DE102017211902A1

DE102017211902A1 - Projektionsobjektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie

Info

Publication number: DE102017211902A1
Application number: DE102017211902.0A
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Norbert Wabra; Sonja Schneider; Peter Graf; Ferdinand Djuric-Rissner; Robert Weiss
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2018-08-02

Abstract

Ein optisches System, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie oder für eine Waferinspektionsanlage, weist zumindest ein optisches Element (22), das in einer Fassung (46) gehalten ist, die mit dem optischen Element (22) randseitig in Eingriff steht, wobei das optische Element (22) lokal eine optische Achse (48) definiert, und zumindest ein Streulicht abschirmendes Element (56) auf, das in Lichtausbreitungsrichtung gesehen vor der Fassung (46) angeordnet ist. Das optische Element (22) weist an einem seitlichen Umfangsrand (60) eine zur optischen Achse (48) gerichtete Vertiefung (62) auf, in die das Streulicht abschirmende Element (56) mit einem dem optischen Element (22) zugewandten Ende (64) eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, mit, von einer Objektebene aus gesehen, einem ersten Objektivteil, einem zweiten Objektivteil und zumindest einem dritten Objektivteil, wobei der zweite Objektivteil eine Lichtausbreitungsrichtung definiert, die von einer Lichtausbreitungsrichtung im ersten und dritten Objektivteil verschieden ist, und mit zumindest einer lichtablenkenden Einrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Objektivteil und zwischen dem zweiten und dem dritten Objektivteil.
Eine Projektionsbelichtungsanlage für Mikrolithographie wird zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen verwendet.
In einer Projektionsbelichtungsanlage werden Muster von Fotomasken oder Strichplatten, die auch allgemein als Masken oder Retikel bezeichnet werden, auf einen mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichteten Gegenstand (Substrat, Wafer) mit höchster Auflösung projiziert. Die Maske ist dabei in der Objektebene und das Substrat in der Bildebene in das Projektionsobjektivs angeordnet.
In dem Dokument WO 2006/128613 A1 ist ein Projektionsobjektiv beschrieben, das von der Objektebene aus gesehen einen ersten Objektivteil, einen zweiten Objektivteil und einen dritten Objektivteil aufweist. Von der Objektebene ausgehendes Licht durchsetzt den ersten Objektivteil und wird an einem ersten Faltspiegel einer lichtablenkenden Einrichtung in den zweiten Objektivteil abgelenkt. Der zweite Objektivteil weist einen Spiegel auf, der das Licht zurück reflektiert, wobei das Licht nach Durchlaufen des zweiten Objektivteils in umgekehrter Richtung auf einen zweiten Faltspiegel der lichtablenkenden Einrichtung einfällt und von diesem in den dritten Objektivteil gelenkt wird und zur Bildebene hin weiter propagiert.
Allgemein gilt, dass im Betrieb von Projektionsbelichtungsanlagen Streulicht entsteht, das nicht für die Abbildung nutzbar ist, aber negative Auswirkungen auf die Abbildungsqualität haben kann.
Zum einen kann das Streulicht in die Bildebene gelangen und hierdurch die Abbildungsqualität bspw. durch Kontrastminderung oder Geisterbilder beinträchtigen.
In dem Dokument WO 2006/128613 A1 wird hierzu vorgeschlagen, eine oder mehrere Streulicht abschirmende Elemente, beispielsweise in Form von Blenden, in einem Projektionsobjektiv an geeigneten Stellen anzuordnen, die verhindern sollen, dass Streulicht in die Bildebene gelangt und dadurch die Abbildungsqualität vermindert.
Zum anderen kann Streulicht zur Verschlechterung der Abbildungsqualität des optischen Systems Anlass geben, wenn Streulicht auf einen Bereich zumindest eines optischen Elements außerhalb des vom Nutzlicht optisch genutzten Bereiches des optischen Elements fällt, in dem ein Rand des optischen Elements und dessen Fassung liegt. In diesem Bereich kann es zu Absorption von Streulicht kommen, die zur Erwärmung des optischen Elements beiträgt. Insbesondere die üblicherweise aus Metall bestehende Fassung des optischen Elements erwärmt sich bei Beaufschlagung mit Streulicht in signifikanter Weise, wobei die Wärme von der Fassung auf das optische Element übergehen kann. Die Erwärmung des optischen Elements, die auch als „lens heating“ bezeichnet wird, führt zu Abbildungsfehlern aufgrund beispielsweise einer wärmebedingten Verformung des optischen Elements oder einer Änderung des Brechungsindex, sofern es sich bei dem optischen Element um ein refraktives Bauteil handelt. Die Erwärmung der Fassung führt außerdem zu einer Wärmeausdehnung der Fassung, die das optische Element verformen kann.
Die in dem Dokument WO 2006/128613 A1 vorgeschlagenen Maßnahmen zur Streulichtunterdrückung sind zur Lösung dieses Problems nicht ausreichend geeignet.
Ein spezieller Fall von Streulicht, der auch in dem Dokument WO 2006/128613 A1 angesprochen wird, ist das sogenannte Überaperturlicht. Überaperturlicht umfasst Lichtstrahlen, die von einem Feldpunkt in der Objektebene mit einer Apertur ausgehen, die größer ist als die Apertur der Nutzlichtstrahlen. Überaperturlicht kann beispielsweise durch Beugung an den Strukturen des Retikels (Maske) entstehen. Überaperturlicht hat die Eigenschaft, dass es auf Bereiche außerhalb des optisch genutzten Bereiches von optischen Elementen fallen kann, in denen Ränder der optischen Elemente und deren Fassungen liegen, wie oben bereits beschrieben wurde. Überaperturlicht hat somit die Eigenschaft, dass es zum „lens heating“ beiträgt.
