Beleuchtungssvstem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage sowie Mikrolitho- graphie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Beleuchtungssvstem

Diese Anmeldung bezieht sich auf die deutsche Patentanmeldung 10 2015 209 645.9 eingereicht am 27. Mai 2015 sowie auf die US-Patentanmeldung s.n. 62/166,750 eingereicht am 27. Mai 2015. Der Inhalt dieser Patentanmeldungen wird hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer primären Lichtquelle sowie auf eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Beleuchtungssystem.

Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen werden heutzutage überwiegend mikrolithografische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) oder andere Mustererzeugungseinrichtungen verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur tragen oder bilden, z.B. ein Linienmuster einer Schicht (layer) eines Halbleiterbauelements. Eine Maske wird in eine Projektionsbelichtungsanlage zwischen Beleuchtungssystem und Projektionsobjektiv im Bereich der Objektfläche des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch das Muster veränderte Strahlung läuft als Projektionsstrahlung durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster der Maske auf das zu belichtende Substrat abbildet, das normalerweise eine strahlungsempfindliche Schicht (Fotoresist, Fotolack) trägt.

Um den Anforderungen an die Herstellung immer kleinerer Strukturen im Sub- Mikrometerbereich gerecht zu werden, werden gegenwärtige Projektionsobjektive für die Mikro- lithographie typischerweise als Reduktionsobjektive, also als Abbildungsobjektive mit einem Abbildungsmaßstab ß kleiner als 1 , ausgelegt, insbesondere mit ß = 0.25 oder ß = 0.20 oder weniger. Hierdurch werden u.a. die Anforderungen an die Mikrostrukturierung der Maske reduziert. Um die in derartigen, immer komplexer aufgebauten Projektionsobjektiven entstehenden Abbildungsfehler zu korrigieren, weisen hochauflösende Reduktionsobjektive typischerweise eine relativ große Anzahl von beispielsweise 20 oder mehr optischen Elemente wie Linsen, Spiegel, Prismen etc. auf.

Eines der Ziele bei der Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen besteht darin, Strukturen mit zunehmend kleineren Abmessungen auf dem Substrat lithographisch zu erzeugen. Kleinere Strukturen führen z.B. bei Halbleiterbauelementen zu höheren Integrationsdichten, was sich im Allgemeinen günstig auf die Leistungsfähigkeit der hergestellten mikrostrukturierten Bauelemente auswirkt. Die Größe der erzeugbaren Strukturen hängt maßgeblich vom Auflösungsvermögen des verwendeten Projektionsobjektivs ab und lässt sich einerseits durch Verringerung der Wellenlänge der für die Projektion verwendeten Projektionsstrahlung und andererseits durch Erhöhung der im Prozess genutzten bildseitigen numerischen Apertur NA des Projektionsobjektivs steigern.

Hochauflösende Projektionsobjektive arbeiten heutzutage bei Wellenlängen von weniger als 260 nm im tiefen Ultraviolettbereich (DUV) oder im extremen Ultraviolettbereich (EUV).

Um bei Wellenlängen aus dem tiefen Ultraviolettbereich (DUV) eine ausreichende Korrektur von Aberrationen (z.B. chromatischen Aberrationen, Bildfeldkrümmung) zu gewährleisten, werden meist katadioptrische Projektionsobjektive verwendet, welche sowohl transparente refraktive optische Elemente mit Brechkraft (Linsen), als auch reflektive Elemente mit Brechkraft, also gekrümmte Spiegel, enthalten. Typischerweise ist mindestens ein Konkavspiegel enthalten. Hier erreicht man heutzutage mit der Immersionslithographie bei NA = 1 .35 und λ = 193 nm Auflösungsvermögen, die eine Projektion von 40 nm großen Strukturen ermöglichen.

Bei der Projektions-Mikrolithographie wird die Maske mit Hilfe eines Beleuchtungssystems beleuchtet, das aus dem Licht einer primären Lichtquelle, insbesondere eines Lasers, auf die Maske gerichtete Beleuchtungsstrahlung formt, die durch bestimmte Beleuchtungsparameter definiert ist. Die Beleuchtungsstrahlung trifft innerhalb eines Beleuchtungsfeldes (Fläche definierter Form und Größe, z.B. Rechteckfeld oder gekrümmtes Ringfeld) auf die Maske auf, wobei Form und Größe des Beleuchtungsfeldes in der Regel konstant, d.h. nicht variabel sind. In der Regel wird innerhalb des Beleuchtungsfeldes eine möglichst gleichmäßige Intensitätsverteilung angestrebt, wozu innerhalb des Beleuchtungssystems Homogenisierungseinrichtungen, beispielsweise Lichtmischelemente wie Wabenkondensoren und/oder Stabintegratoren, vorgesehen sein können.

Außerdem werden je nach Art der abzubildenden Strukturen häufig unterschiedliche Beleuchtungsmodi (sogenannte„Beleuchtungs-Settings") benötigt, die durch unterschiedliche örtliche Intensitätsverteilungen der Beleuchtungsstrahlung in einer Pupillenfläche des Beleuchtungssystems charakterisiert werden können. Man spricht in diesem Zusammenhang manchmal von „strukturierter Beleuchtung" bzw. von einer„Strukturierung der Beleuchtungspupille" oder von einer Strukturierung der sekundären Lichtquelle. Die Pupillenfläche des Beleuchtungssystems, in welcher bestimmte, definierbare zweidimensionale Intensitätsverteilungen (die sekundären Lichtquellen) vorliegen sollen, wird in dieser Anmeldung auch als„Pupillenformungsfläche" bezeichnet, weil wesentliche Eigenschaften der Beleuchtungsstrahlung mit Hilfe dieser Intensitätsverteilung „geformt" werden. Mögliche Beleuchtungssettings sind z.B. annulare Beleuchtung, Dipolbeleuchtung, Multipolbeleuchtung oder Freiformpupillen.

Die „Pupillenformungsfläche" des Beleuchtungssystems, in welcher die gewünschte zweidimensionale Intensitätsverteilung (sekundäre Lichtquelle) vorliegen soll, kann bei einem in eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eingebauten Beleuchtungssystem an oder nahe einer Position sitzen, die optisch konjugiert zu einer Pupillenebene eines nachfolgenden Projektionsobjektivs ist. Im Allgemeinen kann die Pupillenformungsfläche einer Pupillenfläche des Beleuchtungssystems entsprechen oder in deren Nähe liegen. Sofern die zwischenliegenden optischen Komponenten die Strahlwinkelverteilung nicht ändern, d.h. winkelerhaltend arbeiten, wird die Winkelverteilung der auf das Muster der Maske treffenden Beleuchtungsstrahlung durch die räumliche Intensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems bestimmt. Außerdem wird, sofern die zwischenliegenden optischen Komponenten winkelerhaltend arbeiten, die räumliche Intensitätsverteilung in der Pupille des Projektionsobjektivs durch die räumliche Intensitätsverteilung (Ortsverteilung) in der Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems bestimmt.

Diejenigen optischen Komponenten und Baugruppen des Beleuchtungssystems, die dazu vorgesehen sind, Licht einer primären Lichtquelle, z.B. eines Lasers, zu empfangen und daraus eine gewünschte zweidimensionale Intensitätsverteilung (sekundäre Lichtquelle) in der„Pupillenformungsfläche" des Beleuchtungssystems zu erzeugen, bilden gemeinsam eine Pupillenformungseinheit, die in der Regel variabel einstellbar sein sollte.

