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WO2004111690A1 - Projektionsobjektiv sowie verfahren zum auswählen von optischen materialien in einem derartigen objektiv - Google Patents

Projektionsobjektiv sowie verfahren zum auswählen von optischen materialien in einem derartigen objektiv Download PDF

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WO2004111690A1
WO2004111690A1 PCT/EP2003/006402 EP0306402W WO2004111690A1 WO 2004111690 A1 WO2004111690 A1 WO 2004111690A1 EP 0306402 W EP0306402 W EP 0306402W WO 2004111690 A1 WO2004111690 A1 WO 2004111690A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical element
crystal
alkaline earth
optical
projection lens
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2003/006402
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Gerhard
Birgit Enkisch
Toralf Gruner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Priority to PCT/EP2003/006402 priority Critical patent/WO2004111690A1/de
Priority to AU2003304216A priority patent/AU2003304216A1/en
Publication of WO2004111690A1 publication Critical patent/WO2004111690A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
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    • G03F7/70958—Optical materials or coatings, e.g. with particular transmittance, reflectance or anti-reflection properties
    • G03F7/70966—Birefringence

Definitions

  • the invention relates to a projection objective for a microlithographic projection exposure system, which has several groups of successive optical elements, at least one first optical element being arranged in at least one group and consisting of an alkaline earth metal-fluoride mixed crystal in which at least two different ones Alkaline earth metals are included.
  • the invention further relates to a method for selecting optical materials for such a lens.
  • a projection lens of this type is from an article by John H. Burnett et al. with the title "Hidden in Piain Sight: Calcium Fluoride's Intrinsic Birefringence", Photonics Spectra 12/2001, page 88 ff.
  • Microlithographic projection exposure systems such as those used in the manufacture of highly integrated electrical circuits, have an illumination device which is used to generate a projection light beam.
  • the projection light beam is directed onto a reticle, which contains the structures to be imaged by the projection exposure system and is arranged in an object plane of a projection objective.
  • the Giionsob- objective ly the structures forming the reticle onto a light-sensitive surface from ⁇ extending in an image plane of the Projection lens is located and z. B. can be applied to a wafer.
  • Particularly promising mixed crystals are containing calcium and barium, and can be described by the stoichiometric formula CAI y Ba y F 2nd Light in a certain polarization state, which is delayed maximally in calcium fluoride compared to the perpendicular polarization state, is not delayed in barium fluoride and vice versa.
  • the production of such mixed crystals in the required purity and size is even more difficult and therefore more expensive than is already the case with the fluoride-containing pure crystals.
  • the properties of the mixed crystals, depending on the barium content are more or less similar to those of barium fluoride, i.e. H. they are relatively soft, therefore difficult to machine and have high water solubility.
  • the object of the invention is therefore to provide a projection lens of the type mentioned at the outset which has only very small aberrations caused by intrinsic birefringence of the materials used and is nevertheless comparatively inexpensive.
  • At least one second optical element which consists of an alkaline earth metal fluoride pure crystal, is arranged in the at least one group, and that all optical elements are made of an alkaline earth metal fluoride within the at least one group.
  • Mixed crystal and preferably none of the optical elements made of an alkaline earth metal fluoride pure crystal the condition
  • Di 1 GPL 1 * DB (G 1 ) ⁇ S
  • the invention is based on the knowledge that the influence of intrinsic birefringence does not have an unfavorable effect on the imaging properties for all optical elements within the projection objective.
  • delay parameter mi a single scalar variable, which is easy to calculate and is referred to as delay parameter mi, and which summarizes the unfavorable effects of the intrinsic birefringence on the individual optical elements of the projection objective.
  • delay parameter nii as defined above, a comparison parameter is available which allows an estimate to be made of which optical elements are worth using expensive mixed crystals and which optical elements do not require mixed crystals.
  • DB ( ⁇ i) ⁇ k * 9/7 * sin 2 (2, 17 * ⁇ i)
  • the delay parameter is only intended to allow an estimate of the influence of the intrinsic birefringence, exact numerical values are not important when determining the quantity DB ( ⁇ i). For this reason, the value for DB ( ⁇ i) used to determine the deceleration parameter iru can also deviate by at most 10%, preferably by at most 5%, from the values determined by calculation according to the formulas given above.
  • Adjacent groups of optical elements can be separated from one another, for example, by polarization-selective beam splitter layers, retardation plates or diaphragm planes. In most In some cases, however, it will be best not to divide it into individual groups.
  • the at least one group then comprises the entire projection objective.
  • the at least one first optical element preferably consists of an alkaline earth metal fluoride mixed crystal of the formula Xi. y X ' y F 2 , where X, X' are Ca, Ba or Sr and y determines the mixing ratio of the two alkaline earth metals X, X '.
  • the invention further relates to a method with which a selection of materials can be made which leads to a projection objective of a microlithographic projection exposure system which comprises several groups of successive optical elements, at least one group comprising a first optical element which consists of an alkaline earth metal -Fluorid mixed crystal, in which at least two different alkaline earth metals are contained, and should contain at least a second optical element, which consists of an alkaline earth metal fluoride pure crystal.
  • the method according to the invention has the following steps: a) determining a threshold value S;
  • GPL 1 as the geometric path length of an aperture beam striking the optical element L 1 at a maximum opening angle
  • ⁇ i as the opening angle between the aperture beam and the optical axis of the optical element Li
  • DB ( ⁇ i) as a measure of the birefringence of the optical element Li , which is independent of the material and the crystal orientation of the optical element Li;
  • the threshold value S is to be determined from the point of view that with delay parameters m ⁇ which are less than this threshold value, the imaging errors occurring due to intrinsic birefringence can still be tolerated.
  • the threshold value S should be as large as possible, since in this way the additional costs arising from the use of mixed crystals are minimized. It has been shown that in practice threshold values S between 10 mm and 15 mm lead to a particularly balanced relationship between image quality on the one hand and costs on the other.
  • Steps b) and c) are preferably repeated at least once, the changes in the geometric path length GPLi which may result from the choice of material after step c) being taken into account in each case when determining the delay parameters.
  • This iterative process takes into account the fact that when determining the delay parameters, it must first be assumed that the entire projection lens is designed in a specific manner. These include the radii of curvature of the lenses used, coefficients for describing aspherical surfaces, lens thicknesses and
  • FIG. 1 shows a simplified illustration of a catadioptric projection objective according to the invention of a microlithographic projection exposure system in a meridional section;
  • FIG. 2 shows a graph in which the intrinsic birefringence is plotted as a function of the wavelength for calcium fluoride and barium fluoride;
  • FIG. 3 shows an enlarged section of the projection objective from FIG. 1, in which two lenses and an aperture beam passing through them are shown;
  • FIG. 4 shows a flow chart to explain the material selection method according to the invention.
  • FIG. 1 a projection objective of a microlithographic projection exposure system is shown in a simplified manner in a meridional section and has a total of 10 records.
