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Gegenstand
der Erfindung ist ein Beleuchtungssystem mit einem von einer Lichtquelle
und weiteren optischen Elementen erzeugten Projektionslicht, insbesondere
für eine Projektionsbelichtungsanlage in der Mikrolithographie,
mit einem Stabintegrator zur Erzeugung einer homogenen Intensitätsverteilung
des Projektionslichtes an der Austrittsfläche des Stabintegrators
und einem optischen Element (OE) im Lichtweg vor dem Stabintegrator
zur Erzeugung einer Lichtverteilung auf der Eintrittsfläche
des Stabintegrators, wobei der Stabintegrator einen rechteckigen
Querschnitt aufweist.
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Derartige
Beleuchtungssysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei
ist das optische Element (OE) in der Regel ein refraktives optisches
Element (ROE), und zwar meist ein Mikrolinsenarray. Es sind jedoch
auch andere Elemente, etwa diffraktive optische Elemente, denkbar,
die hier verwendet werden können.
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Da
die Maske von dem Beleuchtungssystem möglichst gleichmäßig
ausgeleuchtet werden soll, wird in der
DE 101 38 847 ein Filter vorgeschlagen, mit
dem die Intensität in einer Pupillenebene vor dem Stabeintritt
verändert wird.
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In
der
EP 1 170 635 wird
ein diffraktives optisches Element (DOE) vor dem Stabintegrator
vorgeschlagen, welches aus einer Vielzahl wabenförmiger Mikrolinsen besteht
und ebenfalls in einer Pupillenebene angebracht ist.
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Nach
den im Stand der Technik bekannten Verfahren, bleiben jedoch Inhomogenitäten
des Beleuchtungsfeldes am Stabaustritt und damit auch im Bereich
der Maske bestehen, die bei steigenden Anforderungen an das gesamte
optische System zunehmend ins Gewicht fallen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gleichmäßigkeit
der Ausleuchtung der Maske bei einem Stabbelichtungssystem durch
den Einsatz kostengünstiger Elemente weiter zu verbessern,
ohne gleichzeitig die anderen optischen Eigenschaften des Belichtungssystems
negativ zu beeinflussen.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch ein Beleuchtungssystem der eingangs genannten
Art gelöst, bei welchem unmittelbar vor der Eintrittsfläche
des Stabintegrators, also der Fläche, die der Lichtquelle
optisch zugewandt ist, ein Filter eingebracht wird. Vorzugsweise
weist dieser Filter eine Filterzone mit einem die Intensität
des Projektionslichts zumindest teilweise abschwächenden
optischen Element auf, welches an mindestens einem Rand des Stabintegrators
in x-Richtung die Intensität des Projektionslichts verringert.
Die Stabeintrittsfläche weist vorzugsweise ein Aspektverhältnis
zwischen Breite x und Höhe y von größer
eins auf.
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Bei
dem hier beschriebenen System bezeichnen die drei zueinander senkrecht
stehenden Achsen x, y und z die Koordinaten des optischen Systems,
wobei die z-Achse die optische Achse bezeichnet, während
x die Breite und y die Höhe bezeichnen, so dass bei einem
Scan-Belichtungsverfahren die y-Achse der Scan-Richtung entspricht, während
die x-Achse die hierzu senkrechte Achse bildet.
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Dieser
Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde,
dass die Intensitätsverteilung des Lichts am Stabeintritt,
welches im Hinblick auf die dem Stab nachfolgende Optik bereits
Pupilleneigenschaften zeigt ohne jedoch Pupille zu sein, auf die Ausleuchtung
der Maske einen Einfluss hat, obwohl die Lichtintensität
im Stabfilter integriert und damit homogenisiert wird. Im Stand
der Technik wird dagegen davon ausgegangen, dass die Eintrittsseite
des Stabintegrators völlig isoliert von dessen Austrittsseite
zu betrachten ist, da dieser als Integrator gerade für
einen Intensitätsausgleich sorgen sollte. Nach dieser gängigen
Lehrmeinung wäre ein Filter direkt vor dem Stabeintritt
im wesentlichen wirkungslos.
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Deshalb
sind im Stand der Technik Filter bei Stabbelichungsanlagen nur in
der Pupillenebene eingesetzt worden. Dabei wird ausgenutzt, dass
es eine zur Maskenebene in einer Fourier-Beziehung stehende Pupillenebene
gibt, so dass die Beleuchtungswinkelverteilung als Intensitätsverteilung
beschrieben werden kann. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass
sich jedem Winkel zur optischen Achse, unter dem ein Lichtstrahl
eine Feldebene durchtritt, in einer Fourier-transformierten Pupillenebene
ein von der optischen Achse aus gemessener Radialabstand zuordnen
lässt.
