DE19929701A1 - Lens with crystal lenses - Google Patents

Lens with crystal lenses

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Abstract

Ein Objektiv mit Linsen aus zwei verschiedenen Kristallen, insbesondere CaF¶2¶ und BaF¶2¶, eignet sich besonders als refraktives Projektionsobjektiv der Mikrolithographie bei 157 nm. Derartige Projektionsobjektive für 193/248 nm mit Quarzglas und Achromatisierung mit CaF¶2¶ werden mit BaF¶2¶ Compaction-resistent. Mit anderen Fluoriden und teilweise katadioptrischen Objektiven werden Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen im Wellenlängenbereich 100-200 nm möglich.A lens with lenses of two different crystals, in particular CaF¶2¶ and BaF¶2¶, is particularly suitable as a refractive projection objective of microlithography at 157 nm. Such projection lenses for 193/248 nm with quartz glass and achromatization with CaF¶2¶ be with BaF¶2¶ Compaction-resistant. With other fluorides and partially catadioptric lenses microlithography projection exposure systems in the wavelength range 100-200 nm possible.

Description

Die Erfindung betrifft ein Objektiv mit Kristall-Linsen. Derartige Objektive sind seit über hundert Jahren als Apochromat-Mikroskopobjektive von Carl Zeiss mit Flußspat (CaF2)- Linsen bekannt.The invention relates to a lens with crystal lenses. Such lenses have been known for over a hundred years as Apochromat microscope lenses from Carl Zeiss with fluorspar (CaF 2 ) lenses.

In jüngerer Zeit werden refraktive Projektionsobjektive für die Mikrolithographie im DUV bei 248 oder 193 nm Wellenlänge realisiert, die Linsen aus Quarzglas und CaF2 enthalten.More recently, refractive projection lenses for microlithography have been realized in DUV at 248 or 193 nm wavelengths containing quartz glass and CaF 2 lenses.

Aus DD 222 426 B5 ist ein optisches System mit optischen Gläsern und BaF2-Einkristall als optische Medien bekannt, das für Wellenlängen von 150 bis 104 nm eingesetzt werden kann. Das Ausführungsbeispiel ist ein Planapochromat für 480 bis 800 nm mit mehreren verschiedenen Gläsern und BaF2.DD 222 426 B5 discloses an optical system with optical glasses and BaF 2 single crystal as optical media, which can be used for wavelengths of 150 to 10 4 nm. The embodiment is a planapochromate for 480 to 800 nm with several different glasses and BaF 2 .

Die Materialauswahl für UV-Mikrolithographieobjektive - mit Schwerpunkt auf der Wellenlänge 248 nm - ist in G. Roblin, J. Optics (Paris), 15 (1984) pp. 281-285 beschrieben.The choice of materials for UV microlithography lenses - focusing on the Wavelength 248 nm - is described in G. Roblin, J. Optics (Paris), 15 (1984) pp. 281-285 described.

Im Ergebnis werden nur Kombinationen von Quarzglas mit CaF2 oder LiF als brauchbar eingestuft.As a result, only combinations of quartz glass with CaF 2 or LiF are considered useful.

In U. Behringer, F + M (München) 107 (1999), 57-60 sind für die 157 nm Mikrolithographie Fluoride wie CaF2, MgF2 und LiF als geeignet beschrieben, mit Vorbehalten wegen der Doppelbrechung von MgF2 und wegen der Handhabung von LiF.In U. Behringer, F + M (Munich) 107 (1999), 57-60 fluorides such as CaF 2 , M g F 2 and LiF are described as suitable for 157 nm microlithography, with reservations because of the birefringence of MgF 2 and because the handling of LiF.

In K. F. Walsh et al., SPIE Vol. 774 (1987), 155-159 werden u. a. die Excimer-Laser für 248, 193 und 157 nm Wellenlänge vorgestellt und für 248 nm Quarzglas, CaF2, BaF2 und MgF2 als einzig brauchbare Linsenmaterialien benannt. Für Wellenlängen unter 248 nm wird Quarzglas als einzig brauchbares Material erwartet. KF Walsh et al., SPIE Vol. 774 (1987), 155-159, inter alia, the excimer lasers for 248, 193 and 157 nm wavelength are presented and for 248 nm quartz glass, CaF 2 , BaF 2 and M g F 2 as named only useful lens materials. For wavelengths below 248 nm, quartz glass is expected to be the only usable material.

In US 5,031,977 wird ein katadioptrisches 1 : 1 Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie bei 248 nm beschrieben, das einen Konkavspiegel, eine Quarzglaslinse, eine LiF-Linse und zwei Umlenkprismen aus CaF2 enthält. Argumente zur Materialauswahl sind ebensowenig angegeben wie Hinweise zu Abwandlungen der speziellen Konstruktion.In US 5,031,977 a catadioptric 1: 1 projection lens for microlithography at 248 nm is described, which contains a concave mirror, a quartz glass lens, a LiF lens and two deflection prisms of CaF 2 . Arguments for material selection are just as little given as references to modifications of the specific construction.

Nahe bei 157 nm liegt jedoch die Absorptionskante von Quarzglas. CaF2 transmittiert bei 157 nm noch brauchbar, hat aber eine zu hohe Dispersion für ein reines CaF2-Objektiv der Mikrolithographie, auch für einen spektral eingeengten F2-Excimer-Laser. Bisher sind daher Objektive für Wellenlängen unter 193 nm nur als katadioptrische- vgl. DE 196 39 586 A des gleichen Erfinders und Anmelders und US Prov. Appln. Ser. No. 60/094,579 vom 29. Juli 1998 des gleichen Anmelders - oder katadioptrische - vgl. US 5,686,728-Systeme bekannt. Dabei gibt US 5,686,728 ein reines Spiegelobjektiv für die VUV-Mikrolithographie mit beispielsweise 126 nm, 146 nm oder 157 nm Excimer-Laser an.However, close to 157 nm is the absorption edge of quartz glass. CaF 2 still transmits at 157 nm, but has too high a dispersion for a pure CaF 2 objective of microlithography, even for a spectrally narrowed F 2 excimer laser. So far, therefore, lenses for wavelengths below 193 nm only as katadioptrische-. DE 196 39 586 A of the same inventor and applicant and US Prov. Appln. Ser. No. 60 / 094,579 of 29 July 1998 by the same applicant - or catadioptric - cf. US 5,686,728 systems known. US 5,686,728 is a pure mirror objective for VUV microlithography with, for example, 126 nm, 146 nm or 157 nm excimer laser.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines alternativen Objektivkonzepts mit einer Materialzusammenstellung, die neue Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere in der Mikrolithographie bei niedrigen Wellenlängen eröffnet.The object of the invention is to specify an alternative lens concept with a Material composition, the new applications, especially in the Microlithography at low wavelengths opened.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Objektiv nach Anspruch 1, ein Projektionsobjektiv der Mikrolithographie nach Anspruch 4, oder 9, 11, 12 und eine Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16, 17 oder 18. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche 2, 3, 5-8, 10, 14-16, 19-21 und 23.This object is achieved by a lens according to claim 1, a projection lens The microlithography of claim 4, or 9, 11, 12 and a Projection exposure apparatus according to claim 16, 17 or 18. Advantageous Embodiments are subject of the dependent claims 2, 3, 5-8, 10, 14-16, 19-21 and 23rd

Einen Teilaspekt gibt Anspruch 13 an.A sub-aspect is specified in claim 13.

Ein Verfahren zur Herstellung mikrostruktuierter Bauteile gemäß Anspruch 22 sieht vor, daß ein mit einer lichtempfindlichen Schicht versehenes Substrat mittels einer Maske und einer Projektionsbelichtungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 21 - und damit mit einem Objektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche - durch ultraviolettes Licht belichtet wird und gegebenenfalls nach Entwickeln der lichtempfindlichen Schicht entsprechend einem auf der Maske enthaltenen Muster strukturiert wird.A method for producing microstructured components according to claim 22 provides in that a substrate provided with a photosensitive layer is provided by means of a mask and a projection exposure apparatus according to at least one of claims 17 to 21 - and  thus with a lens according to one of the preceding claims - by ultraviolet Is exposed to light and optionally after developing the photosensitive layer is patterned according to a pattern contained on the mask.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß sich durch die Verwendung zweier verschiedener Kristalle in einem Objektiv neuartige Objektiveigenschaften bereitstellen lassen. Insbesondere gehört dazu die Möglichkeit der Achromatisierung bei niedrigen Wellenlängen, bei denen jedes bekannte Glas, auch Quarzglas, stark absorbiert. Die in der Mikrolithographie gegen BaF2 vorhandenen Vorbehalte beziehen sich auf 248 nm und Quarzglas als Partner.The invention is based on the recognition that it is possible to provide novel lens properties by using two different crystals in one lens. In particular, this includes the possibility of achromatization at low wavelengths, in which any known glass, including quartz glass, strongly absorbs. The reservations made in microlithography against BaF 2 refer to 248 nm and quartz glass as partners.

