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Die
Erfindung betrifft einen Wafer-Scanner sowie ein Projektionsobjektiv
für die
Mikrolithographie zur Abbildung eines in einer Objektebene liegenden
Objektfeldes auf ein in einer Bildebene liegendes Bildfeld.
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Wafer-Scanner
stellen eine Bauform von Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen
dar und werden zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen
fein strukturierten Bauteilen verwendet. Hierzu wiesen diese Anlagen
ein Projektionsobjektiv auf, mit dessen Hilfe Muster von Photomasken
oder Strichplatten, die nachfolgend allgemein als Masken oder Retikel
bezeichnet werden, auf einen mit einer lichtempfindlichen Schicht
beschichteten Gegenstand mit höchster
Auflösung
in verkleinerndem Maßstab
projiziert werden. Bei Wafer-Scannern
wird nicht die gesamte Maske auf einmal ausgeleuchtet, vielmehr
umfasst das Objektfeld nur einen kleinen Teil der Maske. Die Maske
wird entlang einer als Scanrichtung bezeichneten Richtung so lange verfahren,
bis das Objektfeld die gesamte Maske durchlaufen hat. Gleichzeitig
wird das Substrat entlang einer geeigneten Richtung verfahren, so
dass während
eines Scanvorgangs sukzessive das gesamte abzubildende Muster auf
das Substrat abgebildet wird.
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Zur
Erzeugung immer feinerer Strukturen ist es notwendig, einerseits
die bildseitige numerische Apertur NA des Projektionsobjektivs zu
vergrößern und
andererseits immer kürzere
Wellenlängen
zu verwenden, vorzugsweise Ultraviolettlicht mit Wellenlängen von
weniger als ca. 260 nm, beispielsweise 248 nm, 193 nm oder 157 nm.
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Für Wellenlängen bis
hinunter zu 193 nm ist es möglich,
mit rein refraktiven (dioptrischen) Projektionssystemen zu arbeiten,
deren Herstellung aufgrund ihrer Rotationssymmetrie um die optische
Achse gut beherrschbar ist. Um kleinste Auflösungen zu erreichen, muss hier
jedoch mit größten numerischen Aperturen
NA von mehr als 0,7 oder 0,8 gearbeitet werden.
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Für die genannten
kurzen Wellenlängen
wird es jedoch immer schwieriger, rein refraktive Systeme mit ausreichender
Korrektur von Farbfehlern (chromatische Aberration) bereitzustellen,
da die Abbe-Konstanten
geeigneter, transparenter Materialien relativ nahe beieinander liegen.
Daher werden für höchstauflösende Projektionsobjektive überwiegend katadioptrische
Systeme verwendet, bei denen brechende und reflektierende Komponenten,
insbesondere also Linsen und abbildende Spiegel, kombiniert sind.
Zur Farbfehlerkorrektur wird in diesen Systemen für gewöhnlich ein
Konkavspiegel als abbildende Spiegelfläche verwendet. Bei der Nutzung
von abbildenden Spiegelflächen
ist es erforderlich, Strahlumlenkeinrichtungen einzusetzen, wenn
eine obskurationsfreie und vignettierungsfreie Abbildung erreicht
werden soll.
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Es
sind sowohl Systeme mit geometrischer Strahlteilung mittels einem
oder mehreren voll reflektierenden Faltungsspiegeln (Umlenkspiegeln),
als auch Systeme mit physikalischer Strahlteilung bekannt. Darüber hinaus
können
Planspiegel zur Faltung des Strahlenganges verwendet werden. Diese werden
im Allgemeinen verwendet, um bestimmte Bau raumanforderungen zu erfüllen oder
um Objekt- und Bildebene parallel zueinander auszurichten. Diese
Planspiegel sind optisch nicht zwingend erforderlich.
