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Die
Erfindung betrifft eine optische Abbildungsvorrichtung mit einer
im Bereich einer Pupillenebene der optischen Abbildungsvorrichtung
angeordneten Einrichtung zum Abdunkeln der Pupille.
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Optische
Abbildungsvorrichtungen, insbesondere Projektionsobjektive für die Mikrolithographie,
sind beispielsweise aus der
EP
0 638 847 A1 bekannt. Diese werden eingesetzt, um in Projektionsbelichtungsanlagen
zur Herstellung von Halbleiterbauelementen Halbleiterstrukturen,
wie Leiterbahnen, Kontaktlöcher
zur Anbindung des Halbleiters oder dergleichen von einer Maske auf
einen Wafer zu belichten.
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Da
das Auflösungsvermögen optischer
Abbildungsvorrichtungen proportional zur Wellenlänge λ des verwendeten Lichts und
umgekehrt proportional zur bildseitigen numerischen Apertur (NA)
der optischen Abbildungsvorrichtung ist, wird es zur Erzeugung immer
feinerer Halbleiterstrukturen angestrebt, einerseits die bildseitige
numerische Apertur der Projektionsobjektive zu vergrößern und
andererseits immer kürzere
Wellenlängen
zu verwenden.
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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 Sicherung einer ausreichenden Schärfentiefe nur begrenzt sinnvoll.
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Mit
steigenden numerischen Aperturen der Projektionsobjektive zur Herstellung
von immer feineren Strukturen gestaltet sich beispielsweise die Abbildung
von isolierten Kontaktlöchern
aufgrund begrenzter Schärfentiefe
und begrenztem Kontrast immer schwieriger. Die Schärfentiefe
kann dabei so klein werden, dass kein fertigungstauglicher Prozess mehr
möglich
ist.
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Durch
geeignete Maßnahmen,
z. B. durch Auswahl entsprechender Masken, können zwar Schärfentiefe
und Kontrast vergrößert werden,
jedoch entstehen dann störende
Nebenmaxima im Abbildungsprozess, welche diesen im Extremfall ebenfalls
unmöglich
machen.
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Es
ist bekannt, die Pupille des Projektionsobjektivs in der Mitte abzudunkeln.
Ein Blocken der 0. Beugungsordnung des verwendeten Lichts, wobei die
1. Beugungsordnung ungehemmt das Objektiv passieren kann, erhöht Schärfentiefe
und Kontrast. Dies kann beispielsweise durch eine im Blendenraum
des Projektionsobjektivs angeordnete mechanische Blende als sogenannter
Pupillenfilter erreicht werden.
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Um
nun einen möglichst
idealen Wert zum Abbilden der isolierten Kontaktlöcher zu
erreichen und gleichzeitig die anderen Elemente bzw. Strukturen
ebenfalls ausreichend gut abzubilden, müsste die Größe einer derartigen, für die Abdunklung
der Pupille einsetzbaren Blende von einem minimalen Wert, welcher
die anderen Abbildungen nicht stört,
zu einem optimalen Wert zum Abbilden der isolierten Kontaktlöcher, insbesondere
kontinuierlich, variierbar sein.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische
Abbildungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei die
Einrichtung zum Abdunkeln der Pupille in den Pupillenbereich der
optischen Abbildungsvorrichtung einbringbar ist, und welche es dort
erlaubt, bei minimaler Abschattung in ihrem kleinstmöglichen
Ausmaß,
einen größtmöglichen
Abschattungsbereich zu realisieren.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Einrichtung zum Abdunkeln der Pupille mechanische Elemente
aufweist, welche über
einen Antrieb derart betätigbar
sind, dass die Abdunklung der Pupille radial symmetrisch variierbar ist.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird
in einfacher und vorteilhafter Weise eine Möglichkeit zur exakten Belichtung
von Kontaktlöchern ohne
ein Auftreten von störenden
Nebenmaxima ermöglicht.