  • the projection objective 10 serves to image structures contained in a reticle 12 on a smaller scale on a light-sensitive surface which is applied to a substrate 14.
  • the reticle 12 is arranged in an object plane and the light-sensitive surface in an image plane of the projection objective 10.
  • Projection light 13, indicated by dashed lines in FIG. 1, which is generated by an illumination device (not shown) of the projection exposure system and has a wavelength ⁇ 157 nm in the exemplary embodiment shown, reaches a beam splitter cube after it has passed through the reticle 12 via a plane-parallel plate 15 and a lens L1 16. There, the projection light bundle is reflected on a polarization-selective beam splitter layer 17 contained therein and is projected onto a spherical mirror 20 via a lens L2, a quarter-wave plate 18 and two further lenses L3 and L4.
  • the projection light bundle After reflection on the spherical mirror 20, the projection light bundle again passes through the lenses L4 and L3, the quarter-wave plate 18 and the lens L2 and falls on the polarization-dependent beam splitter layer 17. There, however, the projection light bundle is not reflected, but transmitted, because the polarization of the projection light beam was rotated through 90 ° by passing twice through the quarter-wave plate 18.
  • the projection light beam arrives from the beam splitter cube 16 via a plane mirror 22 into a dioptical part the projection objective 10, in which lenses L5 to L18 and a further plane-parallel plate 24 are arranged along an optical axis indicated by 26.
  • the optical elements which must be transparent to the projection light either made of CaF 2, or of a CAI y Ba y F2 mixed crystal.
  • these optical elements are exclusively lenses L1 to L18.
  • the plane-parallel plates 15 and 24 or the beam splitter cube 16 can also be made of a fluoride crystal and then also be taken into account in the material selection described below. Another one can also be adapted to the present circumstances
  • FIG. 2 shows, using a graph, the intrinsic birefringence ⁇ n of BaF 2 and CaF 2 as a function of the wavelength ⁇ of the projection light.
  • CaF 2 has a practically vanishing birefringence ⁇ n for longer wavelengths ⁇ .
  • the intrinsic birefringence increases significantly with approximately 1 / ⁇ 2 .
  • BaF 2 has a non-negligible intrinsic birefringence even at longer wavelengths ⁇ , which also increases with approximately 1 / ⁇ 2 towards short wavelengths ⁇ .
  • the two materials differ in terms of the sign of the birefringence ⁇ n. This means that with the same crystal orientation, the maximum delayed polarization states in both materials are orthogonal to one another.
  • the intrinsic birefringence of lenses made from CaF 2 is not negligible.
  • clocking By deliberately turning the crystal lattice of the lenses made of CaF 2 , also referred to as "clocking", as described, for example, in WO 02/093209, it is possible to at least partially compensate for the delays caused by intrinsic birefringence within groups of achieve lenses made of CaF 2 .
  • a complete compensation of the delays is generally not possible, since even with birefringence acting in exactly the opposite way, the geometric path lengths within the lenses and thus also that of distinguish these delays caused.
  • clocking there remains a residual birefringence which cannot be compensated and which worsens the imaging properties.
  • the lenses made from mixed crystals are therefore, if only the imaging properties are considered, in principle preferable to the lenses consisting of CaF 2 .
  • the lenses consisting of mixed crystals have the disadvantage of a considerably higher price, since the production and processing of high-purity mixed crystals are very complex.
  • the lenses made of mixed crystals must not be exposed to moisture, since the mixed crystals have a significantly higher water solubility than CaF 2 .
  • the projection objective 10 therefore not only has lenses made from mixed crystals, but also from CaF 2 . In order to achieve the best possible compromise between costs and good imaging properties, it is necessary, by means of a selection, to determine those lenses in which imaging errors due to intrinsic birefringence are most tolerable.
  • the optical properties including the imaging errors can be determined very precisely using simulation methods.
  • the computing effort is usually too high, To determine the imaging properties for all conceivable material variants in this way.
  • the material selection for the lenses made of fluoride crystals is therefore carried out using a scalable size which is easy to determine and which is assigned to each individual lens Li and which is determined by the equation
  • deceleration parameter m ⁇ is defined and hereinafter referred to as deceleration parameter m ⁇ .
  • the delay parameter ⁇ a. ⁇ represents an approximation of the aberrations caused by intrinsic birefringence. If the delay parameter IUi lies above a threshold value S which is in principle arbitrarily chosen, the relevant lens Li is produced from the mixed crystal. If the delay parameter IUi is below the selected threshold value S, the lens Li in question is preferably made from CaF 2 , unless the use of the more expensive mixed crystal appears appropriate in individual cases.
  • the opening angle ⁇ i is understood to mean the angle that a light beam forms with the optical axis 26;
  • the orientation of a beam to a reference direction perpendicular to the optical axis is described by the azimuth angle ⁇ .
  • c * k denotes a parameter that depends on the crystal orientation and characterizes the relative effectiveness of the optical elements with regard to the intrinsic birefringence.
  • « k -1/2
  • ⁇ k +1/8.
  • the delay in CaF 2 depends on the geometric path length that a projection light beam travels in the relevant lens L 1 .
  • the geometric path length differs depending on the angle at which a projection light beam falls on a lens and the thickness of the lens in this area. This is explained below with reference to FIG. 3.
  • An aperture beam 28 is a beam that occurs at a maximum opening angle Qx on a lens Li.
  • the lens L4 is thicker than the lens L3, and moreover the aperture angle ⁇ 4 at which the aperture beam 28 strikes the lens L4 is larger than the aperture angle ⁇ 3 due to the diverging effect of the lens L3.
  • the geometric path length GPL 4 covered by the aperture beam 28 in the lens L4 is also greater than the geometric path length GPL 3 covered in the lens L3.
  • the beam path of the aperture beams is generally relatively easy to determine for a given optical system with the aid of suitable simulation programs.
  • the delay parameter ⁇ u of a lens Li can thus be determined in a simple manner according to equation (1).
  • the opening angle ⁇ i is also regarded here as an angle that is formed between the aperture beam and an axis that intersects the aperture beam and that results from the optical axis by parallel displacement.
  • a threshold value S is specified in a step S1, which indicates which extent of imaging errors can no longer be tolerated. When determining this, it is to be taken into account, among other things, which requirements are placed on the imaging properties of the projection objective 10.
  • the delay parameter mi is determined for each fluoride lens Li in the manner explained above.
  • the influence of the intrinsic birefringence is for these lenses the use of CaF 2 as a lens material is tolerable.
  • the delay parameter ieri is greater than the threshold value S, so that intolerable imaging errors due to intrinsic birefringence can be expected and the lenses in question should therefore be made from a mixed crystal.
  • Step S4 it can therefore be expedient in an iterative process to first adapt the projection lens to the preliminary selection made in a step S4 after a material selection has been made for the first time in step S3.
  • This generally results in modified geometric path lengths GPLi.
  • Steps S2 and S3 are then carried out again. U. may result in a change in the original material selection.