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Die
Verwendung eines physikalischen Strahlteilers, beispielsweise in
Form eines Strahlteilerwürfels
(beam splitter cube, BSC) mit einem Faltungsspiegel, der als polarisationsselektive Strahlteilerfläche wirkt,
ermöglicht
es, Projektionsobjektive mit um die optische Achse zentriertem Objektfeld
(on-axis-Systeme) zu realisieren. Nachteilig an solchen Systemen
ist, dass geeignete transparente Materialien für die Herstellung eines Strahlteilerwürfels in
den erforderlichen großen
Volumina nur bedingt verfügbar
sind. Außerdem
kann die Herstellung der polarisationsselektiv wirksamen Strahlteilerschichten
erhebliche Schwierigkeiten bereiten.
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Die
Nachteile von Systemen mit polarisationsselektivem Strahlteiler
können
bei Systemen mit geometrischer Strahlteilung, d.h. bei Verwendung von
voll reflektierenden Faltungsspiegeln in der Strahlumlenkeinrichtung,
weitgehend vermieden werden. Ein solcher Faltungsspiegel erlaubt
es, den zu einem Konkavspiegel führenden
optischen Weg von dem vom Konkavspiegel wegführenden optischen Weg räumlich zu
separieren. Es entfallen viele Probleme, die sich aus der Verwendung
von polarisiertem Licht ergeben können. Bei Projektionsobjektiven
mit geometrischer Strahlteilung sind verschiedene Faltungsgeometrien
möglich,
wobei abhängig vom
Verlauf des Lichtweges zwischen Objektfeld und Bildfeld spezifische
Vor- und Nachteile vorliegen.
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In
der
EP 1 001 295 B1 wird
ein katadioptrisches Projektionsobjektiv mit geometrischem Strahlteiler
beschrieben, bei dem polarisationsabhängige Effekte hinsichtlich
Strahl-Geometrie und Phase durch nicht komplanare Umlenkungen des Lichts
kompensiert werden sollen. Hierzu ist im katadioptrischen Teil des
Projektionsobjektivs im Lichtweg zwischen einem geometrischen Strahlteiler
und dem Konkavspiegel ein zweifach genutzter Strahlumlenkspiegel
vorgesehen, der das Licht im Wesentlichen senkrecht zu einer durch
die optischen Achsen des Projektionsobjektivs definierten Ebene
umlenkt.
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Häufig wird
eine Faltung des Strahlenganges in der Nähe der Objektebene angestrebt.
Bei Wafer-Scannern mit katadioptrischen Projektionsobjektiven und
entsprechend gefaltetem Strahlengang kann dies zu Bauraumkonflikten
mit der Mechanik führen, die
zum Scannen benötigt
wird, insbesondere mit der Verschiebeeinheit zur Bewegung der Maske
(reticle stage). Mit zunehmender numerischer Apertur werden optische
Bauteile zunehmend größer, was
zur Verschärfung
der Bauraumanforderungen bei diesen Systemen beiträgt. Für den Strahlverlauf
im Projektionsobjektiv günstiges
optische Designs können
daher gegebenenfalls nicht realisiert werden.
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In
der
US 5,668,673 werden
verschiedene Ausführungsformen
eines Projektionssystems beschrieben, bei dem zur Erzeugung eines
Zwischenbildes ein erster katadioptrischer Objektivteil mit einem
ersten Konkavspiegel und zur Abbildung des Zwischenbildes in die
Bildebene ein zweiter katadioptrischer Objektivteil mit einem zweiten
Konkavspiegel verwendet werden. Objektebene und Bildebene des Projektionsobjektivs
sind in manchen Ausführungsformen
parallel, in anderen senkrecht zueinander angeordnet.