DE 10 2016 224 027 A1 offenbart eine optische Anordnung für eine Projektionsbelichtungsanlage, mit einem optischen Element, in dessen Bereich eine Blende angeordnet ist, die zumindest einen Teil des optisch nicht genutzten Bereichs abdeckt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Projektionsobjektiv der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile zumindest abgemildert, vorzugsweise behoben werden. Insbesondere soll eine Verschlechterung der Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs durch Absorption von Streulicht soweit wie möglich vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Projektionsobjektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie gelöst, mit, von einer Objektebene aus gesehen, einem ersten Objektivteil, einem zweiten Objektivteil und zumindest einem dritten Objektivteil, wobei der zweite Objektivteil eine Lichtausbreitungsrichtung definiert, die von einer Lichtausbreitungsrichtung im ersten und dritten Objektivteil verschieden ist, und mit zumindest einer lichtablenkenden Einrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Objektivteil und zwischen dem zweiten und dem dritten Objektivteil, wobei der dritte Objektivteil zumindest ein optisches Element aufweist, das in einer Fassung gehalten ist, die mit dem optischen Element randseitig in Eingriff steht, wobei das optische Element lokal eine optische Achse definiert, und mit zumindest einem Streulicht abschirmenden Element, das in Lichtausbreitungsrichtung gesehen vor Fassung angeordnet ist, wobei das optische Element an einem seitlichen Umfangsrand eine zur optischen Achse gerichtete Vertiefung aufweist, in die das Streulicht abschirmende Element mit einem dem optischen Element zugewandten Ende eingreift.
Das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv beruht auf dem Konzept, das Streulicht abschirmende Element näher zur Fassung des optischen Elements anzuordnen. In Anbetracht dessen, dass ein optisches Element in Richtung seiner optischen Achse eine gewisse Dicke aufweist, wobei dies sowohl für ein optisches Element in Form einer Linse, einschließlich in Form eines Kittgliedes, oder auch für einen Spiegel gilt, ist es nicht ohne weiteres möglich, das Streulicht abschirmende Element nahe an der Fassung des optischen Elements zu positionieren und dabei gleichzeitig eine ausreichende Abschirmung der Fassung gegen Streulichtbeaufschlagung auch dann zu gewährleisten, wenn das Streulicht schräg zur optischen Achse auf das optische Element einfällt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Projektionsobjektivs, bei dem am seitlichen Umfangsrand des optischen Elements eine zur optische Achse gerichtete Vertiefung vorhanden ist, in die das Streulicht abschirmende Element randseitig eingreift, ermöglicht es nunmehr, das Streulicht abschirmende Element einerseits mit geringem Abstand zur Fassung anzuordnen, und auch eine verbesserte Abschattung der Fassung gegen schräg zur optischen Achse einfallendes Streulicht zu gewährleisten.
Bei dem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv befindet sich das zumindest eine optische Element, dem das zumindest eine Streulicht abschirmende Element zugeordnet ist, zudem im dritten Objektivteil des gefalteten Designs des Projektionsobjektiv, was insbesondere im Hinblick auf die Abschirmung von Streulicht von Vorteil ist, das im ersten und zweiten Objektivteil entsteht. Dies ist auch im Hinblick auf die Abschirmung von Überaperturlicht vorteilhaft, da Überaperturlicht im dritten Objektivteil sehr nahe an den Rändern der optischen Elemente propagiert, und durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann das Überaperturlicht an der Beaufschlagung der Fassung des optischen Elements, dem das Streulicht abschirmende Element zugeordnet ist, wirksam gehindert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv wird eine Beaufschlagung der Fassung mit Streulicht, insbesondere Überaperturlicht, somit erheblich verringert oder sogar ganz verhindert. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Projektionsobjektivs kann die Fassung beziehungsweise ein Teil der Fassung vollständig im Schattenwurf des Streulicht abschirmenden Elements liegen, insbesondere auch bei schrägem Einfall von Streulicht.
Ein erfindungsgemäßes Projektionsobjektiv kann selbstverständlich mehrere optische Elemente aufweisen, bei denen randseitig eine Vertiefung ausgebildet ist, in die ein jeweiliges Streulicht abschirmendes Element eingreift. Das optische Element oder die optischen Elemente können Linsen oder Spiegel sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die Vertiefung vollumfänglich entlang des Umfangsrandes des optischen Elementes.
Es ist zwar ausreichend, wenn die Vertiefung und das Streulicht abschirmende Element oder die Streulicht abschirmenden Elemente nur in den Bereichen des Umfangs des optischen Elements vorhanden sind, in denen im Betrieb des optischen Systems Streulicht, insbesondere Überaperturlicht zu erwarten ist, jedoch hat die vollumfängliche Anordnung der Vertiefung den Vorteil, dass das optische Element beim Zusammenbau des optischen Systems gegebenenfalls um die optische Achse gedreht werden kann, wenn dies zur Korrektur eines Abbildungsfehlers erforderlich ist (so genanntes Clocking), und dann unabhängig von der Drehstellung des optischen Elements stets ein Streulicht abschirmendes Element in der Vertiefung angeordnet werden kann. Unabhängig von der Einbaulage des optischen Elements bezüglich einer Drehung um die optische Achse kann somit ein Streulicht abschirmendes Element zumindest an einer Stelle am Umfangsrand des optischen Elements angeordnet werden, an der Streulicht zu erwarten ist. Unabhängig davon kann natürlich auch ein oder können mehrere Streulicht abschirmende Elemente über den gesamten Umfang des optischen Elements in der vollumfänglich verlaufenden Vertiefung angeordnet sein, sodass Vorweg-Berechnungen oder Simulationen von zu erwartendem Streulichteinfall nicht erforderlich sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Vertiefung als Nut oder Rille ausgebildet.
