DE10220324A1

DE10220324A1 - Projektionsverfahren mit Pupillenfilterung und Projektionsobjektiv hierfür

Info

Publication number: DE10220324A1
Application number: DE10220324A
Authority: DE
Inventors: Hubert Holderer; Christian Hembd-Soellner; Rudolf Von Buenau; Ulrich Haag
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2003-11-13
Also published as: WO2003093903A2; JP4398363B2; US7336342B2; EP1504308A2; US20080143984A1; JP2005524237A; US20050146701A1; AU2003224089A8; US7791711B2; WO2003093903A3; AU2003224089A1

Abstract

Ein katadioptrisches Projektionsobjektiv hat eine Vielzahl von optischen Elementen, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind und mindestens einen im Bereich einer Pupillenfläche des Projektionsobjektivs angeordneten Konkavspiegel umfassen. Der Konkavspiegel ist in eine Anzahl von ringförmigen oder wabenförmigen Spiegelsegmenten unterteilt, die mit Hilfe piezoelektrischer Antriebselemente unabhängig voneinander relativ zueinander beweglich sind. Der Spiegel kann als phasenschiebender Pupillenfilter verwendet werden, wobei die Filterfunktion durch Relativverschiebung der Spiegelelemente gegeneinander eingestellt werden kann (hierzu Fig. 4).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung eines in der Objektebene eines optischen Abbildungssystems angeordneten Musters in die Bildebene des Abbildungssystems sowie ein Abbildungssystem zur Durchführung des Verfahrens. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Projektionsobjektive für die Mikrolithographie.

Beschreibung des Standes der Technik

Katadioptrische oder katoptrische Projektionsobjektive werden in Projektionsbelichtungsanlagen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen verwendet. Sie haben mindestens einen Konkavspiegel und dienen dazu, Muster von Photomasken oder Strichplatten, die nachfolgend allgemein als Masken oder Retikel bezeichnet werden, auf einen in der Bildebene des Projektionsobjektives angeordneten, mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichten Gegenstand mit höchster Auflösung in verkleinerndem Maßstab abzubilden.

Da das Auflösungsvermögen optischer Abbildungssysteme proportional zur Wellenlänge λ des verwendeten Lichts und umgekehrt proportional zur bildseitigen numerischen Apertur (NA) des optischen Abbildungssystems ist, wird zur Erzeugung immer feinerer Strukturen angestrebt, einerseits die bildseitige numerische Apertur der Projektionsobjektive zu vergrößern und andererseits immer kürzere Wellenlängen zu verwenden, vorzugsweise Ultraviolettlicht mit Wellenfängen von weniger als ca. 260 nm.

Neben dem Auflösungsvermögen spielt die bei der Abbildung erzielbare Schärfentiefe (DOF, depth-of-focus) eine wichtige Rolle für eine vorlagengetreue Abbildung. Die Schärfentiefe ist ebenfalls proportional zur verwendeten Wellenlänge, jedoch umgekehrt proportional zum Quadrat der numerischen Apertur. Daher ist eine Steigerung der numerischen Apertur ohne geeignete Maßnahmen zur Bereitstellung einer ausreichenden Schärfentiefe nur begrenzt sinnvoll.

Es ist bekannt, zur Verbesserung der Auflösung und der Schärfentiefe mikrolithographischer Projektionsobjektive Pupillenfilter zu verwenden. Die Verwendung von Pupillenfiltern wird manchmal auch als optische Filterung oder Apodisation bezeichnet. Als Pupillenfilter wird hier ein Raumfilter bezeichnet, der im Bereich einer Pupillenfläche eines Projektionssystems angeordnet ist. Diese in der Regel ebene Pupillenfläche ist eine zur Objektebene und zur Bildebene Fourier-transformierte Fläche. Dies bedeutet beispielsweise, dass ein bestimmter Einfallswinkel von Licht in der Bildebene des Projektionsobjektivs einer bestimmten Radialkoordinate in der Pupillenebene entspricht. Mit Hilfe einer ortauflösenden Filterung im Bereich der Pupillenfläche kann somit Einfluss auf das Winkelspektrum der zur Abbildung beitragenden Strahlen genommen werden.

Das US-Patent US 5,222,112 zeigt ein rein reflektives, katoptrisches Projektionsobjektiv für weiche Röntgenstrahlung, bei dem im Bereich einer Pupille ein Konvexspiegel angeordnet ist, dessen Spiegelfläche einen von der Mitte zum Rand abnehmenden Reflexionsgrad hat. Dadurch wird ein Amplitudenfilter mit fest vorgegebener, rotationssymmetrischer Filterfunktion geschaffen. Neben Amplitudenfiltern, die beispielsweise bestimmte Beugungsordnungen im Bereich der Pupillenfläche ausblenden, sind auch Phasenfilter bekannt, die gemäß einer vorgegebenen örtlichen Filterfunktion in der Pupillenfläche in bestimmten Zonen der Pupillenfläche Phasenverschiebungen des durchtretenden Lichts bewirken. Eine Erläuterung der Funktionsweise von Pupillenfiltern sowie Beispiele von Projektionsobjektiven mit derartigen Filtern sind beispielsweise in der EP 0 485 062 B1 oder der US 5,144,362 sowie in den dort zitierten Schriften gezeigt.

