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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur projektionslithografischen Übertragung einer in einem Objektfeld angeordneten Objektstruktur auf ein in einem Bildfeld angeordnetes Substrat. Ferner betrifft die Erfindung eine Baugruppe zur projektionslithografischen Übertragung der Objektstruktur unter Einsatz des Verfahrens, ein optisches System zur projektionslithografischen Übertragung einer Objektstruktur mit einer derartigen Baugruppe, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen optischen System, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten Bauteils mit Hilfe einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage sowie ein mit einem solchen Herstellungsverfahren unter Nutzung des Übertragungsverfahrens hergestelltes mikro- bzw. nanostrukturiertes Bauteil.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Übertragungsverfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass dessen Substrat- bzw. Waferdurchsatz vergrößert ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Übertragungsverfahrens mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es möglich ist, eine Belichtung mehrerer aufeinanderfolgender Zielbereiche auf dem Substrat durchzuführen, bei der das Substrat sowohl beim Belichten der Zielbereiche als auch dann relativ zum Bildfeld längs der Scanrichtung verlagert wird, wenn ein Zwischenraum zwischen zwei zu belichtenden Zielbereichen durch das Bildfeld verlagert wird. Die Belichtung mehrerer Zielbereiche geschieht also, während das Substrat ausschließlich längs einer Richtung, nämlich längs der Scanrichtung bewegt wird. Dies führt zu einer Durchsatzsteigerung im Vergleich zu Verfahren nach dem Stand der Technik, bei denen nach jeder Zielbereichsbelichtung ein Abbremsen des Substrats zum Stillstand erfolgt bzw. bei dem das Substrat nach Belichtung eines Zielbereichs senkrecht zur Scanrichtung verlagert wird. Eine entsprechende Durchsatzerhöhung ist bei dem Übertragungsverfahren im Vergleich zum Stand der Technik die Folge.
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Mit dem Übertragungsverfahren lässt sich ein Waferdurchsatz erreichen, der größer ist als 250 Wafer pro Stunde und der beispielsweise größer sein kann als 300 Wafer pro Stunde, größer sein kann als 350 Wafer pro Stunde und sogar größer sein kann als 400 Wafer pro Stunde.
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Eine Verlagerung des Substrats während des Übertragungsverfahrens mit gleicher Geschwindigkeit längs der Scanrichtung nach Anspruch 2 vermeidet unnötige Substrat-Beschleunigungsvorgänge.
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Wenn gemäß dem Anspruch 3 die Objektstruktur während des Übertragungsverfahrens relativ zum Objektfeld fix in Position bleibt, führt dies zu einer Vereinfachung des Übertragungsverfahrens. Eine derartige Positionsfixierung der Objektstruktur während der Zielbereichsbelichtung des Substrats eignet sich für Objektstrukturen, die sich längs einer ansonsten genutzten Objekt-Scanrichtung nicht ändern, also insbesondere für Objekt-Linienstrukturen. Insbesondere kann bei der Durchführung eines solchen Verfahrens eine Objektverlagerung insgesamt unterbleiben, was nicht nur das Verfahren vereinfacht, sondern auch die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Projektionsbelichtungsanlage.
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Die Vorteile einer Baugruppe nach Anspruch 4 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Übertragungsverfahren bereits erläutert wurden. Durch die synchronisierte Verlagerung einerseits des Substrats mit dem Substratverlagerungsantrieb und andererseits der Abschottungsblende mit dem Blendenverlagerungsantrieb wird die gezielte Abschattung der Zwischenbereiche zwischen den zu belichtenden Zielbereichen auf dem Substrat gewährleistet.
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Eine Abschattungsblende nach Anspruch 5 ist zur Durchführung des Übertragungsverfahrens besonders gut geeignet. Die Größe des Blendenfensters gewährleistet, dass die Abschattungsblende nicht unerwünscht Beleuchtungslicht beim Belichten der Zielbereiche abschattet.
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Eine Mehrzahl von Blendenabschnitten nach Anspruch 6 ermöglicht eine Abschattung einer entsprechenden Mehrzahl von Zwischenräumen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden, zu belichtenden Zielbereichen auf dem Substrat. Die Blendenabschnitte können wie die Sprossen einer Leiter angeordnet sein. Die Blendenabschnitte können durch seitliche Holme gehalten werden, die wiederum den Holmen einer Leiter hinsichtlich ihrer Anordnung entsprechen können. Die Anzahl der Blendenabschnitte kann größer sein als 5 und kann beispielsweise 6, 7, 8, 9 oder 10 betragen und kann auch noch größer sein.
