DE69813658T2

DE69813658T2 - Apparat zur Projektionsbelichtung und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung

Info

Publication number: DE69813658T2
Application number: DE69813658T
Authority: DE
Inventors: Ryusho Hirose; Yoshiyuki Sekine
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2018-02-28
Also published as: US6266192B1; JPH10303127A; JP3065017B2; EP0863440A2; EP0863440A3; DE69813658D1; EP0863440B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsbelichtungsgerät und ein Vorrichtungsherstellungsverfahren. Im einzelnen ist die Erfindung bei der Herstellung von Vorrichtungen mit Mustern in der Größenordnung von Submicron oder Quartermicron, wie zum Beispiel etwa ICs, LSIs, CCDs oder Flüssigkristalltafeln, basierend auf einem optischen Projektionssystem mit einem optischen Diffraktionselement zum Projizieren und Drucken eines Vorrichtungsmusters einer Strichlatte oder Maske (nachstehend "Maske") auf verschiedene Bereiche eines Wafers durch ein Schritt-und- Wiederholungsverfahren oder Schritt-und-Abtastverfahren in geeigneter Weise anwendbar.
Viele Vorschläge sind in letzter Zeit in Bezug auf ein optisches System mit einem optischen Diffraktionselement bzw. Beugungselement gemacht worden. Beispiele sind "SPIE, Band 1353, Seiten 297-309, International Lens Design Conference (1990)", Japanische veröffentlichte Patentanmeldungen 4213421, 6324262 und US Patent Nr. 5,044,706, wobei ein Phänomen verwendet wird, wonach chromatische Aberration eines optischen Beugungselementes invers zu demjenigen eines gewöhnlichen Brechungslinsenelementes verwendet wird und wobei ein optisches Beugungselement mit einer positiven optischen Leistung auf der Oberfläche einer Linse oder einer transparenten Platte gebildet wird, um die chromatische Aberration des optischen Systems zu verringern.
Ferner sind Vorschläge im Bezug auf ein optisches Beugungselement gemacht worden, das "binäres optisches Element" genannt wird, wobei die Einheiten, die das Element zusammensetzen, durch eine Stufenstruktur von zwei Niveaus oder mehr definiert sind. Beispiele sind "G. J. Swanson, Technical Report 854, MIT Lincoln Laboratory, 1.4. Aug. 1989" und "G. J. Swanson, Technical Report 914, MIT Lincoln Laboratory, 1. May 1991".
Andererseits sind Vorschläge in Bezug auf ein Projektionsbelichtungsgerät zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen gemacht worden, welche ein optisches Beugungselement zur Korrektur von Aberrationen verwenden. Beispiele sind Japanische veröffentlichte Patentanmeldungen 6331941, 7128590 und 8017719. In diesen Vorschlägen beeinhaltet ein optisches Projektionssystem eine oder mehrere optische Diffraktionselemente, hauptsächlich zur Korrektur der axialen chromatischen Aberration oder chromatischen Vergrößerungsaberration.
In Bezug auf die Effizienz der Verwendung von Licht, kann die Verwendung eines optischen Beugungselementes vom Phasentyp bevorzugt sein. In einem optischen Beugungselement vom Phasentyp ist dessen Kinoform idealistisch definiert, diese zeigt eine Beugungseffizienz von 100%. Verglichen damit, zeigt ein binäres optisches Element keine Beugungseffizienz von 100 %, obwohl das Element sogar idealistisch geformt ist, da dessen Kinoform durch Approximation bzw. Annäherung mit Schritten definiert ist. Zum Beispiel bei einem Aufbau mit acht Schritten wird eine höchste Beugungseffizienz ungefähr 95% betragen. So wird Beugungslicht (ungewolltes Beugungslicht), das zur Bildgebung nicht beiträgt, hergestellt werden. Derartiges ungewolltes Beugungslicht wird an einer gewünschten Position nicht korrekt abgebildet, und dieses stellt Störlicht her, welches die Bildebene erreicht und die Bildqualität verschlechtert.
Wenn ein optisches Beugungselement ungewolltes Beugungslicht herstellt, wie etwa vorstehend beschrieben, gibt es zwei Möglichkeiten: das heißt, ein Fall in welchem das ungewollte Beugungslicht einmal oder mehrmals durch eine innere Wand eines Objektivtubus reflektiert wird, bis dieses die Bildebene erreicht; und einen Fall, in welchen dieses durch den effektiven Durchmesser des optischen Systems ohne eine derartige Reflektion hindurchtritt. Gemäß den Untersuchungen, die durch die Erfinder gemacht wurden, wurde festgestellt, dass: von diesen zwei Arten von ungewollten Beugungslicht, das ungewollte Beugungslicht, welches durch den Objektivtubus reflektiert wird, in dessen Intensität auf ein Niveau, das vernachlässigt werden kann, mittels eines Tubusdesigns oder einer Antireflektionsbehandlung der inneren Wand des Tubus reduziert werden kann; wohingegen das ungewollte Beugungslicht, das direkt durch den effektiven Durchmesser des Beugungssystems hindurchtritt, eine gleichförmige Belichtung verursachen kann.
Wenn der Effekt des ungewollten Beugungslichtes bei der Bildqualität bewertet wird, sollten sowohl
(i) die Intensität des ungewollten Beugungslichtes relativ zu dem Beugungslicht der vorgesehenen Größenordnung oder Ordnungen (der Intensität des regulären Beugungslicht, das zur Bildgebung verwendet wird), bei der Bildebene, genauso wie
(ii) die Intensitätsverteilung des ungewollten Beugungslichtes bei der Bildebene betrachtet werden.
Selbstverständlich ist es wünschenswert, dass die Intensität des ungewollten Beugungslichtes bei der Bildebene fast gleich Null beträgt. Jedoch ist dies schwierig zu erreichen. Obwohl Untersuchungen durch die Erfinder ausgeführt wurden, hat sich herausgestellt, dass sogar wenn es ungewolltes Beugungslicht mit einer Intensität von einigen wenigen Prozent der Intensität des Beugungslichtes der vorgesehenen Größenordnungen gibt, im wesentlichen kein schädlicher Effekt auf die Bildqualität auftritt, vorausgesetzt, dass die Intensitätsverteilung des ungewollten Lichtes auf die Bildebene nährungsweise gleichförmig ist.
Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einzigartiges und verbessertes Projektionsbelichtungsgerät und ein Vorrichtungsherstellungsverfahren, das dieses verwendet, bereitzustellen.
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Projektionsbelichtungsgerät bereitgestellt, das folgendes umfasst:
ein optisches Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer Maske mit Licht aus einer Lichtquelle; und
ein optisches Projektionsbelichtungssystem mit wenigstens einem optischen Beugungselement, zum Projizieren Eines Bildes einer Muster der beleuchteten Maske auf ein Substrat, wobei das wenigstens eine optische Beugungselement angepasst wird, um erstes Beugungslicht von einer ersten vorbestimmten Beugungsordnung zum Projizieren des Bildes herzustellen, und zweites Beugungslicht einer von derjenigen des ersten Beugungslichtes verschiedenen Beugungsordnung herzustellen, wobei eine Intensitätsverteilung bei dem Substrat von demjenigen Teil des zweiten Beugungslichtes, das auf dem Bild des Musters bei dem Substrat überlagert wird, im wesentlichen gleichförmig ist.