  • Steps S2, S3 and S4 are preferably repeated until the delay parameters itii no longer change or until a change remains below a predefinable limit value.

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Abstract

Ein Projektionsobjektiv (10) für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage umfasst mehrere Gruppen aufeinanderfolgender optischer Elemente. In wenigstens einer Gruppe sind wenigstens ein erstes optisches Element aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-Reinkristall und wenigstens ein zweites optisches Element aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-­Mischkristall, das wenigstens zwei verschiedene Erdalkalimetalle enthält, angeordnet. Alle optischen Elemente aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-Mischkristall und vorzugsweise keines der optischen Elemente aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-Reinkristall erfüllen dabei die Bedingung mi = GPLi * DB (thetai) >= S. Die Grösse mi ist ein jedem optischen Element Li zugeordneter Verzögerungsparameter, GPLi die geometrische Weglänge eines unter maximalem Öffnungswinkel auf das optische Element Li auftreffenden Aperturstrahls (28), thetai der Öffnungswinkel zwischen dem Aperturstrahl (28) und der optischen Achse (26) des optischen Elements Li, DB(thetai) ein Mass für die Doppelbrechung des optischen Elements Li, das von dem Material und der Kristallorientierung des optischen Elements Li unabhängig ist, und S ein für alle optischen Elemente Li einheitlicher Schwellenwert. Das Projektionsobjektiv weist eine geringe Doppelbrechung auf und ist kostengünstiger, als wenn alle optischen Elemente aus teuren Mischkristallen beständen.

Description

Projektionsobjektiv sowie Verfahren zum Auswählen von optischen Materialien in einem derartigen Objektiv
Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, das mehrere Gruppen aufeinanderfolgender optischer Elemente aufweist, wobei in wenigstens einer Gruppe wenigstens ein erstes optisches Element angeordnet ist, das aus einem Erd- alkalimetall-Fluorid-Mischkristall besteht, in dem wenig- stens zwei verschiedene Erdalkalimetalle enthalten sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Auswählen von optischen Materialien für ein derartiges Objektiv.
Ein Projektionsobjektiv dieser Art ist aus einem Aufsatz von John H. Burnett et al . mit dem Titel "Hidden in Piain Sight: Calcium Fluoride 's Intrinsic Birefringence", Photon- ics Spectra 12/2001, Seite 88 ff., bekannt.
Mikrolithographische Proj ektionsbelichtungsanlagen, wie sie etwa bei der Herstellung hochintegrierter elektrischer Schaltkreise verwendet werden, weisen eine Beleuchtungsein- richtung auf, die der Erzeugung eines Projektionslichtbündels dient. Das Projektionslichtbündel wird auf ein Retikel gerichtet, das die von der Projektionsbelichtungsanlage abzubildenden Strukturen enthält und in einer Objektebene eines Projektionsobjektivs angeordnet ist. Das Projektionsob- jektiv bildet die Strukturen des Retikels auf eine licht¬ empfindliche Oberfläche ab, die sich in einer Bildebene des Projektionsobjektivs befindet und z. B. auf einem Wafer aufgebracht sein kann.
In der Regel verwenden aufeinanderfolgende Produktgenerationen derartiger Projektionsbelichtungsanlagen Projekti- onslicht mit immer kürzeren Wellenlängen. Da das Auflösungsvermögen der Projektionsobjektive umgekehrt proportional zu der Wellenlänge des Projektionslichts ist, lassen sich auf diese Weise Strukturen mit noch kleineren Abmessungen lithographisch definieren. Bei den sich derzeit in der Entwicklung befindenden Generationen von Projektionsbelichtungsanlagen wird Projektionslicht eingesetzt werden, dessen Wellenlänge 193 nm oder sogar nur 157 nm beträgt und somit weit im ultravioletten Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung liegt.
Die Verwendung von Projektionslicht mit derart kurzen Wellenlängen bringt allerdings die Schwierigkeit mit sich, daß herkömmliche, zur Fertigung von Linsen, Umlenkprismen und ähnlichen optische Elementen verwendete Materialien wie beispielsweise Gläser oder Quarzkristalle bei diesen WeI- lenlängen eine unzureichende Transparenz aufweisen. Als Ersatz für die herkömmlichen optischen Materialien sind deswegen bestimmte Erdalkalimetall-Fluorid-Kristalle, insbesondere Kalziumfluorid (CaF2) , Bariumfluorid (BaF2) und Strontiumfluorid (SrF2) , vorgeschlagen worden, unter denen insbesondere Kalziumfluorid (CaF2) besondere Beachtung findet. Diese Kristalle weisen im interessierenden Wellenlängenbereich zwar eine hohe Transparenz auf, die Herstellung und Bearbeitung derartiger Kristalle ist jedoch mit großen Schwierigkeiten verbunden und deswegen teuer. Außerdem hat sich herausgestellt, daß diese Kristalle trotz ihrer kubischen Kristallstruktur zumindest bei kurzen Wellenlängen intrinsisch doppelbrechend sind. Intrinsische Doppelbrechung tritt, im Gegensatz zur häufig anzutreffenden span- nungsinduzierten Doppelbrechung, selbst bei perfektem Kri- Stallwachstum und ohne jegliche mechanische Verspannungen auf und führt, sofern keine entsprechenden Gegenmaßnahmen ergriffen werden, zu nicht tolerierbaren Abbildungsfehlern.
Ein Ansatz, die intrinsische Doppelbrechung zu verringern, ist in dem oben bereits erwähnten Aufsatz von John H. Bur- nett et al. beschrieben. Bei diesem Ansatz wird die Tatsache ausgenutzt, daß sich die intrinsische Doppelbrechung dieser Kristalle bei gleicher Kristallorientierung je nach Erdalkalimetall in ihrem Vorzeichen unterscheidet. Mischkristalle, die mehrere unterschiedliche Erdalkalimetalle enthalten, liegen in ihren Eigenschaften zwischen denen der oben erwähnten Reinkristalle, worunter hier in Abgrenzung zu den Mischkristallen solche Kristalle verstanden werden, die nur ein einziges Erdalkalimetall enthalten. Bei geeigneter Wahl des Mischungsverhältnisses kann somit eine prak- tisch verschwindende intrinsische Doppelbrechung erzielt werden. Als besonders vielversprechend gelten Mischkristalle, die Kalzium und Barium enthalten und sich stöchiometrisch durch die Formel Cai-yBayF2 beschreiben lassen. Licht in einem bestimmten Polarisationszustand, das in Kalziumfluorid maxi- mal gegenüber dem dazu senkrechten Polarisationszustand verzögert wird, wird nämlich in Bariumfluorid nicht verzögert und umgekehrt. Dadurch kompensieren sich die den unterschiedlichen Erdalkalimetall-Ionen zuordenbaren doppelbrechenden Wirkungen, wenn in dem Mischkristall das durch den stöchiometrischen Parameter y bestimmte Mischungsverhältnis geeignet gewählt wird.
