobjektiv für einen Immersionsbetrieb ausgelegt ist, • wobei das Projektionsobjektiv (100, 200, 300) wenigstens ein Zwischenbild (IMI) erzeugt und ein bildebenenseitiges optisches Teilsystem (130, 230, 330) aufweist, welches dieses Zwischenbild (IMI) in die Bildebene (IP) mit einem bildebenenseitigen Abbildungsmaßstab β_i abbildet, • wobei dieser bildebenenseitige Abbildungsmaßstab β_i einen Absolutbetrag von wenigstens 0.3 aufweist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den bildebenenseitigen Abbildungsmaßstab β_i die Bedingung 0.3 ≤ β_i ≤ 1.2, bevorzugt 0.35 < β_i < 1.0, noch bevorzugter 0.4 ≤ β_i ≤ 0.8 erfüllt ist.
Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer in einer Objektebene positionierbaren Maske auf eine in einer Bildebene positionierbare lichtempfindliche Schicht, wobei das Projektionsobjektiv für einen Immersionsbetrieb ausgelegt ist, • wobei das Projektionsobjektiv (100, 200, 300) wenigstens ein Zwischenbild (IMI) erzeugt und ein bildebenenseitiges optisches Teilsystem (130, 230, 330) aufweist, welches dieses Zwischenbild (IMI) in die Bildebene (IP) mit einem bildebenenseitigen Ab bildungsmaßstab β_i abbildet, • wobei der bildebenenseitige Abbildungsmaßstab β_i so gewählt ist, dass die Bedingung
erfüllt ist, wobei NA_IMI die numerische Apertur am Ort des Zwischenbildes (IMI), NA_IP die bildseitige numerische Apertur, n_IMI die Brechzahl am Ort des Zwischenbildes (IMI) und n_LL die Brechzahl eines bildebenenseitig letzten optischen Elementes (138, 238, 339) angibt.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv (100, 200, 300) wenigstens zwei Kristalllinsen aufweist, deren IDB-bedingte Verzögerung von entgegengesetztem Vorzeichen ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv (100, 200, 300) ein bildebenenseitig letztes optisches Element (138, 238, 339, 642) aufweist, welches bei einer Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektives eine Brechzahl n_LL größer als 1.6, bevorzugt größer als 1.7, weiter bevorzugt größer als 2 besitzt.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses bildebenenseitig letzte optische Element (138, 238, 339, 642) aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂), Yttriumaluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂), Lithiumbariumfluorid (LiBaF₃) und Spinell, insbesondere Magnesiumspinell (MgAl₂O₄), enthält.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv wenigstens ein weiteres optisches Element (617, 631) aufweist, dessen Material, Geometrie und Position derart gewählt sind, dass ein in dem bildebenenseitig letzten optischen Element (642) vorhandener optischer Wegunterschied zwischen einem oberen und einem unteren Komastrahl (OK_R, UK_R) durch besagtes weitere optische Element (617, 631) wenigstens teilweise kompensiert wird.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses weitere optische Element zumindest in der Nähe einer Feldebene angeordnet ist.
Projektionsobjektiv nach einem Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses weitere optische Element und das bildebenenseitig letzte optische Element eine IDB-bedingte Verzögerung von entgegengesetztem Vorzeichen bewirken.
