专利名称：极高孔径的投影物镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用预定工作波长的紫外线光将布置在投影物镜的物平面内的图案投射到投影物镜的像平面内的投影物镜。
好几十年来，采用光刻术的投影物镜来制造半导体元件和其他精细地构造的部件。这些投影物镜用于将光掩模或刻线板的图案用最高的分辨率以缩小的比例投射到涂覆有光敏层的物体上，光掩模或刻线板在下文中也称为掩模或刻线。
为了产生越来越精细的100nm数量级或之下的结构，尝试将投影物镜的图像侧的数字孔径(NA)放大到超过目前可达到的NA＝0.8或之上范围内的值。此外使用越来越短的紫外线光的工作波长、优选地小于260nm、例如248nm、193nm、157nm或之下的波长。同时尝试利用纯折射屈光系统满足对投射能力的渐增的要求，该纯折射屈光系统与反折射系统相比在构造和生产方面是有利的。然而在波长越来越短的情况下，只有少量的足够透明的材料还可供使用，这些材料的阿贝常数相互比较接近。由此投影物镜的部分消色差产生问题，投影物镜的完全消色差甚至尤其如此，即很大程度地避免或减小色差产生问题。尤其困难的是提供具有足够小的色差的极高孔径的系统。在物场和像场保持不变时，随着孔径增大以及改善投射质量的附加需要，投影物镜在所有三个空间方向上的尺寸增大。尤其与结构宽度减小的增益相比，光学透镜材料的体积增大使这种投影物镜的涨价比例过大。
本发明所基于的任务在于，实现一种投影物镜，其特征在于图像侧的高数字孔径和改进的色差校正。尤其应能够实现节约材料的紧凑结构。
该任务通过具有权利要求1的特征的投影物镜来解决。有利的改进方案在从属权利要求中给出。所有权利要求的字句包含在说明书的内容中作为参考。
按照本发明的一个方面，投影物镜用于利用预定工作波长的紫外线光将布置在投影物镜的物平面内的图案投射到投影物镜的像平面内，其具有多个沿光轴布置的光学元件以及布置在像平面前一定间隔处的系统光阑。该投影物镜被构造为纯折射的(屈光的)单腰身(Taille)系统，该系统具有一个靠近物体的凸部、一个靠近图像的凸部以及位于这两个凸部之间的腰身。在腰身区域内光束直径可明显小于凸部之一范围内的最大光束直径，其中腰身区域内的光束直径可以小于最大光束直径的50％。在该腰身和系统光阑之间的发散光线范围内布置一个负组，其具有带有指向图像的凹侧的有效曲率。
在这个意义上的“负组”是总的具有负折光力的透镜组，其中该透镜组可以包含一个或多个透镜。该有效曲率导致该负组总体上相对于光线路径是弯曲的。该弯曲可以由曲率中心点位于像侧的曲面来表征。透镜的有效曲率(或曲面)由曲率半径rc表征，对于一个入射面具有半径r1以及出射面具有半径r2的透镜来说，如下计算曲率半径rc1/rc＝1/(2*r1)+1/(2*r2)。
(1)如果负组由两个或多个透镜组成，那么如下计算该组的有效曲率1/rc＝1/(n*r1)+1/(n*r2)+1/(n*r3)+1/(n*r4)+…， (2)其中n说明表面的数量。
朝图像凹入的有效曲率和透镜范围内光线的发散一起导致尤其在负组的一个和多个透镜的出射侧出现高的入射角。这首先对于校正高阶的像差来说是非常有效的，尤其对于取决于孔径的像场区域和像场边缘内的单色像差行校正(引起过校正)来说是非常有效的。为了能够特别经济地制造投射物镜，需要使该投射物镜的材料使用最小化。这一方面通过限制到腰身以及另一方面通过使系统的场负荷变得越来越大来实现。通过本发明首先可以在这种高场负荷的情况下只利用腰身来实现对所有单色误差的有效校正。在所示的实例中，已大量地提高场负荷，但还没有到达极限。结合整体较高的非球面性的组的校正可能性有望进一步提高场负荷并由此在将来降低光刻的投影物镜的成本。在此明显地是，在没有如上所述有针对性地采用非球形表面的情况下，投影物镜的孔径和物镜的场负荷不能被驱动到如此高。在此，负组可以至少部分地完成校正功能，否则只能通过提供另一个腰身来实现校正功能。然而相对于这种传统的三凸部系统，在本发明的投影物镜中可以实现显著地减小结构长度、直径，并且减小制造所需的材料体积，从而显著地减小总价格。通过提供场负荷和只结合一个腰身可以明显地减小颜色纵向误差。由此即使在孔径非常高的情况下也可以放弃在围绕光阑的最大透镜中大约在193nm时使用CaF2。
在一个改进方案中，负组包含至少一个具有负折光力和指向图像的凹面的透镜。通过分裂，该负折光力还可以被分配给多个连续的这种具有负折光力的透镜，其中对于像侧的出射面而言曲率中心点分别位于像侧。在此，在只使用一个或两个这种具有负折光力的透镜的情况下，可以实现特别节约材料的紧凑结构。如果两个透镜被排列成行，则有利的是，第一、即物侧的透镜的折光力比该组中相继的、即像侧的那个透镜的折光力强。这种负透镜可以被构造为负凹凸透镜。
已证明是有利的是，将该负组布置在腰身收缩最窄的地方和系统光阑之间的中间区域中。因此，该负组作用于具有平均横截面的光线锥，并且可以具有中等的直径。具有负折光力的透镜自然地位于腰身区域内。此外，应有至少一个具有负折光力的大透镜，以用于光阑区域内的球面校正。特别有利地是在第二腰身的上升区域内提供的负组。腰身中的透镜通常尤其在腰身的中心处具有弯曲，该弯曲服从最小光线偏转的原则，以便引起尽可能小的像差。腰身中发散透镜的任务是首先使会聚光线锥偏转成发散光线锥。这结合大的凸部而允许系统的像场平整或Petzval校正。
另一个任务在于巧妙地校正由具有正折光力的凸部贡献的像差。第二凸部的第一部分中的负组相对于弯曲基本上偏离内部的腰身负透镜。目的不是利用入射和出射侧的平衡负荷来变换光线锥，而是有意的非对称负荷。发散的光线锥在适度偏转的情况下进入透镜，以便之后在负荷达到极限时再次射出。该高度承载的表面允许期望的校正作用。腰身的远离中心的负透镜具有特征的弯曲表面向腰身的中心弯曲。有利地，这些远离中心的透镜“违反”最小偏转的原则。第一腰身负透镜的物侧表面和最后一个腰身透镜的像侧表面结合提供的角负荷对像差校正有特别好的影响。这两个腰身透镜中较重要的透镜是第二凸部紧随其后的那个透镜。反之，在该透镜的情况下，像侧的外表面是决定性的、承受中等高负荷的表面。如果在第二腰身的上升区域内没有已介绍的有利的负组，该第二腰身将必须承担取决于场和孔径的像差校正的重要校正部分。然而，在孔径和场负荷增加时，尽管大量的非球面化，对于倾斜的光线锥而言仍剩下关于场和孔径的不允许的区域成分。
该问题通过第二腰身上升区域内的负组来解决，更具体地说，借助于适当地调整在具有平均光线锥变化的最后一个腰身透镜的出射面上的平均角负荷以及具有小的光线锥变化的、第二腰身上升区域内的一个或多个透镜的出射面上的高角负荷。然后这样匹配地补充针对倾斜的球面像差的校正成分，使得在波阵面偏移最小的同时能够达到最高场负荷和最高孔径、例如NA＝0.95。
