Projektionsverfahren und Projektionssystem mit optischer Filterung Projection method and projection system with optical filtering
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abbildung eines in einer Objektebene eines optischen Abbildungssystems angeordneten Musters in die Bildebene des Abbildungssystems sowie auf ein Abbildungssystem zur Durchführung des Verfahrens. Der Abbildungsvorgang umfasst eine optische Filterung des durch das Abbildungssystem tretenden Lichts. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Projektionsobjektive für die Mikrolithographie.The invention relates to a method for imaging a pattern arranged in an object plane of an optical imaging system into the image plane of the imaging system and to an imaging system for carrying out the method. The imaging process includes optical filtering of the light passing through the imaging system. Preferred areas of application of the invention are projection objectives for microlithography.
Projektionsobjektive für die Mikrolithographie werden in Projektionsbelichtungsanlagen zur Herstellung vonProjection lenses for microlithography are used in projection exposure systems for the production of
Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen verwendet. Diese Abbil ungssysteme dienen dazu, Muster von Photomasken oder Strich platten, die in der Objektebene des Abbildungssystems angeordnet sind und allgemein als Masken oder Retikel bezeichnet werden, auf einen in der Bildebene des Abbildungssystems angeordneten, mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichten Gegenstand mit höchster Auflösung in verkleinerndem Maßstab abzubilden.Semiconductor components and other finely structured components used. These imaging systems serve to pattern samples of photomasks or graticules, which are arranged in the object plane of the imaging system and are generally referred to as masks or reticles, on an object arranged in the image plane of the imaging system and coated with a light-sensitive layer with the highest resolution in a reducing size Map scale.
Da das Auflösungsvermögen optischer Abbildungssysteme proportional zur Wellenlänge λ des verwendeten Lichts und umgekehrt proportional zur bildseitigen numerischen Apertur (NA) des optischen Abbildungssystems ist, wird es zur Erzeugung immer feinerer Strukturen angestrebt, einerseits die bildseitige numerische Apertur der Projektionsobjektive zu vergrößern und andererseits immer kürzere Wellenlängen zu verwenden. Vorzugsweise wird mit Ultraviolettlicht mit Wellenlängen von weniger als ca. 260 nm gearbeitet, beispielsweise mit 248 nm, 193 nm oder 157 nm Wellenlänge.
Neben dem Auflösungsvermögen spielt die bei der Abbildung erzielbare Schärfentiefe (DOF, depth of focus) eine wichtige Rolle für eine vorlagengetreue Abbildung. Die Schärfentiefe ist ebenfalls proportional zur verwendeten Wellenlänge, jedoch umgekehrt proportional zum Quadrat der numerischen Apertur. Daher ist eine Steigerung der numerischen Apertur ohne geeignete Maßnahmen zur Sicherstellung einer ausreichenden Schärfentiefe nur begrenzt sinnvoll.Since the resolution of optical imaging systems is proportional to the wavelength λ of the light used and inversely proportional to the image-side numerical aperture (NA) of the optical imaging system, efforts are being made to produce ever finer structures, on the one hand to increase the image-side numerical aperture of the projection objectives and on the other hand to use shorter and shorter wavelengths to use. Ultraviolet light with wavelengths of less than approximately 260 nm is preferably used, for example with 248 nm, 193 nm or 157 nm wavelength. In addition to the resolving power, the depth of focus (DOF) that can be achieved in the image plays an important role for a true-to-original image. The depth of field is also proportional to the wavelength used, but inversely proportional to the square of the numerical aperture. Therefore, increasing the numerical aperture without suitable measures to ensure a sufficient depth of field only makes sense to a limited extent.
Es ist bekannt, zur Verbesserung der Auflösung und der Schärfentiefe mikrolithographischer Projektionsobjektive Pupillenfilter zu verwenden.It is known to use pupil filters to improve the resolution and the depth of field of microlithographic projection objectives.
Als Pupillenfilter wird hier ein Raumfϊlter bezeichnet, das im Bereich einer Pupillenebene eines optischen Abbildungssystems angeordnet ist.A pupil filter is a space filter which is arranged in the region of a pupil plane of an optical imaging system.
Die Verwendung von Pupillenfiltern wird manchmal auch als optischeThe use of pupil filters is sometimes called optical
Filterung oder Apodisation bezeichnet. Während die Objektebene und die Bildebene konjugierte Feldebenen des Abbildungssystems darstellen, ist die Pupillenebene eine zur Objektebene und zurCalled filtering or apodization. While the object plane and the image plane represent conjugate field planes of the imaging system, the pupil plane is one to the object plane and to the other
Bildebene Fourier-transformierte Ebene. Dies bedeutet insbesondere, dass ein bestimmter Einfallswinkel von Licht in der Bildebene desImage plane Fourier-transformed plane. This means in particular that a certain angle of incidence of light in the image plane of the
Projektionsobjektivs einer bestimmten Radialkoordinate in der Pupillenebene entspricht. Mit Hilfe einer ortsauflösenden Filterung imProjection lens corresponds to a certain radial coordinate in the pupil plane. With the help of a spatially resolving filtering in
Bereich der Pupille kann somit Einfluss auf das Winkelspektrum der zurThe area of the pupil can thus influence the angular spectrum of the
Abbildung beitragenden Strahlen genommen werden.Figure contributing rays are taken.
Für Systeme mit großer numerischer Apertur wird die Abbildung gewisser Strukturen immer schwieriger. Die Schärfentiefe kann so klein werden, dass kein fertigungstauglicher Prozess mehr möglich ist. Es hat sich z.B. gezeigt, dass isolierte Kontaktlöcher mit größerem Prozessfenster abgebildet werden können, wenn man die Pupille in der Mitte abdunkelt. Dadurch wird ungebeugtes Licht geblockt, während stärker gebeugtes Licht weitgehend ungehemmt durch das Abbildungssystem laufen und für eine effektive Erhöhung des Kontrastes sorgen kann. Eine Erläuterung der Funktionsweise von
Pupillenfiltern sowie Beispiele von Projektionsobjektiven mit derartigen Filtern sind beispielsweise in der EP 0 485 062 A1 (entsprechend US 5,316,896) oder der US 5,144,362 sowie in den dort zitierten Schriften angegeben.For systems with a large numerical aperture, the mapping of certain structures is becoming increasingly difficult. The depth of field can become so small that a process suitable for production is no longer possible. It has been shown, for example, that isolated contact holes with a larger process window can be imaged if the pupil is darkened in the middle. This blocks undiffracted light, while more diffracted light passes through the imaging system largely uninhibited and can effectively increase the contrast. An explanation of how Pupil filters and examples of projection objectives with such filters are given, for example, in EP 0 485 062 A1 (corresponding to US 5,316,896) or US 5,144,362 and in the documents cited therein.