Um einen optimalen Nutzen einer Pupillenfilterung zu erzielen, ist es zweckmäßig, die durch die Konstruktion des Pupillenfilters bestimmte Wirkungsweise eines Pupillenfilters an die Art der abzubildenden Retikelstrukturen anzupassen. Dementsprechend sind Pupillenfilter für bestimmte Retikelstrukturen (z. B. Kontaktlöcher, Gitterstrukturen mit einer oder mehreren Periodizitätsrichtungen) optimiert. Da mit einem Projektionsobjektiv Retikel unterschiedlichster Strukturen abgebildet werden sollen, äst es wünschenswert, Pupillenfilter mit unterschiedlichen Wirkungen wahlweise einsetzen zu können. Aus der US 5,610,684 ist hierzu ein Projektionsobjektiv bekannt, das eine Auswechseleinrichtung zum Austauschen von Pupillenfiltern in der Pupillenebene des Projektionsobjektivs aufweist. Die Austauscheinrichtung umfasst Verschiebungseinrichtungen zur Verschiebung pupillennaher Linsen, um für den Austauschprozess ausreichend Platz zur Verfügung zu stellen. In der EP 0 638 847 B1 (entsprechend US 5,448,336) ist ein Projektionsobjektiv mit einer Pupillenfilter-Austauscheinrichtung gezeigt, deren Betrieb keine Bewegung pupillennaher Linsen erfordert. Die technische Umsetzung derartiger Austauschvorrichtungen ist bei Hochleistungs-Projektionsobjektiven sehr aufwendig, da dort enge Toleranzen für Material, Passe und Dicke der verwendeten optischen Komponenten und hohe Anforderungen an die Positioniergenauigkeit und gegebenenfalls Gasdichtigkeit gestellt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Pupillenfilterung und ein entsprechendes optisches Abbildungssystem zu schaffen, die es ermöglichen, ohne Eingriff in das optische System den Einsatz unterschiedlich wirkender Pupillenfilter zu ermöglichen. Insbesondere soll eine Pupillenfilterung geschaffen werden, die besonders an die Verhältnisse in katadioptrischen oder katoptrischen Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie angepasst ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein optisches Abbildungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 9 vor. Vorteilhafte Weiterbildung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abbildung eines in der Objektebene eines optischen Abbildungssystems angebrachten Musters in die Bildebene des Abbildungssystems nutzt ein Abbildungssystem, das eine Vielzahl von optischen Elementen aufweist, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind und mindestens einen im Bereich einer Pupillenfläche des Abbildungssystems angeordneten Spiegel umfassen. Es wird eine ortsauflösende Filterung des durch das Abbildungssystem laufenden Lichtes im Bereich des Spiegels gemäß einer variablen bzw. veränderbaren Filterfunktion vorgeschlagen. Insbesondere wird der Spiegel selbst als variabler Pupillenfilter verwendet. Das Verfahren ist insbesondere bei allen katoptrischen oder katadioptrischen Projektionsobjektiven anwendbar, bei denen mindestens ein abbildender konkav oder konvex gekrümmter Spiegel vorgesehen ist, der sich im Bereich einer Pupillenfläche befindet. Dabei kann die Spiegelfläche im wesentlichen mit der Pupillenfläche zusammenfallen, es ist jedoch auch möglich, dass zwischen Spiegelfläche und Pupillenfläche zumindest lokal ein Abstand besteht. Dieser kann auf die gewünschte Ortsauflösung bei der Pupillenfilterung abgestimmt sein. Durch gezielte Änderung von Reflexionseigenschaften des eingebauten Spiegels kann die Filterfunktion geändert werden, ohne dass ein Austausch des Pupillenfilters notwendig ist.

Der Spiegel kann als Amplitudenfilter ausgebildet sein. Dies kann beispielweise dadurch erreicht werden, dass das genutzte Reflexionsvermögen des Spiegels über die Spiegelfläche (ortsauflösend) variiert und dass zwischen verschiedenen Reflektivitätsverläufen umgeschaltet werden kann.

Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen im Bereich des Spiegels eine ortsauflösenden Phasenfilterung durchgeführt wird. Hierzu wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Spiegel bzw. die optisch genutzte Spiegelfläche in eine Anzahl von Spiegelsegmenten unterteilt, die mindestens teilweise relativ zueinander beweglich sind. Wenigstens einem Teil der Spiegelsegmente ist jeweils mindestens eine Antriebseinrichtung zur Bewegung des Spiegelelementes relativ zu anderen Spiegelelementen zugeordnet, insbesondere für eine Bewegung mit einer parallel zu optischen Achse ausrichtbaren Bewegungskomponente. Durch eine gesteuerte Bewegung von Spiegelsegmenten relativ zueinander mit Bewegungskomponenten parallel zur optischen Achse wird die Spiegelgeometrie lokal unterschiedlich bzw. ortslauflösend verändert und es kann erreicht werden, dass optische Weglängen von durch das Abbildungssystem tretenden Lichtstrahlen durch die Bewegung der Spiegelelemente im Bereich der Pupillenfläche gemäß einer vorgegebenen Filterfunktion ortauflösend relativ zueinander verändert werden. Denn durch Steuerung der Axialposition der Segmente können bestimmte Gangunterschiede bzw. optische Weglängenunterschiede zwischen auf verschiedenen Segmenten reflektierten Strahlen eingestellt werden.

Durch gezielte Steuerung der Axialpositionen verschiedener direkt oder mit Abstand benachbarter Spiegelsegmente ist eine kontinuierliche oder schrittweise Einstellung und Verstellung der Filterfunktion möglich, wobei die Ortskomponenten der Filterfunktion durch Lage, Form und Größe der Spiegelsegmente festgelegt sind und die erzielbaren Gangunterschiede durch das Ausmaß der Relativbewegung der Segmente zueinander stufenlos oder schrittweise verstellt werden können.

Eine Verkippung einzelner Spiegelelemente oder von Segmentgruppen kann dazu genutzt werden, bereichsweise bzw. ortsauflösend Licht auszublenden, wodurch die Funktion eines Amplitudenfilters erzielbar ist.