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Bei
Hochleistungsbelichtungsanlagen ohne Stabintegrator wird die Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung durch Verwendung einer sehr präzisen Mikrolinsenanordnung
als Integrator in einer Pupillenebene erreicht. Bei einem Stabbelichtungssystem
kann ebenfalls eine Mikrolinsenanordnung verwendet werden, allerdings
ist diese in der Regel optisch nicht so hochwertig wie bei Hochleistungsbelichtungsanlagen ohne
Integratorstab. Die entsprechenden Ungenauigkeiten soll gerade der
Stabintegrator auf kostengünstige Weise ausgleichen.
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Das
Problem der zu verbessernden Homogenität der Lichtverteilung
am Stabeintritt lässt sich daher auch durch Verwendung
einer hoch präzisen Mikrolinsenanordnung in der Pupillenebene
vor dem Stabeintritt lösen. Dies führt jedoch
zu einem technischen und finanziellen Aufwand, der bei Stabbeleuchtungsanlagen
gerade vermieden werden soll.
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Es
ist daher ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass mit einem vergleichsweise
einfachen und damit kostengünstigen optischen Element wie
einem Filter, insbesondere einem Graufilter, ebenfalls eine erhebliche
Verbesserung der Ausleuchtung der Maske erreicht werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist der vorzugsweise
verwendete Graufilter Bereiche mit vermindertem Transmissionsgrad,
die im weiteren so genannte Filterzone, auf, die eine Vielzahl einzelner, im
wesentlichen für das Projektionslicht opaker, Abschnitte,
bevorzugt Punkte, aufweist. Diese opaken Abschnitte sind auf oder
in einem im wesentlichen für das Projektionslicht transparenten
Träger, vorzugsweise einer Scheibe aus Quarz, transparentem Quarzit
oder Calciumfluorid, aufgebracht, so dass der Transmissionsgrad
durch das Verhältnis von opaken und freien Stellen bestimmt
wird. Es ist aber ebenso möglich, die Filterzone des Graufilters
auf andere Art und Weise auszugestalten, etwa durch Veränderung
der transmissiven Eigenschaften des Glases oder durch den Einsatz
teiltransparenter Schichten.
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Bevorzugt überdeckt
die Filterzone des Graufilters beide Ränder des Stabintegrators
in x-Richtung und ist dabei keilförmig so ausgebildet, dass
der Transmissionsgrad des Lichts zum Rand in x-Richtung hin abnimmt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform überdeckt
die Filterzone in x-Richtung insgesamt jeweils weniger als 10 Prozent der
Gesamteintrittsfläche des Stabintegrators, bevorzugt weniger
als 5 Prozent. Der Transmissionsgrad der Filterzone des Graufilters
nimmt dabei bevorzugt weitgehend stufenlos von 100 Prozent an der
optischen Achse des Beleuchtungssystems zum Rand hin auf bis zu
30 Prozent, bevorzugt bis zu 50 Prozent, ab.
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In
einer anderen Ausführungsform weist der Graufilter ein
zur optischen Achse z rotationssymmetrisches, im wesentlichen um
diese Achse drehbares und ansonsten für das Projektionslicht
weitgehend transparentes Element, bevorzugt eine runde Quarzscheibe
auf. Die Filterzone des Graufilters überdeckt dabei eine
Hälfte des äußeren Randes des rotationssymmetrischen
Graufilters teilweise in der Art, dass durch Drehen des Graufilters
mindestens ein Rand der Eintrittsfläche des Stabintegrators
in x-Richtung wahlweise vom transparenten Teil des Graufilters oder
von dessen Filterzone bedeckt ist.
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Die
Variabilität eines solchen Systems wird weiter erhöht,
wenn der Transmissionsgrad der Filterzone des Graufilters in azimuthaler
Richtung keilförmig abnimmt, wobei die Abnahme des Transmissionsgrades
entweder stufenlos oder in diskreten Stufen erfolgen kann. Beim
Einsatz diskreter Stufen ist es besonders günstig, wenn
jede Fläche eines diskreten Transmissionsgrades mindestens
den Rand der Stabintegratoreintrittsfläche in y-Richtung
vollständig überdeckt.
