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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen,
wie sie zur Herstellung hochintegrierter elektrischer Schaltkreise
und anderer mikrostrukturierter Bauteile verwendet werden. Die Erfindung
betrifft insbesondere Projektionsbelichtungsanlagen, die für einen
Immersionsbetrieb ausgelegt sind.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Integrierte
elektrische Schaltkreise und andere mikrostrukturierte Bauelemente
werden üblicherweise
hergestellt, indem auf ein geeignetes Substrat, bei dem es sich
beispielsweise um einen Silizium-Wafer handeln kann, mehrere strukturierte Schichten
aufgebracht werden. Zur Strukturierung der Schichten werden diese
zunächst
mit einem Photolack bedeckt, der für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches,
z.B. Licht im tiefen ultravioletten Spektralbereich (DUV, deep ultraviolet),
empfindlich ist. Anschließend
wird der so beschichtete Wafer in einer Projektionsbelichtungsanlage
belichtet. Dabei wird ein Muster aus Strukturen, das sich auf einer Maske
befindet, auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs abgebildet.
Da der Abbildungsmaßstab
dabei im allgemeinen kleiner als 1 ist, werden derartige Projektionsobjektive
häufig
auch als Reduktionsobjektive bezeichnet.
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Nach
dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer einem Ätzprozeß unterzogen,
wodurch die Schicht entsprechend dem Muster auf der Maske strukturiert
wird. Der noch verbliebene Photolack wird dann von den verbleibenden
Teilen der Schicht entfernt. Dieser Prozeß wird so oft wiederholt, bis
alle Schichten auf den Wafer aufgebracht sind.
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Eines
der wesentlichen Ziele bei der Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen
besteht darin, Strukturen mit zunehmend kleineren Abmessungen auf
dem Wafer lithographisch erzeugen zu können. Kleine Strukturen führen zu
hohen Integrationsdichten, was sich im allgemeinen günstig auf
die Leistungsfähigkeit
der mit Hilfe derartiger Anlagen hergestellten mikrostrukturierten
Bauelemente auswirkt.
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Die
Größe der erzeugbaren
Strukturen hängt vor
allem von der Auflösung
des verwendeten Projektionsobjektivs ab. Da die Auflösung der
Projektionsobjektive umgekehrt proportional zu der Wellenlänge des
Projektionslichts ist, besteht ein Ansatz zur Erhöhung der
Auflösung
darin, Projektionslicht mit immer kürzeren Wellenlängen einzusetzen.
Die kürzesten zur
Zeit verwendeten Wellenlängen
liegen im ultravioletten Spektralbereich und betragen 248 nm, 193 nm
oder 157 nm.
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Ein
anderer Ansatz zur Erhöhung
der Auflösung
geht von der Überlegung
aus, in einen Immersionsraum, der zwischen einer bildseitig letzten
Linse des Projektionsobjektivs und dem Photolack oder einer anderen
zu belichtenden lichtempfindlichen Schicht verbleibt, eine Immersionsflüssigkeit
mit hoher Brechzahl einzubringen. Projektionsobjektive, die für den Immersionsbetrieb
ausgelegt sind und deswegen auch als Immersionsobjektive bezeichnet werden,
können
numerische Aperturen von mehr als 1, z.B. 1.3 oder 1.4, erreichen.
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Die
Durchführung
eines Immersionsbetriebs ist allerdings mit zahlreichen Problemen
verbunden, von denen erst einige zufriedenstellend gelöst sind. Eines
dieser Probleme besteht darin, daß sich in der Immersionsflüssigkeit
kleine Gasblasen bilden können,
welche die Abbildung der Maske stören. Die Bildung der Gasblasen
wird auf unterschiedliche Ursachen zurückgeführt. Ist die Immersionsflüssigkeit
beispielsweise mit Gasen gesättigt,
so können
große Gasblasen
an praktisch beliebigen Orten innerhalb der Immersionsflüssigkeit
entstehen. Ferner haben Photolacke im allgemeinen die Eigenschaft,
Gase abzusondern, die bei einem Trockenbetrieb unproblematisch sind,
bei einem Immersionsbetrieb jedoch zur Blasenbildung in der Immersionsflüssigkeit
führen.