Im Zusammenhang mit der zuvor genannten bevorzugten Ausgestaltung kann die Nut oder die Rille vollumfänglich entlang des Umfangsrandes des optischen Elements ausgebildet sein, oder sich jeweils nur über einen Teilumfang des Umfangsrandes erstrecken. Eine Nut oder Rille lässt sich in den seitlichen Umfangsrand des optischen Elements auf einfache Weise, beispielsweise durch ein materialabtragendes Verfahren einbringen, oder kann, wenn das optische Element durch Abformung hergestellt wird, im Abformungsprozess hergestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Vertiefung in Richtung der optischen Achse gesehen der Fassung unmittelbar benachbart.
Je näher die Vertiefung und damit das dem optischen Element zugewandte Ende des Streulicht abschirmenden Elements zur Fassung angeordnet ist, desto effektiver ist die Abschattungswirkung des Streulicht abschirmenden Elements in Bezug auf die Fassung insbesondere bei schrägem Streulichteinfall. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Vertiefung in Richtung zur optischen Achse hin weniger tief sein muss als wenn die Vertiefung und damit das Streulicht abschirmende Element in Richtung der optischen Achse einen größeren Abstand von der Fassung hat, um die gleiche Abschattungswirkung zu erzielen.
Wenn das optische Element des Projektionsobjektivs einen vom Nutzlicht genutzten optisch wirksamen Bereich aufweist, der sehr nahe an den seitlichen Umfangsrand des optischen Elements heranreicht, kann das optische Element entsprechend mit größerem Durchmesser hergestellt werden, sodass für eine Vertiefung zur Aufnahme des Streulicht abschirmende Elements genügend Raum vorhanden ist, ohne das die Vertiefung in den vom Nutzlicht genutzten Bereich hineinragt.
In diesem Sinne ist im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass das optische Element einen vom Nutzlicht genutzten ersten Bereich und einen sich an den ersten Bereich anschließenden zweiten Bereich aufweist, der nicht vom Nutzlicht genutzt wird, und dass sich die Vertiefung in Richtung zur optischen Achse hin bis zum Übergang des zweiten Bereichs zum ersten Bereich erstreckt.
Hierbei wird vorteilhafterweise der gesamte nicht vom Nutzlicht genutzte Bereich des optischen Elements für die Abmessung der Vertiefung in Richtung zur optischen Achse hin genutzt, um eine möglichst große Abschattungswirkung des Streulicht abschirmenden Elements in Bezug auf die Fassung des optischen Elements zu erhalten.
In diesem Zusammenhang erstreckt sich das Streulicht abschirmende Element in Richtung zur optischen Achse hin vorzugsweise zumindest soweit, wie sich die Fassung in dieser Richtung erstreckt.
Vorzugsweise erstreckt sich das Streulicht abschirmende Element in Richtung zur optischen Achse hin weiter als sich die Fassung in dieser Richtung erstreckt, wodurch eine Streulichtbeaufschlagung der Fassung auch bei stark schräg einfallendem Streulicht vermieden beziehungsweise verringert wird.
Des weiteren erstreckt sich das Streulicht abschirmende Element von dem optischen Element nach außen weg vorzugsweise zumindest soweit, wie sich die Fassung in dieser Richtung erstreckt.
Insbesondere im Zusammenhang mit der zuvor genannten Maßnahme kann somit vorteilhafterweise die gesamte Fassung von dem Streulicht abschirmende Element überlagert werden, wodurch die Fassung in ihrer gesamten Erstreckung quer zur optischen Achse vor Beaufschlagung mit Streulicht geschützt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Streulicht abschirmende Element absorbierend und nicht reflektierend.
Hierbei ist von Vorteil, dass Streulicht, das auf das Streulicht abschirmende Element einfällt, nicht unerwünscht in das optische System des Projektionsobjektivs zurückreflektiert wird, insbesondere nicht auf die Fassung benachbarter optischer Elemente reflektiert wird.
In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn das Streulicht abschirmende Element wärmeleitfähig ist.
Hierbei ist von Vorteil, dass Wärme, die durch Absorption von Streulicht in dem Streulicht abschirmenden Element erzeugt wird, von dem Streulicht abschirmenden Element durch Wärmeleitung abgeführt werden kann. Damit kein Wärmeübertrag vom Streulicht abschirmenden Element auf das optische Element erfolgen kann, kann hierzu vorgesehen sein, dass zwischen dem optischen Element und dem Streulicht abschirmenden Element ein Wärmeisolationselement oder eine wärmeisolierende Substanz eingebracht wird.
Weiterhin ist es im Zusammenhang mit den zuvor genannten Ausgestaltungen bevorzugt, wenn das Streulicht abschirmende Element im Abstand zu dem optischen Element mit einer Wärmesenke thermisch verbunden ist, die vorzugsweise gekühlt ist.
Durch diese Ausgestaltung wird der Wärmeabfluss durch das Streulicht abschirmende Element aufgrund des Temperaturgradienten zwischen Wärmesenke und Streulicht abschirmendem Element automatisch in Richtung vom optischen Element weg zur Wärmesenke hin gerichtet.
