-
Die
Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie
zur Abbildung eines in einer Objektebene angeordneten Objekts auf
einen lichtempfindlichen Wafer in einer Bildebene, mit einer Mehrzahl
an optischen Elementen, die zumindest ein reflektierendes Element
und zumindest ein refraktives Element aufweisen und in Lichtausbreitungsrichtung
des Nutzlichts hinter dem zumindest einen reflektierenden Element
auf einer gemeinsamen geraden optischen Achse liegen, wobei das
zumindest eine reflektierende Element ein Substrat mit zumindest
einer Durchbrechung aufweist, durch die Lichtstrahlen hindurch treten
können.
-
Die
Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage für
die Mikrolithographie mit einem solchen Projektionsobjektiv.
-
-
Ein
Projektionsobjektiv der eingangs genannten Art wird beispielsweise
in der Halbleitermikrolithographie zur Herstellung feinstrukturierter
Bauelemente verwendet, um ein mit einem Muster versehenes Objekt
(Retikel) auf einen Wafer abzubilden. Das Objekt bzw. der Wafer
ist hierbei in einer Objektebene bzw. Bildebene des Projektionsobjektivs
angeordnet. Der Wafer ist mit einer lichtempfindlichen Schicht versehen,
bei deren Belichtung mittels Licht, das durch das Projektionsobjektiv
hindurch tritt, das Muster des Objekts auf die lichtempfindliche
Schicht des Wafers übertragen wird. Nach eventuellem mehrfachen
Belichten und anschließendem Entwickeln der lichtempfindlichen
Schicht entsteht die gewünschte Struktur auf dem Wafer.
-
Projektionsobjektive
können nach ihrer Bauart unterschieden werden. Ein katadioptrisches
Projektionsobjektiv weist sowohl reflektierende als auch refraktive
Elemente in Form von beispielsweise Spiegeln und Linsen auf. Weist
hingegen ein Projektionsobjektiv nur refraktive Elemente bzw. nur
reflektierende Elemente auf, so nennt man es dioptrisch bzw. katoptrisch.
-
Das
aus der eingangs genannten
US 6,600,608
B1 bekannte katadiotrische Projektionsobjektiv weist eine
Mehrzahl an Linsen und Spiegeln auf, die auf einer gemeinsamen geraden
optischen Achse liegen. Die optischen Elemente sind in drei Baugruppen
angeordnet, die in Lichtausbreitungsrichtung des Nutzlichts des
Projektionsobjektivs gesehen dioptrisch, katadioptrisch und dioptrisch
sind. Die Spiegel der katadioptrischen Baugruppe weisen jeweils
eine Durchbrechung auf, durch die die auf den Spiegel einfallenden
Lichtstrahlen hindurchtreten können. Die Spiegeloberflächen
sind lichtreflektierend ausgestaltet, so dass die auf die Spiegeloberflächen
einfallenden Lichtstrahlen entsprechend ihrem Auftreffwinkel bezüglich
der Oberflächen reflektiert werden.
-
Die
Abbildungsqualität des bekannten Projektionsobjektivs wird
durch seine Abbildungseigenschaften bestimmt, so dass es weitgehendst
von Abbildungsfehlern und die Abbildungsqualität beeinträchtigenden
Störeffekten frei sein sollte.
-
Bei
dem bekannten Projektionsobjektiv kann die Abbildungsqualität
durch auftretendes Streulicht bzw. Falschlicht oder sogenannte „Geisterbilder"
beeintrachtigt werden. Streulicht entsteht bei einem katadioptrischen
Projektionsobjektiv beispielsweise dadurch, dass Lichtstrahlen,
die ungewollt an den Oberflächen eines optischen Elements
reflektiert werden, rückwärtig auf einen der Spiegel
des Projektionsobjektivs treffen, durch das Spiegelsubstrat hindurchtreten
und an der reflektierenden Spiegeloberfläche reflektiert
werden. Diese reflektierten Lichtstrahlen mischen sich mit den in „gewöhnlicher"
Lichtausbreitungsrichtung des Nutzlichts gesehenen verlaufenden
Lichtstrahlen und beeinträchtigen die Abbildung des Musters
auf den lichtempfindlichen Wafer.
-
Es
ist aus
WO 2006/128613
A1 bekannt, dass zur Erhöhung der Abbildungsqualität
eines katadioptrischen Projektionsobjektivs mit nicht-gerader optischer
Achse solches Streulicht, das durch ungewollte Lichtübertritte
zwischen den optischen Elementen unter Auslassung der Spiegel verursacht wird,
durch lichtabsorbierende Abschirmblenden oder Abschirmplatten unterdrückt
werden kann, die im Bereich der Spiegel angeordnet sind. Die Abschirmungen
sind aus einem lichtabsorbierenden Material gefertigt oder mit einer
lichtabsorbierenden Schicht versehen, und sie können zur
Verbesserung der Absorptionswirkung bezüglich der optischen
Achse lageverstellbar und verkippbar ausgebildet sein. Die Absorptionseigenschaften
der Abschirmungen können ferner auf die Wellenlänge
der durch das Projektionsobjektiv hindurch durchtretenden Lichtstrahlen abgestimmt
sein.
-
Ein
Nachteil der Verwendung von lichtabsorbierenden Abschirmungen zur
Streulichtunterdrückung ist es, dass das Projektionsobjektiv
ein zusätzliches Element aufweist, dessen Anordnung bzw.
Geometrie an die jeweiligen Erfordernisse des auftretenden Streulichts
angepasst sein muss. Die Anordnung dieses zusätzlichen
Elements im Projektionsobjektiv erfordert ausreichend Raum, der
oftmals nicht vorhanden ist, wodurch diese Art von Streulichtunterdrückung
nur bedingt einsatzfähig ist.