Die ersten und zweiten optischen Beugungselemente können ein relatives Verhältnis von nicht mehr als 2,5 der Frequenzen fR&sub1; und fR&sub2; von deren Beugungsgittern bei dem größten effektiven Durchmesser besitzen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Hauptteils eines optischen Projektionssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 2 eine sphärische Aberration, Astigmatismus und Verzerrung des optischen Projektionssystems der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3 eine laterale Aberration des optischen Projektionssystems der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 4 eine Intensitätsverteilung des ungewollten Beugungslichtes, wie auf einer Bildebene durch das optische Projektionssystem der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definiert, zeigt.
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Hauptteils des optischen Projektionssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 6 eine sphärische Aberration, Astigmatismus und Verzerrung des optischen Projektionssystems der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 7 eine laterale Aberration des optischen Projektionssystems der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 8 eine Intensitätsverteilung des ungewollten Beugungslichtes, wie auf einer Bildebene durch das optische Projektionssystem der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definiert, zeigt.
Fig. 9 eine schematische Ansicht eines Hauptteils eines optischen Projektionssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 10 eine sphärische Aberration, Astigmatismus und Verzerrung des optischen Projektionssystems der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 11 eine laterale Aberration des optischen Projektionssystems der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 12 eine Intensitätsverteilung des ungewollten Beugungslichtes, die auf einer Bildebene durch das optische Projektionssystem der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definiert, zeigt.
Fig. 13 eine schematische Ansicht eines Hauptteils eines optischen Projektionssystems, das mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird, ist.
Fig. 14 Aberrationen eines optischen Projektionssystems, die mit der vorliegenden Erfindung verglichen werden, zeigt.
Fig. 15 eine laterale Abberation eines optischen Projektionssystems, das mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird, zeigt.
Fig. 16 eine Intensitätsverteilung von ungewollten Beugungslicht, die auf einer Bildebene durch ein optisches Projektionssystem, das mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird, zeigt.
Fig. 17 eine schematische Ansicht eines Hauptteils eines anderen optischen Projektionssystems, das mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird, ist.
Fig. 18 Aberrationen eines optischen Projektionssystems, das mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird, zeigt.
Fig. 19 eine laterale Aberration eines optischen Projektionssystems, das mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird, zeigt.
Fig. 20 eine Intensitätsverteilung eines ungewollten Beugungslichtes, wie auf einer Bildebene durch ein optisches Projektionssystem, das mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird, zeigt.
Fig. 21 eine Zeichnung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen effektiven Radius und Frequenz eines optischen Beugungselementes in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 22 eine Zeichnung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen effektiven Radius und Frequenz eines optischen Beugungselementes in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 23 eine Zeichnung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen effektiven Radius und Frequenz eines optischen Beugungselementes in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 24 eine Zeichnung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen effektiven Radius und Frequenz eines optischen Beugungselementes in einem optischen Projektionssystem, das mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird, ist.
Fig. 25 eine Zeichnung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen effektiven Radius und Frequenz eines optischen Beugungselementes in einem anderen optischen Beugungssystem, das mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird, ist.
Fig. 26 eine schematische Ansicht zur Erläuterung ungewollten Beugungslichtes ist.
Fig. 27 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens des optischen Entwurfverfahrens und optischen Systemherstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 28 ein Flussdiagramm eines Vorrichtungsherstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 29 ein Flussdiagramm eines Waferverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteils eines Projektionsbelichtungsgerätes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird die Erfindung auf eine Projektionsbelichtung vom Stufen- und Wiederholungstyp oder Stufen- und Abtasttyp für das lithographische Verfahren der Submicron- oder Quartermicron-Ordnung oder kleiner angewendet. Dies ist auch mit anderen Ausführungsformen, die später beschrieben werden, der Fall. Bezeichnet in der Zeichnung bei PL ist ein optisches Projektionssystem. Die Darstellung zeigt einen Zustand, in welchem ein erstes Objekt, wie etwa eine Strichplatte oder Maske M (nachstehend "Maske") mit einem darauf gebildeten elektronischen Schaltungsmuster, mit Belichtungslicht aus einer Beleuchtungsvorrichtung ED beleuchtet wird, die eine Lichtquelle und ein optisches Beleuchtungssystem umfasst, und in welchem das Vorrichtungsmuster des ersten Objektes M durch das optische Projektionssystem PL auf einen Zielbereich eines zweiten Objektes, wie etwa eines Wafers W (Siliciumsubsirat), in einem verkleinerten Maßstab projiziert wird. Die Lichquelle kann zum Beispiel einen KrF-Excimerlaser, ArF-Excimerlaser oder F&sub2;-Laser umfassen.
Bezeichnet bei SP ist ein Stopp (Aperturstopp) welcher die Pupillenebene des optischen Projektionssystems PL bestimmt. Bezeichnet bei BOE1 und BOE2 sind erste und zweite optische Beugungselemente; die jeweils auf der Oberfläche der Linsen gebildet sind. Jedes optische Beugungselement umfasst ein binäres optisches Element. Diese optischen Beugungselemente BOE1 und BOE2 sind auf den entsprechenden Linsen derart vorgesehen, dass sie benachbart zu der Pupillenebene SP platziert sind und dass sie die Pupillenebene dazwischen sandwichartig umfassen.