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Wenn nach Anspruch 7 die Blendenabschnitte in Scanrichtung eine vergleichbare oder exakt gleiche Erstreckung haben, wie die Erstreckung der Zwischenräume in Scanrichtung, wird eine besonders effektive Abschattung der Zwischenräume erreicht. Während des Abschattens des jeweiligen Zwischenraums wird dann die Abschattungsblende mit genau der gleichen Scangeschwindigkeit bewegt wie das Substrat.
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Wenn nach Anspruch 8 eine Erstreckung des Bildfeldes in Scanrichtung kleiner ist als eine Erstreckung der jeweiligen Zwischenräume zwischen den zu belichtenden Substrat-Zielbereichen, ist insbesondere gewährleistet, dass während des Abschattens des jeweiligen Zwischenraums kein unkontrolliertes Belichten der angrenzenden Zielbereiche erfolgt.
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Die Vorteile eines optischen Systems nach Anspruch 9 einschließlich einer abbildenden Optik sowie eines optischen Systems nach Anspruch 10 einschließlich einer Beleuchtungsoptik entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Baugruppe bereits erläutert wurden.
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Die Vorteile einer Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 11 entsprechen denjenigen, die unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Baugruppe bereits erläutert wurden.
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Eine EUV-Lichtquelle nach Anspruch 12 ermöglicht eine extrem hohe Strukturauflösung.
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Eine DUV-Lichtquelle nach Anspruch 13 ermöglicht einen sehr großen Substrat- bzw. Waferdurchsatz.
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Die Vorteile eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 14 sowie eines mikro- bzw. nanostrukturierten Bauteils nach Anspruch 15 entsprechen denjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Projektionsbelichtungsanlage bereits erläutert wurden.
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Bei dem Bauteil kann es sich um einen Halbleiterchip mit extrem hoher Integrationsdichte bzw. Speicherdichte handeln.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 schematisch und perspektivisch Hauptkomponenten einer Projektionsbelichtungsanlage für die Projektionslithografie;
- 2 eine Momentaufnahme von Relativpositionen zweier zu belichtender Substrat-Zielbereiche, eines mit Beleuchtungslicht der Projektionsbelichtungsanlage ausgeleuchteten Beleuchtungsfeldes sowie einer in der dargestellten Ausführung zwei Blendenabschnitte aufweisenden Abschattungsblende zum Abschatten von Zwischenräumen zwischen den zu belichtenden Substrat-Zielbereichen, während ein in der 2 rechts dargestellter, führender Zielbereich belichtet wird;
- 3 die Komponenten nach 2 in einer weiteren, nachfolgenden Momentaufnahme in dem Zeitpunkt, in dem eine Belichtung des führenden Substrat-Zielbereichs gerade vollendet wird;
- 4 die Komponenten nach 3 in dem nachfolgenden Moment, in dem mit einer Belichtung des folgenden Substrat-Zielbereichs nach Abschattung des Zwischenraums durch einen Blendenabschnitt der Abschattungsblende begonnen wird; und
- 5 die Komponenten nach 4 in einem nachfolgenden Moment, in dem der folgende Substrat-Zielbereich belichtet wird.
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1 zeigt schematisch und perspektivisch eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Projektionslithografie bzw. Mikrolithografie. Zur Projektionsbelichtungsanlage 1 gehört eine Licht- bzw. Strahlungsquelle 2. Bei der Lichtquelle 2 kann es sich um eine EUV-Lichtquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm handeln. Es kann sich hierbei um eine Plasmaquelle oder um eine auf einem Synchrotron oder auf einem freien Elektronenlaser basierende Quelle handeln. Alternativ kann es sich bei der Lichtquelle 2 auch um eine solche handeln, die DUV-Licht emittiert, beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm. Bei der Lichtquelle 2 kann es sich also um einen Excimer-Laser handeln.
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Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat eine Beleuchtungsoptik 3 zur Belichtung eines mit einem Objektfeld 4 zusammenfallenden Beleuchtungsfeldes in einer Objektebene. Das Beleuchtungsfeld kann auch größer sein als das Objektfeld 4. Belichtet wird eine Objekt-Linienstruktur 5, die im Objektfeld 4 liegt und die Teil eines Objektes in Form eines Retikels 6 ist, welches von einem Objekthalter 7 gehalten ist. Das Retikel 6 wird auch als Lithografiemaske bezeichnet. Die Objekt-Linienstruktur 5 hat auf dem Retikel 6 eine Ausdehnung, die mindestens so groß ist wie das Objektfeld 4 und die geringfügig größer sein kann als das Objektfeld 4.
