DE60124524T2

DE60124524T2 - Optisches reduktionssystem mit kontrolle der belichtungspolarisation

Info

Publication number: DE60124524T2
Application number: DE60124524T
Authority: DE
Inventors: L. Justin Trumbull KREUZER
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: US6680798B2; US20020027719A1; KR100894303B1; KR20020054272A; WO2001081977A2; US20040120044A1; DE60124524D1; AU2001255612A1; EP1277073B1; EP1277073A2; US7239446B2; JP2003532281A; WO2001081977A3

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf optische Systeme, die in der Halbleiter-Produktionen Anwendung finden.
Verwandte Technik
Halbleitergeräte werden typischerweise unter Verwendung von verschiedenen fotolithografischen Verfahren hergestellt. Die Schaltkreistechnik, die in einem Halbleiterchip verwendet wird, wird von einer Maske auf einen Wafer projiziert. Diese Projektion wird oft mit Hilfe von optischen Systemen bewerkstelligt. Der Aufbau dieser optischen Systeme ist oft komplex, und es ist schwierig, die gewünschte Auflösung zu erreichen, die für die Reproduzierung der immer kleiner werdenden Komponenten, die auf einem Mikrochip untergebracht werden, notwendig sind. Deshalb sind viele Anstrengungen unternommen worden, ein optisches Reduktionssystem zu entwickeln, das in der Lage ist, sehr feine Komponententeile abzubilden, die kleiner als 0,25 Mikrometer sind. Die Notwendigkeit, ein optisches System zu entwickeln, das in der Lage ist, sehr feine Komponententeile abzubilden, erfordert auch eine Verbesserung der Systemleistung.
Ein konventionelles optisches System ist in dem US-Patent mit der Nummer 5.537.260 mit dem Titel „Katadioptrisches optisches Reduktionssystem mit großer numerischer Apertur", das am 16. Juli 1996 für Williamson erteilt wurde, offen gelegt worden. Diese Quelle beschreibt ein optisches Reduktionssystem mit einer numerischen Apertur von 0,35. Ein anderes optisches System wird in dem US-Patent mit der Nummer 4.953.960 unter dem Titel „Optisches Reduktionssystem" beschrieben, das am 4. September 1990 für Williamson erteilt wurde. Diese Quelle beschreibt ein optisches System, das im Bereich von 248 Nanometern arbeitet und das eine numerische Apertur von 0,45 besitzt.
Das US-Patent mit der Nummer 5.715.084 legt ein optisches Spiegel- und Brechungssystem offen, das einen Polarisationsstrahlteiler, einen konkaven Spiegel, eine Linsengruppe und ebenso ein Viertelwellenlängen-Plättchen enthält. Ein zusätzliches Wellen längen-Plättchen wandelt S-polarisiertes Licht, das aus dem Strahlteiler kommt, in zirkular polarisiertes Licht um.
Das US-Patent mit der Nummer 5.537.260 legt ein optisches System offen, das für die Fertigung von Halbleiterteilen geeignet ist und das einen konkaven Spiegel, eine Linsengruppe vor dem Spiegel und eine Linsengruppe nach dem Spiegel und ebenso einen Strahlteiler umfasst.
Übersicht über die Erfindung
Während diese optischen Systeme die Leistung für die beabsichtigten Zwecke in ausreichendem Maß erbringen können, besteht jedoch ein immer größerer Bedarf an einer verbesserten Systemleistung. Der Erfinder dieser Erfindung hat erkannt, dass ein Bedarf besteht, die Wirkungen der Doppelbrechung der Maske zu minimieren. Darüber hinaus gibt es einen Bedarf für ein optisches System mit geringen Regelfehlern der kritischen Maße (CD) der Linienbreite, das eine akzeptable Systemleistung bietet.
Die Einführung der Kompensation zur Steuerung der Beleuchtungspolarisation beschränkt die Auswirkung der Leistung der Masken-Doppelbrechung auf einer sensiblen Projektionsoptik einschließlich einer katadioptrischen Projektionsoptik. Wenn das Substrat der Maske eine Doppelbrechung aufweist, so wird das zu einer Änderung der Polarisation des Lichts, das durch das optische System geleitet wird, führen.
Diese Veränderung ändert die Leistung des gesamten Systems. Eigenschaften wie Reflexionsvermögen, Einfügungsdämpfung und Quotienten des Strahlteilers werden für verschiedene Polarisationen unterschiedlich sein. Das führt zu Dosierungsfehlern auf dem Wafer. Dosierungsfehler tragen zu Regelfehlern der kritischen Maße (CD) der Linienbreite bei.
Darüber hinaus können Dosierungsfehler auch durch die Doppelbrechung der Maske auftreten. Dieser Effekt wird relativ klein sein, er wird jedoch viel größer sein, wenn das Substrat der Maske eine Doppelbrechung aufweist und das Eingangslicht einen kleinen Fehler in sich birgt. Die vorliegende Erfindung minimiert die Wirkung der Masken-Doppelbrechung durch eine Optimierung der Beleuchtung, indem nur sehr kleine Änderungen der Beleuchtungspolarisation gegenüber dem zugrunde liegenden Eingangslicht gemacht werden. Der Dosierungsfehler wird dadurch minimiert. Diese Minimierung hat als Ergebnis eine Reduktion des Regelfehlers der kritischen Maße (CD) der Linienbreite.
Die vorliegende Erfindung bietet ein optisches Projektionssystem, das ein Beleuchtungssystem, eine Objekt- oder Maskenebene zum Anbringen eines Objekts oder einer Maske, ein optisches Reduktionssystem, in dem das Beleuchtungssystem die Objektebene oder die Maskenebene mit einer Strahlung beleuchtet, die sich in einem Polarisationszustand befindet, und einen einstellbaren Polarisationskompensator umfasst, der mit einer wählbaren Retardation zur Kompensation von Retardation in dem Objekt oder in der Maske ausgestattet ist.
Die einstellbaren Kompensationskomponenten können verstellbare Wellenplättchen, reflektierende oder durchlässige Dünnfilm-Polarisierer, ein Berek-Kompensator und/oder ein Soleil-Babinet-Kompensator sein.
In einigen Anwendungsfällen hat die Doppelbrechung der Maske kleine Werte, die viel geringer als die Wellenlänge sind. In solchen Anwendungsfällen variiert die Doppelbrechung über die ganze Maske hinweg. Diese wechselhafte Doppelbrechung verändert den gewünschten Polarisationszustand und führt dabei Dosierungsfehler und begleitende CD-Linienbreiten-Verstellung ein, die eine Funktion der Position sind.
Der Polarisationskompensator berücksichtigt bei der Optimierung des Beleuchtungspolarisationszustands die Minimierung der Dosierungsfehler. Diese geringen Veränderungen stellen die Polarisationsreinheit auf ein besseres Niveau der Vollkommenheit im Vergleich zu der geringprozentigen Polarisationsreinheit, die herkömmlich in optischen Systemen erfordert wird.
Die Zustandsreinheit der Polarisation wird dadurch erreicht, dass geringe Veränderungen in der tatsächlichen Elliptizität der Polarisation durchgeführt werden. Im Allgemeinen kann der Kompensator irgendwo im Beleuchtungssystem angeordnet sein, um den Polarisationszustand an der Maske zu verändern. Wenn es jedoch irgendwelche starken Polarisierer (zum Beispiel Polarisationsanalysatoren) in der Nähe gibt, sollte der Kompensator auf der Maskenseite der Polarisierer angeordnet sein.