Diese Ausführungsform verwendet einen derartigen Aufbau, dass die ersten und zweiten optischen Beugungselemente BOE1 und BOE2, die jeweils einen vorbestimmten Beugungsgitteraufbau besitzen, benachbart zu und vor und nach der Pupillenebene des optischen Projektionssystems PL angeordnet sind. Dies ermöglicht eine überlegene Korrektur von Aberrationen einschließlich chromatischer Aberration. Zudem kann der schädliche Effekt (zum Beispiel nichtgleichförmige Belichtung) auf der Bildebene (Zielbereich) aufgrund der Störkomponente, die aus ungewollten Beugungslicht, das durch die Bereitstellung der optischen Beugungselemente vorgesehen wird, verringert oder vermieden werden.
Fig. 26 veranschaulicht ungewolltes Beugungslicht, das durch ein optisches Beugungselement BOE hergestellt wird. Das ungewollte Beugungslicht umfasst Beugungslicht einer Beugungsordnung oder Beugungsordnungen, die sich von der Ordnung oder den Ordnungen eines vorbestimmten Beugungslichts unterscheidet, welches zur Bildung eines Bildes des Musters des ersten Objektes M verwendet wird. Ein Teil des ungewollten Beugungslichtes wird nicht auf das Substrat W projiziert, sondern fällt auf die innere Wand des Objektivtubulus und wird dadurch absorbiert. Der verbleibende Teil des ungewollten Lichts trifft auf das Substrat W. Um eine Ungleichförmigkeit der Belichtung zu vermeiden, ist der Aufbau in der vorliegenden Erfindung derart angeordnet, dass das ungewollte Beugungslicht, das auf das Substrat W trifft, im wesentlichen eine gleichförmige Lichtintensitätsverteilung innerhalb des Zielbereichs auf dem Substrat gewährleistet.
Jedes der ersten und zweiten optischen Beugungselemente BOE1 und BOE2 ist aus einem Material aus Quartz hergestellt. Zudem umfasst das optische Projektionssystem PL Linsen aus einem einzigen Glasmaterial aus Quartz oder Fluorit, oder Glasmaterialien aus Quartz und Fluorit. Im einzelnen körnen in den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen alle von den optischen Beugungselementen und Linsen durch ein einziges Glasmaterial aus Quartz vorgesehen werden.
In dieser Auführungsform können zwei optische Beugungselemente, welche die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllen, d. h. Gleichungen (1) und (2) oder Gleichungen (1') und (2'), verwendet werden. Alternativ kann nur ein optisches Beugungselement, welches diese Bedingungen erfüllt, oder drei optische Beugungselemente, die die Bedingungen erfüllen, verwendet werden.
In dieser Ausführungsform wird das Muster (Vorrichtungsmuster) des ersten Objektes M, wie mit dem Beleuchtungslicht aus der Beleuchtungsvorrichtung ED beleuchtet, durch das optische Projektionssystem PL auf das zweite Objekt (Wafer) W projiziert. Danach werden der belichtete Wafer durch eine Entwicklungsbehandlung verarbeitet und Halbleitervorrichtungen werden hergestellt.
Die optischen Beugungselemente BOE1 und BOE2 gemäß dieser Ausführungsform werden im folgenden erläutert. Das optische Projektionssystem PL dieser Ausführungsform verwendet optische Beugungselemente vom Phasentyp, wie die ersten und zweiten optischen Beugungselemente BOE1 und BOE2. Es ist bekannt, dass mit einem optischen Beugungselement vom Phasentyp, wenn dieses eine idealistisch hergestellte Kinoform besitzt, 100% Beugungseffizienz (des Intensitätsverhältnis) des abgelenkten und in einer gewünschten Richtung gesendeten Lichtes zu dem auf das optische Element einfallenden Licht) bereitgestellt werden kann. In dem optischen Beugungselement vom Phasentyp, das in dieser Ausführungsform verwendet wird, wird die Phase des auf das optische Beugungselement auftreffende Lichtes durch eine der angelegten Phasenfunktion entsprechenden Menge geändert, durch welche Ablenkung gegenüber einer gewünschten Richtung erreicht wird. Hierbei kann die Phasenfunktion als eine Funktion der Position bei dem optischen Beugungselement definiert werden.
Gewöhnlich ist ein optisches Beugungselement rotationssymmetrisch. So ist die Phasenfunktion eine Funktion des Abstands r von der optischen Achse. Zum Beispiel ist die Phasenfunktion φ(r) einer aberrationsfreien Linse mit einer Fokuslänge f gegeben durch:
φ(r) = -(2π!λ)( - f)
Worin λ die Wellenlänge des verwendeten Lichtes ist.
Während die Phasenfunktion φ(r) die Phase darstellt, um diese Phasenänderung mit dem optischen Beugungselement zu realisieren, wird dieses durch eine optische Weglänge (optische Weglängenfunktion) opl(r) dargestellt. Die optische Weglänge opl(r) erfordert das Teilen der Phasenfunktion φ(r) durch 2π. Hierbei ist die Einheit der Länge die Wellenlänge λ.
opl(r) = -( - f)/λ
Wenn man die Gestalt des optischen Beugungselementes betrachtet, das die optische Weglänge opl(r) bereitstellt, wenn diese in Luft ist und die Beugungsfähigkeit des Glasmaterials mit der Wellenlänge λ n ist, ist die Gestalt F(r) gegeben durch:
F(r) = -( - f)/[λ(n - 1)]
Grundsätzlich stellt die vorstehende Gestalt F(r) die Oberflächengestalt eines optischen Beugungselementes dar. Ein optisches Beugungselement verwendet ein Phänomen, wonach der Phasenausdruck des Lichts einer Periode 2π entspricht. Zunächst wird ein derartiges r = Rm (m ist eine ganze Zahl: R&sub0; = 0 und dies wird sequentiell von der optischen Achse zur Außenseite gezählt (eines Wertes, welches in Bezug auf die Phasenfunktion φ(r) einem Produkt von 2π mit einer ganzen Zahl entspricht, berechnet, und dann eine Phasenfunktion, worin ein Produkt von 2π durch eine ganze Zahl addiert wird, so dass der Wert in der Periode [Rm, Rm+1] in dem Bereich [0, 2π] hergestellt wird. Dies entspricht demjenigen mit der optischen Weglängenfunktion opl(r), dieser geht in den Bereich [0, 1] in der Periode [Rm, Rm+1].
So kann eine aberrationsfreie Linse, die auf einem optischen Beugungselement basiert, bereitgestellt werden, indem die Oberflächengestalt auf das optische Beugungselement auf der Basis einer Funktion, wie Teilen durch (n - 1) in der optischen Weglängenfunktion opl(r), wobei der Wertbereich [0, 1] ist, angewendet wird. Gewöhnlich wird ein optisches Beugungselement, dessen Beugungseffekt durch die Oberflächengestalt des Elements (das heißt Oberflächenvorsprünge und Grübchen) bereitgestellt wird, "Oberflächenrelieftyp" genannt.