Die sonstigen Elemente bzw. Strukturen können ebenfalls problemlos hergestellt
werden, da die Abdunklung durch die Blendensanordnung für die jeweils
zu belichtenden Strukturen – auch
im Betrieb – kontinuierlich
einstellbar ist und die Ausmaße
der Blendenanordnung ohne gewollte Abdunklung minimal ist, wodurch
die normale Belichtung nur geringfügig beeinflusst wird.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnung verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung prinzipmäßig erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
Prinzipdarstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie,
welche zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien
beschichtete Wafer verwendbar ist;
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2 eine
Ansicht einer ersten Ausführungsform
einer Einrichtung zur Abdunklung der Pupille eines Projektionsobjektivs
von oben;
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3 eine
Schnittansicht gemäß der Linie A-A
aus 2;
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4 eine
Vergrößerung des
Ausschnittes Z1 gemäß 2;
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5 eine
Schnittansicht gemäß der Linie B-B
aus 4;
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6 eine
seitliche Schnittansicht einer Abwandlung der ersten Ausführungsform
einer Einrichtung zur Abdunklung der Pupille eines Projektionsobjektivs,
welche an den Bauraum im Projektionsobjektiv angepasst ist;
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7 eine
Ansicht einer zweiten Ausführungsform
einer Einrichtung zur Abdunklung der Pupille eines Projektionsobjektivs
von oben; und
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8 eine
um 90° gedrehte
Vergrößerung des
Ausschnittes Z2 gemäß 7.
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In 1 ist
eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie dargestellt.
Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien
beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht
und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen,
wie z.B. Computerchips.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im wesentlichen
aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einer Einrichtung 4 zur
Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer gitterartigen Struktur
versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welches
die späteren
Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Einrichtung 6 zur
Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und
einer Abbildungseinrichtung, nämlich
einem Projektionsobjektiv 7 mit einer Pupillenebene 8 sowie
mehreren optischen Elementen, wie z.B. Linsen 9, die über Fassungen 30 in einem
Objektivgehäuse 7' des Projektionsobjektivs 7 gelagert
sind.
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Das
grundsätzliche
Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen
auf den Wafer 2 verkleinert abgebildet werden.
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Nach
einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 2 in XY- Richtung weiterbewegt,
sodass auf demselben Wafer 2 eine Vielzahl von einzelnen
Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 5 vorgegebenen Struktur,
belichtet wird.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung
des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl
L, beispielsweise Licht oder eine ähnliche elektromagnetische
Strahlung, bereit. Als Quelle für
diese Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden.
Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über nicht
dargestellte optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl
L beim Auftreffen auf das Reticle 5 die gewünschten
Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Kohärenz und
dergleichen aufweist.
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Über den
Projektionsstrahl L wird ein Bild der eingebrachten Strukturen des
Reticles 5 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend
verkleinert auf den Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend
erläutert
wurde. Das Projektionsobjektiv 7 weist eine Vielzahl von
einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflektiven optischen
Elementen, wie z.B. Linsen 9, Spiegeln, Prismen, Planparallelplatten
und dergleichen auf, wobei lediglich die Linse 9 dargestellt
ist.
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Zur
Erhöhung
von Schärfentiefe
und Kontrast ist es bekannt, die Pupille 8 des Projektionsobjektivs 7 abzudunkeln.
Dabei wird die 0. Beugungsordnung des Projektionsstrahls L geblockt,
während die
1. Beugungsordnung ungehemmt das Projektionsobjektiv 7 passieren
kann. Dies kann beispielsweise durch eine im Blendenraum des Projektionsobjektivs 7 angeordnete
zusätzliche
mechanische Einrichtung, insbesondere durch eine mechanische Blende
erreicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung sieht mehrere Ausgestaltungen einer solchen
mechanischen Blende vor, welche grundlegend jeweils mit der mechanischen
Veränderung
des abgeschatteten Bereichs, beispielsweise der Änderung des Durchmessers oder
das Verschließen
und Freigeben von radial symmetrisch angeordneten Öffnungen
einen derartigen Effekt im Bereich der Lage der Pupille 8 des
Projektionsobjektivs 7 erreichen. Die im folgenden beschriebenen
Lösungen
basieren auf mechanischen Konzepten, mit denen die Blende entweder
von innen nach außen
vergrößert wird
oder die Transmission in einem festgelegten Bereich des Projektionsstrahls
L immer stärker
verringert wird.