-
Ferner
ist es nachteilig, dass das Vorhandensein einer Abschirmung im Projektionsobjektiv höhere
Herstellungskosten für das Projektionsobjektiv bedingt,
die aufgrund der oftmals konstruktiv komplizierten Geometrie und
Positionierung der Abschirmung verursacht werden. Da sich oftmals
erst im Betrieb des bekannten Projektionsobjektivs herausstellt,
an welchen Bereichen das Streulicht vermehrt auftritt, ist die Implementierung
einer Abschirmung oft erst nachträglich möglich,
was ferner zu Stillstandzeiten des bekannten Projektionsobjektivs
führen kann.
-
Ein
weiterer Nachteil von Abschirmblenden ist es, dass der maximale
Strahlquerschnitt der durch das Projektionsobjektiv hindurchtretenden
Lichtstrahlen auch ungewollt verringert werden kann, so dass der
Wafer nicht vollständig belichtet wird. Dies bedingt eine
kon struktiv aufwändige Maßnahme zur Lageverstellung
des Wafers in der Bildebene, um eine Belichtung aller Waferbereiche
zu erzielen.
-
Es
ist ferner nachteilig, dass die optimale Absorptionswirkung der
Abschirmung oftmals erst durch ihre Lageverstellung bzw. Verkippung
erreicht wird. Eine solche Positionsveränderung der Abschirmung in
dem bekannten Projektionsobjektiv erfordert ausreichend Raum und
ist ebenfalls konstruktiv sehr aufwändig zu realisieren.
Die Abschirmung muss hierzu beispielsweise Aktuatoren aufweisen,
die ihre Lageverstellung bzw. Verkippung bewirken, wodurch die Herstellungskosten
des Projektionsobjektivs zusätzlich erhöht werden.
-
Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Projektionsobjektiv
der eingangs genannten Art bereitzustellen, dessen Abbildungsqualität
durch eine besonders einfache und kostengünstige Unterdrückung
von Streulicht verbessert wird.
-
Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Projektionsobjektivs
dadurch gelöst, dass das zumindest eine reflektierende Element
zumindest teilweise aus einen Material gefertigt ist, das rückwärtig
auf das reflektierende Element auftreffendes Streulicht unterdrückt.
-
Das
erfindungsgemäße Projektionsobjektiv der erfindungsgemäßen
Projektionsbelichtungsanlage ist katadioptrisch und weist eine Mehrzahl
an optischen Elementen auf, die in Lichtausbreitungsrichtung des
Nutzlichts hinter dem zumindest einen reflektierenden Element auf
einer gemeinsamen geraden optischen Achse liegen. Das reflektierende
Element des erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs weist
ein Substrat auf, das mit zumindest einer Durchbrechung versehen
ist, durch die die Lichtstrahlen hindurchtreten können.
Ferner ist das reflektierende Element zumindest teilweise aus einem
solchen Material gefertigt, das das rückwärtig
auf das reflektierende Element auftreffende Streulicht unterdrückt
oder zumindest verringert. Erfindungsgemäß ist
unter „rückwärtig" auf das reflektierende
Element auftreffendem Streulicht solche Lichtstrahlen zu verstehen,
die aus der Richtung der Bildebene kommend zur Objektebene hin verlaufen,
also sich entgegen der Lichtausbreitungsrichtung des Nutzlichts ausbreiten,
und unter beliebigen Winkeln auf das reflektierende Element auftreffen.
Diese zum Streulicht beitragenden Lichtstrahlen können
beispielsweise auf die Substratrückseite auftreffen oder
auch beispielsweise zumindest teilweise die Durchbrechung des Substrats
durchlaufen und bezüglich der optischen Achse schräg
in das Substrat des reflektierenden Elements eindringen. Durch die
Streulichtunterdrückung wird insbesondere verhindert, dass
das Streulicht auf die reflektierende Oberfläche des reflektierenden
Elements auftrifft und zurück zur Bildebene gestreut wird.
Die Materialwahl des reflektierenden Elements ermöglicht
somit vorteilhafterweise eine besonders einfach zu realisierende
Streulichtverringerung, da kein zusätzliches Element wie
die aus dem Stand der Technik bekannte Abschirmung im Projektionsobjektiv
vorgesehen sein muss, das diese Funktion erfüllt. Hierdurch
ist diese Art der Streulichtunterdrückung bei allen katadioptrischen Projektionsobjektiven
unabhängig von den Abständen zwischen deren optischen
Elementen anwendbar.
-
Ferner
werden vorteilhafterweise die Fertigungskosten des erfindungsgemäßen
Projektionsobjektivs signifikant verringert, da die Streulichtunterdrückung
durch das bereits im Projektionsobjektiv aufgenommene reflektierende
Element und nicht durch eine zusätzliche Absorptionsabschirmung
bewirkt wird. Zudem werden keine zusätzlichen Kosten verursacht,
die, wie bei dem bekannten Projektionsobjektiv, durch eine Lageverstellung
oder Verkippung der Absorptionsabschirmung bezüglich der
optischen Achse verursacht werden.
-
Es
ist ferner vorteilhaft, dass die Verwendung des reflektierenden
Elements zur Streulichtunterdrückung keine ungewollte Strahlbegrenzung
der durch das Projektionsobjektiv hindurchtretenden Lichtstrahlen
bedingt, wodurch der Wafer stets vollständig belichtet
wird.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs ist das
Substrat des reflektierenden Elements zumindest teilweise aus dem
streulichtunterdrückenden Material gefertigt.
-
Diese
Maßnahme bewirkt, dass der Grundkörper des reflektierenden
Elements, nämlich das Substrat selbst, zur Streulichtunterdrückung
genutzt wird, wodurch die Fertigung des reflektierenden Elements
vorteilhafterweise besonders einfach ist, da nur die Materialwahl
des Substrats beachtet werden muss und keine zusätzlichen
konstruktiven Maßnahmen am reflektierenden Element vorgenommen
werden müssen. Das Substrat des reflektierenden Elements
kann vollständig oder teilweise, d. h. nur in Teilbereichen,
aus dem streulichtunterdrückenden Material gefertigt sein.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
weist das Substrat des reflektierenden Elements zumindest teilweise
eine Schicht auf, die aus dem streulichtunterdrückenden Material
gefertigt ist.
