DE102017208340A1

DE102017208340A1 - Projektionsbelichtungsverfahren und Projektionsobjektiv mit Einstellung der Pupillentransmission

Info

Publication number: DE102017208340A1
Application number: DE102017208340.9A
Authority: DE
Inventors: Toralf Gruner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2018-11-22
Also published as: TW201907446A; US20220026814A1; JP7245173B2; US11906904B2; JP2020520477A; WO2018210691A1; TWI802572B; US11143967B2; US20200081350A1

Abstract

Bei einem Projektionsbelichtungsverfahren zur Belichtung eines strahlungsempfindlichen Substrates (W) mit mindestens einem Bild eines Musters (PAT) einer Maske (M) wird ein Beleuchtungsfeld (OF) der Maske mit einer von einem Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung einer Arbeitswellenlänge λ beleuchtet. Ein in dem Beleuchtungsfeld liegender Teils des Musters wird mit Hilfe des Projektionsobjektivs auf ein Bildfeld (IF) am Substrat projiziert, wobei alle zur Bilderzeugung im Bildfeld beitragenden Strahlen in dem Projektionsobjektiv einen Abbildungsstrahlengang bilden. Zum Einstellen einer örtlichen Intensitätsverteilung in einer Austrittspupille des Projektionsobjektivs werden folgende Schritte durchgeführt:Auswählen mindestens einer optische Fläche (S1) eines optischen Elements (PP) des Projektionsobjektivs als Korrekturfläche undErzeugen von Beugungsstrukturen (DS) in einem optisch genutzten Bereich (UA) der Korrekturfläche gemäß einer vorgebbaren örtlichen Verteilung derart, dass die Beugungsstrukturen im Betrieb einen Anteil der Intensität der auf die Beugungsstrukturen fallenden Strahlen mittels Beugung in unkritische Bereiche außerhalb des Abbildungsstrahlengangs lenken.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Projektionsbelichtungsverfahren zur Belichtung eines strahlungsempfindlichen Substrates mit mindestens einem Bild eines Musters einer Maske gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Projektionsobjektiv gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Korrekturelements mit einer Korrekturfläche, die eine örtlich variierende Transmission aufweist.
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen, wie zum Beispiel Masken für die Photolithographie werden heutzutage überwiegend mikrolithographische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) oder andere Mustererzeugungseinrichtungen verwendet, die ein Muster einer abzubildenden Struktur tragen oder bilden, zum Beispiel ein Linienmuster einer Schicht (Layer) eines Halbleiterbauelementes. Das Muster wird in einer Projektionsbelichtungsanlage zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv im Bereich einer Objektebene des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vom Beleuchtungssystem bereit gestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch das Muster veränderte Strahlung läuft als Projektionsstrahlung durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster auf den zu belichtenden Wafer oder das zu belichtende Substrat in verkleinertem Maßstab abbildet. Die Oberfläche des Wafers ist in einer zur Objektebene optisch konjugierten Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnet. Der Wafer ist in der Regel mit einer strahlungsempfindlichen Schicht (Resist, Photolack) beschichtet.
Eines der Ziele bei der Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen besteht darin, Strukturen mit zunehmend kleineren Abmessungen auf dem Wafer lithographisch zu erzeugen. Kleinere Strukturen führen zum Beispiel bei Halbleiterbauelementen zu höheren Integrationsdichten, was sich im Allgemeinen günstig auf die Leistungsfähigkeit der hergestellten mikrostrukturierten Bauelemente auswirkt. Hierfür werden Projektionsobjektive mit einer guten Abbildungsleistung benötigt.
Optische Abbildungssysteme, wie z.B. Projektionsobjektive für die Mikrolithographie, können eine gute Abbildungsleistung erbringen, wenn die während des Betriebs erreichte komplexe Amplitude im Bildfeld im Rahmen der Toleranzen mit der gemäß Spezifikation angestrebten komplexen Amplitude im Bildfeld übereinstimmt. Die komplexe Amplitude kann mithilfe einer Phase und eines Absolutanteils (bzw. eines Betrags) beschrieben werden. Die Phase der komplexen Amplitude wird oft auch als Wellenfront beschrieben. Vom Absolutanteil der komplexen Amplitude ist unter anderem dessen Verlauf über die Pupille von Bedeutung. Dieser Verlauf über die Pupille beschreibt die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille eines optischen Abbildungssystems. Diese Intensitätsverteilung kann quantitativ durch die Pupillentransmissionsfunktion beschrieben werden, welche die Gesamttransmission als Funktion von Pupillenkoordinaten beschreibt.
Die Pupillentransmissionsfunktion bzw. die dazu korrespondierende Intensitätsverteilung in der Austrittspupille eines optischen Abbildungssystems kann gezielt verändert werden, z.B. durch eine optische Filterung mittels eines Filters, das in oder nahe einer Pupillenebene in den Abbildungsstrahlengang eingeführt wird und einen örtlichen Transmissionsverlauf bzw. eine Variation der Transmission über den wirksamen Querschnitt des Filters aufweist. Eine derartige Filterung wird gelegentlich als Pupillenfilterung oder als Apodisierung bzw. Apodisation bezeichnet.
Gerade in relativ hochaperturigen optischen Abbildungssystemen, wie z.B. Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie, legen verschiedene vom Objektfeld ausgehende Strahlen (bei im Wesentlichen gleicher optischer Weglänge) unterschiedliche geometrische Wege zurück und treffen in stark variierenden Inzidenzwinkeln auf die optischen Flächen von Linsen und anderen optischen Elementen des Abbildungssystems. Strahlen, die entlang der optischen Achse oder auf der gesamten Länge relativ nahe der optischen Achse verlaufen, erfahren meist eine größere Absorption innerhalb des optischen dichten Linsenmateriales als Strahlen, die überwiegend am Rande der Linsen verlaufen. Umgekehrt können gerade bei Randstrahlen besonders hohe Inzidenzwinkel an den optischen Flächen auftreten, wodurch für diese Strahlen in der Regel höhere Reflexionsverluste entstehen als für Strahlen, die zumindest annähernd senkrecht durch die optischen Flächen treten. Somit ist u.a. ersichtlich, dass unterschiedliche Strahlen, die von ein und demselben Objektpunkt ausgehen, bei ihrem Weg durch das optische Abbildungssystem eine unterschiedliche Gesamttransmission „sehen“. Dieser Effekt kann durch die „Pupillentransmission“ bzw. die zugehörige Pupillentransmissionsfunktion repräsentiert werden.
Speziell bei der Nutzung von phasenschiebenden Masken („Levinson“-Typ), bei denen keine erste Beugungsordnung erzeugt wird, kann der Einfluss der Pupillentransmissionsfunktion auf die Abbildungsqualität ausgeprägt sein. Durch das optische Design bedingte Variationen der Flächeneinfallswinkel (Inzidenzwinkel) der Strahlen an den optischen Flächen, Variationen bei der Schichtherstellung optischer Beschichtungen, Variationen im Linsenmaterial sowie eventuelle Kontaminationen an optischen Flächen sind typische Einflussfaktoren, die zu Änderungen der Pupillentransmissionsfunktion führen können. Es besteht Bedarf an Möglichkeiten zur Kompensation derartiger unerwünschter Effekte.
Die US 2008/0094599 A1 beschreibt u.a. ein Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in der Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in die Bildebene des Projektionsobjektivs, bei dem zwischen der Objektebene und der Bildebene eine Vielzahl von optischen Komponenten angeordnet ist, wobei mindestens eine der optischen Komponenten ein Substrat hat, bei dem mindestens eine Substratoberfläche mit einem Interferenzschichtsystem belegt ist, das über einen nutzbaren Querschnitt der optischen Komponente eine starke räumliche Modulation des Reflexionsgrades und/oder des Transmissionsgrades aufweist, wobei die Modulation derart an eine räumliche Transmissionsverteilung der übrigen Komponenten des Projektionsobjektivs angepasst ist, dass eine in einer Pupillenebene vorliegende Intensitätsverteilung der Strahlung im Vergleich zu einem Projektionsobjektiv ohne das Interferenzschichtsystem eine wesentlich verringerte räumliche Modulation aufweist.
Die WO 2013/050198 A1 beschreibt u.a. ein Verfahren zur Einstellung der Intensitätsverteilung in einem optischen System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Bei dem Verfahren wird auf wenigstens einer Oberfläche eines in dem optischen System angeordneten optischen Elements eine transmissionsbeeinflussende Schicht erzeugt, z.B. in Form einer Kontaminationsschicht mit Kohlenwasserstoffverbindungen. Danach erfolgt ein partielles Beseitigen dieser Schicht durch Bestrahlen eines Teils der Schicht derart, dass das optische Element infolge des verbleibenden Anteils der Schicht eine vorbestimmte Transmissionsverteilung aufweist.
In der WO 03/092256 A2 werden Projektionsverfahren und Projektionssysteme mit optischer Filterung beschrieben. Dabei wird ein Abbildungssystem verwendet, bei dem zwischen Objektebene und Bildebene eine Vielzahl optischer Elemente sowie mindestens eine Pupillenebene angeordnet ist, die Fourier-transformiert zu Feldebenen des Abbildungssystems ist. Im Bereich einer Feldebene wird eine winkelselektive optische Filterung mit Hilfe eines optischen Filterelements durchgeführt, dessen winkelabhängige Filterfunktion als Funktion einer gewünschten ortsabhängigen Filterfunktion für den Bereich der Pupille berechnet ist. Damit kann die Pupillentransmissionsfunktion bzw. die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille beeinflusst werden.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur gezielten Beeinflussung der Intensitätsverteilung in der Austrittspupille eines optischen Abbildungssystems bereitzustellen, ohne andere für die Abbildung wichtige Eigenschaften, wie z.B. die Wellenfront, in störender Weise zu beeinflussen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Projektionsbelichtungsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1, ein Projektionsobjektiv mit den Merkmalen von Anspruch 12 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Korrekturelements mit einer örtlich variierenden Transmission mit den Merkmalen von Anspruch 11.
Der Erfinder hat u.a. erkannt, dass es vorteilhaft sein kann, zum Zwecke der Beeinflussung der Intensitätsverteilung in der Austrittspupille eines optischen Abbildungssystems Beugungsstrukturen, also für das Licht der Arbeitswellenlänge beugend wirkende (diffraktive) Strukturen, in geeigneter örtlicher Verteilung an einer als Korrekturfläche vorgesehenen optischen Fläche im Abbildungsstrahlengang anzubringen. Diese beugenden Strukturen entfernen in denjenigen Zonen, in denen sie vorgesehen sind, mittels Beugung überschüssiges Licht aus dem Abbildungsstrahlengang. Anders als bei Graufiltern wird dieses Licht aber nicht an Ort und Stelle der Beugungsstrukturen, d.h. an der Korrekturfläche des optischen Elements, absorbiert, sondern es kann bei geeigneter Auslegung der Beugungsstrukturen in einen oder mehrere unkritische Bereiche gelenkt werden, die thermisch von den optisch wirksamen Elementen im Abbildungsstrahlengang entkoppelt sind. Mit Hilfe einer durch Beugung wirkenden Auskopplung von Strahlungsanteilen kann eine Veränderung bzw. Korrektur der Intensitätsverteilung in der Austrittspupille im Wesentlichen ohne schädliche Elementerwärmung erreicht werden.