Um einen optimalen Nutzen einer Pupillenfilterung zu erzielen, ist es zweckmäßig, die durch die Filterfunktion eines Pupillenfilters bestimmte Wirkungsweise des Pupillenfilters an die Art der abzubildenden Retikelstrukturen anzupassen. Dementsprechend sind Pupillenfilter für bestimmte Retikelstrukturen (z.B. Kontaktlöcher, Gitterstrukturen mit einer oder mehreren Periodizitätsrichtungen) optimiert. Da mit einem Projektionsobjektiv Retikel unterschiedlichster Strukturen abgebildet werden sollen, ist es wünschenswert, Pupillenfilter mit unterschiedlichen Wirkungen wahlweise einsetzen zu können. Aus der US 5,610,684 ist hierzu ein Projektionsobjektiv bekannt, welches eine Auswechseleinrichtung zum Auswechseln von Pupillenfiltern aufweist, die wahlweise in den Bereich der Pupillenebene des Projektionsobjektivs eingebracht werden können. DieIn order to achieve optimal use of pupil filtering, it is expedient to adapt the mode of operation of the pupil filter, which is determined by the filter function of a pupil filter, to the type of reticle structures to be imaged. Accordingly, pupil filters are optimized for certain reticle structures (e.g. contact holes, lattice structures with one or more directions of periodicity). Since reticles of different structures are to be imaged with a projection lens, it is desirable to be able to use pupil filters with different effects. For this purpose, US Pat. No. 5,610,684 discloses a projection objective which has an exchange device for exchanging pupil filters, which can optionally be introduced into the region of the pupil plane of the projection objective. The
Austauscheinrichtung umfasst Verschiebungseinrichtungen zur Verschiebung pupillennaher Linsen, um für den Austauschprozess ausreichend Platz zur Verfügung zu stellen. In der EP 0 638 847 B1 (entsprechend US 5,448,336) ist ein Projektionsobjektiv mit einer Pupillenfilter-Austauscheinrichtung gezeigt, deren Betrieb keine Bewegung pupillennaher Linsen erfordert. Die technische Umsetzung derartiger Austauschvorrichtungen ist bei Hochleistungs- Projektionsobjektiven sehr aufwendig, da dort enge Toleranzen für Material, Passe und Dicke der verwendeten optischen Komponenten und hohe Anforderungen an die Positioniergenauigkeit und gegebenenfalls Gasdichtigkeit gestellt werden.Exchange device comprises displacement devices for displacing lenses close to the pupil in order to provide sufficient space for the exchange process. EP 0 638 847 B1 (corresponding to US Pat. No. 5,448,336) shows a projection objective with a pupil filter exchange device, the operation of which does not require the movement of lenses close to the pupil. The technical implementation of such exchange devices is very complex in the case of high-performance projection lenses, since there are narrow tolerances for the material, fit and thickness of the optical components used and high demands are placed on the positioning accuracy and possibly gas tightness.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abbildungsverfahren mit optischer Filterung und ein entsprechendes optisches Abbildungssystem
zu schaffen, die auf einfache Weise den Einsatz unterschiedlich wirkender optischer Filter ermöglichen.The invention is based on the object of an imaging method with optical filtering and a corresponding optical imaging system to create, which allow the use of optical filters with different effects in a simple manner.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein optisches Abbildungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 9 vor. Vorteilhafte Weiterbildung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.To achieve this object, the invention proposes a method with the features of claim 1 and an optical imaging system with the features of claim 9. Advantageous further developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated by reference into the content of the description.
Das erfindungemäße Verfahren zur Abbildung eines in der Objektebene eines optischen Abbildungssystems angebrachten Musters in die Bildebene des Abbildungssystems nutzt ein Abbildungssystem, bei dem zwischen der Objektebene und der Bildebene eine Vielzahl entlang einer optischen Achse angeordneter optischer Elemente und mindestens eine zu einer Feldebene des Abbildungssystems Fourier-transformierte Pupillenebene angeordnet sind. Bei der Abbildung wird eine optische Filterung des durch das Abbildungssystem laufenden Lichtes durchgeführt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:The method according to the invention for imaging a pattern attached in the object plane of an optical imaging system into the image plane of the imaging system uses an imaging system in which, between the object plane and the image plane, a plurality of optical elements arranged along an optical axis and at least one to a field plane of the imaging system Fourier- transformed pupil plane are arranged. In the imaging, optical filtering of the light passing through the imaging system is carried out. The process includes the following steps:
Vorgabe einer gewünschten, ortabhängigen Pupillen-Filterfunktion Fp für den Bereich der Pupillenebene als Funktion von Pupillen- Ortskoordinaten; Berechnung einer der Pupillen-Filterfunktion entsprechenden winkelabhängigen Filterfunktion Ff für den Bereich einer zur Pupillenebene Fourier-transformierten Feldebene desSpecification of a desired, location-dependent pupil filter function F p for the area of the pupil plane as a function of pupil location coordinates; Calculation of an angle-dependent filter function F f corresponding to the pupil filter function for the area of a field plane of the Fourier transformed to the pupil plane
Abbildungssystems als Funktion von Inzidenzwinkeln im Bereich der Feldebene; Winkelselektive Filterung gemäß der winkelabhängigen Filterfunktion im Bereich der Feldebene.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, den für die optische Filterung nötigen Eingriff in den Strahlengang, welcher im Ergebnis einer Pupillenfilterung entspricht, nicht im Bereich einer Pupille des Abbildungssystems vorzunehmen, sondern in einem dazugehörigen feldnahen Bereich, d.h. in einer zur Pupille Fourier-transformierten Feldebene oder in der Nähe dieser Feldebene. Dabei wird z.B. die Erkenntnis genutzt, dass das Winkelspektrum der zur Bildebene laufenden Strahlen an einer nahe der Bildebene liegenden Fläche des Projektionsobjektivs unmittelbar in Pupillenkoordinaten übertragbar ist. Beispielsweise entspricht ein bestimmter Einfallswinkel bzw. Inzidenzwinkel in der Bildebene einer bestimmten Radialkoordinate in der Pupillenebene. Daher kann eine winkelselektive Filterung in einem feldnahen Bereich die gleiche Wirkung haben wie eine ortsselektive Filterung im Bereich der Pupille. Als feldnahe Bereiche werden hier insbesondere solche Bereiche bezeichnet, in denen die Randstrahlhöhe geringer und deutlich kleiner als die Hauptstrahlhöhe ist. Die Randstrahlhöhe kann beispielsweise maximal 10% oder maximal 20% der Hauptstrahlhöhe betragen. Die Randstrahlhöhe ist die Strahlhöhe von Randstrahlen, die von der Feldmitte zum Aperturrand verlaufen; die Hauptstrahlhöhe ist die Strahlhöhe von Hauptstrahlen, die am Feldrand verlaufen und die optische Achse im Bereich der Apertur schneiden. Als feldnahe Bereiche kommen insbesondere der Bereich der Bildebene, der Bereich der Objektebene und, im Falle eines Systems mit mindestens einem reellen Zwischenbild, der Bereich der Zwischenbildebene in Betracht.Imaging system as a function of incidence angles in the field level; Angle-selective filtering according to the angle-dependent filter function in the area of the field level. According to the invention, it is therefore provided that the intervention in the beam path required for the optical filtering, which corresponds to pupil filtering as a result, is not carried out in the area of a pupil of the imaging system, but in an associated area near the field, i.e. in a field plane transformed to the Fourier pupil or in close to this field level. Here, for example, the knowledge is used that the angular spectrum of the rays running to the image plane on a surface of the projection objective lying close to the image plane can be directly transmitted in pupil coordinates. For example, a certain angle of incidence or angle of incidence in the image plane corresponds to a certain radial coordinate in the pupil plane. Therefore, an angle-selective filtering in an area close to the field can have the same effect as a location-selective filtering in the area of the pupil. Areas in the vicinity of the field are in particular those areas in which the marginal jet height is lower and significantly smaller than the main jet height. The edge jet height can be, for example, a maximum of 10% or a maximum of 20% of the main jet height. The marginal ray height is the ray height of marginal rays that run from the field center to the aperture edge; the main beam height is the beam height of main beams that run at the field edge and intersect the optical axis in the area of the aperture. The areas near the field are in particular the area of the image plane, the area of the object plane and, in the case of a system with at least one real intermediate image, the area of the intermediate image plane.