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Ebenfalls
vorteilhaft ist es, wenn zwei, zur optischen Achse z weitgehend
punktsymmetrische Graufilter vorhanden sind. Deren Transmissionsgrad kann
zusätzlich oder alternativ in radialer Richtung abnehmen.
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Alternativ
ist es aber ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung, die beiden Filterzonen
des Graufilters zur Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Elementes
in der Weise unsymmetrisch anzuordnen, dass einander gegenüberliegende
Punkte verschiedene Transmissionseigenschaften aufweisen. Damit
können Asymmetrien in der Lichtverteilung am Stabeintritt
noch besser berücksichtigt werden. Dabei ist es günstig,
wenn die beiden Filterzonen des Graufilters auf verschiedenen rotationssymmetrischen
Ebenen angebracht und unabhängig voneinander drehbar gelagert
sind.
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Die
Erfindung umfasst weiterhin ein Beleuchtungssystem mit einem der
beschriebenen Graufilter, welches ein polarisierendes optisches
Element (POE) an einer Stelle im Lichtweg vor dem Filter aufweist.
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Im Übrigen
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Graufilter in eine,
die gesamte Stabeintrittsfläche überdeckende,
Streuscheibe integriert ist.
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Offenbart
ist darüber hinaus eine Mikrolithografische Projektionsanlage
mit einem oben beschriebenen Beleuchtungssystem.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigen
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1 eine
Ansicht eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems
als Teil einer Projektionsbelichtungsanlage in schematischer Form,
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2 einen
Graufilter mit sich radial erstreckendem Graukeil als Filterzone
zur Verwendung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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3a die
Intensitätsverteilung am Stabeintritt nach 2 ohne
Graufilter und
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3b die
Intensitätsverteilung des Lichts am Stabeintritt nach 2 mit
vorgeschaltetem Graufilter,
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4a einen
azimuthalen Graukeil als Filterzone am Rande einer rotationssymmetrischen
Streuscheibe zur Verwendung in einem zweiten Ausführungsbeispiel
in einer neutralen Mittelstellung,
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4b den
Graukeil nach 4a außerhalb der Mittelstellung,
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4c eine
Variante mit zwei azimuthalen Graukeilen als Filterzone in neutraler
Mittelstellung,
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4d die
Ausführungsform nach 4c mit
einer unsymmetrischen Ausrichtung der Graukeile vor dem Stabeintritt,
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5a einen
Schnitt durch die Ausführungsform nach 4a, 4b senkrecht
zur optischen Achse z, und
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5b einen
Schnitt durch die Ausführungsform nach 4c, 4d senkrecht
zur optischen Achse z.
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1 zeigt
eine Projektionsbelichtungsanlage entlang einer gestrichelt gezeigten
optischen Achse z. Als Lichtquelle dient im Beispiel ein Laser 1.
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Der
Laser
1 ist ein in der Mikrolithographie im tiefen Ultraviolett
(DUV) gebräuchlicher KrF-Excimer-Laser mit 248 nm Wellenlänge,
wie z. B. in
EP 0 312 341 angegeben.
Es können auch Laser mit anderen Wellenlängen,
etwa mit 193 nm oder 157 nm verwendet werden.
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Ein
Strahlaufweiter
14, z. B. eine Spiegelanordnung nach
DE-A 41 24 311 ,
dient zur Kohärenzreduktion und Vergrösserung
des Strahlquerschnitts.
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Der
Verschluss 13 kann auch durch eine entsprechende Pulssteuerung
des Lasers 1 ersetzt sein.
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Ein
erstes diffraktives optisches Rasterelement 9 ist erfindungsgemäss
vorgesehen und bildet die Objektebene eines Objektivs 2,
in dessen Austrittspupille das zweite diffraktive optische Rasterelement 8 vorgesehen
ist.
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Eine
Einkoppeloptik 4 überträgt das Licht
auf die Eintrittsfläche 5e eines Glasstabs 5,
der durch mehrfache innere Reflexion das Licht mischt und homogenisiert.
Unmittelbar an der Austrittsfläche 5a ist eine
Zwischenfeldebene, in der ein Reticle-Masking-System (REMA) 51,
eine verstellbare Feldblende, angeordnet ist. Das nachfolgende Objektiv 6,
mit Linsengruppen 61, 63, 65, Umlenkspiegel 64 und
Pupillenebene 62 bildet diese Zwischenfeldebene auf die
Maske 7 ab.