Ein optisches Element, das wenigstens eine Korrekturfläche mit derartigen Beugungsstrukturen aufweist, wird in dieser Anmeldung auch als „Korrekturelement“ bezeichnet.
Die Beugungsstrukturen sind dafür ausgelegt, eine substantielle Veränderung bzw. Korrektur der Intensitätsverteilung in der Austrittspupille des Projektionsobjektivs zu bewirken. Sie unterscheiden sich dadurch strukturell und funktionell von beugenden Strukturen, die für andere Zwecke ausgelegt sind.
Beispielsweise ist es bekannt, in Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie diffraktive optische Elemente (DOE) zum Zwecke der chromatischen Korrektur, also zur Korrektur von chromatischen Aberrationen (Farbfehlern) einzusetzen. Der Fachartikel „Use of Diffractive Lenses in Lithographic Projection Lenses“ von H-J Rostalski, A. Epple und H. Feldmann in: International Optical Design, Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2006), paper WD4, beschreibt, dass diffraktive Linsen zur chromatischen Korrektur genutzt werden können und ohne eigenen Beitrag zur Bildfeldkrümmung auch die Petzval-Korrektur erleichtern können.
Die GB 2 248 491 A beschreibt katadioptrische Projektionsobjektive mit gefalteten Strahlengang und einem Konkavspiegel, bei denen in einem von der Strahlung doppelt durchtretenen Bereich in der Nähe des Konkavspiegels ein in gegenläufige Richtungen durchstrahltes diffraktives optisches Element für eine effiziente chromatische Korrektur angeordnet ist.
Die EP 1 256 821 A2 (entsprechend US 2005/0073746 A1 ) beschreibt ein diffraktives optisches Element mit einer Mehrzahl von Beugungsstrukturen, die jeweils eine in der Ebene des diffraktiven optischen Elements gemessene Breite und eine senkrecht dazu gemessene Höhe aufweisen, wobei die Breiten und die Höhen der Beugungsstrukturen über die Fläche des diffraktiven optischen Elements derart gegenläufig variieren dass breitere Beugungsstrukturen eine geringere Höhe aufweisen als weniger breite Beugungsstrukturen. Dadurch werden die verhältnismäßig geringen Beugungsverluste im Bereich der breiten Strukturen erhöht und so an die verhältnismäßig großen Beugungsverluste im Bereich der weniger breiten Strukturen derart angeglichen, dass ein diffraktives optisches Elementmit einer über seine Fläche gleichbleibenden lokalen Beugungseffizienz resultiert. Beschrieben wird auch eine optische Anordnung, bei der zusätzlich zu einem diffraktiven optischen Element mit diffraktiven Strukturen variierender Breite ein Neutralfilter (Graufilter) vorgesehen ist.
Die DE 10 2006 028 242 A1 beschreibt katadioptrische und refraktive Projektionsobjektive mit zwei Zwischenbildern, bei denen in der Nähe der der Objektebene nächsten, ersten Pupillenebene ein diffraktives optisches Element angeordnet ist. Dadurch wird positive Brechkraft eingeführt, wodurch refraktive Brechkraft an anderer Stelle eingespart werden kann. Damit kann eine Reduzierung der maximalen Durchmesser der refraktiven Linsen erreicht werden. Ein ebenfalls vorhandener Einfluss auf den Farblängsfehler wird diskutiert.
Ein diffraktives optisches Element zur chromatischen Korrektur beugt idealerweise komplett in den Abbildungsstrahlengang (Nutzstrahlengang), während ein diffraktives optisches Element zur Korrektur der Pupillenintensitätsverteilung einen Teil des Lichts kontrolliert aus dem Abbildungsstrahlengang herausbeugt.
Ein diffraktives Element zur chromatischen Korrektur zielt auf eine einzelne Beugungsordnung, jenes zur Pupillenintensitätskorrektur lässt einen ersten Anteil in nullter Beugungsordnung durch und beugt mindestens einen zweiten Anteil (oft aber auch mehr) in erste und/oder höhere Ordnungen, wobei beide Anteile über 1 Promille, bevorzugt über einem Prozent liegen (ggf. Maximum über den Ort auf der Komponente).
Um einen gezielten reproduzierbaren Eingriff in die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille sicherzustellen, sind die Beugungsstrukturen vorzugsweise so ausgelegt, dass mehr als 40% der gebeugten Strahlung nicht bis in das Bildfeld gelangen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehr als 60% oder sogar mehr als 80% des gebeugten Lichts (außerhalb der nullten Beugungsordnung) das Bildfeld nicht erreichen.
Die Beugungsstrukturen im optisch genutzten Bereich der Korrekturfläche können insbesondere derart ausgelegt sein, dass mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist, vorzugsweise mehrere oder alle:

• Die höchste Beugungsintensität liegt in der nullten Beugungsordnung vor und die von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung mit der höchsten Beugungsintensität verlässt den Abbildungsstrahlengang (Nutzstrahlengang), wird also in unkritische Bereiche außerhalb des Abbildungsstrahlengangs gebeugt.
• Die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille wird im Vergleich zu einer Anordnung ohne Beugungsstrukturen so verändert, dass sich die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille um mehr als 0.2%, vorzugsweise um mehr als 2%, insbesondere um mehr als 10% (im Berg-Tal-Wert, peak-to-valley-Wert) verändert. Insbesondere können diese Grenzen für die nicht-rotationssymmetrischen Beiträge der Intensitätsverteilung gelten.
• Teilbereiche mit einem Flächenanteil von mehr als 5%, vorzugsweise mehr als 10%, insbesondere mehr als 15% des optisch genutzten Bereichs der Korrekturfläche tragen keine Beugungsstrukturen.
• Der RMS-Wert des nicht-rotationssymmetrischen Anteils der Beugungsstrukturen (gegeben z.B. durch den RMS-Wert der nicht-rotationssymmetrischen Anteile einer Höhenvariation diffraktiver Strukturen und/oder einer Brechzahlvariation o.dgl.) übersteigt den RMS-Wert des rotationssymmetrischen Anteils.

Die Beugungsstrukturen können derart ausgelegt und angeordnet sein, dass ein wesentlicher Anteil der mittels der Beugungsstrukturen gebeugten Anteile (z.B. mehr als 50% oder mehr als 60% oder mehr als 70% dieser Anteile) in den unkritischen Bereichen durch mindestens eine reflexionsarme Strahlungsauffangeinrichtung aufgefangen wird. Die auf diffraktivem Wege lokal an der Korrekturfläche ausgekoppelten Strahlungsanteile können zum Beispiel an einer Aperturblende, an einer Feldblende, an einer Falschlichtblende, an einer Fassungskomponente für ein optisches Element, an Rändern von Durchbrüchen und/oder an anderen, gegebenenfalls eigens nur für diesen Zweck bereitgestellten reflexionsarmen Strahlauffangeinrichtungen aufgefangen werden. Um Reflexion gebeugter Strahlungsanteile an einer reflexionsarmen Strahlungsauffangeinrichtung weitgehend zu unterdrücken, kann diese zumindest in einem der gebeugten Strahlung ausgesetzten Bereich eine gesonderte, für die Arbeitswellenlänge absorbierend wirkende Beschichtung oder eine andere absorbierende Struktur aufweisen.
Vorzugsweise ist eine reflexionsarme Strahlungsauffangeinrichtung wenigstens 5 mm von dem optischen Element mit der Korrekturfläche entfernt angeordnet. Der Abstand kann auch größer sein, beispielsweise mindestens 10 mm oder mindestens 20 mm. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine eventuelle Absorption von gebeugten Strahlungsanteilen und eine damit verbundene Temperaturerhöhung an den betroffenen Stellen keinen oder nur einen verschwindend geringen Einfluss auf den optisch genutzten Bereich der Korrekturfläche bzw. des mit der Korrekturfläche versehenen optischen Elements hat. Dadurch können indirekte thermisch verursachte Systemaberrationen aufgrund der diffraktiven Auskopplung von Strahlungsanteilen weitestgehend vermieden werden.
Um eine wirksame Auskopplung von Strahlungsanteilen mittels Beugung mit ausreichend großen Beugungswinkeln zu erhalten, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass die Beugungsstrukturen ein Muster mit dichten Linien aufweisen, welche einen Linienabstand aufweisen, der kleiner als das Zehnfache der Arbeitswellenlänge ist. Insbesondere kann der Linienabstand bzw. die Periode innerhalb der Bereiche mit dichten Linien weniger als das Fünffache der Arbeitswellenlänge oder weniger als das Doppelte der Arbeitswellenlänge betragen. Die hierdurch erzielbaren Beugungswinkel sind in der Regel ausreichend, um die auszukoppelnden Strahlungsanteile an benachbarten optischen Elementen vorbei in unkritische Bereiche außerhalb des Abbildungsstrahlengangs zu lenken. Der Linienabstand kann z.B. weniger als 400 nm oder weniger als 200 nm betragen.
Die dichten Linien können beispielsweise parallel zueinander geradlinig verlaufen, wodurch sich eine Beugungsrichtung in einer Ebene senkrecht zum Verlauf der Linien vorgeben lässt. Es ist auch möglich, die Beugungsstrukturen teilweise oder vollständig mithilfe kreisförmig gekrümmter Linien zu bilden, beispielsweise in Form von konzentrischen Kreisen, deren Linienabstand dann in Radialrichtung gemessen wird.
Im Hinblick auf die Vermeidung von Elementerwärmung ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass die Beugungsstrukturen teilweise oder vollständig als Phasengitter ausgelegt sind. Phasengitter lassen sich beispielsweise durch lokale Kompaktierung von Quarzmaterial mittels lokal fokussierter Laserpulse erzeugen, wodurch sich die Materialbrechzahl im bestrahlten Bereich gegenüber benachbarten nicht bestrahlten Bereichen ändert und ein Phasengitter realisiert wird. Diese Art der Erzeugung von Phasengittern im Material des optischen Elements ist gegebenenfalls sogar durch eine Antireflexbeschichtung oder eine reflektierende Beschichtung hindurch möglich.