Weitere Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorzüge der vorliegenden Erfindung und ebenso die Struktur und die Arbeitsweise der unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die begleitenden Zeichnungen, die hier beigefügt sind und einen Teil der Spezifikation bilden, stellen die vorliegende Erfindung dar, und dienen darüber hinaus zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären und einen Kenner der einschlägigen Technik in die Lage zu versetzen, die Erfindung zu verstehen und sie zu nutzen.
Für die Zeichnungen gilt:
1 ist eine schematische Darstellung eines konventionellen optischen Projektionssystems.
2A ist eine Darstellung der Doppelbrechungseigenschaften einer Maske.
2B ist eine Darstellung der Eigenschaften eines Berek-Kompensators.
2C ist eine Darstellung der Eigenschaften eines Soleil-Babinet-Kompensators.
3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Anwendung eines Berek-Kompensators.
4 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Anwendung eines Soleil-Babinet-Kompensators.
5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Anwendung eines einzelnen lichtbrechenden Materials.
6 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Anwendung von zwei unterschiedlichen lichtbrechenden Materialien.
7 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Anwendung von mehr als zwei unterschiedlichen lichtbrechenden Materialien.
8 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche Bezugszeichen für identische oder ähnliche Elemente angegeben. Zusätzlich bezeichnen die äußeren linken Ziffern eines Bezugszeichens die Zeichnung, in der das Bezugszeichen erstmals erscheint.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

I. Übersicht
II. Terminologie
III. Konventionelles optisches System und Masken-Doppelbrechung
IV. Polarisationskompensation
V. Beispielhafte praktische Anwendungen A. Optisches System mit Steuerung einer Laser-Beleuchtungspolarisation B. Alternative Ausführungsform C. Weitere Ausführungsformen

I. Übersicht
Die vorliegende Erfindung kompensiert die Doppelbrechung der Maske. Dies kann die Abbildungsqualität von katadioptrischen Reduktionssystemen in der Photolithographie verbessern. Um die Erfindung zu beschreiben, wird zuerst ein Abschnitt für die Terminologie zur Verfügung gestellt. Es folgt ein Abschnitt der Übersicht, der ein beispielhaftes konventionelles optisches Reduktionssystem (1) und das Problem der Masken-Doppelbrechung, wie sie vom Erfinder dieser Erfindung erkannt wird (2A). Dann werden die Polarisationskompensation und die optischen Komponenten zur Bewerkstel ligung der Polarisationskompensation nach dieser Erfindung beschrieben (2B und 2C). Zum Abschluss werden beispielhafte praktische Anwendungen der vorliegenden Erfindung diskutiert, die einen oder mehrere Kompensatoren in den optischen Reduktionssystemen aufweisen, die die Abbildungsqualität verbessern (3–9).
II. Terminologie
Um die vorliegende Erfindung klarer umreißen zu können, wird über die gesamte Spezifikation hinweg angestrebt, an den folgenden definierten Ausdrücken so durchgängig wie möglich festzuhalten.
Der Ausdruck „Schaltkreistechnik" bezieht sich auf die Merkmale, die für eine Verwendung in einem Halbleiterteil konzipiert sind.
Der Ausdruck „Dosierungsfehler" bezieht sich auf Abweichungen in der Energieverteilung von Strahlungsereignissen auf dem Bild oder auf der Waferfläche.
Der Ausdruck „Merkmalsorientierung" bezieht sich auf Muster, die auf eine Maske für die Projektion aufgedruckt sind.
Der Ausdruck „langes konjugiertes Ende" bezieht sich auf die Fläche auf der Seite des Objekts oder der Maske in dem optischen System.
Der Ausdruck „kurzes konjugiertes Ende" bezieht sich auf die Fläche auf der Seite des Bilds oder des Wafers in dem optischen System.
Der Ausdruck „Abdruckfehler" bezieht sich auf Abweichungen in den Linien auf dem Wafer, die durch Asymmetrien im optischen System hervorgerufen werden. Asymmetrien werden durch Diffraktionen auf den verschiedenen Ebenen des Systems und der Maske erzeugt.
Der Ausdruck „Halbleiter" bezieht sich auf eine Festkörpersubstanz, die auf elektrischem Weg verändert werden kann.
Der Ausdruck „Halbleiter-Chip" bezieht sich auf ein Halbleiterbauteil, das eine beliebige Anzahl von Transistoren und anderen Komponenten besitzt.
Der Ausdruck „Wafer" bezieht sich auf das Grundmaterial in der Halbleiterfertigung, das einer Folge von Schritten der Photomaskierung, des Ätzens und/oder des Zusammenfügens unterzogen wird.
Der Ausdruck „Wellenplättchen" bezieht sich auf Platten zur Retardierung oder Phasenschieber, die aus Materialien hergestellt sind, die eine Doppelbrechung besitzen.
III. Konventionelles optisches System und die Masken-Doppelbrechung
1 illustriert ein konventionelles optisches Reduktionssystem. Von seinem langen konjugierten Ende, an dem die Maske angeordnet ist, bis zu seinem kurzen konjugierten Ende, an dem sich der Wafer befindet, besitzt es eine erste optische Komponentengruppe 120, einen Strahlteiler-Würfel 150, ein erstes Viertelwellenlängen-Plättchen 140, einen konkaven Spiegel 130, ein zweites Viertelwellenlängen-Plättchen 160 und eine zweite optische Komponentengruppe 170. Jede der Komponenten 120–170 ist in dem US-Patent mit der Nummer 5.537.260 mit dem Titel „Katadioptrisches optisches Reduktionssystem mit großer numerischer Apertur", das am 16. Juli 1996 für Williamson erteilt wurde, beschrieben. Eine Eigenschaft, die jedes optische System besitzt, ist die Interdependenz der Größe zwischen der numerischen Apertur und den Anforderungen an die spektrale Strahlung. Um die Maske effektiv zu beleuchten, kann linear polarisiertes Licht vorgegeben sein. In einigen Fällen können andere Beleuchtungspolarisationszustände, zum Beispiel rechtsdrehende oder linksdrehende Zirkularpolarisation erwünscht sein. Die Einschränkungen von linear polarisiertem oder annähernd linear polarisiertem Licht wer den oben erwähnt und in den folgenden Abschnitten diskutiert.
Wie vom Erfinder dieser Erfindung erkannt wurde, sind fast alle Masken schwach doppelbrechend. Daher verändern die Masken das linear polarisierte Licht, das zur Projektion von der Maske auf den Wafer verwendet wird. Eine Maske kann einfallendes linear polarisiertes Licht so wie ein Wellenplättchen – nur in einem viel geringeren Ausmaß – elliptisch polarisieren. Das führt zu Dosierungsfehlern am Wafer, die zumindest zum Teil durch die Merkmalsorientierungen auf der Maske vergrößert werden. Dosierungsfehler tragen selbst für eine bevorzugte Polarisationsart zu Regelfehlern der kritischen Maße (CD) der Linienbreite bei. Regelfehler der kritischen Maße (CD) der Linienbreite sind für die Leistung von Halbleiterbauteilen schädlich.
2A stellt die Eigenschaften der Doppelbrechung der Maske 110 dar. Die Maske 110 ist auf dem Weg des linear polarisierten Lichts 210 angeordnet. Das Vektordiagramm 205 zeigt den linearen Zustand der Polarisation. Die Maske 110 ist schwach retardierend, das heißt, sie weist einen geringen Wert der Doppelbrechung auf. Hinter der Maske 110 wird das Licht unterschiedlich polarisiert, wie mit den Kurven in der Lichtausgabe 230 gezeigt wird. Das Vektordiagramm 235 zeigt die Spitze 237 und die Ausdehnung 238 des Lichts, das die Maske verlässt.