当对于以下参数A＝用度数表示的、在第二凸部上升区域内的负组的一个透镜的像侧出射面在气体中的最大角负荷；B＝用度数表示的、在物镜腰身中具有负折光力的最后一个透镜的像侧出射面在气体中的最大角负荷；C＝A的边缘光束高度和A的最大彗形像差光束高度之比；D＝B的边缘光束高度和B的最大彗形像差光束高度之比，成立条件A/B＞C/D时，尤其可以实现合适的比率。
该角负荷可以例如通过相应的光线(在气体中的)最大入射角来量化。
在第二凸部的第一部分中具有特征的负组曲面朝着图像弯曲。总体上具有特征的负组曲面的顶点应位于腰身收缩最紧的区域和系统光阑之间的轴向距离的约30％和约70％之间、尤其约40％和约60％之间的范围内。
可以调节负组的有效曲率以优化系统特性。优选地，有效曲率具有曲率半径rc，该曲率半径与光阑直径DB之比rc/DB位于约0.8和约2.2之间、优选地位于约1.0和约2.0之间、尤其位于约1.1和约1.9之间的范围内。
在优选的实施方式中，透镜物镜在系统光阑区域内具有一个关于垂直于光轴的对称面基本上对称的结构，该结构具有双面凸的正透镜和负凹凸透镜。这个基本上对称的结构允许即使在孔径大时也达到在较小的总非球面性的情况下的优良的校正状态。该对称面优选地位于系统光阑附近。可以朝增大或提高在光阑之后的负透镜的折光力以及减小在光阑之前的负透镜的折光力的方向偏离该对称结构。该对称布置允许较小的非球面化费用。如果改进了更复杂和更剧烈的非球面性的检验和制造途径，则可以在使置于光阑之前的负透镜承受负荷的情况下改变对称性，也即较小的折光力或由整个系统中的非球面性替代。在光阑之后的一个大的负透镜的有效曲率应总是与已经讲述过的在腰身和系统光阑之间上升区域内的负组的曲率指向相同。
在本申请意义上的系统光阑是一个靠近像平面的区域，在该区域中投射的主要光线与光轴相交，或者存在彗形像差光束高度与边缘光束高度一致的地方。用于限制以及必要时调节所使用的孔径的光阑(孔径光阑)可以布置在系统光阑区域内。通过本发明可以实现只利用一个腰身有效地校正所有误差。在此，负组可以至少部分地承担第二腰身的功能，如其存在于传统的三凸部系统中一样。与这种三凸部系统相比，在按照本发明的投影透镜中可以显著地减小结构长度、减小制造所需的材料量以及减小色差。
已证明是有利的是，直接在系统光阑之前布置一个具有物侧凹面的负凹凸透镜并且直接在系统光阑之后布置一个具有像侧凹面的负凹凸透镜。该系统光阑可自由地进入这两个透镜之间，以便例如安装一个用于限制光束直径的可调的光阑。在打开和闭合时，可以附加地轴向移动该光阑。一个有利的改进方案还提供结合这种单腰身系统的球形光阑，因为为此还可使用优选实施方式的光阑曲率。
对称性可以延续直至系统光阑的物侧和像侧近区内。例如直接在系统光阑之前布置一个正/负双合透镜，其具有一个两面凸透镜和在其后的一个具有物侧凹面的负凹凸透镜，并且在系统光阑之后布置一个以与该正/负双合透镜成镜像的方式构成的双合透镜。在一些实施方式中，这些双合透镜还由在物侧或像侧的两面凸透镜所围绕。
可以这样构成系统，使得所有透明的光学元件由相同的材料制造。这尤其适用于248nm，在技术上建议纯石英玻璃的解决方案。在一个针对193nm的工作波长设计的实施方式中，也适于193nm的人造石英玻璃被用于所有的透镜。然而，一个或多个具有提高的光线负荷和设置负荷(在小Sigma情况下的偶极子、四极子)的靠近图像的透镜可由其它的材料、例如CaF2构成。针对157nm的实施方式也是可行的，其中所有透镜由氟化钙或与其它氟化物晶体材料组合地构成。也可以组合多个不同材料，例如以便使色差校正更容易或减小密度或透镜变热。例如在193nm的情况下，在一些或所有透镜中，人造石英玻璃可以由晶体材料、例如氟化钙代替。
根据本发明可以实现极高孔径的投影物镜，尤其还可以实现纯折射的投影物镜，其中在像侧的数字孔径为NA≥0.85。优选地，该数字孔径至少为0.9。
优选的投影物镜的特征在于有利的结构特征和光学特征的数量，这些特征是单独地或以相互结合的方式使物镜适用于非常细微的微光刻技术所需的。
在系统光阑区域内优选地布置至少一个非球形表面。优选地，在多个非球形表面紧密地连续地位于光阑之后。此外，可以有利的是，在系统光阑之前的最后一个光学表面和在系统光阑之后的第一个光学表面是非球面。这里，尤其可以设置具有背向光阑的曲率的相对的非球形表面。系统光阑区域内非球形表面的数量高有利于球面像差的校正，并且对等晕的调节产生有利的影响。
此外，可以有利的是，在腰身和系统光阑之间在腰身附近布置至少一个具有物侧凹面的正凹凸透镜。代替一个这种凹凸透镜，可以设置多个、例如两个连续的这种类型的透镜。
特别有利的是以下实施方式，其中在腰身和系统光阑之间按这个顺序至少在两个透镜之间有效曲率发生变化，其中第一透镜的有效曲率位于物侧并且紧接着的透镜的有效曲率位于像侧。优选地，分别设有两个连续的具有各自的曲率的正透镜。因此，在这些透镜或透镜组之间的区域内，在有效曲率的曲率中心点的位置上发生变化。
优选地，在腰身的区域内连续布置多个负透镜，在优选的实施方式中，至少有两个、有效地有三个负透镜。这些负透镜承担Petzval校正的主要负荷以及一部分倾斜的光线锥校正。
在进入第二凸部时，在系统物侧的输入端有至少两个负透镜是有利的，以便扩大来自於菟的光束。三个或更多的这种负透镜是优选的。在高输入孔径的情况下，有利的是，在至少一个第一透镜上设有至少一个非球形表面。优选地，每个输入侧的负透镜都具有至少一个非球形表面。
当在单腰身的物镜的情况下对于最初的两个透镜分别发生晶片侧的非球面化时，将有利地与透镜的折光力无关。第一非球面越靠近刻线，光线锥分开越大并且非球面化越有效。于是，第二透镜正面的非球面也仍十分靠近刻线，但已具有完全不同的光线锥横截面，因此可以理想地相互补充非球面对并且该非球面对此外起最佳的作用。然而为小心起见必须提及的是，光线锥横截面特别小并由此提高了对制造特别平整的非球面透镜的要求。
优选地，在该输入组之后是具有强的正折光力的透镜组，该透镜组是光线导向的第一凸部。特别有利的是以下实施方式，在这些实施方式中在刻线和腰身之间至少在两个透镜之间有效曲率发生变化，其中第一透镜的有效曲率位于物侧并且紧接着的透镜的有效曲率位于像侧。优选地，分别设有两个连续的具有各自的曲率的正透镜。因此，在这些透镜或透镜组之间的区域内，在有效曲率的曲率中心点的位置上发生变化。在该组中，至少一个具有正折光力和像侧凹面的凹凸透镜可以有利地位于物平面的近区内在光束高度还较大的区域内，因为该凹凸透镜有助于物镜的Petzval卸载。
上述的和其它的特征除了可从权利要求中看出，还可从说明书和附图中看出，其中在本发明的一个实施方式中或在其它领域中可以分别单独地实现单个特征或以子组合的形式实现多个特征，以及单个特征可以构成有利的以及本身能够受保护的实施方案。