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Der Objekthalter 7 kann über einen Objektverlagerungsantrieb längs einer Objekt-Verlagerungsrichtung verlagerbar sein. Soweit die Objekt-Linienstruktur 5 im Rahmen der Projektionsbelichtung abgebildet wird, erfolgt kein Antrieb des Retikels 6 über den Objekthalter 7, so dass das Retikel 6 relativ zu den optischen Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 fest in Position fixiert bleibt.
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Eine Projektionsoptik 8 dient zur Abbildung des Objektfeldes 4 in ein Bildfeld 9 in einer Bildebene. Komponenten der Projektionsoptik 8 sind in der 1 schematisch als Linsen dargestellt. Es kann sich hier je nach verwendeten Wellenlängen von Beleuchtungslicht der Lichtquelle 2 auch um Spiegel handeln. Abgebildet wird die Objekt-Linienstruktur 5 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 9 angeordneten Wafers 10. In dem Bildfeld 9 ist also ein Abschnitt des Wafers bzw. Substrates 10 angeordnet. Der Wafer 10 wird von einem Waferhalter 11 gehalten. Der Waferhalter 11 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 12 längs einer Scanrichtung 13 verlagerbar.
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Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen ist in der 1 ein kartesisches xyz-Koordinatensystem als globales Koordinatensystem für die Beschreibung der Lageverhältnisse von Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 eingezeichnet. Die x-Achse verläuft parallel zur Bildebene und senkrecht zur Scanrichtung 13. Die y-Achse verläuft parallel zur Scanrichtung 13. Die z-Achse steht senkrecht auf der Bildebene.
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Dargestellt ist in der 1 schematisch der Verlauf dreier von verschiedenen Objektfeldpunkten ausgehender Hauptstrahlen CR einerseits zwischen dem Retikel 7 und der Projektionsoptik 8 und andererseits zwischen der Projektionsoptik 8 und dem Wafer 10.
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Ein jeweils insgesamt auf dem Wafer 10 zusammenhängend zu belichtender Zielbereich ist in der 1 strichpunktiert bei 14a/b dargestellt. Der aktuell belichtete Zielbereich 14b, in dem das Bildfeld 9 angeordnet ist, hat in der x-Richtung die gleiche Erstreckung wie das Bildfeld 9 und ist in der y-Richtung um ein Mehrfaches länger als das Bildfeld 9. Der gesamte Zielbereich 14b wird durch die Relativverlagerung des Wafers 10 zum Bildfeld 9 belichtet. Dargestellt ist in der 1 schematisch auch ein weiterer, in der Scanrichtung 13 führender Zielbereich 14a, der dem aktuell belichteten Zielbereich vorauseilt.
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Zwischen den beiden Zielbereichen 14a, 14b liegt ein nicht zu belichtender Zwischenraum 15.
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Die Zielbereiche 14a, 14b auf dem Wafer 10 sind in der 1 stark übertrieben vergrößert dargestellt. Tatsächlich liegen auf dem Wafer 10 in einer abzuscannenden Reihe beispielsweise zehn aufeinanderfolgende Zielbereiche 14a, 14b, 14c, ... vor.
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Zur Projektionsbelichtungsanlage 1 gehört weiterhin eine Abschattungsblende 16, die in den 2 ff. dargestellt ist. Die Abschattungsblende 16 kann in der Nähe des Objektfeldes 4 oder in der Nähe des Bildfeldes 9 angeordnet sein. Die folgende Beschreibung geht davon aus, dass die Abschattungsblende in der Nähe des Bildfeldes 9 angeordnet ist. Bei einer Anordnung in der Nähe des Objektfeldes 4 müssen die nachfolgenden geometrischen Angaben sowie die Dimensionsangaben, soweit sie auf das Feld bezogen sind, mit dem (inversen) Abbildungsmaßstab der Projektionsoptik 8 skaliert werden. Soweit die Projektionsoptik 8 beispielhaft das Objektfeld 4 um einen Faktor 4 verkleinert auf das Bildfeld 9 abbildet (Abbildungsmaßstab 1:4), sind die nachfolgend gemachten Dimensionsangaben, soweit sie sich auf das Bildfeld beziehen, zur Übertragung auf eine Anordnung der Abschattungsblende 16 im Bereich des Objektfeldes 4 mit dem Faktor 4 zu skalieren. Für den Fall der Anordnung der Abschattungsblende 16 im Bereich des Objektfeldes 4 gelten ansonsten alle nachfolgenden Erläuterungen analog.