-
Diese
Maßnahme ermöglicht vorteilhafterweise eine großflächige
Streulichtunterdrückung im Bereich der streulichtunterdrückenden
Schicht. Die Schicht kann beispielsweise so dünn ausgebildet sein,
dass sich die Substratausdehnung des reflektierenden Elements nicht
signifikant erhöht und das reflektierende Element nicht
unnötig Platz beansprucht. Ferner ist das reflektierende
Element besonders einfach und kostengünstig herstellbar,
da die streulichtunterdrückende Schicht während
des Herstellungsprozesses entlang der gewünschten Substratausdehnung
aufgebracht werden kann.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
ist die Schicht unter einer reflektierenden Oberfläche
des Substrats angeordnet.
-
Diese
Maßnahme bewirkt, dass das Streulicht, das rückwärtig
auf das Substrat des reflektierenden Elements auftrifft, nicht mehr
zur lichtreflektierenden Oberfläche des Substrats gelangt,
da es bereits durch die Schicht vernichtet wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine
optimale Streulichtunterdrückung erreicht, wobei gleichzeitig
eine mögliche Strahlenschädigung des Substrats
durch das hindurchtretende Streulicht weitgehendst vermieden wird.
Zudem wird die Lichtausbreitung im Projektionsobjektiv von der Objektebene
zur Bildebene nicht beeinträchtigt, da die streulichtunterdrückende Schicht
in der Lichtausbreitungsrichtung des Nutzlichts gesehen unter der
reflektierenden Oberfläche angeordnet ist.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
ist die Schicht unmittelbar unter der reflektierenden Oberfläche
des Substrats angeordnet.
-
Diese
Maßnahme bewirkt, dass nicht nur Streulicht, das aus einer
beliebigen Richtung über die Rückseite des Substrats
des reflektierenden Elements bis zur reflektierenden Oberfläche
gelangt, sondern auch solches Streulicht, das durch die zur Durchbrechung
benachbarten Seitenwände des reflektierenden Elements in
das reflektierende Element eindringt, unterdrückt wird,
wodurch vorteilhafterweise eine noch effektivere Streulichtunterdrückung
erreicht wird.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
ist die Schicht entlang einer gesamten Ausdehnung der reflektierenden
Oberfläche des Substrats angeordnet.
-
Diese
Maßnahme stellt vorteilhafterweise eine noch wirksamere
Streulichtunterdrückung bereit, da die streulichtunterdrückende
Schicht entlang der gesamten Spiegelfläche angeordnet ist,
wodurch kein rückwärtig auftreffendes Streulicht
zur reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Elements
gelangen kann. Ferner ist die Herstellung des reflektierenden Elements
besonders einfach und kostengünstig, da die streulichtunterdrückende
Schicht während des Herstellungsprozesses entlang der gesamten
Substratausdehnung aufgebracht werden kann, ohne dass die nicht
zu beschichtenden Zwischenbereiche des Substrats abgedeckt werden müssen.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
ist die Schicht zumindest teilweise entlang der Durchbrechung des
Substrats angeordnet.
-
Diese
Maßnahme bewirkt, dass das Streulicht, das durch die Durchbrechung
hindurchtritt und schräg zur optischen Achse über
die Seitenwände des Substrats in das Substrat eindringt,
beispielsweise absorbiert wird. Hierdurch wird die Streulichtunterdrückung
des reflektierenden Elements vorteilhafterweise zusätzlich
erhöht. Die Schicht kann an den Seitenwänden des
Substrats entlang der gesamten Ausdehnung der Durchbrechung oder
nur in Teilbereichen der Substratseitenwände angeordnet
sein.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
weist das reflektierende Element eine Fassung auf, die zumindest
teilweise an einer Substratrückseite angeordnet ist, wobei
die Fassung zumindest teilweise aus dem streulichtunterdrückenden
Material gefertigt ist.
-
Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass das rückwärtig
auf das reflektierende Element auftreffende Streulicht bereits an
der Fassung des reflektierenden Elements wirksam unterdrückt
wird, wodurch das Substrat des reflektierenden Elements noch besser
vor einer unerwünschten Strahlungsabsorption geschützt
wird. Das Material und die Geometrie der Fassung können
an die jeweiligen Erfordernisse einer optimalen Streulichtunterdrückung
angepasst werden. Die Fassung kann beispielsweise vollständig
aus dem streulichtunterdrückenden Material gefertigt sein,
oder nur Teilbereiche aufweisen, die aus dem streulichtunterdrückenden
Material gefertigt sind.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
weist die Fassung zumindest teilweise eine Beschichtung auf, die
aus dem streulichtunterdrückenden Material gefertigt ist.
-
Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass die Streulichtunterdrückung
besonders kostengünstig und leicht verwirklicht wird, da
die Beschichtung auf eine Standardfassung des reflek tierenden Elements aufgebracht
werden kann. Die Beschichtung kann beispielsweise auf der Fassungsvorderseite,
die zum Substrat zeigt, oder auf der Fassungsrückseite
aufgebracht werden.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
ist das streulichtunterdrückende Material lichtabsorbierend.
-
Diese
Maßnahme stellt vorteilhafterweise eine besonders wirksame
Möglichkeit zur Streulichtunterdrückung bereit,
da das auf die Rückseite des reflektierenden Elements einfallende
Streulicht absorbiert wird und kein Streulicht in Richtung der Bildebene
reflektiert wird. Die Absorptionswirkung des streulichtunterdrückenden
Materials kann beispielsweise an die jeweilige Wellenlänge
der Lichtstrahlen, die durch das Projektionsobjektiv hindurchtreten,
angepasst sein.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
ist das lichtabsorbierende Material Zerodur.