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Dieses
Beleuchtungssystem bildet zusammen mit einem Projektionsobjektiv
und einem verstellbaren Wafer-Halter eine Projektionsbelichtungsanlage
für die Mikrolithographie von elektronischen Bauteilen,
aber auch von optischen diffraktiven Elementen und anderen mikrostrukturierten
Teilen.
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Bei
einem Wafer-Stepper wird auf der Maske 7 die gesamte einem
Chip entsprechende strukturierte Fläche, im Allgemeinen
ein Rechteck mit einem beliebigen Aspektverhältnis von
z. B. 1:1 bis 1:2, insbesondere 1:1,3, so gleichmäßig
wie möglich und so randscharf wie möglich beleuchtet.
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Bei
einem Wafer-Scanner wird auf der Maske 7 ein schmaler Streifen,
ein Rechteck mit einem Aspektverhältnis von 1:2 bis 1:8,
beleuchtet und durch Scannen das gesamte strukturierte Feld eines Chips
seriell beleuchtet. Auch hier ist die Beleuchtung extrem gleichmäßig
und randscharf (nur in Richtung senkrecht zur Scanrichtung) zu gestalten.
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In
Ausnahmefällen sind auch andere Formen der beleuchteten
Fläche auf der Maske 7 möglich. Die Öffnung
des Reticle-Masking-Systems 51 und der Querschnitt des
Glasstabs 5 sind der benötigten Form genau angepasst.
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Die
Ausführung der dem Glasstab 5 vorgelagerten Teile
insbesondere der optischen Rasterelemente 8 und 9,
ist so gewählt, dass die Eintrittsöffnung 5e nicht
nur möglichst homogen, sondern auch mit höchstmöglichem
Wirkungsgrad, d. h. ohne wesentliche Lichtverluste neben der Eintrittsöffnung 5e, ausgeleuchtet
wird.
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Dazu
dienen folgende Maßnahmen: Der vom Strahlaufweiter 14 kommende
parallele Lichtstrahl mit rechteckigem Querschnitt und einer Divergenz von
beispielsweise 1 mrad wird durch das erste diffraktive Rasterelement 9 soweit
in der Divergenz, also dem Lichtleitwert, und seiner Form verändert, dass
sich eine beliebige vorbestimmte Lichtverteilung ergibt, so dass
auf diese Weise die gewünschte Pupillenlichtverteilung
am Ort des zweiten Rasterelements 8 erzeugt wird. Dieses
Rasterelement 8 erzeugt mit Hilfe der nachfolgenden Einkoppeloptik 4 eine
möglichst homogene Beleuchtung einer Fläche am
Stabeintritt, wobei die beleuchtete Fläche vorzugsweise
kleiner als die Stabeintrittsfläche 5e ist.
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Unmittelbar
vor der Stabeintrittsfläche 5e ist der erfindungsgemäße
Filter 50 angebracht.
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Da
derartige Projektionsbelichtungssysteme mit Stabintegratoren aus
dem eingangs genannten Stand der Technik grundsätzlich
bekannt sind, wird für weitere Einzelheiten auf diese Schriften
verwiesen, deren Inhalt hiermit zum Gegenstand dieser Anmeldung
gemacht wird.
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Da
im Objektivsystem vor dem Stabeintritt regelmäßig
refraktive optische Elemente (ROE) verwendet werden, ist häufig
eine Intensitätsverteilung am Stabeintritt zu beobachten,
die eine zum Rand hin ansteigende Intensität aufweist.
Eine derartige Intensitätsüberhöhung
an den beiden Rändern in x-Richtung zeigt schematisch 3a.
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In
der Abbildung nach 3a ist die Intensitätsverteilung
des Projektionslichts am Stabeintritt 5e des Stabintegrators 5 als
Funktion der Breite x des Stabintegrators 5 gezeigt. Deutlich
zu erkennen sind die Intensitätsmaxima an den beiden Rändern
des Stabeintritts 5e.
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Der
Intensitätsanstieg wird vor allem an den breiten Enden
des Stabintegrators 5, also in x-Richtung, beobachtet,
wobei der Stabintegrator im gezeigten Beispiel ein Aspektverhältnis
von Breite zu Höhe (x zu y) von 5 zu 2 aufweist. Diese
Intensitätsüberhöhungen am Rand werden
nicht, wie bisher vermutet, vom Stabintegrator homogenisiert, sondern
führen zu unerwünschten Intensitätsspitzen
in der Lichtverteilung der Austrittspupille in der Maskenebene.
