[发明专利]成像系统、特别是显微光刻投影曝光设备的投影物镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像系统、特别是显微光刻投影曝光设备的投影物镜。本发明特别地涉及一种投影物镜，所述投影物镜在限制固有双折射对成像特性的负面影响的情况下能够应用高折射率的晶体材料。

现有技术

在目前的显微光刻物镜、特别是数值孔径(NA)的值大于1.0的浸没物镜中，日益增长地存在对应用具有高折射率的材料的需求。这里，如果折射指数的值在给定波长的情况下超过石英的值(在波长为193nm的情况下具有值约为1.56)，则该折射指数被视为“高的”。已知一系列材料，其折射指数在DUV和VUV波长(＜250nm)的情况下大于1.6，例如在波长为193nm时折射指数约为1.87的镁尖晶石、或者在193nm时其折射指数约为2.0的氧化镁。

在使用这种材料作为透镜元件时问题在于，所述材料由于其立方晶体结构而具有固有双折射，所述固有双折射随着波长变短而增加，其中例如针对镁尖晶石的IDB条件延迟的测量在波长为193nm的情况下得出了52nm/cm的值，针对氧化镁的IDB条件延迟在193nm的情况下被估计约为72nm/cm。根据设计条件，这种延迟在图像场中可能导致横向的光线偏差，所述光线偏差是要成像的结构宽度的3至5倍。

为了减少氟化物晶体透镜中固有双折射对光学成像的负面影响，例如根据US 2004/0105170 A1和WO 02/093209 A2等已知，以相对旋转的方式布置相同晶体切片的氟化物晶体透镜(所谓的“定时(clocking)”)，以及还附加将多组具有不同晶体切片的这种布置(例如由100透镜和111透镜组成)相互组合。

尽管通过这种方法在上述高折射率的立方材料中也能够实现对固有双折射的负面影响的一定补偿，但另一问题在于，如果相应“补偿路径”  (例如在相同晶体切片的相对旋转的区域中的发生干扰的光线的相应光路)不同，则通过上述“定时”的补偿就是不完全的，如特别是例如在图像侧在最后的平凸透镜中在外轴光束的情况下是这样的。固有双折射的效应越强，这种状况的影响也越强，这恰恰使得难以在光刻物镜的近图像区域中例如作为最后的透镜元件以在那里出现的大辐射角应用上述高折射率材料，其中在所述大辐射角的情况下在(100)和(111)晶体切片中的固有双折射也特别高。

发明内容

本发明的任务是，提供一种成像系统、特别是显微光刻投影曝光设备的投影物镜，所述成像系统能够在限制固有双折射的负面影响的情况下应用高折射率的晶体材料。

依照本发明的一个方面，根据本发明的成像系统、特别是显微光刻投影曝光设备的投影物镜包括至少一个光学元件，所述光学元件包含在预定工作波长时折射率n大于1.6的立方晶体材料，并且所述成像系统具有图像侧的数值孔径NA，其中在所述折射率n与成像系统的数值孔径之间的差(n-NA)最大为0.2。

本发明在此首先基于以下认识，即固有双折射的效应随着波长缩短不是线性增加，而是更确切地说首先缓慢地开始，然后随着波长下降而剧烈地增加。相应的工作波长越接近相关材料的吸收边缘(在UV范围内)，这种非线性越强烈地显现出来。

依照本发明，具有尽可能高的折射率的材料的潜能现在并没有被充分利用，而是所述折射率被选择得恰好如所需要的那样高(并且不是更高)，以便即使在最大出现的辐射角的情况下还使投影光在几何学上耦合穿过投影物镜，并成像。同时，根据本发明，利用对折射率大小的适度要求，用以选择这样的材料(其吸收边缘在UV中更深)，使得因此相比于在具有较高吸收边缘的材料时的情况，固有双折射在工作波长的范围内还更小低或更少地增加。

在例如NA＝1.5的数值孔径的情况下，依照本发明，尽管可用在193nm的典型工作波长时透明的、具有例如n＝1.87(镁尖晶石)及更高的高折射率的材料，但有意地放弃选择尽可能高折射的晶体材料，而是根据本发明宁可搜寻和发现以下材料，即在所述材料的情况下，折射率n与成像系统的(位于更深处的)图像侧数值孔径之间隔更小，但是恰好仍足以也在最大出现的辐射角的情况下还使投影光耦合穿过成像系统或着成像。

依照另一方面，成像系统、特别是显微光刻投影曝光设备的投影物镜包括至少一个光学元件，所述光学元件包含在预定工作波长时具有折射率n的立方晶体材料，并且所述成像系统具有至少为1.50的图像侧数值孔径NA，其中在所述折射率n与成像系统的数值孔径NA之间的差(n-NA)最大为0.2。