DE102011113521A1

DE102011113521A1 - Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102011113521A1
Application number: DE102011113521A
Authority: DE
Inventors: Boris Bittner; Norbert Wabra
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-01-03
Also published as: JP2013065857A; US9235143B2; JP6222594B2; US20130070221A1

Abstract

Eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Projektionslichtquelle (PLS), eine Heizlichtquelle (HLS), ein katoptrisches Projektionsobjektiv (26) und ein vorzugsweise außerhalb des Projektionsobjektivs (26) angeordnetes reflektierendes Umschaltelement (122; 222; 322; 422; 14; 14, 140), das mittels eines Antriebs (124) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verfahren werden kann. Dabei kann in der ersten Position des Umschaltelements nur das Projektionslicht (PL) und in der zweiten Position des Umschaltelements nur das Heizlicht (HL) in das Projektionsobjektiv (26) eintreten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zur Abbildung einer Maske auf eine Schicht mit einem katoptrischen Projektionsobjektiv, das insbesondere für Wellenlängen im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV) ausgelegt ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden dazu verwendet, um Strukturen, die in einer Maske enthalten oder darauf angeordnet sind, auf einen Photolack oder eine andere lichtempfindliche Schicht zu übertragen. Die wichtigsten optischen Komponenten einer Projektionsbelichtungsanlage sind eine Lichtquelle, ein Beleuchtungssystem, das von der Lichtquelle erzeugtes Projektionslicht aufbereitet und auf die Maske richtet, und ein Projektionsobjektiv, das den vom Beleuchtungssystem beleuchteten Bereich der Maske auf die lichtempfindliche Schicht abbildet.
Je kürzer die Wellenlänge des Projektionslichts ist, desto kleinere Strukturen lassen sich auf der lichtempfindlichen Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage definieren. Die jüngste Generation von Projektionsbelichtungsanlagen verwendet Projektionslicht mit einer Mittenwellenlänge von etwa 13.5 nm, die somit im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV) liegt. Derartige Anlagen werden häufig kurz als EUV-Projektionsbelichtungsanlagen bezeichnet.
Es gibt allerdings keine optischen Materialien, die für derart kurze Wellenlängen ein ausreichend hohes Transmissionsvermögen haben. Daher sind in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen die bei längeren Wellenlängen üblichen Linsen und anderen refraktiven optischen Elemente durch Spiegel ersetzt, und auch die Maske enthält deswegen ein Muster aus reflektierenden Strukturen.
Die Bereitstellung von Spiegeln für EUV-Projektionsbelichtungsanlagen stellt eine große technologische Herausforderung dar. Für EUV-Licht geeignete Beschichtungen, die auf ein Spiegelsubstrat aufgebracht sind, umfassen häufig mehr als 30 oder 40 Doppelschichten von nur wenigen Nanometern Dicke, die in technologisch aufwendigen Prozessen übereinander aufgedampft werden. Selbst mit derart aufwendig aufgebauten Beschichtungen beträgt das Reflexionsvermögen der Spiegel für das EUV-Licht meistens kaum mehr als 70%, und auch dies nur für Licht, das senkrecht oder mit Einfallswinkeln von wenigen Grad auf die reflektierende Beschichtung auftrifft.
Das vergleichsweise geringe Reflexionsvermögen der Spiegel hat zur Folge, dass man sich bei der Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen darum bemühen muss, so wenige Spiegel wie möglich einzusetzen, da jeder Spiegel Lichtverluste bedeutet und letztlich den Durchsatz der Projektionsbelichtungsanlage verringert.
Mit dem relativ geringen Reflexionsvermögen der Spiegel gehen jedoch auch thermische Probleme einher, da der nicht von der Beschichtung reflektierte Anteil des energiereichen EUV-Lichts absorbiert wird und zu einer Temperaturerhöhung der Spiegel führt. Die dabei erzeugte Wärme muss im Wesentlichen im Wege der Wärmeleitung über das Spiegelsubstrat abgeleitet werden, da Projektionsbelichtungsanlagen wegen der hohen Absorption von EUV-Licht durch Gase in Vakuum betrieben werden müssen und deswegen eine konvektive Wärmeableitung durch Gas-Kühlung ausscheidet.
Damit auftretende Temperaturgradienten in den Spiegelsubstraten nicht zu einer unerwünschten Verformung der Spiegel führen, verwendet man gerne Materialien für die Spiegelsubstrate, die bei der Betriebstemperatur einen möglichst kleinen oder sogar verschwindenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben. Derartige glasbasierte Materialien werden beispielsweise von Schott unter der Marke Zerodur^® und von Corning unter der Marke ULE^® vertrieben. Durch zusätzliche Maßnahmen können thermische Verformungen, die durch Absorption von EUV-Licht verursacht sind, gering gehalten oder zumindest deren Auswirkungen auf die optischen Eigenschaften des Projektionsobjektivs in tolerierbaren Grenzen gehalten werden.
So schlägt die US 7,477,355 B2 vor, Spiegel mit Hilfe zusätzlicher Heizmittel so aufzuheizen, dass sich im Substratmaterial der Spiegel eine Temperatur einstellt, bei welcher der thermische Ausdehnungskoeffizient gleich Null oder zumindest minimal ist. Temperaturschwankungen während des Betriebs der Anlage wirken sich dann nicht oder nur wenig auf die Abbildungseigenschaften des Spiegels aus.
In der US 7,557,902 B2 ist ein Projektionsobjektiv beschrieben, bei dem zwei Spiegel aus Materialien bestehen, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient bei einem der beiden Spiegel bei steigender Temperatur zunimmt und bei dem anderen Spiegel bei steigender Temperatur abnimmt. Bei geeigneter Auswahl der Spiegel lässt sich auf diese Weise erreichen, dass sich die beiden Spiegel zwar bei einer Temperaturänderung signifikant verformen, die optischen Wirkungen dieser Verformungen jedoch gegenseitig weitgehend aufheben.
Aus der DE 103 17 662 A1 ist eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Heizlichtquelle bekannt, die ausgewählte Bereiche auf Abbildungsspiegeln mit zusätzlichem Heizlicht beleuchtet. Durch Absorption des Heizlichts stellt sich auf der Oberfläche des Spiegels eine zumindest annähernd homogene Temperaturverteilung ein. Mit einer geeigneten Auslegung kann dabei erreicht werden, dass sich im thermischen Gleichgewicht eine Temperatur einstellt, bei welcher der thermische Ausdehnungskoeffizient des Spiegelsubstrats ein Betragminimum hat. Dadurch können kleinere Temperaturschwankungen oder Restinhomogenitäten der Temperaturverteilung nicht mehr zu nennenswerten thermischen Verformungen des Spiegelsubstrats und damit zu Abbildungsfehlern führen.
Um nur ausgewählte Bereiche auf dem Spiegel mit dem Heizlicht auszuleuchten, ist hinter der Heizlichtquelle dieser bekannten Projektionsbelichtungsanlage ein Transmissionsfilter angeordnet, das diejenigen Bereiche auf der Spiegeloberfläche abschattet, auf die Projektionslicht auftrifft und die deswegen nicht zusätzlich von Heizlicht erwärmt werden sollen. Falls das Heizlicht auf der Spiegeloberfläche ein möglichst scharf begrenztes Muster ausbilden soll, kann eine zusätzliche Abbildungsoptik vorgesehen sein, die das Transmissionsfilter auf die Spiegeloberfläche abbildet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird als Heizlichtquelle ein Laser verwendet, dem eine steuerbare Strahlablenkungseinrichtung zugeordnet ist. Mit dieser Strahlablenkungseinrichtung wird der vom Laser erzeugte Laserstrahl nur auf die gewünschten Bereiche auf der Spiegeloberfläche gerichtet. Die Strahlablenkungseinrichtung kann dabei rotierende Spiegel umfassen, wie sie ähnlich in an sich bekannten Bar-Code-Scannern enthalten sind.
Ein Nachteil bei dieser bekannten Projektionsbelichtungsanlage besteht darin, dass dann, wenn mehrere Spiegel mit Heizlicht beleuchtet werden, für jeden dieser Spiegel eine Heizlichtquelle und optische Komponenten bereitgestellt werden müssen. Diese Komponenten sind so anzuordnen, dass sie das Heizlicht unter nicht zu flachen Einfallswinkeln auf den jeweiligen Spiegel richten. Für solche optische Komponenten und auch für die Heizlichtquellen steht im Projektionsobjektiv häufig jedoch kein ausreichender Bauraum zur Verfügung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, mit der sich ein oder mehrere Abbildungsspiegel mit wenigen zusätzlichen Komponenten mit zusätzlichem Heizlicht lokal erwärmen lassen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zur Abbildung einer reflektierenden Maske auf eine Schicht gelöst, die eine Projektionslichtquelle umfasst, die für die Erzeugung von Projektionslicht eingerichtet ist, das eine erste Mittenwellenlänge hat. Ferner ist eine Heizlichtquelle vorgesehen, die von der Projektionslichtquelle verschieden ist und die für die Erzeugung von Heizlicht eingerichtet ist, das eine zweite Mittenwellenlänge hat, die von der ersten Mittenwellenlänge verschieden ist. Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst außerdem ein katoptrisches Projektionsobjektiv mit mehreren Abbildungsspiegeln. Das Projektionsobjektiv hat eine Objektebene, in der die Maske anordenbar ist, und eine Bildebene, in der die Schicht anordenbar ist. Weiter weist die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage ein vorzugsweise außerhalb des Projektionsobjektivs angeordnetes reflektierendes Umschaltelement sowie einen Antrieb aus, der dazu eingerichtete ist, das Umschaltelement zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu verfahren. In der ersten Position des Umschaltelements kann nur das Projektionslicht und in der zweiten Position des Umschaltelements nur das Heizlicht in das Projektionsobjektiv eintreten.
Erfindungsgemäß wird somit das Heizlicht von außen in das Projektionsobjektiv eingekoppelt. In der Regel wird dabei die Einkopplung von der Objektebene des Projektionsobjektivs her vorgenommen werden. Im Prinzip kommt aber auch eine Einkopplung von der Bildebene her in Betracht, in der sich während des Projektionsbetriebs die Schicht befindet.
Mit Hilfe des mit einem Antrieb versehenen Schaltelements kann das Heizlicht genauso wie das Projektionslicht in das Projektionsobjektiv eintreten und deswegen dessen Strahlengang folgen. Dadurch ist es wiederum möglich, mit dem Heizlicht nicht nur einen einzigen, sondern mehrere Abbildungsspiegel im Projektionsobjektiv gezielt zu erwärmen. Die Erfindung ist jedoch auch vorteilhaft bei Projektionsobjektiven einsetzbar, bei dem nur ein einziger, z. B. der im Strahlengang erste, Abbildungsspiegel von Heizlicht lokal erwärmt werden soll.
Das Umschaltelement hat somit primär die Aufgabe, das Einkoppeln des Heizlichts in den Strahlengang des Projektionslichts zu ermöglichen. Als Nebeneffekt kann das Umschaltelement bei geeigneter Auslegung sicherstellen, dass während des Projektionsbetriebs kein Heizlicht und während des Heizbetriebs kein Projektionslicht in das Projektionsobjektiv eintreten kann. Im Allgemeinen werden jedoch die Projektionslichtquelle und die Heizquelle so angesteuert werden, dass während des Projektionsbetriebs kein Heizlicht und während des Heizbetriebs kein Projektionslicht erzeugt wird.
