KR19990075861A

KR19990075861A - Miniature objective lens for catadioptric microlithography

Info

Publication number: KR19990075861A
Application number: KR1019980010333A
Authority: KR
Inventors: 칼-하인쯔 슈스터
Original assignee: 헨켈 카르스텐; 칼-짜이스-스티프퉁 트레이딩 에즈 칼 짜이스
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: KR100532233B1

Abstract

본 발명은 서로 마주보고 있는 2개의 볼록 미러 (21,23)를 가지는 카타다이옵트릭 마이크로리소그래프 (catadioptric microlithographic)용 축소 대물렌즈 (reduction objective)에 관한 것이다. 상기 오목미러 (concave mirror)는 대칭구조를 가지며 중심 보어 (central bore)를 가진다. 렌즈 (24 내지 60)는 상기 이미지 (61)로 향하는 상기 광경로 (light path)상의 상기 미러의 후방에 탑재된다. 선호적으로, 렌즈 (15 내지 20)는 상기 대물렌즈측에 이동되어 상기 중심영부분 영역의 상기 미러 (21 및 23)의 사이의 상기 중간영역쪽으로 전향한다. 상기 볼록 미러의 사이의 광경로는 그럼으로써 선호적으로 렌즈가 없게 될 수 있다. 중간 이미지 (Z)가 상기 미러 (21 및 23)의 후방에 형성됨으로써 특히 우수한 보정능력을 보유하게 된다.The present invention relates to a reduction objective for catadioptric microlithographic having two convex mirrors 21 and 23 facing each other. The concave mirror has a symmetrical structure and has a central bore. Lenses 24 to 60 are mounted behind the mirror on the light path towards the image 61. Preferably, lenses 15 to 20 are moved to the objective lens side and turned toward the intermediate region between the mirrors 21 and 23 of the central region. The optical path between the convex mirrors can thus be advantageously free of lenses. The intermediate image Z is formed behind the mirrors 21 and 23, thereby retaining particularly good correction capability.

Description

Miniature objective lens for catadioptric microlithography

본 발명은 서로 마주보고 있는 2개의 오목 미러를 가지는 카타다이옵트릭 마아크로리소그래프용 축소 대물렌즈에 관한 것이다. 상기 오목 미러는 축대칭구조를 가지며 중심 보어를 가진다. 깊은 자외선 (deep UV; DUV)영역의 마이크로리소그래프용 카타다이옵트릭 축소 대물렌즈에 대하여서는 공지되어 있다. 미국 특허출원 08/845,384호에 1997년 4월 25일 출원된 것에는 직교하여 위치한 분극 빔 분산기 (polarizing beam splitter) 및 λ/4 플레이트가 실시에 필요된다. 상기 빔분산기 및 λ/4 플레이트는 깊은 자외선영역에서의 제조에 문제가 된다. 또한, 상기 광축이 약 90°의 편향은 강제적 (mandatory)인 것이어서 제 2 편향의 십자선 (reticle) 및 웨이퍼의 평행을 유지하기위하여 제공된다.The present invention relates to a reduction objective lens for catadioptric microchromographs having two concave mirrors facing each other. The concave mirror has an axisymmetric structure and has a central bore. Cataoptric reduction objective lenses for microlithography in the deep UV (DUV) region are known. Filed April 25, 1997 in US patent application Ser. No. 08 / 845,384, an orthogonally positioned polarizing beam splitter and λ / 4 plate are required for implementation. The beam splitter and λ / 4 plate are problematic for manufacturing in the deep ultraviolet region. The deflection of about 90 [deg.] In the optical axis is also mandatory and is provided to maintain parallel of the reticle and wafer of the second deflection.

다른 카타다이옵트릭 시스템은 비대칭구조를 가진다. 이러한 시스템은 예를들어, 다이슨 타입 (Dyson type) 또는 유럽특허 0,581,585호에 공지된 것일 수도 있다.Other catadioptric systems have an asymmetric structure. Such a system may be, for example, the Dyson type or known from EP 0,581,585.

미국 특허 5,488,229호는 축대칭이며 두 개의 오목미러가 서로 마주보는 구성을 가지는 마이크로리소그래프용 축소 대물렌즈에 대한 것이다. 원칙적으로, 중심 보어은 주어지지만, 환상 (annular)의 어퍼어쳐 조명의 중요성이 증대되고 있는 관점에서 이는 문제가 되지 않는다.U. S. Patent No. 5,488, 229 is directed to a reduced objective lens for microlithography in which the axisymmetric and two concave mirrors face each other. In principle, a central bore is given, but this is not a problem in view of the growing importance of annular aperture lighting.