-
Eine
Verwendung von Zerodur als lichtabsorbierendes Material für
das Substrat des reflektierenden Elements ist aufgrund seiner Materialeigenschaften
besonders vorteilhaft, da es nur einen geringen Ausdehnungskoeffizienten
aufweist. Ferner ist dieses Material besonders homogen, so dass
die Herstellung des reflektierenden Elements besonders einfach bewerkstelligt
werden kann.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
ist das streulichtunterdrückende Material ungerichtet lichtstreuend.
-
Diese
Maßnahme bewirkt, dass die Streulichtunterdrückung
durch eine ungerichtete Lichtstreuung der einfallenden Lichtstrahlen
in alle Richtungen erzielt wird, so dass vorteilhafterweise keine nennenswerte
Rückstreuung des Streulichts zur Bildebene auftritt.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Projektionsobjektivs
ist das streulichtunterdrückende Material Metall.
-
Eine
Verwendung von Metall als Fassungsmaterial bzw. als Beschichtungsmaterial
für die Fassung stellt vorteilhafterweise eine besonders
kostengünstige Maßnahme zur Streulichtreduzierung
dar. Das Metall verhindert, dass das in Lichtausbreitungsrichtung
des Nutzlichts hinter dem reflektierenden Element zu diesem zurückreflektierte
Licht die reflektierende Oberfläche des Elements erreicht.
-
Vorzugsweise
ist das zumindest eine reflektierende Element ein Spiegel.
-
Besonders
nützlich ist die vorliegende Erfindung bei einer Ausgestaltung
des Projektionsobjektivs, dessen optische Elemente ein nicht-obskuriertes Abbildungssystem
bilden. Ein solches Projektionsobjektiv weist vorzugsweise zwei
mit Durchbrechungen versehene Spiegel auf, deren reflektierende
Oberflächen einander zugewandt sind. In einem solchen Fall wird
vom Nutzlicht nur jeweils ein Spiegelsektor der Spiegel auf einer
Seite der Durchbrechung genutzt. Insbesondere handelt es sich bei
diesem Projektionsobjektiv vorzugsweise um ein solches, dessen optische
Elemente ein außeraxiales Objektfeld, das die optische
Achse nicht enthält, auf ein außeraxiales Bildfeld
abbilden.
-
Der
Begriff "Durchbrechung" des reflektierenden Elements umfasst insbesondere
bei dem vorstehend genannten Projektionsobjektiv, dessen optische
Elemente ein außeraxiales Objektfeld auf ein außeraxiales
Bildfeld abbilden, auch den Fall, dass der nicht vom Nutzlicht getroffene
Sektor des reflektiven Elements einfach weggelassen ist.
-
Bei
einem solchen Projektionsobjektiv, das in Lichtausbreitung des Nutzlichts
gesehen hinter dem geometrisch letzten reflektiven Element und vor
der Bildebene eine Mehrzahl refraktiver Elemente aufweist, und bei
dem das Streulicht durch zumindest einen Reflex an zumindest einer
der Oberflächen zumindest eines der refraktiven Elemente,
insbesondere an zumindest einer Oberfläche des letzten
refraktiven Elements vor der Bildebene, insbe sondere an der in Lichtausbreitungsrichtung
gesehen vorderen Oberfläche des letzten refraktiven Elements
erzeugt wird, lässt sich durch Maßnahmen zur Streulichtunterdrückung
am in Ausbreitungsrichtung des Nutzlichts gesehen ersten Spiegel,
d. h. dem Spiegel, der der Bildebene geometrisch am nächsten
ist, durch Verringerung des Streulichtanteils eine besonders wirksame
Verbesserung der Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs
erreichen.
-
Des
weiteren wird eine Projektionsbelichtungsanlage bereitgestellt,
die ein Beleuchtungssystem und ein Projektionsobjektiv nach einer
oder mehrerer der vorstehend genannten Ausgestaltungen aufweist.
-
Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen
Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung
einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter
Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden
Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für
die Mikrolithographie mit einem erfindungsgemäßen
Projektionsobjektiv;
-
2 ein
Ausführungsbeispiel des Projektionsobjektivs in 1;
-
3A–3E Ausführungsbeispiele
eines reflektierenden Elements des Projektionsobjektivs in 2 im
Längsschnitt; und
-
4a und
b) ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Projektionsobjektivs
zur Verwendung in einer Projektionsbelichtungsanlage gemäß 1, wobei 4a)
das Projektionsobjektiv mit dem Nutzlichtstrahlengang zeigt und 4b)
das Projektionsobjektiv mit einem Streulichtstrahl zeigt.
-
In 1 ist
schematisch eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene
Projektionsbelichtungsanlage dargestellt, die beispielsweise in
der Halbleitleitermikrolithographie verwendet wird, um feinstrukturierte
Bauelemente herzustellen.
-
Die
Projektionsbelichtungsanlage 10 weist ein Beleuchtungssystem 11 mit
einer Lichtquelle 12 und einer Beleuchtungsoptik 14 sowie
ein Projektionsobjektiv 16 auf. Das Projektionsobjektiv 16 dient zum
Abbilden eines in einer Objektebene O angeordneten und mit einem
Muster versehenen Objekts 18 auf einen lichtempfindlichen
Wafer 20, der in einer Bildebene B des Projektionsobjektivs 16 angeordnet ist.