Alternativ oder ergänzend zu Beugungsstrukturen, die mit Phasengittern oder als Phasengitter ausgelegt sind, können auch Beugungsstrukturen in Form von Amplitudengittern eingesetzt werden. Die Linien eines Amplitudengitters können beispielsweise durch geeignete linienartige Beschichtung erzeugt werden. Zwar kann es sein, dass bei Amplitudengittern ein gewisser Anteil der auftreffenden Strahlung absorbiert wird, dieser Absorptionsanteil ist jedoch niedriger als bei Graufiltern mit großflächiger Absorptionsbeschichtung, so dass auch Amplitudengitter grundsätzlich als Beugungsstrukturen verwendet werden können.
Um an einer Korrekturfläche die gewünschte örtliche Verteilung der Beugungswirkung einzustellen, können unterschiedliche Parameter der Beugungsstrukturen entsprechend gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass an der Korrekturfläche Bereiche mit Beugungsstrukturen neben Bereichen ohne Beugungsstrukturen liegen. Es kann also sein, dass nur ein Teil einer Korrekturfläche mit Beugungsstrukturen belegt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann es sein, dass in denjenigen Bereichen, in denen Beugungsstrukturen vorgesehen sind, die Beugungsstrukturen untereinander alle identisch sind, so dass die örtliche Verteilung der Beugungswirkung in erster Linie durch die örtliche Verteilung der Beugungsstrukturen selbst beeinflusst wird. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass Beugungsstrukturen mit unterschiedlicher Dichte pro Flächeneinheit an der Korrekturfläche erzeugt werden. Somit ist es möglich, innerhalb von Bereichen mit Beugungsstrukturen lokal unterschiedliche Beugungswirkungen zu erzielen.
Bei der Auswahl geeigneter Orte zum Anbringen einer Korrekturfläche und zum Anbringen von reflexionsarmen Strahlauffangeinrichtungen können Besonderheiten des Aufbaus von Projektionsobjektiven berücksichtigt werden. Ein Projektionsobjektiv kann z.B. so ausgelegt sein, dass es das Objektfeld ohne Zwischenabbildung unmittelbar in das Bildfeld abbildet. Es ist auch möglich, dass das Projektionsobjektiv derart konfiguriert ist, dass zwischen der Objektebene und der Bildebene mindestens ein reelles Zwischenbild im Bereich einer Zwischenbildebene erzeugt wird. In diesen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn das mit der Korrekturfläche versehene optische Element (d.h. das Korrekturelement) an oder in der Nähe einer Pupillenebene zwischen der Objektebene und dem Zwischenbild angeordnet ist. In diesem Fall kann die gebeugte Strahlung teilweise oder vollständig mittels einer Feldblende oder einer Streulichtblende im Bereich des Zwischenbilds abgefangen werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, mindestens ein optisches Element mit einer mit Beugungsstrukturen versehenen Korrekturfläche optisch in der Nähe einer Feldebene des Projektionsobjektivs anzubringen, beispielsweise in der Nähe der Objektebene oder, sofern ein reelles Zwischenbild gebildet wird, in der Nähe des Zwischenbilds. Vorzugsweise ist das mit Korrekturfläche versehene optische Element im Abbildungsstrahlengang vor der Aperturblende angeordnet, so dass die Aperturblende als reflexionsarme Strahlungsauffangeinrichtung genutzt werden kann.
Hochleistungsfähige Projektionsobjektive für Waferscanner, z.B. katadioptrische Projektionsobjektive, haben häufig ein rechteckförmiges (effektives) Objektfeld, das oft nicht zur optischen Achse zentriert, sondern dezentriert (off-axis) liegt. Wenn das Objektfeld und das Bildfeld schlitzförmig mit einem Aspektverhältnis größer als eins zwischen einer Feldbreite in einer ersten Richtung und einer Feldhöhe in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung ist, kann es günstig sein, wenn Strukturorientierungen von Strukturelementen der Beugungsstrukturen derart ausgelegt sind, dass die Beugungsstrukturen überwiegend oder ausschließlich in die zweite Richtung beugen. Hierdurch kann selbst mit relativ kleinen Beugungswinkeln bereits eine zuverlässige vollständige Ausblendung unerwünschter Strahlungsanteile erzielt werden.
Mithilfe der Beugungsstrukturen ist es möglich, die örtliche Intensitätsverteilung in der Austrittspupille des Projektionsobjektivs gezielt zu beeinflussen. Diese Intensitätsverteilung kann somit bei Anwesenheit einer Korrekturfläche anders sein als in Abwesenheit der Korrekturfläche. Diese Möglichkeit kann genutzt werden, um eine Vergleichmäßigung der Intensitätsverteilung in der Austrittspupille zu erzielen, also die Variation zu reduzieren. Es ist grundsätzlich auch möglich, die Variation zu verstärken oder eine andersartige Variation mit anderem Verlauf der Pupillentransmissionsfunktion einzustellen. Häufig wird jedoch der Korrekturaspekt im Vordergrund stehen.
Bei manchen Varianten wird eine Pupillentransmission des Projektionsobjektivs ohne Korrekturfläche durch Messung bestimmt, wobei die Beugungsstrukturen derart ausgebildet werden, dass ein ortsabhängiger Beugungsverlauf erzeugt wird, der bei Anordnung der Korrekturfläche im Abbildungsstrahlengang eine Variation der Pupillentransmission gegenüber einer Konfiguration ohne Korrekturfläche verringert. Diese Reduzierung der Variation wird hier auch als „Vergleichmäßigung“ bezeichnet, auch wenn die resultierende Pupillentransmissionsfunktion zwischen unterschiedlichen Werten der Pupillentransmission variiert, also nicht gleichmäßig ist.
Im Rahmen der Umsetzung der Erfindung kann ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements mit einer Korrekturfläche durchgeführt werden, die eine örtlich variierende Transmission aufweist. Die örtlich variierende Transmission wird wesentlich durch die Art der Beugungsstrukturen und deren örtliche Verteilung an der Korrekturfläche bestimmt. Das optische Element ist zur Verwendung an einer vorgebbaren Position in einem Abbildungsstrahlengang eines optischen Abbildungssystems vorgesehen. Für die Auslegung kann man beispielsweise folgendermaßen vorgehen.
In einem Schritt a) - Auswahlschritt - wird eine Position mindestens einer mit Beugungsstrukturen zu versehenen Korrekturfläche im Abbildungsstrahlengang ausgewählt.
In einem Schritt b) - Zuordnungsschritt - erfolgt eine Ermittlung einer Zuordnung zwischen der Position der Korrekturfläche im Abbildungsstrahlengang und einem feldabhängigen Pupillenort.
Dies kann z.B. folgendermaßen verstanden werden. Ein Punkt auf einer optischen Fläche entspricht an jedem Feldpunkt x_i, von dessen Subapertur er gesehen wird, einem Ort in der Pupille: p_i (x_i). Für verschiedene solche Feldpunkte x_i, x_j ... etc. wird allgemein gelten: p_j (x_j) ≠ p_i (x_i). Es ist möglich, z.B. eine Wanderungsgeschwindigkeit v zu definieren gemäß: $v = (p_{i} (x_{i}) - p_{i + 1} (x_{i + 1})) / (x_{i} - x_{i + 1}) .$
Diese hängt vom Ort der optischen Fläche (im optischen System ab). Ist |v| vergleichsweise groß, so liegt die Fläche feldnah. Ist |v| ≈ 0, so liegt die Fläche pupillennah. Die Wanderungsgeschwindigkeit ist nur ein Beispiel. Andere Charakteristika sind denkbar (z.B. andere Funktionsverläufe) und sollen passend zum optischen System ausgewählt werden. Solche Größen korrelieren mit dem Subaperturverhältnis. Normalerweise wird ein korrekturwürdiges Verhalten in der Austrittspupille irgendwo im optischen System erzeugt, oftmals auf oder nahe einer Fläche darin. Dieser lässt sich ein Subaperturverhältnis zuordnen, welches dann mit der Wanderungsgeschwindigkeit oder einem anderen Charakteristikum, welches auf Basis der feldabhängigen Pupillenintensitätsverteilung definiert ist, korreliert.
Für den Schritt b) können beispielsweise Strahlsimulationen durchgeführt werden. Ist die betreffende Fläche z.B. in einer Pupillenebene des optischen Abbildungssystems angeordnet, so wird jedem Ort auf der Fläche ein fester Ort in der Austrittspupille des optischen Abbildungssystems entsprechen, der nicht mit dem Feldort variiert. In vielen Fällen wird die als Korrekturfläche vorgesehene Fläche nicht exakt in einer Pupillenebene positioniert sein. In diesen Fällen würde sich der zugeordnete Punkt in der Austrittspupille in Abhängigkeit von der Lage des Feldpunkts ändern.
Damit der Ist-Zustand des optischen Abbildungssystems vor Einführung einer Korrektur bekannt ist, wird in Schritt c) - Messschritt - eine Messung der örtlichen Intensitätsverteilung in der Austrittspupille für unterschiedliche Feldpunkte im Bildfeld, d.h. in Abhängigkeit vom Feldort im Bildfeld, durchgeführt. Der Messschritt kann in einem geeigneten Messsystem durchgeführt werden.
In einem Schritt d) - Verlaufsermittlungsschritt - wird ein Soll-Ablenkungsverlauf ermittelt, der eine angestrebte örtliche Verteilung der Ausblendung von Strahlungsintensität mittels Beugung repräsentiert, die erforderlich ist, um den angestrebten Soll-Verlauf der örtlichen Intensitätsverteilung in der Austrittspupille zu erhalten. Nach Durchführung dieses Verfahrensschritts ist im Prinzip bekannt, an welchen Orten der Korrekturfläche bzw. in welchen Teilbereichen Beugungsstrukturen vorgesehen sein sollten und wie stark diese mittels Beugung Strahlungsintensität aus dem Abbildungsstrahlengang entfernen sollten. Bei der Durchführung dieses Schritts kann zum Beispiel die örtliche Intensitätsverteilung in der Austrittspupille für jeden Feldpunkt bzw. für ausgewählte Feldpunkte in Zernike-Polynome über die Pupille entwickelt werden. Danach können anhand der in Schritt b) ermittelten Zuordnung zum Beispiel im Rahmen einer Tychonow-Optimierung oder einer QuadProg-Optimierung Verläufe ermittelt werden, welche eine aus den Zernike-Koeffizienten zusammengesetzte Zielfunktion minimieren.