In einem optischen Beugungselement vom Phasentyp kann ein gewünschter asphärischer Oberflächeneffekt durch die Weise des Anwendens der Phasenfunktion φ(r) bereitgestellt werden. Da der Wertbereich der optischen Weglängenfunktion opl(r) [0, 1] beträgt, ist die Tiefe der notwendigen Oberflächengestalt F(r) zudem in der Größenordnung der Wellenlänge. So kann das optische Beugungselement dünn gemacht werden. Da zudem die Ablenkung von Licht durch Beugung durch ein optisches Beugungselement mit längerer Wellenlänge größer wird, stellt dieses eine gegensätzliche Farbverteilungscharakteristik einem optischen Brechungselement von gewöhnlichem Glasmaterial zur Verfügung. So kann, wenn ein optisches Brechungselement und ein optisches Beugungselement in Kombination verwendet werden, eine Korrektur der chromatischen Aberration ohne Verwendung von verschiedenen Glasmaterialien erreicht werden. Die optischen Brechungselemente BOE1 und BOE2 der ersten Ausführungsform von Fig. 1 können, wenn gewünscht, auf diesen Merkmalen basiert werden.
In dieser Ausführungsform werden die vorstehend beschriebenen Merkmale auf ein optisches Projektionssystem eines Halbleitervorrichtungsherstellungsprojektionsbelichtungsgerät vom Schritt-und-Wiederholungs- oder Schritt-und- Abtast-Typ angewendet.
Gegenwärtig ist die Wellenlänge des Belichtungslichts, das mit einem optischen Projektionssystem eines Steppers verwendbar ist, hauptsächlich Licht der i-Linie (λ = 365 nm). Zudem gibt es Fälle, bei denen Licht des ultravioletten Bereichs, wie etwa zum Beispiel KrF- Excimerlaser (λ = 248 nm) oder ArF-Excimerlaser der nächsten Generation (λ = 193 nm) als Belichtungslicht verwendet wird. Das Glasmaterial, welches eine ausreichende spezifische Durchlässigkeit gegenüber Licht eines derartigen Ultraviolett-Bereichs besitzt, ist auf SiO&sub2; und CaF&sub2; allein begrenzt. Insbesondere das Glasmaterial für ein optisches Projektionssystem, das mit Licht eines F&sub2;-Lasers verwendbar ist, ist CaF&sub2; allein.
Da der Typ von Glasmaterial, das für ein optisches Brechungselement verwendbar ist, wie beschrieben begrenzt ist, wenn eine optisches Projektionssystem, das mit Belichtungslicht vom Ultraviolettbereich verwendet wird, nur durch optische Brechungselemente bereitgestellt wird, ist die Korrektur der chromatischen Aberration schwierig zu erreichen. Zudem wird zur Korrektur der chromatischen Aberration eine strenge Bedingung im Hinblick auf die Bandbreite der Lichtquelle angewendet. Ferner wird die Zahl der Linsen wegen der benötigten Aberrationskorrektur größer, um die optische Leistung sicherzustellen. Dies führt zu einer Zunahme der Gesamtdicke der Linsen und so zu einer herabgesetzten spezifischen Duchlässigkeit des gesamten optischen Systems. Die Abnahme der spezifischen Durchlässigkeit, das heißt die Zunahme der Absorption durch Linsen ist von dem Standpunkt der Belichtungsaberration unerwünscht.
In dieser Ausführungsform können die Probleme der chromatischen Aberration und vergrößerten Gesamtzunahme von Linsen in einem optischen Projektionssystem, das mit Belichtungslicht vom Ultraviolettbereich verwendet wird, gelöst werden, indem ein optisches Brechungselement von geeigneter Gestalt an der Position oder benachbart zu der Pupillenposition des optischen Projektionssystems bereitgestellt wird. So wird in dieser Ausführungsform eine nicht gleichförmige Belichtung im wesentlichen vermieden.
Ein optisches Beugungselement, das in dieser Ausführungsform verwendet wird, kann hergestellt werden, indem nicht direkt eine idealistische Gestalt (gezeichnete Gestalt oder Kinoformgestalt) auf einem transparenten Substrat gebildet wird, sondern eine derartige idealistische Gestalt mit gestufter Gestalt (mit Niveaus) angenähert wird. Obwohl das direkte Bilden einer gezeichneten Gestalt oder Kinoformgestalt zum Beispiel in dem Punkt der benötigten Präzesion bei der maschinellen Verarbeitung schwierig ist, kann in dieser Ausführungsform ein Stepper zur Herstellung eines optischen Beugungselementes verwendet werden. Dieser erleichtert die Herstellung eines optischen Beugungselementes mit feinem Aufbau.
Da ein in dieser Ausführungsform verwendetes optisches Beugungselement eine Gestalt besitzt, die sich der idealistischen Gestalt mit Niveaustruktur annähert, erreicht die Beugungseffizienz nicht 100% und es wird wenig ungewolltes Beugungslicht hergestellt.
Wenn die Zahl der Stufen (Niveaus) N beträgt und die Beugungsordnung (Aufbauordnung) des Beugungslichtes, das in einer gewünschten Ablenkungsrichtung abgelenkt wird, 1 beträgt, wird die Beugungseffizienz ηnM des Beugungslichtes einer Beugungsordnung m, die sich von 1 unterscheidet, wie folgt ausgedrückt:
ηNm = ({sin(πm/N)sin(π(1 -m))}/{πmsin(π(1 -m)/N)}]&supmin;²
Das vorstehende basiert auf der Annahme, dass die Tiefe des Reliefs des optischen Beugungselementes optimiert worden ist. Wann 1 in m der vorstehenden Gleichung eingesetzt wird, resultiert dann hierbei η∞&sub1; = 1. Aus diesem kann ersehen werden, dass in einem idealistischen Fall, bei dem die Tiefe optimiert ist, die Beugungseffizienz 100% beträgt. Praktischer Weise kann aufgrund der Präzesion der maschinellen Verarbeitung und der Beugungseffizienz N auf ungefähr 8 bis 16 eingestellt werden. Vorzugsweise vom Standpunkt der Herstellung kann N auf ungefähr 8 eingestellt werden. In diesem Fall beträgt die Beugungseffizienz η&sup8;&sub1; = 0,95. Ferner besitzt η&sup8;m einen Wert nur mit m = ...., -15, -7, 1, 9, 17, ..., und folglich ist das folgende gegeben:
η&sup8;m = [sin(πm/8)/πm/8)/(πm/8)]²
Beispiele sind η&sup8;&sub9; = 0,117 und η&sup8;&sub1;&sub7; = 0,0033. Das heißt mit einem optischen Beugungselement mit acht Stufen (Niveaus) erscheint ungewolltes Beugungslicht in der Größenordnung, die durch m = 8n + 1 (n ist eine ganze Zahl, die sich von 0 unterscheidet) dargestellt wird. Wenn die Präzision der Annäherung auf ähnliche Weise verstärkt wird und das Element Stufen einer Zahl 16 (N = 16) besitzt, wird ungewolltes Beugungslicht in der Größenordnung erscheinen, das durch n = 16n + 1 (n ist eine ganze Zahl, die sich von 0 unterscheidet) dargestellt wird.
Wenn, wie beschrieben, ein optisches Beugungselement verwendet wird, wird ungewolltes Beugungslicht hergestellt. Das ungewollte Beugungslicht erfüllt nicht die Bildgebungsbedingung und stellt folglich, wenn dieses auf die Bildebene trifft, eine Störkomponente dar. Dies verursacht Ungleichförmigkeit der Belichtung und Verschlechterung der Bildqualität. Es ist daher wünschenswert, soweit wie möglich, ein Auftreffen von (ungewolltem) Beugungslicht der Größenordnung m = ..., - 15, -7, 9, 17, ... (in dem Fall von einem optischen Beugungselement mit acht Stufen) oder (ungewollten) Beugungslicht der Größenordnung m = ..., -31, -15, 17, 33, ... (in dem Fall eines optischen Beugungselementes mit 16 Stufen) auf eine vorbestimmte Fläche auf der Bildebene (Zielbereich auf dem Wafer) zu verhindern.