Projektionsobjektiv nach einem Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses weitere optische Element und das bildebenenseitig letzte optische Element eine IDB-bedingte Verzögerung von gleichem Vorzeichen bewirken.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses weitere optische Element aus einem Fluoridkristallmaterial, vorzugsweise Kalziumfluorid (CaF₂), hergestellt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv ein bildebenenseitig vorletztes optisches Element (137, 237, 338) aufweist, welches aus einem Fluoridkristallmaterial, vorzugsweise Kalziumfluorid (CaF₂), hergestellt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv eine optische Achse (OA) aufweist, wobei ein Winkel zwischen einem Hauptstrahl und der optischen Achse (OA) am Ort des Zwischenbildes (IMI) kleiner als 10°, bevorzugt kleiner als 7°, noch bevorzugter kleiner als 5° ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv eine optische Achse (OA) und eine Mehrzahl von Linsen (123, 131, 137, 220, 224, 231, 237, 323, 324, 331, 338) aus einem Fluoridkristallmaterial, vorzugsweise Kalziumfluorid (CaF₂), aufweist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 14, wobei ein Winkel zwischen einem Hauptstrahl und der optischen Achse (OA) am Ort wenigstens einer dieser Linsen, und vorzugsweise am Ort sämtlicher dieser Linsen, kleiner als 10°, bevorzugt kleiner als 7°, noch bevorzugter kleiner als 5° ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser Linsen (123, 131, 137, 220, 224, 231, 237, 323, 324, 331, 338), und vorzugsweise sämtliche dieser Linsen mit solchem Kristallschnitt hergestellt sind, dass die opti sche Achse (OA) im Wesentlichen parallel zur <100>-Kristallrichtung ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser Linsen, und vorzugsweise sämtliche dieser Linsen mit solchem Kristallschnitt hergestellt sind, dass die optische Achse (OA) im Wesentlichen parallel zur <111>-Kristallrichtung ist.
Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer in einer Objektebene positionierbaren Maske auf eine in einer Bildebene positionierbare lichtempfindliche Schicht, wobei das Projektionsobjektiv (600) für einen Immersionsbetrieb ausgelegt ist, mit: • einem bildebenenseitig letzten optischen Element (642) und • wenigstens einem weiteren optischen Element (617, 631), dessen Position, Geometrie und Material derart gewählt sind, dass ein in dem bildebenenseitig letzten Element (642) vorhandener optischer Wegunterschied zwischen einem oberen und einem unteren Komastrahl (OK_R, UK_R) durch besagtes weitere optische Element (617, 631) wenigstens teilweise kompensiert wird.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das bildebenenseitig letzte optische Element (642) bei einer Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektives (600) eine Brechzahl n_LL größer als 1.6, bevorzugt größer als 1.7, weiter bevorzugt größer als 2 besitzt.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das bildebenenseitig letzte optische Element (642) aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂), Yttriumaluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂), Lithiumbariumfluorid (LiBaF₃) und Spinell, insbesondere Magnesiumspinell (MgAl₂O₄), enthält.
Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer in einer Objektebene positionierbaren Maske auf eine in einer Bildebene positionierbare lichtempfindliche Schicht, wobei das Projektionsobjektiv für einen Immersionsbetrieb ausgelegt ist, wobei das Projektionsobjektiv eine optische Achse (OA) besitzt und wenigstens ein Zwischenbild (IMI) erzeugt, wobei das Projektionsobjektiv (100, 200, 300) eine bildseitige numerische Apertur NA_IP und ein bildebenenseitig letztes optisches Element (138, 238, 339) aufweist, welches bei einer Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektives eine Brechzahl n_LL besitzt, und wobei wenigstens zwei Linsen (123, 131, 137, 138, 220, 224, 231, 237, 238, 323, 324, 331, 338, 339) des Projektionsobjektivs an einer Position entlang der optischen Achse (OA) angeordnet sind, an der jeweils für den Sinus ν_max eines maximalen Strahlwinkels zur optischen Achse (OA) die Bedingung