IV. Polarisationskompensation
Wellenplättchen (Retardierungsplättchen oder Phasenschieber) werden aus Materialien hergestellt, die eine Doppelbrechung aufweisen. Doppelbrechende Materialien – einschließlich der glasartigen Materialien unter innerer oder äußerer Spannung und Kristalle – sind im Allgemeinen anisotrop. Dies bedeutet, dass die atomaren Bindungskräfte in den Elektronenwolken in unterschiedlichen Richtungen verschieden sind und demzufolge auch die Brechungsindizes.
Die einfachste Klasse der Kristalle sind jene mit einer Würfelsymmetrie. In einem Würfelkristall sind alle drei kristallografischen Richtungen oder Achsen äquivalent. Es ist n_x = n_y = n_z, und damit ist das Kristall isotrop. Ungeachtet dessen, wie das Licht bezüglich des Kristalls polarisiert wird, wird es den gleichen Brechungsindex und daher eine Phasenverschiebung erfahren. Deshalb bleibt jedes polarisierte Licht außer einer Anhäufung einer konstanten Phasenverschiebung unverändert nach dem Durchgang durch einen fehlerfreien isotropen Kristall. (Das gilt ebenso für amorphe Substanzen wie Glas.) Jedoch weist eine andere Klasse von Kristallen asymmetrische (oder anisotrope) optische Eigenschaften auf. Sie sind bekannt als doppelbrechende Kristalle. Ein doppelbrechender Typ ist nichtaxial, was bedeutet, dass eine Kristallachse sich von den beiden anderen unterscheidet: n_z ≠ n_x = n_y. Gewöhnliche nichtaxiale Kristalle von optischer Qualität sind Quarz, Kalzit und MgF₂. Die einzelne Kristallachse, die einzigartig ist, wird oft als die „außerplanmäßige" Achse bezeichnet, und der ihr zugeordnete Brechungsindex wird n_e benannt, während die anderen beiden Achsen „gewöhnlich" sind und mit dem Index n_o benannt sind.
Im Fall der nicht axialen doppelbrechenden Kristalle wie etwa Quarz zeigt eine einzelne Symmetrieachse (tatsächlich eine Richtung), die als optische Achse bekannt ist, zwei ausgeprägte Hauptindizes der Brechung: den maximalen Index n_o (die langsame Achse) und den minimalen Index n_e (die schnelle Achse).
Entsprechend der Terminologie der einaxialen Kristalle werden die folgenden Namen verwendet: schnelle Achse und langsame Achse. Die Achse mit dem kleinsten Brechungsindex ist die schnelle Achse. Wenn n_e < n_o ist, wie es bei Quarz der Fall ist, dann ist die außerplanmäßige Achse schnell und die gewöhnlichen Achsen sind langsam. Umgekehrt ist, wenn n_e > n_o ist, wie es bei Kalzit und MgF₂ der Fall ist, die außerplanmäßige Achse langsam und die gewöhnlichen Achsen sind schnell. Definitionsgemäß wird Quarz zu den positiven einaxialen Kristallen gerechnet, wogegen Kalzit ein negatives nichtaxiales Kristall ist. Diese beiden Indizes entsprechen den Lichtfeldoszillationen, die parallel und lotrecht zur optischen Achse verlaufen.
Das Eingangslicht, das entlang der gewöhnlichen Achse des Kristalls linear polarisiert wird, verhält sich wie eine gewöhnliche Welle und wird den Brechungsindex n_o erfahren. Indem der Kristall so gedreht wird, dass das Licht entlang der außerplanmäßigen Achse des Kristalls linear polarisiert wird, wird das Licht veranlasst, sich wie eine außerplanmäßige Welle zu verhalten, die einen Brechungsindex n_e erfährt. In diesen beiden Fällen werden die Phasenverschiebungen oder die optische Weglänge unterschiedlich sein, selbst wenn das Licht die gleiche physikalische Weglänge zurücklegt.
So ergibt sich für Quarz der maximale Index aus dem Durchgang gewöhnlicher Wellenstrahlen entlang einer optischen Achse durch das Material. Der minimale Index ergibt sich aus dem Durchgang außerplanmäßiger Wellenstrahlen entlang einer anderen optischen Achse durch das Material. Die Geschwindigkeiten der außerplanmäßigen Wellenstrahlen und der gewöhnlichen Wellenstrahlen auf dem Weg durch doppelbrechende Materialien unterscheiden sich stark nach ihren Brechungsindizes. Die Differenz in den Geschwindigkeiten lässt eine Phasenverschiebung entstehen, wenn die zwei Richtstrahlen wieder zusammengeführt werden. Im Fall eines einfallenden linear polarisierten Richtstrahls wird dies vorgegeben durch:
Wobei α die Phasendifferenz, d die Dicke des Wellenplättchens, n_e und n_o die Brechungsindizes der jeweiligen außerplanmäßigen und gewöhnlichen Richtstrahlen sind und λ die Wellenlänge bezeichnet. So wird bei einer spezifizierten Wellenlänge die Phasendifferenz von der Dicke des Wellenplättchens beherrscht.
Die Dicke des Viertelwellenlängen-Plättchens ist so gewählt, dass die Phasendifferenz eine ¼-Wellenlänge (nullte Ordnung) oder ein Vielfaches der ¼-Wellenlänge (Mehrfachordnung) darstellt. Wenn der Winkel zwischen dem elektrischen Feldvektor des einfallenden linear polarisierten Richtstrahls und der Retardierungshauptfläche des Viertelwellenlängen-Plättchens 45 Grad hat, wird der austretende Richtstrahl zirkular polarisiert.
Hinzu kommt, dass ein Viertelwellenlängen-Plättchen, wenn es zweifach passiert wird, d.h., wenn das Licht zweimal hindurch geht, weil es von einem Spiegel reflektiert wird, als Halbwellenlängen-Plättchen auftritt und die Polarisationsebene auf einen bestimmten Winkel dreht.
Unter dem Viertelwellenlängen-Plättchen wird eine Dicke eines doppelbrechenden Materials verstanden, das ein Viertel einer Wellenlänge des einfallenden Lichts zuführt. Dies steht im Kontrast zu einer integralen Anzahl von Halb-Plus-Viertelwellen oder zwei Materialstärken, deren Phasenverzögerungen sich um eine Viertelwelle unterscheiden. Die schädlichen Effekte von starken Schwankungen der Einfallswinkel werden dabei durch die Verwendung solcher Wellenplättchen nullter Ordnung und durch die Begrenzung der Feldgröße in der Einfallsebene auf der hohen numerischen Apertur minimiert.
In ähnlicher Weise wird die Dicke eines Halbwellenlängen-Plättchens so gewählt, dass die Phasendifferenz eine ½-Wellenlänge (nullte Ordnung) oder ein ungerades Vielfaches der ½-Wellenlänge (Mehrfachordnung) darstellt. Ein linear polarisierter Richtstrahl, der auf ein Halbwellenlängen-Plättchen einfällt, tritt auch als linear polarisierter Richtstrahl aus, der jedoch derart gedreht ist, dass der Winkel zur optischen Achse doppelt so groß ist wie der Winkel des einfallenden Richtstrahls.