Die winkelselektive Filterung gemäß der Erfindung bewirkt, dass sich die auf ein optisches Filterelement auftreffende Strahlung von der vom Filterelement weglaufenden Strahlung in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Strahlung in einer definierten Weise unterscheidet, wobei der Unterschied mit Hilfe der Filterfunktion beschreibbar ist. Ein winkelselektives Filterelement kann als Transmissionsfilter ausgelegt
sein, um auf die durch das Filterelement hindurchtretende Strahlung zu wirken. Es ist auch möglich, winkelselektive Filterelemente als Reflexionsfilter zu gestalten, welche beispielsweise Licht, das unter großen Einfallswinkeln auffällt, stärker reflektieren als Licht, welches unter kleinen Einfallswinkeln auffällt. Bevorzugte Ausführungsformen winkelselektiver Filterelemente sind als Transmissionsfilter mit einer vom Inzidenzwinkel der einfallenden Strahlung abhängigenThe angle-selective filtering according to the invention has the effect that the radiation impinging on an optical filter element differs from the radiation traveling away from the filter element in a defined manner as a function of the angle of incidence of the radiation, the difference being describable with the aid of the filter function. An angle-selective filter element can be designed as a transmission filter be to act on the radiation passing through the filter element. It is also possible to design angle-selective filter elements as reflection filters, which, for example, reflect light that strikes at large angles of incidence more strongly than light that strikes at small angles of incidence. Preferred embodiments of angle-selective filter elements are transmission filters with a dependence on the incidence angle of the incident radiation
Transmissionsfunktion ausgebildet.Transmission function trained.
Bei einer Weiterbildung wird eine radialsymmetrische Pupillen- Filterfunktion Fp = f(rp) vorgegeben, wobei rp eine Radialkoordinate in der Pupillenebene bezüglich einer Achse ist, die normalerweise mit der optischen Achse des Abbildungssystems zusammenfällt. Die Berechnung der zugehörigen, winkelabhängigen Filterfunktion Ff = f(α) für einen feldnahen Bereich erfolgt unter Verwendung der Gleichung rp = sin(α)/NA, wobei α der Inzidenzwinkel eines Lichtstrahls im Bereich der dem Filter nahen Feldebene und NA die numerische Apertur des Abbildungssystems im Bereich dieser Feldebene ist. Diese Feldebene kann die Bildebene oder die Objektebene sein, bei Systemen mit reellem Zwischenbild auch eine Zwischenbildebene. Auf diese Weise ist es z.B. möglich, die Pupillentransmission radialsymmetrisch zu beeinflussen, wenn die Transmission im Bereich einer wafernahen, letzten Objektivfläche oder einer objektnahen Fläche am Objektiv oder Retikel als Funktion des Einfallswinkels α beeinflusst wird.In a further development, a radially symmetrical pupil filter function F p = f (r p ) is specified, where r p is a radial coordinate in the pupil plane with respect to an axis that normally coincides with the optical axis of the imaging system. The calculation of the associated, angle-dependent filter function F f = f (α) for an area close to the field is carried out using the equation r p = sin (α) / NA, where α is the angle of incidence of a light beam in the area of the field plane close to the filter and NA the numerical Is the aperture of the imaging system in the area of this field level. This field level can be the image level or the object level, in systems with a real intermediate image also an intermediate image level. In this way it is possible, for example, to influence the pupil transmission in a radially symmetrical manner if the transmission in the region of a last objective surface near the wafer or an object near the object on the objective or reticle is influenced as a function of the angle of incidence α.
Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die winkelselektive Filterung im Bereich einer Feldebene des Abbildungssystems in der Weise erfolgt, dass ein Transmissionsgrad für kleine Inzidenzwinkel kleiner ist als für große Inzidenzwinkel. Insbesondere kann der Transmissionsgrad von kleinen Inzidenzwinkeln zu großen Inzidenzwinkeln im wesentlichen kontinuierlich zunehmen. Da
kleine Inzidenzwinkel im feldnahen Bereich Strahlen entsprechen, die im Bereich der Pupille nahe der optischen Achse verlaufen, entspricht diese Winkelabhängigkeit in ihrer Wirkung einem Pupillenfilter, der im Bereich der optischen Achse eine geringere Transmission hat als in außen liegenden Randbereichen der Pupille. Dies entspricht einer Pupillenapodisation mit einer Verdunklung des achsnahen Zentralbereichs, wie sie beispielsweise zur Vergrößerung der Schärfentiefe bei der Abbildung von Kontaktlöchern vorteilhaft ist. Bei einem entsprechenden reflektierenden Filterelement könnte der Reflexionsgrad von kleinen zu großen Inzidenzwinkeln zunehmen.Embodiments are particularly advantageous in which the angle-selective filtering takes place in the area of a field plane of the imaging system in such a way that a transmittance is smaller for small incidence angles than for large incidence angles. In particular, the transmittance can increase substantially continuously from small angles of incidence to large angles of incidence. There small incidence angles in the area close to the field correspond to rays that run near the optical axis in the area of the pupil, this angle dependency corresponds in effect to a pupil filter that has a lower transmission in the area of the optical axis than in the outer peripheral areas of the pupil. This corresponds to a pupil apodization with a darkening of the central region near the axis, as is advantageous, for example, to increase the depth of field when imaging contact holes. With a corresponding reflective filter element, the degree of reflection could increase from small to large incidence angles.
Die winkelselektive Filterung kann in jedem ausreichend nahe an einer Feldebene liegenden Bereich durchgeführt werden. In einem Abbildungssystem, bei dem zwischen Objektebene und Bildebene ein oder mehrere reelle Zwischenbilder entstehen, kann die winkelselektive Filterung z.B. in oder nahe einer Zwischenbildebene durchgeführt werden. Es ist auch möglich, die Filterung im Bereich der Objektebene vorzunehmen. Hierzu kann beispielsweise eine entsprechende Beschichtung auf einer Eintrittsplatte oder einem ersten Linsenelement vorgesehen sein. Bei Verwendung sogenannter hard-pellicle kann auch am Pellicle eine entsprechende Filterschicht angebracht sein. Günstig ist es, wenn die winkelselektive Filterung im Bereich der Bildebene durchgeführt wird, so dass die durch Filterung veränderte Strahlung keine optischen Komponenten des Abbildungssystems mehr zu durchlaufen hat. In diesem Fall ist das für den Ort der Abbildung (Bildebene) gewünschte Winkelspektrum mit großer Genauigkeit einstellbar. Besonders günstig ist es, wenn das winkelselektive Filter an einem der Bildebene nächsten, letzten optischen Element des Abbildungssystems abgebracht oder durch dieses letzte optische Element gebildet ist. Beispielweise kann das winkelselektive Filter eine Interferenz-Filterschicht umfassen, welche an einer der Bildebene
zugewandten, letzten optischen Fläche des Abbildungssystems angebracht ist.The angle-selective filtering can be carried out in any area sufficiently close to a field level. In an imaging system in which one or more real intermediate images are created between the object plane and the image plane, the angle-selective filtering can be carried out, for example, in or near an intermediate image plane. It is also possible to carry out the filtering in the area of the object level. For this purpose, for example, a corresponding coating can be provided on an entry plate or a first lens element. When using so-called hard pellicles, a corresponding filter layer can also be attached to the pellicle. It is expedient if the angle-selective filtering is carried out in the area of the image plane, so that the radiation changed by filtering no longer has to pass through any optical components of the imaging system. In this case, the angle spectrum desired for the location of the image (image plane) can be set with great accuracy. It is particularly expedient if the angle-selective filter is attached to a last optical element of the imaging system closest to the image plane or is formed by this last optical element. For example, the angle-selective filter can comprise an interference filter layer, which is on one of the image planes facing, last optical surface of the imaging system is attached.
