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Die
Erfindung betrifft ein Mikrolithographie-Projektionsobjektiv nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine
Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Objektiv, ein
mikrolithographisches Herstellungsverfahren für mikrostrukturierte Bauelemente
sowie ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes Bauelement.
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Objektive,
insbesondere Projektionsobjektive, die mit Wellenlängen ≤ 193 m betrieben
werden, insbesondere mit Lichtwellenlängen λ = 11 nm bis 14 nm und insbesondere λ = 13,5 nm
werden als EUV-Projektionsobjektive
bezeichnet. Eine Projektionsbelichtung mit derart kleinen Wellenlängen zielt
auf eine Verbesserung der Strukturauflösung insbesondere < 100 nm. Mit der
Auflösung
eines lithographischen Systems nach
ergibt sich bereits für moderate
Prozessparameter k
1 und numerische Aperturen
NA für
eine Beleuchtungswellenlänge
im EUV-Bereich eine Auflösung
unterhalb von 100 nm.
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Für den Aufbau
von abbildenden Systemen im EUV-Bereich sind reflektive Systeme,
insbesondere Multilayer-Beschichtungen heranzuziehen. Für λ = 11 nm
sind dies bevorzugt Mo/Be-Systeme und für λ = 13 nm finden Mo/Si-Schichtsysteme
Verwendung.
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Die
Multilayer-Systeme weisen jedoch eine begrenzte Reflektivität auf, die
bei etwa 70% liegt. Eine Steigerung ist nur mit grazing-incidence
Spiegeln möglich,
so dass abbildende Systeme für
den EUV-Wellenlängenbereich,
wie ein Projektionsobjektiv, möglichst
wenige optische Komponenten aufweisen sollte, um eine ausreichende
Lichtstärke
zu erzielen. Zusätzlich
wird an Projektionsbelichtungssysteme die Anforderung gestellt,
dass diese frei von Abbildungsfehlern sind sowie den bildseitigen
Telezentrieanforderungen genügen. Zusätzlich ist
ein EUV-Projektionssystem anzugeben, das einen hinreichenden freien
bildseitigen Arbeitsabstand sowie eine Blende aufweist.
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Gemäß dem Stand
der Technik wird als Projektionsbelichtungsanlage bevorzugt ein
Ringfeldscanner zur Ausleuchtung eines Feldes eingesetzt, wobei
die Sekantenlänge
des Scanschlitzes mindestens 20 mm bevorzugt mindestens 26 mm beträgt und die
Ringbreite in einem Bereich zwischen 0,5 bis 2 mm liegt, jeweils
in der Bild- oder Waferebene gemessen.
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Die
bildseitige Telezentrieanforderung kann durch ein System erfüllt werden,
das einen letzten Spiegel mit einer Eintrittspupille in seinem Brennpunkt
oder zumindest in dessen Nähe
aufweist. Hieraus ergibt sich ein besonders kompaktes Design sowie
die zusätzliche
Möglichkeit,
eine zugängliche
Blende zu erhalten, indem der vorletzte Spiegel als Bündel begrenzendes
Element in diesem Brennpunkt plaziert wird.
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Ein Überblick über den
Stand der Technik ergibt sich aus T. Jewell: „Optical System design issues
in development of projection camera for EUV lithography", Proc. SPIE 2437
(1995).
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Für andere
Anwendungen als Mikrolithographie-Projektionssystemen, zum Beispiel
bei Kameras in Mobiltelefonen, sind Spiegelanordnungen mit Freiformflächen bekannt
geworden, insbesondere solche, mit Polynomasphären. Diese Anordnungen mit
Spiegeln, die eine Freiformfläche
aufweisen, weisen außer
einer Spiegelsymmetrie zu einer Meridionalebene keine weitere mehr
Symmetrie auf. Beispiele für
derartige Systeme sind in nachfolgenden Veröffentlichungen gegeben:
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Die
in diesen Schriften beschriebenen Freiformflächen lassen sich jedoch nicht
ohne weiteres auf Mikrolithographie-Projektionsobjektive übertragen,
da mit diesen Systemen nicht die erforderlichen Korrekturen in der
Größenordnung
von 1 nm Wellenfrontfehler zu erzielen sind.
