DE10113612A1 - Teilobjektiv in einem Beleuchtungssystem - Google Patents
Teilobjektiv in einem BeleuchtungssystemInfo
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Abstract
Teilobjektiv (1) mit einer optischen Achse (OA) zur Beleuchtung eines Bildfeldes, insbesondere in einer Beleuchtungseinrichtung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, das zwischen einer Blendenebene (APE) und einer Bildebene (IM) angeordnet ist. Das Teilobjektiv (1) umfaßt eine erste Linsengruppe (3) und eine zweite Linsengruppe (5) mit einer Linse (L15) mit einer ersten asphärischen Linsenfläche (S111). Die zweite Linsengruppe (5) weist mindestens eine erste Linse (L15) mit einer negativen Brechkraft und mindestens eine zweite Linse (L14) mit einer positiven Brechkraft auf. Die maximale Feldhöhe DOLLAR F1 innerhalb des Bildfeldes beträgt mindestens 40 mm, während die bildseitige numerische Apertur mindestens 0,15 beträgt. Die Hauptstrahlen weisen innerhalb des Bildfeldes eine Feldhöhe Y¶im¶ und einen Hauptstrahlwinkel PF auf. Die Verteilung der Hauptstrahlwinkel PF über der Feldhöhe Y¶im¶ ist durch eine Pupillenfunktion PF(Y¶im¶) gegeben, die sich aus einem linearen Beitrag c¶1¶ È Y¶im¶ und einen nichtlinearen Beitrag PF¶NL¶(Y¶im¶) zusammensetzt, wobei der nichtlineare Beitrag PF¶NL¶(Y¶im¶) für die maximale positive Feldhöhe DOLLAR F2 mindestens +15 mrad beträgt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Teilobjektiv in einem Beleuchtungssystem einer
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, ein REMA-Objektiv, das ein derartiges
Teilobjektiv aufweist und eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem
derartigen Teilobjektiv.
Das Teilobjektiv umfaßt eine erste und eine zweite Linsengruppe, die zwischen einer
Blendenebene und einer Bildebene angeordnet sind, wobei sich in der Bildebene ein
auszuleuchtendes Bildfeld befindet. Die Komponenten sind dabei zentriert um eine
optische Achse angeordnet. Durch die Blendenebene treten Strahlenbüschel mit je einem
Hauptstrahl in das Teilobjektiv ein, wobei die Hauptstrahlen die optische Achse im Bereich
der Blendenebene schneiden. Dabei beträgt der axiale Abstand der Schnittpunkte der
Hauptstrahlen mit der optischen Achse maximal 10% des Durchmessers der Blende. Die
axiale Ablage der Schnittpunkte hängt von den Aberrationen der Pupillenabbildung ab, die
durch die vor dem Teilobjektiv angeordneten Systemteile eingeführt werden. Die
Pupillenabbildung bezeichnet dabei die Abbildung zwischen Pupillenebenen. Der äußerste
Hauptstrahl, der unter maximalem Winkel zur optischen Achse durch die Blendenebene
läuft, trifft in der Bildebene auf den Rand des Bildfeldes. Das Strahlbüschel, dessen
Hauptstrahl entlang der optischen Achse verläuft, definiert ein Mittenbüschel. Die erste
Linsengruppe umfaßt dabei diejenigen Linsen, bei denen der äußerste Hauptstrahl dem
Betrag nach kleinere Strahlhöhen an den Linsenflächen aufweist als der Randstrahl des
Mittenbüschels. Die zweite Linsengruppe umfaßt diejenigen Linsen, bei denen der äußerste
Hauptstrahl dem Betrag nach größere Strahlhöhen an den Linsenflächen aufweist als der
Randstrahl des Mittenbüschels. Eine Linse der zweiten Linsengruppe weist dabei eine
asphärische Linsenfläche auf.
Aus der DD 292 727 ist eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage bekannt, die
innerhalb der Beleuchtungseinrichtung zwischen einem Wabenkondensor und einer
Struktur tragenden Maske ein gattungsgemäßes Teilobjektiv aufweist. Nach der Struktur
tragenden Maske folgt im Strahlengang ein Projektionsobjektiv, das die Struktur tragende
Maske beugungsbegrenzt auf ein lichtempfindliches Substrat abbildet. Der ersten
Linsengruppe des Teilobjektives entspricht in der DD 292 727 der Kollimator und der
zweiten Linsengruppe die aus einer Linse bestehende Feldlinse. Die Feldlinse weist dabei
eine asphärische Korrekturfläche auf, um die Winkelverteilung der Hauptstrahlen in der
Bildebene des Teilobjektives derart zu beeinflussen, daß die Bildebene des
Projektionsobjektives nahezu telezentrisch beleuchtet wird. Durch die asphärische
Korrekturfläche werden die Aberrationen der Pupillenabbildung zwischen der
Blendenebene des Teilobjektives und der Blendenebene des Projektionsobjektives
reduziert. Nachteilig an der Anordnung der DD 292 727 sind die begrenzten Möglichkeiten
zur Korrektion der Pupillenabbildung, da die Feldlinse nur aus einer einzigen Linse mit
positiver Brechkraft besteht. Zudem weist das Ausführungsbeispiel nur eine bildseitige
numerische Apertur von 0,04 und eine maximale Feldhöhe von 71,75 mm auf.
Aus der DE 195 48 805 A1 (US 5,982,558) und der DE 196 53 983 A1 (US serial
No. 09/125621) der Anmelderin sind sogenannte REMA-Objektive bekannt geworden.
REMA-Objektive werden in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen unmittelbar
vor der Struktur tragenden Maske, dem sogenannten Retikel, eingesetzt. Sie bilden
Maskierungseinrichtungen, sogenannte REMA(Reticle Masking)-Blades randscharf auf
das Retikel ab. Die REMA-Blades sind gewöhnlich mit verstellbaren mechanischen
Schneiden ausgeführt, durch die sich die Größe des Objektfeldes des nachfolgenden
REMA-Objektives verändern läßt. Während in dem Ausführungsbeispiel der DE 195 48 805 A1
ein REMA-Objektiv mit rein sphärischen Linsen gezeigt ist, wird in der DE 196 53 983 A1
der Einsatz von asphärischen Linsen zur Reduzierung der Anzahl der Linsen
innerhalb eines REMA-Objektives vorgeschlagen. Der Feldlinsenteil eines REMA-
Objektives paßt dabei die Winkelverteilung der Hauptstrahlen des REMA-Objektives an
die Winkelverteilung der Hauptstrahlen eines nachfolgenden Projektionsobjektives an, um
einen kontinuierlichen Strahlverlauf zwischen dem REMA-Objektiv und dem
Projektionsobjektiv zu erzielen.
Die EP 0 811 865 A2 zeigt ein Teilobjektiv, das zwischen einer Blendenebene und einer
Bildebene angeordnet ist. In der Bildebene des Teilobjektives ist dabei nicht das Retikel,
sondern eine Maskierungseinrichtung angeordnet, die mit einem nachfolgenden Objektiv
auf das Retikel abgebildet wird. Das Teilobjektiv hat deshalb keinen direkten Einfluß auf
die Verteilung der Hauptstrahlwinkel an der Schnittstelle zwischen der
Beleuchtungseinrichtung und einem nachfolgenden Projektionsobjektiv.
Mit modernen Projektionsobjektiven lassen sich mikrostrukturierte Bauteile mit
Strukturgrößen unter 0,2 µm herstellen. Um diese hohen Auflösungen zu erreichen, werden
die Projektionsobjektive bei Wellenlängen von 248 nm, insbesondere 193 nm oder sogar
157 nm betrieben und weisen bildseitige numerische Aperturen von größer als 0,65 auf.
Gleichzeitig sind die Bildfelddurchmesser zum Teil größer als 20 mm. Die Anforderungen
an das optische Design für ein derartiges Projektionsobjektiv sind deshalb beträchtlich.
Neben der Feldabbildung des Retikels auf das lichtempfindliche Substrat, dem
sogenannten Wafer, ist auch die Pupillenabbildung zu korrigieren. So beeinflußt der
zwischen Objektebene und Blendenebene angeordnete vordere Objektivteil eines
Projektionsobjektives die Abbildung der Eintrittspupille auf die Blendenebene, während
der zwischen Blendenebene und Bildebene angeordnete hintere Objektivteil die Abbildung
der Blendenebene auf die Austrittspupille beeinflußt. Die Aberrationen der
Pupillenabbildung des Projektionsobjektives zeigen sich dabei in der Verteilung der
Hauptstrahlwinkel in der Objektebene des Projektionsobjektives.
Aufgabe der Erfindung ist es, gattungsgemäße Teilobjektive anzugeben, die eine
Beeinflussung der Verteilung der Hauptstrahlwinkel in der Bildebene des Teilobjektives
über weite Bereiche zulassen. Insbesondere sollen Aberrationen der Pupillenabbildung, die
durch den vorderen Objektivteil eines nachfolgenden Projektionsobjektives eingeführt
werden, kompensiert werden.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Teilobjektiv gemäß Anspruch 1. Die spezielle
Ausgestaltung der Erfindung wird in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 23 beschrieben. Die
Ansprüche 1 bis 18 betreffen das erfindungsgemäße Teilobjektiv, die Ansprüche 19 bis 22
den Einsatz eines derartigen Teilobjektives innerhalb eines REMA-Objektives. Die
Verwendung des erfindungsgemäßen Teilobjektives in einer Mikrolithographie-
Projektionsbelichtungsanlage wird in Anspruch 23 beschrieben.