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Die Abschattungsblende 16 steht mit einem Blendenverlagerungsantrieb 16a, der in der 2 schematisch dargestellt ist, in Wirkverbindung.
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Eine zentrale Steuereinrichtung 16b (vgl. 1) steht mit dem Waferverlagerungsantrieb 12 und dem Blendenverlagerungsantrieb 16a in Signalverbindung.
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Die Abschattungsblende 16 hat eine Mehrzahl von längs der Scanrichtung 13 aufeinanderfolgende Blendenabschnitte 17, 18, von denen im Ausführungsbeispiel nach den 2 ff. genau zwei Blendenabschnitte 17, 18 dargestellt sind. Tatsächlich kann die Abschattungsblende 16 mehr als zwei derartiger aufeinanderfolgender Blendenabschnitte nach Art der Blendenabschnitte 17, 18 aufweisen und kann beispielsweise drei, vier, fünf oder noch mehr derartige Blendenabschnitte, beispielsweise zehn, längs der Scanrichtung y aufeinanderfolgende Blendenabschnitte aufweisen. Zwischen zwei benachbarten dieser Blendenabschnitte, also beispielsweise zwischen den in den 2 ff dargestellten Blendenabschnitten 17 und 18, liegt ein Blendenfenster 19 vor. Die Blendenabschnitte 17, 18 werden durch seitliche Holme 20 der Abschattungsblende 16 gehalten. Diese Anordnung der Blendenabschnitte 17, 18 erinnert an die Anordnung von Sprossen einer Leiter.
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Dargestellt ist in den 2 ff. auch ein Beleuchtungsfeld 21, in dem das Beleuchtungslicht 2a auf den Wafer 10 fällt. Das Bildfeld 9 ist in den 2 ff. strichpunktiert eingezeichnet und liegt innerhalb des Beleuchtungsfeldes 21.
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Eine Erstreckung F des Blendenfensters 19 längs der Scanrichtung 13 ist größer als eine Erstreckung DI des Bildfeldes 9 längs der Scanrichtung 13. Diese y-Erstreckung F des Blendenfensters 19 ist je nach Ausführung der Abschattungsblende mindestens so groß wie die y-Erstreckung DI des Bildfeldes 9. Es gilt also F ≥ DI.
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Die Erstreckung DS der Blendenabschnitte 17, 18 längs der Scanrichtung 13 entspricht einer Erstreckung AD der jeweiligen Zwischenräume 15 zwischen den benachbarten Zielbereichen 14a, 14b längs der Scanrichtung 13. Es gilt also Ds = AD.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erstreckung DI des Bildfeldes 9 längs der Scanrichtung kleiner als die Erstreckung AD der Zwischenräume 15 zwischen den Zielbereichen 14a, 14b, ... längs der Scanrichtung 13. Es gilt also DI < AD. Grundsätzlich ist auch eine Ausführung mit DI ≥ AD möglich.
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2 zeigt die Situation, bei der der in der Scanrichtung 13 führende Wafer-Zielbereich 14a mit dem Beleuchtungslicht 2a belichtet wird. Der Wafer 10 wird mit dem Waferverlagerungsantrieb 12 in der Scanrichtung 13 mit einer während des gesamten nachfolgenden Verfahrens konstanten Waferverlagerungsgeschwindigkeit vs in positiver y-Richtung verlagert. In der Momentanposition nach 2 steht die Abschattungsblende 16 still, wird also relativ zum Beleuchtungsfeld 21 nicht verlagert.
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3 zeigt die Momentansituation, bei der der führende Zielbereich 14a soweit in positiver y-Richtung gescant ist, dass eine den führenden Zielbereich 14a in der Scanrichtung 13 abschließende Kante 22 mit dem Beleuchtungsfeld 21 genau abschließt. Im gleichen Moment nach 3 ist die Abschattungsblende 16 relativ zum Beleuchtungsfeld 21 so in positiver y-Richtung verlagert, dass eine führende Blendenkante 23 des Blendenabschnitts 17 mit der abschließenden Zielbereichskante 22 des führenden Zielbereichs 14a genau längs der Scanrichtung 13 auf gleicher Höhe ist. Ab diesem Moment nach 3 wird die Abschattungsblende 16 synchron mit dem Wafer 10 in der Scanrichtung 13 mit gleicher Geschwindigkeit vb = vs verlagert.