图1是折射的投影物镜的一个实施方式的一段透镜，该投影物镜被设计用于193nm的工作波长。
图2是折射的投影物镜的一个实施方式的一段透镜，该投影物镜被设计用于157nm的工作波长。
图3是折射的投影物镜的一个实施方式的一段透镜，该投影物镜被设计用于193nm的工作波长。
图4是折射的投影物镜的一个实施方式的一段透镜，该投影物镜被设计用于157nm的工作波长。
在下面优选实施方式的说明中，概念“光轴”表示通过球形光学部件的曲率中心点或通过非球形元件的对称轴的直线。当它们朝着像平面或朝着位于像平面的、待曝光的衬底的方向时，方向和距离被描述为在像侧、在晶片一侧或朝着图像，以及当它们相对于光轴朝着物体时，方向和距离被描述为在物侧、在刻线一侧或朝着物体。在实例中，该物体是具有集成电路图案的掩模(刻线)，但也可以是另一种图案、例如光栅。在实例中，在用作为衬底并且配备有光刻胶层的晶片上形成图像，然而其他的衬底也是可能的，例如用于液晶显示器的元件或用于光栅的衬底。
在图1中示出了本发明的纯折射的缩小物镜1的特征结构。该缩小物镜用于在像场中没有遮蔽或阴影的情况下将布置在物平面2中的刻线图案或类似的以缩小的比例、例如以4∶1的比例投射到与物平面共轭的像平面3中。该缩小物镜是旋转对称的单腰身系统，其透镜沿垂直于物平面和像平面的光轴4布置并形成一个物侧的凸部6、一个像侧的凸部8以及位于之间的腰身7。系统光阑5位于靠近图像的大光束直径区域内。
透镜可以被细分成多个连续的具有特定特性和功能的透镜组。在投影物镜的输入端处的紧跟在物平面2之后的第一透镜组LG1总体上具有负折光力并且用于扩大来自物场的光线锥。之后的总体上具有负折光力的第二透镜组LG2形成第一凸部6并且使光线在后面的腰身7之前重新聚集在一起。具有负折光力的第三透镜组LG3位于腰身7区域内。在第三透镜组LG3之后是由正凹凸透镜组成的具有正折光力的第四透镜组LG4，之后是由负凹凸透镜组成的具有负折光力的第五透镜组LG5。紧跟其后的具有正折光力的透镜组LG6将光线引至系统光阑5。第七、也即最后一个透镜组LG7位于该系统光阑5之后，透镜组LG7主要由具有正折光力的单个透镜组成并且为产生极高的像侧数字孔径NA＝0.93作出主要贡献。
第一透镜组LG1以三个负透镜11、12、13开始，其按以下顺序包含具有非球面入射侧的负透镜11、具有像侧曲率中心点和非球面入射侧的负凹凸透镜12以及具有物侧曲率中心点和非球面出射侧的负凹凸透镜13。在目前高输入孔径的情况下，应在最初的两个透镜11、12中至少一个透镜上设有至少一个非球形表面，以便在该区域内限制像差的产生。如在本实例中，优选地在三个负透镜中的每个透镜上设置(至少)一个非球形表面。
第二透镜组LG2以小的空间距离位于第一透镜组LG1的最后一个透镜13之后，具有两面凸的正透镜14、另一个两面凸的正透镜15、具有像侧曲率中心点的正凹凸透镜16、另一个具有几乎为平面的出射侧的正透镜17、具有像侧表面曲率中心点的正凹凸透镜18以及3个其他的具有相同弯曲方向的凹凸透镜19、20、21。透镜15的入射侧和最后一个凹凸透镜21的接近腰身的出射侧都是非球面。由此在腰身区域内出现一个非球形表面。第二透镜组LG2构成物镜的第一凸部6。一个特点由布置在最大直径处的正凹凸透镜16产生，该正凹凸透镜16的曲率中心点位于像侧。该透镜组主要用于Petzval校正、失真校正和Telezentrie校正和主要部分之外的像场校正。
第三透镜组LG3由三个负凹凸透镜22、23、24组成，其界面分别是球面。该透镜组承受像场曲率校正的主要负荷，并且被如此构造，使得尽管NA＝0.93的系统孔径高，但射到透镜表面上的光线的最大入射角位于大约60°之下或者该入射角的正弦分别位于0.85之下。第三组的第一负透镜22优选地为一个两面很凸的透镜，因此主要的腰身7以很弯曲的表面开始。
紧跟在腰身7之后的第四透镜组LG4由两个具有物侧凸面的正凹凸透镜24、25组成，其中输入侧的凹凸透镜24的出射侧是非球面，其余表面是球面。在其他的实施方式中，在这个地方也可以只设置一个具有相应曲率的正凹凸。
紧跟在第四透镜组之后的第五透镜组LG5同样具有两个凹凸透镜27、28，然而这两个透镜分别具有负折光力并且凹面指向像场3。同样，在这个地方也可以只设置一个负凹凸透镜，其曲率中心点位于晶片侧。这种有至少一个具有负折光力的透镜的组对于单腰身系统的功能来说是一个重要的校正元件，以便完美地校正离轴的像差。尤其可以由此实现具有相对小的透镜直径的紧凑设计。
由于总体上为负折光力，所以第五透镜组LG5在此处也被称为负组。负凹凸透镜27、28中的每个可以由用虚线示出的曲面来表征，该曲面在入射面和出射面之间的中心处伸展，并且其半径rc可以根据公式(1)进行计算。用虚线示出的整个负组LG5的曲面与单个透镜27、28的曲面一样具有指向像平面3的凹侧或位于像侧的曲率中心点，整个负组LG5的曲面可以根据公式(2)进行计算。该曲面位于单个透镜27、28的曲面之间的中心处。该负组被布置在腰身7收缩最窄的区域和发散光线锥区域内的系统光阑5之间的约中心处。与光线路径方向相反的弯曲导致在两个负凹凸透镜的出射面上、尤其在第一凹凸透镜27的出射面上出现出射光线的高入射角，该光线尤其对于单色的、极依赖于场和射光孔的像差而言具有很强的校正效果。在其他的实施方式中，在这个地方也可以设置具有朝着图像的凹曲面的单个负透镜。具有三个和更多透镜的负组也是可行的。在多个透镜的情况下，只要总体上存在负折光力，就不必每个透镜都是负透镜。应避免曲面的曲率太大和太小，以便能够在最佳的校正效果和可通过生产技术控制的大入射角之间进行折衷。用虚线示出的透镜组LG5的曲面半径rc和光阑直径之间的比率应位于约0.8和2.2之间并且在本实施方式中约为1.035(总值)。
此外，特别重要的是在紧跟在腰身7之后的第二凸部8的输入区域内第四透镜组LG4的凹凸透镜和第五透镜组LG5的透镜之间的曲率中心点的位置发生变化。由此可以实现在孔径为极限时能够平滑倾斜的球面像差。
第六透镜组LG6以两面凸的正透镜29、30的顺序开始。它们的聚集作用又通过之后的剧烈弯曲的负凹凸透镜31来补偿。该位于光阑5之前的负凹凸透镜朝着光阑弯曲，也即具有物侧凹面。相应的配对物直接位于光阑之后。该负凹凸透镜32同样朝着光阑弯曲，其具有像侧凹面。在该负凹凸透镜32之后时两个具有最大直径的大的两面凸的正透镜33、34。紧随其后的是两个朝着像平面凹入的正凹凸透镜35、36、弱负凹凸透镜37、具有弯曲小的入射侧和几乎为平面的出射侧的弱正透镜以及面平行的盖板39。
相对延长的并且从腰身到最大直径慢慢变宽的第二凸部结构以关于对称面基本上对称的方式被构造在系统光阑5的区域内，盖对称面垂直于光轴延伸并且位于系统光阑附近。在此，负凹凸透镜31、32、包围这两个负凹凸透镜的正透镜30、33以及被布置在这些双合透镜之外的双面凸透镜29和34几乎镜像对应。因此，第二凸部围绕光阑的中心区域只包含作为正透镜的双面凸透镜以及只包含作为负透镜的弯曲的凹凸透镜。在成对透镜30、32和32、33中分别形成凹凸透镜形的空间。