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In
der
US 4,921,338 wird
eine optische Einrichtung gezeigt, die zur Umformung eines Laserstrahls
mit rechteckigem Querschnitt in einen Laserstrahl mit im Wesentlichen
quadratischem Querschnitt vorgesehen ist. Die Einrichtung umfasst
entweder zwei sphärische
Spiegel oder zwei Paare von sphärischen
Spiegeln. Der Strahl wird in zwei senkrecht zueinander stehenden
Ebenen geführt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wafer-Scanner, ein Projektionsobjektiv
für die Mikrolithographie
und ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterelementen und anderen
fein strukturierten Bauteilen bereitzustellen, mit denen Bauraumprobleme
reduziert werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Wafer-Scanner mit den Merkmalen von Anspruch
1 oder 11, ein Projektionsobjektiv mit den Merkmalen von Anspruch
10, sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben. Der Wortlaut sämtlicher
Ansprüche
wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Ein
erfindungsgemäßer Wafer-Scanner
für die
Mikrolithographie umfasst ein Beleuchtungssystem, ein Projektionsobjektiv
zur Abbildung eines in einer Objektebene liegenden Objektfeldes
auf ein in einer Bildebene liegendes Bildfeld mit einer optischen Achse,
mindestens einem Faltungsspiegel, einem senkrecht auf der Objektebene
stehenden objektseitigen Teil der optischen Achse, einem senkrecht
auf der Bildebene stehenden bildseitigen Teil der optischen Achse
und mindestens einen Konkavspiegel, der einen katadioptrischen Teil
der optischen Achse definiert. Weiterhin umfasst der Wafer-Scanner
eine erste Verschiebeeinheit zum Verfahren einer objektseitig vom
Projektionsobjektiv zu positionierenden Maske entlang einer ersten,
objektseitigen Scanrichtung und eine zweite Verschiebeeinheit zum
Verfahren eines bildseitig vom Projektionsobjektiv zu positionierenden
Substrats entlang einer zweiten, bildseitigen Scanrichtung. Der
objektseitige Teil, der bildseitige Teil und der katadioptrische
Teil der optischen Achse liegen in einer ersten Ebene, die objektseitige Scanrichtung
und der objektseitige Teil der optischen Achse liegen in einer zweiten
Ebene und die erste Ebene und die zweite Ebene sind nicht parallel
zueinander.
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Entlang
der objektseitigen und der bildseitigen Scanrichtung sind die Verschiebeeinheiten
für die
Maske bzw. das Substrat beweglich positioniert. Durch eine Drehung
der ersten Ebene relativ zur zweiten Ebene wird der katadioptrische
Teil des Projektionsobjektivs und damit der Konkavspiegel aus der
Ebene, in der die objektseitige Scanrichtung verläuft, herausgedreht.
Hierdurch lassen sich Bauraumprobleme verringern, die z.B. durch
Hineinragen des Konkavspiegels in den Bereich der objektseitigen
Verschiebevorrichtung auftreten können. Schließt die erste
Ebene mit der zweiten Ebene einen Winkel α ein, dann schließt die objektseitige
Scanrichtung mit der bildseitigen Scanrichtung einen Winkel ein,
der eine Funktion von α ist
und von der Zahl und Art der Faltungen des Strahlengangs im Projektionsobjektiv
abhängt.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung schließt die erste Ebene mit der
zweiten Ebene einen Winkel von 10° bis
30° ein.
Durch eine Verdrehung der ersten Ebene relativ zur zweiten Ebene
um mehr als 10° können Bauraumprobleme
wirksam vermindert werden. Der optimale Verdrehwinkel wird unter anderem
durch den Durchmesser des Konkavspiegels sowie den Abstand zwischen
katadioptrischem Teil des Projektionsobjektivs und der Objektebene bestimmt.
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Bei
einer Weiterbildung des Wafer-Scanners schließt die erste Ebene mit der
zweiten Ebene einen Winkel von 90° ein.
Dies hat bei paralleler Anordnung von Objektebene und Bildebene
zur Folge, dass objektseitige Scanrichtung und bildseitige Scanrichtung parallel
zueinander verlaufen, so dass die Verschiebeeinheiten entlang paralleler
Richtungen verfahren werden können.
Herkömmliche
Scaneinrichtungen können
daher ohne oder mit nur geringen Modifikationen genutzt werden.
Durch die Positionierung des katadioptrischen Objektivteils, der
häufig
als Ausle gearm ausgebildet ist, unter einem 90°-Winkel zu dieser gemeinsamen
Richtung können
gleichzeitig Bauraumkonflikte zwischen dem Auslegearm und den Verschiebeeinheiten
vermieden werden.
