DE102004058467A1 - Wafer-Scanner und Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie - Google Patents

Wafer-Scanner und Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie Download PDF

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Abstract

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Wafer-Scanner für die Mikrolithographie ein Beleuchtungssystem und ein Projektionsobjektiv (1) zur Abbildung eines in einer Objektebene liegenden Objektfeldes auf ein in der Bildebene liegendes Bildfeld. Das Projektionsobjektiv (1) umfasst eine optische Achse, mindestens einen Faltungsspiegel, einen senkrecht auf der Objektebene stehenden objektseitigen Teil (8) der optischen Achse, einen senkrecht auf der Bildebene stehenden bildseitigen Teil (9) der optischen Achse und mindestens einen Konkavspiegel (4), der einen katadioptrischen Teil (11) der optischen Achse definiert. Der Wafer-Scanner umfasst weiterhin eine erste Verschiebeeinheit (13) zum Verfahren einer objektseitig vom Projektionsobjektiv (1) zu positionierenden Maske entlang einer ersten, objektseitigen Scanrichtung (15) und eine zweite Verschiebeeinheit (18) zum Verfahren eines bildseitig vom Projektionsobjektiv (1) zu positionierenden Substrats entlang einer zweiten, bildseitigen Scanrichtung (18). Der objektseitige, der bildseitige und der katadioptrische Teil (8, 9, 11) der optischen Achse liegen in einer ersten Ebene und die objektseitige Scanrichtung (15) und die bildseitige Scanrichtung (18) liegen in einer zweiten Ebene, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene nicht parallel sind. Der katadioptrische Objektivteil ist aus der Ebene, in der die Scanrichtungen liegen, herausgedreht, so dass Bauraumkonflikte mit Vorrichtungen, die entlang der Scanrichtungen ...

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wafer-Scanners mit einer Ausführungsform eines katadioptrischen Projektionsobjektivs,
  • 2 eine schematische Draufsicht auf das Projektionsobjektiv von 1, und
  • 3 eine Draufsicht auf ein Objektfeld und ein relativ zu diesem gedrehtes Bildfeld eines Projektionsobjektivs.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (12)

  1. Wafer-Scanner (10) für die Mikrolithographie mit: einem Beleuchtungssystem (12); einem Projektionsobjektiv (1) zur Abbildung eines in einer Objektebene (2) liegenden Objektfeldes (71) auf ein in einer Bildebene (7) liegendes Bildfeld (72) mit: einer optischen Achse; mindestens einem Faltungsspiegel (3a, 3b); einem senkrecht auf der Objektebene (2) stehenden objektseitigen Teil (8) der optischen Achse; einem senkrecht auf der Bildebene (7) stehenden bildseitigen Teil (9) der optischen Achse; mindestens einem Konkavspiegel (4), der einen katadioptrischen Teil (11) der optischen Achse definiert; einer ersten Verschiebeeinheit (13) zum Verfahren einer objektseitig vom Projektionsobjektiv (1) zu positionierenden Maske (14) entlang einer ersten, objektseitigen Scanrichtung (15); einer zweiten Verschiebeeinheit (17) zum Verfahren eines bildseitig vom Projektionsobjektiv (1) zu positionierenden Substrats (16) entlang einer zweiten, bildseitigen Scanrichtung (18); wobei der objektseitige, der bildseitige und der katadioptrische Teil (8, 9, 11) der optischen Achse in einer ersten Ebene liegen; die objektseitige Scanrichtung (13) und der objektseitige Teil (8) der optischen Achse in einer zweiten Ebene liegen, und die erste Ebene und die zweite Ebene nicht parallel sind.
  2. Wafer-Scanner nach Anspruch 1, bei dem die erste Ebene mit der zweiten Ebene einen Winkel von 10° bis 30° einschließt.
  3. Wafer-Scanner nach Anspruch 1, bei dem die erste Ebene mit der zweiten Ebene einen Winkel von 90° einschließt.
  4. Wafer-Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Objektebene (2) und die Bildebene (7) parallel zueinander sind.
  5. Wafer-Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Faltungsspiegel des Projektionsobjektivs Teil eines physikalischen Strahlteilers ist und eine polarisationsselektiv wirksame Spiegelfläche hat.
  6. Wafer-Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Faltungsspiegel (3a, 3b) des Projektionsobjektivs Teil eines geometrischen Strahlteilers ist.
  7. Wafer-Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Projektionsobjektiv eine bildseitige numerische Apertur NA > 0,7, insbesondere NA > 0,85 aufweist.
  8. Wafer-Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im katadioptrischen Teil des Projektionsobjektivs eine Aperturblende (22) vorgesehen ist.
  9. Wafer-Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Projektionsobjektiv (1) gegen die Umgebungsluft abgedichtet ist.
  10. Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zur Abbildung eines in einer Objektebene liegenden Objektfeldes auf ein in einer Bildebene liegendes Bildfeld mit: einer objektseitigen ersten Ebene, die durch einen senkrecht auf der Objektebene stehenden objektseitigen Teil der optischen Achse und eine in der Objektebene liegende Objektrichtung festgelegt ist; einer bildseitigen zweiten 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; wobei mindestens ein Faltungsspiegel vorgesehen ist; und wobei die erste Ebene und die zweite Ebene nicht parallel zueinander ausgerichtet sind.
  11. Wafer-Scanner für die Mikrolithographie mit: einem Beleuchtungssystem; einem Projektionsobjektiv; einer ersten Verschiebeeinheit zum Verfahren einer objektseitig vom Projektionsobjektiv zu positionierenden Maske entlang einer ersten, objektseitigen Scanrichtung; einer zweiten Verschiebeeinheit zur Verfahren eines bildseitig vom Projektionsobjektiv zu positionierenden Substrats entlang einer zweiten, bildseitigen Scanrichtung; wobei das Projektionsobjektiv nach Anspruch 10 ausgebildet ist und die erste Scanrichtung mit der Objektrichtung und die zweite Scanrichtung mit der Bildrichtung übereinstimmt.
  12. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen, insbesondere mit einem Wafer-Scanner nach Anspruch 11, bei dem die Maske mit der ersten Verschiebeeinheit entlang der ersten Scanrichtung und das Substrat mit der zweiten Verschiebeeinheit entlang der zweiten Scanrichtung verschoben wird, wobei die erste und die zweite Scanrichtung nicht in einer Ebene liegen und nicht parallel sind.
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