Das Objekt 18 und der Wafer 20 sind im Betrieb der
Projektionsbelichtungsanlage 10 in eine Halterung 22 bzw.
einen Halter 24 eingesetzt. Von der Lichtquelle 12 erzeugte
und durch die Beleuchtungsoptik 14 geleitete Lichtstrahlen 26 treten
durch das Muster des Objekts 18 hindurch, verlaufen in
der Lichtausbreitungsrichtung des Nutzlichts gesehen von der Objektebene
O durch das Projektionsobjektiv 16 hindurch zur Bildebene
B und übertragen somit das Muster des Objekts 18 auf
den in der Bildebene B angeordneten Wafer 20.
-
Das
in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des
Projektionsobjektivs 16 weist eine Mehrzahl an optischen
Elementen 28 auf. Das Projektionsobjektiv 16 ist
von katadioptrischer Bauart, d. h. es weist reflektierende Elemente 30,
hier zwei reflektierende Elemente 30a, b, und refraktive
Elemente 32 auf. Die reflektierenden Elementen 30a,
b sind als gewölbte Spiegel 34a, b und die refraktiven
Elemente 32 sind als Linsen 36 verschiedenster
Form und Asphärisierung ausgebildet. Die optischen Elemente 28 sind
rotationssymmetrisch bezüglich einer gemeinsamen geraden
optischen Achse X angeordnet und liegen somit, insbesondere in Lichtausbreitungsrichtung des
Nutzlichts hinter dem Spiegel 34b, auf der gemeinsamen
geraden optischen Achse X.
-
Die
optischen Elemente 28 des Projektionsobjektivs 16 sind
in drei Baugruppen G1, G2 und
G3 unterteilt. Die erste und in Lichtausbreitungsrichtung gesehen
dritte Baugruppe G1 und G3 sind
dioptrisch und weisen nur die Linsen 36 auf. Die mittlere
katadioptrische Baugruppe G2 weist die zwei
Spiegel 34a, b sowie die zwei Linsen 36a, b zwischen
den Spiegeln 34a, b auf.
-
Die
zwei Spiegel 34a, b der mittleren Baugruppe G2 weisen
jeweils in ihrem Substrat 37a, b eine etwa mittige und
annähernd gleich große Durchbrechung 38a,
b auf, deren beispielsweise kreisförmige Form an einen
Verlauf der Lichtstrahlen 26 des Projektionsobjektivs 16 angepasst
ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Durchbrechungen 38a,
b etwa rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse
X angeordnet. Je nach Bauart des Projektionsobjektivs 16 können
die Spiegel 34a, b auch jeweils mehrere Durchbrechungen 38a,
b aufweisen, durch die die Lichtstrahlen 26 hindurchtreten
können. Die Durchbrechungen 38a, b können
auch nicht rotationssymmetrisch bezüglich der optischen
Achse X und von der optischen Achse X entfernt angeordnet sein.
Die Substrate 37a, b der Spiegel 34a, b sind ferner
mit lichtreflektierenden Oberflächen 40a, b versehen,
die einander zugewandt sind. Die reflektierenden Oberflächen 40a,
b können als Reflexionsbeschichtung ausgebildet sein.
-
Die
von der Lichtquelle 12 erzeugten Lichtstrahlen 26 durchlaufen
idealerweise in der Lichtausbreitungsrichtung des Nutzlichts des
Projektionsobjektivs 16 gesehen die erste Baugruppe G1 und werden jeweils an den zu dieser Baugruppe
gehörenden Linsen 36 abgelenkt. Danach treten
die Lichtstrahlen 26 durch die Durchbrechung 38a des
Spiegels 34a in die zweite Baugruppe G2 des
Projektionsobjektivs 16 ein und werden an den Linsen 36a,
b der zweiten Baugruppe G2 gebrochen. Wie
in 2 dargestellt, werden solche Lichtstrahlen 26,
die etwa parallel zur optischen Achse X durch die Durchbrechung 38a des Spiegels 34a hindurch
treten, nicht aus ihrer Ausbreitungsrichtung abgelenkt und durchlaufen
die Durchbrechung 38b des Spiegels 34b. Die Lichtstrahlen 26,
die die Durchbrechung 38a des Spiegels 34a bezüglich
der optischen Achse X schräg durchlaufen, werden derart
an den Linsen 36a, b gebrochen, dass sie beispielsweise
in einem Randbe reich der lichtreflektierenden Oberfläche 40b des
Spiegels 34b auftreffen und dort zum Spiegel 34a reflektiert
werden. Diese Lichtstrahlen 26 durchlaufen wiederum die
Linsen 36a, b in umgekehrter Reihenfolge und treffen in einem
Randbereich des Spiegels 34a auf dessen lichtreflektierende
Oberfläche 40a. Nach Reflexion an dieser Oberfläche 40a des
Spiegels 34a durchlaufen die Lichtstrahlen 26 die
zwei Linsen 36a, b, treten durch die Durchbrechung 38b des
Spiegels 34b hindurch und durchlaufen die Linsen 36 der
dritten Baugruppe G3, um auf den in der
Bildebene B des Projektionsobjektivs 16 angeordneten Wafer 20 aufzutreffen.
-
Die
Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs 16 ist
durch seine Abbildungseigenschaften bestimmt, die insbesondere durch
Streulicht 42 bzw. Falschlicht oder sogenannte „Geisterbilder"
beeinträchtigt wird. Das Streulicht 42 kann durch
solche Lichtstrahlen 43a, b, die unter beliebigen Auftreffwinkeln
auf eine Rückseite des Spiegels 34b auftreffen, oder
auch durch solche Lichtstrahlen 43, hier beispielhaft dargestellt
durch den Lichtstrahl 43c, die von der Bildebene B kommend
die Durchbrechung 38b des Spiegels 34b zumindest
teilweise durchlaufen und bezüglich der optischen Achse
X schräg über Substratseitenwände des
Spiegels 34b in das Substrat 37b eindringen, verursacht
werden. Die rückwärtig auf den Spiegel 34b auftreffenden
Lichtstrahlen 43a–c durchlaufen eine Substratausdehnung
des Spiegels 34b und werden an dessen lichtreflektierender
Oberfläche 40b zurückreflektiert. Diese
Lichtstrahlen 43a–c mischen sich mit den in der
Lichtausbreitungsrichtung des Nutzlichts verlaufenden Lichtstrahlen 26 und
führen beispielsweise zu verzerrten Abbildungen des Musters
des Objekts 18 auf den Wafer 20.