第一凸部在下降区域内包含一个弱正凹凸透镜19。其与后面的更厚的凹凸透镜20一起形成一个剧烈弯曲的、向外敞开的空间。在紧随其后的空间内存在一个弯曲较小、向外闭合的空气凹凸透镜。由此，可以改进在径向和切向截面的外壳调整。同时，还可以由此将负透镜22的凹入射面区域内的角负荷保存在孔径负荷之下。Petzval校正基本上由腰身区域内的透镜结合大的凸部完成。然而，一个腰身就足够了。在第五透镜组的朝着图像弯曲的透镜27具有负折光力的情况下，应特别注意好的集中，因为轻微的分散将立即在承受高负荷的出射面上提供彗形像差成分。
在表格1中以列表的形式总结了利用已知方式设计的规范。在此，第1列给出了折射面或以其他方式为特征的表面的数量，第2列给出了表面半径r(以mm为单位)，第3列给出了被称为厚度的一个表面到下一个表面的距离d(以mm为单位)，第4列给出了入射面之后的光学部件的材料以及第5列给出了部件材料的折射率或折射指数。在第6列中给出了透镜可用的自由半径或半自由直径(以mm为单位)。
在该实施方式中，12个表面、即表面2、4、7、10、23、31、36、41、43、45、48和50是非球面。表格2给出了相应的非球面数据，其中按以下规则计算非球形表面p(h)＝[((1/r)h2)/(1+SQRT(1-(1+K)(1/r)2h2)]+C1*h4+C2*h6+…其中半径的倒数(1/r)给出表面曲率并且h给出表面上的点到光轴的距离。因此，p(h)给出所谓的矢高、即表面上的点到沿z方向、也即光轴方向的表面顶点的距离。在表格2中再现了常数K、C1、C2…可借助于本说明再现的光学系统1被设计用于约193nm的工作波长，其中所有透镜所采用的人造石英玻璃具有n＝1.56029的折射指数。像侧的数字孔径为0.93。该物镜具有1342mm的结构长度(像平面和物平面之间的距离)，场大小为10.5*26.0mm。
因此制造了一种投影物镜，其在工作波长为193nm时工作，可借助于传统的透镜生产和曝光技术来生产，并且允许明显小于100nm的结构分辨率，并且很好地进行校正。这从在193nm时在所有图像高度上小的横向像差值和最大3.3mλ的波阵面均方根值中清楚地看出。
根据图2以及表格3和4来讲述另一个实施方式，其被设计用于157nm的工作波长并且只由氟化钙部件构成。透镜的种类和顺序对应于按照图1的实施方式。因此，相互对应的透镜和透镜组用相同的附图标记来表示。结构长度为1000mm的物镜100稍微更紧凑一些，具有0.93的数字孔径和12*17mm的场大小。所有图像高度上3mλ的最大波阵面均方根值证明了该物镜显著的校正状态。该实例示出，本发明的基本原理可以简单地套用于针对其他工作波长的物镜。
根据图3以及表格5和6来讲述另一个实施方式300，其被设计用于193nm的工作波长。除了靠近像平面3的倒数第二个透镜38之外，所有的透镜都由人造石英玻璃构成。该正透镜38由氟化钙构成，并且对横向色差具有正效应，而同时几乎不产生不期望的颜色纵向误差。透镜的种类和顺序基本上对应于按照图1的实施方式，其中与按照图1的实施方式的区别是在该实施方式中朝着图像凹入的正凹凸透镜36这里被拆分成两个具有相同曲率方向的正凹凸透镜36、36′。相互对应的透镜和透镜组用相同的附图标记来表示。该物镜300具有1250mm的结构长度、NA＝0.9的数字孔径和10.5×26mm的场大小。最大波阵面均方根值位于5和6mλ之间。
根据图4以及表格7和8来讲述另一个被设计用于157nm的工作波长的透镜物镜400的实施方式，其中所有透镜由氟化钙构成。在此，大多数或所有透镜的结晶<111>轴基本上与光轴平行。透镜的种类和顺序尽可能地对应于按照图1的实施方式，因此相互对应的透镜和透镜组用相同的附图标记来表示。在结构长度约为1069nm并且场大小为6.0×22mm时，获得NA＝0.95的数字孔径。所有图像高度上约2.6mλ的最大波阵面均方根值证明了该物镜显著的校正状态。透镜13、15、16、18、21、24、26、28、30、33、35和36相对于其余的透镜分别围绕光轴旋转60°，以便实现对双折射效应的校正，该双折射效应可能由氟化钙固有的双折射引起。在按照图2的实施方式中也可以设置这种措施。在表格9和10中给出了针对193nm的工作波长计算的、NA＝0.95的可比较的透镜物镜的设计数据。如果设有具有朝向<100>的晶体透镜的实施方式，那么这些晶体透镜总是与朝向<111>的透镜混合。适于补偿的<100>透镜的相对旋转约为45°，与其相反，在<111>透镜的情况下相对旋转约为60°。当在材料内具有可比较的光学路径和可比较的入射角的透镜以按计划的和成对的方式旋转时，基本上可实现好的补偿。
表格1(Shs2003)
表格2表面NR.2 表面NR.31表面NR.45K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C11.22433248e-008 C11.22715232e-008C1-3.73975169e-009C29.17630275e-012 C2-5.90002335e-013 C2-3.74336974e-015C35.91043068e-016 C3-1.03677463e-017 C39.45872960e-019C4-2.47816893e-019C41.00008208e-022C4-1.44091264e-024C53.41011256e-023 C51.75475591e-026C51.88129553e-028C6-2.42906864e-027C6-6.61198967e-031 C62.31885357e-033C7-7.26295145e-038表面NR.4 表面NR.36 表面NR.48K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C12.09935818e-007 C13.01531517e-009 C1-4.13086555e-010C2-1.58583859e-011C2-4.91017017e-014C23.90501705e-014C3-7.02615456e-016C32.75994489e-019 C33.91619841e-020C43.85802113e-019 C42.00585563e-023 C43.21475780e-024C5-7.10886225e-023C5-1.33495290e-027C51.41056342e-028C67.34912873e-027 C67.55261132e-032 