Die Herstellung derartiger Mischkristalle in der verlangten Reinheit und Größe ist allerdings noch schwieriger und damit teurer, als dies bereits bei den fluoridhaltigen Rein- kristallen der Fall ist. Ferner ähneln die Eigenschaften der Mischkristalle je nach Bariumgehalt mehr oder weniger denen von Bariumfluorid, d. h. sie sind relativ weich, deswegen schwer bearbeitbar und weisen eine hohe Wasserlöslichkeit auf.
Allein unter dem Gesichtspunkt minimaler intrinsischer Doppelbrechung sind solche Projektionsobjektive ideal, bei denen alle darin enthaltenen Linsen und sonstigen optischen Elemente, die für das Projektionslicht transparent sein müssen, aus derartigen Mischkristallen gefertigt sind. Die Kosten für ein derartiges Projektionsobjektiv sind allerdings äußerst hoch. Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, ein Projektionsobjektiv der eingangs genannten Art anzugeben, das nur sehr geringe, durch intrinsische Doppelbrechung der verwendeten Materialien hervorgerufene Abbildungsfehler aufweist und dennoch vergleichsweise kostengünstig ist.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß in der wenigstens einen Gruppe wenigstens ein zweites optisches Element angeordnet ist, das aus einem Erdalkalimetall-Fluorid- Reinkristall besteht, und daß innerhalb der wenigstens ei- nen Gruppe alle optischen Elemente aus einem Erdalkalime- tall-Fluorid-Mischkristall und vorzugsweise keines der optischen Elemente aus einem Erdalkalimetall-Fluorid- Reinkristall die Bedingung
Di1 = GPL1 * DB(G1) ≥ S
erfüllen, mit Ki1 als einem jedem optischen Element L1, i = 1...N mit N gleich der Anzahl der optischen Elemente in der wenigstens einen Gruppe, zugeordneter Verzögerungsparameter, GPL1 als der geometrischen Weglänge eines unter maximalen Öffnungswinkel auf das optische Element L1 auftref- fenden Aperturstrahls, Q1 als dem Öffnungswinkel zwischen dem Aperturstrahl und der optischen Achse des optischen Elements L1, DB(B1) als einem Maß für die Doppelbrechung des optischen Elements L1, das von dem Material und der Kristallorientierung des optischen Elements L1 unabhängig ist, und S als einem für alle optischen Elemente L1 einheitlichen Schwellenwert. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich der Einfluß der intrinsischen Doppelbrechung nicht bei allen optischen Elementen innerhalb des Projektionsobjektivs gleich ungünstig auf die Abbildungseigenschaften auswirkt. Am. größten sind durch die intrinsische Doppelbrechung verursachte Verzögerungen bestimmter Polarisationszustände und damit auch die Abbildungsfehler bei denjenigen optischen Elementen, bei denen einerseits die intrinsische Doppelbrechung betragsmäßig besonders groß ist und andererseits die durch das betreffende optische Element zurückgelegte Weglänge besonders lang ist.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, eine einzige, einfach zu berechnende und als Verzögerungsparameter mi bezeichnete skalare Größe zu verwenden, die die ungünstigen Auswirkungen der intrinsischen Doppelbrechung auf die einzelnen optischen Elemente des Projektionsobjektivs zusammenfaßt. Mit dem wie oben definierten Verzögerungsparameter nii steht eine Vergleichsgröße zur Verfügung, die eine Abschätzung erlaubt, bei welchen optischen Elementen sich die Verwendung teurer Mischkristalle lohnt und bei welchen optischen Elementen auf den Einsatz von Mischkristallen verzichtet werden kann.
Zwar ist es prinzipiell auch möglich, mit Hilfe numerischer Simulationen die Auswirkungen der Doppelbrechung für gege- bene Materialien und Kristallorientierungen für unterschiedliche Polarisationszustände relativ exakt vorauszuberechnen. Diese Berechnungen sind aber recht kompliziert, müßten für alle denkbaren Materialvarianten durchgeführt werden und führen außerdem nicht zu einfachen, den einzelnen optischen Elementen zugeordneten Größen, die einen unmittelbaren Vergleich der Auswirkungen der intrinsischen Doppelbrechung gestatten.
Bei der Bestimmung der Verzögerungsparameter wird zunächst angenommen, daß alle optischen Elemente aus Erdalkalime- tall-Fluorid-Reinkristallen bestehen, deren Orientierung zueinander im Hinblick auf eine gegenseitige Kompensations- Wirkung günstig gewählt ist. Eine bei jedem einzelnen Kristall an sich vorhandene Abhängigkeit der Doppelbrechung von dem Azimutwinkel wird dann durch gegenseitige Kompensationseffekte so weit abgeschwächt, daß sie vernachlässigbar ist. Außerdem stellt sich bei einer günstigen Orientierung der Kristallgitter eine Abhängigkeit der Doppelbrechung vom Öffnungswinkel θ ein, die für alle ernsthaft in Betracht kommenden Orientierungen der Kristallgitter gleich ist und durch die Gleichung
DB (θ±) = αk * sin2(θi) * (7 * cos2 (G1) - 1)
gegeben ist, wobei a^ ein von der Kristallorientierung ab- hängender Parameter ist.
Für kleinere Öffnungwinkel θi, insbesondere für θi ≤ 40°, läßt sich die Größe DB (θi) auch durch folgende Gleichung näherungsweise bestimmen: DB ( θi ) = αk * 9/ 7 * sin2 ( 2 , 17 * θi ) ,
wobei ök ein von der Kristallorientierung abhängender Parameter ist.
In beiden Fällen wird im übrigen angenommen, daß sich sol- che günstigen Kristallorientierungen auch dann finden lassen, wenn nach einer Materialersetzung nur noch ein Teil der optischen Elemente aus Erdalkalimetall-Fluorid-Rein- kristallen besteht.
Da der Verzögerungsparameter lediglich eine Abschätzung des Einflusses der intrinsischen Doppelbrechung ermöglichen soll, kommt es auf exakte Zahlenwerte bei der Bestimmung der Größe DB (θi) nicht an. Deswegen kann der zur Bestimmung des Verzögerungsparameters iru verwendete Wert für DB (θi) auch um höchstens 10%, vorzugsweise um höchstens 5%, von den sich rechnerisch nach den oben angegebenen Formeln ermittelten Werten abweichen.
Da die durch den Einsatz von Erdalkalimetall-Fluorid- Mischkristallen anfallenden Zusatzkosten nicht für alle optischen Elemente innerhalb des Projektionsobjektivs gleich sein müssen, kann es zweckmäßig sein, die Materialauswahl für die optischen Elemente getrennt für einzelne Gruppen aus optischen Elementen vorzunehmen. Benachbarte Gruppen optischer Element können dabei z.B. durch polarisationsselektive Strahlteilerschichten, Verzögerungsplättchen oder Blendenebenen voneinander getrennt sein. In den meisten Fällen wird es aber am günstigsten sein, keine Unterteilung in einzelne Gruppen vorzunehmen. Die wenigstens eine Gruppe umfaßt dann das gesamte Projektionsobjektiv.