Gattungsgemäße Beleuchtungssysteme umfassen weiterhin ein optisches Übertragungssystem zur Übertragung der Intensitätsverteilung der Pupillenformungsfläche in ein Zwischen- Beleuchtungsfeld, das in einer Zwischenfeldebene liegt, sowie ein optisches Abbildungssystem zur Abbildung des in der Zwischenfeldebene angeordneten Zwischen-Beleuchtungsfeldes in das Beleuchtungsfeld, das in einer zur Zwischenfeldebene optisch konjugierten Austrittsebene des Beleuchtungssystems liegt. Eine wesentliche Aufgabe eines solchen Abbildungssystems ist es, die Eigenschaften des Beleuchtungslichtes hinsichtlich Feldgröße und Strahlverlaufs an die eintrittsseitigen Erfordernisse des nachfolgenden Projektionsobjektivs anzupassen. Dabei spielt z.B. die Einstellung der Tele- zentrie des Beleuchtungslichts eine wichtige Rolle. Solche Abbildungssysteme werden häufig als Relais-Objektiv bezeichnet. Dient das Abbildungssystem dazu, eine mit einer Retikel- Maskierungseinrichtung (REMA) ausgestattete Zwischenfeldebene des Beleuchtungssystems in die Austrittsebene des Beleuchtungssystems bzw. auf das Retikel abzubilden, wird auch die Bezeichnung REMA-Objektiv verwendet.

Um die nutzbare numerische Apertur des Projektionsobjektivs voll nutzen und dessen Pupille komplett ausleuchten zu können, sollte die ausgangsseitige numerische Apertur des Beleuchtungssystems möglichst gut an die objektseitige numerische Apertur des Projektionsobjektivs angepasst sein. Die ausgangsseitige numerische Apertur des Beleuchtungssystems entspricht der ausgangsseitigen numerischen Apertur des oben genannten optischen Abbildungssystems.

Die WO 2006/084479 A1 zeigt ein refraktives Rema-Objektiv mit einer Zwischenbildebene, in der Korrekturelemente angebracht werden können.

Bei der mikrolithografischen Herstellung von Halbleiterbauelementen ist man nicht nur bestrebt, immer feinere Strukturen zuverlässig zu erzeugen, sondern es werden auch ständige Verbesserungen der Produktivität angestrebt. Vor dem Hintergrund dieser Zielsetzung wurde vor einigen Jahren der Schritt von Halbleitersubstraten mit 200 mm Durchmesser auf Halbleitersubstrate mit 300 mm Durchmesser vollzogen, um pro Substrat eine größere Anzahl von gleichartigen Bauteilen fertigen zu können. Einen analogen Produktivitätsschub erhofft sich die Industrie derzeit von einem Übergang auf noch größere Halbleitersubstrate, beispielsweise mit 450 mm Durchmesser. Will man hierbei den gleichen Durchsatz realisieren wie für die 300 mm- Substrate, so müssen sich die Fahrgeschwindigkeiten von Retikel- und Substrattischen, die sogenannten Scan-Geschwindigkeiten, deutlich erhöhen. Eine weitere Steigerung der Scan- Geschwindigkeiten könnte jedoch dynamisch schwer zu beherrschen sein und entsprechend zu nicht erwünschten Schwingungsanregungen etwa des Projektionsobjektives führen, die in der Folge Bildfehler und dynamische Ausbleichungseffekte („Fading") verursachen könnten.

AUFGABE UND LÖSUNG

Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Mikrolithografie-Projektions- Anlage sowie ein hierfür geeignetes Beleuchtungssystem bereitzustellen, die in besonderer Weise für die Verarbeitung von immer größer werdenden Halbleitersubstraten bei der Herstellung von mikrostrukturierten Halbleiterbauelementen geeignet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithogra- fie-Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Mikrolithogra- fie-Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 12 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Die Erfindung bzw. ein Aspekt der Erfindung beruht unter anderem auf folgenden Überlegungen. Bei einem reduzierend wirkenden Projektionsobjektiv mit einem Abbildungsmaßstab | ß | <1 , d.h. bei einem Reduktionsobjektiv, hängt die Scan-Geschwindigkeit der Maske, v _M , mit der synchronen Scan-Geschwindigkeit des Substrats, V _S UB, über die Beziehung zusammen. Die Scan-Geschwindigkeit der Maske ist somit um den Kehrwert des Abbildungsmaßstabs größer als die Scan-Geschwindigkeit des Substrats. Ein denkbarer Ansatz zur Vermeidung zu hoher Scan-Geschwindigkeiten der Maske bestünde somit in einer Abänderung des Abbildungsmaßstabs ß von Projektionsobjektiven von derzeit ß=0.25 oder ß=0.2 auf größere Werte, beispielsweise ß=0.33 oder ß=0.5 oder einen ähnlichen Wert. Beispiele hochaperturiger Projektionsobjektive mit einem von ß=0.25 abweichenden Abbildungsmaßstab sind z.B. im Patent US 7,359,036 B1 angegeben. Aufgrund der oben angegebenen Relation v _M =v _S uB/ß verringert sich dann bei einem festen Durchsatz, d.h. bei gleichbleibender Substratgeschwindigkeit, die Scan-Geschwindigkeit der Maske.

In der vorliegenden Anmeldung ist unter dem Begriff "Abbildungsmaßstab" eines Abbildungssystems das Verhältnis der Größe des von dem Abbildungssystem aus einem bestimmten Objektfeld erzeugten Bildfeldes zur Größe des jeweiligen Objektfeldes zu verstehen.

Der Abbildungsmaßstab ß hat auch Einfluss auf das Verhältnis von objektseitiger numerischer Apertur, NA ₀ B, zur bildseitigen numerischen Apertur, NA, des Projektionsobjektives, wobei die Bedingung NAOB = | ß | " NA| _M gilt. Als Konsequenz bei der Einführung von geringeren Reduktionsverhältnissen stellt sich somit bei gleichbleibender bildseitiger numerischer Apertur ein Anstieg der objektseitigen numerischen Apertur ein. Wenn eine größer werdende objektseitige numerische Apertur von Seiten des Beleuchtungssystems komplett ausgeleuchtet werden soll, zum Beispiel mit annularer Beleuchtung, Dipolbeleuchtung, Multipolbeleuchtung oder Freiformpupillen, so sind auch an Beleuchtungssystemen Veränderungen erforderlich, die zu einer Erhöhung der austrittsseitigen numerischen Apertur ΝΑ _Ε χ, d.h. der numerischen Apertur der Beleuchtungsstrahlung in der Austrittsebene bzw. im Beleuchtungsfeld, führen. Wenn weiterhin die Größe des Beleuchtungsfelds unverändert oder weitgehend unverändert bleiben soll, so geht dies mit der Forderung nach einem Anstieg des Lichtleitwerts für das Beleuchtungssystem einher. Ein höherer Lichtleitwert wiederum zieht jedoch in der Regel einen höheren Materialeinsatz nach sich, weil tendenziell die optischen Elemente im Vergleich zu einem System mit niedrigem Lichtleitwert größer werden. Es ist nach Ansicht der Erfinder zu erwarten, dass die Anpassung konventioneller Beleuchtungssysteme an höhere austrittsseitige numerische Aperturen daher zu einer deutlichen Verteuerung der Systeme und eventuell zu einem komplexeren Aufbau führen würde.

Mithilfe der beanspruchten Erfindung ist es dagegen möglich, bei Bedarf relativ hohe austrittsseitige numerische Aperturen des Beleuchtungssystems bereitzustellen, ohne dass im Maße der Steigerung der austrittsseitigen numerischen Apertur auch die Komplexität und Größe des Beleuchtungssystems wächst. Wird das optische Abbildungssystem als katadioptrisches Abbildungssystem mit einer Vielzahl von Linsen und mindestens einem Konkavspiegel ausgelegt, so ist es möglich, bei moderatem Materialeinsatz und moderater Baugröße bei Bedarf relativ hohe austrittsseitige numerischen Aperturen des Beleuchtungssystems ohne Einbußen bei der Qualität der optischen Abbildung zwischen dem Zwischen-Beleuchtungsfeld und dem austrittsseitigen Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems zu realisieren.