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Das
Stabsystem erzeugt letztlich eine Parzellierung der Lichtverteilung
in der Pupille hinter dem Stab. Jede Parzelle ist dabei ein Abbild
der Lichtverteilung am Stabeintritt. Die Intensitätsüberhöhungen
am Stabeintritt führen daher zu einem regelmäßigen
Raster an Intensitätsspitzen in der Pupille. Dies kann
die Uniformität der Feldausleuchtung und die nachfolgend
beschriebenen Größen Elliptizität und
Telezentrie negativ beieinflussen.
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Die
Elliptizität einer Pupillenausleuchtung ist dabei eine
skalare Größe und wird bestimmt, indem man das
Verhältnis der Gesamtintensitäten der um die x-Achse
angeordneten Quadranten und der Gesamtintensität der um
die y-Achse angeordneten Quadranten bildet. Die Quadranten werden
dabei von zwei Geraden begrenzt, welche sich in der Mitte der Pupillenausleuchtung
schneiden, senkrecht zueinander stehen und zur horizontalen Richtung
jeweils einen Winkel von 45° einschließen.
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Damit
beschreibt die Pupillenelliptizität das Verhältnis
der Lichtmengen, die aus orthogonalen Richtungen während
einer Belichtung auf einen Feldpunkt auf der Maske fallen. Je stärker
die Pupillenelliptizität von dem Wert 1 abweicht, desto
unsymmetrischer ist die Beleuchtungswinkelverteilung.
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Eine
weitere Eigenschaft der auf die Maskenebene auftreffenden Lichtbündel
ist die Telezentrie. Von einer telezentrischen Beleuchtung spricht
man, wenn die energiemäßigen Mittelstrahlen der
Lichtbündel, die in der Regel als Haupt- oder Schwerstrahlen
bezeichnet werden, die Maskenebene senkrecht durch treten. Bei nicht-telezentrischer
Beleuchtung treffen die Lichtbündel dagegen an verschiedenen
Orten der Feldebene unter verschiedenen Winkeln bezüglich
der optischen Achse auf die Maske auf. Für die Beleuchtungswinkelverteilung
bedeutet dies, dass die aus gegenüberliegenden Richtungen kommenden
Lichtmengen unterschiedlich groß sind.
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Im
allgemeinen ist eine telezentrische Beleuchtung gewünscht,
da auch die Projektionsobjektive meist objektseitig telezentrisch
sind.
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Sofern
die Belichtung der Maske im Scan-Verfahren stattfindet, also sich
der Lichtstreifen nach dem Stabintegrator in y-Richtung über
das zu belichtende Objekt bewegt, findet in eben dieser y-Richtung
durch den Scan-Vorgang selbst eine weitere Integration statt, die
entsprechende Fehler, hervorgerufen durch eine möglicherweise
ebenfalls inhomogene Intensitätsverteilung in y-Richtung,
zumindest teilweise ausgleicht.
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Eine
solche Integrationswirkung tritt jedoch bei Intensitätsschwankungen
an den Rändern in x-Richtung, also senkrecht zur Scan-Richtung,
gerade nicht auf.
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Die
Erfinder haben nunmehr überraschenderweise festgestellt,
dass die Störungen der oben beschriebenen Parameter bei
einer gleichmäßigen Intensitätsverteilung
in x-Richtung am Eingang des Stabintegrators weitgehend beseitigt
werden können. Um eine derart gleichmäßige
Intensitätsverteilung in x-Richtung zu erreichen, kann
zum einen das ROE entsprechend angepasst werden. Dies ist jedoch
optisch aufwändig und wenig flexibel beim Einsatz in verschiedenen
Projektionsbelichtungsanlagen.
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Eine
wesentlich kostengünstigere Lösung bietet der
erfindungsgemäße Graufilter im hier beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel. Einen solchen Graufilter 50 zeigt 2.
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Die
Erfindung nutzt hier die gewonnene Erkenntnis, dass knapp vor dem
Stabeintritt die Lichtverteilung im wesentlichen Feldeigenschaften
aufweist. Für das nachfolgende System wirkt der Stabeintritt
dagegen fast wie eine Pupille, so dass ein dort angebrachtes Filter
auf jede der oben beschriebenen Parzellen wirkt.
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Die
Optik ist links und rechts im Wesentlichen symmetrisch. Beim Dipol-Setting
gibt es im Stab nur wenig Reflektion in Winkelrichtung, vor allem
nicht in x-Richtung, da der Stab im Ausführungsbeispiel
in x-Richtung breiter als in y-Richtung ist. Damit ist die Stabausleuchtung
wegen der geringen Zahl der Reflektionen im Stab, meist weniger
als drei, schlechter als in y-Richtung, so dass ein Ausgleich insbesondere
bei x-Dipol-Settings erforderlich ist.