Die Verteilung der Hauptstrahlwinkel PF über der Feldhöhe Yim in der Bildebene des
erfindungsgemäßen Teilobjektives, die sogenannte Pupillenfunktion, läßt sich als
Reihenentwicklung mit ungeraden Potenzen darstellen. Die Polynomreihe lautet:
Die Hauptstrahlwinkel PF, die zwischen der Flächennormalen der Bildebene und dem
jeweiligen Hauptstrahl bestimmt werden, sind im Uhrzeigersinn negativ definiert. Aus
Symmetriegründen weist die Pupillenfunktion für ein um die optische Achse zentriertes
System keine Beiträge mit geraden Potenzen auf. Würde das Beleuchtungssystem in der
Bildebene des erfindungsgemäßen Teilobjektives keine Aberrationen der
Pupillenabbildung aufweisen, so würde sich für jede Feldhöhe Yim die gleiche axiale
Position der Austrittspupille, also eine homozentrische Austrittspupille ergeben. Da alle
Hauptstrahlen sich bei homozentrischer Austrittspupille in einem Punkt auf der optischen
Achse schneiden, besteht ausschließlich ein linearer Zusammenhang zwischen der
Feldhöhe Yim und dem Tangens des Winkels für jeden Hauptstrahl. Bei sehr kleinen
Hauptstrahlwinkeln, wie dies im folgenden der Fall sein wird, läßt sich der Tangens des
Hauptstrahlwinkels durch den Winkel direkt annähern. Die Pupillenfunktion weist für eine
homozentrische Pupille nur einen linearen Beitrag c1.Yim auf, wobei der Koeffizient c1
der Steigung der Pupillenfunktion bei Yim = 0 mm entspricht. Durch die Aberrationen der
Pupillenabbildung ergibt sich jedoch für jede Feldhöhe eine unterschiedliche axiale
Position der Austrittspupille. Die feldabhängige Lage der Austrittspupille wird durch den
nichtlinearen Beitrag
der Pupillenfunktion beschrieben. Die Beiträge höherer Ordnung entsprechen dabei der
sphärischen Winkelaberration der Pupillenabbildung, also der sphärischen Aberration als
Winkelaberration ausgedrückt. Ein optisches System mit positiver Brechkraft ist ohne
spezielle Korrektionsmaßnahmen üblicherweise sphärisch unterkorrigiert, so daß der
nichtlineare Beitrag PFNL der Pupillenfunktion für eine positive Feldhöhe negativ ist. Die
Pupillenfunktion des erfindungsgemäßen Teilobjektives weist dagegen einen nichtlinearen
Beitrag PFNL auf, der für positive Feldhöhen deutlich positiv ist. Der nichtlineare Beitrag
PFNL(Y max|im) zum Hauptstrahlwinkel für die maximale positive Feldhöhe Y max|im beträgt
mindestens +15 mrad. Das Teilobjektiv führt somit eine starke Überkorrektur der
sphärischen Aberration der Pupillenabbildung ein. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft,
weil dadurch das nachfolgende Projektionsobjektiv in Bezug auf die Pupillenabbildung
sphärisch unterkorrigiert sein kann und sich damit im Projektionsobjektiv
Korrektionsmittel einsparen lassen. Es ist immer günstiger, diese Korrektionsmittel im
Beleuchtungssystem unterzubringen, da die Qualitätsanforderungen an optische Elemente
in einem Projektionsobjektiv deutlich höher sind als an optische Elemente im
Beleuchtungssystem. Das erfindungsgemäße Teilobjektiv erreicht nun diese Überkorrektur
bei einem Bildfeld, das mindestens einen Durchmesser von 80 mm aufweist, und dessen
bildseitige numerische Apertur mindestens 0,15 beträgt. Die bildseitige numerische
Apertur bezeichnet dabei die durch den maximalen Blendendurchmesser des Teilobjektives
mögliche numerische Apertur in der Bildebene. Der Lichtleitwert, der als Produkt von
Bildfelddurchmesser und bildseitiger numerischer Apertur definiert ist, beträgt mindestens
12 mm. Die Überkorrektur der sphärischen Aberration der Pupillenabbildung läßt sich
erreichen, wenn die zweite Linsengruppe des erfindungsgemäßen Teilobjektives aus
mindestens zwei Linsen besteht, wobei eine erste Linse eine negative Brechkraft, eine
zweite Linse eine positive Brechkraft aufweist.
Besonders vorteilhaft zur Korrektion der sphärischen Aberration der Pupillenabbildung ist
es, wenn die erste Linse negativer Brechkraft eine zur Bildebene konkave Linsenfläche
aufweist, so daß der Krümmungsradius dieser Fläche positiv ist.
Dabei ist es günstig, wenn das Verhältnis von Krümmungsradius und Linsendurchmesser
der konkaven Linsenfläche kleiner als 1,0, vorzugsweise kleiner als 0,8 ist. Dieses
Verhältnis ist nach unten durch den Wert 0,5 begrenzt, der sich für eine Halbkugel ergibt.
Durch die stark gekrümmte konkave Linsenfläche ergeben sich große Inzidenzwinkel an
dieser Linsenfläche für die Hauptstrahlen der achsfernen Bildpunkte und damit ein großer
Beitrag zur Überkorrektur der sphärischen Aberration der Pupillenabbildung.
Die erste Linse negativer Brechkraft ist vorzugsweise als Meniskus ausgelegt. Bei
Meniskus-Linsen weist der Scheitelradius der Vorder- und Rückfläche das gleiche
Vorzeichen auf.
Die erste Linse mit negativer Brechkraft sollte dabei möglichst nahe an der Bildebene
angeordnet sein. Es ist vorteilhaft, wenn bis auf planparallele Platten, wie beispielsweise
Filter oder Abschlußplatten, welche auch mit Freiform-Korrekturflächen versehen sein
können, keine weiteren optischen Elemente im Strahlengang zwischen der ersten Linse und
der Bildebene angeordnet sind.
Zur Korrektur der Feldabbildung, also der Abbildung der Strahlenbüschel in die Bildebene,
ist es vorteilhaft, wenn die konkave Linsenfläche der ersten Linse eine zur Bildebene
nahezu konzentrische Fläche ist. In diesem Fall treffen die Strahlen des Mittenbüschel mit
geringen Inzidenzwinkeln auf die konkave Linsenfläche. Dies ist gegeben, wenn das
Verhältnis des Abstandes der Bildebene von dem Scheitel der konkaven Linsenfläche zum
Betrag des Krümmungsradius der konkaven Linsenfläche einen Wert zwischen 0,7 und 1,3
aufweist. Während die Strahlen des Mittenbüschels nahezu ungebrochen durch die nahezu
zur Bildebene konzentrische Linsenfläche treten, ergeben sich für die Strahlenbüschel der
achsfernen Bildpunkte große Inzidenzwinkel. Die Fläche läßt sich somit ideal zur
Korrektur der feldabhängigen Bildfehler einsetzen, während das Mittenbüschel nahezu
unbeeinflußt bleibt.
Befinden sich zwischen der ersten Linse mit der zur Bildebene konkaven Linsenfläche und
der Bildebene keine weiteren Linsen mit optischer Brechkraft, so ist es vorteilhaft, wenn
der halbe Krümmungsradius der konkaven Linsenfläche deutlich größer oder kleiner als
der Abstand des Scheitels der konkaven Linsenfläche von der Bildebene ist. Diese
Forderung an den Krümmungsradius der konkaven Linsenfläche kommt dann zum Tragen,
wenn sich in der Bildebene das Retikel befindet, das üblicherweise einen Teil der
auftreffenden Lichtstrahlen in das Teilobjektiv zurück reflektiert. Da jede optische Fläche
selbst bei einer Antireflex-Beschichtung eine Restreflexion aufweist, würde das von der
Maske reflektierte Licht an der zur Bildebene konkaven Linsenfläche wiederum in
Richtung der Maske reflektiert. Bei einer nahezu telezentrischen Beleuchtung der Maske
würde sich ein Störreflex ergeben, wenn sich die Bildebene im Abstand der Brennweite der
als Spiegel wirkenden konkaven Linsenfläche befinden würde. Die Brennweite eines
Konkavspiegels ist durch den halben Krümmungsradius gegeben. Ein Störreflex kann
vernachlässigt werden, wenn der Betrag der Differenz des Abstandes der konkaven
Linsenfläche von der Bildebene und der Brennweite größer ist als der Betrag der
Brennweite mit dem Faktor 0,3 multipliziert.
Die Minimierung der Störreflexe wird auch für die anderen Flächen der zweiten
Linsengruppe berücksichtigt. Damit zwischen dem Retikel und den Linsenflächen der
zweiten Linsengruppe keine Störreflexe entstehen, ist die zweite Linsengruppe derart
aufgebaut, daß der äußerste Hauptstrahl, der mit maximalem Winkel zur optischen Achse
durch die Blendenebene läuft, nach einer Reflexion an der Bildebene und einer Reflexion
an einer Linsenfläche der zweiten Linsengruppe in der Bildebene eine Strahlhöhe aufweist,
die mindestens 30% der maximalen Feldhöhe Y max|im beträgt. Bei konstanter Brechkraft des
Teilobjektives läßt sich dies durch die Variation der Durchbiegung der Linsenflächen
erreichen. Der äußerste Hauptstrahl wird deshalb zur Abschätzung der Störreflexe
herangezogen, da sein Schnittpunkt mit der Bildebene den 50%-Punkt des Störreflexes
markiert. Würde der äußerste Hauptstrahl jedoch die Bildebene im Bereich der optischen
Achse schneiden, so würden alle weiteren Hauptstrahlen ebenfalls in diesem Bereich die
Bildebene schneiden und die zweifach reflektierten Strahlbüschel in einem engen Bereich
um die optische Achse auftreffen, so daß sich ein deutlicher Störreflex ergibt.
Die erste asphärische Linsenfläche zeichnet sich durch eine große Pfeilhöhenabweichung
von mindestens 0,2 mm, vorzugsweise 0,4 mm bezüglich einer Hüllsphäre aus. Diese
großen Asphärizitäten sind ein weiteres Korrektionsmittel, um die Überkorrektur der
sphärischen Aberration der Pupillenabbildung bereitzustellen. Die Pfeilhöhen sind als
Abstände zwischen der asphärischen Linsenfläche und der Hüllsphäre in Richtung der
optischen Achse definiert. Als Hüllsphäre wird eine sphärische Fläche bezeichnet, die den
gleichen Scheitel wie die asphärische Fläche aufweist und die asphärische Linsenfläche am
Rand des ausgeleuchteten Bereiches der asphärischen Linsenfläche schneidet. Der
ausgeleuchtete Bereich wird durch die Randstrahlen des Strahlenbüschels des äußersten
Hauptstrahls begrenzt.
Erschwerend für die Auslegung des Teilobjektives kommt hinzu, daß der bildseitige
Arbeitsabstand des Teilobjektives mindestens 30 mm, vorzugsweise mindestens 40 mm
betragen sollte. Der freie Arbeitsabstand bezeichnet dabei den Abstand der Bildebene vom
Scheitel der letzten optischen Fläche des Teilobjektives, wobei dieser Abstand um die
maximale Pfeilhöhe der letzten optischen Fläche verringert wird, falls es sich bei dieser
Fläche um eine konkave Fläche handelt. Der freie Arbeitsabstand ermöglicht den freien
Zugang zur Bildebene, in der sich üblicherweise das Retikel befindet. Vorrichtungen zum
Positionieren und Wechseln des Retikels müssen in diesen Raum eingreifen können.
Mit dem erfindungsgemäßen Teilobjektiv ist es möglich, die sphärische Aberration der
Pupillenabbildung derart überzukorrigieren, daß der nichtlineare Beitrag PFNL(Y max|im) zum
Hauptstrahlwinkel für die maximale positive Feldhöhe Y max|im mindestens +25 mrad beträgt.
Dies läßt sich unter anderem dadurch erreichen, daß die zweite Linsengruppe eine zweite
asphärische Linsenfläche aufweist.
Die maximale Pfeilhöhenabweichung der zweiten asphärischen Linsenfläche von der
Hüllsphäre sollte möglichst größer als 0,2 mm, vorzugsweise größer als 0,4 mm sein.
Es ist vorteilhaft, wenn für die maximale Feldhöhe Y max|im das Verhältnis des nichtlinearen
Beitrags PFNL(Y max|im) zum linearen Beitrag c1.Y max|im im Bereich von -0,5 und -2,0 liegt.
Dann läßt sich durch den linearen Anteil der Pupillenfunktion der nichtlineare Anteil für
die maximale Feldhöhe teilweise kompensieren, so daß sich für die positiven Feldhöhen
nahezu gleich große maximale und minimale Hauptstrahlwinkel ergeben und die
Hauptstrahlen für diese Feldhöhen im Mittel parallel zur optischen Achse verlaufen. Der
lineare Anteil der Pupillenfunktion wird über die paraxiale Lage der Austrittspupille
eingestellt.