Die Wärmeleitfähigkeit des Streulicht abschirmenden Elements kann durch geeignete Materialwahl optimiert werden, beispielsweise indem das Streulicht abschirmende Element Diamant, Kupfer oder eine Beschichtung, beispielsweise aus Grafit, aufweist.
Alternativ zu einem absorbierenden Streulicht abschirmenden Element kann das Streulicht abschirmende Element reflektierend oder streuend sein.
Dies ist bspw. in dem Fall vorteilhaft, dass das Streulicht abschirmende Element, beispielsweise aufgrund von geometrischen Beschränkungen, keine ausreichende Wärmeleitfähigkeit haben kann. Im Falle eines reflektierenden oder streuenden Streulicht abschirmenden Elementes ist das Streulicht abschirmende Element vorzugsweise so auszugestalten, dass das reflektierte oder gestreute Streulicht aus dem optischen System herausreflektiert oder -gestreut wird, ohne dabei andere optische Elemente und deren Fassungen zu beaufschlagen.
Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Streulicht abschirmende Element auf der von Streulicht beaufschlagten Seite eine Oberfläche aufweist, die dazu ausgelegt ist, das Streulicht in Richtung einer Strahlfalle zu reflektieren oder zu streuen.
Eine gerichtete Streuung kann beispielsweise durch eine entsprechende geeignete Oberflächenstrukturierung des Streulicht abschirmenden Elements bewerkstelligt werden, beispielsweise in Form einer Mikrostrukturierung, die beispielsweise in Form einer Beugungsstruktur ausgebildet ist.
Weiter vorzugsweise ist das Streulicht abschirmende Element in Form einer Ringscheibe oder einer Ringsegmentscheibe ausgebildet.
In Richtung der optischen Achse kann das Streulicht abschirmende Element somit dünn ausgebildet sein, während es in Richtung senkrecht zur optischen Achse eine Erstreckung aufweisen kann, die seinen Zweck als Abschattung der Fassung des optischen Elements bestmöglich erfüllt. Das Streulicht abschirmende Element muss dabei nicht eben sein.
Es versteht sich, dass an dem optischen Element mehrere Streulicht abschirmende Elemente umfänglich verteilt angeordnet sein können, oder ein einzelnes Streulicht abschirmendes Element, das das optische Element vollumfänglich umgibt.
Der erste Objektivteil kann dioptrisch sein, und/oder der zweite Objektivteil katadioptrisch, und/oder der dritte Objektivteil dioptrisch.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:

1 schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie;
2 schematisch ein optisches Element nebst Fassung und einem Streulicht abschirmendem Element gemäß dem Stand der Technik;
3 schematisch ein optisches Element nebst Fassung und Streulicht abschirmendem Element zur Verwendung in der Projektionsbelichtungsanlage gemäß 1;
4 eine Draufsicht auf ein Streulicht abschirmendes Element gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
5 eine Draufsicht auf ein Streulicht abschirmendes Element gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage in 1; und
6A einen vergrößerten Ausschnitt VIA des Projektionsobjektivs in 6.

1 zeigt beispielhaft eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 wird zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen verwendet. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 weist eine Lichtquelle 12 auf, die insbesondere ein Laser ist, und die elektromagnetische Strahlung mit einer Arbeitswellenlänge λ < 260 nm erzeugt. Die Arbeitswellenlänge λ beträgt beispielsweise 248 nm, 193 nm oder 157 nm. Arbeitswellenlängen λ von weniger als 100 nm, beispielsweise von weniger als 20 nm, sind ebenso möglich.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 weist ein Beleuchtungssystem 14 auf, das die von der Lichtquelle 12 erzeugte elektromagnetische Strahlung empfängt und austrittsseitig in einer Objektebene 16 ein scharf begrenztes und homogen ausgeleuchtetes Beleuchtungsfeld erzeugt.
Weiter in Richtung der Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung, die auch als Projektionsstrahlung bezeichnet wird, weist die Projektionsbelichtungsanlage 10 ein Projektionsobjektiv 18 auf. Das Projektionsobjektiv 18 weist eine optische Anordnung 20 auf, die eine Mehrzahl an optischen Elementen 22, 24 aufweist. In der schematischen Darstellung in 1 sind nur zwei solcher optischer Elemente symbolisch gezeigt, wobei sich versteht, dass in der Praxis die Anzahl an optischen Elementen deutlich höher ist. Später wird ein konkretes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs mit Bezug auf 6 beschrieben.
Die optischen Elemente 22, 24 der optischen Anordnung 20 können allesamt refraktiv, allesamt reflektiv, oder zum Teil refraktiv und zum Teil reflektiv sein.
In der Objektebene 16 ist ein Retikel 26, die auch als Maske bezeichnet wird, angeordnet, das ein Muster trägt, das von dem Beleuchtungssystem 14 beleuchtet wird. Das Retikel 26 ist mit einer Halte- und Verfahreinrichtung 28 verbunden, mittels der das Retikel 26 in Richtung einer y-Achse (siehe Koordinatensystem in 1) gemäß einem Doppelpfeil 30 senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung beziehungsweise einer optischen Achse 32 der Projektionsstrahlung, die parallel zur z-Achse verläuft, verfahrbar ist. Beim Verfahren des Retikels 26 tastet das von dem Beleuchtungssystem 14 erzeugte Beleuchtungsfeld das Muster des Retikels 26 ab.
Mittels des Projektionsobjektivs 18 wird das Muster des Retikels 26 auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht belegtes Substrat 34 abgebildet, das in einer Bildebene 36 angeordnet ist. Das Substrat 34 ist auf einem Substrattisch 38 angeordnet, der mittels einer Halte- und Verfahreinrichtung 40 in Richtung der y-Achse, d.h. senkrecht zur Ausbreitungsrichtung 32 der Projektionsstrahlung gemäß einem Doppelpfeil 42 verfahrbar ist.