Obwohl variable Wellenplättchen unterschiedlich sind, können die Charakteristika dieser Plättchen schädliche Eigenschaften besitzen, die denen der Mehrfachordnung, wie sie oben diskutiert wurden, ähnlich sind. Es sind jedoch Verfahren zur Herstellung von Wellenplättchen nullter Ordnung verfügbar, deren Retardierung stufenlos angepasst werden kann. Ein solches variables Wellenplättchen wird auch als Polarisationskompensator bezeichnet, und es kann verwendet werden, um eine beliebige Retardierung einschließlich der ¼-Welle und der ½-Welle über einen breiten Bereich von Wellenlängen zu erreichen. Es gibt zwei vorherrschende Typen von Kompensatoren: den Berek-Kompensator und den Soleil-Babinet-Kompensator.
Die Eigenschaften der zwei Kompensatoren sind in 2B und 2C dargestellt.
2B zeigt die Eigenschaften eines Berek-Kompensators. 2C zeigt die Eigenschaften eines Soleil-Babinet-Kompensators.
Der in 2B dargestellte Berek-Kompensator 250 besteht aus einem einzigen Plattenschnitt mit der außerplanmäßigen Achse lotrecht zum Plättchen. Wenn das Licht 240 in einem normalen Einfallswinkel auf das Plättchen trifft, dann strömt es mit einer Geschwindigkeit, die unabhängig von der Polarisation ist. Es gibt keine Retardierung im Ausgangslicht 245, da das Licht nur den Brechungsindex n₀ erfährt. Das Licht „ignoriert" die außerplanmäßige Achse. Wenn das Plättchen 250 jedoch zum Licht 240 hin oder vom Licht 240 weg geneigt wird, wie es durch das Plättchen 250' gezeigt wird, dann wird eine der Achsen in der Einfallsebene ein bisschen außerplanmäßig. Die Achse hat nun den effektiven Brechungsindex n'_e, der durch die Formel vorgegeben wird:
Die außerplanmäßige Achse steht senkrecht auf dem Plättchen. Eine Neigung verursacht Doppelbrechungen und daher eine Phasenverzögerung im Ausgangslicht 245'. Obwohl der Wert der Verzögerung im Berek-Kompensator vom Grad der Neigung abhängt, besitzt er wie alle Kompensatoren eine Empfindlichkeit gegenüber Winkelveränderungen. Der Berek-Kompensator ist deshalb attraktiv, weil er aus lediglich einem Plätt chen aus nichtaxialem Kristall besteht und dadurch die Kosten und die optischen Verluste senkt, während er noch die Vielseitigkeit des Soleil-Babinet-Kompensators, der unten diskutiert wird, beibehält.
Der Soleil-Babinet-Kompensator besteht effektiv aus zwei aufeinander gestapelten einaxialen Plättchen. 2C zeigt die Plättchen 260 und 270 und 280 und 290. Die außerplanmäßigen Achsen der beiden Plättchen stehen senkrecht zueinander, so dass die Funktion der gewöhnlichen und der außerplanmäßigen Achsen umgekehrt werden, wenn das Licht durch ein Plättchen und dann durch das andere strömt. Eine Phasenverschiebung oder Verzögerung, die in dem Plättchen 260 (280) aufgebaut wird, kann teilweise oder vollständig durch das Plättchen 270 (290) zurückgenommen werden.
Ein variabler Kompensator wird gemacht, indem das Plättchen 260 (280) als zwei komplementäre Keile, wie sie als Keilpaar 263 und 265, sowie Paar 283 und 285 dargestellt sind, konstruiert werden. Auf diese Weise wird die gesamte Dicke des Plättchens 260 (280) angepasst werden, indem der Gleitkeil 263 gegenüber dem Keil 265 verschoben wird. Dies wird in 2C illustriert. Wenn die Dicke des Plättchens 260 (280) genau gleich der Dicke des Plättchens 270 (290) ist, dann gibt es keine Netto-Verzögerung.
Obwohl seine Arbeitsweise leicht verständlich ist, kann ein Soleil-Babinet-Kompensator relativ teuer sein, da er drei Stücke aus sorgfältig bearbeiteten und eingebauten einaxialen Kristallen benötigt. Ein weiteres Manko des Soleil-Babinet-Kompensators ist, dass er aufgrund der Reflektionen der sechs Schnittstellen, die in dieser Konstruktion vorhanden sind, ziemlich verlustbehaftet ist.
V. Beispielhafte praktische Anwendungen
A. Optisches System mit Steuerung einer Laser-Beleuchtungsgolarisation
Die vorliegende Erfindung verwendet variable Wellenplättchen, um die Dosierungsfehler in einem feinpolarisierenden optischen Projektionssystem zu minimieren, die durch die Abweichung der Doppelbrechung über die Maske verursacht werden. Wie mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben, bietet ein einzelner Polarisationskompensator eine einzige Korrektur für die gesamte Maske. In einer Ausführungsform können mehrfache komplexe Korrektoren eine Korrektur bieten, die als Funktion der Maskenposition variiert.
In einer anderen Ausführungsform kann das Kompensatorensystem so aufgebaut werden, dass die Beleuchtungspolarisation versetzt wird, um eine lokale Doppelbrechung der Maske zu kompensieren.
In einer Ausführungsform kann der Polarisationszustand zur Dosierungskontrolle über die Belichtung ausgewertet werden. Zum Beispiel kann der Polarisationszustand über die Maske gemittelt werden. 3 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die solche Asymmetrien oder Abdruckfehler eliminiert. Ein Berek-Kompensator 305 wird vor dem Objekt oder der Maske 110 eingebaut. Der Berek-Kompensator 305 führt eine Feinabstimmung für das Licht in der Maskenflächenpolarisation aus, so dass es stärker mit dem angestrebten Zustand auf der Maskenfläche übereinstimmt. In einer Ausführungsform, in der es ein verlustfreies optisches Beleuchtungssystem gibt, führt der Kompensator eine Korrektur der Polarisation zu, die gleich dem Polarisationsfehler ohne Kompensator ist. Die Korrektur ist der Abstand zum gewünschten Zustand, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen. Wenn die Projektionsoptik einen kleinen unbeabsichtigten Wert einer Doppelbrechung vor einem beliebigen starken Polarisator aufweist, dann kann der Beleuchtungskompensator um einen zusätzlichen Wert ausgleichen, um die Doppelbrechung zu kompensieren. So werden die Dosierungsfehler, die durch die Doppelbrechung verursacht werden, minimiert, und die Regelung der kritischen Maße (CD) der Linienbreite wird verbessert.
B. Alternative Ausführungsform
Für einen Kenner der Technik ist ebenso einsichtig, dass ein Soleil-Babinet-Kompensator 405 anstelle des Berek-Kompensators 305 vor der Maske 110 in das System eingefügt werden könnte. Diese Ausführungsform wird in 4 dargestellt, in der der Soleil-Babinet-Kompensator 405 der gleichen Funktion dient wie der Berek-Kompensator 305 und mit den gleichen allgemeinen Charakteristiken, wie oben diskutiert, arbeitet.
C. Weitere Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung kann in unterschiedliche optische Projektionssysteme eingebaut werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung in katadioptrische Systeme, wie hier detailliert beschrieben wird, und ebenso in lichtbrechende und reflektierende Systeme eingebaut werden. Ein Kenner der Technik könnte auf der Basis der hier gege benen Informationen erkennen, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch in anderen Reduktionssystemen anwendbar sind. Weitere detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten angeboten.