Vorzugsweise besteht das wenigstens eine zweite optische Element aus einem Erdalkali-Metall-Fluorid-Kristall der Formel XF2 mit X = Ca, Ba oder Sr. Besonders bevorzugt ist hierbei Kalziumfluorid (CaF2) als Material für das wenigstens eine erste optische Element.
Das wenigstens eine erste optische Element besteht vorzugs- weise aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-Mischkristall der Formel Xi-.yX'yF2, wobei X, X' gleich Ca, Ba oder Sr sind und y das Mischungsverhältnis der beiden Erdalkalimetalle X, X' bestimmt.
Gegenstand der Erfindung ist ferner, ein Verfahren an- zugeben, mit dem sich eine Materialauswahl treffen läßt, die zu einem Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage führt, das mehrere Gruppen aufeinanderfolgender optischer Elemente umfaßt, wobei wenigstens eine Gruppe ein erstes optisches Element, das aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-Mischkristall besteht, in dem wenigstens zwei verschiedene Erdalkalimetalle enthalten sind, und wenigstens ein zweites optisches Element enthalten soll, das aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-Rein- kristall besteht. Das erfindungsgemäße Verfahren weist fol- gende Schritte auf: a) Bestimmen eines Schwellenwerts S;
b) Bestimmen eines Verzögerungsparameters mi für jedes optische Element Li, i = 1...N mit N gleich der Anzahl der aus einem Fluorid-Kristall bestehenden optischen Elemente in der wenigstens einen Gruppe, wobei der Verzögerungsparameter τa.± gegeben ist durch
πii - GPLi * DB (G1)
mit GPL1 als der geometrischen Weglänge eines unter maximalen Öffnungswinkel auf das optische Element L1 auftreffenden AperturStrahls, θi als dem Öffnungswinkel zwischen dem Aperturstrahl und der optischen Achse des optischen Elements Li, DB (θi) als einem Maß für die Doppelbrechung des optischen Elements Li, das von dem Material und der Kristallorientierung des optischen Elements Li unabhängig ist;
c) Auswahl eines Erdalkalimetall-Fluorid-Reinkristalls für alle optischen Elemente L1, deren Verzögerungspa- rameter itii kleiner ist als der Schwellenwert S, und vorzugsweise Auswahl eines Erdalkalimetall-Fluorid- Mischkristalls als Material für alle optischen Elemente Lj, deren Verzögerungsparameter irij größer oder gleich dem Schwellenwert S ist.
Der Schwellenwert S ist dabei unter dem Gesichtspunkt festzulegen, daß bei Verzögerungsparametern m±, die kleiner als dieser Schwellenwert sind, die auftretenden Abbildungsfehler aufgrund intrinsischer Doppelbrechung noch tolerierbar sind. Andererseits sollte der Schwellenwert S möglichst groß sein, da auf diese Weise die durch die Verwendung von Mischkristallen entstehenden zusätzlichen Kosten minimiert werden. Es hat sich gezeigt, daß in der Praxis Schwellenwerte S zwischen 10 mm und 15 mm zu einem besonders ausgewogenen Verhältnis zwischen Abbildungsqualität einerseits und Kosten andererseits führen.
Vorzugsweise werden die Schritte b) und c) mindestens einmal wiederholt, wobei jeweils bei der Bestimmung der Verzögerungsparameter im die sich aus der Materialwahl nach Schritt c) gegebenenfalls ergebenden Änderungen der geometrischen Weglänge GPLi berücksichtigt werden.
Dieses iterative Verfahren trägt der Tatsache Rechnung, daß bei der Bestimmung der Verzögerungsparameter im zunächst von einer bestimmten Auslegung des gesamten Projektionsobjektivs ausgegangen werden muß. Hierzu zählen unter anderem die Krümmungsradien der verwendeten Linsen, Koeffizienten zur Beschreibung asphärischer Flächen, Linsendicken und
Luftabstände. Der Einfluß der Materialwahl nach Schritt c) auf diese Design-Parameter ist zwar gering, jedoch nicht unter allen Umständen vernachlässigbar. So weist z. B. ein Cai-yBayF2 Mischkristall einen anderen Brechungsindex auf als ein CaF2 Reinkristall . Durch den iterativen Optimierungsprozeß ist es möglich, derartigen Auswirkungen auf die Design-Parameter des Projektionsobjektivs durch die Material- wähl Rechnung zu tragen und schließlich eine konsistente Lösung zu finden, bei der kleinere Änderungen der Design- Parameter nicht mehr zu einer Veränderung der Verzögerungsparameter Hi1 führen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen katadioptrischen Projektionsobjektivs ei- ner mikrolithographisehen Projektionsbelichtungs- anlage in einem Meridionalschnitt;
Figur 2 einen Graphen, in dem die intrinsische Doppelbrechung in Abhängigkeit von der Wellenlänge für Kalziumfluorid und Bariumfluorid aufgetragen ist;
Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Projektionsobjektiv aus Figur 1, in dem zwei Linsen sowie ein diese, durchtretender Aperturstrahl dargestellt sind;
Figur 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des erfindungs- gemäßen Materialauswahlverfahrens.
In Figur 1 ist ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage in einem Meridionalschnitt vereinfacht dargestellt und insgesamt mit 10 be- zeichnet. Das Projektionsobjektiv 10 dient dazu, in einem Retikel 12 enthaltene Strukturen verkleinert auf einer lichtempfindlichen Oberfläche abzubilden, die auf einem Substrat 14 aufgebracht ist. Das Retikel 12 ist dabei in einer Objektebene und die lichtempfindliche Oberfläche in einer Bildebene des Projektionsobjektivs 10 angeordnet.
In Figur 1 gestrichelt angedeutetes Projektionslicht 13, das von einer nicht dargestellten Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage erzeugt wird und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Wellenlänge λ = 157 nm hat, gelangt nach Durchtritt durch das Retikel 12 über eine planparallele Platte 15 und eine Linse Ll in einen Strahlteilerwürfel 16. Dort wird das Projektionslichtbündel an einer darin enthaltenen polarisationsselektiven Strahl- teilerschicht 17 reflektiert und über eine Linse L2, ein Viertelwellenlängenplättchen 18 und zwei weitere Linsen L3 und L4 auf einen sphärischen Spiegel 20 geworfen. Nach Re- flektion an dem sphärischen Spiegel 20 durchsetzt das Pro- jektionslichtbündel erneut die Linsen L4 und L3, das Vier- telwellenlängenplättchen 18 sowie die Linse L2 und fällt auf die polarisationsabhängige Strahlteilerschicht 17. Dort wird das Projektionslichtbündel allerdings nicht reflektiert, sondern transmittiert, da die Polarisation des Pro- jektionslichtbündels durch den zweimaligen Durchtritt durch das Viertelwellenlängenplättchen 18 um 90° gedreht wurde.