Blasen können
auch dadurch entstehen, daß die Immersionsflüssigkeit
sich in Zuleitungssystemen bewegt und Kavitationseffekte auftreten.
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Da
sich die Immersionsflüssigkeit
und damit auch die in ihr enthaltenen Blasen in unmittelbarer Nähe der Bildebene
des Immersionsobjektivs befinden, können die Auswirkungen der Blasen
auf die optische Abbildung gravierend sein. Je kleiner dabei der Abstand
der Gasblasen zur lichtempfindlichen Schicht ist, desto stärker erzeugen
die Gasblasen punktuelle Störungen
auf der lichtempfindlichen Schicht.
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Zur
Lösung
dieses Problems schlägt
die
WO 2005/064409
A2 vor, unmittelbar auf die lichtempfindliche Schicht eine
nach der Belichtung wieder entfernbare Abdeckung aufzubringen. Die
Dicke der Abdeckung ist so gewählt,
daß Blasen
und andere Verunreinigungen in der Immersionsflüssigkeit so weit auf Abstand
zur Bildebene gehalten werden, daß sie keine gravierenden Störungen mehr
verursachen. können.
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In
einem Aufsatz von L. Marinier et al. mit dem Titel "Anti-bubble topcoat
for immersion lithography",
Proc. SPIE Vol. 5753, Advances in Resist Technology and Processing
XXII, Mai 2005, wird zu diesem Lösungsansatz bemerkt, daß durch
die zusätzliche
Abdeckung im Strahlengang sphärische
Aberrationen erzeugt werden. Es bestände aber die Möglichkeit,
diese Aberrationen mit der Projektionsbelichtungsanlage zu korrigieren.
Es wird allerdings nicht näher
ausgeführt,
wie die Korrektur im einzelnen durchgeführt werden soll. Vermutlich
werden die sphärischen
Aberrationen mit Hilfe an sich bekannter Manipula toren korrigiert.
Dabei kann es sich z.B. um eine entlang der optischen Achse verfahrbare
Linse handeln.
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Die
durch eine Abdeckung hervorgerufenen sphärischen Aberrationen sind allerdings
so groß, daß die bislang
bekannten Manipulatoren – zumindest
für dickere
Abdeckungen – für eine Korrektur nicht
mehr ausreichen. Im Prinzip wäre
es zwar möglich,
die optische Wirkung der Abdeckung bereits bei der Entwicklung des
Immersionsobjektivs zu berücksichtigen.
Allerdings müßten dann
alle Belichtungen unter Verwendung einer Abdeckung vorgenommen werden,
wie sie der Entwicklung des Immersionsobjektivs zugrunde gelegt
wurde oder einer solchen Abdeckung zumindest ähnlich ist. Dies würde die
Flexibilität
beim Einsatz des Immersionsobjektivs beträchtlich einschränken, da
sich vermutlich kein einheitlicher Standard für die Verwendung einer bestimmten
Abdeckung herausbilden wird und wohl auch der Wunsch bestehen wird,
bestimmte Projektionsbelichtungsanlagen ohne Abdeckung zu betreiben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, eine Projektionsbelichtungsanlage
anzugeben, welche die Flexibilität
beim Einsatz von Abdeckungen auf lichtempfindlichen Schichten im
Zusammenhang mit dem Immersionsbetrieb erhöht.
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Gelöst wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß durch
eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Immersionsobjektiv,
mit dem ein Muster auf eine lichtempfindliche Schicht abbildbar
ist und das für
einen Immersionsbetrieb ausgelegt ist, bei dem sich eine Immersionsflüssigkeit
zwischen dem Immersionsobjektiv und der lichtempfindlichen befindet.