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In
y-Richtung spielt dies eine geringere Rolle. Zum einen sorgt der
Stab wegen der größeren Zahl an Reflexionen im
Stab für eine bessere Integrationswirkung. Zum anderen
wird, wie bereits beschrieben, regelmäßig durch
den eigentlichen Scan bei Scan-Systemen ohnehin über die
y-Richtung integriert, so dass entsprechende Fehler hier weniger ins
Gewicht fallen.
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Der
Graufilter 50 der in der optischen Achse z gezeigt ist
und das Aspektverhältnis des dahinter liegenden Stabintegrators
aufweist, weist an beiden Rändern in y-Richtung einen Graukeil
als Filterzone 53 auf. Diese Filterzone senkt die Transmissivität
des Graufilters an seinem äußeren Ende in x-Richtung.
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Der
mittlere Bereich 52 des Graufilters 50 ist für
das verwendete Projektionslicht nahezu vollständig transparent.
In y-Richtung, also in Richtung der kürzeren Achse des
Stabintegrators, ist die Wirkung des Graufilters 50 vorzugsweise
konstant.
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Die
als Graukeil ausgebildete Filterzone 53 selbst überdeckt
im Ausführungsbeispiel an jeder Seite etwa 5% der Fläche
der gesamten Stabeintrittsfläche, also jeweils etwa 10%
der rechten und linken Hälfte der Stabeintrittsfläche
in x-Richtung.
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Während
das Licht im inneren Bereich 52 nahe der optischen Achse
des Beleuchtungssystems den Graufilter 50 ungehindert passieren
kann, wird der Transmissionsgrad durch den Graukeil 53 in
radialer Richtung zum Rand in x-Richtung hin von zunächst
nahezu 100% auf etwa 50% reduziert.
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Die
genaue Verteilung des Transmissionsgrads kann individuell für
jede Beleuchtungseinrichtung bestimmt werden, so dass ein vergleichsweise kostengünstiger
Graufilter 50 zur individuellen Anpassung der Beleuchtungseinrichtung
angefertigt werden kann, der in Abhängigkeit von der idealerweise
vorher gemessenen Intensitätsverteilung die Transmission
beeinflusst.
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Damit
ist es auch möglich, bereits installierte ältere
Beleuchtungseinrichtungen für Projektionsbelichtungsanlagen
mit einem derartigen Graufilter 50 nachträglich
auszurüsten und so mit geringem Kostenaufwand die Abbildungsqualität
zu verbessern.
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Zur
Erzielung der gewünschten Effekte genügt es regelmäßig,
wenn insgesamt nur etwa 2 bis 3% der vorhandenen Lichtmenge durch
den Graufilter blockiert werden. Auch wenn jeder Intensitätsverlust
grundsätzlich vermieden werden sollte, ist dieser geringe
Verlust in Anbetracht der mit dem erfindungsgemäßen
Beleuchtungssystem erzielten und ausgesprochen kostengünstigen
Vorteile bei der Abbildungsqualität ohne weiteres akzeptabel.
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Der
Graufilter selbst, vor allem dessen Filterzone, kann zum einen durch
stufenlose Veränderung der reflektiven oder absorbtiven
Eigenschaften des Glasgrundkörpers hergestellt werden.
Alternativ ist auch der Einsatz von Beschichtungen, etwa einer teiltransparenten
optischen Beschichtung, möglich. Es ist aber auch möglich,
einzelne opake, d. h. das Projektionslicht zu 100% reflektierende
oder absorbierende Punkte, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt,
auf einen Glasgrundkörper einzubringen. Der Glasgrundkörper
weist in diesem Fall ein Raster mit einem Transmissionsgrad von
annähernd 0% auf dem übrigen Glasgrundkörper
mit einem Transmissionsgrad von annähernd 100% auf.
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Der
Transmissionsgrad des Graufilters 50 bestimmt sich dabei
aus dem Verhältnis der bedeckten zur offenen Fläche
und kann nahezu stufenlos verändert werden. Bei der Festlegung
des Rasters, welches etwa aus Chrompunkten bestehen kann, ist zu
beachten, dass der Rasterabstand so gewählt wird, dass
zusätzliche Streueffekte am Raster bei der jeweils verwendeten
Wellenlänge des Projektionslichts ausbleiben oder zumindest
keine Rolle spielen.