Alkali- und Erdalkalihalogenide, speziell deren Fluoride, wie auch andere Fluoride sind als Optik-Werkstoff bekannt. Ihre zum Teil schwierigen Werkstoffeigenschaften haben bisher dazu geführt, daß ihre hervorragenden Transmissionseigenschaften im tiefen UV nur ansatzweise ausgenutzt wurden. Erfindungsgemäß wurde gezeigt, daß mit diesen und ähnlichen Materialien die optische Mikrolithographie bis zu ca. 100 nm Wellenlänge nach unten ausgedehnt werden kann.Alkali and alkaline earth halides, especially their fluorides, as well as other fluorides are as Optics material known. Their sometimes difficult material properties have so far led to their excellent transmission properties in deep UV only used to some extent. According to the invention it has been shown that with these and similar materials optical microlithography up to about 100 nm wavelength after can be stretched down.

Mit der Paarung zweier Fluoridkristalle, insbesondere von CaF2, BaF2, SrF2 LiF, NaF, oder KF, aber auch von Mischkristall-Fluoriden kann erstmals ein Materialpaar zur Achromatisierung von 157 nm-Optiken angegeben werden. Die Materialien sind bereits in der Optik-Fertigung bekannt, wie der angegebene Stand der Technik belegt. Bariumfluorid, Strontiumfluorid oder Natriumfluorid wird dabei entsprechend Anspruch 6 vorzugsweise für Negativlinsen verwendet, und zwar nur für einzelne, weil das genügen kann.With the pairing of two fluoride crystals, in particular of CaF 2 , BaF 2 , SrF 2 LiF, NaF, or KF, but also of mixed crystal fluorides, a pair of materials for the achromatization of 157 nm optics can be specified for the first time. The materials are already known in optics manufacturing, as evidenced by the cited prior art. Barium fluoride, strontium fluoride or sodium fluoride is preferably used according to claim 6 for negative lenses, and only for individuals, because that may suffice.

Kalziumfluorid findet dann gemäß Anspruch 7 nicht nur für die Positivlinsen, sondern auch für die restlichen Negativlinsen Verwendung.Calcium fluoride is then found according to claim 7 not only for the positive lenses, but also for the remaining negative lenses use.

Besonders vorteilhaft ist es gemäß Anspruch 8, daß numerische Aperturen über 0,5, auch bei 157 nm, erreicht werden. Das folgende Beispiel mit der numerischen Apertur von 0,8 belegt dies deutlich. Damit wird der Auflösungsvorsprung der EUV-Mikrolithographie durch ca. 1/10 der Wellenlänge teilweise kompensiert, da ca. die dreifache NA erreicht wird. Gegenüber 193 nm kann mit 109 nm aber die Auflösung fast halbiert werden, da das Niveau der NA gehalten wird. Für die Bearbeitungsgenauigkeit hat die zehnfache Wellenlänge gegenüber EUVL drastische Vorteile.It is particularly advantageous according to claim 8, that numerical apertures above 0.5, also at 157 nm. The following example with the numerical aperture of 0.8 proves this clearly. This becomes the resolution advantage of EUV microlithography partially compensated by about 1/10 of the wavelength, since about reaches the triple NA  becomes. Compared to 193 nm, however, the resolution can be almost halved at 109 nm, since the Level of NA is maintained. For the machining accuracy has ten times Wavelength compared to EUVL drastic advantages.

Das Stitching-Verfahren (zeilenweise Belichten des Chips) gemäß Anspruch 20, welches neuerdings in der Mikrolithographie bei sehr niedrigen Wellenlängen ins Gespräch kommt, erlaubt verkleinerte Bildfelder als Rechtecke mit mäßigem Aspektverhältnis und sorgt so für eine drastische Verkleinerung der Objektive. Letzteres entspannt die Herstellungsprobleme für die Linsenkristalle drastisch.The stitching method (line by line exposure of the chip) according to claim 20, which recently got into conversation in microlithography at very low wavelengths, allows reduced image fields as rectangles with moderate aspect ratio and thus ensures for a drastic reduction of the lenses. The latter relaxes the Manufacturing problems for the lens crystals drastically.

Eine ganz andere Ausführungsart der Erfindung gemäß den Ansprüchen 9 und 10 wurde überraschend gefunden:
Bei der DUV-Mikrolithographie mit 248 nm oder 193 nm tritt im Dauerbetrieb ein als "Compaction" bezeichneter Alterungsprozeß bei Quarzglas auf, durch den das Material verdichtet wird und in Folge Brechungsindex und Form der Linse verändert werden. Dies verschlechtert natürlich die Abbildungsleistung des Objektivs. Neben der Kompensation durch stellbare Glieder wurde erkannt, daß die am höchsten belasteten und betroffenen bildseitigen Linsen statt aus Quarzglas aus Kristall, nämlich vorzugsweise CaF2, SrF2 oder BaF2 gefertigt werden können, die wesentlich stabiler gegen UV-Strahlung sind.
A quite different embodiment of the invention according to claims 9 and 10 has surprisingly been found:
In DUV microlithography at 248 nm or 193 nm, an aging process known as "compaction" occurs in quartz glass, through which the material is compacted and consequently the refractive index and shape of the lens are changed. Of course, this degrades the imaging performance of the lens. In addition to the compensation by adjustable members it was recognized that the most heavily loaded and affected image-side lenses instead of quartz glass of crystal, namely preferably CaF 2 , SrF 2 or BaF 2 can be made, which are much more stable to UV radiation.

In der Patentanmeldung DE 198 55 157.6 des Anmelders vom gleichen Anmeldetag sind mehrere Ausführungsbeispiele mit derartigem Einsatz von Kalziumfluorid-Linsen enthalten, welche Teil der Offenbarung auch dieser Anmeldung sein sollen.In the patent application DE 198 55 157.6 of the applicant of the same filing date are several embodiments with such use of calcium fluoride lenses included, which should be part of the disclosure of this application.

Dabei hat BaF2 wie SrF2 an dieser Stelle nach Anspruch 9 den - im Umfeld der Achromatisierung als Nachteil geltenden - Vorteil, sich in seinen optischen Eigenschaften wesentlich weniger von Quarzglas zu unterscheiden als CaF2 (vgl. Roblin am angegebenen Ort). Die Designänderungen eines Projektionsobjektivs bei Austausch von Quarzlinsen gegen BaF2- oder SrF2-Linsen in Bildnähe sind daher minimal. Das Projektionsobjektiv wird so durch den Einsatz von zwei kristallinen Materialien - CaF2 für die Achromatisierung, BaF2 oder SrF2 gegen die Compaction - optimiert. In this case, BaF 2, like SrF 2 at this point according to claim 9, has the advantage, which is disadvantageous in the context of achromatization, of being substantially less different from quartz glass in its optical properties than CaF 2 (see Roblin at the given location). The design changes of a projection lens when replacing quartz lenses with BaF 2 or SrF 2 lenses close to the image are therefore minimal. The projection lens is thus optimized by the use of two crystalline materials - CaF 2 for achromatization, BaF 2 or SrF 2 against the compaction.

Für ein 157 nm-Objektiv, rein refraktiv und aus einem Material, also CaF2, wären Laserbandbreiten bis hinter zu 0,1 pm notwendig, abhängig von Apertur und Bildfeldgröße.For a 157 nm objective, purely refractive and made of one material, ie CaF 2 , laser band widths down to 0.1 μm would be necessary, depending on the aperture and image field size.

Es ist nicht zu erwarten, daß diese Werte einfach erreicht werden können beim Wechsel von 193 auf 157 nm. Alles wird nochmals anspruchsvoller, Materialdurchlässigkeit, Schichtverfügbarkeit, Gitter für die Laserkomponenten.It is not expected that these values can be easily achieved when changing from 193 to 157 nm. Everything becomes even more demanding, material permeability, Layer availability, grating for the laser components.

Erfindungsgemäß wurde mit BaF2 ein Material gefunden, welches bei 157 nm transparent und isotrop ist, welches eine merklich höhere Dispersion bei 157 nm als CaF2 besitzt und sich mit diesem zum Achromaten ergänzen läßt. BaF2 absorbiert erst bei etwa 130 nm vollständig. Die Nähe der Absorptionskante zu 157 nm ist verantwortlich für den raschen Verlauf der Brechzahländerung (starke Dispersion) bei 157 nm. Entsprechendes gilt für andere Fluoride wie SrF2.According to the invention, a material was found with BaF 2 which is transparent and isotropic at 157 nm, which has a markedly higher dispersion at 157 nm than CaF 2 and can be supplemented with this for the achromat. BaF 2 absorbs completely only at about 130 nm. The proximity of the absorption edge to 157 nm is responsible for the rapid progression of the refractive index change (strong dispersion) at 157 nm. The same applies to other fluorides such as SrF 2 .

Bei 193 nm ist die Achromatisierung durch die Kombination von CaF2 und Quarzglas etabliert. BaF2 hat eine nur unwesentlich höhere Dispersion als CaF2 und liegt in der Dispersion sozusagen nutzlos zwischen der Dispersion von CaF2 und Quarzglas.At 193 nm, achromatization is established by the combination of CaF 2 and quartz glass. BaF 2 has only a slightly higher dispersion than CaF 2 and, as it were, is useless in the dispersion between the dispersion of CaF 2 and quartz glass.