-
In 2 sind
verschiedene Ursachen des Streulichts 42 beispielhaft dargestellt.
Der Lichtstrahl 43a kann beispielsweise an Oberflächen
der Linsen 36 der dritten Baugruppe G3 nicht
transmittiert, sondern zur zweiten Baugruppe G2 zurück
reflektiert werden und rückwärtig auf das Spiegelsubstrat 37b auftreffen.
Ebenso kann das Streulicht 42 durch Zurückreflexion
des Lichtstrahls 43b am Wafer 20 in das Projektionsobjektiv 16 entstehen,
wobei der Lichtstrahl 43b dann entgegen der Lichtausbreitungsrichtung
des Nutzlichts die optischen Elemente 28 der zur Bildebene
B benachbarten Baugruppe G3 in umgekehrter Reihenfolge
durchläuft und rückwärtig auf den Spiegel 34b auftrifft.
Ferner kann das Streulicht durch Zurückreflexion des Lichtstrahls 43c an
den Oberflächen der Linsen 36 der dritten Baugruppe
G3 verursacht werden, wobei der Lichtstrahl 43c die Durchbrechung 38b des
Spiegels 34b teilweise durchläuft und über
die zur Durchbrechung 38b benachbarten Seitenwände
des Substrats 37b in das Substrat 37b des Spiegels 34b eindringt.
Je nach Strahlweg können die Lichtstrahlen 43a–c
auch unter Auslassung von optischen Elementen 28 verlaufen, was
beispielhaft durch den Strahlenverlauf des Lichtstrahls 43b dargestellt
ist.
-
Eine
wirksame Unterdrückung oder zumindest eine Verringerung
des Streulichts 42 wird durch eine Materialwahl des Spiegels 34b des
katadioptrischen Projektionsobjektivs 16 bewirkt. Das Material des
Spiegels 34b kann lichtabsorbierend sein, so dass das rückwärtig
auf den Spiegel 34b auftreffende Streulicht 42 absorbiert
wird. Die Absorptionseigenschaft des Materials ist hierbei auf die
Wellenlänge der einfallenden Lichtstrahlen 26,
d. h. auf die Wellenlänge der Lichtquelle 12,
abgestimmt. Das Material des Spiegels 34b kann ebenfalls
ungerichtet lichtstreuend sein, wodurch eine diffuse Streulichtleitung in
alle Raumrichtungen zu einer Verteilung der zum Streulicht 42 beitragenden
Lichtstrahlen 43a–c führt. Hierbei werden
die Lichtstrahlen 43a–c vorzugsweise von der optischen
Achse X weggestreut und erreichen nicht die Bildebene B des Projektionsobjektivs 16.
-
3A–3E zeigen
beispielhaft verschiedene Ausgestaltungen des Spiegels 34b,
der einen Grundkörper, das Substrat 37b, und eine
Fassung 44 aufweist. Das Substrat 37b und/oder
die Fassung 44 des Spiegels 34b können
zumindest teilweise aus dem streulichtunterdrückenden Material gefertigt
sein. Hierbei können die verschiedenen Ausgestaltungen
des Substrats 37b und der Fassung 44 zur Streulichtunterdrückung
in beliebiger Art und Weise miteinander kombiniert oder auch alleine
verwendet werden.
-
Wie
in 3A dargestellt, ist das Substrat 37b des
Spiegels 37b zumindest teilweise aus dem streulichtunterdrückenden
oder zumindest streulichtverringernden Material gefertigt. Das Spiegelsubstrat 37b weist
hierzu sieben Substratbereiche 46a–g auf, die
sich etwa mittig in einer Substratausdehnung des Spiegels 34b befinden.
Die Substratbereiche 46a–g sind in ihren Dimensionen
unterschiedlich ausgebildet, so dass sie optimal an die Ausdehnung
der bevorzugten Auftreffbereiche der Lichtstrahlen 43a–c und
an die Intensität des auftreffenden Streulichts 42 angepasst
sind.
-
Das
Substrat 37b des Spiegels 34b kann ebenfalls eine
streulichtunterdrückende Schicht 48 aufweisen
(vgl. 3B). Die in einer ersten und zweiten
Spiegelhälfte 50a, b, die durch die Durchbrechung 38b voneinander
getrennt sind, aufgebrachten Schichten 48a, b sind in der
Lichtausbreitungsrichtung des Nutzlichts gesehen unter der reflektierenden
Oberfläche 40b des Substrats 37b angeordnet. Die
Schicht 48a erstreckt sich entlang einer der reflektierenden
Oberfläche 40b gegenüberliegenden Seite,
d. h. einer Substratrückseite 52, und ihr Durchmesser
verringert sich zu einem Substratrand 53. Die in der Spiegelhälfte 50b vorgesehene
Schicht 48b befindet sich etwa mittig im Spiegelsubstrat 37b direkt
benachbart zur Durchbrechung 38b und verbreitert sich radial
nach außen.