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Eine
erste Lösung
einer Blende 100 gemäß den 2 bis 5 sieht
vor, dass mehrere übereinander
angeordnete Flügelräder, d.
h. Lamellen 11a bis 11e (in 3 näher dargestellt)
gegeneinander verdreht werden können,
wie dies beispielsweise bei Lufteinlässen in Feststoff befeuerten Öfen oder
dergleichen der Fall ist. Die Intensität des durch diesen Bereich
fallenden Lichts der 0. Beugungsanordnung lässt sich so beeinflussen.
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2 zeigt
die Blende 100 mit einer Basisplatte 10 und Stegen 10a in
einer Ansicht von oben. Die Anzahl der Lamellen 11a bis 11e und
die Größe eines
Lamellenwinkels α werden
so gewählt,
dass möglichst
wenig Lamellen 11a bis 11e eine gerade noch vertretbare
Abschattung bei ganz offener Blende 100 herstellen. Des
weiteren kann der Lamellenwinkel α zur Überlappung
etwas größer sein
als 360° geteilt
durch die Anzahl der Lamellen 11a bis 11e. Die Lamellen 11a bis 11e sind
derart drehbar um die Lage der Pupille 8 (in 1 dargestellt)
angeordnet, dass sie unterschiedlich viele Bereiche freigeben oder
verschließen
und damit die Pupille 8 abdunkeln. Die Lamellen 11a bis 11e erstrecken
sich spiegelsymmetrisch um die Lage der Pupille 8.
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Auf
einem Zapfen 12 drehbar gelagerte Lamellen 11a bis 11e schließen die
Blende 100 (3). Angetrieben werden die Lamellen 11a bis 11e durch eine
seitlich eingeführte
Welle 20, an deren Ende ein Zahnrad 21 montiert
ist. Dieses Zahnrad 21 treibt ein auf der obersten Lamelle 11e montiertes
Planrad 22 an. Beim Schließen der Blende 100 wird
die oberste Lamelle 11e direkt angetrieben und nimmt über einen Stift 12e die
Lamelle 11d mit, wenn die Lamelle 11e ganz geschlossen
ist. Dies wird immer weiter fortgesetzt bis schließlich auch
die unterste Lamelle 11a bewegt wird. Wenn die Lamelle 11a mit
einem Stift 12a am Anschlag angekommen ist, ist die Blende 100 ganz
geschlossen. Die Stifte 12a bis 12e werden jeweils
in einer Nut 13 geführt
und haben die beiden Anschläge 13a und 13b als
Begrenzungen für
die beiden Bewegungsrichtungen (4).
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Zur
verbesserten Abfuhr der durch die Strahlungsabsorption entstehenden
Wärme können, wie aus 3 ersichtlich,
die Stege 10a in ihrer Dicke variiert werden, so dass bei
gleichzeitig geringer Obskuration eine gute Wärmeleitung erreicht wird.
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Je
nach zur Verfügung
stehendem Bauraum kann es günstig
sein, die Blende entsprechend anzupassen. Eine solche Blende 100' ist in 6 dargestellt.
Hier sind die Basisplatte 10 und die Lamellen 11a bis 11e an
den zur Verfügung
stehenden radialen Bauraum zwischen Linsen 9 und 9' des Projektionsobjektivs 7 angepasst.
Die Basisplatte bzw. Fassung 10 der Blende 100' ist zwischen
Linsenfassungen 30 und 31 montiert, welche mit
dem Objektivgehäuse 7' (in den 3 und 6 gestrichelt
angedeutet) verbunden sind.