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Objektive
für den
Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen sind aus einer Vielzahl
von Patenten bekannt geworden.
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Nachteilig
an den bekannten Projektionsbelichtungsanlagen für den EUV-Bereich mit wenigen optischen Komponenten,
insbesondere 4-Spiegelsystemen,
ist das Auftreten einer großen
Hauptstrahlverzeichnung. Hierbei wird zwischen statischen und dynamischen
Verzeichnungen unterschieden. Die dynamische Verzeichnung, welche
auch als Scanverzeichnung bezeichnet wird, ergibt sich aus der Integration
der statischen Verzeichnung über
den Scanweg. Grenzen für
die maßstabskorrigierte,
statische Verzeichnung ergeben sich im Wesentlichen aus den Spezifikationen
für Kontrast-
und CD (critical dimension)-Variationen.
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Des
Weiteren sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Projektionssystemen
bekannt geworden, die sich durch eine numerische Apertur größer 0,2
auszeichnen, allerdings weisen diese eine hohe Spiegelanzahl auf.
Aufgrund der hohen Spiegelzahl können
die Systeme mit hoher Spiegelzahl zwar gut korrigiert werden, die
Lichtverluste sind jedoch hoch. Die Systeme mit wenigen Spiegeln
und hohem Lichtdurchsatz weisen eine unzureichende Korrektur und
zu niedrige Apertur auf.
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So
läßt sich
bei einem System mit vier Spiegeln mit einer gemeinsamen Symmetrieachse
wie aus der
US 6,577,443 eine
ausreichende beugungsbegrenzte Korrektion bei einer Wellenlänge von
13,5 nm bis zu einer N.A. von etwa 0.10 bis 0.12 erreichen. Bei
Systemen mit sechs Spiegeln wie aus der
US 6,600,552 kann eine NA bis 0.28
ausreichend korrigiert werden, und bei acht oder mehr Spiegeln kann
die bildseitige numerische Apertur NA bei einer Wellenlänge von
13,5 nm, wie sie im EUV-Bereich verwandt wird, maximale Werte von über 0.30,
im Extremfall bis etwa 0.40 annehmen. Spiegelsysteme mit mehr als
6 Spiegeln weisen jedoch wegen der extrem hohen Reflexionsverluste
an den Multilayer-Beschichtungen nur einen geringen Lichtdurchsatz
auf.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikrolithographie-Projektionssystem
anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Insbesondere soll sich das Objektiv durch eine Reduktion des Verzeichnungsfehlers
gegenüber
bekannten Systemen auszeichnen. Des Weiteren wird ein hoher Lichtdurchsatz
des Objektivs angestrebt, d.h. möglichst
wenige optische Komponenten. Weiterhin wird eine möglichst
hohe numerische Apertur mit einem sich hieraus ergebenden hohen
Auflösungsvermögen angestrebt.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
ein Mikrolithographie-Projektionsobjektiv
mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wird wenigstens
eine Spiegelfläche
als Splinefläche,
besonders bevorzugt als rotationssymmetrische Splinefläche ausgeformt.
Eine Splinefläche
ist eine Fläche,
die sich nicht durch eine einzige analytische Funktion beschreiben
lässt,
sondern vielmehr stückweise
durch Polynome oder rationale Funktionen, d.h. Quotienten von Polynomen
beschrieben wird. Der Referenzparameter zur mathematischen Flächekonstruktion
am Ort dieser Aufpunkte stellt die Eindeutigkeit der Splinefläche sicher.