Ein großer Vorteil im Vergleich zum Stand der Technik besteht somit darin, dass es für die Einstellung unterschiedlicher Filterfunktionen nicht notwenig ist, Pupillenfilter mit jeweils fest vorgegebener Filterfunktion gegeneinander auszutauschen. Vielmehr ist die erzielbare Filterfunktion am eingebauten Filterelement durch gezielte Relativbewegung der Spiegelsegmente gegeneinander einstellbar. Es wird somit ein variabler Pupillenfilter geschaffen.

Bei einer Weiterbildung umfasst der Spiegel eine Anzahl von ringförmigen oder ringsegmentförmigen Spiegelsegmenten, die konzentrisch zu einem Zentrum angeordnet sind, welches vorzugsweise bei eingebautem Spiegel mit der optischen Achse des Abbildungssystems zusammenfällt. Diese Ausführungsform ist angepasst für rotationssymmetrische Filterfunktionen. Die radiale Breite von Ringzonen bzw. der Radius einer kreisförmigen Kernzone kann der gewünschten räumlichen Auflösung in Radialrichtung angepasst werden. Im maximal ausgeleuchteten Bereich der Pupille können beispielsweise zwischen zwei und zehn bis zwanzig oder mehr Ringzonen vorliegen.

Bei anderen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Spiegel eine Anzahl von vieleckigen Spiegelsegmenten aufweist, die beispielsweise eine dreieckige, viereckige oder sechseckige Segmentform haben. Die Spiegelsegmente liegen bevorzugt so eng beieinander, dass sie den ausgeleuchteten Bereich des Spiegels im wesentlichen flächenfüllend ausfüllen, so dass gegebenenfalls vorhandene Lücken nicht mehr als ca. 1% der Gesamtfläche ausmachen. Eine sechseckige Wabenform der Spiegelsegmente ist günstig, da sie besonders geeignet ist, um unterschiedliche räumliche Verteilungen von Gangunterschieden zu erzeugen. Grundsätzlich kann jedes Spiegelsegment als ein Bildelement bzw. "Pixel" im Fourier-Raum angesehen werden. Die Anzahl der "Pixel" und die Pixelgröße können den Anforderungen angepasst werden. Die Zahl der vieleckigen Spiegelsegmente kann z. B. zwischen ca. 10 und ca. 30 bis 100 oder darüber liegen.

Eine Aufteilung der wirksamen Spiegelfläche in derartige Spiegelsegmente erlaubt auch die Einstellung nicht-rotationssymmetrischer und/oder exzentrischer Filterfunktionen, um beispielsweise einen linearen Verlauf eines Gangunterschiedes quer über die Pupille oder andere räumliche Filterfunktionen zu realisieren. Beispielweise ist es möglich, radial nicht-symmetrische Pupillenfilterfunktionen einzustellen und/oder bei Mehrfachbelichtung schnell und einfach zwischen verschiedenen Pupillenfunktionen zu wechseln. Als Filterfunktionen kommen insbesondere alle Funktionen oder Funktionskombinationen in Betracht, die in den Artikeln "Printing Isolated Features with K1 = 0.2 using Multiple-Pupil Exposure" von R. M. von Bünau und H. Fukuda, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35 (1996), Seiten 6400-6403 und "Effects of radially non-symmetric pupil filters and multiple-pupil exposure" von R. M. von Bünau, H. Fukuda und T. Terasawa, SPIE Vol. 2726, Seiten 375-385 beschrieben sind. Der diesbezügliche Offenbarungsgehalt dieser Artikel wird durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Nicht - rotationssymmetrische Filter können z. B. vorteilhaft sein, wenn der Spiegel unter einem vom senkrechten Lichteinfall abweichenden Winkel betrieben wird oder wenn Kontaktlöcher in einem dichten Raster mit unterschiedlichen Rasterabständen in zueinander senkrechten Raumrichtungen angeordnet sind. Eine Mehrfachbelichtung mit einem Wechsel zwischen rotationssymmetrischer und nicht-rotationssymmetrischer Filterfunktion kann z. B. die Auflösung bei der Abbildung sehr dünner Linien verbessern. Eine überlagerte Belichtung mit einem Wechsel zwischen bezüglich zweier orthogonaler Achsen symmetrischen oder antisymmetrischen Funktionen kann eine vierzahlige Symmetrie der Abbildungseigenschaften ergeben, die für bestimmte Strukturen Verbesserungen bezüglich Kantenschärfe oder Eckenschärfe bringen kann.

Um bei der Einstellung unterschiedlicher Filterfunktionen eine große Variationsbreite zu ermöglichen, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass mehrere Spiegelelemente separat voneinander ansteuerbar sind, um unterschiedliche Bewegungen ausführen zu können. Insbesondere kann jedem der beweglichen Spiegelelemente eine separate ansteuerbare Antriebseinrichtung zur gesteuerten Bewegung des Spiegelsegmentes zugeordnet sein. Besonders günstig sind Ausführungsformen, bei denen eine Antriebseinrichtung für ein Spiegelsegment mindestens einen Piezo-Kristall aufweist. Beispielsweise kann zwischen einem ortsfest einzubauenden Substrat oder einem Träger des Spiegels und der für die Reflexion verantwortlichen Spiegelschicht eine aus piezoelektrischen Material bestehenden Steuerschicht bzw. Antriebsschicht angeordnet sein, die derart ausgebildet ist, dass durch elektrische Ansteuerung der Steuerschicht ihre Schichtdicke und damit der Abstand zwischen dem Substrat bzw. dem Träger und der Spiegelschicht gesteuert veränderbar ist. Auch andere Effekte, die als Reaktion auf ein elektrisches oder magnetisches Signal eine Dimensionsänderung eines Materials bewirken, beispielsweise Magnetostriktion, können zum Aufbae von Antriebseinrichtungen bzw. Steuerschichten erfindungsgemäßer Spiegel verwendet werden. Antriebseinrichtungen zur Bewegung von Spiegelsegmenten können auch nach anderen Prinzipien arbeiten, z. B. elektromotorisch oder fluidmechanisch.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei katadioptrischen oder katoptischen Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie nutzbar, jedoch auch für andere Abbildungssysteme, z. B. Mikroskope geeignet.

Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer als Wafer-Stepper ausgebildeten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem katadioptrischen Projektionsobjektiv gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ist eine axiale Draufsicht auf die in konzentrische Ringe unterteilte Spiegelfläche eines Konkavspiegels für ein katadioptrisches Projektionsobjektiv;
Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Darstellung des Bereichs IV aus Fig. 3;
Fig. 5 ist ein axialer Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Konkavspiegels;
Fig. 6 ist eine schematische, axiale Draufsicht auf eine Spiegelfläche eines Konkavspiegels gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 ist eine Schnittdarstellung des Konkavspiegels in Fig. 6 entlang der Linie VII-VII.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Fig. 1 ist schematisch eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage in Form eines Wafer-Steppers 1 gezeigt, der zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen vorgesehen ist. Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 2, der Licht mit einer Arbeitswellenlänge λ ausstrahlt, die im Beispiel 248 nm beträgt und bei anderen Ausführungsformen auch darunter, beispielsweise bei 193 nm oder 157 nm liegen kann. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 4 erzeugt ein großes, scharf begrenztes und homogen beleuchtetes Bildfeld, das an die Telezentrie-Erfordernisse des nachgeschalteten Projektionsobjektivs 5 angepasst ist. Das Projektionsobjektiv 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines optischen Abbildungssystems gemäß der Erfindung. Das Beleuchtungssystem hat Einrichtungen zur Auswahl des Beleuchtungsmodus und ist beispielsweise zwischen konventioneller Beleuchtung mit variablem Kohärenzgrad, Ringfeldbeleuchtung und Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung umschaltbar. Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung 6 zum Halten und Manipulieren einer Maske 7 so angeordnet, dass die Maske (Retikel) in der Objektebene 8 des Projektionsobjektivs liegt und in dieser Ebene zum Scannerbetrieb in einer Abfahrrichtung 9 (y-Richtung) mit Hilfe eines Scannerantriebs bewegbar ist.
Hinter der Maskenebene 8 folgt das Projektionsobjektiv 5, das als Reduktionsobjektiv wirkt und ein Bild der Maske in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1 : 4 oder 1 : 5, auf einen mit einer Photoresistschicht belegten Wafer 10 abbildet, der in der Bildebene 11 des Reduktionsobjektivs 5 angeordnet ist. Andere Ausführungsformen, die für gröbere Ausgangsstrukturen, beispielsweise für die maskenlose Lithographie ausgelegt sind, können stärkere Verkleinerungen beispielsweise zwischen 1 : 20 und 1 : 200 haben. Der Wafer 10 wird durch eine Einrichtung 12 gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem Retikel 7 parallel zu diesem zu bewegen. Alle Systeme werden von einer Steuereinheit 13 gesteuert.
Das Projektionsobjektiv 5 ist ein katadioptrisches Projektionsobjektiv mit geometrischer Strahlteilung. Es hat zwischen seiner Objektebene (Maskenebene 8) und seiner Bildebene (Waferebene 11) einen katadioptrischen ersten Objektivteil 15 mit einem Konkavspiegel 16, einem geometrischen Strahlteiler 17 und hinter diesem einen dioptrischen zweiten Objektivteil 18. Der als Spiegelprisma ausgebildete Strahlteiler 17 hat eine ebene erste Spiegelfläche 19 zur Umlenkung der von der Objektebene kommenden Strahlung zum Konkavspiegel 16 und eine zweite Spiegelfläche 20 zur Umlenkung der vom Konkavspiegel reflektierten Strahlung in Richtung des rein refraktiven zweiten Objektivteils 18. Der katadioptrische Objektivteil ist so ausgelegt, dass mit Abstand hinter dem zweiten Umlenkspiegel 20 im Bereich einer Zwischenbildebene 21 ein frei zugängliches reelles Zwischenbild liegt, welches durch die nachfolgenden Linsen des dioptrischen Objektivteils in die Bildebene 11 abgebildet wird. Die optische Achse 24 des Projektionsobjektivs wird an den Spiegelflächen 19, 16, und 20 gefaltet.
Die Objektebene 8, die Zwischenbildebene 21 und die Bildebene 11 sind zueinander optisch konjugierte Feldebenen des Abbildungssystems 5. Zwischen diesen liegen jeweils ebene Pupillenflächen, welche Fouriertransformiert zur Retikelebene 8 und zur Bildebene 11 sind. Eine erste, ebene Pupillenfläche 3 liegt im Bereich des abbildenden Konkavspiegels 16. Die der Zwischenbildebene 21 nachfolgende, wafernächste Pupillenebene 22 ist frei zugänglich. In diesem Bereich sitzt die (nicht gezeigte) verstellbare Systemblende des Projektionsobjektivs.