In der Regel wird die Projektionsbelichtungsanlage ein katoptrisches Projektionslicht-Beleuchtungssystem umfassen, das dazu eingerichtet ist, von der Projektionslichtquelle erzeugtes Projektionslicht auf die Maske zu richten, wenn das Umschaltelement sich in der ersten Position befindet.
Das Umschaltelement kann dann so zwischen der Projektionslichtquelle und dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem angeordnet sein, dass das Heizlicht vor einem Eintritt in das Projektionsobjektiv das Projektionslicht-Beleuchtungssystem vollständig durchtritt. In diesem Fall reflektiert das Umschaltelement das Projektionslicht vorzugsweise nur in der zweiten Position, nicht aber in der ersten Position. Mit einem so angeordneten Umschaltelement lässt sich mit Hilfe des Projektionslicht-Beleuchtungssystems die Beleuchtungswinkelverteilung des Heizlichts in der Objektebene des Projektionsobjektivs in der gleichen Weise verändern, wie dies auch für das Projektionslicht möglich ist. Eine Veränderung der Beleuchtungswinkelverteilung während des Heizbetriebs ist vor allem dann erforderlich, wenn auf pupillennah angeordneten Abbildungsspiegeln mit dem Heizlicht eine andere Intensitätsverteilung erzeugt werden soll, als sie während des Projektionsbetriebs auftritt. Bei einer solchen Anordnung des Umschaltelements müssen somit keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden, um dem Heizlicht eine gewünschte Beleuchtungswinkelverteilung aufzuprägen.
Das Umschaltelement kann aber auch so zwischen der Projektionslichtquelle und dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem angeordnet sein, dass das Heizlicht vor einem Eintritt in das Projektionsobjektiv das Projektionslicht-Beleuchtungssystem nur teilweise durchtritt. Da das Heizlicht dann das Projektions-Beleuchtungssystem nur teilweise nutzt, kann es erforderlich sein, der Heizlichtquelle zusätzliche optische Komponenten zuzuordnen. Ferner kann in diesem Fall das Umschaltelement einer der Beleuchtungsspiegel sein, die im Projektionslicht-Beleuchtungssystem ohnehin enthalten sind. In diesem Fall reflektiert das Umschaltelement das Projektionslicht nur in der ersten Position, nicht aber in der zweiten Position.
Das Umschaltelement kann ferner zwischen dem Beleuchtungssystem und dem Projektionsobjektiv angeordnet sein, so dass das Heizlicht in das Projektionsobjektiv eintritt, ohne vorher das Projektionslicht-Beleuchtungssystem durchtreten zu haben. Das Heizlicht tritt dann z. B. nach Reflexion an der Maske oder einem anderen in der Objektebene angeordneten reflektierenden Element (z. B. ein planer Umlenkspiegel) direkt in das Projektionsobjektiv ein.
In diesem Fall kann das Umschaltelement aber auch die Maske selbst sein, die in der zweiten Position so angeordnet ist, dass das Heizlicht ohne Reflexion an der Maske in das Projektionsobjektiv eintritt. Auf diese Weise entfällt der zusätzliche Aufwand für einen Umschaltelement und einen dem Umschaltelement zugeordneten Antrieb.
Um den zur Verfügung stehenden Bauraum besser auszunutzen, kann es zweckmäßig sein, das Umschaltelement durch die Maske und ein Umlenkelement zu bilden, wobei die Maske und das Umlenkelement in der ersten Position so angeordnet sind, dass das Projektionslicht nach Reflexion an der Maske, aber ohne Reflexion an dem Umlenkelement in das Projektionsobjektiv eintritt. In der zweiten Position sind die Maske und das Umlenkelement hingegen so angeordnet, dass das Heizlicht ohne Reflexion an der Maske, aber nach Reflexion an dem Umlenkelement, in das Projektionsobjektiv eintritt. Das Umlenkelement kann dabei gemeinsam mit der Maske auf einem Masken-Verfahrtisch verfahrbar angeordnet sein. Auch bei dieser Ausgestaltung entfällt der Aufwand für ein zusätzliches Umschaltelement und einen Antrieb hierfür.
Wenn das Umschaltelement im Projektionslicht-Beleuchtungssystem oder zwischen dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem und dem Projektionsobjektiv angeordnet ist, so ist es zweckmäßig, wenn die Projektionsbelichtungsanlage ein Heizlicht-Beleuchtungssystem umfasst, das eine Einstelleinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Beleuchtungswinkelverteilung zu verändern, die das Heizlicht in der Objektebene des Projektionsobjektivs hat. Wird nämlich das Heizlicht erst im oder hinter dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem in den Strahlengang eingekoppelt, so können dessen optische Komponente nicht dazu genutzt werden, dem Heizlicht die gewünschte Beleuchtungswinkelverteilung aufzuprägen. Falls die Beleuchtungswinkelverteilung des Heizlichts variabel an die Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts während des Projektionsbetriebs anpassbar sein soll, so muss diese Aufgabe deswegen ein eigenes Heizlicht-Beleuchtungssystem übernehmen. Dieses kann jedoch relativ einfach aufgebaut sein, da, anders als bei der Beleuchtung der Maske mit Projektionslicht, keine so hohen Anforderungen an die Genauigkeit gestellt werden, mit der die Beleuchtungswinkelverteilung und die Intensität des Heizlichts in der Objektebene des Projektionsobjektivs erzeugt werden soll.
Die Einstelleinrichtung kann beispielsweise eine in einer Pupillenfläche des Heizlicht-Beleuchtungssystems angeordnete LCD-Matrix oder andere optische Komponenten umfassen, mit denen sich die Intensitätsverteilung in der Pupillenfläche variabel verändern lässt. Geeignet sind hierzu auch austauschbare diffraktive optische Elemente oder Mikrospiegel-Arrays, mit denen sich die Pupillenfläche variabel ausleuchten lassen. Die Intensitätsverteilung in der Pupillenfläche des Heizlicht-Beleuchtungssystems wird dann durch die nachfolgenden optischen Komponenten auf pupillennah angeordnete Abbildungsspiegel des Projektionsobjektivs abgebildet, wodurch dort die gewünschte Homogenisierung der Temperaturverteilung erreicht wird.
Eine Steuereinheit kann die Projektionslichtquelle, die Heizlichtquelle und das Umschaltelement so steuern, dass Heizlicht nur während Zeitintervallen in das Projektionsobjektiv eindringen kann, in denen ein Substrat, das die Schicht trägt, gegen ein anderes Substrat ausgetauscht wird. Diese auch als Duty Cycles bezeichneten Zeitintervalle sind lang genug, um das Umschaltelement von der ersten in die zweite Position und nach Abschluss des Heizbetriebs wieder in die erste Position zurück verfahren zu können. Zwar sind diese Zeitintervalle insgesamt im Vergleich zum Projektionsbetrieb relativ kurz, jedoch kann dies durch den Einsatz von leistungsfähigen Heizlichtquellen ausgeglichen werden. Im zeitlichen Mittel kann somit der gewünschte gleichmäßige Wärmeeintrag über die optisch nutzbare Fläche der betreffenden Abbildungsspiegel hinweg erreicht werden.
Es kommt jedoch auch in Betracht, die kürzeren Zeiten zwischen zwei aufeinander folgenden Scanvorgängen für einen Heizbetrieb zu nutzen.
Die Steuereinheit kann die Projektionslichtquelle, die Heizlichtquelle und das Umschaltelement sowie je nach Ausführungsart das Projektionslicht-Beleuchtungssystem oder das Heizlicht-Beleuchtungssystem so steuern, dass das Heizlicht nur auf Bereiche auf den Abbildungsspiegel fällt, auf die während eines vorangegangenen Projektionsbetriebs kein Projektionslicht gefallen ist. Dadurch wird die gewünschte Homogenisierung der Temperaturverteilung auf den betreffenden Abbildungsspiegeln erreicht. Unter Umständen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn sich die von Projektionslicht und die von Heizlicht beleuchteten Bereiche etwas überlappen. In Betracht kommt dies beispielsweise dann, wenn die vom Projektionslicht oder Heizlicht ausgeleuchteten Bereiche nicht scharf begrenzt sind, sondern die Intensität zu den Rändern dieser Bereiche hin langsam abfällt.
Da sich während des Heizbetriebs eventuell noch der mit der lichtempfindlichen Schicht bedeckte Wafer im Bildfeld des Projektionsobjektivs befindet, kann es zweckmäßig sein, wenn in dem Projektionsobjektiv oder zwischen dem Projektionsobjektiv und der Schicht ein Verschluss angeordnet ist, der in einer Schließstellung das Heizlicht so vollständig absorbiert oder reflektiert, dass nur wenig, und zwar insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 0.5%, des von der Heizlichtquelle erzeugten Heizlichts auf die Schicht auftreffen kann. Dadurch kann während des Heizbetriebs Heizlicht nicht signifikant zu einer Belichtung beitragen. Zwar sind die Schichten primär nur für die Wellenlänge empfindlich, für welche die Projektionsbelichtungsanlage ausgelegt ist, jedoch können unter Umständen hohe Intensitäten in anderen Spektralbereichen ebenfalls zu einer Überschreitung der Belichtungsschwelle der Schicht führen.
Anstelle eines Verschlusses kann in dem Projektionsobjektiv oder zwischen dem Projektionsobjektiv und der Schicht ein Filterelement angeordnet sein, welches für das Projektionslicht durchlässig und für das Heizlicht undurchlässig ist. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, bei jedem Wechsel zwischen Projektions- und Heizbetrieb einen Verschluss zu betätigen. Genauso wie beim Verschluss gilt auch hier, dass das Filterelement möglichst im optischen Strahlengang hinter den Abbildungsspiegeln des Projektionsobjektivs angeordnet sein sollte, damit das Heizlicht alle Abbildungsspiegel erreichen kann.
Die zweite Mittenwellenlänge ist vorzugsweise größer als die erste Mittenwellenlänge. Dadurch können vergleichsweise günstige Heizlichtquellen wie beispielsweise Excimer-Laser verwendet werden. Insbesondere kann die erste Mittenwellenlänge kleiner als 50 nm und die zweite Mittenwellenlänge größer als 150 nm sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die erste Mittenwellenlänge kleiner als 20 nm und die zweite Mittenwellenlänge größer als 200 nm.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit den Schritten:

a) Bereitstellen einer Projektionslichtquelle, die für die Erzeugung von Projektionslicht eingerichtet ist;
b) Bereitstellen einer Heizlichtquelle, die von der Projektionslichtquelle verschieden ist und die für die Erzeugung von Heizlicht eingerichtet ist, das von dem Projektionslicht verschieden ist;
c) Beleuchten einer Maske mit dem Projektionslicht;
d) Abbilden der Maske auf eine Schicht mit Hilfe eines katoptrischen Projektionsobjektivs, das mehrere Abbildungsspiegel enthält, wobei ein reflektierendes Umschaltelement sich in einer ersten Position befindet, in der nur das Projektionslicht und nicht das Heizlicht in das Projektionsobjektiv eintreten kann;
e) Verfahren des Umschaltelements in eine zweite Position, in der nur das Heizlicht und nicht das Projektionslicht in das Projektionsobjektiv eintreten kann;
f) Richten des Heizlichts auf das Projektionsobjektiv derart, dass das Heizlicht in das Projektionsobjektiv eintritt.