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Da
vor der Eintrittsfläche des Stabintegrators regelmäßig
eine Streuscheibe angebracht wird, bietet es sich zudem an, den
Graufilter 50 in die Streuscheibe zu integrieren und auf
einem einzigen Glasträger anzubringen.
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Die
Intensitätsverteilung am Stabeintritt in y-Richtung nach
dem erfindungsgemäßen Graufilter gemäß 2 zeigt 3b.
Es ist im Vergleich mit 3a zu
erkennen, dass die Intensitätsüberhöhung an
den Rändern in y-Richtung weitgehend ausgeglichen sind.
Dies führt zu einer gleichmäßigeren Ausleuchtung
der Maske 5a.
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Ein
weiterer Effekt, der zu einer ungleichmäßigen
Ausleuchtung der Maske 5a führt und Folge einer
ungleichmäßigen Ausleuchtung der Stabeintrittsfläche 5e des
Stabintegrators ist, ist die Asymmetrie der Intensitätsverteilung
des Projektionslichts an der Stabeintrittsfläche.
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So
kann es, insbesondere etwa bei der Verwendung kostengünstiger
ROE mit geringerer Präzision, vorkommen, dass die Intensitätsüberhöhungen, die
in 3a gezeigt sind, im wesentlichen einseitig auftreten,
wobei auch der absolute Wert der Intensitätsüberhöhung
variieren kann. Messungen haben gezeigt, dass derartig einseitige
Intensitätsüberhöhungen eine Veränderung
der Elliptizität bewirken können.
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Elliptizitäten
führen bei der Abbildung von horizontalen und vertikalen
Strukturen mit Projektionsobjektiven der Mikrolithographie zu einer
unterschiedlichen Abbildung für horizontale und vertikale Strukturen.
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Erfindungsgemäß können
solche Asymmetrien in der Intensitätsverteilung an der
Stabeintrittsfläche 5e mit einem Graufilter 50 mit
azimuthalem Graukeil als Filterzone 55 nach dem zweiten
Ausführungsbeispiel, welches in 4a bis 4d wiedergegeben
ist, ausgeglichen werden. Dies verringert die Elliptizität
des Lichts in der Pupillenebene und verbessert damit in ebenfalls
einfacher und kostengünstiger Weise die Abbildungseigenschaften
des Beleuchtungssystems.
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4a zeigt
ein Ausführungsbeispiel mit einer Stabeintrittsfläche 5e und
einem in Strahlrichtung davor montierten Graufilter 50,
aufweisend eine für das verwendete Licht transparente Scheibe 58 und eine
darauf befindliche Filterzone 55, wobei die Filterzone
als Graukeil ausgebildet ist. Die transparente Scheibe 58,
die idealerweise direkt in die ohnehin vorhandene Streuscheibe integriert
ist, ist, wie mit dem Pfeil angedeutet, um die optische Achse z
drehbar.
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Ein
Teil der Fläche der Scheibe ist dabei auch am äußeren
Rand der Scheibe 58 nicht von dem die Filterzone 55 bildenden
Graukeil bedeckt, so dass die Filterzone 55 durch Drehen
der Scheibe 58 und damit des gesamten Graufilters 50 in
die in 4a gezeigte neutrale Stellung
bewegt werden kann. In dieser Stellung tritt das Projektionslicht
in den Stabintegrator 5 ein, ohne durch die Filterzone 55 des
Graufilters 50 hindurch zu treten.
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Bei
zunehmender Drehung der Scheibe 58 in Pfeilrichtung wird
der die Filterzone 55 bildende Graukeil immer weiter in
den Randbereich in y-Richtung einer Seite des Stabeintritts 5e geschoben,
so dass der Transmissionsgrad an dieser Stelle, in Abhängigkeit
von der Drehung des Graufilters 50, abnimmt, wie das in 4b dargestellt
ist. Damit können verschiedene Intensitätsasymmetrien
am Stabeintritt 5e des Stabintegrators 5 vollständig
variabel ausgeglichen werden, so dass sich ein Graufilter 50 nach
diesem Ausführungsbeispiel zum nachträglichen
Einsatz in bereits bestehenden Beleuchtungseinrichtungen anbietet.