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In
einer Ausführungsform
sind die Objektebene und die Bildebene parallel zueinander. Die
objektseitige Scanrichtung und die bildseitige Scanrichtung verlaufen
daher in parallelen Ebenen. Eine solche Bauform des Wafer-Scanners
ist vorteilhaft, da Maske und Substrat in diesem Fall leicht gehaltert werden
können.
Es gibt auch Ausführungsformen, bei
denen Objektebene und Bildebene senkrecht zueinander verlaufen.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Faltungsspiegel des Projektionsobjektivs
Teil eines physikalischen Strahlteilers und hat eine polarisationsselektiv
wirksame Spiegelfläche.
In Projektionsobjektiven mit physikalischem Strahlteiler ist der
katadioptrische Teil der optischen Achse häufig senkrecht zum objektseitigen
Teil der optischen Achse ausgerichtet und liegt in der Nähe der Objektebene. Ist
der Konkavspiegel groß dimensioniert,
kann er die Objektebene schneiden und dort mit anderen, z.B. für das Scannen
vorgesehenen Bauelementen kollidieren. Einer Abwinklung des Auslegearms
um mehr als 90° weg
von der Objektebene steht das Problem entgegen, dass für die Strahlteilung
geeignete Schichten nicht unter zu großen Winkeln getroffen werden sollten,
da sonst eine Verminderung der Polarisationsselektivität auftritt.
Durch eine Verdrehung des Konkavspiegels gegenüber der objektseitigen Scanrichtung
ist es möglich,
Strahlteilerschichten mit optimalem Wirkungsgrad zu betreiben.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Faltungsspiegel des Projektionsobjektivs
Teil eines geometrischen Strahlteilers. Der katadioptrische Teil der
optischen Achse ist bei solchen Systemen manchmal um 90°, manchmal
um mehr als 90° gegen
den objektseitigen Teil der optischen Achse geneigt. Eine Neigung
um mehr als 90° hat
zur Folge, dass der Konkavspiegel weiter von der Objektebene entfernt
ist als bei üblichen
Projektionsobjektiven mit physikalischem Strahlteiler. Bei hohen
numerischen Aperturen, z.B. bei NA > 0,7, insbesondere bei NA > 0,85 oder höher, bei
denen die Durchmesser optischer Bauteile zunehmen, erhöht sich
auch die Winkelbandbreite der Strahleinfallswinkel auf den reflektierenden
Schichten der Faltungsspiegel, so dass sich bei identischem maximalen
Grenzwinkel der erlaubte mittlere Abknickwinkel verringert. Ein
bei einer bestimmten Apertur lösbares
Bauraumproblem kann somit bei Erhöhung der Apertur mit herkömmlichen Mitteln
unlösbar
sein. Eine Drehung des Auslegearms relativ zur objektseitigen Scanrichtung
kann hier einen vorteilhaften Ausweg bieten.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist im katadioptrischen Teil des
Projektionsobjektivs eine Aperturblende zur steuerbaren Begrenzung
der genutzten numerischen Apertur angeordnet. Die Aperturblende
kann in der Nähe
des Konkavspiegels sitzen. Die für
die Verstellung der Aperturblende nötigen mechanischen Bauteile
können
die Baugröße im Bereich
des Konkavspiegels zusätzlich
erhöhen.
Daher kann eine solche Aperturblende ebenfalls zu Bauraumproblemen
führen,
die durch die Erfindung beseitigt werden.
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Bei
einer Ausführungsform
ist das Projektionsobjektiv gegen die Umgebungsluft abgedichtet. Auch
die für
eine solche Abdichtung notwendigen Bauteile können zu Bauraumkonflikten in
der Nähe der
Objektebene führen,
die bei einem erfindungsgemäßen Wafer-Scanner
vermindert werden können.