Durch Verfahren des Umschaltelements zwischen der ersten und der zweiten Position wird somit ein abwechselnder Eintritt von Projektionslicht und Heizlicht in das Projektionsobjektiv ermöglicht. Vorzugsweise folgt das Heizlicht im Wesentlichen dem Strahlengang des Projektionslichts, wodurch das Heizlicht auf alle Abbildungsspiegel des Projektionsobjektivs auftreffen kann. Wegen der weiteren Vorteile und Ausgestaltungen wird ergänzend auf die obigen Ausführungen zur erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage verwiesen.
Das Heizlicht kann während Zeitintervallen in das Projektionsobjektiv eintreten, in denen ein Substrat, das die Schicht trägt, gegen ein anderes Substrat ausgetauscht wird.
Alternativ hierzu kann, falls die Maske während des Schritts d) in einem Scanvorgang verfahren wird, das Heizlicht zwischen zwei aufeinander folgenden Scanvorgängen in das Projektionsobjektiv eintreten.
Bei einigen Ausführungsbeispielen fällt das Heizlicht nur auf Bereiche auf den Abbildungsspiegeln, auf die während des Schritts d) kein Projektionslicht gefallen ist.
Die Beleuchtungswinkelverteilung des Heizlichts in der Objektebene des Projektionsobjektivs kann an die Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts in der Objektebene des Projektionsobjektivs angepasst werden. Insbesondere kann diese Anpassung derart vorgenommen werden, dass die Beleuchtungswinkelverteilung des Heizlichts in der Objektebene des Projektionsobjektivs zumindest im Wesentlichen komplementär zur Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts in der Objektebene des Projektionsobjektivs ist.
Um auch die Temperaturverteilung von feldnah angeordneten Abbildungsspiegeln homogenisieren zu können, kann während des Schritts f) eine zweite Maske abgebildet werden, die von der Maske, die während des Schritts d) abgebildet wird, verschieden ist. Mit der zweiten Maske werden diejenigen Bereiche auf dem feldnah angeordneten Abbildungsspiegel von dem Heizlicht während des Heizbetriebs ausgeleuchtet, die erwärmt werden müssen, um die Temperaturverteilung zu homogenisieren.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel hat die zweite Maske einen Bereich mit einer Fläche, von der mindestens 90% das Heizlicht zu mindestens 90% reflektiert. Der Bereich, bei dem es sich insbesondere um einen Planspiegel handeln kann, überdeckt dabei das gesamte auf die Schicht projizierbare Objektfeld des Projektionsobjektivs. Trifft das Heizlicht während des Heizbetriebs auf diesen Bereich auf, so wird das Heizlicht fast vollständig in das Projektionsobjektivs eingekoppelt. Gleichzeitig wird verhindert, dass das Heizlicht denjenigen Teil der Maske aufheizt, der während des Projektionsbetriebs auf die Schicht abgebildet wird.
Das Umschaltelement kann so ausgelegt und in der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet sein, dass es in der ersten Position das Projektionslicht reflektiert und in der zweiten Position das Projektionslicht nicht reflektiert. Es sind aber auch Ausbildungen und Anordnungen des Umschaltelements möglich, bei denen dies umgekehrt ist, d. h. in der ersten Position wird das Projektionslicht nicht reflektiert und in der zweiten Position reflektiert.
Im Allgemeinen wird es zweckmäßig sein, wenn das Heizlicht so auf das Projektionsobjektiv gerichtet wird, dass es auch auf einen bildseitig letzten Abbildungsspiegel des Projektionsobjektivs auftrifft. Auf diese Weise können alle Abbildungsspiegel des Projektionsobjektivs vom Heizlicht lokal erwärmt werden.
Durch Verwenden eines Filterelements oder einen Verschlusses kann gewährleistet werden, dass wenig, und zwar insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 0.5%, des von der Heizlichtquelle erzeugten Heizlichts auf die Schicht auftrifft. Vorzugsweise wird die Heizlichtquelle so angesteuert, dass sie erst dann Heizlicht erzeugt, wenn der Verschluss sich in seiner Schließstellung befindet und dadurch gewährleistet, dass wenig, und zwar insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 0.5%, des von der Heizlichtquelle erzeugten Heizlichts auf die Schicht auftrifft.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen, die alle schematisch und nicht maßstäblich sind. Darin zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen EUV-Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 einen vereinfachten schematischen Meridionalschnitt durch die in der 1 gezeigte Projektionsbelichtungsanlage in einem Projektionsbetrieb;
3 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Pupillen-Facettenspiegels, der Teil eines Beleuchtungssystems der in den 1 und 2 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage ist;
4 einen Meridionalschnitt durch den zweiten Spiegel des in der 2 gezeigten Projektionsobjektivs während des Projektionsbetriebs;
5 eine Draufsicht auf den zweiten Spiegel während des Projektionsbetriebs;
6 einen Meridionalschnitt durch ein Heizlicht-Beleuchtungssystem, das Teil der in den 1 und 2 gezeigten Projektionsbeichtungsanlage ist;
7 einen Meridionalschnitt durch die Projektionsbelichtungsanlage gemäß der 2, jedoch im Heizbetrieb;
8 ein der 4 entsprechender Meridionalschnitt durch den zweiten Spiegel während des Heizbetriebs;
9 eine der 5 entsprechende Draufsicht auf den zweiten Spiegel während des Heizbetriebs;
10 eine Draufsicht auf den zweiten Spiegel, auf dem sowohl die während des Projektionsbetriebs als auch die während des Heizbetriebs ausgeleuchteten Bereiche erkennbar sind;
11 einen meridionalen Schnitt durch ein Projektionslicht-Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem der Umschaltspiegel zwischen einem Ablenkspiegel und der Maske angeordnet ist;
12 und 13 ausschnittsweise meridionale Schnitte durch ein Projektionslicht-Beleuchtungssystem während des Projektionsbetriebs bzw. des Heizbetriebs gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem während des Projektionsbetriebs der Umschaltspiegel Projektionslicht reflektiert;
14 und 15 ausschnittsweise meridionale Schnitte durch eine Projektionsbelichtungsanlage während des Projektionsbetriebs bzw. des Heizbetriebs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem die Maske selbst ein Umschaltelement bildet;
16 und 17 ausschnittsweise meridionale Schnitte durch eine Projektionsbelichtungsanlage während des Projektionsbetriebs bzw. des Heizbetriebs gemäß einer Variante des in den 14 und 15 gezeigten Ausführungsbeispiels, bei der ein Umschaltelement gemeinsam durch die Maske und ein Umlenkprisma gebildet wird;
18 und 19 ausschnittsweise meridionale Schnitte durch eine Projektionsbelichtungsanlage während des Projektionsbetriebs bzw. des Heizbetriebs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem ebenfalls die Maske ein Umschaltelement bildet und während des Projektionsbetriebs eine erste Maske und während des Heizbetriebs eine zweite Maske abgebildet wird;
20 das vom Projektionslicht während eines gesamten Scanvorgangs erzeugte Bild der ersten Maske in der Bildebene des Projektionsobjektivs;
21 das vom Heizlicht während einer stationären Abbildung erzeugte Bild der zweiten Maske in der Bildebene des Projektionsobjektivs;
22 eine Draufsicht auf einen feldnah angeordneten Abbildungsspiegel mit einer vom Projektionslicht erzeugten Intensitätsverteilung;
23 eine Draufsicht auf den feldnah angeordneten Abbildungsspiegel der 22 mit einer vom Heizlicht erzeugten Intensitätsverteilung;
24 einen meridionalen Schnitt durch eine Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem Heizlicht in das Projektionslicht-Beleuchtungssystem mit Hilfe eines Umschaltspiegels eingekoppelt werden kann;
25 der Endbereich eines Projektionsobjektivs, bei dem anstelle eines Verschlusses ein Filterelement im Strahlengang angeordnet ist, das für Heizlicht undurchlässig ist;
26 ein Flussdiagramm zur Erläuterung wichtiger Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Grundlegender Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage
Die 1 zeigt in einer perspektivischen und stark schematisierten Darstellung den grundlegenden Aufbau einer erfindungsgemäßen und insgesamt mit 10 bezeichneten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 dient dazu, reflektierende Strukturen 12, die auf der Unterseite einer Maske 14 angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht 16 zu projizieren. Die lichtempfindliche Schicht 16, bei der es sich insbesondere um einen Photolack (engl. resist) handeln kann, wird von einem Wafer 18 oder einem anderen Substrat getragen.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst eine Projektionslichtquelle PLS, die Projektionslicht PL erzeugt und beispielsweise als Laserplasmaquelle ausgebildet sein kann. Als Wellenlänge für das Projektionslicht PL kommt insbesondere ein Bereich zwischen 5 nm und 30 nm in Betracht. Im dargestellten vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Mittenwellenlänge des Projektionslichts PL etwa 13.5 nm und liegt somit im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV).
Ein Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 richtet das Projektionslicht PL auf die mit den Strukturen 12 versehene Seite der Maske 14. Das Projektionslicht PL leuchtet dabei auf der Unterseite der Maske 14 ein Beleuchtungsfeld 24 aus, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Geometrie eines Ringsegments hat.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst ferner ein Projektionsobjektiv 26, das auf der lichtempfindlichen Schicht 16 ein verkleinertes Bild 24' der im Bereich des Beleuchtungsfeldes 24 liegenden Strukturen 12 erzeugt. Mit OA ist die optische Achse des Projektionsobjektivs 26 bezeichnet, die mit der Symmetrieachse des ringsegmentförmigen Beleuchtungsfelds 24 zusammenfällt. Die Erfindung ist jedoch auch in solchen Projektionsbelichtungsanlagen einsetzbar, bei denen im Projektionsobjektiv 26 keine rotationssymmetrischen Ausschnittsflächen vorhanden sind und deswegen eine optische Achse nicht definiert ist.
Das Projektionsobjektiv 26 ist für einen Scanbetrieb ausgelegt, bei dem die Maske 14 während der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht 16 synchron mit dem Wafer 18 verfahren wird. Diese Verfahrbewegungen der Maske 14 und des Wafers 18 sind in der 1 mit Pfeilen A1 bzw. A2 angedeutet. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten, mit denen die Maske 14 und der Wafer 18 verfahren werden, ist dabei gleich dem Abbildungsmaßstab β des Projektionsobjektivs 26. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das vom Projektionsobjektiv 20 erzeugte Bild 24' verkleinert (|β| < 1) und aufrecht (β > 0), weswegen der Wafer 18 langsamer als die Maske 14, aber entlang der gleichen Richtung verfahren wird. Während einer Belichtung der lichtempfindlichen Schicht 16 überstreicht somit das Beleuchtungsfeld 24 scannerartig die Maske 14, wodurch auch größere zusammenhängende Strukturbereiche auf die lichtempfindliche Schicht 16 projiziert werden können.
Von jedem Punkt im Beleuchtungsfeld 24, das sich in einer Objektebene des Projektionsobjektivs 26 befindet, gehen Lichtbündel aus, die in das Projektionsobjektiv 26 eintreten. Dieses bewirkt, dass die eintretenden Lichtbündel in einer Bildebene hinter dem Projektionsobjektivs 26 in Feldpunkten konvergieren. Die Feldpunkte in der Objektebene, von denen die Lichtbündel ausgehen, und die Feldpunkte in der Bildebene, in denen diese Lichtbündel wieder konvergieren, stehen dabei in einer Beziehung zueinander, die man als optische Konjugation bezeichnet.