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Vorteilhafterweise
lässt sich der Graufilter 50, wie mit dem Doppelpfeil
in 4b angedeutet, in beide Richtungen drehen. Die
Filterzone 55 dieses Graufilters 50 kann wiederum
konventionell oder durch ein eingangs beschriebenes Raster opaker Punkte
mit variabler Rasterdichte hergestellt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung der beschriebenen Graukeile als Filterzone 55,
wenn, wie in 4c gezeigt, zwei, vorzugsweise
zur optischen Achse z punktsymmetrische, Graukeile als Filterzonen 55a, 55b vorhanden
sind. Die beiden Graukeile können in diesem Fall auch,
wie in 4d dargestellt, gegeneinander
verdreht sein, so dass der Transmissionsgrad mit Bezug auf die optische
Achse z gegenüberliegender Punkte nicht identisch ist.
So können einfach bekannte Asymmetrien der Lichtverteilung
am Stabeintritt zwischen den beiden Seiten in x-Richtung ausgeglichen
werden.
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Dazu
ist es vorteilhaft, wenn die beiden als Graukeilstreifen ausgebildeten
Filterzonen 55a, 55b auf verschiedenen, unabhängig
voneinander zu bewegenden und im Übrigen für das
verwendete Projektionslicht transparenten Scheiben 58a und 58b aufgebracht
sind. Eine derartige getrennte Aufbringung der Filterzonen 55a und 55b auf
zwei getrennte Scheiben 58a und 58b zeigt 5b.
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Diese
Darstellung zeigt einen Schnitt des in 4c und 4d gezeigten
Ausführungsbeispiels senkrecht zu der nicht eingezeichneten
optischen Achse z. Zu erkennen sind die zusammen mit den Filterzonen 55a und 55b den
Graufilter 50 bildenden Scheiben 58a und 58b.
Der Pfeil zeigt die Einfallsrichtung des Projektionslichtes. Schließlich
ist noch der erste Teil des in Strahlrichtung hinter dem Graufilter 50 liegenden
Stabintegrators 5 zu erkennen.
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5a zeigt
einen gleichartigen Schnitt senkrecht zur optischen Achse z für
einen Aufbau mit einem Graufilter 50, der nur eine Filterzone 55 auf
einer Scheibe 58 aufweist, wie in 4a und 4b gezeigt.
Auch hier stellt der Pfeil das einfallende Projektionslicht dar.
Der Stabintegrator 5 befindet sich wiederum in Strahlrichtung
hinter dem erfindungsgemäßen Graufilter 50.
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Das
dritte Ausführungsbeispiel ist nicht gezeigt. Es basiert
auf einer Abwandlung des in 4a bis 4d gezeigten
und die Filterzone bildenden Graukeilstreifens.
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In
diesem dritten Ausführungsbeispiel sind nunmehr zwei azimuthale
Graukeilstreifen punktsymmetrisch zur optischen Achse auf einer
Streuscheibe angebracht, welche erneut um die optische Achse drehbar
gelagert ist. Der keilförmige Verlauf dieser Graukeilstreifen
in azimuthaler Richtung wird von einem zweiten keilförmigen
Verlauf des Transmissionsgrades an den Rändern in radiale
Richtung überlagert.
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Damit
werden die Effekte der Beleuchtungssysteme nach den ersten beiden
Ausführungsbeispielen kombiniert, so dass mit einem solchen
System gleichzeitig die randseitigen Intensitätsüberhöhungen,
als auch möglicherweise vorhandene Asymmetrien der Beleuchtung
ausgeglichen werden können.
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Insbesondere
wird neben einer stufenlosen Verringerung der Intensität
im Randbereich gleichzeitig eine stufenlose Verringerung des Transmissionsgrades
in x-Richtung erreicht, so dass die zum Rand hin ansteigende Intensitätsüberhöhung,
wie für eine feste Intensität im Ausführungsbeispiel
1 anhand der 2 beschrieben, gleichmäßig
und neben einer entsprechenden Asymmetrie abgefangen werden kann.
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In
allen genannten Ausführungsbeispielen führt der
Einsatz des Graufilters zu einem Gesamtlichtverlust von nur 3 bis
5%, der in den meisten Fällen noch zu vertreten ist, zumal
dann auch die Wärmeabfuhr am Filter noch gewährleistet
werden kann. Der große Vorteil der Flexibilität
der erfindungsgemäßen Filtersysteme sowie der
Nachrüstbarkeit und der vergleichsweise einfachen Herstellbarkeit
wiegen diesem geringen Intensitätsverlust regelmäßig
auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10138847 [0003]
- - EP 1170635 [0004]
- - EP 0312341 [0035]
- - DE 4124311 A [0036]