Die Glattheit im Übergang zwischen
diesen Polynomen, d.h. den Intervallen auf der Spiegelfläche wird
durch die Forderung nach stetiger Differenzierbarkeit an der Intervallgrenze
erreicht. In Abhängigkeit
der Anzahl der gewählten
Aufpunkte für
die Splinefläche
entsteht eine Vielzahl von Ausgestaltungsmöglichkeiten der Fläche. Durch
die Verwendung von Splineflächen
anstelle von konventionellen asphärischen Flächen kann bereits bei Ausbildung
nur einer einzigen Spiegelfläche
als Splinefläche
der Wert der statischen Hauptstrahlverzeichnung z.B. um 20% verringert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsobjektiv,
wobei wenigstens eine Spiegelfläche
als Splinefläche
ausgebildet ist, können
die nachfolgenden Anforderungen erfüllt werden:
| • Abbildungsmaßstab | 1:4
bis 1:6 |
| • Scanfeldbreite
objektseitig, d.h. Breite | |
| des
ausgeleuchteten Feldes senkrecht zur | |
| Scanrichtung
in der Objektebene | ≥ 100 mm |
| • Scanfeldhöhe objektseitig,
d.h. Höhe
des | |
| ausgeleuchteten
Feldes in der Objektebene | |
| in
Scanrichtung | ≥ 8 mm |
| • Telezentriefehler
bildseitig | ≤ 1 mrad (0.06°) |
| • Verzeichnung
in Scan-Richtung | ≤ 1 .. 2 nm |
| • Verzeichnung ⊥ Scan-Richtung | ≤ 2 .. 3 nm |
| • Wellenfrontfehler
(gesamtes Feld) | ≤ 0.5 nm RMS |
| • Pupillenobskuration | keine |
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Das
Objektiv kann mindestens ein refraktives optisches Element umfassen.
Alternativ kann das Objektiv ausschließlich reflektive Elemente umfassen.
Insbesondere kann ein erster Spiegel des Objektivs konvex und der
zweite Spiegel des Objektivs konkav ausgebildet sein. Der im Lichtweg
letzte Spiegel des Objektivs kann konkav ausgebildet sein. Der im
Lichtweg vorletzte Spiegel des Objektivs kann konvex ausgebildet sein.
Das Objektiv kann eine Blende umfassen, die auf oder nahe einer
optischen Komponente, insbesondere einem vorletzten Spiegel des
Objektivs, liegt. Bei Systemen mit mehreren Spiegeln, wird bevorzugt
ein feldnaher Spiegel und insbesondere ein solcher, der einen großen optischen
Abstand der Nutzfläche des
Spiegels von der optischen Achse aufweist, zur erfindungsgemäßen Ausgestaltung
mit einer Splinefläche
ausgewählt.
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Ein
Objektiv nach Anspruch 2 mit mindestens drei Spiegeln hat sich,
um Mindestanforderungen hinsichtlich der erzielbaren Auflösung und
der Bildfehlerkorrektur zu erfüllen,
als geeignet herausgestellt. Das Objektiv kann mindestens zwei konvexe
Spiegel und/oder mindestens zwei konkave Spiegel umfassen. Das Objektiv
kann insbesondere mindestens vier Spiegel umfassen. Eine gerade
Anzahl von Spiegeln mit kleinen Einfallswinkeln gegenüber der
Flächennormalen,
die auch normal-Incidence-Spiegel genannt werden, erlaubt es, das
Objektiv räumlich
zwischen der Objekt- und der Bildebene anzuordnen, sodass beispielsweise
für einen Betrieb
in einer als Waferscanner ausgebildeten Projektionsbelichtungsanlage
die entsprechenden mechanischen Komponenten, insbesondere der auch
als Retikelstage bezeichnete Retikelträger und der als Waferstage
bezeichnete Waferträger,
in voneinander getrennten Bauräumen
angeordnet sind. Zudem kann bei einer geraden Anzahl von Spiegeln
der Einfluss äußerer Umgebungsparameter
insbesondere von Erschütterungen, auf
die Abbildungsqualität
des Projektionsobjektivs reduziert sein.