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Eine Geschwindigkeit der Abschattungsblende vb wird zwischen den Momentanaufnahmen nach den 2 und 3 von einer Blendengeschwindigkeit vb = 0 auf eine Blendengeschwindigkeit vb = vs beschleunigt.
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4 zeigt einen im Vergleich zur 3 folgenden Moment, in dem das Beleuchtungsfeld 21 vollständig aus dem Schatten des Blendenabschnitts 17 herausgetreten ist. Da die y-Erstreckung des Blendenabschnitts 17 gleich derjenigen des Zwischenraums 15 zwischen den Zielbereichen 14a, 14b ist, hat der Blendenabschnitt 17 den Zwischenraum 15 im Zeitraum zwischen den Momenten nach den 3 und 4 vollständig abgeschattet, so dass kein Beleuchtungslicht 2a auf den Zwischenraum 15 fallen konnte.
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Im Moment nach 4 fallen eine abschließende Blendenkante 24 des Blendenabschnitts 17 und eine führende Zielbereichskante 25 des Zielbereichs 14b zusammen.
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5 zeigt nun die weitere Belichtung des folgenden Zielbereichs 14b und zeigt in etwa die analoge Situation zu 1.
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Das Beleuchtungsfeld 21 und entsprechend das Bildfeld 9 liegen nun im Blendenfenster 19 zwischen den Blendenabschnitten 17 und 18. Die Abschattungsblende 16 schattet das Beleuchtungslicht 2a also im Bildfeld 9 nicht ab. Der Belichtungsvorgang des folgenden Zielbereichs 14b erfolgt nun wiederum solange, bis eine abschließende Zielbereichskante 22 des Zielbereichs 14b erreicht ist. In diesem Moment ist der folgende Blendenabschnitt 18, der vorher entsprechend beschleunigt wurde, wiederum genau auf Höhe der ihm zugewandten Kante des Beleuchtungsfeldes 21, so dass nun der Blendenabschnitt 18 den Zwischenraum 15 zwischen den Zielbereichen 14b und 14c abschatten kann.
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Die tatsächlichen Erstreckungen der Blendenabschnitte 17, 18 der Abschattungsblende in der Scanrichtung 13 können maßstäblich von denen abweichen, die in den 2 ff. dargestellt sind. Die Blendenabschnitte können y-Erstreckungen DS im Bereich beispielsweise von 0,1 mm bis 1,0 mm haben. Auch die y-Erstreckung des Beleuchtungsfeldes 21 kann im Bereich zwischen 0,1 mm und 2,0 mm, besonders im Bereich zwischen 0,1 mm und 1,0 mm, liegen.
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Insgesamt wird also folgendes Verfahren durchgeführt:
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Zunächst wird das mit dem Beleuchtungslicht 2a ausleuchtbare Bildfeld 9 bereitgestellt, in dem ein Abschnitt des Wafers 10 anordenbar ist. Es wird nun der Zielbereich 14a auf dem Wafer 10 belichtet, während der Wafer 10 relativ zum Bildfeld 9 längs der Scanrichtung y bzw. 13 verlagert wird. Anschließend wird der Zwischenraum 15 zwischen dem belichteten Zielbereich 14a und dem in Scanrichtung 13 ff. weiteren Zielbereich 14b abgeschattet, solange der Zwischenraum 15 bei der Verlagerung des Substrats 10 relativ zum Bildfeld 9 längs der Scanrichtung 13 durch das Bildfeld 9 verlagert wird. Diese Schritte „Belichten des Zielbereichs“ und „Abschatten des Zwischenraums“ werden dann solange wiederholt, bis eine vorgegebene Anzahl von Zielbereichen 14a, 14b, 14c ... belichtet ist.
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Während der wiederholten Durchführung dieser Schritte wird der Wafer 10 mit gleicher Geschwindigkeit vs längs der Scanrichtung 13 bzw. y verlagert. Die Objekt-Linienstruktur 5 bleibt während der wiederholten Durchführung relativ zum Objektfeld 4 fix in Position.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005034991 A1 [0002, 0022]
- US 2007/0236784 A1 [0002]
- DE 102013204445 A1 [0002]
- DE 102009025656 A1 [0002]
- US 6859515 B2 [0022]