Von dem Strahlteilerwürfel 16 gelangt das Projektionslichtbündel über einen Planspiegel 22 in einen dioptischen Teil des Projektionsobjektivs 10, in dem Linsen L5 bis L18 und eine weitere planparallele Platte 24 entlang einer mit 26 angedeuteten optischen Achse angeordnet sind.
Um Lichtverluste durch Absorption möglichst gering zu hal- ten, sind alle oder mehrere der optischen Elemente, die für das Projektionslicht transparent sein müssen, entweder aus CaF2 oder aus einem Cai-yBayF2 Mischkristall gefertigt. Der Einfachheit halber sei im folgenden angenommen, daß es sich bei diesen optischen Elementen ausschließlich um die Linsen Ll bis L18 handelt. Es versteht sich jedoch, daß zusätzlich auch z.B. die planparallelen Platten 15 und 24 oder der Strahlteilerwürfel 16 aus einem Fluorid-Kristall gefertigt sein können und dann bei der nachfolgend beschriebenen Materialauswahl mit zu berücksichtigen sind. Ebenso kann auch eine andere, an die vorliegenden Gegebenheiten angepaßte
Vorauswahl der aus Fluorid-Kristallen gefertigten optischen Elemente getroffen werden.
Figur 2 zeigt an Hand eines Graphen die intrinsische Doppelbrechung Δn von BaF2 und CaF2 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ des Projektionslichts. Darin ist erkennbar, daß CaF2 für größere Wellenlängen λ eine praktisch verschwindende Doppelbrechung Δn hat. Für kurze Wellenlängen λ erhöht sich die intrinsische Doppelbrechung deutlich mit annähernd 1/λ2. BaF2 hingegen hat auch bei größeren Wellen- längen λ eine nicht vernachlässigbare intrinsische Doppelbrechung, die zu kurzen Wellenlängen λ hin ebenfalls mit annähernd 1/λ2 zunimmt. Bei kleineren Wellenlängen λ unter- scheiden sich allerdings die beiden Materialien hinsichtlich des Vorzeichens der Doppelbrechung Δn. Dies bedeutet, daß bei gleicher Kristallorientierung die in beiden Materialien maximal verzögerten Polarisationszustände orthogo- nal zueinander sind.
In Caχ-yBayF2 Mischkristallen liegen die Materialeigenschaften und damit auch die intrinsische Doppelbrechung zwischen denjenigen von CaF2 und BaF2. Während bei größeren Wellenlängen λ ein derartiger Mischkristall eine höhere intrinsi- sehe Doppelbrechung aufweist als CaF2, kann für eine bestimmte kleinere Wellenlänge λ ein das Mischungsverhältnis von Kalzium- und Bariumionen bestimmender stöchiometrischer Parameter y gefunden werden, bei dem die intrinsische Doppelbrechung Δn so zwischen derjenigen von CaF2 und BaF2 liegt, daß sie verschwindet (Δn = 0) .
Die intrinsische Doppelbrechung von aus CaF2 gefertigten Linsen ist hingegen nicht vernachlässigbar. Durch gezieltes, auch als "clocking" bezeichnetes Verdrehen der Kristallgitter der aus CaF2 gefertigten Linsen, wie dies bei- spielsweise in der WO 02/093209 beschrieben ist, läßt sich zwar eine zumindest teilweise Kompensation der durch intrinsische Doppelbrechung hervorgerufenen Verzögerungen innerhalb von Gruppen von aus CaF2 bestehenden Linsen erzielen. Eine vollständige Kompensation der Verzögerungen ist jedoch im allgemeinen nicht möglich, da selbst bei exakt entgegengesetzt wirkender Doppelbrechung sich die geometrischen Weglängen innerhalb der Linsen und damit auch die von diesen hervorgerufenen Verzögerungen unterscheiden. Somit verbleibt im allgemeinen auch beim "clocking" eine nicht kompensierbare Restdoppelbrechung, die die Abbildungseigen- schaften verschlechtert.
Die aus Mischkristallen gefertigten Linsen sind daher, sofern lediglich die Abbildungseigenschaften betrachtet werden, den aus CaF2 bestehenden Linsen im Prinzip vorzuziehen. Allerdings haben die aus Mischkristallen bestehenden Linsen den Nachteil eines erheblich höheren Preises, da die Herstellung hochreiner Mischkristalle und deren Bearbeitung sehr aufwendig sind. Außerdem dürfen die aus Mischkristallen bestehenden Linsen keiner Feuchtigkeit ausgesetzt sein, da die Mischkristalle eine erheblich höhere Wasserlöslichkeit haben als CaF2.
Das Projektionsobjektiv 10 weist daher nicht nur aus Mischkristallen, sondern auch aus CaF2 gefertigte Linsen auf. Um einen möglichst guten Kompromiß zwischen Kosten und guten Abbildungseigenschaften zu erzielen, ist es allerdings erforderlich, durch eine Auswahl diejenigen Linsen zu ermit- teln, bei denen Abbildungsfehler infolge intrinsischer Doppelbrechung am ehesten toleriert werden können.
Im Prinzip lassen sich mit Simulationsverfahren die optischen Eigenschaften einschließlich der Abbildungsfehler auch sehr komplizierter optischer Systeme recht genau er- mittein. Allerdings ist der Rechenaufwand meist zu hoch, die Abbildungseigenschaften für alle denkbaren Materialvarianten auf diese Weise zu ermitteln.
Die Materialauswahl für die aus Fluorid-Kristallen gefertigten Linsen wird daher unter Verwendung einer einfach zu bestimmenden, jeder einzelnen Linse Li zugeordneten skala- ren Größe durchgeführt, die durch die Gleichung
In1 = GPL1 * DB (θi) (1)
definiert ist und im folgenden als Verzögerungsparameter m± bezeichnet wird. Der Verzögerungsparameter τa.± stellt ein Näherungsmaß für die Abbildungsfehler dar, die durch in- trinsische Doppelbrechung verursacht werden. Wenn der Verzögerungsparameter IUi über einem im Prinzip willkürlich gewählten Schwellenwert S liegt, wird die betreffende Linse Li aus dem Mischkristall gefertigt. Liegt der Verzögerungsparameter IUi unter dem gewählten Schwellenwert S, so wird die betreffende Linse Li vorzugsweise aus CaF2 gefertigt, sofern nicht im Einzelfall andere Gründe den Einsatz des teureren Mischkristalls zweckmäßig erscheinen lassen.
Damit der Verzögerungsparameter itii eine einfach zu bestimmende, aber dennoch aussagekräftige Größe ist, müssen darin trotz der notwendigen Näherungen diejenigen Faktoren zum Ausdruck kommen, die für das Ausmaß der durch intrinsische Doppelbrechung verursachte Abbildungsfehler maßgeblich sind. Bei diesen Faktoren handelt es sich um die geometrischen Weglänge GPLi eines unter maximalen Öffnungswinkel θi auf das optische Element Li auftreffenden Aperturstrahls und die Größe DB (θi) als ein Maß für die Doppelbrechung des optischen Elements L±. Diese beiden Faktoren sowie die zugrundeliegenden Näherungen werden im folgenden ausführli- eher erläutert.