C67.14264851e-034C7-3.35590933e-031C7-3.14630848e-037C71.33303621e-038表面NR.7 表面NR.41 表面NR.50K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C16.30425513e-009 C1-3.34727519e-010C18.02621332e-010C2-3.91904384e-013C2-1.54638784e-014C21.98373377e-014C3-1.31611782e-017C3-2.56886946e-019C31.35524355e-022C4-2.73217947e-021C42.42822109e-025 C4-1.48469224e-024C51.92288995e-029 C5-1.00499822e-030C5-3.04177451e-025C67.09209045e-033 C6-1.45678875e-033C66.68937241e-029 C75.08658073e-038C7-3.22999413e-033表面NR.10 表面NR.43K 0.0000 K 0.0000C14.51583031e-009 C1-6.26438092e-010C21.37702459e-013 C2-2.42562722e-015C3-6.06055882e-018C3-1.54495891e-019C4-2.53779695e-022C4-1.83563042e-024C5-3.73570196e-027C54.03910963e-029C61.13076924e-030 C62.69828997e-033C7-3.82690442e-035C7-1.10606501e-037表面NR.23K 0.0000C17.72459905e-008C23.04280743e-012C32.31066672e-016C44.78460943e-021C54.57773509e-024C6-5.03222417e-028C75.93537498e-032
表格3(Shs2004)
表格4表面NR.2 表面NR.31 表面NR.45K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C14.04200750e-008 C13.00166168e-008 C1-9.04760702e-009C23.81876586e-011 C2-2.58415596e-012C2-1.63991553e-014C35.03315092e-015 C3-8.33331517e-017C37.44005317e-018C4-3.49627521e-018 C41.36287634e-021 C4-2.09009335e-023C58.55465831e-022 C54.56615511e-025 C54.81547907e-027C6-1.10162987e-025 C6-3.21288704e-029C61.07329470e-031C7-6.06561304e-036表面NR.4 表面NR.36 表面NR.48K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C15.00885457e-007 C17.42096101e-009 C1-1.01554668e-009C2-6.73594057e-011 C2-2.14890363e-013C21.70305715e-013C3-5.63021479e-015 C32.10259884e-018 C32.95803828e-019C45.25874660e-018 C42.93924925e-022 C44.48800481e-023C5-1.72712950e-021 C5-3.44512052e-026C53.60194072e-027C63.18784558e-025 C63.42432345e-030 C63.09218205e-032C7-2.59898831e-029 C7-2.42014198e-035C71.11798441e-036表面NR.7 表面 NR.41 表面 NR.50K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C11.63223882e-008 C1-8.35434016e-010C11.93111104e-009C2-1.63813024e-012 C2-6.91469747e-014C28.65128317e-014C3-1.08828380e-016 C3-2.02033656e-018C36.58669900e-021C4-5.14236275e-020 C42.25402896e-024 C4-2.03332737e-023C5-4.70980651e-024 C53.72242911e-028 C5-2.20168557e-029C62.65671689e-027 C63.20803731e-031 C6-6.84618723e-032C7-2.41428161e-031 C74.14434278e-036表面NR.10 表面 NR.43K 0.0000 K 0.0000C11.08458836e-008 C1-1.52986987e-009C26.34606387e-013 C2-1.10887104e-014C3-4.79999941e-017 C3-1.19044876e-018C4-3.88550006e-021 C4-2.65113635e-023C5-7.97813456e-026 C51.01435593e-027C65.17810873e-029 C61.25351252e-031C7-3.15751405e-033 C7-9.10473118e-036表面NR.23K 0.0000C11.86228378e-007C21.34530827e-011C31.90817638e-015C42.47700195e-020C51.48998352e-022C6-3.26357684e-026C76.39194153e-030
表格5(m1659a)
