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Die
Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für eine mikrolithographische
Projektionsbelichtungsanlage mit mehreren optischen Elementen und
mit Temperiermitteln zur Temperaturhomogenisierung wenigstens eines
der optischen Elemente. Die Erfindung betrifft außerdem eine
mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Projektionsobjektiv
sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschaltung mit
Hilfe einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
bei dem auf einem Retikel enthaltene Strukturen von einer Projektionslicht
erzeugenden Beleuchtungseinrichtung beleuchtet und von einem mehrere
optische Elemente enthaltenden Projektionsobjektiv auf einem Substrat
abgebildet werden, wobei zumindest auf einer Projektionslicht ausgesetzten
Oberfläche wenigstens
eines der optischen Elemente mit Hilfe von Temperiermitteln eine
zumindest annähernd
homogene Temperatur eingestellt wird.
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Ein
Projektionsobjektiv, eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage
sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschaltung der genannten
Art sind aus der
EP
0 823 662 A2 bekannt.
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Mikrolithographische
Projektionsbelichtungsanlagen, wie sie etwa bei der Herstellung
hochintegrierter elektrischer Schaltkreise verwendet werden, weisen
eine Beleuchtungsein richtung auf, die der Erzeugung eines Projektionslichtbündels dient. Das
Projektionslichtbündel
wird auf ein Retikel gerichtet, das die von der Projektionsbelichtungsanlage abzubildenden
Strukturen enthält
und in einer Objektebene eines Projektionsobjektivs angeordnet ist. Das
Projektionsobjektiv bildet die Strukturen des Retikels auf eine
lichtempfindliche Oberfläche
ab, die sich in einer Bildebene des Projektionsobjektivs befindet
und z.B. auf einem Wafer aufgebracht sein kann.
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In
der Regel unterscheiden sich aufeinanderfolgende Produktgenerationen
derartiger Projektionsbelichtungsanlagen insbesondere dadurch voneinander,
daß das
verwendete Projektionslicht eine zunehmend kürzere Wellenlänge hat,
da sich auf diese Weise Strukturen mit noch kleineren Abmessungen
lithographisch definieren lassen.
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Die
Verwendung sehr kurzwelligen und damit auch energiereichen Projektionslichts
hat allerdings den Nachteil, daß es
selbst bei hochtransparenten optischen Materialien zu einem beträchtlichen Wärmeeintrag
durch Absorption von Projektionslicht kommt. Die damit einhergehende
Temperaturerhöhung
führt bei
den gängigen
optischen Materialien außer
zu einer Veränderung
des Brechungsindex auch zu einer thermischen Ausdehnung, die die
geometrischen Abmessungen der optischen Elemente verändert und
sich dadurch auf die optischen Abbildungseigenschaften dieser Elemente
ungünstig
auswirkt. Bleibt die thermische Ausdehnung der optischen Elemente
un berücksichtigt,
so führt
dies zu nicht tolerierbaren Abbildungsfehlern.
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Eine
Voraussage der Verformung der optischen Elemente aufgrund strahlungsinduzierter
Erwärmung
ist u.a. deswegen häufig
schwierig, weil während
der Projektion im allgemeinen nur Teile der in der Projektionsbelichtungsanlage
enthaltenen optischen Elemente dem Projektionslicht ausgesetzt sind.
Falls beispielsweise die Belichtung in einem Scan-Prozeß erfolgt,
bei dem das abzubildende Retikel unter einem schmalen Lichtschlitz
hindurchbewegt wird, so sind während
der Projektion auch einige der in dem Projektionsobjektiv enthaltenen
optischen Elemente nur über
einen schlitzförmigen
Bereich hinweg dem Projektionslicht ausgesetzt. Als Folge davon
stellt sich eine recht inhomogene Temperaturverteilung in den einzelnen
optischen Elementen ein. Dies führt
wiederum dazu, daß auch
die thermische Ausdehnung des optischen Elements nicht über dessen
Volumen homogen, sondern in den Bereichen am höchsten ist, die dem Projektionslicht ausgesetzt
sind.
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Es
sind daher unterschiedliche Maßnahmen vorgeschlagen
worden, durch deren Anwendung die Temperaturverteilung innerhalb
der einzelnen optischen Elemente symmetrisiert oder sogar weitgehend
homogenisiert werden kann. Ist die Temperaturverteilung symmetrisch
oder sogar weitgehend konstant, so kann die thermische Ausdehnung
bei der Auslegung der optischen Komponente mit berücksichtigt
werden, wodurch sich thermisch induzierte Abbildungsfehler reduzieren
lassen.