Das Ergebnis dieses Optimierungsschritts kann in einem optionalen Vergleichsschritt mit der geltenden Spezifikation für die örtliche Intensitätsverteilung in der Austrittspupille verglichen werden. Wird nach der Korrektur die Spezifikation nicht erreicht, so können eine oder mehrere zusätzliche Korrekturflächen hinzugenommen werden. Wird in der Optimierungsoperation die Vorgabe aus der Spezifikation ohne Schwierigkeiten erreicht, kann versucht werden, eine oder mehrere Korrekturflächen wegzulassen und damit Komplexität, Kosten, Dauer und Fehleranfälligkeit des Korrekturprozesses zu reduzieren. Als Ergebnis dieses gegebenenfalls iterativen Prozesses wird eine Liste mit Korrekturflächen und zugehörigen Verläufen (Soll-Ablenkungsverläufe) der jeweils auszublendenden Lichtmenge generiert. Diese Liste kann eine einzige Korrekturfläche oder mehrere Korrekturflächen an unterschiedlichen Positionen aufweisen, beispielsweise zwei oder drei oder vier Korrekturflächen.
Nach diesem Verfahrensschritt ist bekannt, an welchen Korrekturflächen und welchen Orten der Korrekturflächen Strahlungsintensität mittels Beugung aus dem Abbildungsstrahlengang ausgeblendet werden sollte, um in dem Projektionsobjektiv die gewünschte örtliche Intensitätsverteilung in der Austrittspupille zu erzielen. Es ist noch zu ermitteln, wie die hierfür geeigneten Beugungsstrukturen aussehen und verteilt sind.
Hierzu wird in Schritt e) - Winkelspektren-Ermittlungsschritt - ein erstes Spektrum mit Inzidenzwinkeln von an einem Flächenort der Korrekturfläche eintreffenden Strahlen ermittelt. Weiterhin wird ein zweites Spektrum mit Ausfallswinkeln von Strahlen ermittelt, die von dem Flächenort in Richtung des Bildfelds ausgehen. Im zweiten Spektrum liegen somit die Strahlwinkel derjenigen Strahlen, die ausgehend von der Korrekturfläche innerhalb des Abbildungsstrahlengangs ins Bildfeld gelangen und zur Bilderzeugung beitragen würden. Die gebeugte Lichtintensität sollte nicht in Richtungen innerhalb des zweiten Spektrums gelenkt werden. Vorzugsweise wird ein drittes Spektrum mit Ausfallswinkeln von Strahlen ermittelt, die von dem Flächenort in Richtung eines unkritischen Bereichs führen. Durch Schritt e) wird somit erreicht, dass bekannt ist, in welche Richtungen die zu erzeugenden Beugungsstrukturen beugen dürfen und welche Beugungsrichtungen vermieden werden sollen.
Basierend auf dem Ergebnis dieses Verfahrensschritts werden in Schritt f) - Strukturermittlungsschritt - Strukturperioden und Strukturorientierungen von Beugungsstrukturen ermittelt, welche für Strahlen der Arbeitswellenlänge eine Beugung in Richtungen bzw. in Winkel außerhalb des zweiten Spektrums, insbesondere innerhalb des dritten Spektrums, erzeugen. Dies kann ausgehend von der Arbeitswellenlänge λ mittels der Bragg-Gleichung $n λ = 2 d sin α$
erfolgen, wobei n die Beugungsordnung, λ die Arbeitswellenlänge, d die Strukturperiode und α der Beugungswinkel ist. Dabei werden nur diejenigen Strukturperioden und Strukturorientierungen als mögliche Strukturparameter für die Beugungsstrukturen berücksichtigt, für die für alle bei der Nutzung (im Betrieb) auftretenden Inzidenzwinkel an der Korrekturfläche die Beugungswinkel der Beugungsordnungen (ungleich null) so geartet sind, dass das gebeugte Licht in unkritische Bereiche gelenkt wird.
In einem Schritt g) - Beugungsintensitäts-Ermittlungsschritt - wird eine ortsabhängige Beugungsintensität der Beugungsstrukturen ermittelt, die zur Erzielung des Soll-Ablenkungsverlaufs führt. Die Beugungsintensität wird ortsabhängig so gewählt, dass gerade der gewünschte Verlauf an ausgeblendetem Licht resultiert. Diese Intensität kann beispielsweise in eine Amplitude der beugenden Strukturen umgerechnet werden, welche gerade die gewünschte Beugungsintensität liefert. In der Regel kann die Intensitätsänderung Δl, die durch die Beugung bewirkt werden soll, mit der Näherung $Δ I \approx 2 π h/ λ$
quantitativ beschrieben werden. Hierbei ist h die Amplitude der optischen Weglängenänderung. Diese Näherung gilt für die hier betrachtete Situation in der Regel mit hinreichender Genauigkeit, da in der Regel nur ein relativ kleiner Anteil der Intensität der einfallenden Strahlung mittels Beugung aus dem Abbildungsstrahlengang ausgeblendet werden soll.
Alternativ oder ergänzend kann die Beugungsintensität mit im Stand der Technik bekannten rigorosen Methoden mit erhöhter Genauigkeit ermittelt werden. Solche Methoden sind u.a. modenbasiere Rechnungen, finite-Elemente- sowie finite-Differenzen-Verfahren.
Die Ermittlung von Strukturperioden und Strukturorientierungen gemäß Schritt f) und die Ermittlung der ortsabhängigen Beugungsintensität gemäß Schritt g) können zeitlich überlappend oder zeitlich hintereinander durchgeführt werden, wobei die zeitliche Reihenfolge grundsätzlich beliebig ist.
Die Beugungsstrukturen an der Korrekturfläche können danach in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Schritte f) und g) erzeugt werden.
So ist es beispielsweise möglich, dass zur Erzeugung der Beugungsstrukturen ein Phasengitter genutzt wird, das eine besonders geringe Absorption erzeugt. Es können alle Beugungsstrukturen oder nur ein Teil der Beugungsstrukturen als Phasengitter ausgelegt sein. Je nach Anwendungsfall ist es gegebenenfalls auch möglich, dass ein Teil der Beugungsstrukturen oder alle Beugungsstrukturen als Amplitudengitter ausgelegt sind. Ein Amplitudengitter kann beispielsweise durch Aufbringen von Chrom-Strukturen auf die als Korrekturfläche vorgesehene optische Fläche erzeugt werden.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

1 zeigt einen Meridionalschnitt durch eine Ausführungsform eines optischen Abbildungssystems mit einem diffraktivem Korrekturelement;
2 zeigt ein schematisches Diagramm, das die Pupillentransmission des Projektionsobjektivs aus 1 als Funktion der Pupillenkoordinaten dargestellt;
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Projektionsbelichtungsanlage;
4 zeigt einen Meridionalschnitt durch eine Ausführungsform eines katadioptrischen Projektionsobjektivs mit einem diffraktiven Korrekturelement; und
5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf das Korrekturelement aus 4.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Zunächst werden anhand der 1 und 2 einige Grundlagen zum besseren Verständnis von Problemen bei der Verwendung hochleistungsfähiger optischer Abbildungssysteme erläutert Die 1 zeigt einen Meridionalschnitt durch eine Ausführungsform eines optischen Abbildungssystems in Form eines refraktiven (dioptrischen) Projektionsobjektivs PO für eine Mikrolithograhie-Projektionsbelichtungsanlage. In dem Längsschnitt sind nur einige repräsentative Linsen L1, L2, L3, L4 des Projektionsobjektivs gezeigt. Die durch das Projektionsobjektiv erzeugte verkleinernde optische Abbildung eines in der Objektebene OS angeordneten, zur optischen Achse zentrierten Objektfeldes OF in ein in der Bildebene IS liegendes, zur optischen Achse zentrierten Bildfeld IF wird durch zwei Strahlbündel B1 und B2 repräsentiert, von denen eines (Strahlbündel B1) von einem auf der optischen Achse AX liegenden Objektpunkt und das andere (Strahlbündel B2) von einem am weitesten von der optischen Achse entfernten, außeraxialen Objektpunkt ausgeht. Der bei diesem objektseitig und bildseitig telezentrischen Projektionsobjektiv im Wesentlichen senkrecht zur Objektfläche OS abgehende Strahl CR des außeraxialen Strahlbündels B2 ist der Hauptstrahl (chief ray, principal ray) der Abbildung, dessen Schnittpunkt mit der optischen Achse AX die axiale Position der Pupillenebene PPO des Projektionsobjektivs festlegt. In der Nähe der Pupillenebene ist eine Aperturblende AS zur Begrenzung des Strahlbündelquerschnittes im Bereich der Pupille sowie zur Festlegung der genutzten bildseitigen numerischen Apertur NA vorgesehen. Die von den Objektpunkten jeweils zum Rand der Aperturblende gehenden Strahlen werden hier als „Aperturstrahlen“ oder „Randstrahlen“ bezeichnet.
Es ist erkennbar, dass die verschiedenen Strahlen (bei im Wesentlichen gleicher optischer Weglänge) unterschiedliche geometrische Wege zurücklegen und in stark variierenden Inzidenzwinkeln auf die optischen Flächen treffen. Strahlen, die auf der gesamten Länge sehr nahe der optischen Achse oder auf dieser verlaufen, erfahren eine größere Absorption innerhalb des optischen dichten Linsenmateriales als Strahlen, die überwiegend am Rande der Linsen verlaufen. Umgekehrt können gerade bei Randstrahlen besonders hohe Inzidenzwinkel an den optischen Flächen auftreten, wodurch für diese Strahlen in der Regel höhere Reflexionsverluste entstehen als für in der Nähe der optischen Achse verlaufende Strahlen, die zumindest annähernd senkrecht durch die optischen Flächen treten. Somit ist insbesondere ersichtlich, dass unterschiedliche Strahlen, die von ein und demselben Objektpunkt ausgehen, bei ihrem Weg durch das Projektionsobjektiv eine unterschiedliche Gesamttransmission „sehen“.
Dieser Effekt ist in 2 mithilfe der sogenannten „Pupillentransmission“ TP dargestellt, die quantitativ durch eine „Pupillentransmissionsfunktion“ beschrieben werden kann, bei der die Transmission des Projektionsobjektivs als Funktion der normierten Pupillenkoordinate PK aufgetragen ist. Die durchgezogene Linie A repräsentiert den typischen, im Wesentlichen rotationssymmetrischen Verlauf der Pupillentransmission für ein refraktives Projektionsobjektiv. Es ist ersichtlich, dass die Pupillentransmission in der Nähe der optischen Achse (PK=0) einen relativ hohen Wert hat, der zunächst mit steigendem radialen Abstand von der optischen Achse noch zunimmt, bevor bei noch höheren Abständen zur optischen Achse in der Nähe des Randes der Pupille die Transmission deutlich abnimmt.