-
Wie
in 3C dargestellt, können die Schichten 48a,
b in der Lichtausbreitungsrichtung des Nutzlichts gesehen unmittelbar
unter der reflektierenden Oberfläche 40b des Substrats 37b angeordnet
sein. Ferner erstrecken sich die Schichten 48a, b entlang
der gesamten Ausdehnung der reflektierenden Oberfläche 40b,
so dass eine optimale Streulichtunterdrückung der rückwärtig
auf das Spiegelsubstrat 37b einfallenden Lichtstrahlen 43a–c
erreicht wird. Durch die unmittelbar unter der reflektierenden Oberfläche 40b angeordneten
Schichten 48a, b werden auch solche Lichtstrahlen 43a–c
unterdrückt, die die Durchbrechung 38b zumindest
teilweise durchlaufen und über Seitenwände 54a,
b des Substrats 37b in das Spiegelsubstrat 37b eindringen. Hierdurch
wird insbesondere verhindert, dass diese Lichtstrahlen 43a–c
zur reflektierenden Oberfläche 40b des Spiegels 34b gelangen
können. Es versteht sich, dass das Substrat 37b je
nach Geometrie der Durchbrechung 38b eine oder mehrere
Seitenwände 54 aufweisen kann.
-
Es
ist ebenfalls möglich, dass an den Seitenwänden 54a,
b des Substrats 37b die streulichtunterdrückende
Schicht 48c angeordnet ist, die die Lichtstrahlen 43a–c,
die die Durchbre chung 38b durchlaufen, vernichtet (vgl. 3D).
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schicht 48c entlang
der gesamten Ausdehnung der Seitenwände 54a, b
des Substrats 37b des Spiegels 34b angeordnet.
Die streulichtunterdrückende Schicht 48c kann
ebenfalls nur in Teilbereichen entlang der Seitenwände 54a,
b oder nur entlang einer Seitenwand 54a, b angeordnet sein.
-
Es
ist ebenfalls möglich, dass das gesamte Spiegelsubstrat 37b aus
dem streulichtunterdrückenden Material hergestellt ist
(vgl. 3E). Dazu können beispielsweise
homogen verteilte Partikel aus dem streulichtunterdrückenden
Material in das Spiegelsubstrat 37b eingebracht sein.
-
Das
streulichtunterdrückende Material kann aus Zerodur gebildet
sein, das einen geringen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Dies
ist insbesondere bei einer intensiven Beleuchtung des Projektionsobjektivs 16 durch
die Lichtquelle 12 vorteilhaft. Ferner ist dieses Material
besonders homogen, so dass es während einer Spiegelfertigung
leicht verarbeitet werden kann.
-
Die
Fassung 44 des Spiegels 34b kann zusätzlich
oder ausschließlich zur Streulichtunterdrückung
verwendet werden. Die in 3A–3B, 3D–3E gezeigten
Fassungen 44 des Spiegels 34b sind zumindest teilweise
an der Substratrückseite 52 angeordnet. Die Fassung 44 erstreckt sich
beispielsweise entlang der gesamten Substratrückseite 52 (vgl. 3A, 3B, 3D)
oder nur in einem äußeren ringförmigen
Teilbereich 56 des Substrats 37b (vgl. 3E).
Die Fassung 44 weist ferner einen radial äußeren
Vorsprung 58 auf, der zur reflektierenden Oberfläche 40b des
Substrats 37b zeigt und den Substratrand 53 aufnimmt
(vgl. 3A) oder umschließt
(vgl. 3B, 3D, 3E).
Die in 3E gezeigte Fassung 44 ist
insbesondere im Vergleich zu den in 3A, 3B, 3D dargestellten
Fassungen 44 von Vorteil, wenn das Streulicht 42 in
dem ringförmigen Teilbereich 56 des Spiegels 34b auftrifft.
Diese Ausgestaltung der Fassung 44 ist ferner besonders
platzsparend, und es wird zugleich das Gewicht, das auf eine Fassungsbefestigung
(nicht dargestellt) im Projektionsobjektiv 16 wirkt, verringert.
-
Die
Fassung 44 kann vollständig beispielsweise aus
Metall gebildet sein, so dass das Streulicht 42 durch die
Fassung 44 vernichtet wird, wodurch das Streulicht 42 nicht
in das Substrat 37b eindringt und ferner kein Streulicht 42 zur
Bildebene B geleitet wird (vgl. 3A, 3D, 3E).
-
Die
Fassung 44 kann auch Teilbereiche 60, in 3B dargestellt
zwei Teilbereiche 60a, b, aufweisen, die aus dem streulichtunterdrückenden
Metall gefertigt sind. Diese Teilbereiche 60a, b können
in der Fassung 44 an solchen Bereichen eines beispielsweise
sonst lichttransparenten Fassungsmaterials eingeschlossen sein,
an denen das Streulicht 42 vorzugsweise auftrifft. In 3B befinden
sich die Teilbereiche 60a, b in der Spiegelhälfte 50a,
während die Spiegelhälfte 50b nur aus
dem transparenten Material gebildet ist.
-
Es
ist ebenfalls möglich, dass die Fassung 44 mit
einer streulichtunterdrückenden Beschichtung 62 aus
beispielsweise Metall belegt ist, die auf einer zum Spiegelsubstrat 37b zeigenden
Oberfläche 64 der Fassung 44 aufgebracht
ist (vgl. 3E). Die Beschichtung 62 kann
ebenfalls auf einer vom Spiegelsubstrat 37b abgewandten
Oberfläche 66 der Fassung 44 vorgesehen
sein. Im Falle der beschichteten Fassung 44 kann das übrige
Fassungsmaterial lichttransparent ausgebildet sein.
-
Ist
beispielsweise das Substrat 37b des Spiegels 34b vollständig
aus dem streulichtunterdrückenden Material gefertigt oder
die Schicht 48a, b entlang der gesamten Ausdehnung der
reflektierenden Oberfläche 40b des Spiegels 37b ausgebildet, kann
der Spiegel 37b auch ohne Fassung 44 ausgebildet
und nur an einer Halterung (nicht dargestellt) im Projektionsobjektiv 16 aufgenommen
sein (vgl. 3C). Die Streulichtunterdrückung
wird dann alleine durch das Substratmaterial bewirkt.
-
In 4a)
ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Projektionsobjektivs 16' dargestellt.