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Ein
erfindungsgemäßes Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie
zur Abbildung eines in einer Objektebene liegenden Objektfeldes
auf ein in einer Bildebene liegendes Bildfeld weist eine objektseitige erste
Ebene, die durch einen senkrecht auf der Objektebene stehenden objektseitigen
Teil der optischen Achse und eine in der Objektebene liegende Objekt richtung
festgelegt ist, und eine bildseitige zweite Ebene, die durch einen
senkrecht auf der Bildebene stehenden bildseitigen Teil der optischen Achse
und eine in der Bildebene liegende und durch Abbildung der Objektrichtung
in die Bildebene definierte Bildrichtung festgelegt ist, auf. Es
ist mindestens ein Faltungsspiegel im Projektionsobjektiv vorgesehen
und die erste Ebene und die zweite Ebene sind nicht parallel zueinander
ausgerichtet. Durch die Konstruktion des Projektionsobjektivs bedingt
liegen optisch konjugierte Richtungen in Objektebene und Bildebene
unter einem schiefen Winkel zueinander.
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Bei
einem nicht radialsymmetrischen, beispielsweise rechteckigen Objektfeld
kann als Objektrichtung eine parallel zu einer der Rechteckseiten verlaufende
Richtung definiert sein. Da Objektfeld und Bildfeld optisch konjugiert
sind, definiert die durch das Projektionsobjektiv abgebildete Objektrichtung
eine Bildrichtung auf dem Bildfeld. Die Objektrichtung und die Bildrichtung
und als Folge davon das Objektfeld und das Bildfeld sind bei einem
erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv
relativ zueinander verdreht.
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Ein
erfindungsgemäßer Wafer-Scanner
für die
Mikrolithographie umfasst ein Beleuchtungssystem, ein Projektionsobjektiv,
eine erste Verschiebeeinheit zum Verfahren einer objektseitig vom
Projektionsobjektiv zu positionierenden Maske entlang einer ersten,
objektseitigen Scanrichtung, eine zweite Verschiebeeinheit zur Verfahren
eines bildseitig vom Projektionsobjektiv zu positionierenden Substrats entlang
einer zweiten, bildseitigen Scanrichtung, wobei das Projektionsobjektiv
wie oben beschrieben ausgebildet ist und die erste Scanrichtung
mit der Objektrichtung und die zweite Scanrichtung mit der Bildrichtung übereinstimmt.
Mit einem solchen Wafer-Scanner lassen sich gegebenenfalls optische
Design-Varianten realisieren, die ohne eine Drehung von Objektfeld
zu Bildfeld aufgrund von Bauraumproblemen nicht realisiert werden
können.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten
Bauteilen, das insbesondere mit einem solchen Wafer-Scanner durchgeführt werden
kann, wird die Maske mit der ersten Verschiebeeinheit entlang der
ersten Scanrichtung und das Substrat mit der zweiten Verschiebeeinheit
entlang der zweiten Scanrichtung verschoben, wobei die erste Scanrichtung
und die zweite Scanrichtung nicht in einer Ebene liegen. Sie können insbesondere
einen von 90° oder
0° abweichenden
miteinander einschließen.
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Die
vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch
aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen
Merkmale jedes für
sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
Ausführungsformen
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wafer-Scanners
mit einer Ausführungsform
eines katadioptrischen Projektionsobjektivs,
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2 eine
schematische Draufsicht auf das Projektionsobjektiv von 1,
und
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3 eine
Draufsicht auf ein Objektfeld und ein relativ zu diesem gedrehtes
Bildfeld eines Projektionsobjektivs.
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Bei
der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnet der
Begriff „optische Achse" eine gerade Linie
oder eine Folge von geraden Lininenabschnitten durch die Krümmungsmittelpunkte
der optischen Komponenten. Die optische Achse wird an Faltungsspiegeln
oder anderen reflektierenden Flächen
gefaltet.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wafer-Scanners 10 mit
einem katadioptrischen Projektionsobjektiv 1. Er ist zur
Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen vorgesehen
und umfasst als Lichtquelle einen F2-Laser 20 mit
einer Arbeitswellenlänge
von 157 nm, wobei auch andere Arbeitswellenlängen, z.B. 193 nm oder 248
nm möglich
sind.