두 개의 오목미러 모두는 만진 (mangin) 미러로 구성되고, 상기 미러의 제 2 미러는 중심부에서 렌즈로서 동작한다. 따라서, 오직 아이리스 다이에프그렘 (iris diaphgram) 및 웨이퍼만이 배열된다. β= 0.1, NA=0.6 및 λ=193㎚의 환경에서, 5개의 렌즈 및 2개의 만진미러로 충분하다. 그러나, 상기 이미지 필터 및 상기 중심 보어의 크기에 대하여 아무런 언급이 없다. 이러한 이미지 필드의 사이즈에서 본 발명이 얻어지므로, 1 미터 (meter)에 달하는 직경을 가지는 만진미러가 필요하다. 석영 유리 또는 다른 렌즈물질이 깊은 자외선 마이크로리소그래프용의 이러한 강제적인 규격에 사용할 수 있을 거라고는 아무도 생각지 못했다. 미국 특허 5,031,976호는 유사한 구성을 보이지만, 제 2 미러가 평탄하고 분리된 두꺼운 렌즈가 상기 미러의 사이에 제공된다.Both concave mirrors consist of a mangin mirror, the second mirror of which acts as a lens at the center. Thus only iris diaphgrams and wafers are arranged. In an environment of β = 0.1, NA = 0.6 and λ = 193 nm, five lenses and two touch mirrors are sufficient. However, nothing is said about the size of the image filter and the center bore. Since the present invention is obtained in the size of such an image field, a touching mirror having a diameter of up to one meter is required. No one thought that quartz glass or other lens materials could be used in this mandatory specification for deep ultraviolet microlithography. US Pat. No. 5,031,976 shows a similar configuration, but a thick lens with a second mirror flat and separated is provided between the mirrors.

따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼-스텝퍼 (wafer-stepper) 머신의 제작요건에 부합하는 사이즈를 가지는 이미지 필드를 제공하고 적당한 오차보정을 제공하는 축소 대물렌즈를 제공하는 것이다. 본 발명에는 제조를 가능하게 하고 특히 크고 두꺼운 렌즈를 배제하는 설계가 제공된다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a reduction objective that provides an image field with a size corresponding to the fabrication requirements of a wafer-stepper machine and provides adequate error correction. The present invention is provided with a design that enables manufacturing and in particular excludes large and thick lenses.

본 발명의 목적인 상기 카타다이옵트릭 마이크로리소그래프용 축소 대물렌즈는 광축을 정의하고, 광경로를 제공하고, 물체의 이미지를 형성한다. 상기 카타다이옵트릭 마이크로리소그래프용 축소 대물렌즈는, 서로 마주보는 상기 광축상에 탑제된 2개의 오목미러; 상기 광축에 대칭의 배치를 가지고 중심 보어를 가지는 각각의 오목미러; 상기 광축을 따라서 상기 광경로상의 상기 미러의 상기 이미지 후방으로 향하게 배열된 복수의 렌즈를 구비한다.The reduced objective lens for the catadioptric microlithography, which is an object of the present invention, defines an optical axis, provides an optical path, and forms an image of an object. The reduction objective lens for the catadioptric microlithography includes: two concave mirrors mounted on the optical axes facing each other; Each concave mirror having a symmetrical arrangement on the optical axis and having a central bore; And a plurality of lenses arranged along the optical axis, facing rearward of the image of the mirror on the optical path.

상기 복수의 렌즈의 사이에서 상기 광 빔은 다시 이상적인 직경을 가지는 보정렌즈 (correction lense)가 사용될 수 있도록 상기 미러의 직경보다 상당히 작은 직경으로 감소된다.Among the plurality of lenses the light beam is again reduced to a diameter significantly smaller than the diameter of the mirror so that a correction lense having an ideal diameter can be used.

본 발명의 다른 일면으로는 상기 대물측의 렌즈는 상기 중심 보어 영역의 상기 미러 사이의 상기 중간영역에 전방으로 위치한다. 따라서, 대물측 렌즈 시스템은 상기 중심 보어 영역의 상기 미러 중간영역으로 돌출되어 색채차 (chromatic abberration)에 긍정적인 영향을 끼친다.In another aspect of the present invention, the objective lens is positioned forward in the intermediate region between the mirrors of the central bore region. Thus, the objective lens system protrudes into the mirror intermediate region of the central bore region and has a positive effect on chromatic abberration.