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Eine
zweite Lösung
einer Blende 101 sieht vor, dass der zentrale Bereich der
Pupillenlage 8 des Projektionsobjektivs 7 durch
mehrere wenigstens annähernd
radial konzentrisch angeordnete kippbare Lamellen 11f bis 11h abgedeckt
ist (7 und 8). Die Lamellen 11f bis 11h sind
von einer Lage senkrecht zur optischen Achse der optischen Abbildungsvorrichtung 7 in
eine Lage parallel zur optischen Achse kontinuierlich verschwenkbar. 7 zeigt
die Gesamtansicht der Blende 101 von oben. 8 zeigt
den Ausschnitt Z2 aus 7 um 90° gedreht und vergrößert.
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Durch
ein Aufstellen der Lamellen 11f bis 11h, so dass
diese sich mit ihrer größten Breite
entlang der optischen Achse (in 7 in Richtung
in die Bildebene) des Projektionsobjektivs 7 ausrichten, lässt sich
erreichen, dass der von den Lamellen 11f bis 11h eingenommene
Bereich mehr oder weniger stark durchlässig wird. Dadurch kann die
Abschattung im Bereich der Lage der Pupille 8 variiert
werden.
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Diese
Lösung
bietet zusätzlich
in vorteilhafter Weise die Möglichkeit,
mehrere Teilbereiche der Blende 101 einzeln zu öffnen oder
zu schließen.
Die gesamte Blende 101 ist wiederum auf der Basisplatte 10 montiert.
Als Antriebe werden Wellen 20a bis 20c mit einer
Schnecke 21 am abtriebsseitigen Ende zum Öffnen und
Schließen
der Lamellenbereiche 11f bis 11h verwendet. Damit
wird ein Schneckenrad 22 angetrieben, welches fest auf
einer flexiblen Welle 23 sitzt. Fest mit der flexiblen
Welle 23 verbunden sind ebenfalls die Lamellen 11f bis 11h.
Damit die Position der flexiblen Welle 23 und damit die
Position der Lamellen 11f bis 11h während dem Öffnen oder Schließen der
Blende 101 fest bleibt, wird die flexible Welle 23 auf
Lagern 24 drehbar gelagert. Bei offener Blende 101 stehen
die Lamellen 11f bis 11h senkrecht nach oben.
Wenn die Blende 101 geschlossen wird, werden die Lamellen 11f bis 11h um
90° geschwenkt. Dabei
deckt z. B. eine einzelne Lamelle 11f den Bereich 25f bzw. 11g den
Bereich 25g ab. Wie vorstehend bereits beschrieben, ist
es auch hier sinnvoll, auf eine gute Wärmeabfuhr zu achten, indem
die Stege zum Objektivgehäuse 7' hin möglichst
dick gewählt
werden.
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Eine
analog zu der in 6 dargestellten gekrümmten Anordnung
(nicht dargestellt) der Blende ermöglicht zum einen eine gute
Ausnutzung eines radialen Bauraumes und zum anderen auch die Herstellung
verschiedener Blendenöffnungen
in verschiedenen Höhen.
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Es
ist günstig,
wenn die Lamellen 11a bis 11h mit einer Beschichtung
versehen werden, die das im Projektionsobjektiv 7 verwendete
Licht, grundsätzlich
mit allen Wellenlängen,
insbesondere beispielsweise mit Wellenlängen von 632, 365, 248, 193,
157 nm oder kürzer,
absorbiert, damit möglichst wenig
Streulicht entsteht. Hierzu eignet sich eine Ta2O5-Schicht.
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Bei
einer weiteren Lösung
sind in der größten Öffnung der
Blende alle Lamellen unter einem zentralen Bereich verdeckt. Über einen
Antrieb können
diese sichelartigen Lamellen aus ihrer Position von innen nach außen geschwenkt
werden, so dass der abgeschattete radial symmetrische Bereich vergrößerbar bzw.
wieder verkleinerbar ist. Der Antrieb kann von der Seite über eine
Welle oder, falls die Blende vor einem Spiegel angeordnet ist, von
hinten durch eine kleine Bohrung in der Spiegelmitte eingeführt werden.