Um einen einfachen Wechsel zwischen Filterelementen mit verschiedenen Filterfunktionen zu ermöglichen, ist bei vorteilhaften Weiterbildungen vorgesehen, das winkelselektive Filter austauschbar an das optische Abbildungssystem anzukoppeln. Beispielsweise kann eine winkelselektive Beschichtung, die die Pupillenapodisation bewirkt, an der bildseitigen Austrittsfläche eines austauschbaren Abschlusselementes angebracht sein. Es kann sich dabei um eine austauschbare, planparallele Abschlussplatte handeln. In jedem Fall ist es günstig, wenn die wirksame Filterschicht des Filters auf einer ebenen oder nur geringfügig gekrümmten Oberfläche aufgebracht ist, um eine gleichmäßige, winkelselektive Wirkung über die gesamte Filterfläche zu gewährleisten.In order to enable a simple change between filter elements with different filter functions, advantageous further developments provide for the angle-selective filter to be interchangeably coupled to the optical imaging system. For example, an angle-selective coating, which effects the pupil apodization, can be attached to the image-side exit surface of an exchangeable end element. It can be an exchangeable, plane-parallel end plate. In any case, it is advantageous if the effective filter layer of the filter is applied to a flat or only slightly curved surface in order to ensure a uniform, angle-selective effect over the entire filter surface.
Es ist möglich, dass das winkelselektive Filterelement eine eigene Fassung hat, die beispielsweise mit Hilfe von Schrauben lösbar mit Fassungselementen für die optischen Elemente des Abbildungssystems verbunden werden kann. Es ist auch möglich, dass das winkelselektive Filterelement als letztes optisches Element des Abbildungssystems fassungsfrei und auswechselbar mit dem vorletzten optischen Element verbunden ist. Die Verbindung kann beispielsweise durch Ansprengen erfolgen. Diese für ein Auswechseln optischer Elemente besonders günstige Anbringungsart ist beispielsweise in der EP 1 063 551 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird. Die Erfindung ermöglicht es, austauschbare Filterelemente derart lösbar und/oder auswechselbar an der Außenseite des Projektionsobjektivs oder in dessen Nähe anzuordnen, dass ein Austausch ohne Eingriff in das Innere des Abbildungssystems möglich ist.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei dioptrischen, katadioptrischen oder katoptischen Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie nutzbar. Eine winkelselektive Filterung in unmittelbarer Nähe der Waferebene (Bildebene) ist bevorzugt. Alternativ oder zusätzlich kann die Filterung auch im Bereich einer anderen Feldebene durchgeführt werden, z.B. der Objektebene oder einer gegebenenfalls vorhandenen Zwischenbildebene. Die Erfindung ist auch für andere Abbildungssysteme, beispielsweise Mikroskope geeignet.It is possible that the angle-selective filter element has its own socket, which can be detachably connected to socket elements for the optical elements of the imaging system, for example with the aid of screws. It is also possible for the angle-selective filter element, as the last optical element of the imaging system, to be connected to the penultimate optical element so that it can be replaced and replaced. The connection can be made, for example, by starting. This type of attachment, which is particularly favorable for replacing optical elements, is described, for example, in EP 1 063 551, the disclosure content of which is made the content of this description by reference. The invention enables interchangeable and / or interchangeable filter elements to be arranged on the outside of the projection lens or in the vicinity thereof in such a way that it can be replaced without interfering with the interior of the imaging system. The invention can be used particularly advantageously in the case of dioptric, catadioptric or catoptical projection objectives for microlithography. An angle-selective filtering in the immediate vicinity of the wafer level (image level) is preferred. Alternatively or additionally, the filtering can also be carried out in the area of another field level, for example the object level or an intermediate image level which may be present. The invention is also suitable for other imaging systems, for example microscopes.
Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus denThe above and other features go beyond the
Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.Claims also from the description and the drawings, wherein the individual features can be implemented individually or in groups in the form of sub-combinations in one embodiment of the invention and in other areas and can represent advantageous and protectable versions.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer als Wafer-Stepper ausgebildeten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv, welches mit einer Ausführungsform eines winkelselektiven Filterelements gemäß der Erfindung ausgestattet ist;1 is a schematic illustration of a microlithography projection exposure system designed as a wafer stepper with a projection objective, which is equipped with an embodiment of an angle-selective filter element according to the invention;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des wafernahen Endbereichs des Projektionsobjektivs gemäß Fig. 1 mit Erläuterungen zur Filterfunktion bevorzugter, winkelselektiver Filterelemente;FIG. 2 is a schematic illustration of the end region of the projection objective according to FIG. 1 near the wafer with explanations of the filter function of preferred, angle-selective filter elements;
Fig. 3 ist ein Diagramm zur Darstellung von Transmissionsgrad und Reflexionsgrad einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filterschicht als Funktion des Inzidenzwinkels für 157nm Wellenlänge.
In Fig. 1 ist schematisch eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage in Form eines Wafer-Steppers 1 gezeigt, der zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen vorgesehen ist. Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 2, der Licht mit einer Arbeitswellenlänge λ ausstrahlt, die im Beispiel 157nm beträgt und bei anderen Ausführungsformen auch darunter oder darüber, beispielsweise bei 193nm oder 248nm liegen kann. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 4 erzeugt ein großes, scharf begrenztes und homogen beleuchtetes Bildfeld, das an die Telezentrie- Erfordernisse des nachgeschalteten Projektionsobjektivs 5 angepasst ist. Das Projektionsobjektiv 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines optischen Abbildungssystems gemäß der Erfindung. Das Beleuchtungssystem hat Einrichtungen zur Auswahl des Beleuchtungsmodus und ist beispielsweise zwischen konventioneller Beleuchtung mit variablem Kohärenzgrad, Ringfeldbeleuchtung und Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung umschaltbar. Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung 6 zum Halten und Manipulieren einer Maske 7 so angeordnet, dass die Maske (Retikel) in der Objektebene 8 des Projektionsobjektivs liegt und in dieser Ebene zum Scannerbetrieb in einer Abfahrrichtung 9 (y-Richtung) mit Hilfe eines Scannerantriebs bewegbar ist.3 is a diagram illustrating the transmittance and reflectance of an embodiment of a filter layer according to the invention as a function of the angle of incidence for a wavelength of 157 nm. 1 schematically shows a microlithography projection exposure system in the form of a wafer stepper 1, which is provided for the production of highly integrated semiconductor components. The projection exposure system comprises an excimer laser 2 as the light source, which emits light with a working wavelength λ, which in the example is 157 nm and in other embodiments can also be below or above, for example 193 nm or 248 nm. A downstream lighting system 4 generates a large, sharply delimited and homogeneously illuminated image field which is adapted to the telecentricity requirements of the downstream projection lens 5. The projection lens 5 is a preferred embodiment of an optical imaging system according to the invention. The lighting system has devices for selecting the lighting mode and can be switched, for example, between conventional lighting with a variable degree of coherence, ring field lighting and dipole or quadrupole lighting. A device 6 for holding and manipulating a mask 7 is arranged behind the lighting system so that the mask (reticle) lies in the object plane 8 of the projection objective and can be moved in this plane for scanner operation in a departure direction 9 (y direction) with the aid of a scanner drive is.