Für 157 nm ändert sich die Situation, da Quarzglas erhöhte Absorption zeigt. Nach bisheriger allgemeiner Meinung gab es nun für CaF2 keinen geeigneten Partner zur Achromatisierung.For 157 nm, the situation changes because fused silica shows increased absorption. According to general opinion, there was no suitable partner for achromatization for CaF 2 .

Dies ist nicht der Fall: Der Dispersionsabstand zwischen CaF2 und BaF2 bei 157 nm fällt zwar kleiner aus als zwischen CaF2 und Quarzglas bei 193 nm, aber es läßt sich unter moderatem Einsatz von BaF2 immer noch sehr gut teilachromatisieren, auf ähnlichem Niveau wie bei 193 nm, z. B. 50% Farblängsfehlerreduktion.This is not the case: Although the dispersion distance between CaF 2 and BaF 2 at 157 nm is smaller than between CaF 2 and quartz glass at 193 nm, it can still be very well partially chromatized under moderate use of BaF 2 , at a similar level as at 193 nm, z. B. 50% color longitudinal error reduction.

Bei 193 nm wird allgemein nur eine Teilachromatisierung durchgeführt, um das eingesetzte CaF2 Volumen aus Gründen der Kosten, der Verfügbarkeit und der Materialeigenschaften klein zu halten. Bei 157 nm wird man den Partner BaF2 im Volumen kleinhalten wollen, da er ein höheres spezifisches Gewicht hat und sich die BaF2-Linsen dadurch unter der Schwerkraft stärker durchbiegen.At 193 nm, only partial achromatization is generally performed to minimize the CaF 2 volume employed for reasons of cost, availability, and material properties. At 157 nm, one would like to keep the partner BaF 2 small in volume, since it has a higher specific gravity and thus the BaF 2 lenses bend more under gravity.

Bei 193 nm möchte man möglichst alles aus Quarzglas machen, bei 157 nm möglichst alles aus CaF2. Da die Zahl der positiven Linsen im refraktiven Lithographie-Objektiv deutlich größer ist als die der negativen, wäre es vorteilhaft bei 193 nm, wenn Quarzglas eine kleine Dispersion hätte. Es ist aber umgekehrt, CaF2 hat die kleinere Dispersion und kann nicht bzw. soll nicht in allen positiven Linsen eingesetzt werden. Es werden also positive Linsen aus Quarzglas gemacht, was den Grad der Achromatisierung drückt.At 193 nm, one would like to make everything out of quartz glass, if possible at 157 nm everything from CaF 2 . Since the number of positive lenses in the refractive lithography lens is significantly larger than that of the negative ones, it would be advantageous at 193 nm if fused quartz had a small dispersion. But conversely, CaF 2 has the smaller dispersion and can not or should not be used in all positive lenses. Thus, positive lenses are made of quartz glass, which expresses the degree of achromatization.

Bei 157 nm ist es ebenfalls wünschenswert, daß das bevorzugte Material, hier CaF2, eine kleinere Dispersion als der Partner hat.At 157 nm, it is also desirable that the preferred material, here CaF 2 , has a smaller dispersion than the partner.

Im Gegensatz zu 193 nm ist dies bei 157 nm mit BaF2 der Fall. Fast alle Linsen, sicher alle positiven Linsen, können aus dem Kron, nämlich CaF2, sein. Einige wenige Negativlinsen werden aus BaF2 gemacht, alternativ aus SrF2, denn dafür gilt qualitativ das gleiche wie für BaF2.In contrast to 193 nm, this is the case at 157 nm with BaF 2 . Almost all lenses, certainly all positive lenses, can be from the crown, namely CaF 2 . A few negative lenses are made of BaF 2 , alternatively of SrF 2 , because qualitatively the same applies as for BaF 2 .

Natürlich gelten die obigen Aussagen auch für Linsen in einem katadioptrischen Objektiv, insbesondere auch für dabei verwendete refraktive Teilobjektive. Das erfindungsgemäße Objektiv kann also auch katadioptrisch sein. Wichtig ist, daß Linsen, und nicht nur optische Hilfselemente wie Umlenkprismen oder Planplatten aus Kristall bestehen.Of course, the above statements also apply to lenses in a catadioptric lens, especially for refractive partial lenses used for this purpose. The invention Lens can therefore also be catadioptric. The important thing is that lenses, and not only optical auxiliary elements such as deflection prisms or plane plates made of crystal.

Möchte man Lithographie mit einer kürzeren Wellenlänge als 157 nm und gleichzeitig mit sehr hoher numerischer Apertur betreiben, begegnet man einer Fülle schon bekannter Probleme in verschärfter Form. Zunächst muß man sich im Klaren sein, daß nur bei Excimer-Laserwellenlängen eine geeignete Bandbreite und Ausgangsleistung der Lichtquelle zu erwarten ist. Die Spektren der Edelgase emittieren zwar auch etwa ab 60 nm, nur sind diese sehr breitbandig und damit nur reinen Spiegelsystemen zugänglich. Reine Spiegelsysteme mit wirklich ausgedehntem Feld zwischen 10 und 26 mm haben bis jetzt keine Apertur größer NA = 0,6. One would like to lithography with a shorter wavelength than 157 nm and at the same time with operate very high numerical aperture, one encounters a wealth already known Problems in a tightened form. First, one must be aware that only at Excimer laser wavelengths suitable bandwidth and output power of the Light source is expected. The spectra of the noble gases also emit from about 60 nm, only these are very broadband and thus accessible only to pure mirror systems. Pure mirror systems with really extended field between 10 and 26 mm have up to now no aperture greater NA = 0.6.  

Excimer-Laser können auf folgenden Wellenlängen unterhalb von 157 nm betrieben werden:Excimer lasers can operate at the following wavelengths below 157 nm become:

NeFNeF 109 nm109 nm Ar2Ar2 126 nm126 nm ArKrArKr 134 nm134 nm Kr2Kr2 147 nm147 nm

Bei der Materialfrage ist ein bekannter Kandidat mit sehr guter Transmission für 134 und 147 nm CaF2. Für 134 und 147 nm sind katadioptrische Objektive mit ausschließlich CaF2 als Linsenmaterial denkbar und stellen somit nichts Neues dar. Möchte man refraktive Objektive mit mehr Apertur bekommen, wie 0,80/0,85/0,90, so erschließt sich die Wellenlänge 147 nm noch durch das oben für 157 nm angegebene Materialsystem: Positive Linsen vorwiegend aus CaF2, einige negative Linsen aus BaF2. Da die Absorptionskante von BaF2 etwa bei 134,5 nm liegt, ist man noch etwa 13 nm bei 147 nm entfernt. Dies bedeutet eine erhöhte Absorption, ermöglicht aber eine entspanntere Farblängsfehlerkorrektion, da BaF2 bei 147 nm nun eine stärkere Dispersion hat als bei 157 nm, und zwar mit höherer Zunahme als CaF2, da die Absorptionskante von CaF2 bei 125 nm liegt.In terms of material, a well-known candidate with very good transmission for 134 and 147 nm is CaF 2 . For 134 and 147 nm catadioptric lenses with only CaF 2 as the lens material are conceivable and thus do not represent anything new. If refractive lenses with more apertures are to be obtained, such as 0.80 / 0.85 / 0.90, the wavelength is 147 nm by the material system given above for 157 nm: positive lenses predominantly of CaF 2 , some negative lenses of BaF 2 . Since the absorption edge of BaF 2 is about 134.5 nm, it is still about 13 nm at 147 nm. This means increased absorption, but allows a more relaxed longitudinal chromatic aberration correction, since BaF 2 now has a stronger dispersion at 147 nm than at 157 nm, with a higher increase than CaF 2 , since the absorption edge of CaF 2 is 125 nm.

Mit anderen Worten: bei gleich guter Bandbreite der Laser von 157 nm und 147 nm liefert bei einem rein refraktiven Objektiv ein Materialpaar CaF2 und BaF2 bei 147 nm das bessere Ergebnis hinsichtlich Farbkorrektur. Die Absorptionsverluste sind allerdings höher.In other words: with equally good bandwidth of the lasers of 157 nm and 147 nm, a material pair CaF 2 and BaF 2 at 147 nm gives the better result with regard to color correction in the case of a purely refractive objective. The absorption losses are, however, higher.

Auch bei 134 nm wurde bisher kein Materialpaar zur Achromatisierung rein refraktiver Systeme angegeben. Erfindungsgemäß wurde dies in dem Materialpaar CaF2-SrF2 gefunden. Der Abstand zur Absorptionskante von SrF2 bei 130 mn muß aber als sehr gering eingestuft werden. Die erhöhte Absorption läßt den Kristall nur für sehr dünne und kleine Negativlinsen sinnvoll erscheinen. Deshalb wird ein derartiges System nur für kleinere Bildfelder, etwa ein Halbfeldsystem (Stitching) realistisch sein.Even at 134 nm, no pair of materials for achromatization of purely refractive systems has been reported so far. According to the invention, this was found in the material pair CaF 2 -SrF 2 . The distance to the absorption edge of SrF 2 at 130 mn must be classified as very low. The increased absorption makes the crystal appear reasonable only for very thin and small negative lenses. Therefore, such a system will be realistic only for smaller fields of view, such as a half field system (stitching).