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Aus
der eingangs bereits genannten
EP 0 823 662 A2 ist beispielsweise bekannt,
zusätzliche Lichtquellen
vorzusehen, die Licht mit einer anderen Wellenlänge als das Projektionslicht
erzeugen. Dabei werden nur solche Bereiche der optischen Elemente von
der zusätzlichen
Lichtquelle beleuchtet, die nicht dem Projektionslicht ausgesetzt
sind. Die Wellenlänge
des Zusatzlichtes ist so gewählt,
daß es
nicht mit der zu belichtenden lichtempfindlichen Oberfläche auf
dem Substrat wechselwirkt. Infolge dieser Maßnahme ist es möglich, die
optischen Elemente während
der Projektion mit dem Zusatzlicht zu erwärmen, ohne daß dabei
die Abbildung der auf dem Retikel enthaltenen Strukturen auf der
lichtempfindlichen Oberfläche
gestört
würde.
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Um
auch mit langwelligem und somit energieärmerem Zusatzlicht eine ausreichende
Wärmemenge
in die optischen Elemente eingetragen zu können, schlägt die
DE 199 63 588 A1 vor, auf
Bereichen der Oberfläche
der optischen Elemente, die keinem Projektionslicht ausgesetzt sind,
eine absorbierende Beschichtung zur Erhöhung der Absorption aufzubringen..
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Bei
diesen bekannten Projektionsbelichtungsanlagen sind die Bereiche,
die zum Zwecke der Temperaturhomogenisierung von einer zusätzlichen Lichtquelle
erwärmt
werden, fest vorgegeben und an die Geometrie der verwendeten Blendenöffnung angepaßt., Wird
beispielsweise eine Linse von einem rechteckförmigen Projektionslichtbündel durchsetzt, so
wird vorgeschlagen, zu beiden Seiten der Längsseiten des Rechtecks trapezförmige oder
ebenfalls rechteckige Bereiche zu beleuchten.
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Es
hat sich jedoch herausgestellt, daß sich trotz dieser zusätzlichen
Erwärmung
bestimmter Bereiche der optischen Elemente keine ausreichend genau
vorhersagbare thermische Ausdehnung einstellt. Dies hängt u.a.
damit zusammen, daß der
Wärmeeintrag
durch das Projektionslicht auch in erheblichem Maß davon
abhängt,
wie die Strukturen auf dem beleuchteten Retikel angeordnet sind.
Enthält ein
als Reflexionsmuster verwendetes Retikel beispielsweise nur zu einem
sehr kleinen Teil reflektierende Strukturen, so sind auch entsprechend
kleine Bereiche der optischen Elemente dem Projektionslicht ausgesetzt.
Die Erwärmung
durch das Projektionslicht ist in diesem Fall geringer als bei der
Projektion eines Retikels, das größtenteils reflektierende Strukturen
enthält.
Da die auf den Retikeln enthaltenen Strukturen bei der Auslegung
der Projektionsobjektive nicht bekannt sind, ist es praktisch unmöglich, die
thermische Ausdehnung der optischen Elemente des Projektionsobjektivs
genau vorherzusagen und sie bei der Auslegung entsprechend zu berücksichtigen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Projektionsobjektiv sowie ein Verfahren
zur Herstellung einer Halbleiterschaltung anzugeben, bei dem die
in dem Projektionsobjektiv enthaltenen optischen Elemente besonders
geringe thermisch induzierte Abbildungsfehler verursachen, und zwar
weitgehend ungeachtet des auf dem zu projizierenden Retikel enthaltenen Musters.
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Bei
einem Projektionsobjektiv der eingangs genannten Art wird diese
Aufgabe dadurch gelöst, daß das wenigstens
eine optische Element ein Material enthält, dessen thermischer Ausbildungskoeffizient
bei einer Nulldurchgangs-Temperatur ein Betragsminimum hat, und
daß sich
mit den Temperiermitteln die Nulldurchgangs-Temperatur zumindest auf
einer Projektionslicht ausgesetzten Oberfläche des wenigstens einen optischen
Elements zumindest annähernd
einstellen läßt.
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Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient
selbst eine Funktion der Temperatur ist. So haben einige Materialien,
die zur Herstellung von Linsen oder Spiegeln in mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlagen in Betracht kommen, einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten, der in dem hier interessierenden Temperaturbereich
von etwa 20° C bis
40° C ein
Minimum oder sogar einen Nulldurchgang hat. Die Temperatur, bei
der der thermische Ausdehnungskoeffizient einen Nulldurchgang hat oder
zumindest minimal ist, wird im folgenden als Nulldurchgangs-Temperatur
bezeichnet, da bei dieser Temperatur entweder der thermische Ausdehnungskoeffizient
selbst oder aber seine Ableitung nach der Temperatur einen Nulldurchgang
hat.