Weitere Ausführungsformen mit variablen Wellenplättchen 505, 605, 705, 805 und 905 werden weiter unten mit Bezug auf 5–9 detailliert beschrieben. Die variablen Wellenplättchen 505, 605, 705, 805 und 905 sind nicht auf variable Wellenplättchen beschränkt und können im Allgemeinen jeder beliebige Typ eines variablen Kompensators einschließlich, aber nicht ausschließlich, geschichtete Wellenplättchen, gegenüberliegende Spiegel, Berek-Kompensatoren und/oder Soleil-Babinet-Kompensatoren sein.
5 illustriert eine andere Ausführungsform des optischen Reduktionssystems der vorliegenden Erfindung, die ein variables Wellenplättchen 505 innerhalb des Beleuchtungssystems umfasst, um eine Kompensation der Doppelbrechung der Maske zu liefern. Vom fangen konjugierten Ende aus gesehen umfasst es ein variables Wellenplättchen 505, eine Objekt- oder Maskenfläche 110, eine erste Linsengruppe LG1, einen Klappspiegel 520, eine zweite Linsengruppe LG2, einen Strahlteilerwürfel 530, ein erstes Viertelwellenlängen-Plättchen 532, einen konkaven Spiegel 534, ein zweites Viertelwellenlängen-Plättchen 538 und eine dritte Linsengruppe LG3. Das Bild entsteht auf der Bild- oder der Waferfläche 180. Die erste Linsengruppe LG1 umfasst ein Gehäuse 512, einen beabstandeten Doppelsatz, der eine positive Linse 514 und eine negative Linse 516 umfasst, sowie eine positive Linse 518. Das Gehäuse 512 ist eine Linse mit annähernder oder kompletter Nulllast. Die zweite Linsengruppe LG2 umfasst eine positive Linse 522, einen beabstandeten Doppelsatz, der eine negative Linse 524 und eine positive Linse 526 umfasst, sowie eine negative Linse 528. Die dritte Linsengruppe LG3 umfasst zwei positive Linsen 540 und 542, die stark positiv sind, ein Gehäuse 544 und zwei positive Linsen 546 und 548, die schwach positiv sind. Der Klappspiegel 520 ist für den Betrieb der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich. Der Klappspiegel erlaubt jedoch den Objekt- und Bildflächen, in paralleler Lage zu sein, was für eine geplante Anwendung des optischen Systems der vorliegenden Erfindung, nämlich die Herstellung von Halbleiterbauteilen unter Anwendung der Photolithographie mit einem Step-und-Scan-System, zweckmäßig ist.
Die Strahlung betritt das System am langen konjugierten Ende und geht durch die erste Linsengruppe LG1, wird durch den Klappspiegel 520 reflektiert und passiert die zweite Linsengruppe LG2. Die Strahlung betritt den Strahlteilerwürfel 530 und wird von Oberfläche 536 reflektiert und passiert danach das Viertelwellenlängen-Plättchen 532 und wird vom konkaven Spiegel 534 reflektiert. Die Strahlung verläuft dann zurück durch das Viertelwellenlängen-Plättchen 532, durch den Strahlteilerwürfel 530, das Viertelwellenlängen-Plättchen 538, die Linsengruppe LG3 und wird an der Bild- oder Waferfläche 180 gebündelt.
Die Linsengruppen oberhalb des Spiegels, LG1 und LG2, besitzen nur eine hinreichende Brennweite zum Abbilden der Eintrittspupille bei Unendlich auf der Aperturblende 531 an oder nahe bei dem konkaven Spiegel 534. Die zusammengesetzte Brennweite der Linsengruppen LG1 und LG2 ist leicht negativ. Das Gehäuse 512 und der luftisolierte Doppelsatz 514 und 516 unterstützen bei den Abweichungskorrekturen einschließlich des Astigmatismus, Feldkrümmung und Verzeichnung. Die Linsengruppe LG3 hinter dem konkaven Spiegel 534 liefert sowohl den größten Teil der Reduktion vom Objekt zur Bildgröße und bildet auch die Aperturblende auf eine unendliche Austrittspupille. Die beiden stark positiven Linsen 540 und 542 liefern eine hohe numerische Apertur am Bild und an den Austrittspupillen und in Unendlich. Das Gehäuse 544 hat fast keine Brennweite. Die beiden schwach positiven Linsen 546 und 548 helfen bei der Korrektur von hochwertigen Abweichungen. Der konkave Spiegel 534 kann ein Reduktionsverhältnis zwischen dem 1,6-fachen und 2,7-fachen des Gesamtsystems bereitstellen.
Die negative Linse 524 in der zweiten Linsengruppe LG2 liefert einen stark streuenden Strahl, der auf den Strahlteilerwürfel 530 und den konkaven Spiegel 534 gerichtet ist. Die stark positive Linse 522 stellt eine laterale Farbkorrektur zur Verfügung. Der luftisolierte Doppelsatz, der die Linsen 524 und 526 umfasst, hilft die sphärischen Abweichungen und die Leuchtfleckverzerrung zu korrigieren. Der konkave Spiegel 534 ist vorzugsweise asphärisch, um dadurch zu helfen, die hochwertigen Abweichungen weiter zu reduzieren.
Die Übertragungsverluste, die vom Strahlteilerwürfel 530 ausgehen, werden durch die Beleuchtung des Objekts oder der Maske mit linear polarisiertem Licht und der Einfügung eines Viertelwellenlängen-Plättchens 532 zwischen dem Strahlteilerwürfel 530 und dem konkaven Spiegel 534 minimiert. Indem die numerische Apertur in der Linsengruppe LG3 hinter dem konkaven Spiegel 534 und dem Strahlteilerwürfel 530 gesteigert wird, ist ferner der größte Winkelbereich in diesen Elementen nicht zu sehen.
Jedoch führt die Verwendung von linear polarisiertem Licht bei numerischen Aperturen, die größer als etwa 0,5 sind, zu kleinen, aber erkennbaren Asymmetrien in der Abbildung. In der vorliegenden Erfindung kann dies effektiv behoben werden, indem nach der letzten Passage durch den Strahlteilerwürfel 530 ein weiteres Viertelwellenlängen-Plättchen 538 eingefügt wird, um dadurch das linear polarisierte Licht in zirkulär polarisiertes Licht umzuwandeln. Dieses zirkulär polarisierte Licht ist in seinem Abbildungsverhalten grundsätzlich nicht von nichtpolarisiertem Licht zu unterscheiden.
Das optische System, das in 5 gezeigt wird, ist so konstruiert, dass es bei einem Reduktionsverhältnis von 4 zu 1 arbeitet. Daher wird die numerische Apertur im Bildraum von 0,7 durch den Faktor 4 auf 0,175 an der Objekt- oder Maskenfläche 110 reduziert. In anderen Worten ist die numerische Apertur im Objektraum gleich 0,175 und die numerische Apertur im Bildraum gleich 0,7. Nach dem Verlassen der ersten Linsengruppe LG1 wird die numerische Apertur auf 0,12 reduziert, als Folge der in der ersten Linsengruppe LG1 erforderlichen positiven Brennweite zum Abbilden der Eintrittspupille bei Unendlich auf der Aperturblende des Systems nahe bei dem konkaven Spiegel 534. Die numerische Apertur nach dem Verlassen der zweiten Linsengruppe LG2 und beim Eintritt in den Strahlteiler ist 0,19. Daher ist die numerische Ausgangsapertur aus der zweiten Linsengruppe LG2, die 0,19 beträgt, größer als die numerische Eingangs- oder Objektraumapertur der Linsengruppe LG1, die 0,175 beträgt. In anderen Worten besitzt die zweite Linsengruppe LG2 eine numerische Ausgangsapertur, die größer ist als die numerische Eingangsapertur der Linsengruppe LG1. Aufgrund der insgesamt negativen Brennweite der zweiten Linsengruppe LG2 ist das sehr ähnlich für die numerische Objektraumapertur, die 0,175 beträgt. Dies steht im Gegensatz zu Systemen nach dem Stand der Technik, in denen die numerische Apertur beim Eintritt in einen Strahlteilerwürfel typischerweise nahe Null oder beinahe parallel gerichtet ist. Wenn der konkave Spiegel 534 fast konzentrisch ist, wächst die numerische Apertur der Strahlung, die von ihm reflektiert wird, nur leicht von 0,19 auf 0,35 an. Die dritte Linsengruppe LG3 verdoppelt effektiv die numerische Apertur auf ihren endgültigen Wert von 0,7 auf der Wafer- oder Bildebene.