erfüllt ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechzahl (n_LL) des bildebenenseitig letzten optischen Elementes (138, 238, 339) bei der Arbeitswellenlänge größer als 1.6, bevorzugt größer als 1.7, weiter bevorzugt größer als 2 ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser Linsen (123, 131, 137, 220, 224, 231, 237, 323, 324, 331, 338) aus einem Fluoridkristallmaterial, vorzugsweise Kalziumfluorid (CaF₂), hergestellt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 21 bis 23 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser Linsen (123, 131, 224, 231, 232, 324, 331) benachbart zu dem Zwischenbild (IMI) angeordnet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser Linsen (123, 131, 220, 224, 231, 232, 324, 331) benachbart zu einer Taille des Projektionsobjektivs (100, 200, 300) angeordnet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen einem Hauptstrahl und der optischen Achse (OA) am Ort wenigstens einer dieser Linsen, und vorzugsweise am Ort sämtlicher dieser Linsen, kleiner als 10°, bevorzugt kleiner als 7°, noch bevorzugter kleiner als 5° ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv (100, 200, 300) wenigstens zwei Kristalllinsen aufweist, deren IDB-bedingte Verzögerung von entgegengesetztem Vorzeichen ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv eine Mehrzahl von Linsen (123, 131, 137, 220, 224, 231, 237, 323, 324, 331, 338) aus einem Fluoridkristallmaterial, vorzugsweise Kalziumfluorid (CaF₂), aufweist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine in diesen Linsen (123, 131, 137, 220, 224, 231, 237, 323, 324, 331, 338) durch IDB bewirkte Verzögerung von entgegengesetztem Vorzeichen wie eine im Material des bildebenenseitig letzten optischen Elements (138, 238, 339) durch IDB bewirkte Verzögerung ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aperturstrahl in diesen Linsen (123, 131, 137, 220, 224, 231, 237, 323, 324, 331, 338) eine erste Pfadlänge zurücklegt und in dem bildebenenseitig letzten optischen Element (138, 238, 339) eine zweite Pfadlänge d₂ zurücklegt, wobei die erste und die zweite Pfadlänge so gewählt sind, dass die Bedingung (0.7·|Δ₂|·d₂) < (|Δ₁|·d₁) < (1.3·|Δ₂|·d₂) erfüllt ist, wobei Δ₁ die für diesen Strahl in dem Fluoridkristallmaterial durch IDB bewirkte Verzögerung ist und Δ₂ die für diesen Strahl im Material des bildebenenseitig letzten optischen Elements durch IDB bewirkte Verzögerung ist.
Projektionsobjektiv einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aperturstrahl in diesen Linsen eine Pfadlänge zurücklegt, die im Wesentlichen das Zehnfache eines Pfadweges dieses Aperturstrahls in dem bildebenenseitig letzten optischen Element (138, 238, 339) beträgt.
Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches für den Immersionsbetrieb ausgelegt ist und eine bildseitige numerische Apertur von wenigstens 1.0 aufweist, wobei das Projektionsobjektiv (100, 200, 300) eine derartige polarisationsoptische Kompensation aufweist, dass eine durch das Projektionsobjektiv bewirkte Verzögerung zwischen zwei orthogonalen Polarisationszuständen weniger als das 0.25-fache der Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektivs beträgt.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv (100, 200, 300) ein bildebenenseitig letztes optisches Element (138, 238, 339) aus einem monokristallinen Material aufweist, dessen Brechzahl n_LL bei einer Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektivs größer als 1.6, bevorzugt größer als 1.7, weiter bevorzugt größer als 2 ist.
Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei das Projektionsobjektiv wenigstens eine Linse aufweist, welche infolge intrinsischer Doppelbrechung eine maximale Verzögerung von wenigstens 25 nm/cm bewirkt, wobei das Projektionsobjektiv eine derartige polarisationsoptische Kompensation aufweist, dass eine durch das Projektionsobjektiv bewirkte Verzögerung weniger als das 0.25-fache der Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektivs beträgt.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv eine bildseitige numerische Apertur von wenigstens 1.0, bevorzugt wenigstens 1.2, noch bevorzugter wenigstens 1.4 aufweist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektivs weniger als 250 nm, bevorzugt weniger als 200 nm, noch bevorzugter weniger als 160 nm beträgt.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv (100, 200, 300) einen rein refraktiven Aufbau aufweist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv einen katadioptrischen Aufbau aufweist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv ein objektebenenseitiges Teilsystem mit einem katadioptrischen Aufbau aufweist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung (901) und einem Projektionsobjektiv (902), wobei das Projektionsobjektiv (902) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikro strukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines Substrats (906), auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist; • Bereitstellen einer Maske (904), die abzubildende Strukturen aufweist; • Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (900) nach Anspruch 40; und • Projizieren wenigstens eines Teils der Maske (904) auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (900).
Mikrostrukturiertes Bauelement, das nach einem Verfahren gemäß Anspruch 41 hergestellt ist.