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Wird
nun das wenigstens eine optische Element mit Hilfe der Temperiermittel
auf diese Nulldurchgangs-Temperatur gebracht, so wirken sich Temperaturschwankungen
nur noch minimal auf die Abmessungen des optischen Elements aus,
da der thermische Ausdehnungskoeffizient in der Nähe der Nulldurchgangs-Temperatur
besonders gering ist. Wird beispielsweise ein als Reflexionsmuster
verwendetes Retikel mit einem niedrigen Flächenanteil an reflektierenden
Strukturen gegen ein Retikel mit einem hohen Flächenanteil an reflektierenden
Strukturen ausgetauscht, so führt
der damit verbundene erhöhte
Wärmeeintrag
in die optischen Elemente zwar zu einer Temperaturerhöhung, jedoch
wirkt sich diese wegen des minimalen Ausdehnungskoeffizienten nur
geringfügig
auf die Geometrie des optischen Elements und damit auf dessen Abbildungseigenschaften
aus.
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Es
hat sich allerdings gezeigt, daß es
in einigen Fällen
günstig
sein kann, mit den Temperiermitteln nicht exakt die Nulldurchgangs-Temperatur,
sondern einen geringfügig,
z.B. um nicht mehr als 1° C, 2° C oder auch
3° C hiervon
abweichenden Wert, einzustellen. Die Höhe der Abweichung hängt u.a.
davon ab, welche Art von strahlungsinduzierten Abbildungsfehlern
reduziert werden sollen.
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Bei
den optischen Elementen kann es sich grundsätzlich um refraktive, diffraktive
oder reflektive Elemente handeln. Besonders vorteilhaft ist die
Erfindung bei Spiegeln anwendbar, da hier eine größere Auswahl
an Materialien für
den Spiegelträger
zur Verfügung
steht, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient in dem hier interessierenden
Temperaturbereich ein Minimum hat.
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In
Betracht kommen in diesem Zusammenhang beispielsweise titandotierte
Quarzgläser
wie z.B. ULE® (ULE
= Ultra Low Expansion, eingetragene Marke der Firma Corning, USA)
sowie bestimmte Glaskeramiken wie etwa Zerodur® (eingetragene Marke
der Firma Schott-Glas, Mainz). Zerodur® ist ein
Zwei-Phasen-Material,
dessen kristalline Phase die Eigenschaft hat, sich bei einer Temperaturerhöhung zusammenzuziehen,
während
sich die amorphe Phase bei einer Temperaturerhöhung ausdehnt. Durch Wahl des
Mischungsverhältnisses
der beiden Phasen kann die Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
recht genau eingestellt werden. Insbesondere sind Zerodur®-Materialien
verfügbar,
deren thermischer Ausdehnungskoeffizient bei einer vorgebbaren Temperatur
innerhalb des hier interessierenden Temperaturbereichs zwischen
etwa 20° C
und 40° C
einen Nulldurchgang hat.
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Wenn
es sich bei dem wenigstens einen optischen Element um einen Spiegel
handelt, so genügt es
im allgemeinen, lediglich an dessen dem Projektionslicht ausgesetzten
Oberfläche
die Nulldurchgangs-Temperatur zumindest annähernd homogen einzustellen.
Wegen der homogenen Temperatur an der Oberfläche stellt sich dann lediglich
senkrecht zu dieser Oberfläche
ein Temperaturgradient ein. Ein solcher Temperaturgradient und die
damit einhergehenden Verformungen lassen sich bei der Auslegung des
Spiegels ohne weiteres berücksichtigen.
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Bei
den Temperiermitteln zum Einstellen einer zumindest annähernd homogenen
Temperatur in wenigsten einem der optischen Elemente kann es sich
insbesondere um Heizmittel handeln. Zwar ist es grundsätzlich auch
möglich,
durch eine Kühlung
von optischen Komponenten eine bestimmte Temperatur einzustellen,
jedoch haben Kühlmaßnahmen
den Nachteil, sich räumlich
nicht so gezielt anwenden zu lassen, wie dies bei Heizmitteln der
Fall ist. Die Heizmittel können
bei einem Spiegel z.B. auf dessen Träger oder aber auf die reflektierende
Oberfläche
wirken.