Die Projektionsbelichtungsanlage umfaßt ferner eine optische Korrektureinrichtung
zur Verringerung von Abbildungsfehlern, die durch Aufbringen einer
transparenten Abdeckung verursacht sind, die unmittelbar auf die
lichtempfindliche Schicht aufbringbar ist, so daß die Immersionsflüssigkeit
die lichtempfindliche Schicht nicht berührt. Die Korrektureinrichtung
weist ein Korrekturelement auf, das in das Immersionsobjektiv ein-
und ausbaubar ist, ohne daß das
Immersionsobjektiv zerlegt werden muß.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es nicht sinnvoll ist, relativ
starke Abbildungsfehler, die durch dicke Abdeckungen hervorgerufen
werden, ausschließlich
durch die bislang bekannten, in der Regel kontinuierlich verstellbaren
Manipulatoren zu korrigieren. Statt dessen wird vorgeschlagen, eine Korrektureinrichtung
mit einem Korrekturelement vorzusehen, das je nachdem, ob die Belichtung
mit einer Abdeckung auf der lichtempfindlichen Schicht durchgeführt werden
soll, ein- oder ausgebaut wird. Dadurch wird es möglich, unterschiedlichen
Betreibern von Projektionsbelichtungsanlagen, welche die Belichtung
mit oder ohne Abdeckung durchführen möchten, das im
Prinzip gleiche Immersionsobjektiv anzubieten. Möchte ein Betreiber die Belichtung
in seiner Anlage mit einer Abdeckung auf der lichtempfindlichen
Schicht durchführen,
so wird nach dem Zusammenbau und der Justierung des Immersionsobjektivs,
aber vor Aufnahme des Betriebs und vorzugsweise sogar noch vor der
Auslieferung des Immersionsobjektivs an den Betreiber, das Korrekturelement in
das Immersionsobjektiv eingebaut. Bei Betreibern, die eine Abdeckung
nicht verwenden möchten,
wird das Korrekturelement nicht eingebaut.
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Die
Verwendung ein- und ausbaubarer Korrekturelemente hat den Vorteil,
daß damit
auch stärkere
Abbildungsfehler wirkungsvoll kompensiert werden können. Zur
Feinkorrektur können
die an sich bekannten Manipulatoren eingesetzt werden, mit denen sich
kleinere sphärische
Aberrationen korrigieren lassen.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
das Immersionsobjektiv so auszulegen, daß bei einem Betrieb ohne Abdeckung
ein "Korrekturelement" benötigt wird,
das für
einen Betrieb mit Abdeckung ausgebaut sein muß. In diesem Fall wird in dem
Design des Immersionsobjektivs die Wirkung der Abdeckung bereits
berücksichtigt;
eine Korrektur ist dann nur beim Betrieb ohne Abdeckung erforderlich.
Diese Variante ist dann vorzuziehen, wenn man davon ausgehen kann,
daß das
Immersionsobjektiv in der Regel ohne Abdeckung betreibt.
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Ferner
kann es je nach Art des Korrekturelements erforderlich sein, bei
einem Immersionsbetrieb ohne Abdeckung eine Art Platzhalterelement
anstelle des Korrekturelements einzubauen. Das Platzhalterelement
hat die gleiche Wirkung wie das Korrekturelement, wenn man von der
gewünschten
Korrekturwirkung als solcher absieht. Um den Austausch zu erleichtern,
kann ein Austauschhalter vorgesehen sein.
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In
Betracht kommt dies beispielsweise, wenn es sich bei dem Korrekturelement
um einen Abstandhalter handelt, mit dem Fassungen von benachbarten
optischen Elementen auf einem durch den Abstandhalter vorgegebenen
Abstand gehalten werden. Durch den Einbau unterschiedlicher Abstandhalter läßt sich
der Abstand benachbarter optischer Elemente sprungartig um einen
größeren Betrag
verändern.