Die vorliegende Erfindung erreicht ihre relativ hohe numerische Apertur ohne Störung durch die Kanten des Strahlteilerwürfels mittels der negativen zweiten Gruppe LG2 und der stark positiven dritten Linsengruppe LG3. Die Anwendung des Strahlteilerwürfels 530 anstatt eines Platten-Strahlteilers ist in der vorliegenden Erfindung wichtig, da der Strahlteilerwürfel bei numerischen Aperturen, die größer als ungefähr 0,45 sind, die bessere Leistung abgibt. Es gibt durch den Brechungsindex des Glases eine Reduktion der numerischen Apertur innerhalb des Würfels, und es treten auch die Abweichungen, die von einem geneigten Platten-Strahlteiler in einem nicht-parallelen Richtstrahl beim Eintritt in den Strahlteiler eingebracht würden, nicht auf. Die Konstruktionsdaten für das Linsensystem nach der vorliegenden Erfindung, das in 5 gezeigt ist, sind in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1

Space = Abstand; Infinite = Unendlich; Silica = Siliciumdioxid

Der konkave Spiegel 534 besitzt eine asphärische reflektierende Oberfläche nach folgender Gleichung:
wobei die Konstanten folgende Werte annehmen:
CURV = –0.00289051
K = 0.000000
A = 6.08975 × 10^–11
B = 2.64378 × 10¹⁴
C = 9.82237 × 10^–19
D = 7.98056 × 10^–23
E = –5.96805 × 10^–27
F = 4.85179 × 10^–31
Die Linse nach dem Aufbau in Tabelle 1 ist optimiert für eine Strahlung, die auf 248,4 Nanometer zentriert ist. Das einzelne brechende Material aus geschmolzenem Siliciumdioxid und der große Abschnitt brechender Brennweite beschränkt die spektrale Bandbreite der Ausführungsform aus 5 auf etwa 10 Pikometer oder 0,01 Nanometer. Diese spektrale Bandbreite ist für eine engzeilige Kryptonfluorid-Excimer-Laserlichtquelle mehr als nur geeignet. Die Ausführungsform aus 5 kann für jede Wellenlänge, für die ein geschmolzenes Siliciumdioxid ausreichend überträgt, optimiert werden.
Eine breitere spektrale Bandbreite kann durch die Verwendung von zwei optischen Materialien mit unterschiedlicher Streuung erreicht werden. Eine zweite Ausführungsform ist in 6 dargestellt. Von ihrem langen konjugierten Ende aus umfasst sie ein erstes Viertelwellenlängen-Plättchen 608, eine Objekt- oder Maskenebene 110, ein zweites Viertelwellenlängen-Plättchen 611, eine Linsengruppe LG4, einen Klappspiegel 622, eine Linsengruppe LG5, einen Strahlteilerwürfel 632 mit Oberfläche 638, ein erstes Viertelwellenlängen-Plättchen 634, einen konkaven Spiegel 636, ein zweites Viertelwellenlängen- Plättchen 640 und eine Linsengruppe LG6. Das Bild wird auf der Bild- oder Waferebene 180 geformt. Die Linsengruppe LG4 umfasst einen mit Zwischenraum angeordneten Doppelsatz, der negative Linsen 612 und positive Linsen 614 umfasst, eine schwach positive Linse 616, eine positive Linse 618 und Gehäuse 620. Die Linsengruppe LG5 umfasst eine positive Linse 624, eine negative Linse 626, eine positive Linse 628 und eine negative Linse 630. Die Linsengruppe LG6 umfasst zwei positive Linsen 642, einen verklebten Doppelsatz mit einer positiven Linse 644 und einer negativen Linse 646, positive Linsen 648 und einen verklebten Doppelsatz mit Gehäuse 650 und positiven Linsen 652.
Diese zweite Ausführungsform verwendet Kalziumfluorid bei einer der einzeln stehenden positiven Linsen der Linsengruppe LG4, bei den negativen Linsen der Linsengruppe LG5 und bei zwei der positiven Linsen der Linsengruppe LG6. Die Konstruktionsdaten der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, die in 6 gezeigt ist, sind in der nachfolgenden Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2

wobei die Konstanten für den asphärischen Spiegel 634, die in der Gleichung nach der Tabelle 1 verwendet werden, folgende Werte annehmen:
CURV = –0.00286744
K = 0.000000
A = –1.92013 × 10^–19
B = –3.50840 × 10^–14
C = 2.95934 × 10^–19
D = –1.10495 × 10^–22
E = 9.03439 × 10^–27
F = –1.39494 × 10^–31
Diese zweite Ausführungsform ist für eine Strahlung, die auf 193,3 Nanometer zentriert ist, optimiert und besitzt eine spektrale Bandbreite von etwa 200 Pikometer oder 0,2 Nanometer. Eine leicht engzeilige Argonfluorid-Excimer-Laserlichtquelle ist eine geeignete Lichtquelle. Darüber hinaus kann die Konstruktion für jede Wellenlänge optimiert werden, für die beide lichtbrechenden Materialien ausreichend übertragen. Die Bandbreite wird im Allgemeinen für längere Wellenlängen ansteigen, so wie die Streuungen der Materialien abnehmen. Zum Beispiel wird solch ein Aufbau mit zwei Materialien um 248,4 Nanometer herum über mindestens 400 Pikometer (0,4 Nanometer) Bandbreite funktionieren.
Bei Wellenlängen über 360 Nanometer beginnt eine größere Gruppe von optischen Gläsern eine adäquate Übertragung zu haben. Eine dritte Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, nutzt diese größere Auswahl von Gläsern und die weiter reduzierte Streuung. Von ihrem langen konjugierten Ende aus umfasst sie eine Objekt- oder Maskenebene 110, eine Linsengruppe LG7, einen Klappspiegel 722, eine Linsengruppe LG8, einen Strahlteilerwürfel 732 mit einer Oberfläche 738, ein erstes Viertelwellenlängen-Plättchen 734, einen konkaven Spiegel 736, ein zweites Viertelwellenlängen-Plättchen 740 und eine Linsengruppe LG9. Das Bild wird auf der Bild- oder der Waferebene 180 geformt. Die Linsengruppe LG7 umfasst einen mit Zwischenraum angeordneten Doppelsatz, der negative Linsen 712 und positive Linsen 714 umfasst, einen mit Zwischenraum angeordneten Doppelsatz mit positiven Linsen 716 und negativen Linsen 718, und positive Linsen 720. Die Linsengruppe LG8 umfasst eine positive Linse 724, eine negative Linse 726, eine positive Linse 728 und eine negative Linse 730. Die Linsengruppe LG9 umfasst eine positive Linse 742, einen verklebten Doppelsatz mit positiven Linsen 744 und negativen Lin sen 746, positive Linsen 748 und einen verklebten Doppelsatz mit Gehäuse 750 und positiven Linsen 752.