In herkömmlichen optischen Projektionssystemen mit einem optischen Brechungselement wird der Fokus nur auf die Korrektur der Aberration gesetzt. Der Effekt des ungewollten Beugungslichtes wird nicht beachtet.
In einem optischen Entwurfsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet das in Fig. 27 gezeigte Verfahren, wenn dieses auf den Entwurf eines optischen Systems mit einem optischen Brechungselement und Linsen angewendet wird:
(i) einen ersten Schritt zum Bestimmen der Position des optischen Brechungselementes in Bezug auf einen optischen Weg, so dass innerhalb eines vorbestimmten Bereichs auf einer Bildgebungsebene, die durch das optische System definiert ist, vorbestimmtes Brechungslicht einer vorbestimmten Ordnung aus dem optischen Brechungselement und das der Bildgebung zugeordnet werden kann und ungewolltes Beugungslicht, das der Bildgebung nicht zugeordnet werden kann, ein wesentliches konstantes Verhältnis besitzen, und
(ii) ein zweiter Schritt zum Bestimmen von optischen Konstanten, wie etwa zum Beispiel Krümmung und Dicke des optischen Beugungselementes und der Linsen in Übereinstimmung mit der Bestimmung bei dem ersten Schritt.
Die vorliegende Ausführungsform und andere Ausführungsformen, die beschrieben werden, können auf diesen optischen Entwurfsverfahren basiert werden.
Zudem wird in einem Verfahren zum Herstellen eines optischen Bildgebungssystems zur Verwendung in einem lithographischen Verfahren, das ein optisches Beugungselement, ein optisches Brechungselement und/oder ein optisches Ablenkungselement aufweist, gemäß der Erfindung, wie in Fig. 27 gezeigt, im optischen Aufbau die Position des optischen Brechungselementes derart bestimmt, dass, verglichen mit einer verschiedenen Position, ein ungewünschter Effekt gegenüber einer Bildebene von Beugungslicht aus dem optischen Beugungselement einer Größenordnung, die sich von einer Entwurfsordnung unterscheidet, verringert wird, und dann optische Konstanten, wie etwa zum Beispiel Krümmung und Dicke des optischen Beugungselementes, des optischen Brechungselementes und/oder des optischen Ablenkungselementes bestimmt werden.
Das optische Brechungselement und/oder das optische Ablenkungselement können eine asphärische Oberfläche besitzen, und der ungewünschte Effekt kann Nicht- Ungleichförmigkeit der Belichtung sein. Die Position mit weniger ungewünschten Effekt kann die Position bei oder benachbart zu dem Aperturstopp sein, und das optische Beugungselement kann dort angeordnet sein.
In dieser Ausführungsform können wenigstens zwei optische Beugungselemente benachbart zu dem Aperturstopp innerhalb des optischen Projektionssystems sein, durch welches eine überlegene Aberrationskorrektur sichergestellt wird und ein ungewünschter Effekt des ungewollten Beugungslichtes verhindert wird.
Die zwei optischen Beugungselemente können derart angeordnet sein, dass sie die zwei Bedingungen der Gleichungen (1) und (2), die vorstehend beschrieben wurden, erfüllen. Dies verringert die Ungleichförmigkeit der Belichtung, und stellt eine gute optische Leistung sicher.
Die Bedingung der Gleichung (1) ist es, den Abstand d zwischen der Pupille (Aperturstopp) und dem ersten oder zweiten optischen Beugungselement zu begrenzen. Die Bedingung der Gleichung (2) ist es, die Ausweitung des größten Lichtstrahls zu beschränken, die numerische Apertur (NA) aus dem vorstehenden Punkt im Hinblick auf die Oberfläche des ersten oder zweiten optischen Beugungselementes zu bestimmen.
Wenn eine dei oberen oder unteren Grenzen der Bedingungen der Gleichungen (1) und (2) überschritten wird, wird es schwierig, die Ungleichförmigkeit der Belichtung auf der Bildebene (Zielbereich auf dem Substrat) zu verringern.
In der vorstehenden Erfindung werden wenigstens zwei optische Beugungselemente innerhalb des optischen Projektionssystems bereitgestellt, und diese werden benachbart zu der Pupillenebene (d. h. Aperturstopp SP) des optischen Projektionssystems bereitgestellt. Mit dieser Anordnung wird ungewolltes Beugungslicht bei der Bildebene zu dem regulären Bild (Maskenmusterbild) als Hintergrundlicht mit im wesentlichen gleichförmiger Lichtintensitätsverteilung zugegeben. Während der Kontrast des Bildes sich geringfügig reduzieren kann, wird ein im wesentlichen gleichförmiger Kontrast über die ganze Bildebene gewährleistet und dies kann daher durch ein später ausgeführtes Verfahren erfüllt werden.
In dieser Ausführungsform wird die optische Weglängenfunktion opl(r) verwendet, um die Eigenschaft des optischen. Beugungselementes (binäres optisches Element) zu beschreiben.
Wenn der Abstand von der optischen Achse des optischen Beugungselementes durch r bezeichnet wird, wird
opi(r) = (C&sub1;r² + C&sub2;r&sup4; + C&sub3;r&sup6;)/λP
verwendet, und basierend hierauf, sind die Koeffizienten C&sub1;, C&sub2; und C&sub3; genauso wie die Wellenlänge λ gegeben. Hierbei ist die Wellenlänge λP eine sogenannte Herstellungswellenlänge. Beim Aufbau ist diese die gleiche oder verschieden von der Wellenlänge, die tatsächlich in dem optischen System verwendet wird. In dieser Ausführungsform kann das verwendete Belichtungslicht eine Bandbreite von nicht mehr als einigen 100 Picometern (300 um) besitzen.
Hinsichtlich der asphärischen Oberflächengestalt wird diese auf der Basis von folgendem bestimmt:
z(r) = [cr²/{1 + ] + Ar&sup4; + Br&sup6; + Cr&sup8; + Dr¹&sup0; + Er¹² + Fr¹&sup4;
und indem K, c, A, B, C, D, E und F gegeben werden, wobei c der Kurvenradius ist.
Ein numerisches Beispiel des optischen Projektionssystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend gegeben werden. [Numerisches Beispiel 1]
Fig. 2 und 3 veranschaulichen Aberrationen des numerischen Beispiels 1.
Unabhängig davon, dass das optische System durch ein einziges Glasmaterial bereitgestellt wird, werden alle diese Aberrationen einschließlich chromatischer Aberration zufriedenstellend korrigiert, und der Effekt der optischen Beugungselemente erscheint gut.
Fig. 4 zeigt eine Intensitätsverteilung von ungewollten Beugungslicht bei der Bildebene, in dieser Ausführungsform, wobei die Intensität des ungewollten Lichtes im Hinblick auf die Intensität des Beugungslichtes der Entwurfsordnung standardisiert veranschaulicht wird.
Die Berechnung des ungewollten Beugungslichtes basiert hierbei darauf, dass es eine kreisförmige Öffnung mit einem Radius von 50 mm auf der Objektebene gibt und die Leuchtkraftverteilung und Lichtorientierungsverteilung über die gesamte kreisförmige Öffnung gleichförmig sind, und, dass jedes der zwei optischen Beugungselemente eine Stufenstruktur mit acht Niveaus besitzt. Es kann aus Fig. 4 ersehen werden, dass in dieser Ausführungsform das Intensitätsverhältnis des ungewollten Beugungslichtes zu dem Beugungslicht der Entwurfsordnung ungefähr 0,1% beträgt und dieses im wesentlichen über die gesamte Bildebene gleichförmig ist, und, dass der Effekt des ungewollten Beugungslichtes sehr gering ist.