Hinter der Maskenebene 8 folgt das Projektionsobjektiv 5, das als Reduktionsobjektiv wirkt und ein Bild der Maske in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1 :4 oder 1 :5, auf einen mit einer Photoresistschicht belegten Wafer 10 abbildet, der in der Bildebene 11 des Reduktionsobjektivs 5 angeordnet ist. Andere Ausführungsformen, die für gröbere Ausgangsstrukturen, beispielsweise für die maskenlose Lithographie ausgelegt sind, können stärkere Verkleinerungen beispielsweise zwischen 1 :20 und 1 :200 haben. Der Wafer 10 wird durch eine Einrichtung 12 gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst,
um den Wafer synchron mit dem Retikel 7 parallel zu diesem zu bewegen. Alle Systeme werden von einer Steuereinheit 13 gesteuert.Behind the mask plane 8 follows the projection lens 5, which acts as a reduction lens and images an image of the mask on a reduced scale, for example on a scale of 1: 4 or 1: 5, onto a wafer 10 covered with a photoresist layer, which is in the image plane 11 of the reduction lens 5 is arranged. Other embodiments that are designed for coarser initial structures, for example for maskless lithography, can have larger reductions, for example between 1:20 and 1:200. The wafer 10 is held by a device 12, which comprises a scanner drive, in order to move the wafer in parallel with the reticle 7. All systems are controlled by a control unit 13.
Das Projektionsobjektiv 5 ist ein katadioptrisches Projektionsobjektiv mit geometrischer Strahlteilung. Es hat zwischen seiner Objektebene (Maskenebene 8) und seiner Bildebene (Waferebene 11 ) einen katadioptrischen ersten Objektivteil 15 mit einem Konkavspiegel 16, einem geometrischen Strahlteiler 17 und hinter diesem einen dioptrischen zweiten Objektivteil 18. Der als Spiegelprisma ausgebildete Strahlteiler 17 hat eine ebene erste Spiegelfläche 19 zur Umlenkung der von der Objektebene kommenden Strahlung zum Konkavspiegel 16 und eine zweite Spiegelfläche 20 zur Umlenkung der vom Konkavspiegel reflektierten Strahlung in Richtung des rein refraktiven zweiten Objektivteils 18. Der katadioptrische Objektivteil ist so ausgelegt, dass mit Abstand hinter dem zweiten Umlenkspiegel 20 im Bereich einer Zwischenbildebene 21 ein frei zugängliches reelles Zwischenbild liegt, welches durch die nachfolgenden Linsen des dioptrischen Objektivteils in die Bildebene 11 abgebildet wird. Die optische Achse 24 des Projektionsobjektivs wird an den Spiegelflächen 19, 16, und 20 gefaltet.The projection lens 5 is a catadioptric projection lens with geometric beam splitting. Between its object plane (mask plane 8) and its image plane (wafer plane 11), it has a catadioptric first objective part 15 with a concave mirror 16, a geometrical beam splitter 17 and behind this a dioptric second objective part 18. The beam splitter 17, designed as a mirror prism, has a flat first mirror surface 19 for deflecting the radiation coming from the object plane to the concave mirror 16 and a second mirror surface 20 for deflecting the radiation reflected by the concave mirror in the direction of the purely refractive second objective part 18. The catadioptric objective part is designed such that it is at a distance behind the second deflecting mirror 20 in the region an intermediate image plane 21 is a freely accessible real intermediate image, which is imaged into the image plane 11 by the subsequent lenses of the dioptric lens part. The optical axis 24 of the projection objective is folded on the mirror surfaces 19, 16 and 20.
Das der Bildebene 11 nächstliegende, letzte optische Element des Projektionsobjektivs 5 wird durch eine planparallele Abschlussplatte 30 gebildet, welche auswechselbar am unteren Ende des Projektionsobjektivs befestigt ist, einen Schutz des Projektionsobjektivs gegen Verunreinigungen von dem auf dem Wafer aufgebrachten Photoresist bildet und gleichzeitig auch das Objektiv abdichtet. Die weiter unten näher erläuterte Abschlussplatte 30 ist als winkelselektives Transmissions-Filterelement ausgebildet und hat ein planparalleles Substrat 31 aus einem für das verwendete Ultraviolettlicht transparentem Material, beispielsweise Quarzglas oder Kalziumfluorid. Auf der waferzugewandten, ebenen Oberfläche ist eine mehrlagige Interferenzfilterschicht 32 aufgebracht. Diese Filterschicht liegt in einem
Abstand von wenigen Millimetern (Arbeitsabstand) in unmittelbarer Nähe der Bildebene. Die gegenüberliegende Eintrittsfläche kann eine Antireflexbeschichtung aufweisen.The last optical element of the projection lens 5 closest to the image plane 11 is formed by a plane-parallel end plate 30, which is interchangeably attached to the lower end of the projection lens, protects the projection lens against contamination from the photoresist applied to the wafer and at the same time also seals the lens , The end plate 30, which is explained in more detail below, is designed as an angle-selective transmission filter element and has a plane-parallel substrate 31 made of a material which is transparent to the ultraviolet light used, for example quartz glass or calcium fluoride. A multilayer interference filter layer 32 is applied to the flat surface facing the wafer. This filter layer is in one Distance of a few millimeters (working distance) in the immediate vicinity of the image plane. The opposite entrance surface can have an anti-reflective coating.
Die Objektebene 8, die Zwischenbildebene 21 und die Bildebene 11 sind zueinander optisch konjugierte Feldebenen des Abbildungssystems 5. Zwischen diesen liegen jeweils ebene Pupillenflächen, welche Fourier- transformiert zur Retikelebene 8 und zur Bildebene 11 sind. Eine erste, ebene Pupillenfläche 3 liegt im Bereich des abbildenden Konkavspiegels 16. Die der Zwischenbildebene 21 nachfolgende, wafernächste Pupillenebene 22 ist frei zugänglich. In diesem Bereich sitzt die (nicht gezeigte) verstellbare Systemblende des Projektionsobjektivs.The object plane 8, the intermediate image plane 21 and the image plane 11 are field planes of the imaging system 5 which are optically conjugated to one another. Between these lie plane pupil surfaces which are Fourier-transformed to the reticle plane 8 and the image plane 11. A first, flat pupil surface 3 lies in the region of the imaging concave mirror 16. The pupil plane 22 following the intermediate image plane 21 is freely accessible. The adjustable system diaphragm (not shown) of the projection lens is located in this area.