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Besonders
einfach ist es, wenn es sich bei den Heizmitteln um eine Lichtquelle
handelt. Durch Bestrahlung mit Licht läßt sich räumlich sehr gezielt eine Temperaturerhöhung in
bestimmten Bereichen des wenigstens einen optischen Elements erzielen.
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Ist
die Lichtquelle identisch mit der Projektionslichtquelle, so ist
sicherzustellen, daß das
für die zusätzliche
Erwärmung
abgezweigte Licht nicht in den Strahlengang des Projektionslichts
gelangen kann oder nur in Belichtungspausen abgezweigt wird. Vorzugsweise
jedoch ist die Lichtquelle von der Projektionslichtquelle verschieden,
wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist. Dies erlaubt
es, Zusatzlicht für
die Erwärmung
zu verwenden, das aufgrund seiner Wellenlänge nicht zu einer Belichtung der
auf dem Substrat aufgebrachten lichtempfindlichen Schicht beiträgt.
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Die
Festlegung der zu erwärmenden
Bereiche erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Transmissionsfilters,
das zwischen der Lichtquelle und dem wenigstens einen optischen
Element angeordnet ist und dessen Transmissionsgrad so über eine
Fläche
des Transmissionsfilters verteilt ist, daß nur solche Bereiche des wenigstens
einen optischen Elements von der Lichtquelle beleuchtbar sind, die
während
der Projektion keinem Projektionslicht ausgesetzt sind. Auf diese
Weise ist sichergestellt, daß nicht
zusätzlich
auch solche Berei che durch die Lichtquelle erwärmt werden, die ohnehin dem
Projektionslicht ausgesetzt sind.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist der Transmissionsgrad
des Transmissionsfilter so über
eine Fläche
des Transmissionsfilters verteilt, daß sämtliche Bereiche des wenigstens
einen optischen Elements von der Lichtquelle beleuchtbar sind, die
während
der Projektion keinem Projektionslicht ausgesetzt sind. Auf diese Weise
wird eine besonders homogene Temperatur in dem wenigstens einen
optischen Element erzielt. Eine solche komplementäre Beleuchtung
ist insbesondere dann möglich,
wenn die Strukturen auf dem Retikel relativ großflächig sind. Bei sehr feinen
Strukturen wird es hingegen im allgemeinen weniger sinnvoll sein,
auf eine komplementäre
Beleuchtung mit Zusatzlicht abzustellen. Die von dem Projektionslicht eingetragene
Wärme zerfließt dann
nämlich
von selbst über
die sehr feinen Strukturen hinweg, wodurch sich in jedem optischen
Element von alleine eine weitgehend homogene Temperaturverteilung
in dem von dem Projektionslichtbündel
insgesamt durchtretenen Bereich einstellt.
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Alternativ
zur Festlegung der zu erwärmenden
Bereiche mit Hilfe von Transmissionsfiltern kann auch ein Laser
als Lichtquelle verwendet werden, dem eine steuerbare Strahlablenkungseinrichtung zugeordnet
ist, mit der sich ein von dem Laser erzeugbarer Laserstrahl nur
auf solche oder sogar auf sämtliche
Bereiche des wenigstens einen optischen Elements richten läßt, die
während
der Projektion keinem Projektionslicht ausgesetzt sind.
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Mit
Hilfe an sich bekannter Strahlablenkungseinrichtungen, wie sie etwa
in Bar-Code-Scannern verwendet werden, lassen sich praktisch beliebige
und sehr feine Lichtmuster auf die Oberfläche des wenigstens einen optischen
Elements zeichnen. Insbesondere bei feineren Retikelstrukturen kann deswegen
die Beleuchtung mit einem solchen wandernden Laserstrahl zu einer
homogeneren Temperatur in dem wenigstens einen optischen Element führen, als
dies bei Beleuchtung durch ein Transmissionsfilter hindurch möglich ist.
Außerdem
ist bei einem Wechsel des Retikels kein Austausch eines Transmissionsfilters
erforderlich, sondern lediglich die Ansteuerung der Strahlablenkungseinrichtung elektronisch
an die Strukturen des neuen Retikels anzupassen.
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Um
einen ausreichend hohen Wärmeeintrag mit
dem wandernden Laserstrahl zu erzielen, wird dieser vorzugsweise
mit einer vorgebbaren Wiederholfrequenz über die zu erwärmenden
Bereiche geführt.