Die Konstruktionsdaten der dritten Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, sind in der nachfolgenden Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3

wobei die Konstanten für den asphärischen Spiegel 736, die in der Gleichung nach der Tabelle 1 verwendet werden, folgende Werte annehmen:
CURV = –0.00291648
K = 0.0000
A = –1.27285 × 10^–9
B = –1.92865 × 10^–14
C = 6.21813 × 10^–19
D = –6.80975 × 10²³
E = 6.04233 × 10^–27
F = 3.64479 × 10^–32
Die dritte Ausführungsform arbeitet in einer spektralen Bandbreite von 8 Nanometern mit dem Zentrum bei 365,5 Nanometern. Eine Strahlung mit dieser spektralen Bandbreite kann von einer Quecksilberlampe im i-Line-Wellenlängenbereich bereitgestellt werden. Andere optische Gläser als geschmolzenes Siliciumdioxid, die in dieser dritten Ausführungsform verwendet werden, sind allgemein unter dem Begriff i-Line-Gläser bekannt. Diese optischen Gläser besitzen die geringste Absorption oder die geringsten Einstrahlungseffekte im Wellenlängenbereich der Quecksilber-i-Line.
8 illustriert eine vierte Ausführungsform eines optischen Reduktionssystems der vorliegenden Erfindung. Diese bevorzugte Ausführungsform besitzt eine numerische Apertur von 0,63 und kann in einer spektralen Bandbreite von 300 Pikometern, vorzugsweise von 100 Pikometern, mit dem Zentrum bei 248,4 Nanometern arbeiten. Von ihrem langen konjugierten Ende aus umfasst sie eine Objekt- oder Maskenebene 110, eine erste Linsengruppe LG1, einen Klappspiegel 820, eine zweite Linsengruppe LG2, einen Strahlteilerwürfel 830, ein erstes Viertelwellenlängen-Plättchen 832, einen konkaven Spiegel 834, ein zweites Viertelwellenlängen-Plättchen 838 und eine dritte Linsengruppe LG3. Das Bild wird auf der Bild- oder der Waferebene 180 geformt.
Die erste Linsengruppe LG1 umfasst ein Gehäuse 812, einen mit Zwischenraum angeordneten Doppelsatz, der eine positive Linse 814 und eine negative Linse 816 umfasst, und eine positive Linse 818. Die zweite Linsengruppe LG2 umfasst eine positive Linse 822, einen mit Zwischenraum angeordneten Doppelsatz, der eine negative Linse 824 und eine positive Linse 826 umfasst, und eine negative Linse 828. Die dritte Linsengruppe LG3 umfasst zwei positive Linsen 840 und 842, ein Gehäuse 844 und zwei positive Linsen 846 und 848. Wie in der Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, ist auch hier der Klappspiegel 820 aus 8 nicht wesentlich für die Funktion der Erfindung, erlaubt es jedoch, dass das Objekt 110 und die Bildebene 180 parallel zueinander sind, was für die Herstellung von Halbleiterbauteilen unter Anwendung der Photolithographie günstig ist.
Die Konstruktionsdaten der vierten Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, sind in der nachfolgenden Tabelle 4 dargestellt.
Tabelle 4
Die Konstanten für den asphärischen Spiegel 834, die in der Gleichung nach der Tabelle 1 verwendet werden, nehmen folgende Werte an:
CURV = –0.00332614
K = 0.000000
A = –4.32261E-10
B = 3.50228E-14
C = 7.13264E-19
D = 2.13587E-22
Diese vierte Ausführungsform ist für eine Strahlung mit dem Zentrum 248,4 Nanometer optimiert. Das einzelne Brechungsmaterial aus geschmolzenem Siliciumdioxid und der große Abschnitt von brechender Brennweite beschränkt die spektrale Bandbreite der Ausführungsform, die in 8 dargestellt ist. Da die vierte Ausführungsform jedoch eine maximale numerische Apertur von 0,63 gegenüber den 0,7 der ersten drei Ausführungsformen besitzt, bietet die vierte Ausführungsform ein akzeptables Abbilden über eine spektrale Bandbreite bei voller Weite und halbem Maximum von 300 Pikometern oder vorzugsweise von 100 Pikometern. Deshalb kann bei ersterer ein unbegrenzter, oder in letzterer ein begrenzter Excimer-Laser als Beleuchtungsquelle eingesetzt werden.
Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von den ersten drei Ausführungsformen dadurch, dass die Netto-Brennweite von LG1 und LG2 der vierten Ausführungsform statt schwach negativ, wie in den ersten drei Ausführungsformen, schwach positiv ist. Darüber hinaus veranschaulicht dies, dass die gesamte fokale Brennweite von LG1 und LG2 sowohl positiv wie auch negativ sein kann und trotzdem noch zulässt, dass eine Eintrittspupille mit unendlicher Weite an oder nahe dem konkaven Spiegel 834 abgebildet werden kann.
9 illustriert eine fünfte Ausführungsform eines optischen Reduktionssystems der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise besitzt diese Ausführungsform eine numerische Apertur von 0,60 und arbeitet in einer spektralen Bandbreite von 300 Pikometerm mit dem Zentrum bei 248,4 Nanometern. Von ihrem langen konjugierten Ende aus umfasst sie ein variables Wellenplättchen 905 innerhalb des Beleuchtungssystems, eine Objekt- oder Maskenebene 110, eine erste Linsengruppe LG1, einen Klappspiegel 920, eine zweite Linsengruppe LG2, einen Strahlteilerwürfel 930, ein erstes Viertelweilenlängen-Plättchen 932, einen konkaven Spiegel 934, ein zweites Viertelwellenlängen-Plättchen 938 und eine dritte Linsengruppe LG3. Das Bild wird auf einer Bild- oder Waferebene 180 geformt.
Die erste Linsengruppe LG1 umfasst ein Gehäuse 912, einen mit Zwischenraum angeordneten Doppelsatz, der eine positive Linse 914 und eine negative Linse 916 umfasst, und eine positive Linse 918. Die zweite Linsengruppe LG2 umfasst eine positive Linse 922, einen mit Zwischenraum angeordneten Doppelsatz, der eine negative Linse 924 und eine positive Linse 926 umfasst, und eine negative Linse 928. Die dritte Linsengruppe LG3 umfasst zwei positive Linsen 940 und 942, ein Gehäuse 944 und zwei positive Linsen 946 und 948. Wie in der Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, ist auch hier der Klappspiegel 920 aus 9 nicht wesentlich für die Funktion der Erfindung, erlaubt es jedoch, dass die Objekt- und Bildebene parallel zueinander verlaufen, was für die Herstellung von Halbleiterbauteilen unter Anwendung der Photolithographie günstig ist.
Die Konstruktionsdaten der fünften Ausführungsform, die in 9 gezeigt ist, sind in der nachfolgenden Tabelle 5 dargestellt.