Bei manchen Ausführungsformen hat das Beleuchtungssystem und/oder das optische Abbildungssystem eine austrittsseitige numerische Apertur ΝΑ _Ε χ von mehr als 0.4. Es sind auch größere Werte erreichbar, beispielsweise NA _EX > 0.5 und/oder NA _EX > 0.6 und/oder NA _EX > 0.7. Oberhalb einer austrittsseitige numerische Apertur von ca. 0.93 wäre die Nutzung von Immersion erforderlich, was nicht ausgeschlossen, aber in der technischen Realisierung aufwendig ist.

Hohe austrittsseitige numerische Aperturen sind bei manchen Ausführungsformen in einem relativ großen Feld realisierbar, wodurch große Flächen pro Zeiteinheit belichtet werden können. Als geeignetes Maß für diese Eigenschaft kann z.B. der Lichtleitwert LLW genutzt werden, der auch als„Etendue" bezeichnet wird und für die Zwecke dieser Anmeldung definiert ist als LLW = π ^* FG ^* NA _EX ² , also dem Produkt der Zahl ττ, der Feldgröße FG des betrachteten Feldes und dem Quadrat der in diesem Feld realisierten numerischen Apertur NA _EX . Bei manchen Ausführungsformen hat das Beleuchtungssystem und/oder das optische Abbildungssystem einen Lichtleitwert LLW vom mehr als 900 mm ² , wobei vorzugsweise die Bedingung LLW > 1000 mm ² und/oder die Bedingung LLW > 2000 mm ² gilt.

In einem katadioptrischen Abbildungssystem können die Vorteile von Linsen und Spiegeln bezüglich der Beeinflussung der Abbildungsqualität vereint werden. Linsen können in der Regel bauraumtechnisch ohne größere Probleme entlang einer optischen Achse angeordnet werden, tragen Brechkraft und können zur Korrektur von Aberrationen beitragen. Allerdings wird die Korrektur chromatischer Fehler bei Wellenlängen unterhalb 260 nm immer schwieriger. Außerdem nimmt die Möglichkeit zur Korrektur der Bildfeldkrümmung, d.h. zur Petzvalkorrektur, mit zunehmender numerischer Apertur ab. Ein abbildender Konkavspiegel trägt ebenfalls Brechkraft und kann zur Petzvalkorrektur beitragen, wobei der Beitrag zur Petzvalkorrektur bei gleicher Brechkraft im Vergleich zu einer Linse ein umgekehrtes Vorzeichen trägt. Eine Kombination von Linsen und Konkavspiegel kann somit die Petzvalkorrektur erleichtern. Ein weiterer Vorteil eines Konkavspiegels besteht darin, dass durch den Konkavspiegel keine chromatischen Aberrationen in das optische System eingeführt werden. Allerdings entsteht erhöhter Aufwand dadurch, dass optische Mittel zur Entflechtung des von der Eintrittsseite zum Konkavspiegel führenden Teilstrahlengangs und des vom Konkavspiegel zur Austrittsseite führenden Strahlengangs vorgesehen sein müssen. Hier kommen beispielsweise physikalische Strahlteiler oder Polarisationsstrahlteiler in Betracht.

Bei manchen Ausführungsbeispielen hat das optische Abbildungssystem eine optische Achse und einen gegenüber der optischen Achse um einen Kippwinkel gekippten Umlenkspiegel zur Umlenkung der von der Zwischenfeldebene kommenden Strahlung zum Konkavspiegel oder zur Umlenkung der von dem Konkavspiegel kommenden Strahlung in Richtung der Austrittsebene. Der Umlenkspiegel, der normalerweise eine ebene Spiegelfläche hat, dient somit zur geometrischen Entflechtung der Teilstrahlengänge. Der Kippwinkel beträgt bei manchen Ausführungsbeispielen 45°, so dass sich insgesamt eine Faltung des Strahlengangs um 90° ergibt. Dadurch kann die Austrittsebene senkrecht zur Zwischenfeldebene ausgerichtet werden. Dies kann insbesondere auch in relativ komplex aufgebauten Beleuchtungssystemen im Sinne einer optimalen Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums von Vorteil sein. Beispielsweise kann die Strahlung in horizontaler Richtung in das Abbildungssystem eingeführt werden, welches dann den Strahlengang in die vertikale Richtung umlenkt, so dass ein nachfolgendes Projektionsobjektiv mit vertikaler optischer Achse orientiert werden kann.

Eine Faltung um 90° kann besonders günstig sein, weil dann die optischen Elemente vor und hinter der Faltung entweder exakt horizontal oder exakt vertikal ausgerichtet werden können. Bei exakt horizontaler oder exakt vertikaler Ausrichtung lassen sich Linsen und andere optische Elemente in der Regel besonders gut fassen und etwaige Polarisationseffekte durch Spannungen entfallen oder sind gut kontrollierbar.

Bei manchen Ausführungsbeispielen, insbesondere solchen mit geometrischer Strahlteilung mittels mindestens einem voll reflektierenden Umlenkspiegel, ist das optische Abbildungssys- tem so ausgelegt, dass ein außeraxiales Feld (off-axis field) an der Eintrittsseite in ein außeraxiales Feld an der Austrittsseite überführt wird. Derartige Varianten sind besonders gut an katadioptrische Projektionsobjektive angepasst, die ebenfalls mit außeraxialem Objektfeld und Bildfeld arbeiten. Der Begriff „außeraxiales Feld" bezeichnet hierbei eine Situation, in der das effektiv genutzte Objektfeld und dazu optisch konjugierte Bildfeld des optischen Abbildungssystems komplett außerhalb der optische Achse des optischen Abbildungssystems liegen, diese also nicht einschließen. Der Begriff „optische Achse" bezeichnet eine gerade Linie durch die Krümmungsmittelpunkte der optischen Elemente (Linsen, Spiegel) des optischen Abbildungssystems. Die optische Achse kann geradlinig durchgehend oder ein- oder mehrfach gefaltet sein.

Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren voll reflektierenden Umlenkspiegeln können zur Faltung des Abbildungsstrahlengangs andere Elemente genutzt werden, beispielsweise Prismen. Die konkrete Wahl hängt vom verfügbaren Bauraum ab, der gewünschten Bildorientierung und gegebenenfalls davon, welches Ausmaß an Dezentrierung von Objektfeld und Bildfeld des optischen Abbildungssystems notwendig oder gewünscht ist.

Das katadioptrische Abbildungssystem kann ggf. auch so ausgelegt sein, dass das Zwischen- Beleuchtungsfeld an der Eintrittsseite des Abbildungssystems und das Beleuchtungsfeld an der Austrittsseite des Abbildungssystems symmetrisch zur optischen Achse des optischen Abbildungssystems liegen bzw. dass die optische Achse durch die Feldmitte verläuft. Diese Lage wird als„axiales Feld" bezeichnet. Dies kann z.B. durch Verwendung eines Polarisationsstrahlteilers im Abbildungssystem realisiert werden.

Das katadioptrische Abbildungssystem kann so ausgelegt sein, dass das in der Eintrittsebene des Abbildungssystems liegende Zwischen-Beleuchtungsfeld ohne Zwischenabbildung, d.h. direkt, in das in der Austrittsebene des Abbildungssystems liegende Beleuchtungsfeld abgebildet wird. Gemäß einer Weiterbildung ist dagegen vorgesehen, dass das optische Abbildungssystem ein erstes abbildendes Teilsystem zur Abbildung des Zwischen-Beleuchtungsfelds in ein (reelles) Zwischenbild und ein zweites abbildendes Teilsystem zur Abbildung des Zwischenbildes in die Austrittsebene aufweist. Der Begriff „abbildendes Teilsystem" steht hierbei für eine Anordnung optischer Elemente, die für sich genommen ein eigenes optisches Abbildungssystem bilden und somit ein reales Objekt (z.B. das Zwischen-Bildfeld oder das Zwischenbild) in ein reales Bild (Zwischenbild oder Beleuchtungsfeld in Austrittsebene) abbilden können. Ein solches Teilsystem kann ausgehend von einer bestimmten Objekt- oder Zwischenbildebene sämtliche optischen Elemente bis zum nächsten realen Bild oder Zwischenbild umfassen. Es ist auch möglich, dass innerhalb eines abbildendenden Teilsystems ein weiteres reelles Zwischenbild erzeugt wird.