表格6表面NR.4 表面 NR.31 表面NR.48K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C11.89471885e-007 C17.59066257e-009 C1-2.57047835e-011C2-6.02710229e-012C2-5.13712565e-013C22.34238635e-014C31.53417903e-016 C3-1.12360493e-017C32.59035963e-019C4-2.42817642e-020C4-1.78576425e-021C42.27193081e-024C59.58992339e-026 C55.82554954e-029C55.70562716e-024 C6-6.73381570e-030C64.60561363e-033C6-7.46671442e-028 C7-4.21140368e-038C74.25930704e-032表面NR.7 表面NR.36 表面NR.50K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C13.66131696e-009 C11.25923077e-009 C14.01128359e-010C2-1.30949841e-013C2-2.53075485e-014C22.65597086e-015C31.06295513e-016 C33.04931813e-018 C36.44693849e-020C4-9.94272982e-021C4-1.11476591e-022C44.81837039e-024C53.83041775e-025 C5-2.12954081e-027C51.01089127e-028C62.71682194e-030 C63.80719952e-031 C6-5.98482220e-033C7-5.66222517e-034C7-1.32616533e-035C71.07932955e-037表面NR.10 表面NR.41K 0.0000 K 0.0000C1-5.39079178e-010C18.47964979e-010C21.65472968e-013 C21.31624211e-014C3-1.48200988e-018C3-6.67941632e-019C4-4.26542196e-022C4-2.85032922e-023C52.23375010e-026 C59.45648624e-028C6-4.68780777e-031C63.12077825e-033C72.49086051e-036表面NR.23 表面NR.45K 0.0000 K 0.0000C11.12693938e-007 C1-3.98398365e-009C23.12498460e-012 C2-8.63014001e-015C31.69981511e-016 C31.08554002e-018C43.48067953e-020 C43.83549756e-025C5-5.03222312e-024C54.90933881e-028C68.68868128e-028 C65.51369375e-033C7-3.88286424e-032C7-2.09514835e-037
表格7(Shs2010)
表格8表面NR.2 表面NR.31 表面NR.48K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C11.43214516e-007 C13.37616068e-008 C1-1.11964446e-009C2-1.05523323e-011 C2-1.35772165e-012C21.27445676e-013C31.33937296e-014 C3-9.13855026e-017C3-6.74866729e-020C4-3.81541827e-018 C42.55494973e-021 C43.35598915e-023C57.71238693e-022 C58.18743728e-026 C51.67085809e-027C6-1.24242959e-025 C6-3.21333945e-030C6-9.92306326e-033C71.04382716e-029 C7-1.70882417e-034C74.04149705e-037表面NR.4 表面NR.36 表面NR.50K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C14.22469071e-007 C13.39133645e-009 C11.68697911e-009C2-2.02044975e-011 C2-1.01165561e-013C26.71519010e-014C3-9.99096667e-015 C3-4.16392158e-018C3-1.12711844e-018C42.57319928e-018 C4-4.60775252e-023C4-3.58730491e-023C5-3.55404240e-022 C5-4.18366165e-027C54.82205527e-028C62.76031008e-026 C6-3.56809896e-032C62.73665299e-032C7-1.04425360e-030 C76.85585311e-036 C7-6.49697083e-037表面NR.7 表面NR.41 表面NR.54K 0.0000 K 0.0000 K 0.0000C16.69007068e-008 C1-1.504 47859e-009 C18.11862732e-010C2-8.14794171e-012 C2-4.05442091e-014C29.24410971e-014C31.44046983e-016 C3-7.06684952e-019C34.20674572e-018C4-6.18733673e-020 C4-2.92843853e-023C41.09384658e-021C51.33863248e-024 C54.58323842e-028 C5-1.19932277e-025C66.01771051e-028 C62.24810472e-032 C65.78613553e-030C7-4.18169671e-032 C73.26320529e-037 C7-3.28204739e-034表面NR.10 表面NR.43K 0.0000 K 0.0000C12.09103125e-008 C1-1.43187993e-009C23.74013441e-013 C28.61397718e-015C3-4.28287142e-017C4-7.74198571e-021 C3-4.27133053e-019C57.15651505e-025 C4-1.67623847e-023C6-2.00926873e-029 C57.56870039e-028C7-1.13570242e-034 C64.59600825e-032C7-1.56107786e-036表面NR.23 表面NR.45K 0.0000 K 0.0000C12.79935405e-007 C1-7.40459945e-009C21.51575623e-011 C2-9.68327166e-015C31.48076409e-015 C34.20547857e-018C41.82749522e-019 C4-2.29946961e-023C54.42569184e-023 C51.66748551e-027C6-6.88248081e-027 C64.76274324e-032C72.98012936e-030 C7-1.41676650e-036