Fig. 21 zeigt die Beziehung zwischen dem effektiven Radius des optischen Beugungselementes und der Frequenz in dieser Ausführungsform.
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteils eines optischen Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform von Fig. 1 in dem Punkt, dass die optischen Beugungselemente BOE1 und BOE2 auf den Oberflächen der zwei Linsen bereitgestellt werden, welche auf einer Seite des Aperturstopps SP angeordnet sind, wobei sie der Bildebene zugewandt sind. Der verbleibende Teil besitzt im wesentlichen den gleichen Aufbau.
Beide der optischen Beugungselemente, die in dieser Ausführungsform verwendet werden, sind in der Nachbarschaft, der Pupille und auf der Bildebenenseite davon angeordnet. Fig. 6 und 7 zeigen Aberrationen eines numerischen Beispiels (numerisches Beispiel 2) gemäß dieser Ausführungsform, das nachstehend beschrieben wird. Obwohl das optische System durch ein einziges Glasmaterial bereitgestellt wird, werden Aberrationen einschließlich chromatischer Aberrationen gut korrigiert.
Fig. 8 zeigt eine Intensitätsverteilung von ungewollten Beugungslicht bei der Bildebene, in dieser Ausführungsform, wobei die Intensität des ungewollten Lichtes in Hinsicht auf die Intensität des Beugungslichtes der Entwurfsordnung standardisiert veranschaulicht wird. Die Berechnung des ungewollten Beugungslichtes basiert hierbei darauf, dass es eine zirkuläre Öffnung mit einem Radius von 50 mm auf der Objektebene gibt und die Objektebene und die Leuchtkraftverteilung und Lichtorientierungsverteilung über die gesamte zirkuläre Öffnung gleichförmig sind, und, dass jedes der zwei optischen Beugungselemente einen Stufenaufbau mit acht Niveaus besitzt.
Es kann aus Fig. 8 ersehen werden, dass diese Ausführungsform die Intensitätsverteilung des ungewollten Beugungslichtes zu dem Beugungslicht der Entwurfsordnung ungefähr 0,11% beträgt und dieses im wesentlichen über die gesamte Bildebene gleichförmig ist, und, dass der Effekt des ungewollten Beugungslichtes sehr klein ist.
Fig. 22 zeigt den Zusammenhang zwischen dem effektiven Radius des optischen Beugungselementes und der Frequenz in dieser Ausführungsform.
Als nächstes wird ein numerisches Beispiel (numerisches Beispiel 2) gemäß dieser Ausführungsform beschrieben werden. [Numerisches Beispiel 2]
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteils eines optischen Systems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform von Fig. 1 darin, dass optische Beugungselemente BOE1 und BOE2 auf den Oberflächen von Linsen bereitgestellt werden, welche auf der Objektseite des Aperturstopps SP angeordnet sind. Der verbleibende Teil besitzt im wesentliche die gleiche Struktur.
Fig. 10 und 11 zeigen Aberrationen eines numerischen Beispiels (numerisches Beispiel 3) gemäß dieser Ausführungsform, das nachstehend beschrieben wird. Obwohl das optische System durch ein einziges Glasmaterial bereitgestellt wird, werden Aberrationen einschließlich chromatischer Aberration gut korrigiert.
Fig. 12 zeigt eine Intensitätsverteilung des ungewollten Beugungslichtes bei der Bildebene, in dieser Ausführungsform, wobei die Intensität des ungewollten Lichtes in Hinblick auf die Intensität des Beugungslichtes der Entwurfsordnung veranschaulicht wird. Die Berechnung des ungewollten Beugungslichtes basiert hierbei darauf, dass es eine kreisförmige Öffnung mit einem Radius von 50 mm auf der Objektebene gibt und die Leuchtkraftverteilung und Lichtorientierungsverteilung über die gesamte kreisförmige Öffnung gleichförmig sind, und, dass jedes der zwei optischen Beugungselemente einen Stufenaufbau mit acht Niveaus besitzt.
Es kann aus fig. 12 ersehen werden, dass in dieser Ausführungsform das Intensitätsverhältnis des ungewollten Beugungslichtes zu dem Beugungslicht der Entwurfsordnung ungefähr 0,11% beträgt und dieses im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Bildebene ist, und, dass der Effekt des ungewollten Beugungslichtes sehr klein ist.
Fig. 23 zeigt den Zusammenhang zwischen dem effektiven Radius des optischen Beugungselementes und der Frequenzen dieser Ausführungsform.
Als nächstes wird ein numerisches Beispiel (numerisches Beispiel 3) gemäß dieser Ausführungsform beschrieben werden. [Numerisches Beispiel 3]
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems, welches als Referenz mit den optischen Projektionssystemen gemäß den vorstehenden numerischen Beispielen 1 bis 3 verglichen wird. In Fig. 13 werden optische Beugungselemente BOE1 und BOE2 auf der Oberfläche einer Linse vorgesehen, welche auf der Objektseite des Aperturstopps SP ist und von dieser weit entfernt liegt, und auf der Oberfläche einer anderen Linse, welche auf der Bildebenenseite des Aperturstopps SP liegt und benachbart zu diesem liegt.
Fig. 14 und 15 zeigen Aberrationen des Referenzbeispiels des optischen Projektionssystems, das in Fig. 13 gezeigt wird. Es kann daraus ersehen werden, dass, obwohl das optische System durch ein einziges Glasmaterial bereitgestellt wird, Aberrationen einschließlich chromatischer Aberration gut korrigiert werden.
Fig. 16 zeigt eine Intensitätsverteilung des ungewollten Beugungslichtes bei der Bildebene in diesem Referenzbeispiel, wobei die Intensität des ungewollten Beugungslichtes im Hinblick auf die Intensität des Beugungslichtes der Entwurfsordnung standardisiert veranschaulicht wird. Die Berechnung des ungewolltent Beugungslichtes basiert hierbei darauf, dass es eine kreisförmige Öffnung mit einem Radius von 50 mm auf der Objektebene gibt und die Leuchtkraftverteilung und die Lichtorientierungsverteilung über die gesamte kreisförmige Öffnung gleichförmig sind, und, dass jede der zwei optischen Beugungselemente einen Stufenaufbau mit acht Niveaus besitzt.
Es kann aus Fig. 16 ersehen werden, dass in diesem Beispiel die Intensitätsverteilung des ungewollten Beugungslichtes zu dem Beugungslicht der Entwurfsordnung ungefähr 3,2% an dem Zentrum des Bildfeldes beträgt, und, dass bei Betrachtung der Gleichförmigkeit des Intensitätsverhältnisses auf der Bildebene, es einen Unterschied von ungefähr 1% zwischen dem Mittelteil und dem peripheren Teil gibt. Ein derartiges Intensitätsverhältnis und dessen Gleichförmigkeit sind für ein Projektionsbelichtungsgerät für Lithographie der Submicron- oder Quartermicrongrößenordnung unzureichend.