Die Erzeugung (mindestens) eines Zwischenbilds innerhalb des optischen Abbildungssystems kann aus mehreren Gründen vorteilhaft sein. Ein Zwischenbild bietet beispielsweise Einschnürungen des Strahlengangs, die bei Platzierung entsprechender Linsen für die Petzvalkorrektur genutzt werden können. In der optischen Nähe eines Zwischenbilds können auch optische Elemente für die Korrektur von Feldaberrationen platziert werden. Außerdem kann über eine Zwischenabbildung der optische Strahlengang verlängert werden, ohne dass die benötigten Durchmesser der optischen Elemente vergrößert werden müssen. Es werden zusätzliche Positionen für optische Elemente zur Aberrationskorrektur geschaffen. Einschnürungen im Strahlengang können auch bauraumtechnisch nützlich sein. An einer Zwischenbildposition kann auch eine Falschlichtblende günstig angebracht werden.

Bei manchen Ausführungsformen werden innerhalb des optischen Abbildungssystems ein erstes und ein zweites Zwischenbild gebildet. Mehrere Zwischenbilder, insbesondere genau zwei Zwischenbilder, bieten nochmals mehr Freiheitsgrade bei der Gestaltung des Abbildungssystems.

Bei Ausführungsformen mit einem Umlenkspiegel kann es vorteilhaft sein, wenn der Umlenkspiegel in optischer Nähe eines Zwischenbilds angeordnet ist. Hierdurch kann die erforderliche Größe für die reflektierende Fläche des Umlenkspiegels klein gehalten werden. Der Umlenkspiegel kann so angeordnet sein, dass zwischen dem Zwischenbild und dem Umlenkspiegel kein optisches Element angeordnet ist. Der Umlenkspiegel kann als Planspiegel ausgestaltet sein. Es ist auch möglich, die reflektierende Oberfläche des Umlenkspiegels mit einer nicht- planaren Gestalt zu versehen, um einen Betrag zur Korrektur von Feldaberrationen zu leisten.

Bei manchen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mindestens ein Spiegel (Konkavspiegel und/oder Umlenkspiegel) des optischen Abbildungssystems als manipulierbarer Spiegel ausgelegt ist. Der Spiegel kann z.B. als verlagerbarer Spiegel ausgelegt sein, der mittels geeigneter Aktoren parallel und/oder senkrecht zur optischen Achse verschoben und/oder verkippt werden kann. Es kann sich auch um einen aktiv deformierbaren Spiegel handeln, bei dem die Flächenform der reflektiven Spiegelfläche mit Hilfe eines oder mehrerer über eine Steuereinrichtung ansteuerbarer Aktuatoren gezielt in unterschiedliche Flächenformen deformiert bzw. eingestellt werden kann. Mithilfe eines manipulierbaren Spiegels können z.B. eine oder mehrere der folgenden Manipulationen des Beleuchtungssystems bzw. der Beleuchtungsstrahlung durchgeführt werden: (i) Anpassung an Quellvariationen, d.h. an Schwankungen oder Veränderungen der Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle; (ii) Gezielte Einstellung von Intensitätsvariationen im Feld; (ii) Homogenisierung von Thermalbelastungen, z.B. zur Vermeidung von Spitzen mit Materialschädigung; (iv) Telezentrievariation bzw. Telezentriekorrektur.

Bei manchen Ausführungsformen ist mindestens eine der Linsen des Abbildungssystems eine Doppelasphärenlinse, die eine asphärisch geformte Eintrittsfläche und eine asphärisch geformte Austrittsfläche aufweist. Eine Doppelasphärenlinse bietet die Möglichkeit, die Wirkung einer Asphäre mit sehr starker Deformation zu erzeugen, wobei die Formen der Linsenflächen dennoch so ausgelegt sein können, dass sie bei Verwendung herkömmlicher Oberflächenbearbeitungsverfahren und Prüfverfahren mit guter Qualität hergestellt werden können. Eine Doppelasphärenlinse kann in vielen Fällen zwei jeweils einfach asphärisierte Linsen ersetzen, so dass Linsenmaterial gespart werden kann. Durch Verwendung einer oder mehrerer Doppelasphären- linsen im optischen Abbildungssystem kann generell der Materialeinsatz reduziert werden. Bei einem optischen Abbildungssystem mit Zwischenbild kann in jedem der optischen Teilsysteme mindestens eine Doppelasphärenlinse vorgesehen sein, um die Anzahl der Freiheitsgrade für die Korrektur von Aberrationen zu erhöhen.

Der Konkavspiegel ist bei bevorzugten Ausführungsformen im Bereich einer Pupillenfläche des Abbildungssystems angeordnet, also ein „Pupillenspiegel". Zur Unterstützung der chromatischen Korrektur kann vorgesehen sein, dass in unmittelbarer Nähe des Konkavspiegels in einem pupillennahen Bereich eine Negativgruppe mit mindestens einer Negativlinse angeordnet ist („Schupmann-Achromat").

Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines im Bereich einer Bildebene eines Projektionsobjektivs angeordneten strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske umfassend ein Beleuchtungssystem zum Empfang von Licht einer primären Lichtquelle und zur Formung von auf das Muster der Maske gerichteter Beleuchtungsstrahlung in einem Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems und ein Projektionsobjektiv zur verkleinernden Abbildung des Musters der Maske auf ein lichtempfindliches Substrat mittels Projektionslicht bei einer bildseitigen numerischen Apertur NA| _M . Das Beleuchtungssystem ist gemäß der beanspruchten Erfindung ausgelegt.

Das Projektionsobjektiv kann ggf. einen Abbildungsmaßstab | ß | > 0.25 haben, also weniger stark verkleinern als viele konventionelle Projektionsobjektive. Gegebenenfalls kann der Abbildungsmaßstab im Bereich von 1 bis 2 liegt, so dass auch 1 :1 Systeme (unit magnification Systeme) oder vergrößernde Projektionsobjektive in Betracht kommen. Ein Verhältnis ΝΑ _Ε χ (Beleuchtungssystem) / NA ₀ B (Projektionsobjektiv) liegt bei manchen Ausführungsbeispielen bei 1/3 oder mehr, vorzugsweise bei 0.5 oder darüber. Ein Pupillenfüllgrad sollte bei weniger als 25% liegen, insbesondere bei weniger als 10% oder sogar weniger als 5%.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem katadioptrischen Abbildungssystem zwischen einer Zwischenfeldebene und der Austrittsebene;

Fig. 2 einen Linsenschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines katadioptrischen Abbildungssystems;

Fig. 3 einen Linsenschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines katadioptrischen Abbildungssystems;

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage WSC gezeigt, die bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen einsetzbar ist und zur Erzielung von Auflösungen bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung aus dem tiefen Ultraviolettbereich (DUV) arbeitet. Als primäre Lichtquelle LS dient ein ArF-Excimer-Laser mit einer Arbeitswellenlänge von ca. 193 nm, dessen linear polarisierter Laserstrahl koaxial zur optischen Achse AX1 des Beleuchtungssystems ILL in das Beleuchtungssystem eingekoppelt wird. Andere UV-Lichtquellen, beispielsweise F ₂ -Laser mit 157 nm Arbeitswellenlänge, ArF-Excimer-Laser mit 248 nm Arbeitswellenlänge oder Quecksilberdampflampen, z.B. mit 368 nm oder 436 nm Arbeitswellenlänge, sowie primäre Lichtquellen mit Wellenlängen unterhalb 157 nm sind ebenfalls möglich.