Die Höhe
des Wärmeeintrags
kann dabei auf einfache Weise durch die Wiederholfrequenz bestimmt
werden. Die vorstehend beschriebene zielgenaue Erwärmung von
optischen Elementen mit Hilfe eines wandernden Laserstrahls kann
im übrigen auch
unabhängig
von der hier beschriebenen, auf den Zusammenhang zwischen eingestellter
Temperatur und Nulldurchgangs-Temperatur des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
gerichteten Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden.
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Im
allgemeinen wird bevorzugt sein, wenn die Nulldurchgangs-Temperatur
gleich der höchstmöglichen
Temperatur ist, die bei einer Belichtung eines maximal transmittiven
oder reflektiven Retikels durch den Einfluß von Projektionslicht in dem
wenigstens einen optischen Element während einer Projektion erzielbar
ist. Bei Spiegeln beispielsweise stellt sich diese höchstmögliche Temperatur
an der dem Projektionslicht ausgesetzten Oberfläche ein. Durch diese Wahl ist
sichergestellt, daß unter
allen denkbaren Projektionsbedingungen die Nulldurchgangs-Temperatur
nicht überschritten
wird, so daß sich
diese allein durch entsprechende Heizmittel einstellen läßt.
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Bezüglich des
Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Temperatur
so gewählt
wird, daß sie
zumindest annähernd gleich
einer Nulldurchgangs-Temperatur ist, bei der der thermische Ausdehnungskoeffizient
eines in dem wenigstens einen optischen Element enthaltenen Materials
ein Betragsminimum hat.
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Die
vorstehend zu dem Projektionsobjektiv aufgeführten Erläuterungen und vorteilhaften
Ausgestaltungen gelten hierbei entsprechend.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
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1 eine stark schematisierte,
nicht maßstäbliche Darstellung
einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage;
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2 einen vergrößerten Ausschnitt
aus einem Projektionsobjektiv, das Teil der in 1 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage
ist;
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3 einen Graphen, der die
Temperaturabhängigkeit
des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines ersten Materials
zeigt
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4 einen Graphen, der die
Temperaturabhängigkeit
des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines zweiten Materials
zeigt.
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In
1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage
stark schematisiert und nicht maßstäblich dargestellt und insgesamt
mit
10 bezeichnet. Die Projektionsbelichtungsanlage
10 umfaßt eine
Beleuchtungseinrichtung
12, in der eine Lichtquelle
14 angeordnet ist.
Die Lichtquelle
14 dient der Erzeugung von Projektionslicht,
das mit
16 angedeutet ist und eine im extremen Ultraviolett
liegende Wellenlänge
von beispielsweise 13,5 nm hat. Zur Beleuchtungseinrichtung
12 gehört außerdem eine
mit
18 lediglich angedeutete Abbildungsoptik, mit der sich
das Projektionslicht
16 auf ein Retikel
20 richten
läßt. Die
Beleuchtungseinrichtung
12 ist als solche im Stand der Technik,
z. B. aus der
EP 1
123 195 A1 , bekannt und wird deswegen hier nicht näher beschrieben.
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Das
vom Retikel
20 reflektierte Projektionslicht
16 tritt
in ein Projektionsobjektiv
22 ein, das im dargestellten
Ausführungsbeispiel
sechs asphärische
Abbildungsspiegel M1, M2,..., M6 enthält. Jeder der Spiegel M1 bis
M6 hat einen Spiegelträger
241,
242,...,
245 bzw.
246,
auf dem eine (in
1 nicht
erkennbare) reflektierende Schichtanordnung aufgebracht ist. Das
Projektionsobjektiv
22 erzeugt auf einer photoempfindlichen
Schicht
26, die auf einem Wafer
28 aufgebracht
ist, ein verkleinertes Abbild der in dem Retikel
20 erhaltenen
Strukturen. Da die grundsätzliche
Anordnung der Spiegel M1 bis M6 in dem Projektionsobjektiv
22 an
sich im Stand der Technik bekannt ist (siehe z. B.
US 6 353 470 B1 ), wird auf
die Erläuterung
weiterer Einzelheiten hierzu verzichtet.
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Allen
oder auch nur einigen der Spiegel M1 bis M6 können weitere Komponenten zugeordnet sein,
die aus Gründen
der Übersicht
in 1 allerdings nur
für den
Spiegel M6 dargestellt sind. Bei den dem Spiegel M6 zugeordneten
Komponenten handelt es sich zum einen um einen mit 30 angedeuteten Manipulator,
mit dessen Hilfe der Spiegel M6 sich in allen 6 Freiheitsgraden,
d.h. translatorisch entlang und rotatorisch um drei zueinander senkrechte Raumachsen,
verfahren läßt. Dem
Spiegel M6 ist außerdem
eine Zusatzlichtquelle 34 zugeordnet, mit der sich die
reflektierende Oberfläche
des Spiegels M6 über
ein dazwischen angeordnetes Transmissionsfilter 36 gezielt
beleuchten läßt.