Fig. 24 zeigt die Beziehung zwischen dem effektiven Radius des optischen Beugungselementes und der Frequenz, wenn das in Fig. 13 gezeigte optische Projektionssystem verwendet wird. Numerische Daten des Referenzbeispiels, bei dem das optische Projektionssystem von Fig. 13 verwendet wird, wird nachstehend beschrieben werden. [Numerische Daten des Referenzbeispiels]
Fig. 17 ist eine schematische Ansicht eines anderen optischen Systems, welches als Referenz mit den optischen Projektionssystemen gemäß den numerischen Beispielen 1 bis 3, die vorstehend beschrieben wurden, verglichen wird. In Fig. 17 werden optische Beugungselemente BOE1 und BOE2 auf der Oberfläche von einer Linse bereitgestellt, welche auf der Objektseite des Aperturstopps SP liegt und benachbart dazu liegt, und auf der Oberfläche einer anderen Linse, welche auf der Bildebenenseite des Aperturstopps SP liegt und von diesem weit entfernt ist.
Fig. 18 und 19 zeigen Aberrationen des Referenzbeispiels des optischen Projektionssystems, das in Fig. 17 gezeigt wird. Es kann aus dieser ersehen werden, dass, obwohl das optische System durch ein einziges Glasmaterial bereitgestellt wird, Aberrationen einschließlich chromatischer Aberrationen gut korrigiert werden.
Fig. 20 zeigt eine Intensitätsverteilung des ungewollten Beugungslichtes bei der Bildebene, in diesem Referenzbeispiel, wobei die Intensität des ungewollten Beugungslichtes im Hinblick auf die Intensität des Beugungslichtes der Entwurfsordnung standardisiert veranschaulicht wird. Die Berechnung des ungewollten Beugungslichtes basiert hierbei darauf, dass es eine kreisförmige Öffnung mit einem Radius von 50 mm auf der Objektebene gibt und die Leuchtkraftverteilung und Lichtorientierungsverteilung über die gesamte kreisförmige Öffnung gleichförmig sind, und, dass jedes der zwei optischen Beugungselemente einen Stufenaufbau mit acht Niveaus besitzt.
Es kann aus Fig. 20 ersehen werden, dass in diesem Beispiel die Intensitätsverteilung des ungewollten Beugungslichtes zu dem Beugungslicht der Entwurfsordnung ungefähr 3% beim Zentrum des Bildfeldes beträgt, und, dass im Bezug auf die Gleichförmigkeit des Intensitätsverhältnisses auf der Bildebene es eine Differenz von mehr als ungefähr 1, 2% zwischen dem Mittelteil und dem peripheren Teil gibt. Ein derartiges Intensitätsverhältnis und dessen Gleichförmigkeit sind für ein Projektionsbelichtungsgerät für Lithographie der Submicron- oder Quartermicrongrößenordnung unzureichend.
Fig. 25 zeigt den Zusammenhang zwischen dem effektiven Radius des optischen Beugungselementes und der Frequenz, in dem Fall, wo das optische Projektionssystem, das in Fig. 17 gezeigt wird, verwendet wird. Numerische Daten des Referenzbeispiels, wo das optische System von Fig. 17 verwendet wird, werden nachstehend beschrieben werden. [Numerische Daten des zweiten Referenzbeispiels]
Als nächstes wird der Zusammenhang zwischen der Bedingung von Gleichungen (1) und (2) oder (1') und (2') und den numerischen Beispielen 1, 2 und 3, die vorstehend beschrieben wurden, erläutert werden. TABELLE 1
Obwohl die vorhergehenden Ausführungsformen anhand eines Projektionsbelichtungsgerät zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung in ähnlicher Weise auch auf beliebige andere optische Instrumente anwendbar, bei denen ungewolltes Beugungslicht aus einem optischen Beugungselement eine Bildebene erreicht, um einen unerwünschten Effekt, wie etwa zum Beispiel Nichtgleichförmigkeit der Belichtung, herzustellen.
Als nächstes wird eine Ausführungsform des Vorrichtungsherstellungsverfahrens, welches ein Projektionsbelichtungsgerät, wie vorstehend beschrieben, verwendet, erläutert werden.
Fig. 28 ist Ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Herstellung von Mikrovorrichtungen, wie etwa zum Beispiel Halbleiterchips (zum Beispiel ICs oder LSIs), Flüssigkristalltafeln oder CCDs.
Schritt bist ein Entwurfsverfahren zum Entwerfen einer Schaltung einer Halbleitervorrichtung. Schritt 2 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Maske auf der Basis des Schaltungsmusterentwurfs. Schritt 3 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Wafers, in dem ein Material, wie etwa Silicium, verwendet wird. Schritt 4 ist ein Waferverfahren, welches ein Vorverfahren genannt wird, wobei, indem die so hergestellte Maske und Wafer verwendet werden, Schaltungen praktisch auf dem Wafer durch Lithographie gebildet werden. Schritt S, der sich diesem anschließt, ist ein Aufbauschritt, welches ein Nachverfahren genannt wird, wobei der Wafer, der durch Schritt 4 verarbeitet worden ist, in Halbleiterchips geformt wird. Dieser Schritt beinhaltet Zusammenbau (Schneiden und Binden)-Verfahren und Verpackungs- (Chipversiegelungs)-Verfahren. Schritt 6 ist ein Untersuchungsschritt, wobei Betriebsuntersuchung, Haltbarkeitsuntersuchung usw. für die Halbleitervorrichtungen, die durch Schritt 5 bereitgestellt wurden, ausgeführt werden. Mit diesen Verfahren werden die Halbleitervorrichtungen vervollständigt und werden versendet (Schritt 7).
Fig. 29 ist ein Flussdiagramm, das Details des Waferverfahrens zeigt. Schritt 11 ist ein Oxidationsverfahren zum Oxidieren der Oberfläche eines Wafers. Schritt 12 ist ein CVD-Verfahren zum Ausbilden eines Isolierungsfilms auf der Waferoberfläche. Schritt 13 ist ein Elektrodenausbildungsverfahren zum Ausbilden von Elektroden bei dem Wafer durch Dampfabscheidung. Schritt 14 ist ein Ionenimplantierungsverfahren zum Implantieren von Ionen auf den Wafer. Schritt 15 ist ein Resistverfahren zum Auftragen eines Resist (photoempfindliches Material) auf den Wafer. Schritt 16 ist ein Belichtungsverfahren zum Drucken, durch Belichtung, des Schaltungsmusters auf die Maske auf den Wafer durch das Belichtungsgerät, das vorstehend beschrieben wurde. Schritt 17 ist ein Entwicklungsverfahren zum Entwickeln des belichteten Wafers. Schritt 18 ist ein Ätzverfahren zum Entfernen von Teilen, die sich von dem entwickelten Resistbild unterscheiden. Schritt 19 ist ein Resistseparierungsverfahren zum Separieren des Resistmaterials, das auf dem Wafer verbleibt, nachdem dieses dem Ätzverfahren unterzogen wurde. Durch Wiederholen dieser Verfahren werden Schaltungsmuster übereinander gelagert auf dem Wafer gebildet.
Mit diesen Verfahren können hochdichte Mikrovorrichtungen hergestellt werden.
Während die Erfindung anhand der hierin offenbarten Strukturen beschrieben worden ist, ist diese nicht auf die bekanntgemachten Details beschränkt und diese Anmeldung soll derartige Modifikationen oder Änderungen, wie sie innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche liegen, abdecken.