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Ein
nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 12 erzeugt in seiner
Austrittsebene 2 ein scharf begrenztes, sehr homogen beleuchtetes
und an die Telezentriererfordernisse des nachgeschalteten Projektionsobjektivs 1 angepasstes
Beleuchtungsfeld. Das Beleuchtungssystem 12 hat Einrichtungen
zur Auswahl des Beleuchtungsmodus und ist im Beispiel zwischen konventioneller
Beleuchtung mit variablem Kohärenzgrad,
Ringfeldbeleuchtung und Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung umschaltbar.
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Hinter
dem Beleuchtungssystem ist eine Verschiebeeinrichtung 13 (Reticle-Stage)
zum Halten und Manipulieren einer Maske 14 so angeordnet, dass
diese in einer Objektebene 2 des Projektionsobjektivs 1 liegt
und in dieser Ebene zum Scanbetrieb in einer objektseititgen Scanrichtung 15 (y-Richtung
einer xy-Ebene) bewegbar ist.
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Hinter
der auch als Maskenebene bezeichneten Ebene 2 folgt das
katadioptrische Projektionsobjektiv 1, das ein Bild der
Maske mit reduziertem Maßstab
von 4:1 auf einen mit einer Photoresistschicht belegten Wafer 16 abbildet.
Andere Reduktionsmaßstäbe, z.B.
5:1 oder 10:1 oder 100:1 sind ebenfalls möglich.
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Im
Projektionsobjektiv 1 ist eine Vielzahl optischer Komponenten
(Linsen bzw. Linsengruppen) zu Abbildungszwecken vorgesehen, die
aus Gründen
der Übersichtlichkeit
in 1 nicht gezeigt sind, weshalb im Wesentlichen
nur der Verlauf der optischen Achse durch das Projektionsobjektiv 1 dargestellt
ist.
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Ein
als lichtempfindliches Substrat dienender Wafer 16 ist
so positioniert, dass die ebene Substratoberfläche mit der Photoresistschicht
mit einer Bildebene 7 des Projektionsobjektivs 1 zusammenfällt, welche
parallel zur Objektebene 2 verläuft. Der Wafer wird durch eine
Verschiebeeinrichtung 17 zum Halten und Manipulieren des
Wafers (Wafer-Stage)
gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer 16 entlang
einer bildseitigen Scanrichtung 18 (in der xy-Ebene) zu
bewegen. Eine zentrale Rechnereinheit 21 koordiniert den
gesamten Scanprozeß und
ist hierzu mit der objektseitigen und der bildseitigen Verschiebeeinrichtung 13, 17 sowie
dem Laser 20 und dem Beleuchtungssystem 12 verbunden.
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Der
Strahlverlauf im Projektionsobjektiv 1 folgt zunächst im
wesentlichen einem objektseitigen Teil 8 der optischen
Achse, der senkrecht auf der Objektebene 2 steht. An einem
ersten Faltungsspiegel 3a wird die Strahlung in Richtung
eines Konkavspiegels 4 umgelenkt, der in einem seitlich
abstehenden Auslegearm 5 des Projektionsobjektivs 1 untergebracht
ist. Eine Aperturblende 22 ist im Strahlengang vor dem
Konkavspiegel 4 zur steuerbaren Begrenzung der genutzten
numerischen Apertur positioniert.
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Der
Konkavspiegel 4 definiert einen objektseitigen Teil 11 der
optischen Achse, welcher der Symmetrieachse des rotationssymmetrischen
Spiegels entspricht. Der katadioptrische Teil der optischen Achse 11 und
der objektseitige Teil der optischen Achse 8 schließen einen
Winkel von ca. 100° ein.
Die am Konkavspiegel 4 reflektierte Strahlung trifft auf
einen zweiten Faltungsspiegel 3b. An diesem wird sie in
Richtung Bildebene umgelenkt. In optischer Nähe des Faltungsspiegels entsteht
ein reelles Zwischenbild, welches das einzige Zwischenbild des Projektionsobjektivs
ist. Zwischen dem zweiten Faltungsspiegel 3b und der Bildebene 7 verläuft ein
bildseitiger Teil 9 der optischen Achse, welcher parallel zum
objektseitigen Teil 8 der optischen Achse, leicht versetzt
zu diesem verläuft.