Tabelle 5
Die Konstanten für den asphärischen Spiegel 934, die in der Gleichung nach der Tabelle 1 verwendet werden, nehmen folgende Werte an:
CURV = –0.00325995
K = 0.000000
A = –6.91799E-10
B = 5.26952E-15
C = 6.10046E-19
D = 1.59429E-22
Diese fünfte Ausführungsform ist für eine Strahlung mit dem Zentrum 248,4 nm optimiert. Das einzelne Brechungsmaterial aus geschmolzenem Siliciumdioxid und der große Abschnitt von brechender Brennweite beschränkt die spektrale Bandbreite der Ausführungsform, die in 9 dargestellt ist. Da die fünfte Ausführungsform jedoch eine maximale numerische Apertur von 0,6 gegenüber den 0,7 der ersten drei Ausführungsformen besitzt, bietet die fünfte Ausführungsform ein akzeptables Abbilden über eine spektrale Bandbreite bei voller Weite und halbem Maximum von 300 Pikometern. Deshalb kann ein unbegrenzter Excimer-Laser als Beleuchtungsquelle eingesetzt werden. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von ersten drei Ausführungsformen dadurch, dass die Netto-Brennweite von LG1 und LG2 der fünften Ausführungsform statt schwach negativ, wie in den ersten drei Ausführungsformen, schwach positiv ist. Darüber hinaus veranschaulicht dies, dass die gesamte fokale Brennweite von LG1 und LG2 sowohl positiv wie auch negativ sein kann und trotzdem noch zulässt, dass eine Eintrittspupille mit unendlicher Weite an oder nahe dem konkaven Spiegel 934 abgebildet werden kann.

Claims

Ein optisches Projektionssystem, umfassend: ein Beleuchtungssystem; eine Objekt- oder Maskenebene (110) zum Positionieren eines Objekts oder einer Maske; ein optisches Reduktionssystem; worin das genannte Beleuchtungssystem die Objektebene oder die Maskenebene (110) mit Strahlung ausleuchtet, die einen Polarisationszustand aufweist; gekennzeichnet durch einen variablen Polarisationskompensator (505; 605; 705; 805; 905), der in dem Beleuchtungssystem positioniert ist, wobei der genannte Polarisationskompensator (505; 605; 705; 805; 905) eine wählbare Retardation zum Kompensieren einer Retardation in dem genannten Objekt oder der genannten Maske (110) zur Verfügung stellt.
Das optische Projektionssystem von Anspruch 1, in dem das genannte optische Reduktionssystem umfasst: eine erste Linse, die eine negative Brennweite mit einer numerischen Ausgangsapertur besitzt, wobei die genannte numerische Ausgangsapertur größer als die numerische Objektraumapertur ist; einen Strahlteiler (350; 450; 530; 732; 830; 930), der Licht unterteilt, das von der genannten ersten Linse einfällt; einen Konkavspiegel (330; 430; 534; 636; 736; 834; 934) und eine zweite Linse, die eine positive Brennweite besitzt, worin der variable Polarisationskompensator (505; 605; 705; 805; 905) eine wählbare Retardation des Lichts zur Verfügung stellt, das von der ersten Linse empfangen wird, die negative Brennweite der genannten ersten Linse eine hinreichende Brennweite zum Abbilden einer Eintrittspupille des Systems bei Unendlich auf eine Aperturblende an oder nahe dem genannten Spiegel besitzt, und die positive Brennweite der genannten zweiten Linse im wesentlichen die gesamte Brennweite des Systems bereitstellt und die Austrittspupille des Systems nach Unendlich abbildet.
Das optische Projektionssystem von Anspruch 1, in dem der variable Polarisationskompensator (505; 605; 705; 805; 905) ein variables Wellenplättchen ist, das elliptisch polarisiertes Licht zur Verfügung stellt, und die genannte Maske (110) linear polarisiertes Licht zur Verfügung stellt, und in dem das genannte optische Reduktionssystem von dem langen konjugierten Ende bis zu dem kurzen konjugierten Ende umfasst: eine erste Linsengruppe (LG1; LG4; LG7) mit positiver Brennweite, wobei die genannte erste Linsengruppe eine numerische Eingangsapertur aufweist; eine zweite Linsengruppe (LG2; LG5; LG8) mit negativer Brennweite, wobei die genannte zweite Linsengruppe (LG2; LG5; LG8) von der ersten Linsengruppe (LG1; LG4; LG7) beabstandet ist und eine numerische Ausgangsapertur aufweist, die größer als die numerische Eingangsapertur der ersten Linsengruppe (LG1; LG4; LG7) ist; einen Strahlteiler (350; 450; 530; 732; 830; 930); ein erstes Viertelwellenlängen-Plättchen (532; 634; 734; 832; 932); einen Konkavspiegel (330; 430; 534; 636; 736; 834; 934); eine dritte Linsengruppe (LG3; LG6; LG9) mit positiver Brennweite, und worin die positive Brennweite der genannte ersten Linsengruppe (LG1; LG4; LG7) eine hinreichende Brennweite zum Abbilden einer Eintrittspupille des Systems bei Unendlich durch die genannte zweite Linsengruppe (LG2; LG5; LG8) auf eine Aperturblende an oder nahe dem genannten Spiegel besitzt, die negative Brennweite der genannten zweiten Linsengruppe (LG2; LG5; LG8) die notwendigen Konjugationen für den genannten Konkavspiegel (330; 430; 534; 636; 736; 834; 934) zur Verfügung stellt, und die positive Brennweite der genannten dritten Linsengruppe (LG3; LG6; LG9) den Rest der gesamten Systembrennweite zur Verfügung stellt und die Austrittspupille des System nach Unendlich abbildet.
Das optische Projektionssystem von Anspruch 3, in dem sich das erste Viertelwellenlängen-Plättchen (532; 634; 734; 832; 932) zwischen dem genannten Strahlteiler (350; 450; 530; 732; 830; 930) und dem genannten Konkavspiegel (330; 430; 534; 636; 736; 834; 934) befindet.
Das optische Projektionssystem von Anspruch 4, weiterhin ein zweites Viertelwellenlängen-Plättchen (538; 640; 740; 838; 938) umfassend, das sich zwischen dem genannten Strahlteiler (350; 450; 530; 732; 830; 930) und der genannten dritten Linsengruppe (LG3; LG6; LG9) befindet.
Das optische Projektionssystem wie in einem der Ansprüche 3–5, in dem der Strahlteiler (350; 450; 530; 732; 830; 930) Licht von der zweiten Linsengruppe (LG2; LG5; LG8) empfängt und Licht zu der dritten Linsengruppe (LG3; LG6; LG9) lenkt.
Das optische Projektionssystem wie in Anspruch 6, in dem der Konkavspiegel (330; 430; 534; 636; 736; 834; 934) Licht von dem Strahlteiler (350; 450; 530; 732; 830; 930) empfängt und Licht zu dem Strahlteiler (350; 450; 530; 732; 830; 930) reflektiert.
Das optische Projektionssystem wie in Anspruch 7, in dem der Strahlteiler (350; 450; 530; 732; 830; 930) Licht, das aus der zweiten Linsengruppe (LG2; LG5; LG8) austritt, zu dem Konkavspiegel (330; 430; 534; 636; 736; 834; 934) lenkt, und der Konkavspiegel (330; 430; 534; 636; 736; 834; 934) das Licht durch den Strahlteiler (350; 450; 530; 732; 830; 930) zu der dritten Linsengruppe (LG3; LG6; LG9) reflektiert.
Das optische Projektionssystem von einem der Ansprüche 3–8, weiterhin umfassend: einen Klappspiegel (520; 622; 722; 820; 920), der so positioniert ist, dass er Licht, das er von der ersten Linsengruppe (LG1; LG4; LG7) empfangen hat, zu der zweiten Linsengruppe (LG2; LG5; LG8) lenkt.
Das optische Projektionssystem von einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der variable Polarisationskompensator ein Berek-Kompensator (305) ist.
Das optische Projektionssystem von einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der variable Polarisationskompensator ein Soleil-Babinet-Kompensator (405) ist.