Für einen einzelnen Punkt in der Mitte des Beleuchtungsfeldes 24 ist ein solches Lichtbündel schematisch angedeutet und mit 28 bezeichnet. Der Öffnungswinkel des Lichtbündels 28 beim Eintritt in das Projektionsobjektiv 10 ist dabei ein Maß für dessen numerische Apertur NA. Infolge der verkleinerten Abbildung ist die bildseitige numerische Apertur NA des Projektionsobjektivs 26 um den Kehrwert des Abbildungsmaßstabs β vergrößert.
Die 2 zeigt einen schematischen Meridionalschnitt durch die Projektionsbelichtungsanlage 10, in dem weitere Einzelheiten erkennbar sind. Zwischen der mit 30 bezeichneten Objektebene und der mit 32 bezeichneten Bildebene des Projektionsobjektivs 26 sind insgesamt sechs Spiegel M1 bis M6 angeordnet. Das von einem Punkt in der Objektebene 30 ausgehende Lichtbündel 28 trifft zuerst auf einen konkaven ersten Spiegel M1, wird zurück auf einen konvexen zweiten Spiegel M2 reflektiert, trifft auf einen konkaven dritten Spiegel M3, wird zurück auf einen konkaven vierten Spiegel M4 reflektiert und trifft dann auf einen konvexen fünften Spiegel M5, der das EUV-Licht zurück auf einen konkaven sechsten Spiegel M6 richtet. Dieser fokussiert das Lichtbündel 28 schließlich in einen konjugierten Bildpunkt in der Bildebene 32.
Wenn man die Spiegel M1 bis M6 durch die in der 2 gestrichelt angedeuteten Teile ergänzen würde, so wären die reflektierenden Flächen der so ergänzten Spiegel rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse OA des Projektionsobjektivs 26. Wie man unschwer erkennen kann, ließe sich mit solchen vollständig rotationssymmetrischen Spiegeln der vorstehend beschriebene Strahlengang jedoch nicht realisieren, da die Spiegel M1, M2 sowie M4 bis M6 den Lichtweg dann teilweise blockieren würden.
Das Projektionsobjektiv 26 hat eine erste Pupillenfläche 34, die sich in oder in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des zweiten Spiegels M2 befindet. Eine Pupillenfläche zeichnet sich dadurch aus, dass dort die Hauptstrahlen der von Punkten in der Objektebene 30 ausgehenden Lichtbündel die optische Achse OA schneiden. Gezeigt ist dies in der 2 für den mit 36 bezeichneten und gestrichelt angedeuteten Hauptstrahl des Lichtbündels 28.
Eine zweite Pupillenfläche 38 befindet sich im Strahlengang zwischen dem fünften Spiegel M5 und dem sechsten Spiegel M6, wobei der Abstand der zweiten Pupillenfläche 38 zu diesen beiden Spiegeln M5, M6 relativ groß ist. Auf der Höhe der zweiten Pupillenfläche 38 ist eine Aperturblende 40 angeordnet.
Das Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 der Projektionsbelichtungsanlage 10 bereitet das von der Projektionslichtquelle PLS erzeugte Projektionslicht PL auf und richtet es so auf die an einem Maskenhalter 69 befestigte Maske 14, dass dort jeder Punkt innerhalb des Beleuchtungsfeldes 24 mit Projektionslicht PL der gewünschten Intensität und Beleuchtungswinkelverteilung beleuchtet wird. Mit dem Begriff der Beleuchtungswinkelverteilung beschreibt man, wie sich die gesamte Intensität eines einem einzelnen Feldpunkt zugeordneten Lichtbündels auf die unterschiedlichen Einfallsrichtungen verteilt.
Zu diesem Zweck weist das Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 einen Eingangsspiegel 70, einen Feld-Facettenspiegel 72, einen Pupillen-Facettenspiegel 74, einen ersten Kondensorspiegel 76 und einen zweiten Kondensorspiegel 78 auf.
Über einen für einen streifenden Einfall (grazing incidence) ausgelegten Spiegel 80, der auch innerhalb des Projektionslicht-Beleuchtungssystems 20 angeordnet sein kann (vgl. 11), wird das Projektionslicht PL schließlich auf die Maske 14 gerichtet.
Der in der 3 perspektivisch dargestellte Pupillen-Facettenspiegel 74 ist dabei in einer bei 82 angedeuteten Pupillenfläche des Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 angeordnet. Die Pupillenfläche 82 des Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 ist zu den Pupillenflächen 34 und 38 des Projektionsobjektivs 26 optisch konjugiert. Die Intensitätsverteilung auf dem Pupillen-Facettenspiegel 74 des Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 wird somit zunächst auf den zweiten Spiegel M2 des Projektionsobjektivs 26 und von dort auf die zweite Pupillenfläche 38 abgebildet
Mit dem Feld-Facettenspiegel 72 lässt sich der Pupillen-Facettenspiegel 74 in unterschiedlicher Weise ausleuchten. Hierzu sind die Spiegelfacetten 84 des Feld-Facettenspiegels 72 mit Hilfe von Aktuatoren 85 individuell verkippbar oder in anderer Weise so verstellbar, dass das auf sie auftreffende Projektionslicht PL auf unterschiedliche Spiegelfacetten des Pupillen-Facettenspiegels 74 gerichtet werden kann. Die Aktuatoren 85 des Feld-Facettenspiegels 72 werden hierzu von einer Steuereinheit 86 angesteuert, die mit einer übergeordneten Zentralsteuerung 88 der Projektionsbelichtungsanlage 10 verbunden ist. Die Geometrie des Beleuchtungsfeldes 24 in der Objektebene 30 wird durch die Außenkontur der Spiegelfacetten 84 des Feld-Facettenspiegels 72 festgelegt.
Da die Pupillenfläche 82 des Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 mit der Objektebene 30 durch eine Fourier-Transformation verknüpft ist, wird durch die räumliche Intensitätsverteilung der Pupillenfläche 82 die Beleuchtungswinkelverteilung in der Objektebene 30 festgelegt. Orten in der Pupillenfläche 82 entsprechen daher Winkeln in der Objektebene 30. Umgekehrt entsprechen Winkel in der Pupillenfläche 82 Orten in der Objektebene 30. Durch unterschiedliche Ausleuchtungen des Pupillen-Facettenspiegels 74 mit Hilfe des Feld-Facettenspiegels 72 lässt sich somit die Beleuchtungswinkelverteilung des auf die Maske 14 auftreffenden Projektionslichts gezielt an die in der Maske 14 enthaltenen Strukturen 12 anpassen.
Bei einigen Beleuchtungswinkelverteilungen soll Projektionslicht auf die Maske nur in einem eng begrenzten Winkelbereich auftreffen. Für die Ausleuchtung der Pupillenfläche 82 des Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 bedeutet dies, dass dort nur relativ kleine Bereiche vom Feld-Facettenspiegel 72 ausgeleuchtet werden.
Da die Pupillenfläche 82 des Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 durch die nachfolgenden optischen Komponenten auf die erste Pupillenfläche 34 des Projektionsobjektivs 26 abgebildet wird, entsteht auf der Oberfläche des zweiten Spiegels M2 eine Intensitätsverteilung, in der ebenfalls nur kleine Bereiche ausgeleuchtet sind. Diese Bereiche sind zudem infolge der rasterartigen Anordnung der Pupillen-Facettenspiegel 89 nicht homogen ausgeleuchtet, sondern ebenfalls gerastert. Je kleiner die häufig auch als Pole bezeichneten Bereiche auf der Oberfläche des zweiten Spiegels M2 sind, desto ungleichmäßiger ist der Wärmeeintrag infolge der teilweisen Absorption des Projektionslichts PL.
Die 4 und 5 zeigen dies am Beispiel eines sogenannten Dipol-Beleuchtungssettings, bei dem zwei Pole P1, P2 in den Pupillenflächen der Projektionsbelichtungsanlage 10 und somit auch auf der Oberfläche 90 des zweiten Spiegels M2 von Projektionslicht PL ausgeleuchtet werden. In dem meridionalen Schnitt der 4 durch den zweiten Spiegel M2 und der Draufsicht auf den Spiegel M2 der 5 ist die Rasterung der Pole P1, P2, die durch die rasterartige Anordnung der Pupillen-Facettenspiegel 89 verursacht wird, der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Da rund ein Drittel des energiereichen Projektionslichts in der reflektierenden Beschichtung der Spiegel absorbiert wird, ist der Wärmeeintrag im Bereich der gerasterten Pole P1, P2 relativ groß. Dies führt zu einer Veränderung der Temperaturverteilung im Spiegelsubstrat. Auch bei der Verwendung eines Spiegelsubstrats, das aus einem Material mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht, lassen sich Verformungen des Spiegelsubstrats schwer vermeiden. Da die Pole P1, P2 eine vergleichsweise kleine Fläche überdecken, weist die sich einstellende Temperaturverteilung hohe Temperaturgradienten auf und ist zudem nicht rotationssymmetrisch unsymmetrisch. Die damit einhergehenden Verformungen sind kompliziert und führen zu Abbildungsfehlern, die sich mit herkömmlichen Korrekturmaßnahmen wie dem Verkippen und Verfahren von Spiegeln möglicherweise nicht ausreichend korrigieren lassen.
2. Heizlicht
Um die Temperaturgradienten im Spiegelsubstrat zu verringern und/oder die Temperaturverteilung zu symmetrisieren, weist die Projektionsbelichtungsanlage 10 eine Heizlichtquelle HLS auf. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, erzeugt die Heizlichtquelle HLS zu Zeiten Heizlicht, in denen die lichtempfindliche Schicht 16 nicht mit Projektionslicht PL belichtet wird. Zu diesen Zeiten tritt das Heizlicht so in das Projektionsobjektiv 26 ein, dass es auf Bereiche der Oberfläche des Spiegels M2 fällt, die nicht von dem Projektionslicht PL erwärmt werden. Auf diese Weise wird die Oberfläche des Spiegels M2 im zeitlichen Mittel gleichmäßiger erwärmt. Die durch Verformungen des Spiegelsubstrats hervorgerufenen Abbildungsfehler lassen sich dadurch leichter beherrschen.
a) Heizlichtquelle
Die Heizlichtquelle HLS ist von der Projektionslichtquelle PLS verschieden und für die Erzeugung von Heizlicht eingerichtet, das eine Mittenwellenlänge hat, die von der Mittenwellenlänge des Projektionslichts PL verschieden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Heizlichtquelle HLS um einen KrF-Excimer-Laser, der Heizlicht mit einer Wellenlänge von 248 nm erzeugt.