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2 zeigt den Spiegel M6 mit
der Zusatzlichtquelle 34 und dem Transmissionsfilter 36 in
einer vergrößerten Darstellung,
aus der weitere Einzelheiten hervorgehen. So ist beispielsweise
die bereits erwähnte,
in 2 mit 38 bezeichnete
reflektierende Schichtanordnung erkennbar, die auf einer präzise polierten
Oberfläche 39 des
Spiegelträgers 246 aufgebracht
ist.
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Der
Einfachheit halber sei angenommen, daß auf dem Retikel 20 nur
zwei reflektierende Strukturen enthalten sind, wodurch sich in dem
Projektionsobjektiv 22 zwei einzelne, in 2 gestrichelt dargestellte Projektionslichtbündel 161, 162 ausbreiten.
Diese Projektionslichtbündel 161, 162 fallen
in der Darstellung der 2 von
rechts unten auf die Schichtanordnung 38, so daß diese
nur an zwei Bereichen dem Projektionslicht ausgesetzt ist. Diese beiden
Bereiche sind in 2 mit
gepunkteten Linien 40 und 42 gekennzeichnet.
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Die
Schichtanordnung 38, die beispielsweise aus einer alternierenden
Abfolge von Molybdän-
und Silizium-Schichten bestehen kann, reflektiert mehr als 50 %
des auftreffenden Projektionslichts. Das übrige Projektionslicht wird
innerhalb der Schichtanordnung absorbiert. Infolge der teilweisen
Absorption der beiden Projektionslichtbündel 161, 162 in
der Schichtanordnung 38 kommt es in den Bereichen 40, 42,
die dem Projektionslicht ausgesetzt sind, zu einem Wärmeeintrag
und dadurch auch zu einer Temperaturerhöhung. Durch Wärmeleitung
fließt
die Wärme
von dort in den Spiegelträger 246 ab,
so daß sich dessen
Temperatur ebenfalls erhöht.
Da die Projektionslichtbündel 161, 162 jedoch
nur innerhalb der beiden Bereiche 40, 42 Wärmeenergie
zuführen,
stellt sich auch nach längerer
Zeit keine auch nur annähernd
homogene Temperaturverteilung über
dem Spiegel M6 ein.
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Der
Spiegelträger 246,
dessen geometrischen Abmessungen (Krümmungsradius etc.) die Abbildungseigenschaften
des Spiegels M6 bestimmen, würde
sich deswegen, wenn keine zusätzliche Maßnahmen
ergriffen würden,
durch thermische Ausdehnung in komplizierter Weise verformen. Die stärksten Verformungen
des Spiegelträgers 246 würden in
den Bereichen auftreten, die unmittelbar an die Mitte der Bereiche 40, 42 auf
der Schichtanordnung 38 angrenzen, da dort die Temperaturen
am höchsten
sind.
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Das
Ausmaß der
Verformungen läßt sich
näherungsweise
berechnen, wenn man sämtliche Randbedingungen
wie etwa die Geometrie der Bereiche 40, 42 kennt.
Zu berücksichtigen
ist dabei auch, daß der
thermische Ausdehnungskoeffizient α im allgemeinen selbst eine
Funktion der Temperatur T ist, so daß die thermische Ausdehnung
keine lineare Funktion der Temperatur ist, wenn man größere Temperaturbereiche
betrachtet. Mit Hilfe solcher Berechnungen läßt sich zwar für ein ganz
bestimmtes Retikel die sich durch das Projektionslicht einstellende Verformung
des Spiegelträgers 246 zumindest
näherungsweise
bestimmen, so daß der
Spiegelträger 246 – wenn auch
mit erheblichem Aufwand – so
poliert werden könnte,
daß sich
bei der dann einstellenden Temperaturverteilung die an sich gewünschten Abbildungseigenschaften
ergeben. Bei einem anderen Retikel jedoch würde sich eine andere Temperaturverteilung
in dem Spiegel M6 einstellen, so daß sich die Abbildungseigenschaften
wieder verschlechtern würden.