Neben der Beeinflussung der sphärischen Aberration der Pupillenabbildung fokussiert das
Teilobjektiv die eintretenden Strahlbüschel auf Spotbilder mit minimalem Durchmesser in
der Bildebene. Dazu ist die Korrektur der Feldabbildung erforderlich. Der maximale
Spotdurchmesser für alle Spotbilder beträgt vorteilhafterweise 2% der maximalen
Feldhöhe Y max|im. Zur Bestimmung des Spotbildes und des Spotdurchmessers werden die
Strahlenbüschel bei voller Öffnung der Blende betrachtet, so daß die Strahlenbüschel die
maximale bildseitige numerische Apertur ausleuchten. Das Spotbild ist dabei durch die
Durchstoßpunkte der Strahlen eines Strahlenbüschels mit der Bildebene gegeben. Als
Korrektionsmittel steht primär die erste Linsengruppe zur Verfügung, die
vorteilhafterweise aus einem Meniskus mit positiver Brechkraft und einem Meniskus mit
negativer Brechkraft besteht. Zusätzlich ist es günstig, in der ersten Linsengruppe eine
asphärische Linsenfläche vorzusehen.
Zur gleichzeitigen Korrektur der Pupillenabbildung und der Feldabbildung ist es günstig,
wenn die zweite Linse mit positiver Brechkraft ein Meniskus ist.
Vorteilhafterweise besteht die zweite Linsengruppe aus drei bis fünf Linsen, um die
Feldabbildung zu korrigieren, die sphärische Aberration der Pupillenabbildung
überzukorrigieren und eine gleichmäßige Beleuchtung des Bildfeldes zu gewährleisten.
Dies ist insbesondere durch den zusätzlichen Einsatz einer Bikonvexlinse in der zweiten
Linsengruppe möglich.
Das erfindungsgemäße Teilobjektiv läßt sich vorteilhaft innerhalb eines REMA-Objektives
einsetzen, wobei das REMA-Objektiv ein Objektfeld mit drei- bis achtfacher Vergrößerung
auf ein Bildfeld abbildet. Das REMA-Objektiv besteht dabei aus einem ersten Teilobjektiv
zwischen der Objektebene und der Blendenebene und dem erfindungsgemäßen
Teilobjektiv. Beide Teilobjektive weisen dabei eine gemeinsame optische Achse auf. Die
Vergrößerung des REMA-Objektivs läßt sich über das Verhältnis der Brennweiten des
ersten und zweiten Teilobjektiv einstellen. Von der Objektebene ausgehende Hauptstrahlen
müssen dabei nicht unbedingt die Blendenebene in einem Punkt schneiden, wenn die
Pupillenabbildung des ersten Teilobjektives oder der vor dem REMA-Objektiv
angeordneten optischen Komponenten fehlerbehaftet ist.
Da das REMA-Objektiv die in der Objektebene des REMA-Objektives angeordnete
Maskierungseinrichtung möglichst scharf auf die Bildebene, in der das Retikel angeordnet
ist, abbilden soll, weisen die Spotbilder der Objektpunkte in der Bildebene minimale
Durchmesser auf. Der maximale Durchmesser der Spotbilder beträgt 2% der maximalen
Feldhöhe Y max|im. Zur Bestimmung des maximalen Spotdurchmessers werden Strahlbüschel
bei maximaler Blendenöffnung, die der maximalen bildseitigen numerischen Apertur
entspricht, verwendet.
Vorteilhafterweise befindet sich die Eintrittspupille des REMA-Objektives im
Unendlichen, so daß die Hauptstrahlen der Strahlbüschel nach der Objektebene parallel zur
optischen Achse und damit telezentrisch verlaufen. Durch diese Maßnahme ist der
Abbildungsmaßstab des REMA-Objektives unabhängig von einer Defokussierung des
Objektes, in diesem Fall der Maskierungseinrichtung.
Neben den Hauptstrahlen, die über die Pupillenabbildung definiert sind, sind in der
Bildebene des REMA-Objektives auch die energetischen Schwerstrahlen von Bedeutung.
Der energetische Schwerstrahl eines Strahlenbüschels stellt dabei den Strahl dar, der sich
aus einer Mittelung über alle Strahlen des betrachteten Strahlenbüschels ergibt, wobei jeder
Strahlen gemäß der Ausleuchtung der Eintrittspupille ein energetisches Gewicht aufweist.
Für eine Feldhöhe Yim hängt die Richtung des entsprechenden energetischen Schwerstrahls
von den Aberrationen des REMA-Objektives in Zusammenhang mit der Ausleuchtung der
Eintrittspupille des REMA-Objektives ab. Die energetischen Schwerstrahlen lassen sich
beispielsweise für eine vollständige Ausleuchtung der Eintrittspupille oder für eine nur
teilweise Beleuchtung der Eintrittspupille bestimmen, wobei die Beleuchtung jeweils
nahezu punktsymmetrisch zur optischen Achse ist. Das REMA-Objektiv ist nun so
aufgebaut, daß die maximale Winkelabweichung zwischen energetischem Schwerstrahl
und Hauptstrahl für alle Feldhöhen kleiner als 2 mrad, vorzugsweise kleiner als 1 mrad ist.
Erreicht wird diese Forderung zusammen mit den Anforderungen an die Feld- und
Pupillenabbildung mit einem REMA-Objektiv, das acht bis zwölf Linsen mit endlicher
Brennweite umfaßt, wobei das erste Teilobjektiv drei bis fünf Linsen, das zweite
Teilobjektiv fünf bis sieben Linsen aufweist. Zusätzlich ist der Einsatz von drei bis fünf
asphärischen Flächen vorteilhaft.
Das erfindungsgemäße Teilobjektiv wird vorteilhafterweise in einer Mikrolithographie-
Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt, wobei unmittelbar auf das Teilobjektiv ein
Projektionsobjektiv folgt. Die Schnittstelle zwischen Beleuchtungssystem und
Projektionsobjektiv stellt somit die Bildebene des Teilobjektives, beziehungsweise die
Objektebene des Projektionsobjektives dar. Teilobjektiv und Projektionsobjektiv sind
dabei zentriert um eine gemeinsame optische Achse angeordnet. Um einen kontinuierlichen
Verlauf der Strahlbüschel von Beleuchtungssystem und Projektionsobjektiv zu
gewährleisten, muß die Verteilung der Hauptstrahlwinkel des Teilobjektives an die
Verteilung der Hauptstrahlwinkel des Projektionsobjektives an dieser Schnittstelle
angepaßt sein. Die Abweichung der Pupillenfunktion des Teilobjektives von der
objektseitigen Objektiv-Pupillenfunktion ist dabei vorteilhafterweise für alle Feldhöhen
innerhalb des Bildfeldes des Teilobjektives kleiner als 2 mrad, vorzugsweise kleiner als
1 mrad. Ist diese Bedingung erfüllt, so bilden das Teilobjektiv und das Projektionsobjektiv
in Bezug auf die Pupillenabbildung eine funktionelle Einheit. Projektionsobjektive, die an
das erfindungsgemäße Teilobjektiv angepaßt sind, können dabei eine deutliche
Unterkorrektion der sphärischen Aberration der Pupillenabbildung aufweisen, da mit dem
Teilobjektiv die Aberrationen des Projektionsobjektives kompensiert werden können. Das
entspannt die optische Korrektion des Projektionsobjektives wesentlich.
Entsprechend ist es vorteilhaft, ein REMA-Objektiv in einer Mikrolithographie-
Projektionsbelichtungsanlage einzusetzen, wobei das REMA-Objektiv ein
erfindungsgemäßes Teilobjektiv umfaßt.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt den Linsenschnitt eines erfindungsgemäßen Teilobjektives;
Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Pupillenfunktion des Teilobjektives der Fig. 1;
Fig. 3 zeigt den Linsenschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines REMA-Objektives;
Fig. 4 zeigt ein Diagramm der Abweichung der Pupillenfunktion des REMA-Objektives
der Fig. 3 von der Verteilung der Schwerstrahlwinkel über der Feldhöhe;
Fig. 5 zeigt den Linsenschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines REMA-
Objektives;
Fig. 6 zeigt ein Diagramm der Abweichung der Pupillenfunktion des REMA-Objektives
der Fig. 6 von der Verteilung der Schwerstrahlwinkel über der Feldhöhe;
Fig. 7 zeigt eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem
erfindungsgemäßen Teilobjektiv in schematischer Darstellung;
Fig. 8 zeigt ein Diagramm der Abweichung der Pupillenfunktion des REMA-Objektives
der Fig. 3 von der objektsitigen Objektiv-Pupillenfunktion eines
Projektionsobjektives gemäß Fig. 2 aus DE 199 42 291.8;
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mikrolithographie-
Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen REMA-Objektiv in
schematischer Darstellung; und
Fig. 10 zeigt ein Diagramm der Abweichung der Pupillenfunktion des REMA-Objektives
der Fig. 6 von der objektsitigen Objektiv-Pupillenfunktion eines
Projektionsobjektives gemäß Fig. 8 aus DE 199 42 291.8.
In Fig. 1 ist der Linsenschnitt eines erfindungsgemäßen Teilobjektivs 1 dargestellt. Neben
den Linsen sind die Randstrahlen RS des Mittenbüschels, sowie der äußerste Hauptstrahl
HS und die das Strahlbüschel des äußersten Hauptstrahls begrenzenden Strahlen
eingezeichnet. Das Teilobjektiv 1 ist dabei rotationssymmetrisch um die optische Achse
OA aufgebaut. Die Systemdaten sind in Tabelle 1 aufgeführt. Als Linsenmaterial wird in
diesem Ausführungsbeispiel Quarz (SiO2) eingesetzt, das bei der Arbeitswellenlänge λ
= 193,3 nm eine Brechzahl von 1,5603 aufweist. Als Linsenmaterial können auch Fluorid-
Kristalle zum Einsatz kommen, wenn die Transmission erhöht werden oder das
Teilobjektiv bei Wellenlängen von 157 nm oder 126 nm zum Einsatz kommen soll. Mit dem
Teilobjektiv 1 wird in der Bildebene IM ein Bildfeld ausgeleuchtet, dessen Durchmesser
116,0 mm beträgt. Die bildseitige numerische Apertur beträgt 0,18. Somit weist das
Teilobjektiv einen Lichtleitwert von 20,7 mm auf.
Durch die Blendenebene APE mit einem Durchmesser von 187,9 mm treten parallele
Strahlenbüschel in das Teilobjektiv ein, die in der Bildebene IM auf je einen Spot
fokussiert werden. Innerhalb des Bildfeldes beträgt für alle Bildpunkte der maximale
Spotdurchmesser 160 µm. Die Größe des Spotdurchmessers wird durch die Korrektur der
Feldabbildung und insbesondere durch die Korrektur der Bildschalen und der
Öffnungsfehler bestimmt.