In dem optischen System des Beleuchtungssystems 14 und/oder in dem optischen System des Projektionsobjektivs 18 kann Streulicht auftreten, insbesondere Überaperturlicht. Solches Überaperturlicht kann beispielsweise durch Beugung der Projektionsstrahlung an den Strukturen des Retikels 26 erzeugt werden. Dieses Überaperturlicht kann dabei auf Bereiche außerhalb des optisch genutzten Bereiches der optischen Elemente 22, 24 treffen, in denen Ränder der optischen Elemente 22, 24 und Fassungen der optischen Elemente 22, 24 liegen.
Dies wird nachfolgend zunächst anhand von 2, die den Stand der Technik zeigt, näher beschrieben.
2 zeigt das optische Element 22 beispielsweise in Form einer Linse.
Das optische Element 22 ist in einer schematisch gezeigten Fassung 46 gehalten, die beispielsweise mittels Füßchen 46a und 46b mit dem optischen Element 22 in Berührung steht. Eine optische Achse des optischen Elements 22 ist in 2 mit dem Bezugszeichen 48 versehen, die hier als Mittelachse des optischen Elements 22 betrachtet werden kann.
Das optische Element 22 weist einen vom Nutzlicht (Projektionsstrahlung) genutzten Bereich 50 und einen nicht vom Nutzlicht genutzten Bereich 52 auf, der den Randbereich des optischen Elements 22 ausmacht. Unterbrochene Linien 54 veranschaulichen die Grenze zwischen dem vom Nutzlicht optisch genutzten Bereich 50 und dem nicht vom Nutzlicht genutzten Bereich 52. Die Linien 54 sind in 2 parallel zur optischen Achse 48 orientiert, im Allgemeinen kann die Grenze zwischen dem vom Nutzlicht optisch genutzten Bereich 50 und dem nicht vom Nutzlicht genutzten Bereich 52 jedoch auch schräg zur optischen Achse 48 verlaufen.
Zum Schutz gegen Streulicht ist ein Streulicht abschirmendes Element 56 vorgesehen, das in Lichtausbreitungsrichtung gesehen vor der Fassung 46 des optischen Elements 22 angeordnet ist. Die in 2 gezeigte Anordnung des Streulicht abschirmenden Elements 56 ist jedoch insbesondere im Hinblick auf die Abschirmung von Überaperturlicht, aber auch allgemein von Streulicht, unzureichend. In 2 ist mit einem Pfeil 58 ein Streulichtstrahl veranschaulicht. Dieser Streulichtstrahl 58 fällt schräg bezüglich der optischen Achse 48 nach außen gerichtet auf das optische Element 22 ein, geht durch das optische Element 22 (Linse) hindurch und trifft auf die Fassung 46 und heizt diese auf. Das Streulicht abschirmende Element 56 ist daher nicht geeignet, Streulicht, insbesondere Überaperturlicht, wirksam daran zu hindern, auf die Fassung 46 zu treffen. Die Folge ist, dass sich die Fassung 46 einschließlich der Kontaktfüßchen 46a, 46b durch Absorption des Streulichts aufheizt. Die in der Fassung entstehende Wärme kann über die Kontaktfüßchen 46a, 46b auf das optische Element 22 übertragen werden, mit der Folge, dass sich die Abbildungseigenschaften des optischen Elements 22 durch sogenanntes „Lens Heating“ verschlechtern. Darüber hinaus kann die Erwärmung der Fassung 46 zu einer Wärmeausdehnung und damit Verformung der Fassung 46 führen, die zu Spannungen in dem optischen Element 22 führen kann, wodurch die Abbildungseigenschaften des optischen Elements 22 ebenfalls verschlechtert werden. Die von der Fassung 46 auf das optische Element 22 übertragene Wärme kann auch zu einer Brechzahländerung des Materials des optischen Elements 22 führen, was ebenfalls die optischen Abbildungseigenschaften des optischen Elements 22 verschlechtert.
3 zeigt ein optisches Element in erfindungsgemäßer Ausgestaltung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv, wie beispielsweise in dem Projektionsobjektiv in 6. In 3 wurden für solche Elemente, die mit Elementen des optischen Elements in 2 identisch oder vergleichbar sind, die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden.
In 3 weist das optische Element 22 an einem seitlichen Umfangsrand 60 eine zur optischen Achse 48 gerichtete Vertiefung 62 auf, in die das Streulicht abschirmende Element 56 mit einem dem optischen Element 22 zugewandten Rand bzw. Ende 64 eingreift. Durch diese Ausgestaltung kann nun das Streulicht abschirmende Element 56 mit wesentlich geringerem Abstand in Lichtausbreitungsrichtung gesehen zur Fassung 46 angeordnet werden. Das Streulicht abschirmende Element 56 kann außerdem der Fassung auf der dem optischen Element 22 zugewandten Seite zumindest genauso weit überlagert sein wie in 2, wie ein Vergleich von 3 mit 2 zeigt, wobei dies auch von dem Verlauf der Grenze (Linien 54 in 2) zwischen dem vom Nutzlicht optisch genutzten Bereich 50 und dem nicht vom Nutzlicht genutzten Bereich 52 abhängt. Obwohl das Streulicht abschirmende Element 56 in 3 senkrecht zur optischen Achse 48 die gleichen Abmessungen wie das Streulicht abschirmende Element 56 aufweist, ist das Streulicht abschirmende Element 56 nun in der Lage, den Streulichtstrahl 58, der in 3 den gleichen Winkel zur optischen Achse 48 bildet wie der Streulichtstrahl 58 in 2, wirksam daran zu hindern, auf die Fassung 46 aufzutreffen. Das gleiche gilt für einen weiteren Streulichtstrahl 66 in 3.