Betrachtet man das Projektionsobjektiv von einem ausgewählten Bildfeldpunkt (Feldpunkt im Bildfeld IF), so sieht man die Austrittspupille des Projektionsobjektivs für diesen Bildfeldpunkt. Die Pupillentransmission zeigt sich dann als örtliche Verteilung der Intensität in der Austrittspupille des optischen Abbildungssystems. Diese örtliche Verteilung der Intensität kann gleichmäßig sein (keine Intensitätsvariation über die Pupille). In der Regel gibt es jedoch für jeden Bildfeldpunkt eine ungleichmäßige Intensitätsverteilung in der Austrittspupille. Im Allgemeinen variiert die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille auch von Bildfeldpunkt zu Bildfeldpunkt, so dass die Ausleuchtung der Pupille von unterschiedlichen Bildfeldpunkten unterschiedlich erscheint. Dies wird in dieser Anmeldung als Feldabhängigkeit der Intensitätsverteilung in der Austrittspupille bezeichnet.
Eine starke Variation der effektiven Transmission des Projektionsobjektivs für unterschiedliche Strahlverläufe durch das Projektionsobjektiv kann großen Einfluss auf die Abbildungsqualität haben. Eine ausgeprägte Feldabhängigkeit der Intensitätsverteilung in der Austrittspupille kann z.B. Variationen der kritischen Dimensionen erzeugter Strukturen über das Bildfeld (CD-Variationen) verursachen.
Anhand von 2 wird ein mögliches Problem einer ungleichmäßig ausgeleuchteten Austrittspupille näher erläutert. Betrachtet wird ein Projektionsbelichtungsverfahren zur Belichtung eines strahlungsempfindlichen Substrats W mit mindestens einem Bild eines Musters PAT einer Maske M. Die Maske wird zwischen einem in 1 nicht gezeigten Beleuchtungssystem und dem Projektionsobjektiv PO so gehalten, dass das Muster PAT im Bereich der Objektebene OS des Projektionsobjektivs angeordnet ist. Das Substrat W wird so gehalten, dass eine strahlungsempfindliche Oberfläche des Substrats im Bereich der zur Objektebene optisch konjugierten Bildebene IS des Projektionsobjektivs angeordnet ist. Ein Beleuchtungsfeld der Maske wird mit einer von dem Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung der Arbeitswellenlänge λ beleuchtet. Die Lage und Größe des Beleuchtungsfelds bestimmen die Lage und Größe des effektiv genutzten Objektfelds OF.
Ein in dem Beleuchtungsfeld liegender Teil des Musters PAT wird auf das Bildfeld IF in der Bildebene mithilfe des Projektionsobjektivs in der oben beschriebenen Weise übertragen. Das Muster PAT soll im Beispielsfall einen ersten Bereich I mit relativ dicht liegenden Linien und daneben einen zweiten Bereich II mit Linien größeren Linienabstands, also einer gröbere Struktur, haben. Am Beleuchtungssystem wird eine Dipolbeleuchtung eingestellt, die durch zwei diametral zur optischen Achse gegenüberliegende und vollständig außerhalb der optischen Achse liegende Beleuchtungsintensitätsmaxima in der Pupillenebene des Beleuchtungssystems charakterisiert ist. Für die damit erzeugte Beleuchtungsstrahlung wirkt das Muster PAT als Beugungsgitter. Dabei sind die Beugungswinkel des zweiten Bereichs II mit größerer Gitterkonstante (bzw. kleinerer Liniendichte) geringer als diejenigen des ersten Bereichs I mit größerer Liniendichte.
Entsprechend der außeraxialen Lage der Beleuchtungsmaxima der Dipolbeleuchtung liegt die nullte Beugungsordnung „0“ außerhalb der optischen Achse, im Beispielsfall bei einer normierten Pupillenkoordinate von ca. -0,7 (siehe 2). Die außeraxiale Position des Beleuchtungsintensitätsmaximums ist dabei so gewählt, dass die zum zweiten Bereich II mit kleinerer Liniendichte gehörende erste Beugungsordnung 1_II im Wesentlichen symmetrisch zur optischen Achse auf der gegenüberliegenden Seite der Pupille einer Pupillenkoordinate PK = +0,7 liegt. Die größere Liniendichte des ersten Bereichs I führt zu größeren Beugungswinkeln, so dass die zugehörige erste Beugungsordnung 1_I näher am äußeren Rand der Pupille, beispielsweise bei einer Pupillenkoordinate von ca. 0,9 liegt. Diese Randlage der ersten Beugungsordnung zeigt, dass bei der gewählten numerischen Apertur des Projektionsobjektivs die höhere Liniendichte im ersten Bereich I nahe an der Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs liegt.
Die unterschiedlichen Beugungsordnungen werden nun mit der ihrer Position in der Pupille entsprechenden lokalen Pupillentransmission TP übertragen, so dass sich für die Teil-Muster unterschiedlicher Liniendichte unterschiedliche, musterspezifische Werte für die Pupillentransmission und damit auch für die Belichtungsdosis ergeben. Bei dem durch die Kurve A repräsentierten Projektionsobjektiv, bei dem kein aktiver Eingriff zur Einstellung der Intensitätsverteilung in der Austrittspupille vorgenommen wird, können die gröberen Strukturen des zweiten Bereichs II mit relativ höherer Dosis abgebildet werden, da die zur nullten Beugungsordnung und zur zugehörigen ersten Beugungsordnung 1_II gehörenden Pupillentransmissionswerte, die untereinander im Wesentlichen gleich sind, in der Nähe des Maximalwerts der Pupillentransmission liegen. Dagegen ist die Pupillentransmission T_P für die näher am Rand der Pupille liegende erste Beugungsordnung 1_I des feineren Teil-Musters signifikant geringer, so dass die musterspezifische Dosis am Substrat deutlich geringer ist als diejenige für die gröberen Strukturen. Dies trägt im Beispielsfall dazu bei, dass die zugehörigen Linien im belichteten Substrat eine Linienbreite haben, die deutlich größer oder kleiner ist als diejenige der weiter auseinanderliegenden Linien des zweiten Bereichs II. Dadurch ergeben sich Dosisunterschiede, die zu einer signifikanten Variation der kritischen Linienbreiten im belichteten Substrat führen können, wodurch die Abbildungsqualität leidet.
Eine deutliche Verringerung dieses unerwünschten Effekts kann bei dem Ausführungsbeispiel dadurch erreicht werden, dass der Verlauf der Pupillentransmissionsfunktion bzw. die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille des Projektionsobjektivs mithilfe gesonderter Maßnahmen eingestellt wird. Im Beispielsfall von 2 wird die Pupillentransmissionsfunktion so auf den mit „B“ bezeichneten gestrichelt dargestellten Verlauf verändert, dass die Werte der Pupillentransmission im Bereich der Maximalwerte (also dort, wo die nullte und die erste Beugungsordnung für die gröberen Strukturen liegen) im Vergleich zum Projektionsobjektiv ohne aktive Einstellung reduziert werden, und zwar stärker als in demjenigen Bereich, in welchem die erste Beugungsordnung 1_I der feineren Strukturen liegt. Dadurch verringert sich der Unterschied der Pupillentransmission für die unterschiedlich dichten Linien, so dass der oben beschriebene nachteilige Effekt kleiner wird oder gegebenenfalls unterhalb einer kritischen Schwelle bleibt.
Beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 wird dies durch eine besondere Art einer Transmissionsfilterung in der Nähe der Pupillenebene PPO des Projektionsobjektivs, also durch ein Verfahren der Apodisierung, erreicht. Hierzu wird ein optisches Element PP in Form einer transparenten planparallelen Platte ausgewählt, die sich unmittelbar vor der Aperturblende AS in optischer Nähe der Pupillenebene PPO des Projektionsobjektivs PO befindet. Mindestens eine optische Fläche dieses optischen Elements, im Beispielsfall die der Objektebene zugewandte Eintrittsfläche S1, wird als Korrekturfläche ausgewählt. Das optische Element hat einen optisch genutzten Bereich UA (siehe Detailfigur), der entsprechend der Position des optischen Elements in unmittelbarer Nähe der Pupillenebene im Wesentlichen kreisrund ist und die optische Achse AX einschließt, sowie einen außerhalb des optisch genutzten Bereichs liegenden Randbereich, in welchem die Haltestrukturen zum Halten des optischen Elements an diesem angreifen.
Innerhalb des optisch genutzten Bereichs UA werden Beugungsstrukturen DS gemäß einer vorgebbaren örtlichen Verteilung derart erzeugt, dass die Beugungsstrukturen im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage einen Anteil der Intensität der auf die Beugungsstrukturen fallenden Strahlen des Abbildungsstrahlengangs mittels Beugung in unkritische Bereiche außerhalb des Abbildungsstrahlengangs lenken. Die Beugungsstrukturen sind dabei im Beispielsfall so angeordnet, dass in denjenigen Bereichen, die den lokalen Maxima der Pupillentransmissionsfunktion (bei PK=0,7 bzw. PK= -0,7) entsprechen, lokale Maxima der Beugungsintensität liegen, so dass dort die Ausblendung von Lichtintensität mittels Beugung stärker ist als beispielsweise näher an der optischen Achse AX. Durch die örtlich ungleichmäßige Ausblendung von Strahlungsintensität mittels Beugung wird die Pupillentransmission in diesen Bereichen stärker abgesenkt als in der Nähe der optischen Achse (wo sich keine Beugungsstrukturen befinden und daher im Prinzip keine Transmissionsabsenkung stattfindet), so dass der oben beschriebene Effekt der Vergleichmäßigung der Pupillentransmission bzw. der Reduzierung der Variation der Pupillentransmission resultiert. Weil das bereichsweise diffraktiv wirkende optische Element PP eine wenigstens partielle Korrektur der Intensitätsverteilung in der Austrittspupille in Richtung auf eine gleichmäßigere Verteilung bewirkt, wird es auch als Korrekturelement PP bezeichnet.
Die Beugungsstrukturen DS sind im Beispielsfall so ausgelegt, dass mehr als 40% oder mehr als 60% oder sogar mehr als 80% der gebeugten Strahlung nicht bis in das Bildfeld IF gelangen und damit auch die Bilderzeugung nicht stören können. Um zu vermeiden, dass gebeugte Strahlungsanteile durch Reflexion an inneren Flächen des Projektionsobjektivs auf Umwegen ins Bildfeld gelangen, sind im Beispiel von 1 gesonderte reflexionsarme Strahlungsauffangeinrichtungen SI1, SI2 im Inneren des Projektionsobjektivs angebracht. Diese können beispielsweise mit einer für das Licht der Arbeitswellenlänge absorbierenden Beschichtung belegt oder auf andere Weise, beispielsweise durch Oberflächenstrukturierung, strahlungsabsorbierend ausgelegt sein. Die Strahlungsauffangeinrichtungen sind im Beispielsfall in großem Abstand von mehreren Zentimetern vom Korrekturelement PP entfernt angeordnet, so dass eine eventuelle Erwärmung der Strahlungsauffangeinrichtungen nicht durch Wärmeleitung bis zum Korrekturelement PP gelangen kann. Die Ausblendung von Strahlungsanteilen mittels Beugung wirkt weitgehend absorptionsfrei, insbesondere bei Auslegung der Beugungsstrukturen als Phasengitter. Hierdurch kann die Ausblendung von Strahlungsintensitätsanteilen erreicht werden, ohne dass es zu einer nachteiligen und nur schwer kontrollierbaren lokalen Elementerwärmung des optischen Elements PP kommt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird anhand der 3 und 4 erläutert. In 3 ist ein Beispiel einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage WSC gezeigt, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen einsetzbar ist und zur Erzielung von Auflösungen bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung aus dem tiefen Ultraviolettbereich (DUV) arbeitet. Als primäre Strahlungsquelle bzw. Lichtquelle LS dient ein ArF-Excimer-Laser mit einer Arbeitswellenlänge λ von ca. 193 nm. Andere UV-Laserlichtquellen, beispielsweise F₂-Laser mit 157 nm Arbeitswellenlänge oder KrF-Excimer-Laser mit 248 nm Arbeitswellenlänge sind ebenfalls möglich.