Damit das Heizlicht während des Heizbetriebs auf dem Spiegel M2 zumindest auch auf Bereiche trifft, die während des Projektionsbetriebs nicht dem Projektionslicht PL ausgesetzt sind, muss das Heizlicht in der Objektebene 30 des Projektionsobjektivs 26 eine Winkelverteilung haben, deren Fourier-Transformierte in der ersten Pupillenfläche 34 des Projektionsobjektivs 26 der gewünschten örtlichen Intensitätsverteilung entspricht. Um eine solche Beleuchtungswinkelverteilung in der Objektebene 30 zu erzeugen, ist der Heizlichtquelle HLS ein Heizlicht-Beleuchtungssystem 102 nachgeschaltet.
b) Heizlicht-Beleuchtungssystem
Der prinzipielle Aufbau des Heizlicht-Beleuchtungssystem 102 ist in der 6 in einem schematischen Meridionalschnitt gezeigt. Das Heizlicht-Beleuchtungssystem 102 umfasst einen Strahlaufweiter 104, der beispielsweise eine Anordnung von Spiegeln oder, wie in der 6 gezeigt, von zerstreuenden und sammelnden Linsen umfassen kann. Hinter dem Strahlaufweiter 104 ist eine LCD-Matrix 106 angeordnet, die eine Vielzahl, z. B. 101 × 101, regelmäßig zu einer Matrix angeordneter LCD-Elemente 108 umfasst. Jedes LCD-Element 108 kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung umgeschaltet werden zwischen einem ersten Zustand, in dem das LCD-Element 108 für das Heizlicht durchlässig ist, und einem zweiten Zustand, in dem es für das Heizlicht undurchlässig ist. LCD-Elemente im zweiten undurchlässigen Zustand sind in der 6 schwarz eingefärbt und mit 108' bezeichnet.
Hinter der LCD-Matrix 106 sind in Strahlausbreitungsrichtung gesehen eine Fliegenaugenlinse 110, ein Kondensor 112, der hier nur durch eine einzige Linse angedeutet ist, und eine verstellbare Feldblende 114 angeordnet. Die vordere Brennebene des Kondensors 112 stellt eine erste Pupillenfläche 116 des Heizlicht-Beleuchtungssystems 102 dar.
Die hintere Brennebene des Kondensors 112 bildet eine Feldebene, in der die Feldblende 114 angeordnet ist. Die Feldblende 114 wird während des Heizbetriebs mit Hilfe eines nachfolgenden Objektivs 118 und ggf. weiterer optischen Komponenten (hier des Spiegels 80) der Projektionsbelichtungsanlage 10 auf die Objektebene 30 des Projektionsobjektivs 26 abgebildet.
Die räumliche Intensitätsverteilung in der ersten Pupillenfläche 116 und damit die Beleuchtungswinkelverteilung in der Objektebene 30 kann mit Hilfe der elektrisch ansteuerbaren LCD-Matrix 106 in weiten Grenzen beliebig festgelegt werden.
Selbstverständlich kann die LCD-Matrix 106 auch in einer zweiten Pupillenfläche 120 angeordnet sein, die sich im Objektiv 118 befindet. Ferner können anstelle der LCD-Matrix 106 andere Baugruppen eingesetzt werden. Insbesondere kommt in Betracht, ähnlich wie bei VUV-Beleuchtungssystemen austauschbare diffraktive optische Elemente oder Mikrospiegelanordnungen zu verwenden, mit denen sich die erste Pupillenfläche 116 variabel ausleuchten lässt. Überdies kann auf die Fliegenaugenlinse 110 verzichtet werden, die zur Homogenisierung des Heizlichts einerseits und zur Festlegung des in der hinteren Brennebene des Kondensors 112 ausgeleuchteten Feldbereichs dient.
c) Umschaltspiegel
Um das von der Heizlichtquelle HLS erzeugte Heizlicht in das Projektionsobjektiv 26 einkoppeln zu können, weist die in der 2 gezeigte Projektionsbelichtungsanlage einen Umschaltspiegel 122 auf, der, ebenso wie die Heizlichtquelle HLS und das Heizlicht-Beleuchtungssystem 102, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb des Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 angeordnete ist. Bei dem in der 2 gezeigten Projektionsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage 10 befindet sich der Umschaltspiegel 122 in einer ersten Position, in der nur das Projektionslicht PL auf die Maske 14 auftreffen und von dort in das Projektionsobjektiv 26 eintreten kann.
Dem Umschaltspiegel 122 ist ein Antrieb 124 zugeordnet, mit dem sich der Umschaltspiegel 122 von der ersten, in der 2 gezeigten Position in eine zweite Position überführen lässt, die in der 7 gezeigt ist. In dieser zweiten Position des Umschaltspiegels 122 wird das von der Heizlichtquelle HLS erzeugte und vom Heizlicht-Beleuchtungssystem 102 aufbereitete Heizlicht HL so vom Umschaltspiegel 122 reflektiert, dass es nach Reflexion am Spiegel 80 und der Maske 14 in das Projektionsobjektiv 26 eintreten kann. In der zweiten Position des Umschaltspiegels 122 kann somit nur das Heizlicht HL, nicht aber das Projektionslicht PL in das Projektionsobjektiv 26 eintreten.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Umschaltspiegel 122 mit Hilfe des Antriebs 124 um eine Drehachse 126 verschwenkbar, die senkrecht zur Papierebene der 2 und 7 verläuft. Selbstverständlich sind auch andere Drehbewegungen und auch translatorische Bewegungen des Umschaltspiegels 122 denkbar, um den Strahlengang hin zur Heizlichtquelle HLS umzulenken. Um den Umschaltspiegel 122 präzise in die zweite Position verfahren zu können, ist ein Anschlag 128 vorgesehen, der für die zweite Position den Schwenkwinkel des Umschaltspiegels 122 festlegt (vgl. 2 und 7).
d) Funktion
Während des Heizbetriebs, in dem sich der Umschaltspiegel 122 in der in der 7 gezeigten zweiten Position befindet, leuchtet das Heizlicht HL auf der Oberfläche 90 des zweiten Spiegels M2 einen Bereich aus, der zumindest annähernd komplementär zu demjenigen Bereich ist, der während des Projektionsbetriebs von Projektionslicht PL beleuchtet wird. Dies ist in den 8 und 9 gezeigt, die entsprechend den 4 und 5 einen meridionalen Schnitt durch den zweiten Spiegel M2 bzw. eine Draufsicht auf diesen während des Heizbetriebs zeigen. Der vom Heizlicht HL auf der Oberfläche 90 des Spiegels M2 beleuchtete kreisförmige Bereich 130 ist durch eine Kreuzschraffur angedeutet. Man erkennt, dass die während des Projektionsbetriebs vom Projektionslicht PL beleuchteten Pole P1, P2 nicht vom Heizlicht HL erwärmt werden. Wie die 10 zeigt, sind somit der vom Heizlicht HL beleuchtete Bereich 130 komplementär zu den vom Projektionslicht PL beleuchteten Polen P1, P2. Über einen längeren Zeitraum hinweg, in dem sich Projektionsbetrieb und Heizbetrieb abwechseln, stellt sich dadurch eine homogenere Temperaturverteilung im Substrat des zweiten Spiegels M2 ein, als wenn ausschließlich die Pole P1, P2 durch Projektionslicht PL beleuchtet werden. Wenn diese Temperatur nahe einer Temperatur ist, bei welcher das Substrat des zweiten Spiegels M2 einen verschwindenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, wirken sich verbleibende Temperaturschwankungen nicht oder nur geringfügig auf die Form des Substrats aus.
e) Steuerung
Der Heizbetrieb, während dem der Umschaltspiegel 122 sich in der in der 7 gezeigten zweiten Position befindet, kann beispielsweise während Zeitintervallen durchgeführt werden, in denen der belichtete Wafer 18 gegen einen noch unbelichteten Wafer ausgetauscht wird. Da diese auch als Duty Cycles bezeichneten Zeitintervalle im Vergleich zu den Zeitintervallen, während denen die Wafer belichtet werden, kurz sind, sollte der Wärmeeintrag während des Heizbetriebs so hoch sein, dass im zeitlichen Mittel die gewünschte gleichmäßigere Erwärmung des zweiten Spiegels M2 eintritt. Die Mittenwellenlänge des Heizlichts HL ist deswegen so zu wählen, dass ein ausreichend hoher Anteil des Heizlichts HL von den Beschichtungen der Spiegel M1 bis M6 absorbiert wird, die für eine maximale Reflexion des Projektionslichts PL ausgelegt sind.
In vielen Fällen werden hohe Heizleistungen leichter erreichbar sein, wenn die Mittenwellenlänge des Heizlichts HL größer ist als die Mittenwellenlänge des Projektionslichts PL. Bei Projektionslicht PL mit einer Mittenwellenlänge von 13.5 nm können dann beispielsweise Excimer-Laser als Heizlichtquellen HLS eingesetzt werden, deren Ausgangsleistung im Allgemeinen deutlich höher ist als diejenige der Projektionslichtquelle PLS. Die höhere Intensität des Heizlichts HL auf dem zweiten Spiegel M2 ist in der 10 durch eine dichtere Schraffur angedeutete.
Wenn der Umschaltspiegel 122 schnell genug mit Hilfe des Antriebs 124 zwischen der ersten und der zweiten Position verfahren werden kann, so ist auch ein Heizbetrieb in den wesentlich kürzeren Belichtungspausen möglich, die zwischen zwei aufeinander folgenden Scanvorgängen auftreten. Je öfter (wenn auch kurzzeitig) auf den Heizbetrieb umgestellt wird, desto gleichmäßiger ist im zeitlichen Mittel die Temperaturverteilung im Substrat des zweiten Spiegels M2.
Der Wechsel zwischen dem Projektionsbetrieb und dem Heizbetrieb wird von der Zentralsteuerung 88 gesteuert. Zu diesem Zweck ist die Zentralsteuerung 88 nicht nur mit der Projektionslichtquelle PLS, sondern auch mit der Heizlichtquelle HLS, dem Heizlicht-Beleuchtungssystem 102 und dem Antrieb 124 für den Umschaltspiegel 122 über Signalleitungen verbunden, wie dies die 2 und 7 zeigen. Die Zentralsteuerung 88 steuert dabei unter anderem die in dem Heizlicht-Beleuchtungssystem 102 enthaltene LCD-Matrix 106 derart an, dass die Beleuchtungswinkelverteilung des Heizlichts HL in der Objektebene 30 des Projektionsobjektivs 26 zumindest im Wesentlichen komplementär zur Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts PL in der Projektebene 30 ist, die mit Hilfe des Feld-Facettenspiegels 72 über die Steuereinheit 86 eingestellt wird. Eine Verstellung der Spiegelfacetten 84 des Feld-Facettenspiegels 72 mit Hilfe der Aktuatoren 85 geht deswegen im Allgemeinen einher mit einer komplementären Verstellung der LCD-Matrix 106 im Heizlicht-Beleuchtungssystem 102.
f) Verschluss
Um einen Heizbetrieb auch dann durchführen zu können, wenn sich noch ein Wafer 18 in der Bildebene 32 des Projektionsobjektivs 26 befindet, weist die Projektionsbelichtungsanlage 10 bei diesem Ausführungsbeispiel einen Verschluss auf, der zwischen dem letzten Spiegel M6 des Projektionsobjektivs 26 und der Bildebene 32 angeordnet ist. Der Verschluss ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Lochscheibe 132 ausgebildet, die zwei oder mehr Öffnungen 134 für den Durchtritt von Projektionslicht PL aufweist. Bei der in der 2 gezeigten Drehstellung der Lochscheibe 132 kann das Projektionslicht PL eine der Öffnungen 134 durchtreten.