Bei 126 nm scheidet auch CaF2 vollständig aus, da der Abstand zur Absorptionskante nur noch 1 nm beträgt.At 126 nm, CaF 2 precipitates completely, since the distance to the absorption edge is only 1 nm.

Es bleiben als bekannte Werkstoffe MgF2 und LiF. MgF2 ist auch bei 126 nm stark doppelbrechend und damit ungeeignet. LiF ist bei 126 nm zwar durchlässig, gilt aber für kleinere Durchmesser als ungeeignet, da die Strahlungsbelastung steigt und das Material sich dadurch unzulässig verändert (Transmission und Brechzahl). Selbst ein katadioptrisches System kommt im Bereich der höchsten Apertur (vor der Bildebene) nicht ohne Material im Durchtritt aus. Somit würde man für 126 nm kein hochgeöffnetes Lithographieobjektiv mit großem Feld mehr bauen können.There remain as known materials MgF 2 and LiF. MgF 2 is also highly birefringent at 126 nm and thus unsuitable. Although LiF is permeable at 126 nm, it is unsuitable for smaller diameters since the radiation load increases and the material thereby changes inadmissibly (transmission and refractive index). Even a catadioptric system does not get through in the area of the highest aperture (in front of the image plane) without material in the passage. Thus, one would not be able to build a high-open lithography lens with a large field at 126 nm.

Erfindungsgemäß kann nun ein weiteres Material speziell für die hochbelasteten kleinen Durchmesser angegeben werden. Die Konfiguration bei 126 nm besteht aus einem katadioptrischen Lithographieobjektiv, welches hauptsächlich aus LiF besteht. In den mit hoher Strahlungsintensität belasteten Linsen besteht es jedoch aus der isotropen amorphen Form von BeF2. Die kristalline Form ist ähnlich dem kristallinen Quarz doppelbrechend. Die glasig erstarrte Form, ähnlich dem Quarzglas, ist bei entsprechender Herstellung isotrop. Da BeF2 bei 126 nm deutlich laser-resistenter ist als LiF, ist es das geeignete Material in wenigen Linsen entweder in einer Strahltaille oder mehreren Strahltaillen und/oder am bildseitigen Ende des Objektivs. Die geringe Zahl von BeF2-Linsen ist letztlich anzustreben, da BeF2 als starkes Atemgift und schwächeres Kontaktgift eingestuft werden muß. Für den Infrarotbereich gibt es schon lange Fertigungslinien, die den Umgang mit giftigen optischen Komponenten beherrschen. Trotzdem ist es vorteilhaft, die Zahl der BeF2-Linsen auf das Allernotwendigste zu beschränken. Es handelt sich also um ein refraktives oder katadioptrisches Lithographieobjektiv aus mindestens einem kristallenem und einem glasigen Fluorid. According to the invention, a further material can now be specified especially for the highly loaded small diameters. The configuration at 126 nm consists of a catadioptric lithography objective, which consists mainly of LiF. However, in the high-intensity irradiated lenses, it is the isotropic amorphous form of BeF 2 . The crystalline form is birefringent similar to the crystalline quartz. The glassy solidified form, similar to quartz glass, is isotropic when prepared accordingly. Since BeF 2 is significantly more laser-resistant at 126 nm than LiF, it is the appropriate material in a few lenses either in a beam waist or at several beam waists and / or at the image end of the lens. The low number of BeF 2 lenses is ultimately desirable, since BeF 2 must be classified as a strong respiratory poison and weaker contact poison. For the infrared range, there are already long production lines that handle the handling of toxic optical components. Nevertheless, it is advantageous to limit the number of BeF 2 lenses to the bare minimum. It is therefore a refractive or catadioptric lithography objective made of at least one crystalline and one glassy fluoride.

BeF2 muß wasserfrei hergestellt und bearbeitet werden, da es zu H2O-Aufnahme neigt und das H2O sofort die Wellenlänge 126 nm sperrt.BeF 2 must be prepared and processed anhydrous, since it tends to H 2 O uptake and the H 2 O immediately blocks the wavelength 126 nm.

Besonders H2O-anne BeF2-Herstellung macht auch die HeF-Laserwellenlänge bei 109 nm zugänglich. Beide Komponenten in hochreiner Form, LiF und BeF2, ermöglichen ein katadioptrisches Objektiv bei 109 nm.In particular, H 2 O-anne BeF 2 production also makes the HeF laser wavelength accessible at 109 nm. Both components in highly pure form, LiF and BeF 2 , enable a catadioptric objective at 109 nm.

Optische Materialien großer Dispersion werden herkömmlich als Flint(glas), solche geringer Dispersion als Kron(glas) bezeichnet.Large dispersion optical materials are conventionally referred to as flint (glass) low dispersion referred to as crown (glass).

Für die verschiedenen DUV bis VUV-Wellenlängen werden gemäß Obengesagtem die im folgenden kompakt wiedergegebenen Materialkombinationen vorgeschlagen:For the various DUV to VUV wavelengths are in accordance with the above proposed following compactly presented material combinations:

AL=L<- 193 nm:AL = L <- 193 nm: - CaF2 Kron- CaF 2 Kron KF FlintKF Flint - CaF2 Kron- CaF 2 Kron KF + SiO2-Glas FlintKF + SiO 2 glass flint - LiF +, CaF2 Kron- LiF +, CaF 2 Kron KF FlintKF Flint - LiF +, CaF2 Kron- LiF +, CaF 2 Kron KF + SiO2-Glas FlintKF + SiO 2 glass flint AL=L CB=2<- 157 + 147 nm:@AL = L CB = 2 <-157 + 147 nm: @ CaF2 und/oder LiF KronCaF 2 and / or LiF Kron NaF, BaF2, und/oder SrF2 FlintNaF, BaF 2 , and / or SrF 2 Flint AL=L CB=2<- 134 nm:@AL = L CB = 2 <- 134 nm: @ - CaF2 Kron- CaF 2 Kron SrF2 FlintSrF 2 flint - CaF2 Kron- CaF 2 Kron NaF FlintNaF flint - LiF Kron- LiF Kron SrF2 FlintSrF 2 flint - LiF Kron- LiF Kron NaF FlintNaF flint - LiF Kron- LiF Kron NaF + SrF2 FlintNaF + SrF 2 flint

dabei SrF2 für kleine Durchmesser, da strahlungsbeständiger als NaFwhile SrF 2 for small diameter, as more radiation resistant than NaF

Die oben genannten Systeme können mit Dünnschichtsystemen aus MgF2 und LaF3 entspiegelt werden. Für 193 nm eignen sich zudem auch SiO2 und Al2O3 als Antireflexschichten. The above-mentioned systems can be coated with MgF 2 and LaF 3 thin-film systems. In addition, SiO 2 and Al 2 O 3 are also suitable as antireflection layers for 193 nm.

Diese Möglichkeit der Entspiegelung ist eine wichtige Voraussetzung für die Realisierbarkeit von vielgliedrigen refraktiven Objektiven, da sonst pro Linsenfläche ca. 10% Reflexionsverlust auftritt.This option of antireflection coating is an important requirement for the Realizability of multi-unit refractive lenses, otherwise per lens surface about 10% reflection loss occurs.

Da für 126 nm und 109 nm keine Antireflex-Schichten bekannt sind, ist dies ein weiterer Grund, warum hier katadioptrische Systeme mit wenigen (z. B. 3-5) Linsen vorzuziehen sind, entsprechend Anspruch 12.Since no antireflection layers are known for 126 nm and 109 nm, this is another Reason why catadioptric systems with few (eg 3-5) lenses are preferable here are according to claim 12.

Beim Achromatisieren mit LiF und NaF bietet sich eine Möglichkeit, Grenzflächen Kristall-Gas einzusparen, damit auch Antireflexschichten bzw. Reflexionsverluste, gemäß den Ansprüchen 13 und 14.When achromatizing with LiF and NaF, there is a possibility of interfaces Save crystal gas, thus also anti-reflection layers or reflection losses, according to Claims 13 and 14.

Die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeausdehnung beider Stoffe sind sehr ähnlich:The thermal conductivity and the thermal expansion of both substances are very similar:

Wärmeleitfähigkeitthermal conductivity Ausdehnungexpansion LiF 4,01 W/m/KLiF 4.01 W / m / K 37,0.10-6/C37,0.10 -6 / C NaF 3,75 W/m/KNaF 3.75 W / m / K 36,0.10-6/C36,0.10 -6 / C

Damit kann ein "Kittglied" durch Ansprengen geschaffen werden, das je eine + und -Linse oder zwei + und eine -Linse enthält. Da die Brechzahlen beider Kristalle sehr niedrig sind und die Entspiegelung daher schwierig, ist diese Kittgliedbildung besonders hilfreich.Thus, a "cemented" can be created by wringing, each a + and -Linse or two + and one-lens. Since the refractive indices of both crystals are very low and the anti-reflection therefore difficult, this Kittgliedbildung is particularly helpful.