Ein der Lichtquelle LS nachgeschaltetes Beleuchtungssystem ILL erzeugt in seiner Austrittsfläche ES ein großes, scharf begrenztes und im Wesentlichen homogen ausgeleuchtetes Beleuchtungsfeld, das an die Telezentrieerfordernisse des im Lichtweg dahinter angeordneten Projektionsobjektivs PO angepasst ist. Das Beleuchtungssystem ILL hat Einrichtungen zur Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungsmodi (Beleuchtungs-Settings) und kann beispielsweise zwischen konventioneller on-axis-Beleuchtung mit unterschiedlichem Kohärenzgrad σ und außeraxialer Beleuchtung (off-axis illumination) umgeschaltet werden. Die außeraxialen Beleuchtungsmodi umfassen beispielsweise eine annulare Beleuchtung oder eine Dipolbeleuchtung oder eine Quadrupolbeleuchtung oder eine andere multipolare Beleuchtung.
Diejenigen optischen Komponenten, die das Licht des Lasers LS empfangen und aus dem Licht Beleuchtungsstrahlung formen, die auf das Retikel M gerichtet ist, gehören zum Beleuchtungssystem ILL der Projektionsbelichtungsanlage.
Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung RS zum Halten und Manipulieren der Maske M (Retikel) so angeordnet, dass das am Retikel angeordnete Muster in der Objektebene OS des Projektionsobjektives PO liegt, welche mit der Austrittsebene ES des Beleuchtungssystems zusammenfällt und hier auch als Retikelebene OS bezeichnet wird. Die Maske ist in dieser Ebene zum Scannerbetrieb in einer Scan-Richtung (y-Richtung) senkrecht zur optischen Achse OA (z-Richtung) mit Hilfe eines Scanantriebs bewegbar.
Hinter der Retikelebene OS folgt das Projektionsobjektiv PO, das als Reduktionsobjektiv wirkt und ein Bild des an der Maske M angeordneten Musters in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1:4 (|β| = 0.25) oder 1:5 (|β| = 0.20), auf ein mit einer Fotoresistschicht bzw. Fotolackschicht belegtes Substrat W abbildet, dessen lichtempfindliche Substratoberfläche SS im Bereich der Bildebene IS des Projektionsobjektivs PO liegt.
Das zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen Halbleiterwafer W handelt, wird durch eine Einrichtung WS gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem Retikel M senkrecht zur optischen Achse OA in einer Scanrichtung (y-Richtung) zu bewegen. Die Einrichtung WS, die auch als „Waferstage“ bezeichnet wird, sowie die Einrichtung RS, die auch als „Retikelstage“ bezeichnet wird, sind Bestandteil einer Scannereinrichtung, die über eine Scan-Steuereinrichtung gesteuert wird, welche bei der Ausführungsform in die zentrale Steuereinrichtung CU der Projektionsbelichtungsanlage integriert ist.
Das vom Beleuchtungssystem ILL erzeugte Beleuchtungsfeld definiert das bei der Projektionsbelichtung genutzte effektive Objektfeld OF. Dieses ist im Beispielsfall rechteckförmig, hat eine parallel zur Scanrichtung (y-Richtung) gemessene Höhe A* und eine senkrecht dazu (in x-Richtung) gemessene Breite B* > A*. Das Aspektverhältnis AR = B*/A* liegt in der Regel zwischen 2 und 10, insbesondere zwischen 3 und 6. Das effektive Objektfeld liegt mit Abstand in y-Richtung neben der optischen Achse (off-axis Feld bzw. außeraxiales Feld). Das zum effektiven Objektfeld optisch konjugierte effektive Bildfeld in der Bildfläche IS hat die gleiche Form und das gleiche Aspektverhältnis zwischen Höhe B und Breite A wie das effektive Objektfeld, die absolute Feldgröße ist jedoch um den Abbildungsmaßstab β des Projektionsobjektivs reduziert, d.h. A =lβl A* und B = |β| B*.
Wenn das Projektionsobjektiv als Immersionsobjektiv ausgelegt ist und betrieben wird, dann wird im Betrieb des Projektionsobjektivs eine dünne Schicht einer Immersionsflüssigkeit durchstrahlt, die sich zwischen der Austrittsfläche des Projektionsobjektivs und der Bildebene IS befindet. Im Immersionsbetrieb sind bildseitige numerische Aperturen NA > 1 möglich. Auch eine Konfiguration als Trockenobjektiv ist möglich, hier ist die bildseitige numerische Apertur auf Werte NA < 1 beschränkt.
In 4 ist ein Beispiel für ein Projektionsobjektiv PO dargestellt, das in der Projektionsbelichtungsanlage WSC verwendet werden kann.
4 zeigt einen schematischen meridionalen Linsenschnitt einer Ausführungsform eines katadioptrischen Projektionsobjektivs PO mit ausgewählten Strahlbündeln zur Verdeutlichung des Abbildungsstrahlengangs der im Betrieb durch das Projektionsobjektiv verlaufenden Projektionsstrahlung. Das Projektionsobjektiv ist als verkleinernd wirkendes Abbildungssystem dafür vorgesehen, ein in seiner Objektebene OS angeordnetes Muster einer Maske in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 4:1, auf seine parallel zur Objektebene ausgerichtete Bildebene IS abzubilden. Dabei werden zwischen Objektebene und Bildebene genau zwei reelle Zwischenbilder IMI1, IMI2 erzeugt. Ein erster, ausschließlich mit transparenten optischen Elementen aufgebauter und daher rein refraktiver (dioptrischer) Objektivteil OP1 ist so ausgelegt, dass das Muster der Objektebene vergrößert in das erste Zwischenbild IMI1 abgebildet wird. Dieses wird mit Hilfe eines katoptrischen zweiten Objektivteils OP2 im Wesentlichen ohne Größenänderung in ein zweites Zwischenbild IMI2 abgebildet. Der zweite Objektivteil besteht aus zwei Konkavspiegeln CM1, CM2, deren Spiegelflächen einander zugewandt sind und jeweils feldnah (nahe einem Zwischenbild, entfernt von der dazwischen liegenden Pupillenebene) angeordnet sind. Ein dritter, rein refraktiver Objektivteil OP3 ist dafür ausgelegt, das zweite Zwischenbild IMI2 mit starker Verkleinerung in die Bildebene IS abzubilden. Alle Objektivteile haben eine gemeinsame, geradlinige (nicht gefaltete) optische Achse OA (in-line System).
Zwischen der Objektebene und dem ersten Zwischenbild, zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenbild sowie zwischen dem zweiten Zwischenbild und der Bildebene liegen jeweils Pupillenebenen P1, P2, P3 des Abbildungssystems dort, wo der Hauptstrahl CR der optischen Abbildung die optische Achse OA schneidet. Im Bereich der Pupillenebene P3 des dritten Objektivteils OP3 ist die Aperturblende AS des Systems angebracht. Die Pupillenebene P2 innerhalb des katoptrischen zweiten Objektivteils OP2 liegt optisch entfernt von beiden Konkavspiegeln.
Wenn das Projektionsobjektiv als Immersionsobjektiv ausgelegt ist und betrieben wird, dann wird im Betrieb des Projektionsobjektivs eine dünne Schicht einer Immersionsflüssigkeit durchstrahlt, die sich zwischen der Austrittsfläche des Projektionsobjektivs und der Bildebene IS befindet. Immersionsobjektive mit einem vergleichbaren Grundaufbau sind z.B. in der internationalen Patentanmeldung WO 2005/069055A2 gezeigt. Im Immersionsbetrieb sind bildseitige numerische Aperturen NA > 1 möglich. Auch eine Konfiguration als Trockenobjektiv ist möglich, hier ist die bildseitige numerische Apertur auf Werte NA < 1 beschränkt.
Die Positionen der (paraxialen) Zwischenbilder IMI1, IMI2 definieren Feldebenen des Systems, welche optisch konjugiert zur Objektebene bzw. zur Bildebene sind. Zur Quantifizierung der Position eines optischen Elements bzw. einer optischen Fläche im Strahlengang kann z.B. das Subaperturverhältnis SAR genutzt werden.
Gemäß einer anschaulichen Definition ist das Subaperturverhältnis SAR einer optischen Fläche eines optischen Elements im Abbildungsstrahlengang definiert als der Quotient zwischen dem Subaperturdurchmesser SAD und dem optisch freien Durchmesser DCA gemäß SAR := SAD / DCA . Der Subaperturdurchmesser SAD ist gegeben durch den maximalen Durchmesser einer Teilfläche des optischen Elements, die mit Strahlen eines von einem gegebenen Feldpunkt ausgehenden Strahlbündels beleuchtet wird. Der optisch freie Durchmesser DCA ist der Durchmesser des kleinsten Kreises um eine Referenzachse des optischen Elements, wobei der Kreis denjenigen Bereich der Fläche des optischen Elements einschließt, der durch alle von Objektfeld kommenden Strahlen ausgeleuchtet wird.
In einer Feldebene (Objektebene oder Bildebene oder Zwischenbildebene) gilt danach SAR = 0. In einer Pupillenebene gilt SAR = 1. „Feldnahe“ Flächen weisen somit ein Subaperturverhältnis auf, das nahe bei 0 liegt, während „pupillennahe“ Flächen ein Subaperturverhältnis aufweisen, das nahe bei 1 liegt.