Das polarisierte Licht der Lichtquelle LS tritt zunächst in ein Strahlaufweitungssystem EXP ein, das beispielsweise als Spiegelanordnung ausgebildet sein kann und zur Kohärenzreduktion und Vergrößerung des Strahlquerschnitts dient. Der aufgeweitete Laserstrahl kann z.B. eine recht- eckige Querschnittsfläche im Bereich zwischen 100mm ² und 1.000mm ² und eine Divergenz z.B. zwischen ca. 1 mrad und ca. 3 mrad haben.

Der aufgeweitete Laserstrahl tritt in eine Pupillenformungseinheit PFU ein, die eine Vielzahl optischer Komponenten und Gruppen enthält und dazu ausgelegt ist, in einer nachfolgenden Pupillenfläche PUP des Beleuchtungssystems ILL eine definierte, örtliche (zweidimensionale) Beleuchtungsintensitätsverteilung zu erzeugen, die manchmal auch als sekundäre Lichtquelle oder als„Beleuchtungspupille" bezeichnet wird. Da durch diese örtliche Intensitätsverteilung die Eigenschaften der Beleuchtungsstrahlung wesentlich beeinflusst bzw.„geformt" wird, wird diese Pupillenfläche auch als Pupillenformungsfläche PUP bezeichnet.

In der Pupillenebene kann z.B. eine Aperturblende stehen oder eine Einrichtung, mit der von außen azimutabhängig die Pupillenintensität eingestellt werden kann. Allerdings muss die Pupille nicht notwendig in einer Pupillenfläche geformt werden. Elemente wie diffraktive optische Elemente, z.B. in Form eines computergenerierten Hologramms (CGH), Zoom-Axikon-Systeme und/oder oder Spiegelraster, welche die Strahlwinkelverteilung gezielt beeinflussen können, sind eher feldnah positioniert, weil sie die Pupille mittels einer Winkeländerung beeinflussen.

Die Pupillenformungseinheit PFU ist variabel einstellbar, so dass in Abhängigkeit von der An- steuerung der Pupillenformungseinheit unterschiedliche lokale Beleuchtungsintensitätsvertei- lungen (d.h. unterschiedlich strukturierte sekundäre Lichtquellen bzw. verschiedene Ausleuchtungen der kreisförmigen Beleuchtungspupille) eingestellt werden können, z.B. ein konventionelles Setting mit zentriertem, kreisförmigem Beleuchtungsfleck, eine Dipolbeleuchtung oder eine Quadrupolbeleuchtung.

In unmittelbarer Nähe der Pupillenformungsfläche PUP ist ein optisches Rasterelement RE angeordnet. Ein dahinter angeordnetes Übertragungssystem TRANS überträgt das Licht auf eine Zwischenfeldebene IFP, in der ein Retikel/Masking-System (REMA) RM angeordnet ist, welches als verstellbare Feldblende dient.

Das optische Rasterelement RE hat eine zweidimensionale Anordnung diffraktiver oder refrakti- ver optischer Elemente und hat mehrere Funktionen. Einerseits wird durch das Rasterelement die eintretende Strahlung so geformt, dass sie nach Durchtritt durch das nachfolgende Übetra- gungssystem TRANS im Bereich der Zwischenfeldebene IFP ein rechteckförmiges Zwischen- Beleuchtungsfeld IF ausleuchtet. Das auch als Feld-definierendes Element (FDE) bezeichnete Rasterelement RE mit rechteckförmiger Abstrahlcharakteristik erzeugt dabei den Hauptanteil des Lichtleitwertes und adaptiert diesen an die gewünschte Feldgröße und Feldform in der zur Austrittsebene EX optisch konjugierten Zwischen-Feldebene IFP. Das Rasterelement RE kann als Prismenarray ausgeführt sein, bei dem in einem zweidimensionalen Feld angeordnete Einzelprismen lokal bestimmte Winkel einführen, um die Zwischen-Feldebene IFP wie gewünscht auszuleuchten. Die durch das Übertragungssystem erzeugte Fourier-Transformation bewirkt, dass jeder spezifische Winkel am Austritt des Rasterelementes einem Ort in der Zwischen- Feldebene IFP entspricht, während der Ort des Rasterelementes, d.h. seine Position in Bezug auf die optische Achse AX1 des Beleuchtungssystems, den Beleuchtungswinkel in der Zwischen-Feldebene IFP bestimmt. Die von den einzelnen Rasterelementen ausgehenden Strahlbündel überlagern sich dabei in der Zwischen-Feldebene IFP.

Es ist auch möglich, das Feld-definierende Element nach Art eines mehrstufigen Wabenkondensors mit Mikrozylinderlinsen und Streuscheiben auszugestalten. Durch geeignete Auslegung des Rasterelementes RE bzw. seiner Einzelelemente kann erreicht werden, dass das Rechteckfeld in Zwischen-Feldebene IFP, d.h. das Zwischen-Beleuchtungsfeld, im Wesentlichen homogen ausgeleuchtet wird. Das Rasterelement RE dient somit als Feldformungs- und Homogenisierungselement auch der Homogenisierung der Feldausleuchtung, so dass auf ein gesondertes Lichtmischelement, beispielsweise einen über mehrfache innere Reflexion wirkende Integratorstab oder einen Wabenkondensor verzichtet werden kann. Hierdurch wird der optische Aufbau in diesem Bereich axial besonders kompakt.

Das nachfolgende katadioptrische optische Abbildungssystem IMS (auch REMA-Objektiv genannt) bildet die Zwischenfeldebene IFP mit der Feldblende RM bzw. das Zwischen- Beleuchtungsfeld IF auf das Retikel M (Maske, Lithografievorlage) in einem Abbildungsmaßstab ab, der z.B. zwischen 2:1 und 1 :5 liegen kann und bei der Ausführungsform bei 1 :1 liegt. Anhand der Figuren 2 und 3 werden Ausführungsbeispiele im Detail erläutert.

Diejenigen optischen Komponenten, die das Licht des Lasers LS empfangen und aus dem Licht Beleuchtungsstrahlung formen, die auf das Retikel M gerichtet ist, gehören zum Beleuchtungssystem ILL der Projektionsbelichtungsanlage. Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung RS zum Halten und Manipulieren des Retikels M so angeordnet, dass das am Retikel angeordnete Muster in der Austrittsebene EX des Beleuchtungssystems bzw. in der Objektebene OS des Projektionsobjektives PO liegt und in dieser Ebene zum Scannerbetrieb in einer Scan- Richtung (y-Richtung) senkrecht zur optischen Achse AX2 (z-Richtung) des Projektionsobjektivs mit Hilfe eines Scanantriebs bewegbar ist.

Das vom Beleuchtungssystem ILL erzeugte Beleuchtungsfeld definiert das bei der Projektionsbelichtung genutzte effektive Objektfeld OF. Dieses ist im Beispielsfall rechteckförmig, hat eine parallel zur Scanrichtung (y-Richtung) gemessene Höhe A ^* und eine senkrecht dazu (in x- Richtung) gemessene Breite B ^* > A ^* . Das Aspektverhältnis AR = B7A ^* liegt in der Regel zwischen 2 und 40, insbesondere zwischen 3 und 6. Das effektive Objektfeld liegt mit Abstand in y- Richtung neben der optischen Achse AX2 (off-axis Feld bzw. außeraxiales Feld). Das zum effektiven Objektfeld optisch konjugierte effektive Bildfeld in der Bildfläche IS hat die gleiche Form und das gleiche Aspektverhältnis zwischen Höhe B und Breite A wie das effektive Objektfeld, die absolute Feldgröße ist jedoch um den Abbildungsmaßstab ß des Projektionsobjektivs reduziert, d,h. A = | ß | A ^* und B = | ß | B ^* .