Der objektseitige, der bildseitige und der katadioptrische Teil
der optischen Achse 8, 9, 11 liegen in
einer Ebene (erste Ebene), die gegenüber der yz-Ebene um einen Winkel α = 25° gedreht
ist (2). Dies bedeutet, dass auch der Auslegearm 5 diesen
Winkel mit der yz-Ebene einschließt. Im Folgenden wird erläutert, wie
dadurch Bauraumprobleme mit der objektseitigen Verschiebeeinheit 13 vermieden
werden können.
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Die
Lösung
der Bauraumproblematik in Objektnähe wird in der nicht winkelgetreuen
oder maßstäblichen 2 anhand
einer schematischen Draufsicht auf das Projektionsobjektiv 1 von 1 verdeutlicht.
Dieses ist hier in einer zur z-Achse parallelen Blickrichtung von
oben gezeigt, und zwar als zylindrischer Grundkörper, an dem ein ebenfalls
zylindrisch ausgebildeter, den Konkavspiegel 4 umfassender
Auslegearm 5 seitlich abragt. Die objektseitige Verschiebeeinheit 13,
die entlang der objektseitigen Scanrichtung 15 (y-Richtung)
verfahrbar ist, ist in der Draufsicht schematisch dargestellt. Die
objektseitige Scanrichtung spannt mit dem objektseitigen Teil 8 der optischen
Achse eine zweite Ebene auf, die mit der ersten Ebene, in der die
verschiedenen Teile 8, 9, 11 der optischen
Achse liegen, einen Winkel α einschließt. Die
bildseitige Verschiebeeinheit 17 ist entlang einer bildseitigen
Scanrichtung 18 verfahrbar, die mit der objektseitigen
Scanrichtung 15 einen Winkel von 2 α = 50° einschließt. Genau dazwischen, d.h. unter
einem Winkel von 25° zur
objektseitigen und bildseitigen Scanrichtung, verläuft die
erste Ebene, die durch die Projektion des durch die Symmetrieachse
des Konkavspiegels 4 festgelegten katadioptrische Teil 11 der
optischen Achse auf die xy-Ebene (Zeichenebene)
veranschaulicht wird. Durch die beiden Faltun gen an den in 1 gezeigten
Faltungsspiegeln 3a und 3b wird eine parallel
zur objektseitigen Scanrichtung 15 verlaufende Objektfeldrichtung zweimal
um den Winkel α gedreht,
so dass diese bei der Abbildung durch das Projektionsobjektiv in
eine um einen Winkel 2 α relativ
zur Objektfeldrichtung gedrehte, parallel zur bildseitigen Scanrichtung
verlaufende Bildfeldrichtung überführt wird.
Bei Projektionsobjektiven mit mehreren Zwischenbildern ergibt sich gegebenenfalls
eine kompliziertere Abhängigkeit
des Winkels zwischen Objektfeldrichtung und Bildfeldrichtung vom
Drehwinkel α als
im hier dargestellten Fall.
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Durch
die Drehung des Auslegearms 5 mit dem Konkavspiegel 4 um
den Winkel α relativ
zur objektseitigen Scanrichtung (y-Richtung) kann ein Bauraumkonflikt
zwischen diesem und der objektseitigen Verschiebeeinheit 13 vermieden
werden. Für
die Größe des Drehwinkels α, um den
der Auslegearm 5 gedreht werden muss, ist der Durchmesser
des Konkavspiegels 4 sowie der Abstand zwischen der Objektebene 2 und
dem katadioptrischen Teil 11 der optischen Achse ausschlaggebend.
Bei einer Drehung von α =
90° des
Auslegearms in Bezug zur objektseitigen Scanrichtung 15 verläuft die
bildseitige Scanrichtung zur objektseitigen Scanrichtung parallel,
so dass die Erfindung ohne bauliche Veränderungen vorzunehmen auch
in Projektionsbelichtungsanlagen verwirklicht werden kann, bei denen
die objektseitigen und bildseitigen Verschiebeeinheiten in parallelen
Richtungen verfahren werden.