Neben einzelnen solcher Kittglieder könnte das Objektiv ansonsten aus CaF2-Linsen bestehen.Apart from individual such cemented components, the objective could otherwise consist of CaF 2 lenses.

Auch angesprengte Glieder aus CaF2 und BaF2 sind möglich:Also blasted limbs of CaF 2 and BaF 2 are possible:

Wärmeleitfähigkeitthermal conductivity Ausdehnungexpansion CaF2 19,71 W/m/KCaF 2 19.71 W / m / K 18,8.10-6/C18.8.10 -6 / C BaF2 11,72 W/m/KBaF 2 11.72 W / m / K 18,1.10-6/C18,1.10 -6 / C

Erst die ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeiten der Kristalle gegenüber Gläsern läßt derartige Ansprengungen sicher erscheinen, insbesondere bei unterschiedlicher Absorption (und damit Erwärmung).Only the excellent thermal conductivity of the crystals over glasses leaves such bleaching appear safe, especially with different absorption (and thus warming).

Als weitere Kristalle sind vor allem Mischkristalle des Fluor geeignet, darunter solche mit Alkali oder Erdalkali und anderen Elementen, wie Zinn, Zink oder Aluminium. Hohe Dispersion und gute Lichtbeständigkeit bei hoher Transmission im VUV sind dabei die Auswahlkriterien, bei Meidung von Doppelbrechung.As further crystals especially mixed crystals of fluorine are suitable, including those with Alkali or alkaline earth and other elements such as tin, zinc or aluminum. Height Dispersion and good light stability with high transmission in the VUV are the Selection criteria, avoiding birefringence.

Natürlich gelten die obigen Aussagen auch für Linsen in einem katadioptrischen Objektiv, insbesondere auch für dabei verwendete refraktive Teilobjektive. Das erfindungsgemäße Objektiv kann also auch katadioptrisch sein. Wichtig ist, daß Linsen, und nicht nur optische Hilfselemente wie Umlenkprismen oder Planplatten aus Kristall bestehen.Of course, the above statements also apply to lenses in a catadioptric lens, especially for refractive partial lenses used for this purpose. The invention Lens can therefore also be catadioptric. The important thing is that lenses, and not only optical auxiliary elements such as deflection prisms or plane plates made of crystal.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnung, derenThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing, whose

Fig. 1 einen Linsenschnitt eines 157 nm Mikrolithographie-Projektionsobjektivs mit BaF2-Linsen zeigt; Fig. 1 shows a lens section of a 157 nm microlithography projection objective with BaF 2 lenses;

Fig. 2 einen Linsenschnitt eines 157 nm Mikrolithographie-Projektionsobjektivs mit NaF-Linsen und Asphären zeigt; Fig. 2 shows a lens section of a 157 nm microlithography projection objective with NaF lenses and aspheres;

Fig. 3 ein qualitatives Bild einer Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie zeigt; Fig. 3 shows a qualitative image of a projection exposure apparatus of microlithography;

Fig. 4 schematisch ein Projektionsobjektiv mit Kittglied zeigt; und Fig. 4 shows schematically a projection lens with cemented element; and

Fig. 5 schematisch ein katadioptrisches Projektionsobjektiv zeigt. Fig. 5 shows schematically a catadioptric projection lens.

Zu dem in Fig. 1 im Linsenschnitt gezeigten Ausführungsbeispiel gibt Tabelle 1 die Daten an.For the exemplary embodiment shown in the lens section in FIG. 1, Table 1 indicates the data.

Es handelt sich um ein Mikrolithographie-Projektionsobjektiv für den F2-Excimer-Laser bei 157 nm. Durch den Einsatz von CaF2 und BaF2 (für die Linsen 17, 18, 21, 24, 26, 28, 30) gelang es, bei einer Bandbreite von 0,5 µm, einem Stitching-gerechten Bildfeld von 8,0 × 13,0 mm2, einem Reduktionsfaktor von 4,0 : 1, einem Abstand Objekt Ob zu Bild Im von 1000 mm und bei beidseitiger Telezentrie eine numerische Apertur von 0,8 zu verwirklichen. Eine weitere Erhöhung der numerischen Apertur ist durchaus möglich. Der Farblängsfehler wird um Faktor 3 gegenüber einem reinen CaF2 Objektiv reduziert. Er beträgt noch CHL (500 pm) = 0,095 mm. Dieser Faktor kann durch zusätzliche CaF2-BaF2 Linsenpaare noch gesteigert werden. Der gesamte RMS-Fehler der Wellenfront im Bild IM liegt für alle Bildhöhen bei RMS < 13 m λ, wobei ja die deutlich reduzierte Wellenlänge als Bezugsmaß λ dient.It is a microlithography projection objective for the F 2 excimer laser at 157 nm. By using CaF 2 and BaF 2 (for the lenses 17 , 18 , 21 , 24 , 26 , 28 , 30 ) it was possible to with a bandwidth of 0.5 μm, a stitching-compatible image field of 8.0 × 13.0 mm 2 , a reduction factor of 4.0: 1, a distance object Ob to image Im of 1000 mm and with two-sided telecentric a numerical Aperture of 0.8 to realize. A further increase in the numerical aperture is quite possible. The color longitudinal error is reduced by a factor of 3 compared to a pure CaF 2 objective. It is still CHL (500 pm) = 0.095 mm. This factor can be increased by additional CaF 2 -BaF 2 lens pairs. The total RMS error of the wavefront in image IM lies at RMS <13 m λ for all image heights, whereby the clearly reduced wavelength serves as a reference measure λ.

Die Brechzahlen bei der Hauptwellenlänge λ0 = 157,63 nm des F2-Excimer-Lasers und in 500 pm Abstand bei λ1 = 158,13 nm sindThe refractive indices at the main wavelength λ 0 = 157.63 nm of the F 2 excimer laser and in 500 μm distance at λ 1 = 158.13 nm

n0 = 1,5584n 0 = 1.5584 n1 = 1,5571 für CaF2 n 1 = 1.5571 for CaF 2 n0 = 1,6506n 0 = 1.6506 n1 = 1,6487 für BaF2 n 1 = 1.6487 for BaF 2 n0 = 1,5102n 0 = 1.5102 n1 = 1,5097 für SrF2 n 1 = 1.5097 for SrF 2 n0 = 1,4781n 0 = 1.4781 n1 = 1,4474 für LiFn 1 = 1.4474 for LiF n0 = 1,4648n 0 = 1.4648 n1 = 1,4629 für NaFn 1 = 1.4629 for NaF n0 = 1,5357n 0 = 1.5357 n1 = 1,5328 für KFn 1 = 1.5328 for KF

Daraus ergibt sich eine Abbe-Zahl (invers zur Dispersion):
CaF2 = 1219, BaF2 = 874, SrF2 = 392,
LiF = 674, NaF = 242, KF = 184.
This results in an Abbe number (inverse to the dispersion):
CaF 2 = 1219, BaF 2 = 874, SrF 2 = 392,
LiF = 674, NaF = 242, KF = 184.

Damit hat bei 157 nm BaF2 eine um 40% höhere Dispersion als CaF2. Im Vergleich hat bei 193 nm Quarzglas eine um 54% Dispersion als CaF2. Thus, at 157 nm BaF 2 has a 40% higher dispersion than CaF 2 . In comparison, at 193 nm quartz glass has a 54% dispersion as CaF 2 .

Das Projektionsobjektiv nach Fig. 1 und Tabelle 1 hat insgesamt 39 Linsen und eine planparallele Abschlußplatte P. Sieben Negativlinsen 17, 18, 21, 24, 26, 28 und 30 sind zur Achromatisierung aus BaF2 gemacht. Die Konstruktion steht in direkter Verwandtschaft zu dem in der obengenannten nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 198 55 157.6 (deren Inhalt auch Teil dieser Anmeldung sein soll) beschriebenen Design.The projection objective of Fig. 1 and Table 1 has a total of 39 lenses and a plane-parallel termination plate P. Seven negative lenses 17 , 18 , 21 , 24 , 26 , 28 and 30 are made of BaF 2 for achromatization. The construction is directly related to the above-described non-prepublished patent application DE 198 55 157.6 (the content of which is also intended to be part of this application) described design.

Im Bereich der Systemblende AS ist eine - nicht stark eingeschnürte - dritte Taille T3 bei der Linse 26 ausgebildet, folgend auf die schon klassische Folge von Bauch B1 an Linse 5, Taille T1 an Linse 10, Bauch B2 an Linse 15, Taille T2 an Linse 18 und Bauch B3 an Linse 22, sowie gefolgt von Bauch B4. Besonders hoch entwickelt ist die Linsengruppe von Linse 20 bis 39 mit dem Doppelbauch B3, B4.In the area of the system diaphragm AS, a third waist T3, which is not strongly constricted, is formed on the lens 26 , following the already classic sequence of abdomen B1 on lens 5 , waist T1 on lens 10 , abdomen B2 on lens 15 , waist T2 on lens 18 and abdomen B3 on lens 22 , as well as followed by abdomen B4. Particularly sophisticated is the lens group of lenses 20 to 39 with the double abdomen B3, B4.