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Um
dem abzuhelfen, ist dem Spiegel M6 die Zusatzlichtquelle 34 zugeordnet,
die die Schichtanordnung 38 mit Zusatzlicht 44 bestrahlt,
das in 2 gepunktet unterlegt
ist. Die Bestrahlung der Schichtanordnung 38 erfolgt dabei
derart, daß alle diejenigen
Bereiche der Schichtanordnung 38 mit Zusatzlicht 44 bestrahlt
werden, die nicht den beiden Projektionslichtbündeln 161, 162 ausgesetzt
sind.
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Vorzugsweise
wird die Zusatzlichtquelle so zu dem Spiegel M6 angeordnet, daß das Zusatzlicht 44 nicht
in mögliche
Strahlengänge
des Projektionslichts 16 gelangen kann. Sollte sich dies
im Einzelfall nicht realisieren lassen, so ist die Wellenlänge des Zusatzlichts 44 so
festzulegen, daß das
Zusatzlicht 44 entweder vollständig von der Schichtanordnung 38 absorbiert
wird oder nicht mit der lichtempfindlichen Schicht 26 wechselwirken
kann. In beiden Fällen
sollte im Hinblick auf die gewünschte
homogene Temperaturverteilung in dem Spiegel M6 sichergestellt sein,
daß sich
pro Flächeneinheit
auf der Schichtanordnung 38 annähernd der gleiche Wärmeeintrag
ergibt, wie dies bei den Projektionslichtbündeln 161, 162 der
Fall ist. Bei Verwendung von Zusatzlicht 44 mit einer anderen
Wellenlänge
als das Projektionslicht 16 ist zu berücksichtigen, daß die Schichtanordnung
für diese
andere Wellenlänge
im allgemeinen ein anderes Absorptionsvermögen aufweist. Die Intensität, mit der
die Schichtanordnung 38 bestrahlt wird, kann somit lokal
unterschiedlich sein.
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Durch
eine solche Bestrahlung der Schichtanordnung 38 mit dem
Zusatzlicht 44 wird über
deren gesamte, mit 46 bezeich nete Oberfläche hinweg
annähernd
die gleiche Wärmemenge
pro Flächeneinheit
freigesetzt. Rechnungen haben gezeigt, daß sich dann – zumindest
bei den hier in Frage kommenden Trägermaterialien – in dem
Spiegelträger 246 lediglich
senkrecht zur Spiegeloberfläche 46 ein
Temperaturgradient einstellt.
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Die
Verformungen, die sich aufgrund des sich ausschließlich senkrecht
zur Spiegeloberfläche 46 einstellenden
Temperaturgradienten ergeben, können
sehr viel einfacher bei der Auslegung und später bei der Herstellung des
Spiegels M6 berücksichtigt
werden, als dies bei den komplizierten Verformungen der Fall ist,
die sich bei in allen Raumrichtungen inhomogenen Temperaturverteilungen
ergeben.
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Eine
Möglichkeit,
nur die nicht dem Projektionslicht ausgesetzten Bereiche der Spiegeloberfläche 46 mit
Zusatzlicht 44 zu bestrahlen, besteht darin, zwischen der
zusätzlichen
Lichtquelle 34 und dem Spiegel M6 das oben bereits erwähnte Transmissionsfilter 36 anzuordnen.
Die Variation des Transmissionsgrades über die Fläche des Transmissionsfilters 36 ist
dabei so an die Strukturen des Retikels 20 angepaßt, daß die gesamte
Spiegeloberfläche 46 mit
Ausnahme der beiden von Projektionslicht bestrahlten Bereichen 40, 42 dem
Zusatzlicht 44 ausgesetzt ist.
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Gegebenenfalls
kann der Zusatzlichtquelle 34 eine in 2 nicht dargestellte Abbildungsoptik zugeordnet
sein, wenn das Transmissionsfilter exakt auf der Spiegeloberfläche 46 der
Schichtanordnung 38 abgebildet werden soll. In Betracht kommt
dies insbesondere dann, wenn sehr fein strukturierte Bereiche dem
Projektionslicht 40, 42 ausgesetzt sind. Eine
einfache Abschattung der Zusatzlichtquelle 34 genügt dann
ggf. nicht mehr, um eine weitgehend komplementäre Bestrahlung der Spiegeloberfläche 46 mit
Projektionslicht 16 und Zusatzlicht 44 zu erzielen.
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Es
versteht sich ferner, daß bei
einem anderen Retikel 20 im allgemeinen auch das Transmissionsfilter 36 gegen
ein Transmissionsfilter mit anderem Verlauf des Transmissionsgrads
ausgetauscht werden muß.