Das Projektionsobjektiv PO wirkt als Reduktionsobjektiv und bildet ein Bild des an der Maske M angeordneten Musters in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1 :2, auf einen mit einer Fotoresistschicht bzw. Fotolackschicht belegten Wafer W ab, dessen lichtempfindliche Oberfläche in der Bildebene IS des Projektionsobjektivs PO liegt. Es sind refraktive, katadioptri- sche oder katoptrische Projektionsobjektive möglich.

Das zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen Halbleiterwafer W handelt, wird durch eine Einrichtung WS gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem Retikel M senkrecht zur optischen Achse AX2 des Projektionsobjektivs zu bewegen. Je nach Auslegung des Projektionsobjektivs PO (z.B. refraktiv, katadioptrisch oder katoptrisch, ohne Zwischenbild oder mit Zwischenbild, gefaltet oder ungefaltet) können diese Bewegungen zueinander parallel oder gegenparallel erfolgen. Die Einrichtung WS, die auch als „Waferstage" bezeichnet wird, sowie die Einrichtung RS, die auch als„Retikelstage" bezeichnet wird, sind Bestandteil einer Scannereinrichtung, die über eine Scan-Steuereinrichtung gesteuert wird.

Wenn das Projektionsobjektiv PO als Immersionsobjektiv ausgelegt ist und betrieben wird, dann wird im Betrieb des Projektionsobjektivs eine dünne Schicht einer Immersionsflüssigkeit durchstrahlt, die sich zwischen der Austrittsfläche des Projektionsobjektivs und der Bildebene IS befindet. Im Immersionsbetrieb sind bildseitige numerische Aperturen NA > 1 möglich. Auch eine Konfiguration als Trockenobjektiv ist möglich, hier ist die bildseitige numerische Apertur auf Werte NA < 1 beschränkt.

Die Pupillenformungsfläche PUP liegt an oder nahe einer Position, die optisch konjugiert zu nachfolgenden Pupillenflächen sowie zur bildseitigen Pupillenfläche PPO des Projektionsobjektivs PO ist. Somit wird die räumliche (örtliche) Lichtverteilung in der Pupille PPO des Projektionsobjektivs durch die räumliche Lichtverteilung (Ortsverteilung) in der Pupillenformungsfläche PUP des Beleuchtungssystems bestimmt. Zwischen den Pupillenflächen liegen jeweils Feldflä- chen im optischen Strahlengang, die Fourier-transformierte Flächen zu den jeweiligen Pupillenflächen sind. Dies bedeutet insbesondere, dass eine definierte Ortsverteilung von Beleuchtungsintensität in der Pupillenformungsfläche PUP eine bestimmte Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der nachfolgenden Zwischen-Feldebene IFP ergibt, die wiederum einer bestimmten Winkelverteilung der auf das Retikel M fallenden Beleuchtungsstrahlung entspricht.

Das optische Abbildungssystem IMS ist als katadioptrisches Abbildungssystem mit einer Vielzahl von Linsen (in Fig. 1 nur symbolisch dargestellt) und einem einzigen Konkavspiegel CM ausgelegt. Ein ebener Umlenkspiegel FM, der auch als Faltspiegel bezeichnet wird, ist um einen Kippwinkel von 45° gegenüber der optischen Achse des Abbildungssystems verkippt und dient dazu, die von der Zwischenfeldebene IFP kommende Strahlung komplett in Richtung des Konkavspiegels CM umzulenken. Die vom Konkavspiegel reflektierte Strahlung verläuft dann am Umlenkspiegel FM vorbei in Richtung der Austrittsebene des Abbildungssystems, die der Objektebene OS des Projektionsobjektivs entspricht. Durch die einfache Faltung der optischen Achse um 90° können die eintrittsseitigen Linsen mit horizontaler optischer Achse und die aus- trittsseitigen Linsen sowie der Konkavspiegel mit vertikaler optischer Achse eingebaut werden.

Anhand von Fig. 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Abbildungssystems IMS erläutert, welches in das Beleuchtungssystem von Fig. 1 eingebaut sein kann. Fig. 2 zeigt einen schematischen meridionalen Linsenschnitt mit ausgewählten Strahlbündeln zur Verdeutlichung des Abbildungsstrahlengangs der im Betrieb durch das optische Abbildungssystem laufenden Beleuchtungsstrahlung.

Das optische Abbildungssystem hat einen Abbildungsmaßstab 1 :1 (ß =1 ), wirkt also weder vergrößernd noch verkleinernd. Bei der Abbildung werden zwischen der Objektebene des Abbildungssystems (entsprechend der Zwischenfeldebene IFP) und der Bildebene des Abbildungs- systems (entsprechend der Austrittsebene des Beleuchtungssystems bzw. Objektebene OS des Projektionsobjektivs) genau zwei reelle Zwischenbilder IMI 1 und IMI2 erzeugt.

Ein erstes abbildendes Teilsystem PS1 hat ausschließlich transparente optische Elemente mit Brechkraft (fünf Linsen L1 -1 bis L1 -5) und ist daher ein refraktives (dioptrisches) Teilsystem. Der für die Beleuchtungsstrahlung voll reflektierend wirkende Umlenkspiegel bzw. Faltspiegel FM hat als Planspiegel keine Brechkraft und dient ausschließlich der Strahlungsumlenkung zum Konkavspiegel CM. Das erste Zwischenbild IMI1 liegt in unmittelbarer Nähe des Faltspiegels in Lichtlaufrichtung kurz hinter dem Faltspiegel. Ein zweites, katadioptrisches Teilsystem PS2 mit Konkavspiegel CM und drei Linsen (L2-1 bis L2-3) bildet das erste Zwischenbild im Maßstab 1 :1 in das zweite Zwischenbild IMI2 ab, welches mit Abstand neben der inneren (der optischen Achse nächsten) Seitenkante des Umlenkspiegels entsteht. Durch den Umlenkspiegel wird der Strahlengang nicht vignettiert.

Das refraktive dritte Teilsystem PS3, welches das zweite Zwischenbild IMI2 in die Austrittsebene EX abbildet, ist bezüglich des Konkavspiegels CM spiegelsymmetrisch zum ersten Teilsystem aufgebaut und enthält insgesamt fünf Linsen, die hier entsprechend ihrer„Partner" im ersten Teilsystem mit L3-1 bis L3-5 bezeichnet werden.

Zwischen der Objektebene (Zwischenfeldebene IFP) und dem ersten Zwischenbild, zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenbild sowie zwischen dem zweiten Zwischenbild und der Bildebene (Austrittsebene EX) liegen jeweils Pupillenflächen P1 , P2, P3 des Abbildungssystems dort, wo der Hauptstrahl CR der optischen Abbildung die optische Achse AX schneidet. Die Pupillenfläche P2 innerhalb des katadioptrischen zweiten Teilsystems OP2 liegt in unmittelbarer Nähe oder am Konkavspiegel CM.

Das erste Teilsystem PS1 wirkt leicht vergrößernd (Abbildungsmaßstab ß>1 ), so dass das erste Zwischenbild IMI1 etwas größer als das Objekt in der Zwischenfeldebene IFP ist. Das katadi- optrische zweite Teilsystem hat einen 1 :1 -Abbildungsmaßstab. Das dritte Teilsystem PS3 wirkt leicht verkleinernd, so dass das Beleuchtungsfeld in der Austrittsebene des Beleuchtungssystems bzw. des optischen Abbildungssystems die gleiche Größe wie das Objektfeld in der Zwischenfeldebene IFP hat.