Das Projektionsobjektiv 16' kann anstelle des Projektionsobjektivs 16 in
der Projektionsbelichtungsanlage 10 in 1 verwendet
werden.
-
Bei
dem Projektionsobjektiv 16' sind die Komponenten, die mit
den Komponenten des Projektionsobjektivs 16 in 2 vergleichbar
oder identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2, ergänzt
durch einen ', versehen.
-
Das
Projektionsobjektiv 16' ist ein katadioptrisches Projektionsobjektiv,
dessen optische Elemente 28' zwei reflektierende Elemente 30'a und 30'b in Form
von Spiegeln 34'a und 34'b und im Übrigen sechzehn
refraktive Elemente 32' in Form von Linsen 36' aufweisen.
-
Die
optischen Elemente 28' sind zwischen einer Objektebene
O und einer Bildebene B angeordnet.
-
Während
die optischen Elemente 28 des Projektionsobjektivs 16 in 2 ein
obskuriertes Abbildungssystem ergeben, bilden die optischen Elemente 28' des
Projektionsobjektivs 16' gemäß 4a)
ein nicht-obskuriertes Abbildungssystem.
-
Die
reflektierenden Elemente 30'a und 30'b des Projektionsobjektivs 16' weisen
zwar wie die entsprechenden reflektiven Elemente 30a und 30b des Projektionsobjektivs 16 jeweils
einen Durchbruch 38'a und 38'b auf, jedoch werden
von dem Spiegel 34a und dem Spiegel 34'b jeweils
nur ein Spiegelsektor auf einer Seite der Durchbrechung 38'a bzw. 38'b vom
Nutzlicht getroffen, dessen Strahlengang in 4a) eingezeichnet
ist. Wie sich aus einem Vergleich mit 2 ergibt,
werden bei dem Projektionsobjektiv 16 die Spiegel 34a und 34b vom
Nutzlicht jeweils beidseits der Durchbrechungen 38a und 38b getroffen.
Die nicht vom Nutzlicht getroffenen Sektoren der reflektierenden
Elemente 30'a und 30'b, die in 4a)
und b) dargestellt sind, können auch weggelassen sein.
Das Projektionsobjektiv 16' ist dementsprechend in der
Lage, ein außeraxiales Objektfeld OF in der Objektebene
O, also ein Objektfeld OF, das die optische Achse X nicht enthält,
in die Bildebene B abbilden, und zwar dort auf ein außeraxiales Bildfeld.
-
Im
Unterschied zu dem Projektionsobjektiv 16 in 2 ist
der Raum zwischen den Spiegeln 34'a und 34'b frei
von refraktiven Elementen, d. h. frei von Linsen.
-
In
Richtung der Lichtausbreitung gesehen ist der Spiegel 34'b der
erste Spiegel und der Spiegel 34'a der zweite Spiegel,
wobei der erste Spiegel 34'b der Bildebene B zugewandt
ist und der Bildebene B geometrisch näher ist als der Spiegel 34'a.
-
Zwischen
dem ersten Spiegel 34'b und der Bildebene B sind insgesamt
elf Linsen 36' angeordnet, wobei die letzte Linse mit dem
Bezugszeichen 36'l versehen ist.
-
Die
Entstehung von Streulicht und die schädliche Auswirkung
solchen Streulichts auf die Abbildung durch das Projektionsobjektiv 16' wird
nun mit Bezug auf 4b) beschrieben. 4b)
zeigt das Projektionsobjektiv 16', wobei dort nur ein Lichtstrahl L
ausgehend von der Objektebene O dargestellt ist. Der Lichtstrahl
L tritt ausgehend von der Bildebene O zunächst durch die
ersten fünf Linsen 36' und durch die Durchbrechung 38'a im
zweiten reflektierenden Element 30'a hindurch und trifft
auf den ersten Spiegel 34'b. Von dort wird der Lichtstrahl
L zu dem zweiten Spiegel 34'a reflektiert und tritt von
dort durch die Durchbrechung 38'b im ersten reflektiven
Element 30'b hindurch und tritt durch die zehn nächsten
Linsen 36' hindurch.
-
Es
wird hier nun beispielhaft ein Reflex R1 des
Lichtstrahls L an der in Lichtausbreitungsrichtung vorderen Oberfläche
der letzten Linse 36'l betrachtet. Der Reflex R1 des Lichtstrahls L läuft als reflektierter Lichtstrahl
LR1 von der letzten Linse 36'l durch
die davor angeordneten zehn Linsen 36' zurück
und dringt dann in das Substrat 37'b des reflektiven Elements 30'b bis
zur reflektierenden Fläche des Spiegels 34'b ein
und trifft auf diese auf. Der dabei entstehende Reflex R2 wird als Lichtstrahl LR2 wieder
in Richtung zur Bildebene B reflektiert und durchlauft die zehn
Linsen 36' und die letzte Linse 36'l. Der Lichtstrahl
LR2 gelangt in die Bildebene B und überlagert
dort die Nutzlichtstrahlen (vgl. 4a)),
trägt jedoch nicht zur ordnungsgemäßen
Abbildung bei, sondern erzeugt ein Geisterbild.
-
Um
die Ausbreitung solchen Streulichts in Form des reflektierten Lichtstrahls
LR2 zu vermeiden, werden an dem reflektiven
Element 30'b diejenigen Maßnahmen zur Streulichtunterdrückung
vorgesehen, wie sie mit Bezug auf 2 und 3A bis 3E beschrieben wurden,
wobei einzelne oder mehrere dieser Maßnahmen gemäß 3A bis 3E bei
dem reflektiven Element 30'b vorgesehen sein können.
Weitere solche Maßnahmen können selbstverständlich
auch bei dem reflektiven Element 30'a vorgesehen werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6600608
B1 [0003, 0006]
- - WO 2006/128613 A1 [0009]