Die Belichtungsanlage 1 ist zur Erzielung von Auflösungen von 0,1 μm oder darunter und hohe Durchsatzleistungen ausgelegt und hat eine bildseitige numerische Apertur (NA) zwischen ca. 0,65 und ca. 0,85 oder höher. Die hohen numerischen Aperturen bedingen, dass in der Nähe der Bildebene 11 Strahlung aus einem großen Inzidenzwinkelbereich zur Bildebene 11 läuft. Als Inzidenzwinkel α wird hier der Winkel zwischen der Einfallsrichtung 25 eines Lichtstrahls und der optischen Achse 24 bezeichnet (Fig. 2). Für ein System mit NA = 0,8 laufen die Inzidenzwinkel von 0° bis ca. 53°. Das Winkelspektrum der zur Bildebene 11 laufenden Strahlen in der Nähe der Bildebene 11 ist direkt in Pupillenkoordinaten, d.h. in Ortskoordinaten im Bereich der nächstliegenden Pupillenfläche 22, übertragbar. In natürlichen Einheiten ist die Pupille ein Kreis mit Radius 1. Die Übersetzung zwischen Inzidenzwinkel α in unmittelbarer Nähe der Bildebene 11 und Pupillenradius rp folgt im wesentlichen der GleichungThe exposure system 1 is designed to achieve resolutions of 0.1 μm or below and high throughput rates and has an image-side numerical aperture (NA) between approximately 0.65 and approximately 0.85 or higher. The high numerical apertures mean that radiation runs from a large incidence angle range to the image plane 11 in the vicinity of the image plane 11. The angle of incidence α here is the angle between the direction of incidence 25 of a light beam and the optical axis 24 (FIG. 2). For a system with NA = 0.8, the incidence angles run from 0 ° to approx. 53 °. The angular spectrum of the rays running to the image plane 11 in the vicinity of the image plane 11 can be directly transmitted in pupil coordinates, ie in spatial coordinates in the area of the nearest pupil surface 22. In natural units the pupil is a circle with radius 1. The translation between the angle of incidence α in the immediate vicinity of the image plane 11 and the pupil radius r p essentially follows the equation
rp = sin(α/NA), (1 )
wobei NA die bildseitige numerische Apertur des Objektivs ist.r p = sin (α / NA), (1) where NA is the numerical aperture of the lens on the image side.
Für solche hochaperturigen Systeme wird die Abbildung von isolierten Kontaktlöchern immer schwieriger. Werden z.B. reine Chrommasken verwendet, kann die Schärfentiefe bzw. Tiefenschärfe (DOF) so klein werden, dass kein fertigungstauglicher Prozess mehr möglich ist. Bei Verwendung geeigneter phasenschiebender Masken (PSM) können zwar gegebenenfalls Tiefenschärfe und Kontrast vergrößert werden, allerdings werden beispielsweise neben den gewünschten Kontaktlöchern aufgrund der Abbildung von Nebenmaxima auch sogenannte sidelobes sichtbar. Es hat sich gezeigt, dass Kontrast und Tiefenschärfe ohne störende sidelobes erhöht werden können, wenn es gelingt, im Bereich der Pupille 22 Ortsfrequenzen, die unterhalb einer bestimmten Schwelle (Grenzradius) liegen, im Bereich der Pupille auszublenden, d.h. wenn man die Pupille in der Mitte abdunkelt. Eine Abschätzung dieses Effektes für ein System mit NA = 0,85, eine Arbeitswellenlänge von 193nm, Kontaktlochdurchmesser von 100nm und einem Kohärenzgrad des Beleuchtungssystems von ca. 0,4 zeigt, das bei einem Radius der zentralen Obskuration von etwa 0,7 (in Einheiten von NA) die Schärfentiefe bei Verwendung von Chrommasken ohne Filter ca. 120nm und mit Filter ca. 480nm beträgt. Mit Phasenschiebemasken ist unter diesen Randbedingungen aufgrund der sidelobes ohne Filter überhaupt kein Prozess realisierbar, während mit Filter ebenfalls Schärfentiefen um ca. 480nm erreichbar sind. Die Filterung bewirkt somit eine entscheidende Vergrößerung des Prozessfensters.For such high aperture systems, the mapping of isolated contact holes is becoming increasingly difficult. E.g. If pure chrome masks are used, the depth of field or depth of field (DOF) can become so small that a process suitable for production is no longer possible. If suitable phase-shifting masks (PSM) are used, depth of field and contrast may be increased, but in addition to the desired contact holes, so-called sidelobes are also visible due to the depiction of secondary maxima. It has been shown that contrast and depth of field can be increased without annoying sidelobes if it is possible to mask 22 spatial frequencies in the area of the pupil, which are below a certain threshold (limit radius), in the area of the pupil, i.e. if you darken the pupil in the middle. An estimate of this effect for a system with NA = 0.85, a working wavelength of 193nm, contact hole diameter of 100nm and a degree of coherence of the lighting system of approx. 0.4 shows that with a radius of the central obscuration of approx. 0.7 (in units from NA) the depth of field when using chrome masks without filter is approx. 120nm and with filter approx. 480nm. With phase shift masks, no process can be implemented under these boundary conditions due to the sidelobes without a filter, while depths of focus of around 480nm can also be achieved with filters. The filtering thus causes a decisive enlargement of the process window.