Nach Veränderung
des Abstands kann eine Feinkorrektur mit Hilfe bekannter Manipulatoren durchgeführt werden,
indem eines oder beide der betroffenen optischen Elemente entlang
der optischen Achse geringfügig
verschoben werden.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt
es sich bei dem Korrekturelement jedoch um ein optisches Korrekturelement,
das beim Betrieb der Anlage dem Projektionslicht ausgesetzt ist.
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Im
Prinzip ist eine Korrektur der durch die Abdeckung verursachten
Abbildungsfehler auch mit Hilfe von Spiegeln möglich. Bevorzugt als optisches Korrekturelement
sind aber refraktiv wirkende optische Elemente.
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Auch
bei einem optischen Korrekturelement wird es häufig günstig sein, einen Austauschhalter vorzusehen,
um das optische Korrekturelement gegen ein geeignetes Platzhalterelement
ohne Korrekturwirkung austauschen zu können.
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Vergleichsweise
einfach und dennoch effizient ist eine Korrektur der durch die Abdeckung
verursachten Abbildungsfehler mit Hilfe eines refraktiv wirkenden
optischen Elements, das eine asphärische optische Fläche hat.
Das optische Element kann eine Linse, aber auch eine (im wesentlichen)
plan-parallele Platte sein, von der eine oder beide Planflächen in geeigneter
Weise asphärisiert
sind. Die Abweichungen der asphärischen
optischen Fläche
von einer Planfläche
können
dabei kleiner als 1000 nm oder sogar kleiner als 100 nm sein. Bei
einer 2 μm
dicken Abdeckung können
die Abweichungen z.B. zwischen 30 nm und 50 nm liegen. Bei gekrümmten Linsen sind
die Abweichungen der optischen Flächen des Korrekturelements
und eines Platzhalterelements ohne Korrekturwirkung vorzugsweise
an allen Flächenpunkten
mit orthogonalen Koordinaten (x,y) kleiner als 1000 nm, vorzugsweise
kleiner 100 nm, in z-Richtung.
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Um
eine möglichst
feldkonstante Korrekturwirkung zu erzielen, sollte ein asphärisches
Korrekturelement im ein gebauten Zustand in oder in der Nähe einer
Pupillenebene des Immersionsobjektivs angeordnet sein.
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Als
Korrekturelement kommt ferner eine plan-parallele Platte in Betracht,
die im eingebauten Zustand in oder in der Nähe einer Feldebene des Immersionsobjektivs
angeordnet ist. Als Feldebene geeignet ist hier vor allem eine Zwischenbildebene, aber
auch die Bildebene.
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Falls
der Betreiber einer Projektionsbelichtungsanlage Abdeckungen einsetzen
möchte,
die sich hinsichtlich ihrer Brechzahl und/oder ihrer Dicke erheblich
voneinander unterscheiden, so kann es erforderlich sein, mehrere
unterschiedliche Korrekturelemente bereitzustellen, deren Korrekturwirkungen an
die unterschiedlichen Abdeckungen angepaßt sind. Je nach ausgewählter Abdeckung
wird dann das Korrekturelement eingebaut, dessen Korrekturwirkung
am besten an die ausgewählte
Abdeckung angepaßt
ist. Ansonsten wird es jedoch zweckmäßiger sein, ein Korrekturelement
bereitzustellen, das an eine Abdeckung mittlerer Dicke und Brechzahl
angepaßt
ist. Ein evtl. Rest-Korrektur
wird dann mit Hilfe von Manipulatoren durchgeführt, die für eine Feinjustierung von optischen
Elementen geeignet sind.