表格9(SHS2007)
表格10表面NR.2 C52.76794296e-027 K 0.0000C6-3.72884626e-031C19.18566931e-010K 0.0000 C75.44983867e-037 C22.34181695e-014C16.13378195e-008 C3-2.37718980e-019C2-1.21093962e-012 C4-4.99822008e-024C34.03974995e-015 表面NR.36 C54.49770758e-029C4-9.55444255e-019 C61.89095883e-033C51.47785598e-022 K 0.0000 C7-3.25678700e-038C6-1.63598785e-026C11.62423735e-009C78.81916303e-031 C2-2.90322074e-014C3-1.28032707e-018表面NR.54C4-8.13073474e-024表面NR.4 C5-2.82547328e-028K 0.0000C6-1.12054203e-032C14.98993424e-010K 0.0000 C73.63330556e-037 C22.96497812e-014C12.40106346e-007 C37.13814561e-019C2-1.01253531e-011 C46.37411566e-023C3-3.29559355e-015表面NR.41 C5-9.87253699e-027C47.33617239e-019 C68.78681835e-031C5-8.72083684e-023K 0.0000 C7-3.08278753e-035C66.00312066e-027 C1-8.25877332e-010C7-1.80296882e-031C2-1.35293772e-014C3-1.52207044e-019C4-3.79513424e-024表面NR.7 C54.70194280e-029C61.38778762e-033K 0.0000 C72.29251252e-038C14.18009370e-008C2-2.90287476e-012C3-6.63126937e-017表面NR.43C4-1.02006062e-020C51.19401776e-024 K 0.0000C6-3.86272749e-029C1-7.55685880e-010C71.07942556e-033 C23.51491917e-015C3-1.00447098e-019C4-2.72274784e-024表面NR.10 C57.10036568e-029C62.88999682e-033K 0.0000 C7-6.70709105e-038C11.02570958e-008C21.91710967e-013C3-2.01472753e-017表面NR.45C4-9.85838048e-022C58.93935503e-026 K 0.0000C6-2.25592871e-030C1-3.91274835e-009C76.58672348e-036 C2-3.25534545e-015C39.56631278e-019C4-3.12533946e-024表面NR.23 C51.54402231e-028C63.02878298e-033K 0.0000 C7-6.01532104e-038C11.54526224e-007C25.83194952e-012C33.45258425e-016 表面NR.48C43.91617672e-020C54.12332466e-025 K 0.0000C63.60449958e-028 C1-5.54279925e-010C75.30220523e-032 C24.37404892e-014C3-2.36005962e-020C45.02991088e-024表面NR.31 C51.62614899e-028C6-6.64121367e-034K 0.0000 C71.69853177e-038C11.96722680e-008C2-5.31456030e-013C3-2.13215304e-017表面NR.50C47.69697830e-02权利要求
1.投影物镜，用于利用预定工作波长的紫外线光将布置在所述投影物镜的物平面内的图案投射到所述投影物镜的像平面内，所述投影物镜具有大量光学元件，其沿着光轴布置，以及以一定的距离布置在所述像平面之前的系统光阑(5)；其中所述投影物镜被构造为具有一个靠近物体的凸部(6)、一个靠近图像的凸部(8)和一个位于所述两个凸部之间的腰身(7)的纯折射的单腰身系统，并且在所述腰身(7)和所述系统光阑(5)之间的发散光线区域内布置一个负组(LG5)，所述负组具有一有效曲率，该有效曲率具有指向图像的凹侧。
2.如权利要求1所述的投影物镜，其中所述负组(LG5)包含至少一个具有负折光力和朝向图像的凹面的透镜(27、28)。
3.如权利要求1或2所述的投影物镜，其中所述负组(LG5)包含至少两个、尤其正好两个具有负折光力和分别具有朝向图像的凹面的透镜(27、28)，其中所述组中在物侧的透镜(27)的折光力优选地大于所述组中紧跟在透镜(27)之后的透镜(28)的折光力。
4.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中所述负组(LG5)被布置在所述腰身(7)收缩最紧的地方和所述系统光阑(5)之间的中间区域内，其中所述负组的曲面的顶点优选地位于所述腰身(7)收缩最紧的地方和所述系统光阑(5)之间的轴向距离的约30％～约70％、尤其约40％～约60％的范围内。
5.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中所述负组(LG5)具有有效曲率，所述有效曲率具有曲率半径rc，所述曲率半径与所述系统光阑(5)的光阑直径DB之比rc/DB位于约0.8和约2.2之间、优选地位于约1.0和约2.0之间、尤其位于约1.1和约1.9之间的范围内。