Die optische Nähe bzw. die optische Entfernung einer optischen Fläche zu einer Bezugsebene (z.B. einer Feldebene oder einer Pupillenebene) wird in dieser Anmeldung durch das sogenannte Subaperturverhältnis SAR beschrieben. Das Subaperturverhältnis SAR einer optischen Fläche wird für die Zwecke dieser Anmeldung wie folgt definiert: $SAR = sign CRH (MRH/ (| CRH | + | MRH |))$
wobei MRH die Randstrahlhöhe, CRH die Hauptstrahlhöhe und die Signumsfunktion sign x das Vorzeichen von x bezeichnet, wobei nach Konvention sign 0 = 1 gilt. Unter Hauptstrahlhöhe wird die Strahlhöhe des Hauptstrahles eines Feldpunktes des Objektfeldes mit betragsmäßig maximaler Feldhöhe verstanden. Die Strahlhöhe ist hier vorzeichenbehaftet zu verstehen. Unter Randstrahlhöhe wird die Strahlhöhe eines Strahles mit maximaler Apertur ausgehend vom Schnittpunkt der optischen Achse mit der Objektebene verstanden. Dieser Feldpunkt muss nicht zur Übertragung des in der Objektebene angeordneten Musters beitragen - insbesondere bei außeraxialen Bildfeldern.
Das Subaperturverhältnis ist eine vorzeichenbehaftete Größe, die ein Maß für die Feld- bzw. Pupillennähe einer Ebene im Strahlengang ist. Per Definition ist das Subaperturverhältnis auf Werte zwischen -1 und +1 normiert, wobei in jeder Feldebene das Subaperturverhältnis null ist und wobei in einer Pupillenebene das Subaperturverhältnis von -1 nach +1 springt oder umgekehrt. Ein betragsmäßiges Subaperturverhältnis von 1 bestimmt somit eine Pupillenebene.
Feldnahe Ebenen weisen somit Subaperturverhältnisse auf, die nahe bei 0 liegen, während pupillennahe Ebenen Subaperturverhältnisse aufweisen, die betragsmäßig nahe bei 1 liegen. Das Vorzeichen des Subaperturverhältnisses gibt die Stellung der Ebene vor oder hinter einer Bezugsebene an.
Im Abbildungsstrahlengang ist im Bereich der ersten Pupillenebene P1 innerhalb eines pupillennahen Raumes PS ein optisches Element in Form einer transparenten Planplatte PP angeordnet.
Die optische Wirkung der Planplatte ist bei der Auslegung des optischen Designs berücksichtigt. Die Planplatte ist inklusive ihrer Fassung als Tauschkomponente ausgelegt und kann mit Hilfe einer Wechseleinrichtung EX der Projektionsbelichtungsanlage aus dem Abbildungsstrahlengang entnommen und z.B. gegen eine andere Planplatte gleicher Dicke ausgetauscht werden. Die andere Planplatte kann als plattenförmiges Korrekturelement PP' mit Beugungsstrukturen im optisch genutzten Bereich UA ausgelegt sein. 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Variante einer solchen Korrekturplatte mit Beugungsstrukturen DS. Bei der Auslegung der Beugungsstrukturen, insbesondere bei der Festlegung der Richtung der dichten Linien, wurden Besonderheiten des Projektionsobjektivs berücksichtigt.
Das Design des Projektionsobjektivs verfügt über zwei reelle Zwischenbilder IMI1, IMI2, die im Bereich von Feldebenen des Projektionsobjektivs liegen. Solche Bereiche können zur Platzierung von Falschlichtblenden genutzt werden, welche dafür sorgen, dass Falschlicht (z.B. Streulicht und Überaperturlicht) nicht in das Bildfeld IF gelangt und die Abbildungsqualität vermindert. In 4 sind zwei als Strahlungsauffangeinrichtung dienende Falschlichtblenden BL1, BL2 gezeigt. Das effektive Bildfeld IF ist, genau wie das effektive Objektfeld OF, rechteckförmig mit einer parallel zur x-Richtung verlaufenden langen Seite und einer parallel zur y-Richtung verlaufenden kurzen Seite. Die Ausdehnung kann z.B. 26 mm * 5,5 mm betragen. Das Korrekturelement PP ist in oder nahe der ersten Pupillenebene P1, also zwischen Objektebene OS und dem ersten Zwischenbild IMI1, angeordnet. Daher werden sich gemäß der Fourier-Beziehungen zwischen dem Ort des Korrekturelements und der nachfolgenden Feldebene die Winkeländerungen im Bereich des Korrekturelements in Ortsänderungen im Bereich der nachfolgenden Zwischenbildebene übersetzen.
Es wird als vorteilhaft angesehen, die Beugungsstrukturen so auszulegen, dass die Beugungsstrukturen in Richtung der kurzen Feldrichtung, also im Wesentlichen parallel zur y-Richtung (Scanrichtung) beugen. Dadurch kann erreicht werden, dass auch Strahlen, die von einem gegenüberliegenden Feldrand kommen, schon bei moderaten Beugungswinkeln das Zwischenbild verlassen und mittels einer Feldblende (Falschlichtblende) ausgeblendet werden können (vgl. gestrichelte gebeugte Strahlen BS in 4). Zwar wäre es auch möglich, die Linien der beugenden Strukturen parallel zur y-Richtung auszurichten, so dass die Beugungsstrukturen in Richtung der langen Feldausdehnung beugen. In diesem Fall würden jedoch entsprechend größere Winkeländerungen und damit feinere Beugungsstrukturen benötigt, um eine zuverlässige Ausblendung mittels einer Feldblende zu erreichen. Es kann zum Beispiel ein Sinus des Beugungswinkels von 0,41 erforderlich sein, um sicher aus dem effektiven Bildfeld herauszubeugen.
Bei Verwendung der Arbeitswellenlänge von ca. 193 nm kann aus dieser Abschätzung abgeleitet werden, dass dichte Linien mit einer Periode von beispielsweise 255 nm oder weniger ausreichend stark beugen, um eine zuverlässige Ausblendung zu erreichen. Die Linien der Beugungsstrukturen werden entlang der langen Feldausdehnung orientiert, da die Beugung dann senkrecht dazu, also gerade wie gewünscht entlang der kurzen Feldrichtung erfolgt.
Auch feldnah angeordnete optische Elemente, also optische Elemente, die optisch in der Nähe einer Feldebene (z.B. Objektebene oder Zwischenbildebene) angeordnet sind, lassen sich prinzipiell mit Beugungsstrukturen beaufschlagen. Die gebeugte Strahlung kann dann beispielsweise mit Hilfe der Aperturblende AS abgefangen werden.
Neben Linienstrukturen mit zueinander parallelen geraden Linie ist es auch möglich, Kreisstrukturen als Beugungsstrukturen zu verwenden, was aufgrund der typischerweise etwa kreisförmigen Pupille vorteilhaft sein kann.
Aspekte der Erfindung wurden am Beispiel von Projektionsbelichtungsverfahren und Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie erläutert. Die Konzepte können auf andere Abbildungsverfahren und Abbildungssysteme übertragen werden. Offenbart ist somit auch ein Abbildungsverfahren zur Abbildung eines abzubildenden Bereichs eines Objekts von einer Objektebene in eine zur Objektebene optisch konjugierte Bildebene eines optischen Abbildungssystems mittels Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ mit folgenden Schritten: Halten des Objekts derart, dass der abzubildende Bereich des Objekts in einem Objektfeld der Objektebene des optischen Abbildungssystems angeordnet ist; Abbilden des abzubildenden Bereichs des Objekts auf ein in der Bildebene liegendes Bildfeld mit Hilfe des optischen Abbildungssystems, wobei alle zur Bilderzeugung im Bildfeld beitragenden Strahlen in dem optischen Abbildungssystem einen Abbildungsstrahlengang bilden, wobei zum Einstellen einer örtlichen Intensitätsverteilung in einer Austrittspupille des optischen Abbildungssystems folgende Schritte durchgeführt werden: Auswählen mindestens einer optische Fläche eines optischen Elements des optischen Abbildungssystems als Korrekturfläche und Erzeugen von Beugungsstrukturen in einem optisch genutzten Bereich der Korrekturfläche gemäß einer vorgebbaren örtlichen Verteilung derart, dass die Beugungsstrukturen im Betrieb einen Anteil der Intensität der auf die Beugungsstrukturen fallenden Strahlen mittels Beugung in unkritische Bereiche außerhalb des Abbildungsstrahlengangs lenken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2008/0094599 A1 [0008]
WO 2013/050198 A1 [0009]
WO 03/092256 A2 [0010]
GB 2248491 A [0017]
EP 1256821 A2 [0018]
US 2005/0073746 A1 [0018]
DE 102006028242 A1 [0019]
WO 2005/069055 A2 [0079]

Claims

Projektionsbelichtungsverfahren zur Belichtung eines strahlungsempfindlichen Substrates (W) mit mindestens einem Bild eines Musters (PAT) einer Maske (M) mit folgenden Schritten: Halten der Maske (M) zwischen einem Beleuchtungssystem (ILL) und einem Projektionsobjektiv (PO) einer Projektionsbelichtungsanlage (WSC) derart, dass das Muster im Bereich der Objektebene (OS) des Projektionsobjektivs angeordnet ist; Halten des Substrats (W) derart, dass eine strahlungsempfindliche Oberfläche des Substrats im Bereich einer zur Objektebene optisch konjugierten Bildebene (IS) des Projektionsobjektivs angeordnet ist; Beleuchten eines Beleuchtungsfeldes (OF) der Maske mit einer von dem Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung einer Arbeitswellenlänge λ; Projizieren eines in dem Beleuchtungsfeld liegenden Teils des Musters auf ein Bildfeld (IF) am Substrat mit Hilfe des Projektionsobjektivs, wobei alle zur Bilderzeugung im Bildfeld beitragenden Strahlen in dem Projektionsobjektiv einen Abbildungsstrahlengang bilden, wobei zum Einstellen einer örtlichen Intensitätsverteilung in einer Austrittspupille des Projektionsobjektivs folgende Schritte durchgeführt werden: Auswählen mindestens einer optische Fläche (S1) eines optischen Elements (PP) des Projektionsobjektivs als Korrekturfläche und Erzeugen von Beugungsstrukturen (DS) in einem optisch genutzten Bereich (UA) der Korrekturfläche gemäß einer vorgebbaren örtlichen Verteilung derart, dass die Beugungsstrukturen im Betrieb einen Anteil der Intensität der auf die Beugungsstrukturen fallenden Strahlen mittels Beugung in unkritische Bereiche außerhalb des Abbildungsstrahlengangs lenken.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 1, worin die Beugungsstrukturen (DS) so ausgelegt sind, dass mehr als 40% der gebeugten Strahlung nicht bis in das Bildfeld (IF) gelangen.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Beugungsstrukturen (DS) derart erzeugt werden, dass mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist, vorzugsweise mehrere oder alle dieser Bedingungen: • Die höchste Beugungsintensität liegt in der nullten Beugungsordnung vor und die von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung mit der höchsten Beugungsintensität wird in unkritische Bereiche außerhalb des Abbildungsstrahlengangs gebeugt; • Die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille wird im Vergleich zu einer Anordnung ohne Beugungsstrukturen so verändert, dass sich die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille um mehr als 0.2%, vorzugsweise um mehr als 2%, insbesondere um mehr als 10% verändert, wobei vorzugsweise diese Grenzen für die nicht-rotationssymmetrischen Beiträge der Intensitätsverteilung gelten; • Teilbereiche mit einem Flächenanteil von mehr als 5%, vorzugsweise mehr als 10%, insbesondere mehr als 15% des optisch genutzten Bereichs der Korrekturfläche tragen keine Beugungsstrukturen. • Der RMS-Wert des nicht-rotationssymmetrischen Anteils der Beugungsstrukturen übersteigt den RMS-Wert des rotationssymmetrischen Anteils.