In Tabelle 2 ist die Spezifikation für das optische Abbildungssystem in tabellarischer Form zu- sammengefasst. Spalte 1 gibt die Nummer einer brechenden oder auf andere Weise ausgezeichneten Fläche an. Spalte 2 gibt den Radius r der Fläche (in mm) an. Radius r=0 entspricht einer ebenen Fläche. Spalte 3 gibt den als Dicke bzw. Thickness bezeichneten Abstand d der Fläche zur nachfolgenden Fläche (in mm) an. Spalte 4 gibt das Material an, wobei„SILUV" für amorphes Si0 ₂ , also für Quarzglas steht. Spalte 5 zeigt den Brechungsindex des Materials bei der Arbeitswellenlänge (hier 193.3 nm) an. In Spalte 6 sind die nutzbaren, freien Radien bzw. der halbe freie Durchmesser oder die Linsenhöhe der Linsen (in mm) angegeben.

Die Flächen mit den Nummern 4, 5, 6, 10, 13, 25, 28, 32, 33 und 34 sind rotationssymmetrische Asphären, während die anderen Flächen sphärische Flächen sind. Tabelle 2A gibt die entsprechenden Asphärendaten an, wobei sich die asphärischen Flächen nach folgender Vorschrift berechnen: p(h)=[((1/r)h ² )/(1 +SQRT(1 -(1 +K)(1/r) ² h ² ))]+C1 ^* h ⁴ +C2 ^* h ⁶ +.

Dabei gibt der Kehrwert (1/r) des Radius die Flächenkrümmung und h den Abstand eines Flächenpunktes von der optischen Achse (d.h. die Strahlhöhe) an. Somit gibt p(h) die Pfeilhöhe, d.h. den Abstand des Flächenpunktes vom Flächenscheitel in z-Richtung (Richtung der optischen Achse). Die Konstanten K, C1 , C2, ... sind in Tabelle 2A wiedergegeben.

Das objektseitig und bildseitig telezentrische Abbildungssystem IMS hat einem Abbildungsmaßstab von 1 :1 (ß = 1 ). Für die austrittsseitige numerische Apertur des optischen Abbildungssystems bzw. des Beleuchtungssystems gilt ΝΑ _Ε χ=0.675 bei einer Feldgröße FG von 22x108 mm. Dies entspricht gemäß LLW = π ^* FG ^* NA _EX ² einem Lichtleitwert LLW = 3401 mm ² .

Das Objektfeld (Zwischen-Beleuchtungsfeld IF) und das Bildfeld (Beleuchtungsfeld am Retikel) liegen vollständig außerhalb der optischen Achxe AX (off-axis-System). Die von der Zwischenfeldebene IFP kommende Strahlung trifft zuerst auf eine eintrittsseitig konkave Positiv- Meniskuslinse L1 -1 mit sphärischen Linsenflächen. Danach folgt eine bikonvexe Positivlinse L1 - 2 mit sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche. Die unmittelbar darauffolgende dritte Linse L1 -3 ist eine Doppelasphärenlinse in Form einer objektseitig konkaven Meniskuslinse. Eine unmittelbar folgende vierte Linse L1 -4 ist als bikonvexe, beidseitig sphärische Positivlinse gestaltet und ist unmittelbar vor der ersten Pupillenfläche P1 angeordnet. Zwischen dieser und dem ersten Zwischenbild IMI 1 befindet sich nur eine einzige Linse, nämlich eine eintrittsseitig sphärische, austrittsseitig asphärische Bikonvexlinse L1 -2 in unmittelbarer optischer Nähe des ersten Zwischenbilds I M11.

Das katadioptrische zweite Teilsystem PS2 enthält den einzigen Konkavspiegel CM des Abbildungssystems. Unmittelbar vor dem Konkavspiegel befindet sich eine Negativgruppe NG mit zwei Negativlinsen L2-2 und L2-3. In dieser gelegentlich als Schupmann-Achromat bezeichneten Anordnung wird die Petzvalkorrektur, d.h. die Korrektur der Bildfeldkrümmung, durch die Krümmung des Konkavspiegels und die Negativlinsen in dessen Nähe und die chromatische Korrektur durch die Brechkraft der Negativlinsen vor dem Konkavspiegel erreicht.

Das zweite Teilsystem enthält als weitere Linse eine bikonvexe Positivlinse L2-1 , deren dem Umlenkspiegel FM zugewandte Linsenfläche asphärisch gestaltet ist. Diese Positivlinse L2-1 ist in optischer Hinsicht in unmittelbarer Nähe des ersten Zwischenbilds I M11 und des zweiten Zwischenbilds IMI2 angeordnet und wirkt somit als positive Feldlinse. Die Linse sitzt im Bereich des doppelten Strahldurchtritts geometrisch zwischen dem Umlenkspiegel FM und dem Konkavspiegel in der Weise, dass sowohl der von der Objektebene (Zwischenfeldebene IFP) zum Kon- kavspiegel führende Teilstrahlengang als auch der vom Konkavspiegel zur Bildebene (Austrittsebene des Beleuchtungssystems) führende Teilstrahlengang durch die positive Feldlinse L2-1 beeinflusst wird.

Im dritten Teilsystem PS3 durchläuft die Strahlung die Linsen L3-5 bis L3-1 in umgekehrter Richtung wie die identisch gestalteten Linsen L1 -5 bis L1 -1 des ersten Teilsystems.

Die beiden refraktiven Teilsysteme enthalten jeweils eine Doppelasphärenlinse, also eine Linse, bei der sowohl die Eintrittsfläche, als auch die Austrittsfläche asphärisch gekrümmt ist. Durch Verwendung von Doppelasphärenlinsen ist es möglich ist, Linsen zu schaffen, die die Wirkung einer Asphäre mit sehr starker Deformation haben, und die dennoch so ausgelegt sein können, dass sie bei Verwendung herkömmlicher Verfahren zur Oberflächenbearbeitung und zur Prüfung der Oberflächen mit guter Qualität und vertretbarem Aufwand herstellbar sind. Durch As- phärisierung beider Linsenflächen einer Linse kann gegebenenfalls ein starker radialer Verlauf der Brechkraft erzeugt werden.

Das katadioptrische Abbildungssystem IMS ist aufgrund seines Aufbaus in der Lage, eine hinreichend gut korrigierte Abbildung des Zwischenfelds in der Zwischenfeldebene IFP und der Blendenränder des Retikel-Maskensystems RM auf das Retikel in der Austrittsebene des Beleuchtungssystems bei einer für diese Anwendungen relativ hohen austrittsseitigen numerischen Apertur ΝΑ _Ε χ=0.675 zu leisten. Damit ist es möglich, bei einem Projektionsobjektiv mit einer objektseitigen numerischen Apertur NAOB=0.675 die Pupille des Projektionsobjektivs vollständig auszuleuchten. Objektseitige numerische Aperturen in dieser Größenordnung können beispielsweise bei Projektionsobjektiven für die Immersionslithografie auftreten, deren bildseiti- ge numerische Apertur NA im Bereich von NA=1 .2 oder größer liegt, wenn diese gleichzeitig einen Abbildungsmaßstab kleiner als 1 :4 haben, beispielsweise 1 :2.

Fig. 3 zeigt einen schematischen meridionalen Linsenschnitt einer anderen Ausführungsform eines katadioptrischen Abbildungssystems, welches beispielsweise innerhalb des Beleuchtungssystems aus Fig. 1 genutzt werden kann, um die Zwischenfeldebene im Bereich des Retikel-Maskensystems auf das in der Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnete Retikel abzubilden.