본 발명의 또 다른 일면으로는 상기 오목미러 사이의 광경로에 렌즈가 없고, 즉, 상기 최대 빔 직경의 영역의 광경로에 렌즈가 없다는 것이다. 따라서, 작은 렌즈를 사용하는 목적이 달성된다.Another aspect of the invention is that there is no lens in the optical path between the concave mirrors, ie no lens in the optical path in the region of the maximum beam diameter. Thus, the purpose of using a small lens is achieved.

중간 이미지가 상기 미러의 후면에 제공된다. 이러한 방식으로, 상기 미러에 공통하여 접하는 표면은 상기 중간 이미지 및 상기 이미지 사이의 영역이 된다. 이러한 표면의 인근에는 상기 미러에 의한 상기 이미지 오차를 보정하기 위한 소자가 최적의 상태로 탑재될 수 있다. 이러한 목적에는 메니스커스 페어 (meniscus pair)가 적당하다.An intermediate image is provided on the back of the mirror. In this way, the surface in common with the mirror becomes the region between the intermediate image and the image. In the vicinity of the surface, an element for correcting the image error caused by the mirror may be mounted in an optimal state. Meniscus pairs are suitable for this purpose.

본 발명의 또 다른 일면으로 보정소자가 제공되고 특히, 볼록 에어 렌즈가 상기 2개의 렌즈 사이에 제공되고 이러한 방식으로 비점수차 (astigmatism)를 우수하게 보정하게 된다.In another aspect of the present invention, a correction element is provided, in particular a convex air lens is provided between the two lenses and in this way excellently corrects for astigmatism.

본 발명의 또 다른 일면으로 상기 이미지 필드의 직경은 20㎜보다 커고, 상기 이미지측의 개구수 (NA)가 0.06 보다 작다. 또한, 상기 필드 만곡은 0.06㎛보다 작고, 적어도 6pm (pico meter)의 밴드폭의 색채보정이 이루어진다. 이러한 특성으로, 즉, 큰 개구수와 연관한 큰 이미지 필드, 낮은 이미지 필드 만곡, 및 적당한 색채 밴드폭의 특성으로, 본 발명에 의한 유용한 품질이 제공된다.In another aspect of the invention, the diameter of the image field is larger than 20 mm and the numerical aperture NA on the image side is smaller than 0.06. Further, the field curvature is smaller than 0.06 mu m, and color correction of the bandwidth of at least 6 pm (pico meter) is performed. With these properties, i.e., the characteristics of the large image field, the low image field curvature associated with the large numerical aperture, and the appropriate color bandwidth, the useful quality is provided by the present invention.

도 1 은 선호되는 실시예의 렌즈 단면을 도시한다.1 shows a lens cross section of a preferred embodiment.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1 내지 20, 24 내지 60 : 렌즈 21 및 23 : 미러1 to 20, 24 to 60: lens 21 and 23: mirror

61 : 이미지 P : 동공 (pupil)61: Image P: Pupil

Z : 중간 이미지Z: middle image

도 1의 렌즈 단면도 및 표 1의 데이터를 참조하여 본 발명 카타다이옵트릭 마이크로리소그래프용 축소 대물렌즈의 바람직한 실시예를 설명하겠다. 여기에, 전체 27개의 렌즈, 2개의 미러 (21, 23), 및 평면판 (50/51)이 도시되어 있다. 27㎜직경의 이미지 필드에 있어서, 최대 렌즈 (19/20)의 직경은 약 173㎜이고, 최대 미러 (23)의 직경은 약 707㎜이다. 중심 보어는 상기 미러직경의 35%를 지한다. 대물렌즈는 193.38㎚의 파장으로 배열되어 있고, 상 단부의 개구수 (NA)는 0.70이다.A preferred embodiment of the reduced objective lens for catadioptric microlithography of the present invention will be described with reference to the lens sectional view of FIG. 1 and the data of Table 1. FIG. Here, a total of 27 lenses, two mirrors 21 and 23, and a flat plate 50/51 are shown. In the 27 mm diameter image field, the maximum lens 19/20 has a diameter of about 173 mm, and the maximum mirror 23 has a diameter of about 707 mm. The central bore supports 35% of the mirror diameter. The objective lenses are arranged at a wavelength of 193.38 nm, and the numerical aperture NA of the image edge portion is 0.70.