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Auch
mit anderen Vorrichtungen, z.B. Interferometern oder Einrichtungen,
die zur Abdichtung des Projektionsobjektivs dienen und in der Nähe der Objektebene
oder Bildebene entlang der Scanrichtungen positioniert sind, kann
durch die Drehung des Auslegearms 5 ein Bauraumkonflikt
zumindest entschärft
werden.
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Durch
Drehung des Auslegearms 5 relativ zur objektseitigen Scanrichtung 13 um
den Winkel α wird,
wie oben ausgeführt,
die bildseitige Scanrichtung um den Winkel 2 α relativ zur objektseitigen
Scanrichtung gedreht. Zur Verdeutlichung dieser Tatsache zeigt 3 in überlagerter
Darstellung ein Objektfeld 71 und ein Bildfeld 72 eines
Projektionsobjektivs, z.B. dem von 1 und 2,
wobei die Größe des Bildfeldes 72 relativ
zum Objektfeld 71 um den Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs
korrigiert ist. Das schlitzförmige
Objektfeld 71 ist rechteckig und bezüglich des Ursprungs eines xy-Koordinatensystems 70,
dessen Einheiten beliebig sind, zentriert. Die kurze Seite des Objektfelds 71 zeigt
in die y-Richtung des Koordinatensystems, welche als objektseitige
Scanrichtung dient, die in 3 durch
einen durchgezogenen Doppelpfeil markiert ist. Das rechteckige Bildfeld 72 ist
um den Ursprung des Koordinatensystems relativ zum Objektfeld 71 um
einen Winkel von 2 α =
50° gedreht.
Seine kurze Seite definiert die bildseitige Scanrichtung, die durch
einen gestrichelten Doppelpfeil markiert ist. Das rechteckige Bildfeld 72 ist
aufgrund der unterschiedlichen Maßstäbe entlang der x-Achse und der y-Achse
von 3 als Parallelogramm dargestellt.
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Die
Erfindung ist selbstverständlich
nicht auf Wafer-Scanner mit Ausführungsformen
eines katadioptrischen Projektionsobjektivs mit geometrischer Strahlteilung,
wie sie beispielhaft in 1 und 2 gezeigt
sind, beschränkt.
Sie kann sich auch bei weiteren Ausführungsformen mit katadioptrischen
Projektionsobjektiven, insbesondere solche mit physikalischer Strahlteilung,
positiv auswirken. Auch bei Wafer-Scannern mit Projektionsobjektiven,
die mehr als einen Konkavspiegel aufweisen, können gegebenenfalls Bauraumprobleme
durch die Erfindung vermindert werden. Bei Verwendung einer Aperturblende
im katadioptrischen Objektivteil können Bauraumkonflikte zwischen
der die Aperturblende steuernden Mechanik und den Verschiebeeinheiten
durch eine Drehung des Auslegearms vermieden werden.
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Bei
Projektionsobjektiven mit komplizierten Faltungsgeometrien als der
hier gezeigten kann es vorkommen, dass die einzelnen Teile der optischen Achse
nicht in einer Ebene liegen. Ein solcher Verlauf lässt sich
z.B. durch Faltungsspiegel realisieren, dessen Flächennormale
nicht in einer durch einen objektseitigen Teil der optischen Achse
und eine Objektrichtung definierten Ebene liegt. Der Strahlverlauf nach
dem Faltungsspiegel führt
dann aus der Ebene heraus, auf die er vorher eingeschränkt war.
Hierdurch können
sich gegebenenfalls Vereinfachungen bei der Realisierung von reflektierenden
Schichtdesigns des Faltungsspiegels ergeben.
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Auch
Projektionsobjektive mit komplizierten Faltungsgeometrien, z.B.
mit mehreren Konkavspiegeln, lassen sich auf die oben beschriebene
Weise derart aufbauen, dass Bauraumprobleme zwischen Konkavspiegeln
und anderen mechanischen Komponenten vermieden werden können.