6.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述系统光阑(5)区域内存在一个具有双面凸透镜(29、30、33、34)和负凹凸透镜(31、32)的基本上对称的结构。
7.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中直接在所述系统光阑(5)之前布置一个具有物侧凹面的负凹凸透镜(31)，并且直接在所述系统光阑之后布置一个具有像侧凹面的负凹凸透镜(32)。
8.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中直接在所述系统光阑(5)之前布置一个正/负双合透镜，其具有一个两面凸透镜(30)和在后面的一个具有物侧凹面的负凹凸透镜(39)，并且直接在所述系统光阑之后布置一个正/负双合透镜，其具有一个具有像侧凹面的负凹凸透镜(32)和在后面的一个双面凸透镜(33)。
9.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述系统光阑(5)和所述像平面(3)之间布置至少一个双面凸的正透镜，优选地布置两个双面凸的正透镜(33、34)。
10.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述系统光阑(5)之前的最后一个光学表面和/或在所述系统光阑之后的第一个光学表面是非球面。
11.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中所述投影物镜被设计用于248nm、193nm或157nm的工作波长。
12.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中必要时除了至少一个靠近图像的小直径的透镜和盖板之外，所有透明的光学元件用相同的材料、尤其用人造石英玻璃来制造。
13.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中所述投影物镜具有一个在像侧的数字孔径NA≥0.85，其中优选地NA≥0.9。
14.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述腰身(7)和所述系统光阑(5)之间在所述腰身附近布置至少一个具有物侧凹面的正凹凸透镜(26)。
15.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述腰身(7)和所述系统光阑(5)之间按该顺序布置至少一个具有像侧凹面的透镜(26)，并紧随其后布置至少一个具有物侧凹面的透镜(27、28)，其中具有像侧凹面的第一透镜优选地具有正折光力。
16.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述腰身(7)区域内布置一个具有至少两个负透镜(2、3、4)的负组，其中所述负组优选地具有至少三个连续的负透镜。
17.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述物平面之后的第一透镜组具有至少两个负透镜(11、12)。
18.如权利要求17所述的投影物镜，，其中在所述第一透镜组中紧跟在所述物平面之后的最初四个光学表面中的至少一个光学表面是非球面，其中优选地在所述第一透镜组中至少两个光学表面是非球面，并且尤其位于物侧。
19.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在大的光束直径区域内在物平面(2)的近区内布置至少一个具有正折光力和像侧凹面的凹凸透镜(16、18)。
20.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述腰身(7)区域内布置至少一个非球形表面并且在所述系统光阑(5)区域内布置至少一个非球形表面。
21.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中对于以下参数A＝在所述第二凸部(8)的上升区域内所述负组(LG5)的一个透镜的像侧出射面的最大入射角(在气体中)；B＝在所述腰身(7)中具有负折光力的最后一个透镜(24)的像侧出射面的最大入射角(在气体中)；C＝在A情况下的边缘光束高度和在A情况下的最大彗形像差光束高度之比；D＝在B情况下的边缘光束高度和在B情况下的最大彗形像差光束高度之比，成立条件A/B＞C/D。
22.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述系统光阑(5)之后的一个大的负透镜(32)具有一有效曲率，该有效曲率具有与在腰身(7)和系统光阑(5)之间的上升区域内的负组(LG5)的有效曲率相同的指向。
23.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述腰身(7)和系统光阑(5)之间，至少在两个透镜(26，27)之间改变有效曲率，使得在所述有效曲率的曲率中心点的位置上发生变化。
24.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述系统光阑区域内设有一个可调的球形光阑。
25.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在大的光束直径区域内，在物平面(2)的近区内至少在两个具有正折光力的透镜(14、15)之间所述有效曲率从在物侧变成在像侧，使得发生所述有效曲率的曲率中心点的位置变化。
26.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在大的光束直径区域内，在像平面(3)的近区内在所述系统光阑(5)的后面存在至少两个具有像侧非球形表面的非球面透镜(33、34)，其直径至少是所述系统光阑直径的75％。
27.如上述权利要求之一所述的投影物镜，其中在所述系统光阑(5)和像平面(3)之间的区域内至少三个具有正折光力的透镜(33、34、36)在像侧被非球面化，并且在这些透镜之间没有其它的具有物侧非球形表面的非球面化透镜。
全文摘要
一种极高孔径的、纯折射的投影物镜被构造为具有一个物侧凸部、一个像侧凸部和位于这两个凸部之间的腰身(7)的两凸部系统。在像侧凸部内，系统光阑(5)位于像平面前的一定距离处。在腰身和系统光阑之间，在发射光线的区域内布置一个具有有效曲率的负组(LG5)，该有效曲率具有指向像平面的凹侧。该系统的特征在于数字孔径高、像差小并且结构紧凑、节约材料。
文档编号G02B13/18GK1666152SQ03815782
公开日2005年9月7日 申请日期2003年4月30日 优先权日2002年5月3日
发明者K·-H·舒斯特 申请人:卡尔蔡司Smt股份公司