Die beschriebene optische Filterung, welche im Ergebnis einer zentralen Obskuration im Bereich der Pupille 22 entspricht, wird bei der gezeigten Ausführungsform durch die feldnah angebrachte Abschlussplatte 30 bewirkt, die als winkelselektives Filterelement ausgebildet ist. Als winkelselektives Filterelement wird hier ein optisches Filter bezeichnet,
dessen Filterfunktion gezielt als Funktion des Einfallswinkels der auf das Filter auftreffenden Strahlung optimiert ist. Im Fall des gezeigten, durchstrahlbaren Transmissions-Filters 30 wird der Transmissionsgrad T als Funktion des Inzidenzwinkels α eingestellt, d.h. T = f( ). Dabei erfolgt die Berechnung der winkelabhängigen Filterfunktion nach Vorgabe einer gewünschten Pupillen-Filterfunktion Fp für den Bereich der Pupille 22.The optical filtering described, which as a result corresponds to a central obscuration in the area of the pupil 22, is brought about in the embodiment shown by the end plate 30 attached close to the field, which is designed as an angle-selective filter element. An optical filter is referred to here as an angle-selective filter element, whose filter function is specifically optimized as a function of the angle of incidence of the radiation impinging on the filter. In the case of the transmissive transmission filter 30 shown, the transmittance T is set as a function of the angle of incidence α, ie T = f (). The angle-dependent filter function is calculated according to the specification of a desired pupil filter function F p for the area of the pupil 22.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist es gewünscht, die Pupillentransmission Tp radialsymmetrisch zu beeinflussen, d.h. Tp = f(rp), wobei rp die Radialkoordinate in der Pupillenebene 22 ist. Die erläuterte zentrale Obskuration der Pupille entspricht dabei einem Verlauf der Pupillentransmission Tp, bei dem diese nahe der optischen Achse (rp = 0) gering ist und zum Rande der Pupille, d.h. zu größeren Radien rp zunimmt, idealerweise kontinuierlich bis zu Transmissionsgraden nahe 1 (vgl. Fig. 2 (a)). Zur Erzielung dieser Wirkung wird bei der gezeigten Ausführungsform eine winkelselektive Filterung in unmittelbarer Nähe der Feldebene 11 mit Hilfe der Filterschicht 32 des Filterelements 30 durchgeführt. Dabei ist die Transmission Tf an diesem feldnahen Ort gezielt als Funktion des Inzidenzwinkels α eingestellt, d.h. Tf = f(α), wobei die Umrechnung unter Verwendung von Gleichung (1) erfolgt. Daraus ergibt sich, dass das in Fig. 2 (a) schematisch dargestellte Transmissionsprofil im Bereich der Pupille 22 dem in Fig. 2 (b) schematisch dargestellten Transmissionsprofil Tf (α) im Bereich der Feldebene 11 entspricht. Die Transmissionscharakteristik eines geeigneten, feldnah anzubringenden, winkelselektiven Filterelements ist allgemein so, dass der Transmissionsgrad für kleine Inzidenzwinkel (achsparallele oder nahezu achsparallele Strahlung) geringer ist als für große Inzidenzwinkel (schräge Einstrahlung). Im Bereich kleiner Inzidenzwinkel, beispielsweise zwischen 0° und ca. 10°, kann der Transmissionsgrad
unterhalb 50%, im Bereich oberhalb ca. 20° dagegen oberhalb 50% liegen. Insbesondere kann es so sein, dass der Transmissionsgrad von kleinen zu großen Inzidenzwinkeln kontinuierlich, beispielsweise mehr oder weniger linear ansteigt. Für hohe Inzidenzwinkel, beispielsweise größer 30° oder 40°, sollte der Transmissionsgrad bis auf 80% oder mehr ansteigen, um insgesamt eine ausreichende Lichtintensität zur Bildentstehung zur Verfügung zu haben. Da kleine Inzidenzwinkel in Wafernähe achsnahen Strahlen entsprechen, entspricht diese Winkelselektivität einem Pupillenfilter mit einer vergleichsweise geringen Transmission im Bereich der optischen Achse.In the exemplary embodiment shown, it is desirable to influence the pupil transmission T p radially symmetrically, ie T p = f (r p ), where r p is the radial coordinate in the pupil plane 22. The explained central obscuration of the pupil corresponds to a course of the pupil transmission T p , in which it is small near the optical axis (r p = 0) and ideally increases continuously to the degree of transmission near the edge of the pupil, ie to larger radii r p 1 (see Fig. 2 (a)). In order to achieve this effect, in the embodiment shown an angle-selective filtering is carried out in the immediate vicinity of the field plane 11 with the aid of the filter layer 32 of the filter element 30. The transmission T f at this location close to the field is set specifically as a function of the angle of incidence α, ie T f = f (α), the conversion being carried out using equation (1). It follows that the transmission profile shown schematically in FIG. 2 (a) in the area of the pupil 22 corresponds to the transmission profile T f (α) shown schematically in FIG. 2 (b) in the area of the field plane 11. The transmission characteristic of a suitable, angle-selective filter element to be installed close to the field is generally such that the transmittance is smaller for small incidence angles (axis-parallel or almost axis-parallel radiation) than for large incidence angles (oblique radiation). The transmittance can be in the range of small incidence angles, for example between 0 ° and approx. 10 ° below 50%, in the range above about 20 °, however, above 50%. In particular, it can be the case that the transmittance increases from small to large incidence angles continuously, for example more or less linearly. For high incidence angles, for example greater than 30 ° or 40 °, the transmittance should increase to 80% or more in order to have sufficient light intensity overall for image formation. Since small incidence angles in the vicinity of the wafer correspond to axes near the axis, this angle selectivity corresponds to a pupil filter with a comparatively low transmission in the region of the optical axis.
Die für eine zentrale Pupillenobskuration erforderliche Filterwirkung mit geringer Transmission für kleine und hoher Transmission für große Inzidenzwinkel unterscheidet sich signifikant von der Wirkung üblicher Antireflexbeschichtungen, die in der Regel derart optimiert sind, dass sie zumindest für kleine Inzidenzwinkel eine starke Reflexminderung (und damit Transmissionserhöhung) bewirken, wobei normalerweise die Reflexionsminderungswirkung zu höheren Inzidenzwinkeln nachlässt, so dass für höhere Inzidenzwinkel eine geringere Transmission vorliegt als bei kleinen Inzidenzwinkeln.The filter effect required for central pupil obscuration with low transmission for small and high transmission for large incidence angles differs significantly from the effect of conventional antireflection coatings, which are usually optimized in such a way that they cause a strong reflection reduction (and thus transmission increase) at least for small incidence angles , with the reflection-reducing effect normally decreasing at higher incidence angles, so that for higher incidence angles there is less transmission than at small incidence angles.
Das Filterelement 30 hat ein planparalleles, plattenförmiges Substrat 31 , welches aus kristallinem Kalziumfluorid besteht und bei anderen Ausführungsformen auch aus einem anderen kristallinem Fluoridmaterial oder aus synthetischem Quarzglas bestehen kann. Auf diejenige Oberfläche der Platte 31 , welche im eingebauten Zustand des Filterelementes 30 der nächstliegenden Feldebene (Bildebene 11) zugewandt ist, ist eine mehrlagige Filterschicht 32 mit mehreren übereinanderliegenden Schichten aufgebracht, die jeweils aus einem für das verwendete Ultraviolettlicht transparentem, dielektrischem Material bestehen. Die Schichtmaterialien sind abwechselnd hochbrechend und niedrigberechend, wobei ein hochbrechendes Material einen im
Vergleich zum Brechungsindex des anderen Schichtmaterials höheren Brechungsindex hat. Im Beispielsfall liegt der Brechungsindex des Substratmaterials (n = 1 ,56 bei 157nm) zwischen dem Brechungsindex des hochbrechenden Schichtmaterials (n = 1 ,76) und demjenigen des niedrigbrechenden Schichtmaterials (n = 1 ,51 ). Als hochbrechendes Material wird Lanthanfluorid (LaF3) und als niedrigbrechendes Material Magnesiumfluorid (MgF2) verwendet. Das Schichtsystem ist gegenüber der verwendeten Strahlung bis mindestens 2W/cm2 laserstabil, hat im Beispiel dreiunddreißig Schichten und eine Gesamtdicke von ca. 736nm. Die Schichten sind durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) in Vakuum auf das Substrat 31 aufgebracht. Zur Belegung kann auch jede andere geeignete Technik verwendet werden.The filter element 30 has a plane-parallel, plate-shaped substrate 31, which consists of crystalline calcium fluoride and, in other embodiments, can also consist of a different crystalline fluoride material or synthetic quartz glass. On the surface of the plate 31, which in the installed state of the filter element 30 faces the nearest field level (image level 11), a multi-layer filter layer 32 is applied with several layers one above the other, each consisting of a dielectric material that is transparent to the ultraviolet light used. The layer materials are alternately high refractive index and low computational, whereby a high refractive index material im Compared to the refractive index of the other layer material has a higher refractive index. In the example, the refractive index of the substrate material (n = 1, 56 at 157 nm) lies between the refractive index of the high-index layer material (n = 1, 76) and that of the low-index layer material (n = 1, 51). Lanthanum fluoride (LaF 3 ) is used as the high-index material and magnesium fluoride (MgF 2 ) as the low-index material. The layer system is laser stable up to at least 2W / cm 2 with respect to the radiation used, in the example has thirty-three layers and a total thickness of approx. 736nm. The layers are applied to the substrate 31 by physical vapor deposition (PVD) in vacuum. Any other suitable technique can also be used for the assignment.