면 (29) 및 면 (30)의 사이에 중간 이미지 면 (Z)이 실현되고, 그에 대응하여 추가동공 (P)에는 마스크 (46, 47 : 48, 49 및 53, 54)가 설치되어 있다. 이러한 메니스커스 렌즈는 미러 (21, 23)에 의하여 발생된 이미지 오차, 특히 축외 이미지 오차를 여기서 최적의 상태로 보정하는 것이 가능하다.The intermediate image plane Z is realized between the plane 29 and the plane 30, and correspondingly, the masks 46, 47: 48, 49, and 53, 54 are provided in the additional pupils P. Such a meniscus lens is capable of correcting an image error generated by the mirrors 21, 23, in particular an off-axis image error, to an optimal state here.

동 (P)의 영역에 바로 인접한 메니스커스 렌즈의 사이에 평면판 (50, 51)이 설치되어 있다. 상기 대물렌즈의 제조시, 예를들어, 이온방사 에칭 (ion ray etching)에 의하여 발생시킬수 있는 작은 형상보정 (small form correction)에 의하여 대물렌즈 샘플의 잔류오차를 보정하므로, 상기 평면판 (50/51)이 이용될 수 있다.Flat plates 50 and 51 are provided between meniscus lenses immediately adjacent to the area of copper P. In the manufacture of the objective lens, since the residual error of the objective lens sample is corrected by a small form correction that can be generated, for example, by ion ray etching, the flat plate (50 / 51 may be used.

이미지측 렌즈군(1 내지 20)은 광각 렉트로포커스(wide angle rectrofocus) 대물렌즈형이며 렌즈군 (25 내지 29)은 상기 렌즈군 (1 내지 20)에 대칭이며 이러한 형태의 상기 중간 이미지의 전방에 있다. 미러측의 2개의 발산 매니스커스 (meniscus) (19,20 및 24,25)는 광속을 미러측에서 크게 발산시키므로, 중심 보어는 작게된다. 2개의 렌즈군 (1 내지 20 및 24 내지 29)은 미러구조 (21, 23)속으로 연장된다. 큰 세로방향의 색채차를 발생시키는 것이 상기 메니스커스 렌즈 (19, 20)의 주요 기능이다. 이러한 색채차는 나머지 모든 렌즈에 의하여 보상된다.The image-side lens group 1 to 20 is a wide angle rectrofocus objective lens type and the lens group 25 to 29 is symmetrical to the lens group 1 to 20 and the front of the intermediate image in this form. Is in. The two diverging meniscus 19, 20 and 24, 25 on the mirror side diverge the light beam largely on the mirror side, so that the center bore becomes small. The two lens groups 1 to 20 and 24 to 29 extend into the mirror structures 21 and 23. Generating a large longitudinal color difference is the main function of the meniscus lenses 19 and 20. This color difference is compensated for by all remaining lenses.

큰 볼록면 (57)은, 물체 (60)까지의 대응하는 렌즈의 유리두께와 함께, 상술한 대물렌즈에 있어서 중요하며 현미경용 대물렌즈에서도 유사한 구조가 통상적으로 사용된다.The large convex surface 57, together with the glass thickness of the corresponding lens to the object 60, is important for the objective lens described above, and similar structures are commonly used in microscope objectives.

전체의 렌즈는 구면상이며 석영유리로 만들어진다. 다른 물질 (불화칼슘, calcium fluoride)도 157㎚의 낮은 파장에서의 동작을 위하여 사용된다.The whole lens is spherical and made of quartz glass. Other materials (calcium fluoride) are also used for operation at low wavelengths of 157 nm.

상기 미러는 기지의 지수급수전개식 (power series expansion)에 따라서 비구면 (aspheric)이다.The mirror is aspheric in accordance with a known power series expansion.

P(h)=(1/2R)h²+c₁h⁴+⃛+c_nh²ⁿ⁺² P (h) = (1 / 2R) h ² + c ₁ h ⁴ + ⃛ + c _n h ^{2n + 2}

여기서, P는 표 1 에 나타난 비구면 지수 (aspheric constants) c₁에서 c_n을 가지는 반경 (h, 광축까지의 고도)의 함수로서 실인고 (sagitta)이며, R은 표 1로부터 얻어진 정점반경 (vertex radius)이다. 구면으로부터 상기 미러면의 편차는 제조공정시에 제어될 수 있을 정도로 적당한 정도이다.Where P is sagitta as a function of the aspheric constants c ₁ to c _n (h, altitude to the optical axis) with Table 1, and R is the vertex radius obtained from Table 1 radius). The deviation of the mirror surface from the spherical surface is moderate enough to be controlled in the manufacturing process.