Die Hauptstrahlen der Strahlenbüschel schneiden beim Eintritt in das Teilobjektiv 1 der
Fig. 1 die optische Achse OA in der Mitte der Blendenebene APE. Der Winkel eines
Hauptstrahls in der Blendenebene APE in Bezug auf die optische Achse korrespondiert
dabei zu der Feldhöhe Yim des Hauptstrahls in der Bildebene IM. Der maximale Winkel
eines Hauptstrahls in der Blendenebene APE beträgt 6,3° und entspricht in der Bildebene
IM einer Feldhöhe Y max|im von 58,0 mm. Die Brennweite des Teilobjektives 1 beträgt
487,7 mm. Die Pupillenfunktion PF(Yim) des Teilobjektives 1, welche die Winkelverteilung
der Hauptstrahlen in der Bildebene angibt, ist in Fig. 2 als durchgezogene Linie 27
dargestellt. Die Hauptstrahlwinkel weisen für die positiven Feldhöhen Werte im Bereich
von -5,3 mrad und +7,9 mrad auf, so daß die Hauptstrahlen für positive Feldhöhen im
Mittel nahezu parallel zur optischen Achse verlaufen. Die Pupillenfunktion läßt sich als
Polynomreihe gemäß Gleichung (1) entwickeln, deren Koeffizienten der Tabelle 2 zu
entnehmen sind. Der Koeffizient c1 erster Ordnung entspricht dabei der Steigung der
Pupillenfunktion bei Yim = 0 mm und gibt die paraxiale Lage der Austrittspupille,
beziehungsweise die Lage der Austrittspupille bei aberrationsfreier Pupillenabbildung an.
Die Koeffizienten der dritten und höherer Ordnungen beschreiben die sphärische
Aberration der Pupillenabbildung. In Fig. 2 ist der lineare Beitrag zur Pupillenfunktion als
gestrichelte Linie 28 mit Quadraten als Markierung, der nichtlineare Beitrag als gestrichelte
Linie 29 mit Dreiecken als Markierung eingezeichnet.
In der dritten Spalte von Tabelle 2 sind die Polynombeiträge cn.Y n|im angegeben, die sich
für die maximale positive Feldhöhe Y max|im = +58,0 mm für die jeweilige Ordnung n ergeben.
Der größte Beitrag zur sphärischen Aberration der Pupillenabbildung für die maximale
positive Feldhöhe Y max|im ist der Beitrag dritter Ordnung mit +24,6 mrad. Der gesamte
nichtlineare Beitrag beträgt +24,6 mrad. Da der nichtlineare Beitrag für die positive
Feldhöhe ein positives Vorzeichen hat, ist die sphärische Aberration deutlich
überkorrigiert. Das Verhältnis von nichtlinearem Beitrag zu linearem Beitrag beträgt für
die maximale Feldhöhe Y max|im -1,48.
Das Teilobjektiv 1 ist aus einer ersten Linsengruppe 3 und einer zweiten Linsengruppe 5
aufgebaut. Die erste Linsengruppe 3 besteht aus der Linse L11 mit positiver Brechkraft und
der Linse L12 mit negativer Brechkraft. Innerhalb der ersten Linsengruppe 3 verläuft der
äußerste Hauptstrahl HS zwischen der optischen Achse OA und dem Randstrahl RS des
Mittenbüschels. Die Linsen L11 und L12 weisen die asphärischen Linsenflächen S102 und
S104 auf. Sowohl die Linse L11 wie auch die Linse L12 sind Menisken, deren konvexe
Linsenfläche zur Blendenebene APE zeigen. Die erste Linsengruppe 3 trägt hauptsächlich
zur Korrektur der Feldabbildung und damit zur Minimierung des Spotdurchmessers der
Bildpunkte bei.
Bei den Linsen der zweiten Linsengruppe 5 verläuft der Randstrahl RS des Mittenbüschels
zwischen der optischen Achse OA und dem äußersten Hauptstrahl HS. Zwischen der ersten
Linsengruppe 3 und zweiten Linsengruppe 5 befindet sich ausreichend Bauraum, um einen
Umlenkspiegel einzubringen. Mit dem Umlenkspiegel kann beispielsweise der
Beleuchtungsstrahlengang um 90° abgelenkt werden. Alternativ ist es auch möglich, einen
Strahlteiler einzubringen, um einen Teil des Beleuchtungslichtes für Meßzwecke
auszukoppeln. Verwendet man einen Polarisations-Strahlteilerwürfel, so kann Licht aus
zwei Lichtkanälen nahezu verlustfrei überlagert werden. Dazu ist die Strahlteilerschicht bei
der 45°-Umlenkung des Strahlteilerwürfels derart ausgelegt, daß Licht, das senkrecht zur
Einfallsebene polarisiert ist, nahezu vollständig reflektiert, während Licht, das parallel zur
Einfallsebene polarisiert ist, nahezu vollständig transmittiert wird. Diese Anordnung wird
im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 näher erläutert.
Die zweite Linsengruppe 5 in Fig. 1 arbeitet als Feldlinse, die hauptsächlich die
Pupillenabbildung beeinflußt. Zudem läßt sich die Verzeichnung in der Feldabbildung
korrigieren, so daß sich die Intensitätsverteilung in der Bildebene IM korrigieren und
anpassen läßt. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist die zweite Linsengruppe 5 aus der
Bikonvexlinse L13 mit positiver Brechkraft, dem Meniskus L14 mit positiver Brechkraft
und der Linse L15 mit negativer Brechkraft aufgebaut. Die Linsenfläche S111 ist eine
asphärische Linsenfläche, deren Flächenbeschreibung in Tabelle 1 gegeben ist. Der Radius
der Hüllsphäre, welche die asphärische Linsenfläche S111 am Scheitel und am Rand des
ausgeleuchteten Bereichs bei 80,4 mm schneidet, beträgt -2218,4 mm, so daß die maximale
Pfeilhöhenabweichung zwischen der asphärischen Linsenfläche S111 und der Hüllsphäre
0,28 mm beträgt.
Die Linse L15 mit negativer Brechkraft weist eine zur Bildebene konkave Linsenfläche
S112 auf, wobei das Verhältnis von Krümmungsradius zu Linsendurchmesser 0,75 beträgt.
Die Linse L15 ist in Lichtrichtung die letzte Linse mit Brechkraft vor der Bildebene IM, so
daß die konkave Linsenfläche S112 unmittelbar vor der Bildebene IM angeordnet ist. Der
freie Arbeitsabstand zwischen der letzten Linse L15 und der Bildebene IM beträgt 50,0 mm.
Der freie Arbeitsabstand beschreibt den Bereich entlang der optischen Achse OA, in dem
sich keine optischen Elemente des Teilobjektives befinden. Es besteht jedoch die
Möglichkeit, nach der Linse L15 eine planparallele Abschlußplatte oder Intensitätsfilter
anzubringen, die jedoch nur zu einer Verschiebung der Bildebene IM des Teilobjektives 1
führen.
Das Teilobjektiv 1 kommt üblicherweise in einer Beleuchtungseinrichtung einer
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage unmittelbar vor dem Retikel zum Einsatz.
Da das Retikel einen Teil des einfallenden Lichtes in das Teilobjektiv 1 zurückreflektiert,
sind die Linsen der zweiten Linsengruppe 5 vorteilhaft derart ausgelegt, daß Störreflexe
minimiert werden, die dadurch zustande kommen, daß das am Retikel reflektierte Licht an
einer Linsenfläche ein zweites Mal reflektiert wird und wieder auf das Retikel gelangt. Die
Minimierung der Störreflexe wird erreicht, indem das Teilobjektiv 1 derart ausgelegt wird,
daß der äußerste Hauptstrahl HS nach zweifacher Reflexion am Retikel und an einer
Linsenfläche die Bildebene IM weit außerhalb der optischen Achse OA schneidet. Bei den
Linsenflächen S107 und S112 gelangt der zweifach reflektierte Hauptstrahl HS zurück in
die Bildebene IM, während bei Störreflexen zwischen der Bildebene und den
Linsenflächen S108, S109, S110 und S111 der äußerte Hauptstrahl gar nicht mehr in die
Bildebene gelangt, sondern auf die Fassung des Teilobjektives 1 trifft. Bei Störreflexen
zwischen der Bildebene und der Linsenfläche S107 schneidet der äußerste Hauptstrahl die
Bildebene bei einer Höhe von 37,3 mm, was einem Höhenverhältnis von 64,3% in Bezug
auf die maximale Feldhöhe Y max|im entspricht. Bei Störreflexen zwischen der Bildebene und
der Linsenfläche S112 schneidet der äußerste Hauptstrahl die Bildebene bei einer Höhe
von 107,7 mm, was einem Höhenverhältnis von 185,7% in Bezug auf die maximale
Feldhöhe Y max|im entspricht, so daß der zweifach reflektierte Hauptstrahl außerhalb des
Bildfeldes auf die Bildebene IM trifft.
Die zur Bildebene IM konkave Linsenfläche S112 ist kritisch für Störreflexe, wenn nach
der Linse L15 keine weiteren Linsen mit Brechkraft folgen. Wäre der Abstand der
Bildebene IM vom Scheitel der Linsenfläche S112 gleich dem halben Krümmungsradius
der Linsenfläche S112, so würde das von dem zu beleuchtenden Objekt in der Bildebene
IM zurückreflektierte Licht in die Bildebene IM fokussiert werden, wenn die Bildebene IM
nahezu telezentrisch wie im vorliegenden Fall beleuchtet wird. Die konkave Linsenfläche
S112 weist dagegen einen Krümmungsradius von 100,7 mm und einen Abstand von der
Bildebene IM von 79,7 mm auf, so daß die Brennebene der konkaven Linsenfläche S112,
die zur Berechnung der Störreflexe als Spiegel fungiert, einen Abstand von 29,4 mm zur
Bildebene IM hat. Das Verhältnis dieses Abstandes zum halben Krümmungsradius beträgt
0,6, so daß sich ein möglicher Störreflex nur unwesentlich auswirkt.
Damit das Mittenbüschel mit geringen Inzidenzwinkeln auf die konkave Linsenfläche S112
trifft und somit geringe Aberrationen für die Feldabbildung eingeführt werden, wird die
konkave Linsenfläche S112 möglichst konzentrisch zur Bildebene IM angeordnet. Das
Verhältnis des Abstandes der Bildebene IM von dem Scheitel der konkaven Linsenfläche
S112 zum Betrag des Krümmungsradius der konkaven Linsenfläche S112 beträgt 0,79.
In Fig. 3 ist der Linsenschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines REMA-Objektivs
309 dargestellt. Neben den Linsen sind die Randstrahlen RS des Mittenbüschels, sowie der
äußerste Hauptstrahl HS und die das Strahlbüschel des äußersten Hauptstrahls HS
begrenzenden Strahlen eingezeichnet. Das REMA-Objektiv 309 ist dabei
rotationssymmetrisch um die optische Achse OA aufgebaut. Die Systemdaten sind in
Tabelle 3 aufgeführt. Als Linsenmaterialien werden in diesem Ausführungsbeispiel
Kalziumfluorid-Kristall CaF2 und Quarz (SiO2) eingesetzt, die bei der Arbeitswellenlänge
λ = 193,3 nm eine Brechzahl von 1,5014 beziehungsweise 1,5603 aufweisen. Die den
Elementen von Fig. 1 entsprechenden Elemente in Fig. 3 haben die gleichen
Bezugszeichen wie in Fig. 1 vermehrt um die Zahl 300. Für eine Beschreibung dieser
Elemente wird auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen.