Gemäß 3 erfasst der durch das Streulicht abschirmende Element 56 erzeugte Schattenwurf einen wesentlich größeren Bereich der Fassung 46 als in 2, mitunter kann der Schattenwurf in 3 die gesamte Fassung 46 erfassen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Vertiefung 62 vollumfänglich entlang des seitlichen Umfangsrandes 60 des optischen Elements 22, wobei dies jedoch nicht zwingend ist. Wenn beispielsweise durch vorherige Simulation ermittelt wurde, dass Streulicht, insbesondere Überaperturlicht, nur an einem Teilumfang des optischen Elements 22 zu erwarten ist, kann die Vertiefung 62 auch nur teilumfänglich an dem optischen Element 22 vorgesehen sein, und ebenso kann dann das Streulicht abschirmende Element 56 nur teilumfänglich ausgebildet sein. Dies kann aus Bauraumgründen sinnvoll und vorteilhaft sein, beispielsweise wenn nicht entlang des gesamten Umfangs des optischen Elements 22 genügend Einbauraum für das Streulicht abschirmende Element 56 zur Verfügung steht.
Die Vertiefung 62 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Nut oder Rille ausgebildet, die bei der Herstellung des optischen Elements 22 beispielsweise durch ein materialabtragendes Verfahren eingebracht werden kann, oder, wenn das optische Element 22 durch Abformung hergestellt wird, in einem Abformprozess.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vertiefung 62 und damit das Streulicht abschirmende Element 56 in Richtung der optischen Achse 48 gesehen der Fassung 46 unmittelbar benachbart ist, ohne jedoch mit der Fassung 46 in Berührung zu stehen, um einen Wärmeübertrag von dem Streulicht abschirmenden Element 56 auf die Fassung 46 möglichst zu vermeiden.
In Richtung senkrecht zur optischen Achse 48 weist die Vertiefung 62 eine Erstreckung auf, die bis zum Übergang des nicht vom Nutzlicht genutzten Bereichs 52 zum vom Nutzlicht genutzten optischen Bereich 50 des optischen Elements 22 reicht, d.h. bis zu der oder den Linien 54 in 3.
Im Fall, dass der nicht vom Nutzlicht genutzte Bereich 52 des optischen Elements 22 keine genügende Ausdehnung senkrecht zur optischen Achse 48 aufweist, kann das optische Element 22 entsprechend mit einer in dieser Richtung vergrößerten Abmessung bereitgestellt werden, um eine Erstreckung der Vertiefung 62 und Anordnung des Streulicht abschirmenden Elements 56 zu ermöglichen, die den Zweck der möglichst vollständigen Abschattung der Fassung 46 bestmöglich erfüllen.
In Richtung nach außen, d.h. von der optischen Achse 48 weg, kann sich das Streulicht abschirmende Element 56 von dem optischen Element 22 nach außen weg zumindest so weit erstrecken, wie sich die Fassung 46 in diese Richtung erstreckt, um möglichst die Fassung 46 als Ganzes gegen Streulicht abzuschatten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Streulicht abschirmende Element 56 absorbierend und nicht reflektierend sein. In diesem Fall sollte das Streulicht abschirmende Element 56 eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Beispielsweise kann das Streulicht abschirmende Element 56 aus Kupfer oder Diamant gefertigt sein, oder mit einer thermisch gut leitenden Beschichtung versehen sein, beispielsweise einer Grafitschicht. Des weiteren kann hier vorgesehen sein, dass das Streulicht abschirmende Element 56 im Abstand zu dem optischen Element 22 mit einer Wärmesenke 68 thermisch verbunden ist. Die Wärmesenke 68 kann dabei passiv oder aktiv gekühlt sein. Der Wärmeübergang von dem Streulicht abschirmenden Element 56 auf die Wärmesenke 68 kann durch Wärmestrahlung oder durch thermischen Kontakt mit der Wärmesenke 68 bewerkstelligt sein.
Wenn die Wärmesenke 68 kälter ist als das Streulicht abschirmende Element 56, stellt sich automatisch ein Wärmefluss vom Streulicht abschirmende Element 56 zur Wärmesenke 68 hin ein. Um zu gewährleisten, dass am gegenüberliegenden Ende 64 des Streulicht abschirmenden Elements 56 kein Wärmeübertrag auf das optische Element 22 stattfindet, kann an dem Ende 64 eine thermische Isolierung zwischen dem Streulicht abschirmenden Element 56 und dem optischen Element 22 vorgesehen werden, beispielsweise in Form einer thermisch isolierenden Schicht am Ende 64.
Das Streulicht abschirmende Element 56 kann jedoch auch reflektierend oder streuend sein. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das Streulicht abschirmende Element 56 das empfangene Streulicht 66 gerichtet reflektiert oder streut, wie in 3 mit einem Pfeil 70 veranschaulicht ist. Um eine derartig gerichtete Reflektion oder Streuung zu erzielen, kann die vom Streulicht 66 beaufschlagte Oberfläche 72 des Streulicht abschirmenden Elements 56 eine geeignete Oberfläche aufweisen, die beispielsweise eine glatte, ggfls. geneigte Oberfläche ist, oder die eine geeignete Mikrostrukturierung zur gerichteten Streuung des Streulichts 66 aufweist. Das reflektierte oder gestreute Streulicht wird vorzugsweise auf eine Strahlfalle 74 reflektiert oder gestreut.