Während des Heizbetriebs befindet sich die Lochscheibe 132 in einer in der 7 gezeigten Drehstellung, in der keine Öffnung den Weg zwischen dem Projektionsobjektiv 26 und der Bildebene 32 freigibt. In dieser Drehstellung wird das Heizlicht HL so vollständig von der Lochscheibe 132 absorbiert, dass kein Heizlicht HL oder zumindest weniger als 0.5% des von der Heizlichtquelle HLS erzeugten Heizlichts HL auf die lichtempfindliche Schicht 26 auftreffen und zu einer (wenn auch geringen) Belichtung beitragen kann.
Durch kontinuierliches Drehen der Lochscheibe 132 können auch hohe Verschlussfrequenzen erreicht werden, um einen besonders häufigen Wechsel zwischen Projektions- und Heizbetrieb zu ermöglichen.
3. Weitere Ausführungsbeispiele
Bei dem vorstehend anhand der 1 bis 10 erläuterten Ausführungsbeispiel befindet sich der Umschaltspiegel 122 im Strahlengang des Projektionslichts PL zwischen dem Kondensorspiegel 78 und dem Spiegel 80.
a) Andere Anordnungen und Ausbildungen des Umschaltspiegels
Die 11 zeigt in einer an die 2 angelehnten Darstellung ein alternatives Ausführungsbeispiel für ein Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht nochmals beschrieben.
Bei dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 ist der mit 222 bezeichnete Umschaltspiegel im Strahlengang des Projektionslichts PL zwischen dem Umlenkspiegel 80 und der Maske 14 angeordnet. Die 11 zeigt das Beleuchtungssystem 220 während des Heizbetriebs, bei dem sich der Umschaltspiegel 222 in der zweiten Position befindet. In dieser zweiten Position kann nur das Heizlicht HL, nicht aber das Projektionslicht PL nach Reflexion an der Maske 14 in das Projektionsobjektiv eintreten. Wird der Umschaltspiegel 222 mit Hilfe des Antriebs 124 wie durch einen Pfeil angedeutet in die erste, gestrichelt angedeutete Position verschwenkt, so gibt das Umschaltelement 22 den Weg für das Projektionslicht PL frei und blockiert das Heizlicht HL.
Die 12 und 13 zeigen einen Ausschnitt aus einem Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Projektionsbetrieb bzw. Heizbetrieb. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht nochmals beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das mit 322 bezeichnete Umschaltelement durch den für einen streifenden Einfall ausgelegten und in den 2 und 7 mit 80 bezeichneten Spiegel gebildet. Wird der Umschaltspiegel 322 mit Hilfe des Antriebs 324 in die zweite Position weggeschwenkt, wie dies die 13 zeigt, so kann nur das Heizlicht HL, nicht aber das Projektionslicht PL nach Reflexion an der Maske 14 in das Projektionsobjektiv 26 eintreten. Während bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen das Umschaltelement 122, 222 in der ersten Position das Projektionslicht nicht reflektiert und in der zweiten Position das Projektionslicht reflektiert, ist dies bei dem in den 12 und 13 gezeigten Ausführungsbeispielen umgekehrt.
Im Unterschied zu den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird hier außerdem eine Maske 14 verwendet, die einen Bereich 340 hat, der als Planspiegel ausgebildet ist. Der Planspiegel sollte mindestens 90% des Heizlichts HL reflektieren und so bemessen sein, dass er das gesamte oder zumindest 90% des auf die lichtempfindliche Schicht 16 projizierbaren Objektfelds des Projektionsobjektivs 26 überdeckt. Dieses Objektfeld ist meist ein wenig größer als das Beleuchtungsfeld 24, das vom Projektionslicht PL auf der Maske 14 während des Projektionsbetriebs ausgeleuchtet wird.
Während des Heizbetriebs wird der Maskenhalter 69 so verfahren, dass die während des Projektionsbetriebs zu projizierende Maske 14 aus dem Objektfeld heraus bewegt und stattdessen der Planspiegel 340 in das Objektfeld eingeführt wird. Diese Verfahrbewegung ist in der 13 durch einen Pfeil über dem Maskenhalter 69 angedeutet. Infolge der Positionierung des Planspiegels 340 im Objektfeld des Projektionsobjektivs 26 wird im Allgemeinen ein erheblich größerer Teil des Heizlichts HL in das Projektionsobjektiv 26 eingekoppelt, als wenn dieses an der Maske 14 reflektiert würde. Gleichzeitig wird verhindert, dass während des Heizbetriebs die Maske 14 unnötig durch das Heizlicht HL aufgeheizt wird.
Selbstverständlich kann diese Maßnahme bei allen anderen Ausführungsbeispielen ebenso Verwendung finden.
Die 14 und 15 zeigen einen Ausschnitt aus dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 und dem Projektionsobjektiv 26 während des Projektionsbetriebs bzw. des Heizbetriebs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht nochmals beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet die Maske 14 selbst ein Umschaltelement, um entweder das Projektionslicht PL oder das Heizlicht HL in das Projektionsobjektiv 26 eintreten zu lassen. Während des in der 14 gezeigten Projektionsbetriebs reflektiert die Maske 14 wie üblich das vom Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 auf die Maske 14 gerichtete Projektionslicht PL, so dass dieses in das Projektionsobjektiv 26 eintritt.
Bei dem in der 15 gezeigten Heizbetrieb wird die Maske 14 so weit mit Hilfe eines Masken-Verfahrtischs (nicht dargestellt) aus dem Objektfeld des Projektionsobjektivs 26 heraus verfahren, dass kein Projektionslicht PL mehr in das Projektionsobjektiv 26 eintreten kann. Dafür wird in dieser zweiten Position der Maske 14 der Weg für Heizlicht HL freigegeben, das von der Heizlichtquelle HLS erzeugt und von dem Heizlicht-Beleuchtungssystem 102 mit der gewünschten Beleuchtungswinkelverteilung versehen wird. Die Heizlichtquelle HLS und das Heizlicht-Beleuchtungssystem 102 sind zu diesem Zweck bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf der dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 abgewandten Seite der Objektebene 30 angeordnet.
Die 16 und 17 zeigen eine Variante der in den 14 und 15 gezeigten Anordnung während des Projektionsbetriebs bzw. des Heizbetriebs. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht nochmals beschrieben.
Bei dieser Variante ist am Maskenhalter 69 ein Umlenkprisma 140 befestigt, welches in Heizbetrieb (17) das Heizlicht HL so auf das Projektionsobjektiv 26 richtet, dass es dort eintreten und die darin enthaltenen Spiegel an den gewünschten Bereichen erwärmen kann. Die Maske 14 und das Umlenkprisma 140 bilden somit gemeinsam ein Umlenkelement, um zwischen dem Projektions- und dem Heizbetrieb umschalten zu können.
Durch das Vorsehen des Umlenkprismas 140 lässt sich die Heizlichtquelle HLS und das Heizlicht-Beleuchtungssystem 102 unter besserer Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums anordnen.
b) Erwärmen feldnah angeordneter Spiegel
Bei dem in den 2 und 7 gezeigten Projektionsobjektiv befindet sich keiner der sechs Spiegel M1 bis M6 in unmittelbarer Nähe einer Feldebene, also der Objektebene 30, der Bildebene 32 oder der Zwischenbildebene zwischen den Spiegeln M4 und M5. Es gibt jedoch auch Designs von katoptrischen Projektionsobjektiven, bei denen sich ein Spiegel in unmittelbarer Nähe einer Feldebene, und zwar insbesondere einer Zwischenbildebene, befindet. Auf solchen feldnah angeordneten Spiegeln entsteht folglich ein mehr oder weniger scharfes Bild der Maske 14.
Bei bestimmten Masken 14 sind die reflektierenden Strukturen so ungleichmäßig verteilt, dass bei feldnah angeordneten Spiegeln auch der Wärmeeintrag durch Absorption des Projektionslichts sehr inhomogen ist. Dadurch können, genauso wie bei den pupillennah angeordneten Spiegeln, Deformationen entstehen, deren Auswirkungen auf die Abbildungsqualität schwer durch andere Korrekturmaßnahmen beherrscht werden können.
Die 18 und 19 zeigen den 16 und 17 entsprechende Ausschnitte aus dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 und dem Projektionsobjektiv 26 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht nochmals beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird während des Heizbetriebs vom Heizlicht HL eine zweite Maske 14' abgebildet, die von der Maske 14, die während des Projektionsbetriebs abgebildet wird, verschieden ist. Die Maske 14' ist so ausgebildet, dass sie bei stationärer Abbildung (d. h. ohne eine Verfahrbewegung der Maske 14' entlang der Scanrichtung) ein Bild erzeugt, das zumindest im Wesentlichen komplementär zu dem Bild der Maske 14 in der Bildebene 32 ist, das dort während des Scanvorgangs entsteht.
Dies wird im Folgenden mit Bezug auf die 20 und 21 erläutert. Die 20 stellt beispielhaft das Bild 136 der Maske 14 dar, das während des Projektionsbetriebs in der Bildebene 32 während eines gesamten Scanvorgangs entsteht. Der Scanvorgang ist dabei durch das Bild 24' des Beleuchtungsfelds 24 und durch einen Pfeil angedeutet. Die weißen Punkte 141 repräsentieren die vom Projektionslicht PL beleuchteten Bereiche auf dem Bild 136. Man erkennt, dass Projektionslicht ausschließlich innerhalb zweier schmaler Bereiche in der Nähe der kurzen Querseiten des Bildfeldes 24' auf die Bildebene 32 auftrifft. Die Strukturen 12 auf der Maske 14 sind im Allgemeinen etwas anders angeordnet als beim Bild 136, da bei der Auslegung der Masken bestimmte Abbildungseigenschaften wie etwa das durch Beugung begrenzte endliche Auflösungsvermögen des Projektionsobjektivs 26 bereits berücksichtigt sind.
Die 22 zeigt in schematischer Draufsicht einen feldnah angeordneten Spiegel M, wobei mit einer gestrichelten Linie das Bild 24'' des Beleuchtungsfeldes 24 auf dem Spiegel M angedeutet ist. Während des Projektionsbetriebs werden auf dem Spiegel M nur die Streifen 142a, 142b in der Nähe der beiden Schmalseiten des Bildes 24'' ausgeleuchtet. Dies führt zu einer sehr inhomogenen Beleuchtung des Spiegels M und damit zu entsprechend hohen Temperaturgradienten. Dadurch kann es wie oben erläutert zu schwer beherrschbaren Abbildungsfehlern kommen.
Die 21 zeigt das hypothetische Bild 138, das bei der stationären Projektion der Maske 14' während des Heizbetriebs in der Bildebene 32 entstände, wenn sich die Lochscheibe 132 in der Offenstellung befindet. Die Maske 14 ist so ausgelegt, dass ihr Bild 138 zumindest annähernd komplementär ist zu dem scanintegrierten Bild 136 der Maske 14. Wie die 23 zeigt, wird dementsprechend auf der Oberfläche des Spiegels M während des Heizbetriebs vom Heizlicht HL ein Bereich 142 ausgeleuchtet, der innerhalb des Bildes 24'' des Beleuchtungsfeldes ebenfalls komplementär ist zu den Bereich 142a, 142b, die während des Projektionsbetriebs auf dem Spiegel M ausgeleuchtet werden. Auf diese Weise wird im zeitlichen Mittel eine ähnliche Homogenisierung der Temperaturverteilung erzielt, wie dies weiter oben mit Bezug auf den pupillennah angeordneten Spiegel M2 erläutert wurde.