Das REMA-Objetiv 309 der Fig. 3 bildet ein Objektfeld mit einer Vergrößerung von β =
-3,74 auf ein Bildfeld ab. Es besteht dabei aus einem ersten Teilobjektiv 311 und einem
zweiten Teilobjektiv 301, dessen Aufbau ähnlich zu dem Aufbau des Teilobjektivs 1 der
Fig. 1 ist. Mit dem REMA-Objektiv 309 wird in der Bildebene IM ein Bildfeld
ausgeleuchtet, dessen Durchmesser 116,2 mm beträgt. Die bildseitige numerische Apertur
beträgt 0,18. Somit weist das REMA-Objektiv 309 einen Lichtleitwert von 20,9 mm auf.
Die Eintrittspupille des REMA-Objektives 309 befindet sich im Unendlichen, so daß die
Hauptstrahlen in der Objektebene OBJ parallel zur optischen Achse OA verlaufen. Die
Pupillenabbildung des ersten Teilobjektivs 311 ist möglichst gut korrigiert. Dennoch
schneiden die Hauptstrahlen durch die von dem ersten Teilobjektiv 311 eingeführte
sphärische Aberration und Bildfeldkrümmung der Pupillenabbildung die optische Achse
OA nicht direkt in der Blendenebene APE, sondern abhängig von der Objekthöhe mit einer
axialen Ablage in Bezug auf die Blendenebene APE. Beim REMA-Objektiv 309 der Fig.
3 liegen die Schnittpunkte der Hauptstrahlen mit der optischen Achse OA in einem axialen
Bereich von 5,4 mm. Dies entspricht 2,9% des Blendendurchmessers, der 188 mm beträgt.
Die von der Objektebene OBJ ausgehenden Strahlenbüschel werden in der Bildebene IM
auf je einen Spot fokussiert. Innerhalb des Bildfeldes beträgt für alle Bildpunkte der
maximale Durchmesser der Spotbilder 240 µm.
Die Pupillenfunktion des REMA-Objektives 309 läßt sich als Polynomreihe gemäß
Gleichung (1) entwickeln, deren Koeffizienten in Tabelle 4 gegeben sind.
Tabelle 4 ist zu entnehmen, daß der größte Beitrag zur sphärischen Aberration der
Pupillenabbildung für die maximale positive Feldhöhe Y max|im der Beitrag dritter Ordnung
mit +20,1 mrad ist. Der gesamte nichtlineare Beitrag beträgt +24,1 mrad, so daß die
sphärische Aberration deutlich überkorrigiert ist. Das Verhältnis von nichtlinearem Beitrag
zu linearem Beitrag beträgt für die maximale Feldhöhe Y max|im -1,46.
Das zweite Teilobjektiv 301 ist aus der ersten Linsengruppe 303 und der zweiten
Linsengruppe 305 aufgebaut. Zu der ersten Linsengruppe 303 sind die Linsen L35 und L36
zu rechnen, wobei Linse L35 ein Meniskus mit positiver Brechkraft und Linse L36 ein
Meniskus mit negativer Brechkraft ist. Die konvexe Fläche der Menisken ist dabei jeweils
der Blendenebene APE zugewandt. Die Linsen der ersten Linsengruppe 303 weisen jeweils
eine asphärische Linsenfläche S311 und S313 auf.
Die zweite Linsengruppe 305 des zweiten Teilobjektivs 301 ist aus dem Meniskus L37 mit
positiver Brechkraft, dessen konvexe Linsenfläche der Bildebene IM zugewandt ist, dem
Meniskus L38 mit positiver Brechkraft, dessen konvexe Linsenfläche der Blendenebene
APE zugewandt ist, sowie dem Meniskus L39 mit negativer Brechkraft, dessen konvexe
Fläche der Blendenebene APE zugewandt ist, aufgebaut. Die Linsenfläche S320 ist eine
asphärische Linsenfläche, deren Flächenbeschreibung in Tabelle 3 gegeben ist. Der Radius
der Hüllsphäre, welche die asphärische Linsenfläche S320 am Scheitel und am Rand des
ausgeleuchteten Bereiches der asphärischen Linsenfläche S320 bei einer Höhe von 81,1 mm
schneidet, beträgt 317,1 mm, so daß die maximale Pfeilhöhenabweichung zwischen der
asphärischen Linsenfläche S320 und der Hüllsphäre 0,87 mm beträgt.
Die Linse L39 mit negativer Brechkraft weist eine zur Bildebene IM konkave Linsenfläche
S321 auf, wobei das Verhältnis von Krümmungsradius zu Linsendurchmesser 0,74 beträgt.
Die Linse L39 ist die letzte Linse mit Brechkraft vor der Bildebene IM, so daß die konkave
Linsenfläche S321 unmittelbar vor der Bildebene IM angeordnet ist. Der freie
Arbeitsabstand zwischen der letzten Linse L39 und der Bildebene IM beträgt 64,8 mm.
Da in der Bildebene IM des REMA-Objektives 309 das Retikel angeordnet wird, müssen
die Linsen der zweiten Linsengruppe 305 des zweiten Teilobjektives 301 auf Minimierung
der Störreflexe optimiert werden, die sich zwischen dem teilweise reflektierenden Retikel
und den mit Restreflexen behafteten Linsenflächen ausbilden können. Kritisch für
Störreflexe sind die Linsenflächen S316, S319, S320 und S321, während bei den
Linsenflächen S317 und S318 der am Retikel und den benannten Linsenflächen reflektierte
äußerte Hauptstrahl HS nicht mehr in die Bildebene gelangt, sondern noch innerhalb des
REMA-Objektives 309 auf die Objektivfassung trifft. Bei Störreflexen zwischen der
Bildebene IM und der Linsenfläche S316 schneidet der zweifach reflektierte Hauptstrahl
HS die Bildebene IM bei einer Höhe von 41,9 mm, was einem Höhenverhältnis von 72% in
Bezug auf die maximale Feldhöhe Y max|im entspricht. Bei Störreflexen zwischen der
Bildebene IM und der Linsenfläche S319 schneidet der zweifach reflektierte Hauptstrahl
HS die Bildebene IM bei einer Höhe von 59,8 mm, was einem Höhenverhältnis von 102,9%
in Bezug auf die maximale Feldhöhe Y max|im entspricht. Bei Störreflexen zwischen der
Bildebene IM und der Linsenfläche S320 schneidet der zweifach reflektierte Hauptstrahl
HS die Bildebene IM bei einer Höhe von 83,3 mm, was einem Höhenverhältnis von 143,4%
in Bezug auf die maximale Feldhöhe Y max|im entspricht. Bei Störreflexen zwischen der
Bildebene IM und der Linsenfläche S321 schneidet der zweifach reflektierte Hauptstrahl
HS die Bildebene IM bei einer Höhe von 158,8 mm, was einem Höhenverhältnis von
273,3% in Bezug auf die maximale Feldhöhe Y max|im entspricht.
Die konkave Linsenfläche S321 weist einen Krümmungsradius von 101,80 mm und einen
Abstand von der Bildebene IM von 91,62 mm auf, so daß die Brennebene der konkaven
Linsenfläche S321, die zur Berechnung der Störreflexe als Spiegel fungiert, einen Abstand
von 40,7 mm zur Bildebene IM hat. Das Verhältnis dieses Abstandes zum halben
Krümmungsradius beträgt 0,8, so daß sich ein möglicher Störreflex nur unwesentlich
auswirkt.
Damit das Mittenbüschel mit geringen Inzidenzwinkeln auf die konkave Linsenfläche S321
trifft und somit geringe Aberrationen für die Feldabbildung eingeführt werden, wird die
konkave Linsenfläche S321 möglichst konzentrisch zur Bildebene IM angeordnet. Das
Verhältnis des Abstandes der Bildebene IM von dem Scheitel der konkaven Linsenfläche
S321 zum Betrag des Krümmungsradius der konkaven Linsenfläche S321 beträgt 0,90.
Durch die Aberrationen der Feldabbildung des REMA-Objektives 309 stimmt der für einen
Bildpunkt der energetische Schwerstrahl nicht mit dem entsprechenden Hauptstrahl
überein. Während in der Objektebene OBJ der energetische Schwerstrahl und der
Hauptstrahl für jeden Bildpunkt übereinstimmen und parallel zur optischen Achse OA
verlaufen, führen Koma und schiefe sphärische Aberration bei Bildpunkten außerhalb der
optischen Achse OA zu einer Differenz zwischen energetischem Schwerstrahl und
Hauptstrahl. Die Richtung des energetischen Schwerstrahls hängt dabei von der
Ausdehnung der Strahlenbüschel in der Blendenebene APE ab. Leuchtet ein
Strahlenbüschel die Blendenebene APE vollständig aus, so ist auf Grund der größeren
Koma eine größere Abweichung der energetischen Schwerstrahlen von den Hauptstrahlen
zu erwarten als bei Strahlenbüscheln, welche die Blendenebene APE nur in einem Bereich
um die optische Achse OA ausleuchten. Extrem werden die Koma-Beiträge bei annularer
Ausleuchtung der Blendenebene APE, da in diesem Fall die Strahlenbüschel nur die
äußeren Aperturstrahlen aufweisen. Die Koma und die schiefe sphärische Aberration sind
bei dem REMA-Objektiv 309 der Fig. 3 so korrigiert, daß die Abweichung der Winkel
der energetischen Schwerstrahlen bei vollständiger Ausleuchtung der Blendenebene von
den Hauptstrahlwinkeln für alle Feldhöhen kleiner als ±0,5 mrad ist. Die
Winkelabweichung ist in Fig. 4 für positive Feldhöhen als durchgezogene Linie
dargestellt.
In Fig. 5 ist der Linsenschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines REMA-Objektivs
509 dargestellt. Neben den Linsen sind die Randstrahlen RS des Mittenbüschels, sowie der
äußerste Hauptstrahl HS und die das Strahlbüschel des äußersten Hauptstrahls HS
begrenzenden Strahlen eingezeichnet. Das REMA-Objektiv 509 ist dabei
rotationssymmetrisch um die optische Achse OA aufgebaut. Die Systemdaten sind in
Tabelle 5 aufgeführt. Als Linsenmaterial wird in diesem Ausführungsbeispiel Quarz (SiO2)
eingesetzt, das bei der Arbeitswellenlänge λ = 248,3 nm eine Brechzahl von 1,5084
aufweist. Die den Elementen von Fig. 1 und Fig. 3 entsprechenden Elemente in Fig. 3
haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 beziehungsweise Fig. 3, vermehrt um
die Zahl 500 beziehungsweise 200. Für eine Beschreibung dieser Elemente wird auf die
Beschreibung zu Fig. 1, beziehungsweise Fig. 3 verwiesen.