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Da
der Austausch eines optischen Elements in einem Immersionsobjektiv
sogar mit Hilfe eines Austauschschalters ein relativ aufwendiger
Vorgang ist, wird man als Betreiber unterschiedliche Abdeckungen
nicht in einem häufigen Wechsel
einsetzen. Durch das Vorsehen unterschiedlicher Korrekturelemente
kann aber beispielsweise der technischen Entwicklung gefolgt werden,
wenn sich herausstellt, daß sich
mit einer bestimmten Abdeckung die besten Ergebnisse bei der Herstellung
der mikrostrukturierten Bauelemente erzielen lassen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 einen
Meridionalschnitt durch eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage
in stark schematisierter Darstellung mit einem Immersionsobjektiv
und einer Korrektureinrichtung;
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des bildseitigen Endes der in der 1 gezeigten
Projektionsbelichtungsanlage.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die 1 zeigt
einen Meridionalschnitt durch eine insgesamt mit 10 bezeichnete
mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage in stark schematisierter
Darstellung. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 weist
eine Beleuchtungseinrichtung 12 zur Erzeugung von Projektions licht 13 auf,
die eine Lichtquelle 14, eine mit 16 angedeutete
Beleuchtungsoptik und eine Blende 18 umfaßt. Die
Beleuchtungsoptik 16 ermöglicht die Einstellung unterschiedlicher
Beleuchtungswinkelverteilungen.
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Zur
Projektionsbelichtungsanlage 10 gehört ferner ein Immersionsobjektiv 20,
das eine Blende AS sowie eine Vielzahl von optischen Elementen enthält, von
denen der Übersichtlichkeit
halber in der 1 lediglich einige Linsen beispielhaft
angedeutet und mit L1 bis L6 bezeichnet sind. Das Immersionsobjektiv 20 dient
dazu, eine in einer Objektebene 22 des Immersionsobjektivs 20 anordenbare
Maske 24 verkleinert auf eine lichtempfindliche Schicht 26 abzubilden,
die in einer Bildebene 28 des Immersionsobjektivs 20 angeordnet
ist. Bei der lichtempfindlichen Schicht 26 kann es sich
z.B. um einen Photolack handeln, der auf einem Wafer 30 aufgebracht
ist.
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Den
Linsen L1 und L2 sind schematisch angedeutete Aktuatorsysteme A1
bzw. A2 zugeordnet, mit denen sich die Linsen L1, L2 entlang der
Z-Achse verfahren lassen. Die Aktuatorsysteme A1, A2 umfassen vorzugsweise
einzeln ansteuerbare Aktuatoren, z.B. Piezoelemente, können aber
auch oder zusätzlich
die Möglichkeit
zu einer manuellen Verstellung bieten. Da derartige Aktuatorsysteme
im Stand der Technik hinlänglich
bekannt sind, wird auf die Erläuterung
weiterer Einzelheiten verzichtet.
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In
der Nähe
einer Pupillenebene
32 ist eine insgesamt mit
34 bezeichnete
Korrektureinrichtung angeordnet, die eine Platte P und einen Austauschhalter
EH umfaßt.
Die Platte P ist an ihrer bildseitigen optischen Fläche
35 asphärisiert,
was in der
1 aus Gründen der Erkennbarkeit stark übertrieben dargestellt
ist. Tatsächlich
betragen die Abweichungen von einer Planfläche weniger als 100 nm. Mit
Hilfe des Austauschhalters EH ist es möglich, die Platte P aus dem
Strahlengang des Immersionsobjektivs
20 herauszuführen, ohne
daß hierzu
das gesamte Immersionsobjektiv
20 demontiert werden muß. Einzelheiten
zu einem möglichen
mechanischen Aufbau der Korrektureinrichtung
34 sind der
US 2005/0134972 A1 entnehmbar,
deren Offenbarungsgehalt vollständig
zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
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In
der Nähe
des bildseitigen Endes des Immersionsobjektivs
20, das
in der
2 vergrößert, aber
nicht maßstäblich gezeigt
ist, befindet sich eine Abdeckung
36, die unmittelbar auf
die lichtempfindliche Schicht
26 aufgebracht ist. Die Abdeckung
wird durch eine Schicht konstanter Dicke gebildet, die aus einem
für das
Projektionslicht transparenten Material besteht. In der eingangs
bereits erwähnten
WO 2005/064409 A2 sind
weitere Einzelheiten zu der Abdeckung
36 beschrieben, so
daß insoweit
auf zusätzliche
Erläuterungen
verzichtet werden kann.