Die Belichtungsanlage 1 ist zur Erzielung von Auflösungen von 0,1 µm oder darunter und hohe Durchsatzleistungen ausgelegt, und hat eine bildseitige numerische Apertur (NA) zwischen ca. 0,65 und ca. 0,85 oder höher. Der Grundaufbau des Projektionsobjektivs kann dem Aufbau der Projektionsobjektive entsprechen, die in der EP-A-0 989 434 gezeigt sind. Andere Ausführungsformen arbeiten mit physikalischer Strahlteilung, wobei anstelle des geometrischen Strahlteilers 17 beispielsweise ein Strahlteilerwürfel (BSC - beam splitter cube) mit einer polarisationsselektiven Strahlteilerschicht vorgesehen sein kann. Es gibt auch zwischenbildfreie Ausführungsformen erfindungsgemäßer katadioptrischer Projektionsobjektive, bei denen ein Konkavspiegel im Bereich einer Pupillenfläche angeordnet ist. Mögliche Ausführungsformen sind beispielsweise in der DE 42 03 464 oder dem Patent US 5,537,260 gezeigt.
Eine Besonderheit des Projektionsobjektivs 5 besteht darin, dass der Konkavspiegel 16 als variabler Pupillenfilter mit elektrisch einstellbarer Filterfunktion ausgebildet ist. Eine bevorzugte Ausführungsform mit einer rotationssymmetrischen Filterfunktion wird an Hand der Fig. 2 bis 4 erläutert. Die axiale Draufsicht auf die Spiegelfläche des Konkavspiegels 16 in Fig. 2 zeigt, dass der Spiegel bzw. die Spiegelfläche eine Anzahl von beispielsweise zehn ringförmigen Spiegelsegmenten 30 aufweist, die ein zentrales, kreisförmiges Spiegelsegment 31 umgeben. Die Zentralachse 32 dieser rotationssymmetrischen Anordnung fällt bei eingebautem Spiegel 16 mit dem Schnittpunkt zwischen der optischen Achse 24 des Projektionsobjektivs und der Spiegelfläche zusammen und verläuft symmetrisch zwischen den am Spiegel in spitzem Winkel zueinander verlaufenden Teilen der optischen Achse. Die ringförmigen Spiegelflächen der einzelnen Spiegelsegmente füllen die Gesamtfläche des Spiegels 16 nahezu lückenlos aus, so dass nur im Bereich der zwischen den Spiegelsegmenten liegenden Kontaktlinien 33 schmale, nicht spiegelnde Bereiche verbleiben, deren Gesamtfläche deutlich kleiner als ca. 1% der Gesamtfläche des Spiegels ist. Anstelle vollständiger Ringe können die Spiegelsegmente auch ringsegmentförmig geformt sein.
Wie die Vertikalschnitte der Fig. 3 und 4 zeigen, hat der Spiegel ein Spiegelsubstrat 34, welches beispielsweise aus einer Glaskeramik wie Zerodur (eingetragenes Warenzeichen), einer Siliziumkarbid-Keramik, einem Titanium-Silicatglas wie ULE (eingetragenes Warenzeichen) oder einem anderen verwindungssteifen Material mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen kann. Das Spiegelsubstrat hat eine für die Anbringung einer Reflexionsschicht vorgesehene Substratoberfläche 35, deren konkav gekrümmte Form im wesentlichen der gewünschten Form der anzubringenden Spiegelfläche 36 entspricht. Auf die glattpolierte Substratoberfläche 35 ist eine Schicht 37 aus einem piezoelektrisch aktiven Material aufgebraucht, bei dem es sich im Beispiel um eine Piezo-Keramik auf Basis von PbZrTiO₃ handelt, die in einem Sol-Gel-Verfahren aufgebracht sein kann. Bei Verwendung von elektrisch leitfähigen Materialen als Substratmaterial ist zwischen dem Spiegelsubstrat 34 und der Piezo-Schicht 37 eine aus elektrisch isolierenden Material bestehende Isolationsschicht vorgesehen, die beim Ausführungsbeispiel entfallen kann, weil das Spiegelsubstrat 34 aus isolierender Glaskeramik besteht. Auf die gegebenenfalls polierte freie Oberfläche der piezokeramischen Schicht 37 ist eine Schutzschicht 38, aufgebracht, die im Beispiel aus Quarz besteht. Die Schutzschicht 38 dient als Basis für die darauf angebrachte Spiegelschicht 39, weshalb die dem Substrat 34 abgewandte Oberfläche der Schutzschicht auf die gewünschte Form der Spiegelfläche poliert sein muss. Die Reflexionsschicht 39 kann als Wechselschichtpaket mit dielektrischen Materialien unterschiedlicher Brechungsindizes aufgebaut sein. Eine Spiegelschicht aus elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Aluminium ist ebenfalls möglich. Diese kann gegebenenfalls zur Reflektivitätssteigerung noch mit einer oder mehreren dielektrischen Schichten belegt sein.
Die auf diese Weise aufgebaute Schichtstruktur ist entlang konzentrischer Linien, die den Kontaktlinien 33 in Fig. 2 entsprechen können, durch tiefe Schnitte 40 aufgetrennt, die von der Spiegeloberfläche 36 bis in das Substrat 34 führen. Dadurch entstehen Spiegelsegmente 30, die elektrisch und räumlich von einander getrennt sind und jeweils einen Schichtaufbau haben, bei dem zwischen dem lagefest einzubauenden Substrat 34 und der jeweiligen Spiegeloberfläche 36 eine piezokeramische Schicht 37 angeordnet ist.