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein wesentlicher Anteil der mittels der Beugungsstrukturen (DS) gebeugte Anteile in den unkritischen Bereichen durch mindestens eine reflexionsarme Strahlungsauffangeinrichtung (SI1, SI2) aufgefangen wird, wobei vorzugsweise die reflexionsarme Strahlungsauffangeinrichtung wenigstens 5 mm von dem optischen Element mit der Korrekturfläche entfernt angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Beugungsstrukturen ein Muster mit dichten Linien aufweisen, welche einen Linienabstand aufweisen, der kleiner als das Zehnfache der Arbeitswellenlänge ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Beugungsstrukturen teilweise oder vollständig als Phasengitter ausgelegt sind.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin Beugungsstrukturen (DS) mit unterschiedlicher Dichte pro Flächeneinheit an der Korrekturfläche erzeugt werden und/oder dass die Beugungsstrukturen derart erzeugt werden, dass an der Korrekturfläche Bereiche mit Beugungsstrukturen neben Bereichen ohne Beugungsstrukturen liegen.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Projektionsobjektiv derart konfiguriert ist, dass zwischen der Objektebene (OS) und der Bildebene (IS) mindestens ein reelles Zwischenbild im Bereich einer Zwischenbildebene erzeugt wird, wobei das mit der Korrekturfläche versehene optische Element an oder in der Nähe einer Pupillenebene zwischen der Objektebene und dem Zwischenbild angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Beleuchtungsfeld und das Bildfeld schlitzförmig mit einem Aspektverhältnis größer als eins zwischen einer Feldbreite in einer ersten Richtung und einer Feldhöhe in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung ist und dass Strukturorientierungen von Strukturelementen der Beugungsstrukturen derart ausgelegt sind, dass die Beugungsstrukturen überwiegend oder ausschließlich in die zweite Richtung beugen.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eine Pupillentransmission des Projektionsobjektivs ohne Korrekturfläche durch Messung bestimmt wird, wobei die Beugungsstrukturen derart ausgebildet werden, dass ein ortsabhängiger Beugungsverlauf erzeugt wird, der bei Anordnung der Korrekturfläche im Abbildungsstrahlengang eine Variation der Pupillentransmission gegenüber einer Konfiguration ohne Korrekturfläche verringert.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements mit einer Korrekturfläche, die eine örtlich variierende Transmission aufweist, zur Verwendung an einer Position in einem Abbildungsstrahlengang eines optischen Abbildungssystems, mit folgenden Schritten: a) Auswählen einer Position mindestens einer mit Beugungsstrukturen zu versehene Korrekturfläche im Abbildungsstrahlengang; b) Ermitteln einer Zuordnung zwischen der Position der Korrekturfläche im Abbildungsstrahlengang und einem feldabhängigen Pupillenort; c) Messen der örtlichen Intensitätsverteilung in einer Austrittspupille für unterschiedliche Feldpunkte im Bildfeld (in Abhängigkeit vom Feldort im Bildfeld); d) Ermitteln eines Soll-Ablenkungsverlaufs, der eine angestrebte örtliche Verteilung der Ausblendung von Strahlungsintensität mittels Beugung zur Erzielung eines Soll-Verlaufs der örtlichen Intensitätsverteilung in der Austrittspupille repräsentiert; e) Ermitteln eines ersten Spektrums mit Inzidenzwinkeln von an einem Flächenort der Korrekturfläche eintreffenden Strahlen, eines zweiten Spektrums mit Ausfallswinkeln von Strahlen, die von dem Flächenort in Richtung des Bildfeldes ausgehen, und eines dritten Spektrums mit Ausfallswinkeln von Strahlen, die von dem Flächenort in Richtung eines unkritischen Bereichs führen; f) Ermitteln von Strukturperioden und Strukturorientierungen von Beugungsstrukturen, welche für Strahlen der Arbeitswellenlänge eine Beugung in Winkel im Bereich des dritten Spektrums erzeugen; g) Ermitteln einer zur Erzielung des Soll-Ablenkungsverlaufs führenden ortsabhängigen Beugungsintensität der Beugungsstrukturen; h) Erzeugen der Beugungsstrukturen an der Korrekturfläche in Abhängigkeit von Ergebnissen der Schritte f) und g).
Projektionsobjektiv (PO) zur Abbildung eines in einer Objektebene (OS) des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in eine Bildebene (IS) des Projektionsobjektivs mittels elektromagnetischer Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ mit: einer Vielzahl von optischen Elementen mit optischen Flächen, die in einem Abbildungsstrahlengang zwischen der Objektebene (OS) und der Bildebene (IS) derart angeordnet sind, dass ein in der Objektebene angeordnetes Muster mittels der optischen Elemente in die Bildebene abbildbar ist, und einem System zum Einstellen einer örtlichen Intensitätsverteilung in einer Austrittspupille des Projektionsobjektivs, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine optische Fläche (S1) eines optischen Elements (PP) des Projektionsobjektivs als Korrekturfläche ausgelegt ist, wobei in einem optisch genutzten Bereich (UA) der Korrekturfläche Beugungsstrukturen (DS) gemäß einer vorgebbaren örtlichen Verteilung derart ausgebildet sind, dass die Beugungsstrukturen im Belichtungsbetrieb einen Anteil der Intensität der auf die Beugungsstrukturen fallenden Strahlen mittels Beugung in unkritische Bereiche außerhalb des Abbildungsstrahlengangs lenken.
Projektionsobjektiv (PO) nach Anspruch 12, worin mindestens eine der folgenden Bedingungen gilt: • die Beugungsstrukturen (DS) sind so ausgelegt, dass mehr als 40% der gebeugten Strahlung nicht bis in das Bildfeld (IF) gelangen; • Die höchste Beugungsintensität liegt in der nullten Beugungsordnung vor und die von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung mit der höchsten Beugungsintensität wird in unkritische Bereiche außerhalb des Abbildungsstrahlengangs gebeugt; • Die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille wird im Vergleich zu einer Anordnung ohne Beugungsstrukturen so verändert, dass sich die Intensitätsverteilung in der Austrittspupille um mehr als 0.2%, vorzugsweise um mehr als 2%, insbesondere um mehr als 10% verändert, wobei vorzugsweise diese Grenzen für die nicht-rotationssymmetrischen Beiträge der Intensitätsverteilung gelten; • Teilbereiche mit einem Flächenanteil von mehr als 5%, vorzugsweise mehr als 10%, insbesondere mehr als 15% des optisch genutzten Bereichs (UA) der Korrekturfläche tragen keine Beugungsstrukturen. • Der RMS-Wert des nicht-rotationssymmetrischen Anteils der Beugungsstrukturen übersteigt den RMS-Wert des rotationssymmetrischen Anteils. • es ist mindestens eine reflexionsarme Strahlungsauffangeinrichtung (SI1, SI2) vorgesehen und die Beugungsstrukturen sind so ausgelegt, dass ein wesentlicher Anteil der mittels der Beugungsstrukturen (DS) gebeugte Anteile in den unkritischen Bereichen durch die Strahlungsauffangeinrichtung (SI1, SI2) aufgefangen wird, wobei vorzugsweise die reflexionsarme Strahlungsauffangeinrichtung wenigstens 5 mm von dem optischen Element mit der Korrekturfläche entfernt angeordnet ist; • die Beugungsstrukturen weisen ein Muster mit dichten Linien auf, welche einen Linienabstand aufweisen, der kleiner als das Zehnfache der Arbeitswellenlänge ist; • die Beugungsstrukturen sind teilweise oder vollständig als Phasengitter ausgelegt; • die Beugungsstrukturen liegen mit unterschiedlicher Dichte pro Flächeneinheit an der Korrekturfläche vor; • die Beugungsstrukturen sind derart ausgebildet, dass an der Korrekturfläche Bereiche mit Beugungsstrukturen neben Bereichen ohne Beugungsstrukturen liegen; • das Projektionsobjektiv ist derart konfiguriert, dass zwischen der Objektebene und der Bildebene mindestens ein reelles Zwischenbild (IMI1, IMI2) im Bereich einer Zwischenbildebene erzeugt wird, wobei das mit der Korrekturfläche versehene optische Element an oder in der Nähe einer Pupillenebene zwischen der Objektebene und dem Zwischenbild angeordnet ist; • das Beleuchtungsfeld und das Bildfeld sind schlitzförmig mit einem Aspektverhältnis größer als eins zwischen einer Feldbreite in einer ersten Richtung und einer Feldhöhe in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung und Strukturorientierungen von Strukturelementen der Beugungsstrukturen sind derart ausgelegt, dass die Beugungsstrukturen überwiegend oder ausschließlich in die zweite Richtung beugen.
Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines strahlungsempfindlichen Substrates mit mindestens einem Bild eines Musters einer Maske mit: einem Beleuchtungssystem (ILL) zum Empfang von Primärstrahlung einer primären Strahlungsquelle und zur Erzeugung einer in einem Beleuchtungsbereich auf die Maske (M) gerichteten Beleuchtungsstrahlung; einem Projektionsobjektiv (PO) zum Projizieren eines in dem Beleuchtungsfeld liegenden Teils des Musters auf ein Bildfeld am Substrat mit Projektionsstrahlung, wobei alle zur Bilderzeugung im Bildfeld beitragenden Strahlen der Projektionsstrahlung in dem Projektionsobjektiv einen Abbildungsstrahlengang bilden, einer Maskenhalteeinrichtung (RS) zum Halten der Maske zwischen dem Beleuchtungssystem und dem Projektionsobjektiv derart, dass das Muster im Bereich einer Objektebene (OS) des Projektionsobjektivs angeordnet ist; einer Substrathalteeinrichtung (WS) zum Halten des Substrats derart, dass eine strahlungsempfindliche Oberfläche des Substrats im Bereich der zur Objektebene optisch konjugierten Bildebene (IS) des Projektionsobjektivs angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet dass das Projektionsobjektiv gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13 ausgebildet ist.