Für das Ausmaß der durch intrinsische Doppelbrechung in CaF2 verursachten Abbildungsfehler ist die Verzögerung maßgeblich, die orthogonale Polarisationszustände in CaF2 relativ zueinander erfahren. Diese Verzögerung hängt u.a. von dem Betrag der intrinsischen Doppelbrechung in CaF2 ab, der eine Funktion des Öffnungswinkels θi und des Azimutwinkels φ ist. Unter dem Öffnungswinkel θi wird dabei der Winkel verstanden, den ein Lichtstrahl zu der optischen Achse 26 bildet; durch den Azimutwinkel φ wird die Orientierung ei- nes Strahls zu einer zur optischen Achse senkrechten Referenzrichtung beschrieben.
Bei der Bestimmung des Einflusses der Doppelbrechung wird unterstellt, daß die Kristallorientierungen aller aus CaF2 bestehender Linsen durch "clocking" günstig oder sogar op- timal zueinander ausgerichtet sind. Dadurch kann die Abhängigkeit der Doppelbrechung von dem Azimutwinkel vernachlässigt werden. Außerdem stellt sich dann eine Abhängigkeit der Doppelbrechung vom Öffnungswinkel θ ein, die für alle in Betracht kommenden Orientierungen der Kristallgitter denselben Verlauf nimmt und durch die Gleichung DB ( θi ) = «k * siir 2 /( Qθi \) * * m ( 7 * * ~ co_ s ~ 2' ( θi ) - 1 ) :D
gegeben ist. Hierbei bezeichnet c*k einen von der Kristallorientierung abhängenden Parameter, der die relative Wirksamkeit der optischen Elemente im Hinblick auf die intrinsische Doppelbrechung charakterisiert. Für Kristallorient- ierungen, bei denen die [100] -Kristallachse entlang der optischen Achse ausgerichtet ist, ist «k = -1/2, für Kristallorientierungen, bei denen die [111] -Kristallachse entlang der optischen Achse ausgerichtet ist, ist OCR = +1/3, und für Kristallorientierungen, bei denen die [UO]- Kristallachse entlang der optischen Achse ausgerichtet ist, ist αk = +1/8.
Für kleine Öffnungswinkel θi kann anstelle der Gleichung (1) auch die Näherungsgleichung
DB (θi) = αk * 9/7 * sin2(2,17 * θ±) (2)
verwendet werden.
Daneben hängt die Verzögerung in CaF2 von der geometrischen Weglänge ab, die ein Projektionslichtstrahl in der betreffenden Linse L1 zurücklegt. Die geometrische Weglänge ist unterschiedlich, je nachdem, unter welchen Winkel ein Projektionslichtstrahl auf eine Linse fällt und wie groß die Dicke der Linse in diesem Bereich ist. Dies sei im folgenden anhand der Figur 3 erläutert. Dort sind am Beispiel der beiden Linsen L3 und L4 die geometrischen Weglängen GPL3 bzw. GPL4 eingezeichnet, die für einen äußeren Aperturstrahl 28 in diesen Linsen auftreten. Als Aperturstrahl 28 wird hier ein Strahl bezeichnet, der unter maximalem Öffnungwinkel Qx auf eine Linse Li auftritt. Die Linse L4 ist dicker als die Linse L3, und außerdem ist der Öffnungswinkel θ4, unter dem der Aperturstrahl 28 auf die Linse L4 trifft, aufgrund der zerstreuenden Wirkung der Linse L3 größer als der Öffnungswinkel θ3. Deswegen ist auch die vom Aperturstrahl 28 in der Linse L4 zurückgelegte geometrische Weglänge GPL4 größer als die in der Linse L3 zurückgelegte geometrische Weglänge GPL3.
Bei der Bestimmung des Verzögerungsfaktors mi nach Glei- chung (1) werden weder der gesamte mögliche Öffnungswinkelbereich noch die gesamte Geometrie der Linse Li berücksichtigt, sondern nur eine einzige geometrische Weglänge GPLi betrachtet, nämlich diejenige, die von einem Aperturstrahl 28 in der betreffenden Linse Li zurückgelegt wird. Dies be- ruht auf der Überlegung, daß die intrinsische Doppelbrechung bei den üblicherweise verwendeten Kristallorientierungen mit zunehmendem Öffnungswinkel wächst, weswegen Linsen, bei denen große Öffnungswinkel auftreten, auch besonders große Abbildungsfehler aufgrund intrinsischer Doppel- brechung aufweisen. Außerdem ist selbst bei dicken Linsen wie etwa der Linse L17 die geometrische Weglänge eines Zentralstrahls entlang der optischen Achse 26 im allgemeinen nicht erheblich länger als die geometrische Weglänge eines Aperturstrahls, der auf die Linse unter einem großen Öffnungswinkel auftrifft und diese deswegen schräg durchsetzt.
Der Strahlengang der Aperturstrahlen ist für ein gegebenes optisches System im allgemeinen mit Hilfe geeigneter Simu- lationsprogramme relativ einfach zu ermitteln. Zusammen mit dem durch Messung oder nach einer der Gleichungen (2) oder (3) ermittelten Betrag der Doppelbrechung läßt sich somit der Verzögerungsparameter πu einer Linse Li auf einfache Weise gemäß der Gleichung (1) ermitteln. Für einen Apertur- strahl, der die optische Achse nicht schneidet, wird hier im übrigen als Öffnungswinkel θi ein Winkel angesehen, der zwischen dem Aperturstrahl und einer Achse gebildet wird, die den Aperturstrahl schneidet und durch Parallelverschiebung aus der optischen Achse hervorgeht.
Das Vorgehen bei der Materialauswahl wird im folgenden näher anhand des in Figur 4 gezeigten Flußdiagramms erläutert. Zunächst wird in einem Schritt Sl ein Schwellenwert S festgelegt, der angibt, welches Ausmaß an Abbildungsfehlern nicht mehr tolerierbar ist. Bei dieser Festlegung ist u.a. zu berücksichtigen, welche Anforderung an die Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs 10 gestellt werden. Anschließend wird in einem Schritt S2 in der oben erläuterten Weise für jede Fluorid-Linse Li deren Verzögerungsparameter m.i bestimmt. In einem weiteren Schritt S3 wird fest- gestellt, für welche Linsen Li der Verzögerungsparameter πii kleiner oder gleich dem Schwellenwert S ist. Für diese Linsen ist der Einfluß der intrinsischen Doppelbrechung bei der Verwendung von CaF2 als Linsenmaterial tolerierbar. Bei allen anderen Linsen ist der Verzögerungsparameter irii größer als der Schwellenwert S, so daß nicht tolerierbare Abbildungsfehler aufgrund intrinsischer Doppelbrechung zu er- warten sind und die betreffenden Linsen deswegen aus einem Mischkristall gefertigt werden sollten.