Mehrere sphärisch überkorrigierende Lufträume mit größerer Dicke in der Mitte als am Rand sind im Bereich der Blende AS zwischen den Linsen 23/24, 26/27 und 29/30, 30/31 als wesentliches Korrektionsmittel vorgesehen. Dieser Aufbau begrenzt auch bei größter numerischer Apertur die Linsendurchmesser. Die in Tabelle 1 angegebenen Linsenradien - entsprechend den jeweils größten Strahlhöhen - zeigen, daß der Linsendurchmesser maximal 190 mm am Bauch B4 beträgt. Auch sind die Linsendurchmesser ziemlich gleichmäßig verteilt, von Linse 13 im Bereich des zweiten Bauchs B2 bis Linse 34 nahe dem Bild IM liegen alle Linsendurchmesser zwischen 140 mm und 190 mm.Several spherical corrective air through spaces of greater thickness in the middle than at the edge are provided in the region of the aperture AS between the lenses 23/24, 26/27 and 29/30, 30/31 as a key correction means. This design limits the lens diameter even with the largest numerical aperture. The lens radii given in Table 1 - corresponding to the respective largest beam heights - show that the lens diameter is a maximum of 190 mm at the belly B4. Also, the lens diameters are distributed fairly uniformly, from lens 13 in the region of the second surface B2 to lens 34 near the image IM, all lens diameters are between 140 mm and 190 mm.

Die negativen BaF2-Linsen 21, 24, 26, 28, 30 sind in klassischen + - Paaren mit positiven CaF2-Linsen 22, 23, 25, 27, 29 abwechselnd im Bereich des Doppelbauchs B3, B4 vorwiegend vor der Blende AS angeordnet und werden durch zwei negative BaF2-Linsen 17, 18 im Bereich der zweiten Taille T2 ergänzt. Damit ergibt sich ein sehr wirksamer Einsatz des zweiten Kristallmaterials zur Achromatisierung.The negative BaF 2 lenses 21 , 24 , 26 , 28 , 30 are arranged in classic + - pairs with positive CaF 2 lenses 22 , 23 , 25 , 27 , 29 alternately in the region of the double abdomen B3, B4 predominantly in front of the diaphragm AS and are supplemented by two negative BaF 2 lenses 17 , 18 in the region of the second waist T2. This results in a very effective use of the second crystal material for achromatization.

Der den Ansprüchen 9 oder 10 gemäße Einsatz zweier Kristall-Linsenwerkstoffe ergibt sich ausgehend von den beispielsweise aus den Patentanmeldungen DE 198 55 108.8 und DE 198 55 157.6 des Anmelders vom gleichen Anmeldetag und aus anderen Quellen bekannten Objektivdesigns dadurch, daß bei einem DUV-Objektiv (300-180 nm) mit überwiegend Quarzglas-Linsen und vorwiegend blendennahen, der Achromatisierung dienenden CaF2-Linsen die dem Bild IM nächsten Linsen - entsprechend in Fig. 1 Linsen 39, 38 usw. - aus Quarzglas oder CaF2, jetzt durch BaF2- oder SrF2-Linsen ersetzt werden. Die nur wenig anderen optischen Eigenschaften des BaF2 und des SrF2 gegenüber Quarzglas erfordern nur routinemäßige Designänderungen mit einem Optik-Design- Programm. Natürlich kann auch die Planplatte P sinnvoll aus BaF2 gemacht werden. Wird sie jedoch - als Verschleiß- und Schutzelement - ohnedies öfters gewechselt, kann sie auch aus Quarzglas bleiben (im oben genannten Wellenlängenbereich)The use of two crystal lens materials according to claims 9 or 10 results from the lens designs known for example from the patent applications DE 198 55 108.8 and DE 198 55 157.6 of the same filing date and from other sources, characterized in that in a DUV lens ( 300-180 nm) with predominantly quartz glass lenses and predominantly close-glare, the achromatization serving CaF 2 lenses the image IM next lenses - corresponding in Fig. 1 lenses 39 , 38 , etc. - made of quartz glass or CaF 2 , now by BaF 2 - or SrF 2 lenses are replaced. The little different optical properties of BaF 2 and SrF 2 over quartz glass require only routine design changes with an optical design program. Of course, the plane plate P can be useful made of BaF 2 . However, if it is changed more frequently, as a wear and protection element, it can also remain made of quartz glass (in the abovementioned wavelength range).

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zeigt ein 157 nm-Vollfeld-Scanner- Projektionsobjektiv auf der Basis von CaF2-Linsen, das durch den Einsatz von insgesamt fünf Negativlinsen 218, 219, 220, 221; 232, 233, 234, 235; 236, 237; 249, 250; 257, 258 aus NaF in den beiden Taillen, im Blendenraum und im konvergierenden Strahlengang vor der Bildebene Im achromatisiert ist.The exemplary embodiment of FIG. 2 shows a 157 nm full-field scanner projection lens based on CaF 2 lenses, which is produced by the use of a total of five negative lenses 218 , 219 , 220 , 221 ; 232 , 233 , 234 , 235 ; 236 , 237 ; 249 , 250 ; 257 , 258 of NaF in the two waists, in the aperture space and in the convergent beam path in front of the image plane in the achromatized.

Insgesamt drei asphärische Linsenflächen 211, 221, 257, davon zwei auf NaF, tragen zur guten Korrektur bei kompaktem, materialsparendem Bau des Objektivs bei.A total of three aspheric lens surfaces 211 , 221 , 257 , two of them on NaF, contribute to the good correction with a compact, material-saving construction of the objective.

Abbildungsmaßstab 1 : 4, Bildfelddurchmesser 27,2 mm für ein 8 × 26 mm Scanner- Vollfeld und bildseitige numerische Apertur von NA = 0,77 sind wesentliche Kenndaten des Objektivs, dessen RMS-Bildfehler über alle Bildhöhen unter 16 mλ liegt, bei einer Laser-Bandbreite von Δλ = ± 0,2 pm. Die chromatische Längsaberration für den Vergleichswert Δλ = 500 pm beträgt CHL (500 pm) = 0,153 mm. Die einzelnen Geometriedaten sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Der größte genutzte Linsendurchmesser beträgt 46 mm an der Linse 247, 248.Image scale 1: 4, image field diameter 27.2 mm for an 8 × 26 mm scanner full field and image-side numerical aperture of NA = 0.77 are essential characteristics of the lens whose RMS image error is below 16 mλ across all image heights in a laser Bandwidth of Δλ = ± 0.2 pm. The longitudinal chromatic aberration for the comparison value Δλ = 500 pm is CHL (500 pm) = 0.153 mm. The individual geometry data are summarized in Table 2. The largest used lens diameter is 46 mm at the lens 247 , 248 .

Die Gestaltung und Nutzung der Asphären erfolgt hierbei nach den Grundsätzen der Patentanmeldung DE 199 22 209.6 vom 14. Mai 1999 des gleichen Erfinders und Anmelders, die hiermit als Teil der Offenbarung auch dieser Anmeldung gelten soll. The design and use of the aspheres is done according to the principles of Patent application DE 199 22 209.6 of 14 May 1999 of the same inventor and Applicant, which is to be considered as part of the disclosure of this application.  

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie umfaßt als Lichtquelle 301 einen Excimer-Laser, eine Einrichtung 302 zur Bandbreitenreduktion - die auch im Laser integriert sein kann -, ein Beleuchtungssystem 303 mit Homogenisierungs- und Feldblendeneinrichtung u. a., einen Maskenhalter 304 mit Positionier- und Bewegungseinrichtung 314. Ein erfindungsgemäßes Projektionsobjektiv 305 umfaßt Linsen 315, 325 aus verschiedenen Kristallen bzw. Fluoriden. In der Bildebene wird das Objekt auf einem Objekthalter 306 mit Positionier- und Bewegungseinrichtung 316 bereitgestellt. In der Ausführung als Scanner werden Masken- und Objekthalter synchron in um den Abbildungsmaßstab unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegt. Natürlich gehören die hier nicht dargestellten Einrichtungen einer Projektionsbelichtungsanlage wie Steuer- und Regelsysteme, Autofokus, Wafer- und Maskenwechselsysteme, Klimatisierung auch dazu.The projection exposure apparatus of microlithography shown schematically in FIG. 3 comprises an excimer laser as light source 301 , a device 302 for bandwidth reduction, which can also be integrated in the laser, an illumination system 303 with homogenization and field diaphragm device, etc., a mask holder 304 with positioning and mover 314 . A projection objective 305 according to the invention comprises lenses 315 , 325 made of different crystals or fluorides. In the image plane, the object is provided on an object holder 306 with positioning and moving device 316 . In the version as a scanner, mask and object holders are moved synchronously in different speeds at the imaging scale. Of course, the facilities of a projection exposure system, not shown here, such as control and regulating systems, autofocus, wafer and mask changing systems, and air conditioning also belong to this category.