Claims

1. Projektionsbelichtungsgerät, das umfasst:

ein optisches Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer Maske (M) mit Licht aus einer Lichtquelle (ED); und

ein optisches Projektionssystem (PL) mit wenigstens einem optischen Beugungselement (BOE1, BOE2) zum Projizieren eines Bildes mit einem Muster der beleuchteten Maske (M) auf ein Substrat (W), wobei das wenigstens eine optische Beugungselement (BOE1, BOE2) angepasst ist, um ein erstes Beugungslicht einer ersten vorbestimmten Beugungsordnung zum Projizieren des Bildes, und ein zweites Beugungslicht einer Beugungsordnung, das von demjenigen des ersten Beugungslichtes verschieden ist, herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Intensitätsverteilung bei dem Substrat (W) von dem Teil des zweiten Beugungslichtes, das auf dem Bild des Musters bei dem Substrat (W) überlagert wird, im Wesentlichen gleichförmig ist.

2. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei ein Teil des zweiten Beugungslichtes nicht auf das Substrat (W) projiziert wird, während der verbleibende Teil des zweiten Beugungslichtes auf das Substrat (W) projiziert wird, um eine gleichförmige Intensitätsverteilung auf dem Substrat (W) herzustellen.

3. Gerät gemäß Anspruch 2, wobei der eine Teil des zweiten Beugungslichtes auf eine innere Wand eines Objektivtubus projiziert wird, um das optische Projektionssystem zu unterstützen, während ein anderer Teil auf das Substrat (W) projiziert wird.

4. Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Beugungselement bei oder nahe der Position eines Aperturstopps (SP) des optischen Projektionssystem angeordnet ist.

5. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn der Abstand zwischen der Maske (M) und dem Substrat (W) D ist, der Abstand von der Position des Aperturstopps (SP) zu der Position des optischen Beugungselementes (BOE1, BOE2) D ist, und die Höhe eines maximalen Lichtstrahls bei der Aperturstopp (SP) Position, die die numerische Apertur des optischen Projektionssystems und deren Einfallhöhe auf das optische Beugungselement bestimmt, jeweils H und h sind, wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind:

0,005 < d/D < 0,12

a 0,8 < h/H < 1,2

6. Gerät gemäß Anspruch 4, wobei das optische Projektionssystem wenigstens 2 optische Beugungselemente (BOE1, BOE2) beinhaltet, die bei oder nahe der Position eines Aperturstopps (SP) des optischen Projektionssystems angeordnet sind, und wobei die wenigstens zwei optischen Beugungselemente (BOE1, BOE2) angepasst sind, um die ersten und zweiten Beugungslichter herzustellen.

7. Gerät gemäß Anspruch 6, wobei das optische Projektionssystem erste und zweite optische Beugungselemente (BOE1, BOE2) und einen Aperturstopp (SP) beinhaltet, und wobei die ersten und zweiten optischen Beugungselemente auf entgegengesetzten Seiten des Aperturstopps (SP) angeordnet sind.

8. Gerät gemäß Anspruch 6, wobei das optische Projektionssystem erste und zweite optische Beugungselemente (BOE1, BOE2) und einen Aperturstopp (SP) beinhaltet, und wobei die ersten und zweiten optischen Beugungselemente zwischen der Maske (M) und dem Aperturstopp (SP) positioniert sind.

9. Gerät gemäß Anspruch 6, wobei das optische Projektionssystem erste und zweite optische Beugungselemente (BOE1, BOE2) und einen Aperturstopp (SP) beinhaltet, und wobei die ersten und zweiten optischen Beugungselemente zwischen dem Substrat (W) und dem Aperturstopp (SP) positioniert sind.

10. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei, wenn der Abstand zwischen der Maske (M) und dem Substrat (W) D ist, der Abstand von der Position des Aperturstopps (SP) zu der Position eines i-ten optischen Beugungselementes di ist, wobei i eine ganze Zahl ist, und die Höhe eines maximalen Lichtstrahls an der Aperturstopp (SP)-Position, die die numerische Apertur des optischen Projektionssystems deren Einfallshöhe auf das optische Beugungselement (BOE1, BOE2) bestimmt, jeweils H und hi sind, wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind:

0,005 < di/D < 0,12

0,8 < hi/H < 1,2

11. Gerät gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das optische Projektionssystem ferner eine aspherische Oberflächenlinse beinhaltet.

12. Gerät gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das wenigstens eine optische Beugungselement (BOE1, BOE2) angepasst ist, um die axiale chromatische Aberration des optischen Projektionssystems genauso wie die Farbkomma- Aberration zu korrigieren.

13. Gerät gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei es zwei optische Beugungselemente (BOE1, BOE2) gibt und die zwei optischen Beugungselemente jeweilige Frequenzen fR&sub1; und fR&sub2; aufweisen und wobei an dem größten effektiven Durchmesser der optischen Elemente die jeweiligen Frequenzen die folgende Beziehungen erfüllen:

fR&sub1;/fR&sub2; < 2,5.

14. Gerät gemäß einem vorhergehenden Ansprüch, wobei die Lichtquelle einen KrF-Excimerlaser, ArF-Excimerlaser oder F&sub2;-Laser umfasst.

15. Gerät gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das optische Projektionssystem ein Glasmaterial aus Quarz allein verwendet.

16. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das optische Projektionssystem Glasmaterialen aus Quarz und Fluorit allein verwendet.

17. Gerät gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bild des Musters eine Linie enthält, dessen Breite nicht größer als 0,25 mm ist.

18. Gerät gemäß einem vorhergehenden Anspruch, das angepasst ist, um das Bild des Musters sequentiell auf verschiedene Teile des Substrats (W) durch ein Schritt- und Wiederholungsverfahren zu projektieren.

19. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, das angepasst ist, um das Bild des Musters sequentiell auf verschiedene Teile des Substrats (W) durch ein Schritt- und Abtastverfahren zu projektieren.

20. Vorrichtungsherstellungsverfahren, das die folgenden Schritte umfasst:

Projizieren eines Musters einer Strichplatte (M) auf einem Wafer (W) unter Verwendung eines Projektionsbelichtungsgeräts einem vorhergehenden Anspruch;

Durchführen eines Entwicklungsverfahrens auf dem belichteten Wafer;

Herstellen einer Vorrichtung aus dem belichteten und entwickelten Wafer.