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Erheblich
verbessert wird das Verhalten des Spiegels M6 bei strahlungsinduzierter
Temperaturerhöhung
weiter dadurch, daß der
Spiegelträger 246 aus
einem Material besteht, dessen Betrag des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
bei der Temperatur T0 ein Minimum hat. Vorzugsweise
handelt es sich bei diesem Betragsminimum um einen Nulldurchgang,
so daß α(T0) = 0 gilt.
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Dieser
Fall ist in 3 anhand
eines Graphen gezeigt, in dem der thermische Ausdehnungskoeffizient α in Abhängigkeit
von der Temperatur T für das
oben bereits erwähnte
Material Zerodur® aufgetragen ist. Hier
ist das Mischungsverhältnis
zwischen der kristallinen und der amorphen Phase so gewählt, daß sich bei
der Temperatur T0, die sich bei der Bestrahlung
mit dem Zusatzlicht 44 in dem Spiegelträger 246 einstellt,
ein Nulldurchgang des thermischen Ausdehnungskoeffizienten α ergibt.
Bei Temperaturen größer als
T0 ist der thermische Ausdehnungskoeffizient α negativ,
so daß sich
das Volumen bei Temperaturerhöhung
verringert. Bei Temperaturen kleiner als T0 zeigt
das Material das an sich normale Verhalten, sich bei Temperaturerhöhung auszudehnen.
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Ein
verschwindender thermischer Ausdehnungskoeffizient bei der Temperatur
T0 ist deswegen vorteilhaft, weil auf diese
Weise weder kleinere Temperaturschwankungen des gesamten Spiegelträgers 246 noch
Inhomogenitäten
der Temperaturverteilung zu einer nennenswerten thermischen Verformung des
Materials und damit zu Abbildungsfehlern führen. Solche Inhomogenitäten werden
im allgemeinen selbst bei exakt komplementärer Bestrahlung mit Zusatzlicht 44 nicht
ganz vermeidbar sein und können z.B.
als Temperaturgradient in der Richtung senkrecht zur Spiegeloberfläche 46 auftreten.
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Eine
zusätzliche
Quelle von praktisch unvermeidbaren Temperaturschwankungen stellen
Unterbrechungen der Belichtung während
der Herstellung der Halbleiterschaltungen dar, da es dabei jeweils
zu einer kurzzeitigen Abkühlung
der Spiegel kommt.
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Bei
dem in 4 gezeigten Graphen
hat das Material für
den Spiegelträger 246 einen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten α, der in dem hier interessierenden
Temperaturbereich zwischen 20° C
und 40° C
zwar keinen Nulldurchgang, jedoch wenigstens ein Minimum bei der
Temperatur T0 hat. Ein solches Minimum entspricht
einem Nulldurchgang der Ableitung des Ausdehnungskoeffizienten α nach der
Temperatur T, d. h. dα(T)/dT
= 0. Zwar wird aus den oben genannten Gründen in der Regel ein Material
vorzuziehen sein, das bei der sich im Spiegel einstellenden Temperatur
T0 einen verschwindenden Ausdehnungskoeffizienten
hat; in einigen Fällen
mag es jedoch nicht ohne weiteres möglich sein, für die betreffende
Anwendung ein Material zu finden, das diese Eigenschaft aufweist.
Die Wahl eines Materials, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient
bei der Spiegeltemperatur ein Minimum hat, ist dann, relativ gesehen,
immer noch am günstigsten.
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Bei
dem vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen
worden, daß die
Nulldurchgangs-Temperatur T0, d.h, die Temperatur,
bei der der thermische Ausdehnungskoeffizient verschwindet oder
wenigstens ein Betragsminimum hat, die Maximaltemperatur ist, die
sich in dem Spiegel M6 unabhängig
von der Wahl des Retikels 20 einstellen kann. Falls für den Spiegelträger 246 nur
Materialien mit einer höheren
Nulldurchgangs-Temperatur T0 als der Maximaltemperatur
des Spiegels M6 zur Verfügung
stehen, so kommt selbstverständlich auch
in Betracht, den gesamten Spiegel zusätzlich zu erwärmen, bis
diese höhere
Nulldurchgangs-Temperatur T0 erreicht wird.
Dies kann beispielsweise durch eine zusätzliche und von oben auf die
Spiegeloberfläche 46 wirkende
Wärmezufuhr
erfolgen, durch die der Temperaturgradient senkrecht zur Spiegeloberfläche 46 annähernd gleich
bleibt.