Das REMA-Objetiv 509 der Fig. 5 bildet ein Objektfeld mit einer Vergrößerung von β =
-3,50 auf ein Bildfeld ab. Es besteht dabei aus einem ersten Teilobjektiv 511 und einem
zweiten Teilobjektiv 501. Mit dem REMA-Objektiv 509 wird in der Bildebene IM ein
Bildfeld ausgeleuchtet, dessen Durchmesser 113,3 mm beträgt. Die bildseitige numerische
Apertur beträgt 0,19. Somit weist das REMA-Objektiv 509 einen Lichtleitwert von
21,5 mm auf, der nochmals größer ist als der Lichtleitwert des REMA-Objektives 309 der
Fig. 3. Die Eintrittspupille des REMA-Objektives 509 befindet sich im Unendlichen, so
daß die Hauptstrahlen in der Objektebene OBJ parallel zur optischen Achse OA verlaufen.
Durch die sphärische Aberration und Bildfeldkrümmung der Pupillenabbildung, die durch
das erste Teilobjektiv 511 eingeführt wird, schneiden die Hauptstrahlen die optische Achse
OA mit einer axialen Ablage zur Blendenebene APE. Beim REMA-Objektiv 509 der Fig.
5 liegen die Schnittpunkte der Hauptstrahlen mit der optischen Achse OA 8,2 mm
auseinander. Dieser Abstand entspricht 3,8% des Blendendurchmessers, der 217,2 mm
beträgt.
Die von der Objektebene OBJ ausgehenden Strahlenbüschel werden in der Bildebene IM
auf je ein Spotbild fokussiert. Innerhalb des Bildfeldes beträgt für alle Bildpunkte der
maximale Durchmesser der Spotbilder 260 µm.
Die Pupillenfunktion des REMA-Objektives 509 läßt sich als Polynomreihe gemäß
Gleichung (1) entwickeln, deren Koeffizienten in Tabelle 6 gegeben sind.
Tabelle 6 ist zu entnehmen, daß der größte Beitrag zur sphärischen Aberration der
Pupillenabbildung für die maximale positive Feldhöhe Y max|im der Beitrag dritter Ordnung
mit +45,8 ist. Der gesamte nichtlineare Beitrag beträgt +44,5 mrad, so daß die sphärische
Aberration im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel eines REMA-Objektives noch
deutlich stärker überkorrigiert ist. Das Verhältnis von nichtlinearem Beitrag zu linearem
Beitrag beträgt für die maximale Feldhöhe Y max|im -1,47.
Das zweite Teilobjektiv 501 des REMA-Objektivs ist aus einer ersten Linsengruppe 503
und einer zweiten Linsengruppe 505 aufgebaut. Zu der ersten Linsengruppe 503 sind die
Linsen L56 und L57 zu rechnen, wobei Linse L56 ein Meniskus mit positiver Brechkraft
und Linse L57 ein Meniskus mit negativer Brechkraft ist. Die konvexe Fläche der
Menisken ist dabei jeweils der Blendenebene APE zugewandt. Die Linse L56 weist die
asphärische Linsenfläche S513 auf.
Die zweite Linsengruppe 505 des zweiten Teilobjektivs 501 ist aus dem Meniskus L58 mit
positiver Brechkraft, dessen konvexe Linsenfläche der Blendenebene APE zugewandt ist,
dem Meniskus L59 mit positiver Brechkraft, dessen konvexe Linsenfläche der Bildebene
IM zugewandt ist, der Bikonvexlinse L510 mit positiver Brechkraft, sowie dem Meniskus
L511 mit negativer Brechkraft, dessen konvexe Fläche der Blendenebene APE zugewandt
ist, aufgebaut. Die Linsenfläche S523 ist eine asphärische Linsenfläche, deren
Flächenbeschreibung in Tabelle 5 gegeben ist. Der Radius der Hüllsphäre, welche die
asphärische Linsenfläche S523 am Scheitel und am Rand des ausgeleuchteten Bereichs der
asphärischen Linsenfläche S523 bei 99,6 mm schneidet, beträgt -238,6 mm, so daß die
maximale Pfeilhöhenabweichung zwischen der asphärischen Linsenfläche S523 und der
Hüllsphäre -1,61 mm beträgt. Die zweite Linsengruppe 505 enthält eine weitere
asphärische Linsenfläche S518, um die große Überkorrektur der sphärischen Aberration
der Pupillenabbildung bereitstellen zu können. Der Radius der Hüllsphäre, welche die
asphärische Linsenfläche S518 am Scheitel und am Rand des ausgeleuchteten Bereichs der
asphärischen Linsenfläche bei 109,9 mm schneidet, beträgt 170,1 mm, so daß die maximale
Pfeilhöhenabweichung zwischen der asphärischen Linsenfläche S518 und der Hüllsphäre
1,66 mm beträgt.
Die Linse L511 weist eine zur Bildebene IM konkave Linsenfläche S525 auf, wobei das
Verhältnis von Krümmungsradius zu Linsendurchmesser 0,70 beträgt. Die Linse L511 mit
negativer Brechkraft ist die letzte Linse mit Brechkraft vor der Bildebene IM, so daß die
konkave Linsenfläche S525 unmittelbar vor der Bildebene IM angeordnet ist. Der freie
Arbeitsabstand zwischen der letzten Linse und der Bildebene IM beträgt 67,9 mm.
Die Linsen der zweiten Linsengruppe 505 des zweiten Teilobjektives 501 sind auf
Minimierung der Störreflexe optimiert. Kritisch für Störreflexe sind im REMA-Objektiv
509 der Fig. 5 die Linsenflächen S519, S522, S524 und S525, während bei den
Linsenflächen S518, S520, S521 und S523 der am Retikel und den benannten
Linsenflächen reflektierte äußerte Hauptstrahl HS nicht mehr in die Bildebene gelangt. Bei
Störreflexen zwischen der Bildebene IM und der Linsenfläche S519 schneidet der äußerste
Hauptstrahl HS die Bildebene IM bei einer Höhe von 40,1 mm, was einem Höhenverhältnis
von 70,9% in Bezug auf die maximale Feldhöhe Y max|im von 56,6 mm entspricht. Bei
Störreflexen zwischen der Bildebene IM und der Linsenfläche S522 schneidet der äußerste
Hauptstrahl HS die Bildebene IM bei einer Höhe von 58,6 mm, was einem Höhenverhältnis
von 103,5% in Bezug auf die maximale Feldhöhe Y max|im entspricht. Bei Störreflexen
zwischen der Bildebene IM und der Linsenfläche S524 schneidet der äußerste Hauptstrahl
HS die Bildebene IM bei einer Höhe von 52,4 mm, was einem Höhenverhältnis von 92,6%
in Bezug auf die maximale Feldhöhe Y max|im entspricht. Bei Störreflexen zwischen der
Bildebene IM und der Linsenfläche S525 schneidet der äußerste Hauptstrahl HS die
Bildebene IM bei einer Höhe von 180,7 mm, was einem Höhenverhältnis von 319,3% in
Bezug auf die maximale Feldhöhe Y max|im entspricht.
Die konkave Linsenfläche S525 weist einen Krümmungsradius von 96,08 mm und einen
Abstand von der Bildebene IM von 96,71 mm auf, so daß die Brennebene der konkaven
Linsenfläche S525, die zur Berechnung der Störreflexe als Spiegel fungiert, einen Abstand
von 48,7 mm zur Bildebene IM hat. Das Verhältnis dieses Abstandes zum halben
Krümmungsradius beträgt 1,0, so daß sich ein möglicher Störreflex nur unwesentlich
auswirkt.
Damit das Mittenbüschel mit geringen Inzidenzwinkeln auf die konkave Linsenfläche S521
trifft und somit geringe Aberrationen für die Feldabbildung eingeführt werden, wird die
konkave Linsenfläche S521 möglichst konzentrisch zur Bildebene IM angeordnet. Das
Verhältnis des Abstandes der Bildebene IM von dem Scheitel der konkaven Linsenfläche
S521 zum Betrag des Krümmungsradius der konkaven Linsenfläche S521 beträgt 1,01.
Die Winkelabweichung zwischen den energetischen Schwerstrahlen und den Hauptstrahlen
für das REMA-Objektiv 509 der Fig. 5 ist in Fig. 6 als durchgezogenen Linie 613 für
positive Feldhöhen dargestellt. Sie ist für alle Feldhöhen kleiner als ±0,5 mrad.
Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 715, die in diesem Fall zwei Lichtquellen
717 und 717' aufweist. Als Lichtquelle 717 kann unter anderem ein DUV- oder VUV-
Laser eingesetzt werden, beispielsweise ein ArF-Laser für 193 nm, ein F2-Laser für 157 nm,
ein Ar2-Laser für 126 nm und ein NeF-Laser für 109 nm. Durch eine Strahlformungsoptik
719 wird ein paralleles Lichtbündel erzeugt, das auf ein Divergenz erhöhendes optisches
Element 721 trifft. Als Divergenz erhöhendes optisches Element 721 kann beispielsweise
eine Rasterplatte aus diffraktiven oder refraktiven Rasterelementen eingesetzt werden.
Jedes Rasterelement erzeugt ein Strahlenbüschel, dessen Winkelverteilung durch
Ausdehnung und Brennweite des Rasterelementes bestimmt ist. Die Rasterplatte befindet
sich in der Objektebene eines nachfolgenden Objektives 723 oder in deren Nähe. In der
Blendenebene 725 des Objektives 723 werden die von den Rasterelementen erzeugten
Strahlenbüschel überlagert. Das Objektiv 723 kann als Zoom-Objektiv auslegt sein, um die
Ausdehnung der Ausleuchtung der Blendenebene 725 zu variieren. Durch den Einsatz von
zwei entlang der optischen Achse verschiebbaren Axikonlinsen unmittelbar vor der
Blendenebene 725 kann auch eine annulare Ausleuchtung mit variabler Ringbreite erzielt
werden. Ein derartiges Zoom-Axikon-Objektiv ist aus DE 44 41 947 A bekannt. Durch
Tausch des Apertur erzeugenden Elementes 721 kann ebenfalls die Ausleuchtung variiert
werden. Spezielle Apertur erzeugende Elemente 721 lassen auch die sogenannte
Quadrupol-Beleuchtung mit vier separierten Bereichen zu. Die Blendenebene 725 des
Objektivs 723 ist die Eintrittsebene eines Wabenkondensors 727. In der Nähe der
Austrittsebene des Wabenkondensors 727 befindet sich eine Blendenebene APE des
gesamten Beleuchtungssystems. In der Blendenebene APE kann die Ausleuchtung
zusätzlich über Masken 729 oder Transmissionsfilter gesteuert werden. Auf den
Wabenkondensor 727 folgt das Teilobjektiv 701 der Fig. 1. Die den Elementen von Fig.