Fig. 4 zeigt ein Objektiv 400 mit einem "Kittglied" 401, d. h. eine ohne Luftspalt getilgte Linsengruppe, die in diesem tiefen UV-Bereich durch Ansprengen gehalten wird, da kein strahlungsbeständiger Kitt/Kleber verfügbar ist. Wie oben gesagt, sind solche Glieder mit positiven LiF und negativen NaF Linsen sinnvoll bzw. mit BaF2 und CaF2. Weitere Linsen 402 im Objektiv 400 sind dann z. B. aus CaF2 oder einem anderen der oben beschriebenen Materialien gefertigt. Fig. 4 shows an objective lens 400 with a "lens component" 401, ie, without an air gap repaid lens group is held in this deep UV region by wringing, since no radiation-resistant mastic / glue is available. As stated above, such members with positive LiF and negative NaF lenses are useful or with BaF 2 and CaF 2 . Further lenses 402 in the lens 400 are then z. B. made of CaF 2 or another of the materials described above.

Fig. 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes katadioptrisches Objektiv, wie es für die Lithographie mit 126 nm oder 109 nm vorgeschlagen wird. Fig. 5 shows schematically a catadioptric objective according to the invention, as proposed for 126 nm or 109 nm lithography.

Das Objekt Ob wird mittels 4 Spiegeln M1 bis M4 und 4 Linsen L1 bis L4 auf die Bildebene Im abgebildet. Eine Linse L1 ist mit dem Spiegel M1 zu einem Mangin-Spiegel vereinigt. Dies erleichtert die Fertigung und reduziert Reflexionsverluste und -störungen. Die Linsen L1, L3, L4, in denen das Strahlungsbündel großen Querschnitt und damit geringe Intensität aufweist, sind aus LiF gefertigt. Die bildnahe Linse L2, die zur Steigerung der numerischen Apertur gebraucht wird, ist aber konzentrierter Strahlung ausgesetzt. Hierfür wird amorphes BeF2 eingesetzt, wegen seiner höheren Strahlungsbeständigkeit. The object Ob is imaged onto the image plane Im by means of 4 mirrors M1 to M4 and 4 lenses L1 to L4. A lens L1 is combined with the mirror M1 to a mangin level. This facilitates manufacturing and reduces reflection losses and disturbances. The lenses L1, L3, L4, in which the radiation beam has a large cross-section and thus low intensity, are made of LiF. However, the image-near lens L2, which is used to increase the numerical aperture, is exposed to concentrated radiation. For this amorphous BeF 2 is used because of its higher radiation resistance.

Das katadioptrische Objektiv soll wegen der Absorption und der relativ schwierigen Herstellung der Linsenwerkstoffe nur wenige Linsen, d. h. 1 bis 10, enthalten. Derartige Mikrolithographie-Projektionsobjektive sind z. B. für 193 nm bekannt, vgl. US 4,701,035 Fig. 12 und US 5,815,310 Fig. 3 mit NA = 0,6 und Quarzglas als Linsenmaterial. Von solchen Systemen ausgehend können konkrete Ausführungen erfindungsgemäßer Objektive abgeleitet werden, unter Vorgabe der optischen Eigenschaften der neu vorgegebenen Materialien.The catadioptric lens is due to the absorption and the relatively difficult production of the lens materials only a few lenses, ie 1 to 10, included. Such microlithography projection lenses are z. B. known for 193 nm, cf. US 4,701,035 Fig. 12 and US 5,815,310 Fig. 3 with NA = 0.6 and quartz glass as a lens material. Starting from such systems, concrete embodiments of the invention can be derived, specifying the optical properties of the newly specified materials.

Auch für die anderen Objektivkonstruktionen der Erfindung ist grundsätzlich die Detailkonstruktion mittels Design-Programmen aus vorhandenen Designs abzuleiten. Dafür sind Brechzahl und Dispersion der Materialien bei den jeweiligen Betriebswellenlängen einzusetzen.For the other lens designs of the invention is basically the Derive detailed design using design programs from existing designs. For this, the refractive index and dispersion of the materials at the respective Use operating wavelengths.

Aus "Handbook of Optics", McGraw-Hill 1995, Ch. 33 Properties of Crystals and Glasses, p. 33.64, ref. [125] sind beispielsweise die Dispersionskurven von
LiF ab 100 nm
NaF ab 150 nm, mit Extrapolation ab 130 nm
KF ab 150 nm, mit Extrapolation ab 130 nm
bekannt.
From "Handbook of Optics", McGraw-Hill 1995, Ch. 33 Properties of Crystals and Glasses, p. 33.64, ref. [125] are, for example, the dispersion curves of
LiF from 100 nm
NaF from 150 nm, with extrapolation from 130 nm
KF from 150 nm, with extrapolation from 130 nm
known.

Zu den Absorptionskanten von BaF2, CaF2, MgF2, SrF2 und LiF2 finden sich Informationen in GB 1 276 700 betreffend ein Bandpaßfilter bei 130 nm.The absorption edges of BaF 2 , CaF 2 , MgF 2 , SrF 2 and LiF 2 can be found in GB 1 276 700 concerning a bandpass filter at 130 nm.

Optische Konstanten der angesprochenen Antireflexschichten finden sich beispielsweise in M. Zukic et al. Applied Optics 29 No. 28, Oct. 1980, p 4284-4292.Optical constants of the mentioned antireflection layers can be found for example in M. Zukic et al. Applied Optics 29 no. 28, Oct. 1980, p 4284-4292.

Die angegebenen Literaturstellen sind natürlich nur Beispiele. Außerdem können die genauen optischen Eigenschaften auch durch Vermessung von Proben mit einem UV- Spektrometer gewonnen werden. The cited references are of course only examples. In addition, the precise optical properties also by measuring samples with a UV Spectrometers are obtained.  

In der Tabelle 3a sind die Abbezahlen einiger Fluoride und zum Vergleich von Quarzglas für die Wellenlängen des ArF- und des F2-Excimerlasers angegeben.Table 3a gives the Abbezahlen some fluoride and for comparison of quartz glass for the wavelengths of the ArF and the F 2 -Excimerlasers.

Daraus abgeleitet sind die Quotienten der Abbezahlen in Tabelle 3b für verschiedene Kron/Flint Kombinationen bei 157 nm angegeben. Großer Quotient bedeutet starke Farbfehlerkorrektur mit wenig Flint.Derived therefrom are the quotients of the Abbe numbers in Table 3b for different Kron / Flint combinations given at 157 nm. Big quotient means strong Color error correction with little flint.

Demnach wäre die Kombination Kron LiF, Flint KF ideal. Die schwierigen Eigenschaften von KF sprechen aber dagegen (Absorption, Wasserempfindlichkeit).Accordingly, the combination Kron LiF, Flint KF would be ideal. The difficult properties from KF speak against it (absorption, water sensitivity).

Jedoch kann mit dem Kron CaF2 nur die Kombination mit NaF gegenüber den Kombinationen mit LiF als Kron konkurrieren.However, only the combination with NaF can compete with the Kron CaF 2 over the combinations with LiF as Kron.

Sobald die Herstellung von Linsen aus LiF der von CaF2-Linsen vergleichbar gut möglich ist, sind also Objektivkonstruktionen mit LiF als Kron vorzuziehen, in Kombination etwa mit BaF2 oder NaF.As soon as the production of lenses made of LiF is comparable to that of CaF 2 lenses, lens constructions with LiF as crown are preferable, in combination with BaF 2 or NaF, for example.

Der erfindungsgemäße Einsatz von Kristall-Linsen bringt auch bei katadioptrischen Systemen im Wellenlängenbereich 130 bis 200 nm die gleichen Vorteile.The inventive use of crystal lenses also brings catadioptric Systems in the wavelength range 130 to 200 nm have the same advantages.

Eine Projektionsbelichtungsanlage mit erfindungsgemäßem Objektiv entspricht zum Beispiel den aus den genannten Patentanmeldungen und anderen Quellen bekannten Aufbauten, jetzt allerdings mit dem erfindungsgemäßen Objektiv.A projection exposure apparatus with an objective according to the invention corresponds to For example, those known from the cited patent applications and other sources Superstructures, but now with the objective according to the invention.

Für 157 nm Systeme ist ein F2-Excimer-Laser mit moderatem Aufwand zur Bandbreitenbegrenzung, ein angepaßtes Beleuchtungssystem z. B. nach der Patentanmeldung DE 198 55 106, jedenfalls mit Fluorid und/oder Spiegel-Optik, aber auch z. B. mit erfindungsgemäßem Objektiv, vorzusehen. Dazu kommen Masken- und Wafer- Positionier- und Handlingssysteme usw. zu dem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv. For 157 nm systems is a F 2 -Excimer laser with moderate effort to limit bandwidth, a matched lighting system z. B. according to the patent application DE 198 55 106, at least with fluoride and / or mirror optics, but also z. B. with inventive lens to provide. These are mask and wafer positioning and handling systems, etc. to the projection lens according to the invention.