Da CaF2 und die Mischkristalle in der Regel einen unterschiedlichen Brechungsindex haben, können diejenigen Linsen, die nach der Auswahl in Schritt S3 durch Linsen aus einem Mischkristall ersetzt werden sollen, nach der Ersetzung andere optische Eigenschaften aufweisen. Dies kann es erforderlich machen, an der Auslegung des Projektionsobjektivs 10 Modifikationen im Hinblick auf Krümmungsradien, Linsenabstände und ähnliche Designparameter vorzunehmen. Durch diese Modifikationen können sich wiederum die geometrische Weglängen der Aperturstrahlen und damit die Verzögerungsparameter Hi1 verändern.
Um die Materialauswahl weiter zu verbessern, kann es deswegen zweckmäßig sein, in einem iterativen Verfahren nach ei- ner erstmalig gemäß dem Schritt S3 getroffenen Materialauswahl zunächst in einem Schritt S4 das Projektionsobjektiv an die getroffene vorläufige Auswahl anzupassen. Daraus ergeben sich im allgemeinen modifizierte geometrische Weglängen GPLi. Anschließend werden die Schritte S2 und S3 erneut durchgeführt, wobei sich u. U. eine Veränderung der ursprünglichen Materialauswahl ergeben kann. Vorzugsweise werden die Schritte S2, S3 und S4 so lange wiederholt, bis sich die Verzögerungsparameter itii nicht mehr verändern oder eine Veränderung unter einem vorgebbaren Grenzwert bleibt.

Claims

Patentansprüche
1. Projektionsobjektiv für eine mikrolithographische
Projektionsbelichtungsanlage, mit mehreren Gruppen aufeinanderfolgender optischer Elemente, wobei in wenigstens einer Gruppe wenigstens ein erstes optisches Element angeordnet ist, das aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-
Mischkristall besteht, in dem wenigstens zwei verschiedene Erdalkalimetalle enthalten sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der wenigstens einen Gruppe wenigstens ein zweites optisches Element angeordnet ist, das aus einem Erdalkali- metall-Fluorid-Reinkristall besteht, und daß innerhalb der wenigstens einen Gruppe alle optischen Elemente aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-Mischkristall die Bedingung
Figure imgf000026_0001
erfüllen, mit mi als einem jedem optischen Element Li, i = 1...N mit N gleich der Anzahl der aus einem Fluorid-Kristall bestehenden optischen Elemente in der wenigstens einen Gruppe, zugeordneter Verzögerungsparameter, GPLi als der geometrischen Weglänge eines unter maximalen Öffnungswinkel auf das optische Element Li auftreffenden Aperturstrahls (28) , θi als dem Öffnungswinkel zwischen dem Aperturstrahl (28) und der optischen Achse (26) des optischen Elements Li, DB (θi) als einem Maß für die Doppelbrechung des optischen Elements Li, das von dem Material und der Kristallorientierung des optischen Elements Li unabhängig ist, und S als ein für alle optischen Elemente Li einheitlicher Schwellenwert.
2. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der wenigstens einen Gruppe keines der optischen Elemente aus einem Erdalkalimetall- Fluorid-Reinkristall die angegebene Bedingung erfüllt.
3. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
DB (G1) = cxk * sin2(θi) * (7 * cos2 (B1) - I]
ist, wobei αk ein von der Kristallorientierung abhängender Parameter ist.
4. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
DB (θi) = αk * 9/7 * sin2 (2, IV * Qi)
ist, wobei ock ein von der Kristallorientierung abhängender Parameter ist.
5. Projektionsobjektiv nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Bestimmung des Verzöge- rungsparameters itii verwendete Wert für DB (θi) um höchstens 10%, vorzugsweise um höchstens 5%, von den sich rechnerisch nach den Ansprüchen 3 oder 4 ergebenden Werten für DB (θ±) abweicht .
6. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Gruppe das gesamte Projektionsobjektiv (10) umfaßt.
7. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei benachbarte Gruppen durch eine polarisationsselektive Strahlteilerschicht (17) voneinander getrennt sind.
8. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei benachbarte
Gruppen durch ein Verzögerungsplättchen (18) voneinander getrennt sind.
9. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei benachbarte
Gruppen durch eine Blendenebene voneinander getrennt sind.
10. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zweite optische Element aus einem Erdalkalimetall- Fluorid-Reinkristall der Formel XF2 besteht mit X gleich Ca, Ba oder Sr.
11. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine erste optische Element aus einem Erdalkalimetall- Fluorid-Mischkristall der Formel Xi_yXτ yF2 besteht, wobei X, X1 gleich Ca, Ba oder Sr sind und y das Mischungsverhältnis der beiden Erdalkalimetalle X, X' bestimmt.
12. Verfahren zur Auswahl von optischen Materialien für ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage, das mehrere Gruppen aufeinan- derfolgender optischer Elemente umfaßt, wobei wenigstens eine Gruppe ein erstes optisches Element, das aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-Mischkristall besteht, in dem wenigstens zwei verschiedene Erdalkalimetalle enthalten sind, und wenigstens ein zweites optisches Element enthalten soll, das aus einem Erdalkalimetall-Fluorid-Reinkristall besteht,
mit folgenden Schritten:
a) Bestimmen (Sl) eines Schwellenwerts S;
b) Bestimmen (S2) eines Verzögerungsparameters mi für jedes optische Element L1, i = 1...N mit N gleich der Anzahl der aus einem Fluorid-Kristall bestehenden optischen Elemente in der wenigstens einen Gruppe, wobei der Verzögerungsparameter mi gegeben ist durch
mi = GPL1 * DB(G1) mit GPL1 als der geometrischen Weglänge eines unter maximalen Öffnungswinkel auf das optische Element L1 auftreffenden Aperturstrahls (28) , θi als dem Öff- nungswinkel zwischen dem Aperturstrahl (28) und der optischen Achse (26) des optischen Elements L1, DB (θi) als einem Maß für die Doppelbrechung des optischen Elements L1, das von dem Material und der Kristallorientierung des optischen Elements L1 unabhängig ist;
c) Auswahl eines Erdalkalimetall-Fluorid-Mischkristalls als Material für alle optischen Elemente L3, deren Verzögerungsparameter m-, größer oder gleich dem Schwellenwert S ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Schritte b) und c) mindestens einmal wiederholt werden, wobei jeweils bei der Bestimmung der Verzögerungsparameter Hi1 die sich aus der Materialwahl nach Schritt c) gegebenenfalls ergebenden Änderungen der geometrischen Weglänge GPL1 berücksichtigt (S4) werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 mit folgendem zusätzlichen Schritt:
d) Auswahl (S3) eines Erdalkalimetall-Fluorid-Rein- kristalls für alle optischen Elemente L1, deren Ver- zögerungsparameter Hi1 kleiner ist als der Schwellenwert S.
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