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Ein
bildseitiger Arbeitsstand nach Anspruch 3 erleichtert insbesondere
die Gestaltung von Komponenten zur Bestückung mit zu belichtenden Substraten.
Auch Anforderungen an die Substratstärke einer der Bildebene nächstliegenden
optischen Komponente sind reduziert.
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Eine
rotationssymmetrische Splinefläche
nach Anspruch 4 lässt
sich mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellen.
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Eine
Aufpunkt-Vorgabe nach Anspruch 5 führt zu einer recht kompakten
Möglichkeit,
die Splinefläche in
ihrer Form mathematisch zu beschreiben.
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Die
Ausgestaltung des ersten Spiegels als Splinefläche gemäß Anspruch 6 führt, wie
Versuche und Berechnungen gezeigt haben, zu einer deutlichen Verringerung
der Hauptstrahlverzeichnung.
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Ein
Hauptstrahlverlauf nach Anspruch 7 hat sich für spezielle Projektionsanwendungen
als vorteilhaft herausgestellt. Es können Objektive mit vergleichsweise
kleinen Spiegeln angegeben werden, die vorgegebene Anforderungen,
die an die Abbildungsfehlerkorrektur gestellt werden, erfüllen.
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Ein
bildseitig telezentrisches Objektiv nach Anspruch 8 führt zu einem
Abbildungsmaßstab,
der innerhalb gewisser Grenzen unabhängig von der genauen Fokuslage
ist und daher einen Overlay-Fehler bei der Herstellung mehrlagiger
Halbleiterbauelemente minimiert.
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Splineflächen, die
nach Anspruch 9 hergestellt wurden, können Abbildungsfehler reduzieren,
die über das
Feld in nicht symmetrischer Weise variieren. Die Aufpunkte können beispielsweise
senkrecht zur Hauptstrahlrichtung nach Art eines Rasters vorgegeben
werden. Auch eine Cluster-Aufpunktvorwahl,
bei der dort, wo es über
die beleuchtete Fläche
der die Splinefläche
tragenden Komponente besonders auf eine Reduzierung des Abbildungsfehlers
ankommt, eine höhere
Aufpunkt-Dichte gewählt
wird als anderswo, ist möglich.
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Aufpunkt-Anzahlen
nach Anspruch 10 ergeben bei beherrschbarem Rechenaufwand zur Vorgabe
der Splinefläche
eine in der Praxis gegenüber
Asphären
deutlich verbesserte Verringerung von Aberrationen. Bei stärker gekrümmten Ausgangs-Flächen, die
sich aufgrund der Vorgabe des Referenzparameters ergeben, wird,
damit eine bessere Spline-Anpassung realisiert wird, in der Regel
eine höhere
Aufpunkt-Anzahl vorgegeben, als bei weniger stark gekrümmten Ausgangs-Flächen.
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Aufpunkt-Anzahlen
nach Anspruch 11 führen
zu Splineflächen,
deren Form mit besonders niedrigem Aufwand berechnet werden kann.
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Nach
Anspruch 12 außerhalb
eines beleuchteten Abschnitts der Splinefläche ausgewählte Aufpunkte stellen sicher,
dass die Splinefläche
nicht am Rand des beleuchteten Bereichs unerwünschte Deformationen zeigt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
mit einem erfindungsgemäßen Objektiv,
ein hiermit durchführbares
mikrolithographisches Herstellungsverfahren sowie ein hierdurch
herstellbares Bauteil anzugeben.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach
Anspruch 13, ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 14 sowie ein
Bauteil nach Anspruch 15.
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Vorteile
dieser Gegenstände
ergeben sich aus den oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Objektiv
angegebenen Vorteilen. Bei der abzubildenden Maske kann es sich
insbesondere um eine Reflexionsmaske handeln.