Das optische Abbildungssystem hat einen Abbildungsmaßstab 1 :1 (ß =1 ), wirkt also weder vergrößernd noch verkleinernd. Bei der Abbildung werden zwischen der Objektebene des Abbildungssystems (entsprechend der Zwischenfeldebene IFP) und der Bildebene des Abbildungs- Systems (entsprechend der Austrittsebene des Beleuchtungssystems bzw. Objektebene OS des Projektionsobjektivs) genau zwei reelle Zwischenbilder I M11 und IMI2 erzeugt.

Das refraktive erste Teilsystem hat, von der Objektseite bis zum ersten Zwischenbild IMI 1 in dieser Reihenfolge, eine bikonvexe Positivlinse L1 -1 mit sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche, eine Positiv-Meniskuslinse L1 -2 mit objektseitig konkaver sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche, eine zweifach sphärische Positiv-Meniskuslinse L1 - 3 mit objektseitig konkaver Eintrittsfläche in unmittelbarer Nähe der ersten Pupillenfläche, sowie eine bikonvexe Positivlinse L1 -4 mit sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche unmittelbar vor dem Umlenkspiegel F2 und dem in dessen Nähe gebildeten ersten Zwischenbild IMI 1.

Das zweite Teilsystem ist prinzipiell ähnlich aufgebaut wie das zweite Teilsystem des ersten Ausführungsbeispiels, weshalb auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.

Das zweite Zwischenbild IMI2, welches mit geringem Abstand neben der inneren Kante des Faltspiegels FM liegt, wird mithilfe des refraktiven dritten Teilsystems PS3 in die Austrittsebene EX abgebildet. Das dritte Teilsystem hat in der Nähe des zweiten Zwischenbilds eine bikonvexe Positivlinse L3-1 mit asphärischer Eintrittsfläche und sphärischer Austrittsfläche sowie eine Positiv-Meniskuslinse L3-2 mit eintrittsseitig konkaver Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche unmittelbar vor einer Ebene FP, die Fourier-transformiert zum zweiten Zwischenbild liegt. Zwischen dieser Ebene und der Austrittsebene des Beleuchtungssystems ist noch ein Fourier- System FS mit einer Linse L3-3 oder mehreren Linsen angeordnet, das als 1f-System die Strahlung von der Fourier-Ebene in die Austrittsebene überträgt.

Das Abbildungssystem IMS hat einem Abbildungsmaßstab von 1 :1 (ß = 1 ). Für die austrittssei- tige numerische Apertur des optischen Abbildungssystems bzw. des Beleuchtungssystems gilt NA _EX =0.60 bei einer Feldgröße FG von 22x108 mm. Dies entspricht gemäß LLW = π ^* FG ^* NA _EX ² einem Lichtleitwert LLW = 2687 mm ² . Tabelle 2

SURF RADIUS THICKNESS MATERIAL INDEX1 SEMIDIAM.

0 0 67,571228 60,4

1 -184,405172 45,67197 SILUV 1,56 105

2 -114,155142 1 105

3 6105,099258 52,507527 SILUV 1,56 140

4 -198,548127 30,739863 140

5 -164,191821 63,869268 SILUV 1,56 150

6 -173,693349 23,793714 150

7 1664,837555 70,00043 SILUV 1,56 155

8 -237,709633 316,277054 155

9 259,069216 70,909727 SILUV 1,56 155

10 -399,534252 139,999664 155

11 0 -4,999862 REFL 103,777

12 0 -19,999917 101,206

13 -164,992683 -55,000812 SILUV 1,56 125

14 1408,623977 -187,928829 125

15 137,45945 -15 SILUV 1,56 98

16 403,602585 -54,804126 110

17 117,235979 -15 SILUV 1,56 107

18 213,388375 -15,14018 140

19 182,408808 15,14018 REFL 140

20 213,388375 15 SILUV 1,56 140

21 117,235979 54,804126 107

22 403,602585 15 SILUV 1,56 110

23 137,45945 187,928829 98

24 1408,623977 55,000812 SILUV 1,56 125

25 -164,992683 19,999917 125

26 0 4,999862 102,024

27 0 139,999664 130

28 399,534252 70,909727 SILUV 1,56 155

29 -259,069216 316,277054 155

30 237,709633 70,00043 SILUV 1,56 155

31 -1664,837555 23,793714 155

32 173,693349 63,869268 SILUV 1,56 150

33 164,191821 30,739863 150

34 198,548127 52,507527 SILUV 1,56 140

35 -6105,099258 1 140

36 114,155142 45,67197 SILUV 1,56 105

37 184,405172 67,571228 105

38 0 0 60,889 Tabelle 2A

SRF 4 5 6 10 13 K 0 0 0 0 0

Cl 7,607068E-08 l,152826E-07 5,432264E-08 4,191660E-08 2,024744E-08 C2 -3,965013E-12 -1,036054E-12 1,586317E-12 -4,511791E-13 3,002103E-12 C3 -2,083790E-18 -2,553383E-17 3,946696E-17 1,195167E-17 -2,037190E-16

-5,862910E-

C4 4,261089E-21 3,283825E-21 22 -5,767450E-22 8,146151E-21

SRF 25 28 32 33 34 K 0 0 0 0 0

-5,432264E-

Cl 2,024744E-08 -4,191660E-08 08 -l,152826E-07 -7,607068E-08

-1,586317E-

C2 3,002103E-12 4,511791E-13 12 1,036054E-12 3,965013E-12

-3,946696E-

C3 -2,037190E-16 -1,195167E-17 17 2,553383E-17 2,083790E-18 C4 8,146151E-21 5,767450E-22 5,862910E-22 -3,283825E-21 -4,261089E-21

Tabelle 3

JRF RADIUS THICKNESS MATERIAL INDEX1 SEMIDIAM.

0 0 67,155929 60,5

1 333,404973 81,571534 SILUV 1,56 140

2 -165,314636 85,422792 140

3 1237,138269 45 SILUV 1,56 140

4 -195,314795 71,311797 140

5 1592,104217 60 SILUV 1,56 155

6 -218,880299 556,712542 155

7 0 -556,712542 183,608

8 0 233,743311 152,577

9 965,00256 59,625082 SILUV 1,56 155

10 -215,756118 139,999544 155

11 0 -4,999548 REFL 98,321

12 0 -20,010686 95,987

13 -205,065138 -55,000064 SILUV 1,56 115

14 812,518654 -212,672678 115

15 163,175231 -15 SILUV 1,56 100

16 910,458649 -42,278941 118

17 166,254396 -15 SILUV 1,56 118

18 240,332925 -14,563653 135

19 195,062255 14,563653 REFL 135

20 240,332925 15 SILUV 1,56 135

21 166,254396 42,278941 118

22 910,458649 15 SILUV 1,56 118

23 163,175231 212,672678 100

24 812,518654 55,000064 SILUV 1,56 115

25 -205,065138 20,010686 115

26 0 4,999548 129,857

27 0 160,74008 130

28 246,776279 60 SILUV 1,56 155

29 -1351,01274 243,294161 155

30 1220,344524 50 SILUV 1,56 155

31 -392,590174 61,659795 155

32 0 0 168,585 Tabelle 3A

SRF 2 4 10 13 25 K 0 0 0 0 0

4,776420E- 5,316316E- 4,464421E- -1,597215E- -1,597215E-

Cl 08 08 08 08 08

1,728215E- 7,240133E- -1,696703E- 3,336223E- 3,336223E- C2 12 13 13 12 12

-6,493028E- -2,220696E- 6,263059E- -3,045850E- -3,045850E- C3 17 17 18 16 16

2,266933E- 3,382740E- 7,805618E- 1,135818E- 1,135818E- C4 21 21 23 20 20

SRF 28 31

K 0 0

-3,128807E- -1,239802E-

Cl 08 08

3,309439E- -9,533988E- C2 13 14

-1,528294E- 1,639850E- C3 17 17

3,087460E- -4,338035E- C4 22 22