Die asphärischen Flächen werden durch die Gleichung:
The aspherical surfaces are given by the equation:

beschrieben, wobei P die Pfeilhöhe als Funktion des Radius h (Höhe zur optischen Achse 7) mit den in den Tabellen angegebenen asphärischen Konstanten C1 bis Cn ist. R ist der in den Tabellen angegebene Scheitelradius. where P is the arrow height as a function of the radius h (height to the optical axis 7 ) with the aspheric constants C 1 to C n given in the tables. R is the peak radius specified in the tables.

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 2 Table 2

Tabelle 3a Table 3a

Abbezahlen pay off

Tabelle 3b Table 3b

Dispersionsvergleich 157 nm Dispersion comparison 157 nm

Claims (18)

1. Objektiv mit Linsen aus mindestens zwei verschiedenen Kristallen.1. Lens with lenses of at least two different crystals. 2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen aus mindestens zwei verschiedenen Fluoriden, insbesondere aus CaF2, BaF2, SrF2, LiF, NaF, KF bestehen.2. Lens according to claim 1, characterized in that the lenses consist of at least two different fluorides, in particular of CaF 2 , BaF 2 , SrF 2 , LiF, NaF, KF. 3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2 mit zusätzlichen Linsen aus glasartigem Material, insbesondere Quarzglas oder amorphem BeF2.3. Lens according to claim 1 or 2 with additional lenses of vitreous material, in particular quartz glass or amorphous BeF second 4. Projektionsobjektiv der Mikrolithographie, korrigiert für die Beleuchtung mit einem F2-Excimer-Laser bei 157 nm, dadurch gekennzeichnet, daß es rein refraktiv ist und Linsen aus BaF2, SrF2, NaF, LiF oder KF enthält.4. projection lens of microlithography, corrected for illumination with a F 2 excimer laser at 157 nm, characterized in that it is purely refractive and contains lenses of BaF 2 , SrF 2 , NaF, LiF or KF. 5. Projektionsobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Kristall-Linsenmaterial CaF2 eingesetzt ist.5. Projection objective according to claim 4, characterized in that CaF 2 is used as a further crystal lens material. 6. Projektionsobjektiv nach Anspruch 4 oder S. dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Negativlinsen aus BaF2 oder SrF2 oder NaF gefertigt sind.6. projection lens according to claim 4 or S. characterized in that individual negative lenses are made of BaF 2 or SrF 2 or NaF. 7. Projektionsobjektiv nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Positivlinsen und einzelne Negativlinsen aus CaF2 gefertigt sind.7. projection lens according to claim 5 or 6, characterized in that all positive lenses and individual negative lenses are made of CaF 2 . 8. Projektionsobjektiv nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bildseitige numerische Apertur über 0,5, vorzugsweise über 0,6, beträgt. 8. projection lens according to at least one of claims 4 to 7, characterized characterized in that the image-side numerical aperture over 0.5, preferably over 0.6, is.   9. Refraktives Projektionsobjektiv der Mikrolithographie, korrigiert für die Beleuchtung mit Wellenlängen unter 360 nm, enthaltend Linsen aus Quarzglas, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden der Bildebene des Objektivs nächsten Linsen aus Kristall, vorzugsweise CaF2, SrF2 oder BaF2, ausgeführt ist.9. Refractive projection lens of microlithography, corrected for the illumination with wavelengths below 360 nm, containing lenses of quartz glass, characterized in that at least one of the two of the image plane of the lens next lenses made of crystal, preferably CaF 2 , SrF 2 or BaF 2 executed is. 10. Objektiv nach Anspruch 3 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ein mikrolithographisches Projektionsobjektiv, korrigiert für die Laser-Beleuchtung mit einer Wellenlänge unter 360 nm, ist und die meisten Linsen aus Quarzglas, mehrere positive Linsen vorzugsweise in Blendennähe, zur Achromatisierung aus CaF2 und eine oder mehrere objektseitige Linsen zum Verhindern des Compaction-Einflusses aus BaF2 oder einem anderen Fluorid, insbesondere SrF2, gefertigt sind.10. Lens according to claim 3 or 9, characterized in that it is a microlithographic projection lens, corrected for the laser illumination with a wavelength below 360 nm, and most lenses made of quartz glass, several positive lenses preferably near the lens, for achromatization of CaF 2 and one or more object-side lenses for preventing the compaction influence from BaF 2 or another fluoride, in particular SrF 2 , are made. 11. Projektionsobjektiv der Mikrolithographie mit einer Arbeitswellenlänge von 100-180 nm mit Linsen aus mindestens zwei der Kristall-Materialien CaF2, BaF2, LiF, NaF, SrF, KF oder des amorphen BeF2.11. Projection objective of microlithography with a working wavelength of 100-180 nm with lenses of at least two of the crystal materials CaF 2 , BaF 2 , LiF, NaF, SrF, KF or the amorphous BeF 2 . 12. Projektionsobjektiv der Mikrolithographie, ausgeführt als katadioptrisches Objektiv mit einer Arbeitswellenlänge von 100-130 nm enthaltend Linsen aus LiF und/oder amphorem BeF2.12. Projection objective of microlithography, designed as a catadioptric objective with a working wavelength of 100-130 nm containing lenses made of LiF and / or amphoric BeF 2 . 13. Achromat-Linsengruppe bestehend aus aneinander angesprengten Linsen aus verschiedenen Fluoriden, insbesondere NaF und LiF oder CaF2 und BaF2.13. achromatic lens group consisting of contiguous lenses of different fluorides, in particular NaF and LiF or CaF 2 and BaF 2 . 14. Projektionsobjektiv mit mindestens einer Achromat-Linsengruppe nach Anspruch 13.14. Projection objective with at least one achromatic lens group according to claim 13. 15. Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Linse eine asphärische Fläche aufweist.15. Lens according to at least one of claims 1 to 14, characterized in that at least one lens has an aspherical surface. 16. Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Linsen eine Dünnschicht-Entspiegelung aus MgF2 und/oder LaF3 tragen. 16. Lens according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that lenses carry a thin-film coating of MgF 2 and / or LaF 3 . 17. Projektionsbelichtungsanlage mit 157 nm Lichtquelle und refraktivem Projektionsobjektiv.17. Projection exposure machine with 157 nm light source and refractive Projection lens. 18. Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie
  • - mit einer Lichtquelle, enthaltend einen Excimer-Laser mit 100-160 nm, vorzugsweise 100-150 nm Wellenlänge,
  • - mit einem Beleuchtungssystem, enthaltend refraktive optische Elemente aus einem oder mehreren Fluoriden, insbesondere Alkali- oder Erdalkalifluoriden,
  • - einem Retikel-Positionier- und Bewegungssystem
  • - mit einem Projektionsobjektiv mit Linsen aus mindestens zwei der Kristall- Materialien CaF2, BaF2, LiF, NaF, SrF, KF oder des amorphen BeF2.
  • - mit einem Objekt-Positionier- und Bewegungssystem.
  • - Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionsobjektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgeführt ist.
  • - Projektionsbelichtungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie für das Stitching-Verfahren ausgelegt ist.
  • - Projektionsbelichtungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Excimer-Laser mit 109, 126, 134, 146 oder 157 nm Wellenlänge als Lichtquelle eingesetzt ist.
  • - Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Bauteile, bei dem ein mit einer lichtempfindlichen Schicht versehenes Substrat mittels einer Maske und einer Projektionsbelichtungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 21 durch ultraviolettes Laserlicht belichtet wird und einer Abbildung eines auf der Maske enthaltenen Musters strukturiert wird.
  • - Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Zerstreuungslinse ein Material eingesetzt ist, dessen Brechungsindex niedriger ist als der durchschnittliche Brechungsindex der in den Sammellinsen verwendeten Materialien.
18. Projection exposure system of microlithography
  • with a light source containing an excimer laser with 100-160 nm, preferably 100-150 nm wavelength,
  • with an illumination system containing refractive optical elements of one or more fluorides, in particular alkali metal or alkaline earth fluorides,
  • a reticle positioning and movement system
  • with a projection objective with lenses made from at least two of the crystal materials CaF 2 , BaF 2 , LiF, NaF, SrF, KF or the amorphous BeF 2 .
  • - with an object positioning and movement system.
  • - Projection exposure apparatus, in particular according to claim 17 or 18, characterized in that the projection lens is designed according to at least one of claims 1 to 15.
  • - Projection exposure apparatus according to at least one of claims 17 to 19, characterized in that it is designed for the stitching method.
  • - Projection exposure apparatus according to at least one of claims 18 to 20, characterized in that an excimer laser with 109, 126, 134, 146 or 157 nm wavelength is used as the light source.
  • Method for producing microstructured components, in which a substrate provided with a photosensitive layer is exposed by means of a mask and a projection exposure apparatus according to at least one of claims 17 to 21 by ultraviolet laser light and a pattern of a pattern contained on the mask is patterned.
  • - Lens according to claim 1, characterized in that in at least one diverging lens, a material is used, the refractive index of which is lower than the average refractive index of the materials used in the converging lenses.
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