Der Schichtaufbau eines bevorzugten Schichtsystems kann mit folgender Notation dargestellt werden.The layer structure of a preferred layer system can be represented with the following notation.
S | 21.8H | 13,6L | 23.7H | 15,7L | 26,5H | 18.3L | 26.3H | 17.2L | 25.9H |S | 21.8H | 13.6L | 23.7H | 15.7L | 26.5H | 18.3L | 26.3H | 17.2L | 25.9H |
17,3L | 26.2H | 19.2L | 26,2H | 19,8L | 26,0H | 18.7L | 25,4H | 17.1 L |17.3L | 26.2H | 19.2L | 26.2H | 19.8L | 26.0H | 18.7L | 25.4H | 17.1 L |
24.9H | 19.2L | 25,5H | 21 , 9L | 25.7H | 23,1 L | 25.7H | 23.5L | 25.9H | 23.5L | 26,0H | 22.8L | 26.3H | 19,9L | 17,8H mit H = LaF3 und L = MgF2 24.9H | 19.2L | 25.5H | 21, 9L | 25.7H | 23.1 L | 25.7H | 23.5L | 25.9H | 23.5L | 26.0H | 22.8L | 26.3H | 19.9L | 17.8H with H = LaF 3 and L = MgF 2
Bei dieser Notation bezeichnet S das Substrat, ein senkrechter Strich (|) eine Grenzfläche und die Angabe 21 , 8H eine Schicht aus einem hochbrechenden Material (H) mit 21 ,8nm Schichtdicke. Der Buchstabe (L) steht für ein niedrigbrechendes Material.In this notation, S denotes the substrate, a vertical line (|) an interface and the indication 21, 8H a layer made of a highly refractive material (H) with a layer thickness of 21, 8 nm. The letter (L) stands for a low refractive index material.
Als alternative Schichtmaterialien können für 157nm beispielsweise GdF3 (hochbrechend), AIF3 oder Na3AIF6 (niedrigbrechend) verwendet werden, bei 193nm zusätzlich auch Al203 (hochbrechend) oder Si02 (niedrigbrechend).
Wesentliche optische Eigenschaften des dargestellten Schichtsystems werden an Hand des Diagramms in Fig. 3 erläutert. Dort sind der Transmissionsgrad T (in %) und der Reflexionsgrad R (in %) des Schichtsystems in Abhängigkeit vom Inzidenzwinkel α der einfallenden elektromagnetischen Strahlung gezeigt. Die durchgezogene Linie repräsentiert den Transmissionsgrad T, die gestrichelte Linie den Reflexionsgrad R. Es ist zu erkennen, dass der Transmissionsgrad für achsparallel auftreffende Strahlung (Inzidenzwinkel α = 0°) unterhalb ca. 20% liegt und mit steigendem Inzidenzwinkel bis auf einen Wert von ca. 80% bei α = 50° weitgehend linear ansteigt. Der Reflexionsgrad R hat im wesentlichen den umgekehrten Verlauf. Er beträgt bei α = 0° ca. 80% und fällt weitegehend linear auf ca. 10% bei α = 50° ab. Mit dieser winkelabhängigen Transmission der Beschichtung kann die Pupillenapodisation in radialsymmetrischer Weise derart beeinflusst werden, dass die Pupille im Zentrum verdunkelt ist und im Randbereich eine hohe Transmission von mehr als 80% vorliegt. Dadurch können Pupillen-Ortsfrequenzen unterhalb eines bestimmten Radius- Grenzwertes (entsprechend Strahlen mit kleinem Inzidenzwinkel im Bereich nahe der Bildebene 11) mehr oder weniger stark ausgeblendet werden, wodurch beispielsweise ungebeugtes Licht blockiert werden kann. Das am Rand der Pupille auftretende stärker gebeugte Licht kann dagegen weitgehend ungehemmt durch das optische System treten, da für den Randbereich der Pupille (entsprechend großen Inzidenzwinkeln im Bereich nahe der Waferebene 11) die Transmission hoch ist.As alternative layer materials for GdF 3 (high refractive index), AIF 3 or Na3AIF 6 (low refractive index) can be used for 157 nm, for 193 nm also Al 2 0 3 (high refractive index) or Si0 2 (low refractive index). The essential optical properties of the layer system shown are explained using the diagram in FIG. 3. The transmittance T (in%) and the reflectance R (in%) of the layer system are shown there as a function of the incidence angle α of the incident electromagnetic radiation. The solid line represents the transmittance T, the dashed line the reflectance R. It can be seen that the transmittance for radiation incident parallel to the axis (incidence angle α = 0 °) is below approx. 20% and with increasing incidence angle up to a value of approx 80% increases largely linearly at α = 50 °. The degree of reflection R essentially has the opposite course. It is approx. 80% at α = 0 ° and largely drops linearly to approx. 10% at α = 50 °. With this angle-dependent transmission of the coating, the pupil apodization can be influenced in a radially symmetrical manner in such a way that the pupil is darkened in the center and there is a high transmission of more than 80% in the edge region. As a result, pupil spatial frequencies below a certain radius limit value (corresponding to rays with a small angle of incidence in the area near the image plane 11) can be masked out to a greater or lesser extent, so that, for example, undeflected light can be blocked. The more diffracted light occurring at the edge of the pupil, on the other hand, can pass largely uninhibited through the optical system, since the transmission is high for the edge region of the pupil (correspondingly large incidence angles in the region near the wafer plane 11).
Mit Hilfe der Erfindung kann die für eine Erweiterung des Prozessfensters vorteilhafte optische Filterung mit einem Filterelement 30 durchgeführt werden, welches ohne Eingriff in das Innere des optischen Systems einfach ausgewechselt werden kann, da es sich um das letzte optische Element des Projektionsobjektives handelt. Es kann
gegebenenfalls eine gesonderte Fassung haben, die beispielsweise mittels Schrauben lösbar mit Fassungen der Objektivlinsen verbunden werden kann. Auch eine fassungsfreie Anbringung an der Austrittsfläche einer letzten Linse oder Platte des Projektionsobjektivs ist möglich. Ein austauschbares Filterelement bietet die Möglichkeit, die Filterfunktion auf einfache Weise an die abzubildende Struktur anzupassen. Die Filterung kann gegebenenfalls auch direkt am zu belichtenden Substrat vorgenommen werden. Hierzu kann z.B. eine Filterschicht entsprechender Wirkung auf den Photolack aufgebracht werden.
With the help of the invention, the optical filtering, which is advantageous for an expansion of the process window, can be carried out with a filter element 30, which can be easily replaced without interfering with the interior of the optical system, since it is the last optical element of the projection objective. It can optionally have a separate frame, which can be detachably connected to frames of the objective lenses, for example by means of screws. A frame-free attachment to the exit surface of a last lens or plate of the projection lens is also possible. An exchangeable filter element offers the possibility to easily adapt the filter function to the structure to be imaged. The filtering can optionally also be carried out directly on the substrate to be exposed. For this purpose, for example, a filter layer with a corresponding effect can be applied to the photoresist.