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Zwischen
der Abdeckung 36 und der bildseitig letzten Linse L6 befindet
sich eine Immersionsflüssigkeit 38.
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Durch
die Abdeckung 36 wird erreicht, daß Gasblasen 40 oder
andere Partikel in der Immersionsflüssigkeit 38 der lichtempfindlichen
Schicht 26 nicht so nahe kommen können, daß sie dort zu gravierenden
Störungen
bei der Abbildung der Maske 24 führen. Die Dicke der Schicht 36 ist
dabei so gewählt, daß der Abstand
der Gasblasen 40 von der lichtempfindlichen Schicht 26 ausreichend
groß ist.
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Am
günstigsten
ist es natürlich,
wenn die Brechzahlen der Immersionsflüssigkeit 38 und der Abdeckung 36 exakt übereinstimmen.
Mit den zur Verfügung
stehenden Materialien für
die Abdeckung 36, die hohe Anforderungen im Hinblick auf
die Transparenz und die Ablösbarkeit
nach der Belichtung erfüllen
müssen,
ist dies jedoch nicht realisierbar. Deswegen entsteht an der Grenzfläche zwischen
der Abdeckung 36 und der darüber angeordneten Immersionsflüssigkeit 38 ein
von 1 verschiedener Brechzahlquotient. Dies hat zur Folge, daß die Abdeckung 36 gegenüber der
Immersionsflüssigkeit 38 wie
eine plan-parallele Platte wirkt.
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Verglichen
mit einem Zustand, in dem der gesamte Zwischenraum zwischen der
lichtempfindlichen Schicht 26 und der bildseitig letzten
Linse L6 mit Immersionsflüssigkeit 38 ausgefüllt ist,
erzeugt eine solche plan-parallele Platte Abbildungsfehler. Im einzelnen
handelt es sich dabei um sphärische
Aberrationen, und zwar in erster Linie um einen Defokus. Darüber hinaus
gibt es auch Fehler höherer
Ordnung, welche die Abbildungseigenschaften ungünstig beeinflussen.
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Die
asphärische
Fläche 35 der
Platte P ist so geformt, daß die
vorstehend erwähnten
Abbildungsfehler, die durch die Abdeckung 36 verursacht
werden, möglichst
weitgehend korrigiert werden. Verbleibende Fehler können mit
den Aktuatorsystemen A1 und A2 korrigiert werden. Somit wird es
möglich, noch
kleinere Strukturen lithographisch auf dem Wafer 30 zu
erzeugen.
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Soll
ein Immersionsbetrieb ohne die Abdeckung 36 durchgeführt werden,
so würde
die Platte P eine Art Überkompensation
erzeugen und somit selbst eine Ursache für Abbildungsfehler darstellen. Deswegen
wird eine Anpassung vorgenommen, indem mit Hilfe des Austauschhalters
EH eine Austauschplatte in den Strahlengang eingeführt wird,
die keine asphärische
Fläche
hat. Die Austauschplatte hat die Eigenschaft, daß sie – abgesehen von der Wirkung
der asphärischen
Fläche 35 – die Wirkung der
Platte P kompensiert.
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Falls
eine Abdeckung 36 mit anderer Dicke oder anderer Brechzahl
eingesetzt werden soll, so können
verbleibende Fehler mit den Aktuatorsystemen A1 und A2 korrigiert
werden. Falls Abdeckungen 36 mit stark variierenden Dicken
eingesetzt werden sollen, kann (ggf. zusätzlich) auch die Verwendung einer
anderen Korrekturplatte in Betracht kommen.