직경 0.5 내지 1m의 범위를 가지는 비구면 미러의 제조는 천문학기기의 분야에서 공지되어 있다. 연속제조의 경우, 갈바노 (galvano) 형성과 같은 세이핑 (shaping) 기술에 이용되고 있다. 공통하여 접하는 보정면은 상술한 평면판 (50/51) 또는 하나의 인접 메니스커스 렌즈 (52)을 이용할 수 있으므로 제조시의 정확도는 크게 필요치 않다.The manufacture of aspherical mirrors having a diameter in the range of 0.5 to 1 m is known in the field of astronomy equipment. In the case of continuous manufacturing, it is used for shaping techniques such as galvano formation. The correction surface that is in common contact can use the above-described flat plate 50/51 or one adjacent meniscus lens 52, so that the accuracy at the time of manufacture is not necessary much.

또한, 탄성 미러를 이용하는 것도 가능하다. 기지의 조준접합법 (alignment cementing)을 변형하여, 엑츄에이터를 이용한 조립단계에서 조절하고 그 다음으로 탄성지지체에 고정시킬 수 있다. 한편, 이러한 미러는 열렌즈 효과를 보상하기 위하여 압전 엑츄에이터에 의하여 작동중에 온라인으로 상기 미러를 최적의 형상으로 제어할 수 있다.It is also possible to use an elastic mirror. The known alignment cementing can be modified to be adjusted during assembly using the actuator and then secured to the elastic support. On the other hand, such a mirror can control the mirror in an optimum shape online during operation by a piezoelectric actuator to compensate for the thermal lens effect.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 웨이퍼-스텝퍼 (wafer-stepper) 머신의 체작요건에 부합하는 사이즈를 가지는 이미지 필드를 제공하고 적당한 오차보정을 제공하는 축소 대물렌즈를 제공하는 것이 가능하게 된다.As described above, in the present invention, it becomes possible to provide a reduction objective lens that provides an image field having a size corresponding to the size requirement of a wafer-stepper machine and provides proper error correction.

Claims

In a reduced objective lens for catadioptric microlithography that defines an optical axis, provides an optical path, and forms an image of an object,

Two concave mirrors mounted on the optical axes facing each other;

A plurality of lenses arranged rearward of the image of the concave mirror on the optical path along the optical axis,

And each of the concave mirrors has a symmetrical structure with the optical axis and has a central bore.

The method of claim 1, wherein the concave mirrors jointly define an intermediate region; The plurality of lenses is a first plurality of lenses; The reduction objective lens further comprises a second plurality of lenses arranged on the optical axis in front of the first plurality of lenses towards the objective lens, the second plurality of lenses at least partially into the intermediate region of the central bore region; A reduction objective lens for catadioptric microlithography, which is extended.

2. The reduced objective lens for catadioptric microlithography according to claim 1, wherein there is no lens in the optical path between the concave mirrors.

3. A reduction objective lens according to claim 2, wherein an intermediate image (Z) is formed on the optical axis behind the concave mirror.

5. The reduced objective lens of claim 4, wherein the two lenses of the first plurality of lenses jointly define a convex air lens behind the intermediate image.

2. The reduced objective lens of claim 1, wherein the reduced objective lens defines an image field having a diameter larger than 20 mm.

2. A reduction objective lens according to claim 1, wherein the image-side numerical aperture is larger than 0.60.

2. The reduced objective lens of claim 1, wherein said image field curvature is less than 0.06 [mu] m.

2. The reduced objective lens for catadioptric microlithography according to claim 1, wherein color correction of a bandwidth of at least 6 pm is obtained.

2. The pupil of claim 1, wherein a pupil (P) is formed at the rear of the intermediate image (Z); A reduction objective lens for catadioptric microlithography, wherein the plurality of lenses including a meniscus lens are mounted in the pupil (P) region, and the meniscus lens is convex toward the pupil.

11. The apparatus of claim 10, wherein the plurality of lenses including optical elements are mounted in the area; A reduction objective lens for catadioptric microlithography, wherein the optical element has a non-spherical correction surface.