Zu jedem der von einander elektrisch getrennten Piezo-Keramik- Schichtabschnitten führt eine von der Substratrückseite zur Substratoberfläche 35 führende Bohrung, in der eine mit der zugeordneten Piezo-Schicht 37 kontaktierte elektrische Zuleitung 41 geführt ist. Die Piezo- Schicht 37 und die Zuleitungen sind derart gestaltet, dass bei einer elektrischen Ansteuerung der Piezo-Schicht über die Zuleitungen 41 die Piezo-Schicht ihre Schichtdicke aufgrund des umgekehrten piezoelektrischen Effekts verändert, wodurch der Abstand zwischen der jeweiligen spiegelnden Oberfläche 36 des Spiegelsegmentes und dem Substrat 34 gezielt veränderbar wird. Die Anordnung ist elektrisch und mechanisch so ausgelegt, dass der erzielbare Hub in Richtung parallel zur Zentralachse 32 der Spiegelanordnung zumindest in der Größenordnung der halben Arbeitswellenlänge liegt, also beispielsweise in der Größenordnung von ca. 100 nm.
Vorzugsweise wird der erläuterte Aufbau so erzeugt, dass zunächst das Spiegelsubstrat 34 mit den Bohrungen für die Zuleitungen 41 versehen und diese in den Bohrungen montiert werden. Anschließend wird die Substratoberseite 35 poliert und es werden die Piezo-Schicht 37 und die darüber liegende Quarzschicht 38 sowie gegebenenfalls weitere Schichten nacheinander aufgebracht. Anschließend werden, z. B. mit einem lithographischen Prozess, konzentrische Ringe oder andere Strukturen in die Schutzschicht 38 und die Piezo-Schicht 37 geschnitten. Die außerhalb der Schnitte 40 übrigbleibenden Oberflächen bilden die späteren phasenschiebenden Flächen des Spiegelfilters. Im letzen Arbeitsschritt vor der Verwendung des Spiegels wird die Reflexionsschicht 39 aufgebracht.
Die Arbeitsweise des Spiegels, der als phasenschiebender Pupillenfilter verwendet werden kann, wird im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert. Diese zeigt zwei schematisch dargestellte Lichtstrahlen 45 (gestrichelt) und 46 (punktiert), die zueinander parallel und im wesentlich parallel zur optischen Achse 24 des Projektionsobjektivs auf zwei benachbarte, durch einen Einschnitt 40 voneinander getrennte Spiegelsegmente 30, 30' fallen. In einer Grundkonfiguration des Spiegels, bei der die benachbarten Spiegelflächen im wesentlichen auf einer Höhe in bezug auf das Substrat liegen, erfahren die Strahlen 45, 46 bei Reflexion auf den Spiegelflächen keinen Gangunterschied, so dass sie nach der Reflexion den gleichen Phasenunterschied aufweisen wie im Lichtweg vor der Reflexion. Wird nun beispielsweise die dem rechts gezeigten Spiegelsegment 30' zugehörige Piezo-Schicht derart elektrisch angeregt, dass sich ihre Dicke vergrößert, so vergrößert sich auch der Abstand zwischen dem Substrat 34 und der zugeordneten Spiegelfläche 36'. Diese Situation mit angehobener Spiegelfläche 36' ist gestrichelt gezeichnet. Für die beiden Lichtstrahlen 45, 46 ergibt sich nun ein vom Hub der Spiegelfläche 36' abhängiger Gangunterschied, d. h. ein Unterschied der optischen Weglänge, weil sich durch die Hubbewegung der Spiegelfläche 36' die optische Weglänge des Strahls 46 im Vergleich zu derjenigen des Strahls 45 verkürzt. Auf diese Weise kann ein konzentrisch annularer Phasenfilter geschaffen werden, der in bestimmten, ringförmigen Zonen der Objektivpupille einen Phasensprung des Lichtes von 180° (oder einen Phasensprung anderer Größe) bewirkt. Die Filterwirkung kann durch gezielte Ansteuerung der Spiegelsegmente wahlweise eingestellt oder abschaltet sowie gegebenenfalls kontinuierlich oder in Stufen variiert werden. Die den jeweiligen Spiegelsegmenten zugeordneten Teile der Piezo-keramischen Schicht 37 dienen dabei als separat elektrisch ansteuerbare Antriebseinrichtungen zur unabhängigen Bewegung der einzelnen Spiegelsegmente.
In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform eines Konkavspiegels 50 gezeigt, der als phasenschiebender Pupillenfilter mit rotationssymmetrischer Filterfunktion verwendbar ist. Das aus einer Glaskeramik bestehende Spiegelsubstrat 51 ist bei dieser Ausführungsform auf einer Basisplatte 52 durch Kleben oder Ansprengen oder auf andere Weise befestigt. Das Material der Basisplatte 52 hat im wesentlichen die gleichen thermischen Ausdehnungseigenschaften wie das Spiegelsubstratmaterial und kann aus dem gleichen Material gefertigt sein. Die konkav gekrümmte und polierte Oberfläche des Spiegelsubstrats trägt die Reflexionsschicht 53. Das Spiegelsubstrat hat eine Anzahl von beispielsweise vier konzentrischen Ringsegmenten 55, die ein kreisrundes Mittelstück 56 umgeben und durch schmale, zur Basisplatte 52 durchgehende Spalte getrennt sind. Im Beispiel ist bei jedem zweiten Ringsegment 55 eine durchgehende ringförmige Schicht 59 aus piezoelektrischen Material zwischen der Basisplatte 52 und dem zugehörigen Ring 55 des Spiegelsubstrats