4 zeigt das Streulicht abschirmende Element 56 in Form einer Ringscheibe, die sich vollumfänglich um das optische Element 22 herum erstreckt. In 4 ist auch die optische Achse 48 eingezeichnet.
5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Streulicht abschirmenden Elements 56' das sich nur über einen Teilumfang des optischen Elements 22 erstreckt, wie bereits oben beschrieben wurde. Es versteht sich, dass um den Umfang des optischen Elements 22 herum mehrere nur teilumfänglich ausgebildete Streulicht abschirmende Elemente 56' angeordnet sein können, die sich über gleiche oder unterschiedliche Umfangswinkel erstrecken. Im Fall der 5 ist das Streulicht abschirmende Element 56' in Form einer Ringsegmentscheibe ausgebildet.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs 100 für die Mikrolithographie zum Abbilden eines in einer Objektebene 102 angeordneten Musters eines Retikels in eine Bildebene 104.
Das Projektionsobjektiv 100 weist eine Mehrzahl an optischen Elementen 105 bis 133 auf, wobei die optischen Elemente 113, 117 und 118 Spiegel und die übrigen Elemente der optischen Elemente 105 bis 133 Linsen sind. Das Projektionsobjektiv weist von der Objektebene 102 aus gesehen einen ersten Objektivteil G1, der Linsen 105 bis 112 aufweist, einen zweiten Objektivteil G2, der Linsen 114 bis 116 und einen Spiegel 117 aufweist, und einen dritten Objektivteil G3 auf, der Linsen 119 bis 133 aufweist. Zwischen dem ersten Objektivteil G1 und dem zweiten Objektivteil G2 und zwischen dem zweiten Objektivteil G2 und dem dritten Objektivteil G3 ist eine lichtablenkende Einrichtung FS angeordnet, die hier einen ersten Faltspiegel 113 und einen zweiten Faltspiegel 118 aufweist.
Das Projektionsobjektiv 100 weist weiterhin eine erste Pupillenebene 136 auf, in der eine Aperturblende 138 angeordnet ist. Die Aperturblende 138 definiert die Systemapertur des Projektionsobjektivs 100. Eine zweite Pupillenebene 140 ist zwischen den optischen Elementen 107 und 108 vorhanden.
In der Darstellung von 6 sind zwei Feldpunkte 142 und 144 der Objektebene 102 gezeigt, die den beleuchteten Bereich des Musters der Maske in der Objektebene 102 veranschaulichen. Ausgehend von den Feldpunkten 142 und 144 breiten sich Lichtstrahlen durch die optischen Elemente 105 bis 133 aus und erreichen die Bildebene 104 in einem Bereich 146. Die Lichtstrahlen, die die Bildebene 146 in dem Bereich 146 erreichen, bilden das Nutzlicht, dass zum Abbilden des Musters der in der Objektebene 102 angeordneten Maske in die Bildebene 104 verwendet wird.
Wie in 6 gezeigt, gibt es einen Lichtstrahl 148, der vom Feldpunkt 142 in der Objektebene 102 ausgeht, und der mit einer Apertur startet, die größer ist als die Apertur der anderen Lichtstrahlen (Nutzlichtstrahlen), beispielsweise des Lichtstrahls 149, die ebenso von dem Feldpunkt 142 ausgehen. Der Lichtstrahl 148 ist demgemäß ein Überaperturlichtstrahl.
Der Überaperturlichtstrahl 148, der genauer gesagt ein schmales Bündel von Lichtstrahlen ist, breitet sich durch das Projektionsobjektiv 100 aus, teilweise von den Nutzlichtstrahlen getrennt, und teilweise von den Nutzlichtstrahlen nicht getrennt. Während die Nutzlichtstrahlen die Bildebene 104 im Bereich 146 erreichen, erreichen die Überaperturlichtstrahlen die Bildebene 104 in einem Bereich 150. Die Überaperturlichtstrahlen 148 stören somit die Abbildung, insbesondere durch Verursachung eines nicht gleichmäßigen Feldes in der Bildebene 104.
In dem Dokument WO 2006/128613 A1 , das das Projektionsobjektiv 100 ebenfalls zeigt, wird vorgeschlagen, in dem Projektionsobjektiv 100 Streulicht abschirmende Elemente anzuordnen, die verhindern, dass die Überaperturlichtstrahlen 148 die Bildebene 104 erreichen. So ist beispielsweise ein Streulicht abschirmendes Element 162 zwischen der Linse 125 und der Linse 126 vorgesehen, die in 6 ebenfalls gezeigt ist. Während das Streulicht abschirmende Element 162 in der Tat den Überaperturlichtstrahl 148 daran hindert, die Bildebene 104 zu erreichen, ist in 6 zu erkennen, dass der Überaperturlichtstrahl 148 die Linse 125 vor dem Streulicht abschirmenden Element 162 sehr nahe an dessen Rand durchtritt, dass heißt im vom Nutzlicht nicht genutzten Bereich (Bereich 52 in 2 bzw. 3), so dass die (in 6 nicht gezeigte) Fassung des optischen Elements 125 von dem Überaperturlicht 148 beaufschlagt und somit aufgeheizt wird. Die Abschirmung 162 kann dies nicht verhindern.