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Anwendungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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1a zeigt
die Form eines Feldes in der Objektebene eines Objektives, wobei
das Feld ein Ringfeld ist.
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1b zeigt
die Form eines Feldes in der Objektebene eines Objektives, wobei
das Feld ein Rechteckfeld ist.
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1c zeigt
die Meridionalebene.
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1d zeigt
ein Beispiel eines Projektionsobjektives und die Definition der
Objektivlänge.
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1e zeigt
ein Beispiel für
die Definition des Arbeitsabstandes.
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2a und 2b zeigen
eine konkav und eine konvex gekrümmte
Spiegelfläche.
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3 bis 5 zeigen
ein Projektionsobjektiv mit vier Spiegeln wobei der Primärspiegel
(M1) als Asphäre
ausgebildet ist gemäß dem Stand
der Technik.
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6 bis 8 zeigen
ein erfindungsgemäßes Projektionsobjektiv
mit vier Spiegeln und einem als Splinefläche ausgeformten Primärspiegel
(M1).
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9 zeigt
eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Objektiv,
bei dem eine Fläche
als Splinefläche
ausgebildet ist.
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Nachfolgend
wird in den 6 bis 8 eine erste
Ausgestaltung eines Mikrolithographie-Projektionsobjektiv mit wenigstens
einer Splinefläche
diskutiert. Es wird ein 4-Spiegel-System als Ausführungsbeispiel gewählt, bei
dem eine Spiegelfläche
als Splinefläche
ausgelegt ist. Des Weiteren wird als aus dem Stand der Technik bekannter
Vergleich hierzu ein entsprechend aufgebautes 4-Spiegel-System aus
rein asphärischen optischen
Komponenten in den 3 bis 5 dargestellt.
Beide 4-Spiegel-Systeme verkleinern ein Objekt in einer Objektebene 1 in
einer Bildebene 2 um einen Faktor 4 (Abbildungsmaßstab 4X).
In 9 wird eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem
Objektiv gemäß den 6 bis 8 gezeigt.
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In 1a ist
in einer Aufsicht beispielhaft das Objektfeld 11 einer
Projektionsbelichtungsanlage in der Objektebene eines Projektionsobjektives
dargestellt. Die Objektebene wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Projektionsobjektives
in eine Bildebene, in der ein lichtempfindliches Objekt, beispielsweise
ein Wafer angeordnet ist, abgebildet. Die Projektionsbelichtungsanlage
arbeitet mit Wellenlängen < 100 nm, insbesondere
mit Wellenlängen
im EUV-Bereich. Die Form des Bildfeldes entspricht dem des Objektfeldes.
Bei Reduktionsobjektiven, wie sie in der Mikrolithographie häufig verwendet
werden, ist das Bildfeld um einen vorbestimmten Faktor gegenüber dem
Objektfeld verkleinert. Das in 1a dargestellte
Objektfeld 11 hat für
ein EUV-Lithographiesystem die Gestalt eines Segmentes eines Ringfeldes.
Alternativ kann das Objektfeld – insbesondere für Systeme
ohne Rotationssymmetrie – auch
die Gestalt eines Rechteckfeldes haben. Dies ist in 1b dargestellt.
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Sowohl
das Segment des Ringfeldes als auch Rechteckfeld weisen eine Symmetrieachse 12 auf.
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Des
Weiteren sind in 1a und 1b die
die Objekt- bzw. Bildebene aufspannenden Achsen, nämlich die
x-Achse und die y-Achse eingezeichnet. Wie aus 1a und 1b zu
entnehmen, verläuft
die Symmetrieachse 12 des Ringfeldes 11 in Richtung
der y-Achse. Gleichzeitig fällt
die y-Achse mit der Scan-Richtung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage,
die als Ringfeldscanner ausgelegt ist, zusammen.
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Die
x-Richtung ist dann die Richtung, die innerhalb der Objektebene
senkrecht auf der Scan-Richtung steht. In 1a eingezeichnet
ist des Weiteren der Einheitsvektor x in Richtung der x-Achse.