angebracht, welches z. B. durch Ansprengen oder Kleben auf der darunter liegenden Piezo-Schicht befestigt sein kann. Die Zuleitungen 60 für die Spannungsversorgung der als Antriebseinrichtungen der Spiegelsegmente dienenden piezoelektrischen Ringe 59 werden hier durch die Basisplatte 52 geführt. Diese Anordnung bewirkt, das bei elektrischer Ansteuerung der piezokeramischen Ringe 59 durch die damit verbundene Dickenänderung der Schichten 59 die zugeordneten, beweglichen Spiegelsegmente 55 relativ zu den radial benachbarten, jeweils unbeweglichen Spiegelsegmenten angehoben oder abgesenkt werden. Auf diese Weise kann ein konzentrisch annularer Phasenfilter geschaffen werden, der in bestimmten ringförmigen Zonen der Objektivpupille einen Phasensprung des Lichtes in einem vorgegebenen Ausmaß (beispielsweise 180°) bewirken kann.
Da bei derartigen Ausführungsformen die Antriebseinrichtungen 59 für die beweglichen Spiegelsegmente nicht in den empfindlichen, oberflächennahen Schichtaufbau integriert sind, sondern zwischen relativ robusten Teilen der Unterkonstruktion, nämlich zwischen dem Spiegelsubstrat 51 und Basisplatte 52, angebracht sind, können die piezokeramischen Antriebseinrichtungen 59 besonders einfach durch andersartige Antriebseinrichtungen ersetzt werden, die einen gesteuerten Hubantrieb der Spiegelsegmente 58 zulassen. Möglich sind beispielsweise elektrisch oder auf andere Weise ansteuerbare Mikromotoren oder mit einem Arbeitsfluid betätigbare Zylinder-Kolben-Antriebe.
Die an Hand von Fig. 6 und 7 erläuterte Ausführungsform eines phasenschiebenden Konkavspiegels 70 ist ein Beispiel einer Konstruktion, bei der die Größe und Form der phasenschiebenden Bereiche mit großer Variabilität eingestellt werden können. Hier ist der komplette Spiegel 70 aus sechseckigen Waben 71 aufgebaut, die die Spiegelsegmente bilden, welche die Gesamtspiegelfläche des Spiegels nahezu lückenlos füllen. Der Aufbau der Unterkonstruktion ähnelt dem Aufbau in Fig. 5. Zwischen dem Spiegelsubstrat 72, welches auf seiner polierten, konkaven Oberfläche die Reflexionsschicht 73 trägt, und einer Basisplatte 74, ist bei jedem der Spiegelsegmente 71 ein der Wabenform entsprechender, sechseckiger Piezokristall 75 als Antriebseinrichtung vorgesehen. Alle Waben sind auf der Basisplatte aufgebaut, durch die die Zuleitungen 76 für die Piezokristalle 75 führen, welche die elektrischen Hubantriebe der wabenförmigen Spiegelsegmente bilden. Die Teile 74, 75 und 72 können beispielsweise durch Ansprengen oder Kleben fest miteinander verbunden sein. Die Spiegelschicht wird nach der Montage der Wabenelemente beschichtet.
Alle wabenförmigen Spiegelsegmente 71 sind separat voneinander senkrecht zur Ebene der Basisplatte 74 beweglich, wobei eine Hubbewegung oder Absenkbewegung durch elektrische Ansteuerung der zugeordneten Piezo-Antriebe 75 zu erreichen ist. Bei pupillennah eingebautem Spiegel 70 bildet jede wabenförmige Spiegelfläche ein reflektierendes Bildelement oder "Pixel" im Fourier-Raum. Durch synchrone Ansteuerung von vorgegebenen Gruppen benachbarter, räumlich zusammenhängender, wabenförmiger Spiegelelemente ist es möglich, Filterfunktionen mit verschiedenen räumlichen Verteilungen gewünschter Gangunterschiede einzustellen, so dass auch Pupillenfilter mit nicht- rotationssymmetrischer Filterfunktion möglich sind. Durch die Größe der einzelnen Waben kann die Pixelgröße und damit die räumliche Auflösung des Pupillenfilters vorgegeben werden.
Die Erfindung wurde beispielhaft an Hand von katadioptrischen mikrolithographischen Projektionsobjektiven erläutert, die ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung darstellen. Die Erfindung ist auch bei anderen optischen Abbildungssystemen nutzbar, z. B. bei katoptischen Projektionsobjektiven, bei denen alle optischen Elemente Spiegel sind, oder bei Mikroskopen. Zur Erzielung der Filterwirkung kann gegebenenfalls auch näherungsweise ein adaptiver Spiegel mit einem innerhalb gewisser Auslenkungsgrenzen kontinuierlich variierbaren Verlauf der Spiegelfläche verwendet werden. Dieser hat jedoch den Nachteil, dass Phasensprünge, wie sie bei theoretisch idealen Filtern vorhanden sind, nicht realisierbar sind. Erfindungsgemäße Pupillenfilter können alternativ oder zusätzlich auch als Amplitudenfilter ausgelegt sein. Beispielsweise kann ein in Spiegelsegmente unterteilter Spiegel kippbare Spiegelsegmente enthalten, so dass durch Verkippung der Spiegelsegmente der jeweils auf diese auftreffende Lichtanteil ausgeblendet wird und somit nicht zur Bilderzeugung beiträgt. Hierbei können einem Spiegelsegment gegebenenfalls mehrere unabhängig ansteuerbare Aktuatoren zugeordnet sein.