6A zeigt nun, wie die vorliegende Erfindung hier Abhilfe schaffen kann, in dem nämlich das optische Element 125 an seinem seitlichen Umfangsrand 425 eine Vertiefung 525 wie oben in Bezug auf 3 beschrieben aufweist, in die ein dem optischen Element 125 zugewandtes Ende eines Streulicht abschirmenden Element 325 eingreift. Wie 6A zu entnehmen ist, wird hierdurch der Überaperturlichtstrahl 148 daran gehindert, die Fassung 225 des optischen Elements 125 zu beaufschlagen und aufzuheizen. Die Vertiefung 525 und das Streulicht abschirmende Element 325 brauchen hierbei nur an einem Teilumfang des optischen Elements 125 vorgesehen sein, an dem das Überaperturlicht 148 zu erwarten ist.
Nutzlichtstrahlen 149 werden hingegen von dieser Anordnung an ihrer Ausbreitung nicht gehindert.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Anordnung aus optischem Element 125 und Streulicht abschirmenden Element 325 hat einen weiteren Vorteil: Der Bauraum zwischen dem optischen Element 124 und dem optischen Element 125 könnte für das Einfügen eines Streulicht abschirmenden Elements gemäß Fig. 2 möglicherweise zu gering sein. Bei einer Anordnung wie in 2 ginge eine größere Beabstandung zwischen dem Streulicht abschirmenden Element 325 und der Fassung 225 einher, so dass das Streulicht abschirmende Element 325 weiter zur optischen Achse hin zwischen die optischen Elemente 124 und 125 eintauchen müsste, was jedoch gegebenenfalls eine Beschneidung der Randstrahlen des Nutzlichts verursachen könnte, was jedoch vermieden werden muss. All diese Nachteile bestehen bei der erfindungsgemäßen Variante gemäß 6A nicht.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Anordnung aus dem optischen Element 125, dem Streulicht abschirmenden Element 325, der Fassung 225 und der Vertiefung 525 sowie hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des Streulicht abschirmenden Elements 325 selbst wird auf die Beschreibung zu 3 bis 5 verwiesen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/128613 A1 [0004, 0007, 0009, 0010, 0081]
DE 102016224027 A1 [0011]

Claims

Projektionsobjektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, mit, von einer Objektebene (16;102) aus gesehen, einem ersten Objektivteil (G1), einem zweiten Objektivteil (G2) und zumindest einem dritten Objektivteil (G3), wobei der zweite Objektivteil (G2) eine Lichtausbreitungsrichtung definiert, die von einer Lichtausbreitungsrichtung im ersten und dritten Objektivteil (G1, G3) verschieden ist, und mit zumindest einer lichtablenkenden Einrichtung (FS) zwischen dem ersten und dem zweiten Objektivteil (G1, G2) und zwischen dem zweiten und dem dritten Objektivteil (G2, G3), wobei der dritte Objektivteil (G3) zumindest ein optisches Element (22; 125) aufweist, das in einer Fassung (46; 225) gehalten ist, die mit dem optischen Element (22; 125) randseitig in Eingriff steht, wobei das optische Element (22; 125) lokal eine optische Achse (48) definiert, und mit zumindest einem Streulicht abschirmenden Element (56; 325), das in Lichtausbreitungsrichtung gesehen vor der Fassung (46; 225) angeordnet ist, wobei das optische Element (22; 125) an einem seitlichen Umfangsrand (60; 425) eine zur optischen Achse (48) gerichtete Vertiefung (62; 525) aufweist, in die das Streulicht abschirmende Element (56; 325) mit einem dem optischen Element (22; 125) zugewandten Ende (64) eingreift.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, wobei die Vertiefung (62; 525) sich vollumfänglich entlang des Umfangsrandes (60; 425) des optischen Elementes (22; 125) erstreckt.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vertiefung (62; 525) als Nut oder Rille ausgebildet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vertiefung (62; 525) in Richtung der optischen Achse (48) gesehen der Fassung (46; 225) unmittelbar benachbart ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das optische Element (22) einen von Nutzlicht genutzten ersten Bereich (50) und einen sich an den ersten Bereich (50) anschließenden zweiten Bereich (52) aufweist, der nicht vom Nutzlicht genutzt wird, und dass sich die Vertiefung (62) in Richtung zur optischen Achse (48) hin bis zum Übergang des zweiten Bereichs (52) zum ersten Bereich (50) erstreckt.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 5, wobei sich das Streulicht abschirmende Element (56; 325) in Richtung zur optischen Achse (48) hin zumindest soweit erstreckt, wie sich die Fassung (46; 225) in dieser Richtung erstreckt.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich das Streulicht abschirmende Element (56; 325) von dem optischen Element (22; 125) nach außen weg zumindest soweit erstreckt, wie sich die Fassung (46; 225) in dieser Richtung erstreckt.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Streulicht abschirmende Element (56; 325) absorbierend und nicht reflektierend ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 8, wobei das Streulicht abschirmende Element (56; 325) wärmeleitfähig ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 9, wobei das Streulicht abschirmende Element (56; 325) im Abstand zu dem optischen Element (22) mit einer Wärmesenke (68) thermisch verbunden ist, die vorzugsweise gekühlt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Streulicht abschirmende Element (56; 325) reflektierend oder streuend ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 11, wobei das Streulicht abschirmende Element (56; 325) auf der von Streulicht beaufschlagbaren Seite eine Oberfläche (72) aufweist, die dazu ausgelegt ist, das Streulicht in Richtung einer Strahlfalle (74) zu reflektieren oder zu streuen.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Streulicht abschirmende Element (56; 325) in Form einer Ringscheibe oder einer Ringsegmentscheibe ausgebildet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste Objektivteil dioptrisch ist, und/oder wobei der zweite Objektivteil katadioptrisch ist, und/oder wobei der dritte Objektivteil dioptrisch ist.