1 entsprechenden Elemente in Fig. 7 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1
vermehrt um die Zahl 700. Für eine Beschreibung dieser Elemente wird auf die
Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen. Zwischen der ersten Linsengruppe 703 und zweiten
Linsengruppe 705 des Teilobjektives 701 befindet sich ein Polarisations-Strahlteilerwürfel
731, der die von den Lichtquellen 717 und 717' ausgehenden Strahlengänge überlagert. Bis
zum Strahlteilerwürfel 731 sind somit alle Komponenten der Beleuchtungseinrichtung
zweifach vorhanden. Die Komponenten des zweiten Systemastes 737 bis zum
Strahlteilerwürfel 731 weisen im Vergleich zum ersten Systemast 735 gestrichene
Bezugszeichen auf. Damit die Überlagerung möglichst verlustfrei erfolgt, muß das Licht,
das an der Strahlteilerfläche 733 transmittiert werden soll, in der Einfallsebene polarisiert
sein, während das Licht, das an der Strahlteilerfläche 733 reflektiert werden soll, senkrecht
zur Einfallsebene polarisiert sein muß. Dies läßt sich erreichen, indem in der Blendenebene
APE polarisationsdrehende oder polarisationsselektive Mittel wie Polarisationsfilter oder
λ/4-Platten angebracht sind. Erzeugt die Lichtquelle 717 bereits linear polarisiertes Licht,
so kann durch Ausrichtung der Lichtquelle 717 der Polarisationszustand entsprechend
eingestellt werden. In der Bildebene IM des Teilobjektives befindet sich das Retikel 739,
das mit einem Projektionsobjektiv 741 auf den Wafer 743 abgebildet wird. Sowohl Retikel
739 wie auch Wafer 743 befinden sich auf einer nicht dargestellten Haltevorrichtung. Diese
Haltevorrichtung läßt den Austausch von Retikel 739 und Wafer 743 zu. In sogenannten
Scanner-Systemen werden Retikel 739 und Wafer 743 im Verhältnis des
Abbildungsmaßstabes des Projektionsobjektives 741 in Scan-Richtung bewegt.
Für das in Fig. 7 nur schematisch dargestellte Projektionsobjektiv kann das
Projektionsobjektiv der Fig. 2 der DE 199 42 281.8 eingesetzt werden, das einen
Abbildungsmaßstab von -0,25 aufweist. Die Systemdaten zu diesem Projektionsobjektiv
sind in Tabelle 1 der DE 199 42 281.8 gegeben, wobei der Abstand zwischen der
Objektebene und dem Scheitel der Linse L101 49,2885 mm beträgt. Die Pupillenfunktion
des Teilobjektives 701 der Fig. 1, dessen Systemdaten in Tabelle 1 der vorliegenden
Anmeldung gegeben sind, ist an die Verteilung der Objektiv-Hauptstrahlwinkel des
Projektionsobjektives 741 genau angepaßt. Fig. 8 zeigt die Abweichung der
Pupillenfunktion des Teilobjektives 701 von der Verteilung der Objektiv-
Hauptstrahlwinkel als durchgezogene Linie 845. Die maximale Abweichung beträgt
±0,4 mrad. Durch die Anpassung des Teilobjektives 701 an das Projektionsobjektiv 741 ist
es möglich, eine erhebliche Unterkorrektur der sphärischen Aberration der
Pupillenaberration bei dem Projektionsobjektiv 741 zuzulassen.
Fig. 9 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 915. Die den Elementen von Fig. 7
entsprechenden Elemente in Fig. 9 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 7
vermehrt um die Zahl 200. Für eine Beschreibung dieser Elemente wird auf die
Beschreibung zu Fig. 7 verwiesen. Im zweiten Ausführungsbeispiel wird jedoch ein
Glasstab 951 zur Homogenisierung der Lichtverteilung eingesetzt. Anstelle des
Wabenkondensors und des Teilobjektives weist die Mikrolithographie-
Projektionsbelichtungsanlage 915 ein weiteres Divergenz erhöhendes optisches Element
947, das Einkoppelobjektiv 949, den Glasstab 951, die Maskierungseinrichtung 953 und
das REMA-Objektiv 909 auf, das die Maskierungseinrichtung 953 auf das Retikel 939
abbildet. Derartige Beleuchtungssysteme werden in der DE 195 20 563 A1 (US serial
number 09/315267) beschrieben. Das REMA-Objektiv 909 ist dabei identisch zu dem
REMA-Objektiv 309 der Fig. 5, dessen Systemdaten in Tabelle 3 gegeben sind.
Der Glasstab 951 erzeugt in der Eintrittsebene 955 des Glasstabes 951 entsprechend der
Anzahl der Reflexionen innerhalb des Glasstabes 951 virtuelle sekundäre Lichtquellen, die
durch das erste Teilobjektiv 911 des REMA-Objektives 909 abgebildet werden. Die Bilder
der virtuellen sekundären Lichtquellen liegen dabei nicht in der Blendenebene APE,
sondern in Richtung der Bildebene IM defokussiert. Während das erste Teilobjektiv 911
die im Unendlichen liegende Eintrittspupille auf die Blendenebene APE abbildet, werden
die im Abstand der Glasstablänge liegenden virtuellen sekundären Lichtquellen in den
Bereich zwischen den Linsen L35 und L36 abgebildet. Das REMA-Objektiv 909 ist
vorteilhaft derart ausgelegt, daß die Ebene mit den Bildern der virtuellen sekundären
Lichtquellen und den damit verbundenen starken Intensitätsschwankungen nicht auf einer
Linse zu liegen kommt, um Materialschädigungen zu vermeiden. Dies wird erreicht, indem
die Linse L35 nahe der Blendenebene APE angeordnet ist, während zwischen der Linse
L35 und L36 ein ausreichend großer Luftraum vorhanden ist. Eine andere Möglichkeit
wäre, für Linsen am Ort der Bilder der virtuellen sekundären Lichtquellen
strahlungsbeständige Linsenmaterialien wie Fluorid-Kristalle einzusetzen.
Durch den Glasstab 951 wird in der Objektebene des REMA-Objektives 909 ein
rechteckiges Feld beleuchtet, in dem die Intensitätsschwankungen kleiner 2% sind. Das
REMA-Objektiv 909 bildet dieses homogen beleuchtete Feld auf das Retikel ab, wobei die
Beleuchtungsverteilung auf dem Retikel nahezu unabhängig von der Ausleuchtung der
Blendenebene APE ist, die zuvor beispielsweise mit einem Zoom-Axikon-Objektiv
eingestellt wurde. Die Intensitätsschwankungen, die durch die variable
Blendenausleuchtung erzeugt werden, sind vorteilhafterweise kleiner ±1%. Beim REMA-
Objektiv 909 betragen die Intensitätsschwankungen nur ±0,2%. Dies gelingt durch die
Korrektur der aperturabhängigen Bildfehler.
Für das in Fig. 9 nur schematisch dargestellte Projektionsobjektiv kann das
Projektionsobjektiv der Fig. 8 der DE 199 42 281.8 eingesetzt werden, das einen
Abbildungsmaßstab von -0,25 aufweist. Die Systemdaten sind in Tabelle 4 dieser
Patentschrift gegeben, wobei der Abstand zwischen der Objektebene und dem Scheitel der
Linse L401 33,4557 mm beträgt. Die Pupillenfunktion des REMA-Objektives 909 ist an die
Verteilung der Objektiv-Hauptstrahlwinkel des Projektionsobjektives 934 genau angepaßt.
Fig. 10 zeigt die Abweichung der Pupillenfunktion des Teilobjektives von der Verteilung
der Objektiv-Hauptstrahlwinkel als durchgezogenen Linie 1045. Die maximale
Abweichung beträgt 0,34 mrad.
Mit den Ausführungsbeispielen wird eine Möglichkeit aufgezeigt, Beleuchtungssysteme
bereit zu stellen, die eine Unterkorrektur der sphärischen Aberration der Pupillenabbildung
in einem nachfolgenden Projektionsobjektiv zulassen. Dadurch lassen sich
Korrektionsmittel innerhalb des Projektionsobjektives einsparen.
Claims (23)
1. Teilobjektiv (1, 301, 501) mit einer optischen Achse (OA) zur Beleuchtung eines
Bildfeldes, insbesondere in einer Beleuchtungseinrichtung einer Mikrolithographie-
Projektionsbelichtungsanlage, wobei
das Teilobjektiv (1, 301, 501) zwischen einer Blendenebene (APE) und einer Bildebene (IM) angeordnet ist,
von der Blendenebene (APE) Strahlbüschel mit je einem Hauptstrahl ausgehen, wobei die Schnittpunkte der Hauptstrahlen mit der optischen Achse (OA) maximal 10% des Durchmessers der Blendenebene (APE) auseinander liegen, und
das Teilobjektiv (1, 301, 501) eine erste Linsengruppe (3, 303, 503) und eine zweite Linsengruppe (5, 305, 505) umfaßt,
wobei innerhalb der ersten Linsengruppe (3, 303, 503) ein äußerster Hauptstrahl (HS), der mit maximalem Winkel zur optischen Achse (OA) durch die Blendenebene (APE) läuft, dem Betrag nach kleinere Strahlhöhen an den Linsenflächen aufweist als ein Randstrahl (RS), der das Strahlbüschel begrenzt, dessen Hauptstrahl entlang der optischen Achse (OA) verläuft,
während innerhalb der zweiten Linsengruppe (5, 305, 505) der äußerste Hauptstrahl (HS) dem Betrag nach größere Strahlhöhen an den Linsenflächen aufweist als der genannte Randstrahl (RS), und
wobei die zweite Linsengruppe (5, 305, 505) eine Linse (L15, L39, L510) mit einer ersten asphärischen Linsenfläche (S111, S320, S523) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Linsengruppe (5, 305, 505) mindestens eine erste Linse (L15, L39, L511) mit negativer Brechkraft und mindestens eine zweite Linse (L14, L38, L58) mit positiver Brechkraft aufweist,
die maximale Feldhöhe Y max|im innerhalb des Bildfeldes mindestens 40 mm und die bildseitige numerische Apertur mindestens 0,15 beträgt, und
die Hauptstrahlen innerhalb des Bildfeldes eine Feldhöhe Yim und einen Hauptstrahlwinkel PF zwischen der Flächennormalen der Bildebene (IM) und dem jeweiligen Hauptstrahl aufweisen, wobei die Verteilung der Hauptstrahlwinkel PF über der Feldhöhe Yim durch eine Pupillenfunktion PF(Yim) gegeben ist, die sich aus einem linearen und einem nichtlinearen Beitrag zusammensetzt
PF(Yim) = c1.Yim + PFNL(Yim),
wobei c1 der Steigung der Pupillenfunktion bei der Feldhöhe Yim = 0 mm entspricht und der nichtlineare Beitrag PFNL(Yim) für die maximale positive Feldhöhe Y max|im mindestens +15 mrad beträgt.
das Teilobjektiv (1, 301, 501) zwischen einer Blendenebene (APE) und einer Bildebene (IM) angeordnet ist,
von der Blendenebene (APE) Strahlbüschel mit je einem Hauptstrahl ausgehen, wobei die Schnittpunkte der Hauptstrahlen mit der optischen Achse (OA) maximal 10% des Durchmessers der Blendenebene (APE) auseinander liegen, und
das Teilobjektiv (1, 301, 501) eine erste Linsengruppe (3, 303, 503) und eine zweite Linsengruppe (5, 305, 505) umfaßt,
wobei innerhalb der ersten Linsengruppe (3, 303, 503) ein äußerster Hauptstrahl (HS), der mit maximalem Winkel zur optischen Achse (OA) durch die Blendenebene (APE) läuft, dem Betrag nach kleinere Strahlhöhen an den Linsenflächen aufweist als ein Randstrahl (RS), der das Strahlbüschel begrenzt, dessen Hauptstrahl entlang der optischen Achse (OA) verläuft,
während innerhalb der zweiten Linsengruppe (5, 305, 505) der äußerste Hauptstrahl (HS) dem Betrag nach größere Strahlhöhen an den Linsenflächen aufweist als der genannte Randstrahl (RS), und
wobei die zweite Linsengruppe (5, 305, 505) eine Linse (L15, L39, L510) mit einer ersten asphärischen Linsenfläche (S111, S320, S523) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Linsengruppe (5, 305, 505) mindestens eine erste Linse (L15, L39, L511) mit negativer Brechkraft und mindestens eine zweite Linse (L14, L38, L58) mit positiver Brechkraft aufweist,
die maximale Feldhöhe Y max|im innerhalb des Bildfeldes mindestens 40 mm und die bildseitige numerische Apertur mindestens 0,15 beträgt, und
die Hauptstrahlen innerhalb des Bildfeldes eine Feldhöhe Yim und einen Hauptstrahlwinkel PF zwischen der Flächennormalen der Bildebene (IM) und dem jeweiligen Hauptstrahl aufweisen, wobei die Verteilung der Hauptstrahlwinkel PF über der Feldhöhe Yim durch eine Pupillenfunktion PF(Yim) gegeben ist, die sich aus einem linearen und einem nichtlinearen Beitrag zusammensetzt
PF(Yim) = c1.Yim + PFNL(Yim),
wobei c1 der Steigung der Pupillenfunktion bei der Feldhöhe Yim = 0 mm entspricht und der nichtlineare Beitrag PFNL(Yim) für die maximale positive Feldhöhe Y max|im mindestens +15 mrad beträgt.