Claims

1. Verfahren zur Abbildung eines in der Objektebene eines optischen Abbildungssystems angeordneten Musters in die Bildebene des Abbildungssystems mit Hilfe eines Abbildungssystems, das eine Vielzahl von optischen Elementen aufweist, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind und mindestens einen im Bereich einer Pupillenfläche des Abbildungssystems angeordneten Spiegel umfassen, das Verfahren mit folgenden Schritten:
ortsauflösende Filterung des durch das Abbildungssystem laufenden Lichts im Bereich des Spiegels gemäß einer veränderbaren Filterfunktion.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Spiegel als variabler Pupillenfilter verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Filterfunktion durch gesteuerte Veränderung von Reflexionseigenschaften des Spiegels verändert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch lokale Veränderungen von geometrischen Reflexionseigenschaften des Spiegels eine ortsauflösende Phasenfilterung oder eine ortsauflösende Amplitudenfilterung durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Schritten:
Unterteilung des Spiegels in eine Anzahl von Spiegelsegmenten, die mindestens teilweise relativ zueinander beweglich sind;
Gesteuerte Bewegung von Spiegelsegmenten relativ zueinander derart, dass die optischen Weglängen von durch das Abbildungssystem tretenden Lichtstrahlen durch die Relativbewegung der Spiegelsegmente im Bereich der Pupillenfläche gemäß einer vorgegebenen Filterfunktion ortsauflösend relativ zueinander verändert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem zur Erzeugung einer in bezug auf die optische Achse rotationssymmetrischen Filterfunktion bei der Unterteilung des Spiegels ringförmige oder ringsegmentförmige Spiegelsegmente erzeugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem bei der Unterteilung des Spiegels vieleckige Spiegelsegmente erzeugt werden, die eine Gesamtspiegelfläche im wesentlichen flächenfüllend ausfüllen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem wabenförmige Spiegelsegmente erzeugt werden.

9. Optisches Abbildungssystem zur Abbildung eines in der Objektebene des Abbildungssystems angeordneten Musters in die Bildebene des Abbildungssystems, wobei das Abbildungssystem eine Vielzahl von optischen Elementen aufweist, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind und mindestens einen im Bereich einer Pupillenfläche des Abbildungssystems angeordneten Spiegel umfassen, wobei der Spiegel in eine Vielzahl von Spiegelsegmenten unterteilt ist und mindestens einem Teil der Spiegelsegmente jeweils eine Antriebseinrichtung zur Bewegung des Spiegelelementes relativ zu anderen Spiegelelementen zugeordnet ist, insbesondere mit einer parallel zu einer optischen Achse ausgerichteten Bewegungskomponente.

10. Abbildungssystem nach Anspruch 9, bei dem der Spiegel eine Anzahl von ringförmigen oder ringsegmentförmigen Spiegelsegmenten aufweist, die konzentrisch zur optischen Achse angeordnet sind.

11. Abbildungssystem nach Anspruch 9, bei dem der Spiegel eine Anzahl von vieleckigen Spiegelsegmenten aufweist, die eine Spiegelfläche des Spiegels im wesentlichen flächenfüllend ausfüllen.

12. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Spiegelsegmente eine sechseckige Form haben.

13. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem der Spiegel bewegliche Spiegelsegmente aufweist und für jedes bewegliche Spiegelsegment eine separat ansteuerbare Antriebseinrichtung zur gesteuerten Bewegung des Spiegelsegmentes vorgesehen ist.

14. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem eine Antriebseinrichtung für ein Spiegelsegment mindestens einen Piezo-Kristall aufweist.

15. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Abbildungssystem ein katadioptrisches Projektionsobjektiv ist.

16. Spiegel, insbesondere Konkavspiegel für ein katadioptrisches oder katoptrisches Projektionsobjektiv, mit einer ortfest einzubauenden Trägerstruktur und einer auf einem Spiegelsubstrat aufgebrachten Spiegelschicht, wobei zwischen der Trägerstruktur und der Spiegelschicht eine Antriebseinrichtung angeordnet ist, die derart ausgebildet ist, dass durch Ansteuerung der Antriebseinrichtung ein Abstand zwischen der Trägerstruktur und der Spiegelschicht in vorgegebenen Bereichen des Spiegels gesteuert veränderbar ist.

17. Spiegel nach Anspruch 16, bei dem zwischen dem Spiegelsubstrat und der Spiegelschicht mindestens bereichsweise eine als Antriebseinrichtung dienende Schicht aus piezoelektrischen Material angeordnet ist und Leitungen zur Spannungsversorgung der Schicht vorgesehen sind.

18. Spiegel nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Spiegel in eine Vielzahl von Spiegelsegmenten unterteilt ist und mindestens einem Teil der Spiegelsegmente jeweils eine Antriebseinrichtung zur Bewegung des Spiegelelementes relativ zu anderen Spiegelsegmenten zugeordnet ist, insbesondere zur Bewegung mit einer parallel zu einer optischen Achse ausgerichteten Bewegungskomponente.

19. Spiegel nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem eine Antriebseinrichtung zwischen dem als Trägerstruktur dienenden Spiegelsubstrat und der Spiegelschicht angeordnet ist.

20. Spiegel nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem eine Antriebseinrichtung zwischen dem Spiegelsubstrat und einer von dem Spiegelsubstrat gesonderten Trägerstruktur angeordnet ist.

21. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen mit folgenden Schritten:
Bereitstellung einer Maske mit einem vorgegebenen Muster;
Beleuchtung der Maske mit Licht einer vorgegebenen Wellenlänge; und
Projektion eines Bildes des Musters auf eine im Bereich der Bildebene eines Projektionsobjektivs angeordnetes, lichtempfindliches Substrat mit Hilfe eines optischen Abbildungssystems gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15.

22. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Mehrfachbelichtung des Substrats, wobei bei einer ersten Belichtung an dem Spiegel eine erste Pupillenfilterfunktion und bei einer nachfolgenden zweiten Belichtung durch Verstellung der Lage und/oder Orientierung von Spiegelsegmenten eine andere, zweite Pupillenfilterfunktion eingestellt wird.