Da das Heizlicht HL eine größere Mittenwellenlänge als das Projektionslicht PL hat, kann die zweite Maske 14' in Transmission auf die lichtempfindliche Schicht 16 projiziert betrieben werden. Dadurch ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Anordnung der Heizlichtquelle HLS und des Heizlicht-Beleuchtungssystems 102 auf der dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 abgewandten Seite der Objektebene 30 möglich, wie dies die 18 und 19 zeigen. Außerdem stellt auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Maske 14 selbst das Umschaltelement dar, welches bei jedem Wechsel zwischen dem Projektionsbetrieb und dem Heizbetrieb verfahren wird.
Selbstverständlich kann die Projektion einer anderen Maske 14' durch das Heizlicht HL auch bei den anderen Ausführungsbeispielen durchgeführt werden. Gegebenenfalls ist dann die andere Maske 14' nicht in Transmission, sondern in Reflexion auf die lichtempfindliche Schicht 16 zu projizieren.
c) Verzicht auf Heizlicht-Beleuchtungssystem
Die 24 zeigt ein Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem schematischen meridionalen Schnitt. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht nochmals beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der mit 422 bezeichnete Umschaltspiegel zwischen der Projektionslichtquelle PLS und dem Eingangsspiegel 70 des Projektionslicht-Beleuchtungssystems 20 angeordnet. Somit wird das Heizlicht HL während des Heizbetriebs direkt in das Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 eingekoppelt und breitet sich somit genauso im Projektionslicht-Beleuchtungssystem 20 aus wie das Projektionslicht PL während des Projektionsbetriebs.
Wenn auf pupillennah angeordneten Spiegeln variabel einstellbare Bereiche von Heizlicht erwärmt werden sollen, so muss die Projektionsbelichtungsanlage ein Heizlicht-Beleuchtungssystem 102 enthalten, da in der Heizlichtquelle HLS im Allgemeinen die Beleuchtungswinkelverteilung nicht verändert werden kann.
Bei dem in der 24 dargestellten Ausführungsbeispiel kann jedoch auf ein eigenes Heizlicht-Beleuchtungssystem verzichtet werden, da dem Heizlicht HL die gewünschte Beleuchtungswinkelverteilung in der Objektebene 30 mit Hilfe des eigentlich für das Projektionslicht PL vorgesehenen Projektionslicht-Beleuchtungssystems 20 aufgeprägt wird. Bei einem Wechsel vom Projektionsbetrieb zum Heizbetrieb muss somit der Umschaltspiegel 422 von der in der 24 mit durchgezogenen Linien dargestellten ersten Position in die gestrichelt angedeutete zweite Position überführt werden. Bevor die Heizlichtquelle HLS eingeschaltet wird, werden die Spiegelfacetten 84 des Feld-Facettenspiegels 72 mit Hilfe der Aktuatoren 85 so verstellt, dass auf dem Pupillen-Facettenspiegel 74 die gewünschte Intensitätsverteilung und somit in der Maskenebene 30 die gewünschte Beleuchtungswinkelverteilung entsteht. Bei der gewünschten Intensitätsverteilung kann es sich, wie weiter oben erläutert, insbesondere um eine Intensitätsverteilung handeln, die im Wesentlichen komplementär ist zu derjenigen Intensitätsverteilung, die während des Projektionsbetriebs in der Pupillenebene 82 des Projektionslicht-Beleuchtungssystems 20 erzeugt wird.
Bei einem umgekehrten Wechsel vom Heizbetrieb zum Projektionsbetrieb werden die vorstehend erläuterten Verstellvorgänge wieder rückgängig gemacht.
d) Filterelement
Die 25 zeigt einen Ausschnitt aus dem Projektionsobjektiv 26, bei dem anstelle der Lochscheibe 132 ein Filterelement 150 zwischen dem sechsten Spiegel M6 und der lichtempfindlichen Schicht 16 angeordnet ist. Das Filterelement 150 ist für das Projektionslicht PL durchlässig und für das Heizlicht undurchlässig. Beschrieben sind derartige Filter in der US 7,372,623 B2 , auf deren Offenbarungsgehalt insoweit verwiesen wird. Das Filterelement 150 stellt, ähnlich wie die Lochscheibe 132, sicher, dass während des Heizbetriebs kein Heizlicht HL auf die lichtempfindliche Schicht 16 auftrifft und dort möglicherweise zur Belichtung beiträgt.
4. Wichtige Verfahrensschritte
Im Folgenden werden mit Bezug auf die 26 wichtige Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zusammengefasst.
In einem ersten Schritt S1 wird eine Projektionslichtquelle bereitgestellt.
In einem zweiten Schritt S2 wird eine Heizlichtquelle bereitgestellt.
In einem dritten Schritt S3 wird eine Maske mit Projektionslicht beleuchtet.
In einem vierten Schritt S4 wird die Maske mit einem Projektionsobjektiv abgebildet, wobei ein reflektierendes Umschaltelement sich in einer ersten Position befindet, in der nur das Projektionslicht und nicht Heizlicht in das Projektionsobjektiv eintreten kann.
In einem fünften Schritt S5 wird das Umschaltelement in eine zweite Position verfahren, in der nur das Heizlicht und nicht das Projektionslicht in das Projektionsobjektiv eintreten kann.
In einem sechsten Schritt S6 wird das Heizlicht derart auf das Projektionsobjektiv gerichtet, dass das Heizlicht in das Projektionsobjektiv eintritt.
5. Wichtige Aspekte der Erfindung
Die folgenden Sätze fassen wichtige Aspekte der vorliegenden Erfindung zusammen.

1. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zur Abbildung einer reflektierenden Maske (14) auf eine Schicht (16), mit:
a) einer Projektionslichtquelle (PLS), die für die Erzeugung von Projektionslicht (PL) eingerichtet ist, das eine erste Mittenwellenlänge hat,
b) einer Heizlichtquelle (HLS), die von der Projektionslichtquelle (PLS) verschieden ist und die für die Erzeugung von Heizlicht (HL) eingerichtet ist, das eine zweite Mittenwellenlänge hat, die von der ersten Mittenwellenlänge verschieden ist,
c) einem katoptrischen Projektionsobjektiv (26) mit mehreren Abbildungsspiegeln (M1 bis M6), wobei das Projektionsobjektiv (26) eine Objektebene (30), in der die Maske (14) anordenbar ist, und eine Bildebene (32) hat, in der die Schicht (16) anordenbar ist,
d) einem reflektierenden Umschaltelement (122; 222; 322; 422; 14; 14, 140),
e) einem Antrieb (124), der dazu eingerichtet ist, das Umschaltelement (122; 222; 322; 422; 14; 14, 140) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu verfahren, wobei in der ersten Position des Umschaltelements nur das Projektionslicht (PL) und in der zweiten Position des Umschaltelements nur das Heizlicht (HL) in das Projektionsobjektiv (26) eintreten kann.
2. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 1, wobei die Projektionsbelichtungsanlage ein katoptrisches Projektionslicht-Beleuchtungssystem (20) umfasst, das dazu eingerichtet ist, von der Projektionslichtquelle (PLS) erzeugtes Projektionslicht (PL) auf die Maske (14) zu richten, wenn das Umschaltelement (122; 222; 322; 14; 14, 140) sich in der ersten Position befindet.
3. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 2, wobei das Umschaltelement (422) so zwischen der Projektionslichtquelle (PLS) und dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem (20) angeordnet ist, dass das Heizlicht (HL) vor einem Eintritt in das Projektionsobjektiv (26) das Projektionslicht-Beleuchtungssystem (20) vollständig durchtritt.
4. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 2, wobei das Umschaltelement (322) so zwischen der Projektionslichtquelle (PLS) und dem Projektionslicht-Beleuchtungssystem (20) angeordnet ist, dass das Heizlicht (HL) vor einem Eintritt in das Projektionsobjektiv (26) das Projektionslicht-Beleuchtungssystem (20) teilweise durchtritt.
5. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 4, wobei das Projektionslicht-Beleuchtungssystem mehrere Beleuchtungsspiegel (70, 72, 74, 76, 78, 80) enthält und das Umschaltelement (322) einer der Beleuchtungsspiegel ist.
6. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 2, wobei das Umschaltelement (222; 322; 14; 14, 140) so zwischen dem Beleuchtungssystem (20) und dem Projektionsobjektiv (26) angeordnet ist, dass das Heizlicht (HL) in das Projektionsobjektiv (26) eintritt, ohne vorher das Projektionslicht-Beleuchtungssystem (20) durchtreten zu haben.
7. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 6, wobei das Umschaltelement die Maske (14) ist, die in der zweiten Position so angeordnet ist, das das Heizlicht (HL) ohne Reflexion an der Maske (14) direkt in das Projektionsobjektiv (26) eintritt.
8. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 6, wobei das Umschaltelement durch die Maske (14) und ein Umlenkelement (140) gebildet wird, wobei die Maske (14) und das Umlenkelement (140) in der zweiten Position so angeordnet sind, das das Heizlicht (HL) ohne Reflexion an der Maske (14), aber nach Reflexion an dem Umlenkelement (140), in das Projektionsobjektiv (26) eintritt.
9. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Sätze 4 bis 8, wobei die Projektionsbelichtungsanlage (10) ein Heizlicht-Beleuchtungssystem (20) umfasst, das eine Einstelleinrichtung (106) aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Beleuchtungswinkelverteilung zu verändern, die das Heizlicht (HL) in der Objektebene (30) des Projektionsobjektivs (26) hat.
10. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Sätze, wobei die Projektionsbelichtungsanlage eine Steuereinheit (88) aufweist, welche die Projektionslichtquelle (PLS), die Heizlichtquelle (HLS) und das Umschaltelement (122; 222; 322; 14; 14, 140) steuert.
11. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 10, wobei die Steuereinheit (88) die Projektionslichtquelle (PLS), die Heizlichtquelle (HLS) und das Umschaltelement (122; 222; 322; 14; 14, 140) so steuert, dass Heizlicht (HL) nur während Zeitintervallen in das Projektionsobjektiv (26) eintreten kann, in denen ein Substrat (18), das die Schicht (16) trägt, gegen ein anderes Substrat ausgetauscht wird.
12. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 10 oder 11, wobei die Steuereinheit (88) die Projektionslichtquelle (PLS), die Heizlichtquelle (HLS) und das Umschaltelement (122; 222; 322; 14; 14, 140) so steuert, dass das Heizlicht (HL) nur auf Bereiche (130; 142) auf den Abbildungsspiegeln (M1 bis M6) fällt, auf die während eines vorangegangenen Projektionsbetriebs kein Projektionslicht (PL) gefallen ist.
13. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Sätze, wobei in dem Projektionsobjektiv (26) oder zwischen dem Projektionsobjektiv (26) und der Schicht (16) ein Verschluss (132) angeordnet ist, der in einer Schließstellung das Heizlicht (HL) so vollständig absorbiert oder reflektiert, dass kein Heizlicht (HL) auf die Schicht (16) auftreffen kann.
14. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Sätze, wobei in dem Projektionsobjektiv (26) oder zwischen dem Projektionsobjektiv (26) und der Schicht (16) ein Filterelement (150) angeordnet ist, welches für das Projektionslicht (PL) durchlässig und für das Heizlicht (HL) undurchlässig ist.
15. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Sätze, wobei die zweite Mittenwellenlänge größer ist als die erste Mittenwellenlänge.
16. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 15, wobei die erste Mittenwellenlänge kleiner ist als 50 nm und die zweite Mittenwellenlänge größer ist als 150 nm.
17. Projektionsbelichtungsanlage nach Satz 16, wobei die erste Mittenwellenlänge kleiner ist als 20 nm und die zweite Mittenwellenlänge größer ist als 200 nm.
18. Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen einer Projektionslichtquelle (PLS), die für die Erzeugung von Projektionslicht (PL) eingerichtet ist;
b) Bereitstellen einer Heizlichtquelle (HLS), die von der Projektionslichtquelle (PLS) verschieden ist und die für die Erzeugung von Heizlicht (HL) eingerichtet ist, das von dem Projektionslicht (2L) verschieden ist;
c) Beleuchten einer Maske (14) mit dem Projektionslicht (PL);
d) Abbilden der Maske (14) auf eine Schicht (16) mit Hilfe eines katoptrischen Projektionsobjektivs (26), das mehrere Abbildungsspiegel (M1 bis M6) enthält, wobei ein reflektierendes Umschaltelement (122; 222; 322; 14; 14, 140) sich in einer ersten Position befindet, in der nur das Projektionslicht (PL) und nicht das Heizlicht (HL) in das Projektionsobjektiv (26) eintreten kann;
e) Verfahren des Umschaltelements (122; 222; 322; 14; 14, 140) in eine zweite Position, in der nur das Heizlicht (HL) und nicht das Projektionslicht (PL) in das Projektionsobjektiv (26) eintreten kann;
f) Richten des Heizlichts (HL) auf das Projektionsobjektiv (26) derart, dass das Heizlicht (HL) in das Projektionsobjektiv (26) eintritt.
19. Verfahren nach Satz 18, wobei dass Heizlicht (HL) während Zeitintervallen in das Projektionsobjektiv (26) eintritt, in denen ein Substrat (18), das die Schicht (16) trägt, gegen ein anderes Substrat (18) ausgetauscht wird.
20. Verfahren nach Satz 18 oder 19, wobei die Maske (14) während des Schritts d) in einem Scanvorgang verfahren wird, und wobei das Heizlicht (HL) zwischen zwei aufeinander folgenden Scanvorgängen in das Projektionsobjektiv (16) eintritt.
21. Verfahren nach einem der Sätze 18 bis 20, wobei das Heizlicht (HL) nur auf Bereiche (130; 142) auf den Abbildungsspiegeln (M1 bis M6) fällt, auf die während des Schritts d) kein Projektionslicht (PL) gefallen ist.
22. Verfahren nach einem der Sätze 18 bis 21, wobei die Beleuchtungswinkelverteilung des Heizlichts (HL) in der Objektebene (30) des Projektionsobjektivs (26) an die Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts (PL) in der Objektebene (30) des Projektionsobjektivs (26) angepasst wird.
23. Verfahren nach Satz 22, wobei die Beleuchtungswinkelverteilung des Heizlichts (HL) in der Objektebene (30) des Projektionsobjektivs (26) so angepasst wird, dass sie zumindest im wesentlichen komplementär zur Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts (PL) in der Objektebene (30) des Projektionsobjektivs (26) ist.
24. Verfahren nach einem der Sätze 18 bis 23, wobei während des Schritts f) eine zweite Maske (14') abgebildet wird, die von der Maske (14), die während des Schritts d) abgebildet wird, verschieden ist.
25. Verfahren nach Satz 24, wobei die zweite Maske einen Bereich (340) mit einer Fläche hat, von der mindestens 90% das Heizlicht (HL) zu mindestens 90% reflektiert, und wobei der Bereich (340) das gesamte auf die Schicht projizierbare Objektfeld des Projektionsobjektivs (26) überdeckt.
26. Verfahren nach einem der Sätze 18 bis 25, wobei das Umschaltelement (322; 14;) in der ersten Position das Projektionslicht (PL) reflektiert und in der zweiten Position das Projektionslicht (PL) nicht reflektiert.
27. Verfahren nach einem der Sätze 18 bis 25, wobei das Umschaltelement (122; 222) in der ersten Position das Projektionslicht (PL) nicht reflektiert und in der zweiten Position das Projektionslicht (PL) reflektiert.
28. Verfahren nach einem der Sätze 18 bis 27, wobei das Heizlicht (HL) so auf das Projektionsobjektiv (26) gerichtet wird, das es auch auf einen bildseitig letzten Abbildungsspiegel (M6) des Projektionsobjektivs (26) auftrifft.
29. Verfahren nach einem der Sätze 18 bis 28, wobei durch Verwenden eines Filterelements (150) oder eines Verschlusses (132) verhindert wird, dass Heizlicht (HL) auf die Schicht (16) auftrifft.
30. Verfahren nach Satz 29, wobei erst dann Heizlicht (HL) auf das Projektionsobjektiv (26) gerichtet wird, wenn der Verschluss (132) verhindert, das Heizlicht (HL) auf die Schicht (16) auftrifft.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7477355 B2 [0009]
US 7557902 B2 [0010]
DE 10317662 A1 [0011]
US 7372623 B2 [0135]

Claims

Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zur Abbildung einer reflektierenden Maske (14) auf eine Schicht (16), mit: a) einer Projektionslichtquelle (PLS), die für die Erzeugung von Projektionslicht (PL) eingerichtet ist, das eine erste Mittenwellenlänge hat, b) einer Heizlichtquelle (HLS), die von der Projektionslichtquelle (PLS) verschieden ist und die für die Erzeugung von Heizlicht (HL) eingerichtet ist, das eine zweite Mittenwellenlänge hat, die von der ersten Mittenwellenlänge verschieden ist, c) einem katoptrischen Projektionsobjektiv (26) mit mehreren Abbildungsspiegeln (M1 bis M6), wobei das Projektionsobjektiv (26) eine Objektebene (30), in der die Maske (14) anordenbar ist, und eine Bildebene (32) hat, in der die Schicht (16) anordenbar ist, d) einem reflektierenden Umschaltelement (122; 222; 322; 422; 14; 14, 140), e) einem Antrieb (124), der dazu eingerichtet ist, das Umschaltelement (122; 222; 322; 422; 14; 14, 140) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu verfahren, wobei in der ersten Position des Umschaltelements nur das Projektionslicht (PL) und in der zweiten Position des Umschaltelements nur das Heizlicht (HL) in das Projektionsobjektiv (26) eintreten kann.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, wobei die Projektionsbelichtungsanlage (10) ein Heizlicht-Beleuchtungssystem (20) umfasst, das eine Einstelleinrichtung (106) aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Beleuchtungswinkelverteilung zu verändern, die das Heizlicht (HL) in der Objektebene (30) des Projektionsobjektivs (26) hat.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Projektionsbelichtungsanlage eine Steuereinheit (88) aufweist, welche die Projektionslichtquelle (PLS), die Heizlichtquelle (HLS) und das Umschaltelement (122; 222; 322; 14; 14, 140) steuert, und wobei die Steuereinheit (88) die Projektionslichtquelle (PLS), die Heizlichtquelle (HLS) und das Umschaltelement (122; 222; 322; 14; 14, 140) so steuert, dass Heizlicht (HL) nur während Zeitintervallen in das Projektionsobjektiv (26) eintreten kann, in denen ein Substrat (18), das die Schicht (16) trägt, gegen ein anderes Substrat ausgetauscht wird.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Projektionsobjektiv (26) oder zwischen dem Projektionsobjektiv (26) und der Schicht (16) ein Verschluss (132) angeordnet ist, der in einer Schließstellung das Heizlicht (HL) so vollständig absorbiert oder reflektiert, dass weniger als 5% des von der Heizlichtquelle erzeugten Heizlichts (HL) auf die Schicht (16) auftreffen kann.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Projektionsobjektiv (26) oder zwischen dem Projektionsobjektiv (26) und der Schicht (16) ein Filterelement (150) angeordnet ist, welches für das Projektionslicht (PL) durchlässig und für das Heizlicht (HL) undurchlässig ist.
Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer Projektionslichtquelle (PLS), die für die Erzeugung von Projektionslicht (PL) eingerichtet ist; b) Bereitstellen einer Heizlichtquelle (HLS), die von der Projektionslichtquelle (PLS) verschieden ist und die für die Erzeugung von Heizlicht (HL) eingerichtet ist, das von dem Projektionslicht (PL) verschieden ist; c) Beleuchten einer Maske (14) mit dem Projektionslicht (PL); d) Abbilden der Maske (14) auf eine Schicht (16) mit Hilfe eines katoptrischen Projektionsobjektivs (26), das mehrere Abbildungsspiegel (M1 bis M6) enthält, wobei ein reflektierendes Umschaltelement (122; 222; 322; 14; 14, 140) sich in einer ersten Position befindet, in der nur das Projektionslicht (PL) und nicht das Heizlicht (HL) in das Projektionsobjektiv (26) eintreten kann; e) Verfahren des Umschaltelements (122; 222; 322; 14; 14, 140) in eine zweite Position, in der nur das Heizlicht (HL) und nicht das Projektionslicht (PL) in das Projektionsobjektiv (26) eintreten kann; f) Richten des Heizlichts (HL) auf das Projektionsobjektiv (26) derart, dass das Heizlicht (HL) in das Projektionsobjektiv (26) eintritt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei dass Heizlicht (HL) während Zeitintervallen in das Projektionsobjektiv (26) eintritt, in denen ein Substrat (18), das die Schicht (16) trägt, gegen ein anderes Substrat (18) ausgetauscht wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Maske (14) während des Schritts d) in einem Scanvorgang verfahren wird, und wobei das Heizlicht (HL) zwischen zwei aufeinander folgenden Scanvorgängen in das Projektionsobjektiv (16) eintritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Heizlicht (HL) nur auf Bereiche (130; 142) auf den Abbildungsspiegeln (M1 bis M6) fällt, auf die während des Schritts d) kein Projektionslicht (PL) gefallen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Beleuchtungswinkelverteilung des Heizlichts (HL) in der Objektebene (30) des Projektionsobjektivs (26) an die Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts (PL) in der Objektebene (30) des Projektionsobjektivs (26) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungswinkelverteilung des Heizlichts (HL) in der Objektebene (30) des Projektionsobjektivs (26) so angepasst wird, dass sie zumindest im wesentlichen komplementär zur Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts (PL) in der Objektebene (30) des Projektionsobjektivs (26) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei während des Schritts f) eine zweite Maske (14') abgebildet wird, die von der Maske (14), die während des Schritts d) abgebildet wird, verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite Maske einen Bereich (340) mit einer Fläche hat, von der mindestens 90% das Heizlicht (HL) zu mindestens 90% reflektiert, und wobei der Bereich (340) das gesamte auf die Schicht projizierbare Objektfeld des Projektionsobjektivs (26) überdeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei das Heizlicht (HL) so auf das Projektionsobjektiv (26) gerichtet wird, das es auch auf einen bildseitig letzten Abbildungsspiegel (M6) des Projektionsobjektivs (26) auftrifft.