2. Teilobjektiv nach Anspruch 1, wobei die erste Linse (L15, L39, L511) eine zur
Bildebene (IM) konkave Linsenfläche (S112, S321, S525) aufweist.
3. Teilobjektiv nach Anspruch 2, mit einem Krümmungsradius und einem
Linsendurchmesser der konkaven Linsenfläche (S112, S321, S525), wobei das
Verhältnis des Krümmungsradius zu dem Linsendurchmesser kleiner als 1,0,
vorzugsweise kleiner als 0,8 ist.
4. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die erste Linse (L39, L511) ein
Meniskus ist.
5. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei in Bezug auf die Lichtrichtung
nach der ersten Linse (L15, L39, L511) keine weitere Linse mit optischer Brechkraft
angeordnet ist.
6. Teilobjektiv nach Anspruch 5, mit einem Abstand des Scheitels der konkaven
Linsenfläche (S112, S321, S525) von der Bildebene (IM) und mit einem Betrag des
Krümmungsradius der konkaven Linsenfläche (S112, S321, S525), wobei das
Verhältnis von besagtem Abstand zu besagtem Betrag einen Wert zwischen 0,7 und 1,3
aufweist.
7. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 5 und 6, mit einem ersten Abstand des
Scheitels der konkaven Linsenfläche (S112, S321, S525) von der Bildebene (IM), mit
einem durch den halben Krümmungsradius der konkaven Linsenfläche (S112, S321,
S525) gegebenen zweiten Abstand und mit einer Differenz zwischen dem ersten und
zweiten Abstand, wobei der Betrag des Verhältnisses von der genannter Differenz zu
dem zweiten Abstand größer als 0,3 ist.
8. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bildebene (IM) und die
Linsenflächen der zweiten Linsengruppe (5, 305, 505) die einfallenden Strahlen
teilweise reflektieren und wobei der äußerste Hauptstrahl (HS) nach einer Reflexion an
der Bildebene (IM) und einer Reflexion an einer Linsenfläche der zweiten
Linsengruppe (5, 305, 505) in der Bildebene (IM) eine Strahlhöhe aufweist, die
mindestens 30% der maximalen Feldhöhe Y max|im beträgt.
9. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Pfeilhöhenabweichung der
ersten asphärischen Linsenfläche (S111, S320, S523) zu einer Hüllsphäre, welche die
asphärische Linsenfläche (S111, S320, S523) im Scheitel und am Rand des
ausgeleuchteten Bereiches der asphärischen Linsenfläche (S111, S320, S523)
schneidet, wobei der Betrag der maximalen Pfeilhöhenabweichung mindestens 0,2 mm,
vorzugsweise mindestens 0,4 mm beträgt.
10. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem bildseitigen Arbeitsabstand,
wobei der bildseitige Arbeitsabstand mindestens 30 mm, vorzugsweise mindestens
40 mm beträgt.
11. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der nichtlineare Beitrag
PFNL(Yim) für die maximale positive Feldhöhe Y max|im mindestens +25 mrad beträgt.
12. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei mindestens eine weitere Linse
(L58) der zweiten Linsengruppe (505) eine zweite asphärische Linsenfläche (S518)
aufweist.
13. Teilobjektiv nach Anspruch 12, mit einer Pfeilhöhenabweichung der zweiten
asphärischen Linsenfläche (S518) zu einer Hüllsphäre, welche die zweite asphärische
Linsenfläche (S518) im Scheitel und am Rand des ausgeleuchteten Bereiches der
zweiten asphärischen Linsenfläche (S518) schneidet, wobei der Betrag der maximalen
Pfeilhöhenabweichung mindestens 0,2 mm, vorzugsweise mindestens 0,4 mm beträgt.
14. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei für die maximale Feldhöhe
Y max|im das Verhältnis des nichtlinearen Beitrags PFNL(Y max|im) zum linearen Beitrag
c1.Y max|im im Bereich von -0,5 und -2,0 liegt.
15. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei alle Strahlenbüschel, die die
bildseitige numerische Apertur vollständig füllen, in der Bildebene (IM) innerhalb des
Bildfeldes je ein Spotbild mit einem Durchmesser erzeugen und der maximale
Durchmesser von allen Spotbildern 2% der maximalen Feldhöhe Y max|im beträgt.
16. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die zweite Linse (L14, L38,
L58) mit positiver Brechkraft ein Meniskus ist.
17. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die zweite Linsengruppe (5,
305, 505) drei bis fünf Linsen mit endlicher Brennweite aufweist.
18. Teilobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die zweite Linsengruppe (5,
505) eine Bikonvexlinse (L13, L510) aufweist.
19. REMA-Objektiv (309, 509) zur Abbildung eines Objektfeldes auf ein Bildfeld,
umfassend
ein erstes Teilobjektiv (311, 511), das zwischen einer Objektebene (OBJ) und einer Blendenebene (APE) angeordnet ist, und
ein zweites Teilobjektiv (301, 501) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, das zwischen der Blendenebene (APE) und einer Bildebene (IM) angeordnet ist,
wobei das erste Teilobjektiv (311, 511) und das zweite Teilobjektiv (301, 501) eine gemeinsame optische Achse (OA) aufweisen,
von dem Objektfeld ausgehende Hauptstrahlen die optische Achse (OA) im Bereich der Blendenebene (APE) schneiden,
und das REMA-Objektiv (309, 509) das Objektfeld mit drei- bis achtfacher Vergrößerung auf das Bildfeld in der Bildebene (IM) abbildet.
ein erstes Teilobjektiv (311, 511), das zwischen einer Objektebene (OBJ) und einer Blendenebene (APE) angeordnet ist, und
ein zweites Teilobjektiv (301, 501) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, das zwischen der Blendenebene (APE) und einer Bildebene (IM) angeordnet ist,
wobei das erste Teilobjektiv (311, 511) und das zweite Teilobjektiv (301, 501) eine gemeinsame optische Achse (OA) aufweisen,
von dem Objektfeld ausgehende Hauptstrahlen die optische Achse (OA) im Bereich der Blendenebene (APE) schneiden,
und das REMA-Objektiv (309, 509) das Objektfeld mit drei- bis achtfacher Vergrößerung auf das Bildfeld in der Bildebene (IM) abbildet.
20. REMA-Objektiv nach Anspruch 19, wobei jedes Strahlenbüschel, das von einem Punkt
innerhalb des Objektfeldes ausgeht und in der Bildebene (IM) die bildseitige
numerische Apertur vollständig füllt, innerhalb des Bildfeldes ein Spotbild erzeugt und
der maximale Durchmesser der Spotbilder maximal 2% der maximalen Feldhöhe Y max|im
beträgt.
21. REMA-Objektiv nach einem der Ansprüche 19 und 20, wobei die Hauptstrahlen
telezentrisch von der Objektebene (OBJ) ausgehen.
22. REMA-Objektiv nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei für jede Feldhöhe Yim in
der Bildebene (IM) ein Hauptstrahl und ein energetischer Schwerstrahl mit einer
Winkelabweichung zwischen dem energetischem Schwerstrahl und dem Hauptstrahl
gegeben sind und die maximale Winkelabweichung für alle Feldhöhen kleiner als
2 mrad, vorzugsweise kleiner als 1 mrad ist.
23. Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (715, 915) umfassend
eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Teilobjektiv (701, 901) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
ein Projektionsobjektiv (741, 941), das ein Objektfeld in einer Objektebene auf ein Bildfeld in einer Bildebene abbildet, wobei das Projektionsobjektiv (741, 941) eine objektseitige Objektiv-Pupillenfunktion aufweist, die sich als Verteilung von Objektiv-Hauptstrahlwinkeln über Objekthöhen innerhalb des Objektfeldes des Projektionsobjektives (741, 941) ergibt,
wobei das Teilobjektiv (701, 901) und das Projektionsobjektiv (741, 941) eine gemeinsame optische Achse (OA) aufweisen,
die Bildebene (IM) des Teilobjektives (701, 901) und die Objektebene des Projektionsobjektives (741, 941) in einer gemeinsamen Ebene liegen, und
die Abweichung der Pupillenfunktion des Teilobjektives von der objektseitigen Objektiv-Pupillenfunktion für alle Feldhöhen innerhalb des Bildfeldes des Teilobjektives (701, 901) kleiner als 2 mrad, vorzugsweise kleiner als 1 mrad ist.
eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Teilobjektiv (701, 901) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
ein Projektionsobjektiv (741, 941), das ein Objektfeld in einer Objektebene auf ein Bildfeld in einer Bildebene abbildet, wobei das Projektionsobjektiv (741, 941) eine objektseitige Objektiv-Pupillenfunktion aufweist, die sich als Verteilung von Objektiv-Hauptstrahlwinkeln über Objekthöhen innerhalb des Objektfeldes des Projektionsobjektives (741, 941) ergibt,
wobei das Teilobjektiv (701, 901) und das Projektionsobjektiv (741, 941) eine gemeinsame optische Achse (OA) aufweisen,
die Bildebene (IM) des Teilobjektives (701, 901) und die Objektebene des Projektionsobjektives (741, 941) in einer gemeinsamen Ebene liegen, und
die Abweichung der Pupillenfunktion des Teilobjektives von der objektseitigen Objektiv-Pupillenfunktion für alle Feldhöhen innerhalb des Bildfeldes des Teilobjektives (701, 901) kleiner als 2 mrad, vorzugsweise kleiner als 1 mrad ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10113612A DE10113612A1 (de) | 2001-02-23 | 2001-03-20 | Teilobjektiv in einem Beleuchtungssystem |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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