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Des
Weiteren eingezeichnet ist die z-Richtung, die auf der Objektebene
senkrecht steht, sowie der zentrale Feldpunkt ZEN d. h. die Mitte
des Objektfeldes. Durch z-Richtung, y-Richtung und den Mittelpunkt
des Objektfeldes wird eine Meridionalebene aufgespannt, wie in 1c gezeigt.
Gleiche Bauteile wie in 1a und 1b tragen
dieselben Bezugsziffern.
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In 1a bezeichnet
des Weiteren F die Breite des Feldes, die auch als Scan-Schlitz-Breite
bezeichnet wird und S die Bogenlänge,
die bevorzugt mehr als 20 mm besonders bevorzugt 26 mm beträgt sowie
R den Feldradius, jeweils in der Bild- oder Waferebene gemessen.
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In 1d ist
ein 2-Spiegel Objektiv mit einem ersten Spiegel S1 und einem zweiten
Spiegel S2 sowie einer Objektebene 3000 und eine Bildebene 3002,
die gegeneinander gekippt sind gezeigt. Sowohl die Objektebene 3000 wie
die Bildebene 3002 sind strichpunktiert eingezeichnet.
Das Beispiel bezieht sich auf ein Projektionsobjektiv, das symmetrisch
in Bezug auf die Meridionalebene ist, ohne hierauf beschränkt zu sein.
In der Objektebene wird ein Objektfeld 3500 ausgebildet,
in der Bildebene ein Bild feld 3502. Das Projektionsobjektiv mit
Objektfeld 3500, Bildfeld 3502 und den beiden
Spiegeln S1 und S2 umschließt
einen Raum der zwischen den zwei Ebenen 3700 und 3702,
die parallel zur Objektebene liegen. Die zwei zur Objektebene 3500 parallelen
Ebenen 3700, 3702 sind die Ebenen, die dadurch
definiert sind, dass der Zwischenraum zwischen den parallelen Ebenen 3700, 3702 der
kleinstmögliche
Zwischenraum 3800 ist, der das Objektfeld 3500,
das Bildfeld 3502 und die optischen Komponenten, vorliegend
die beiden Spiegel S1 und S2 umschließt. Die Ebenen 3700, 3702 sind
durch diese Randbedingung exakt definierbar.
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In 1e ist
angegeben, wie vorliegend der Arbeitsabstand definiert ist. Eingezeichnet
ist die Bildebene 3002 sowie der der Bildebene nächstliegend
angeordnete Spiegel SN mit einer beliebigen Freiformfläche als
Oberfläche.
Der Arbeitsabstand wird durch den senkrechten Abstand A des bildebenennächsten Punktes auf
der Spiegeloberfläche
zur Bildebene definiert.
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In 2a ist
eine konkave, d.h. sammelnde Spiegeloberfläche 5000 gezeigt,
wobei die Krümmung
der Spiegeloberfläche
so ist, dass die beiden Punkte 5002.1 und 5002.2 auf
der Spiegeloberfläche
auf einer Verbindungslinie 5004 liegen, die außerhalb
eines Substrates des Spiegels mit der Spiegeloberfläche 5000 liegt.
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In 2b ist
eine konvexe, d.h. zerstreuende Spiegeloberfläche 6000 gezeigt,
wobei die Krümmung der
Spiegeloberfläche
so ist, dass die beiden Punkte 6002.1 und 6002.2 auf
einer Verbindungslinie 6004 liegen, die vollständig innerhalb
eines Substrates des Spiegels mit der Spiegeloberfläche 6000 liegt.
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Die 3 bis 5 zeigen
zu Vergleichszwecken ein System gemäß dem Stand der Technik. 3 zeigt
einen Linsenschnitt, 4 die Hauptstrahlverzeichnung über das
Feld und 5 die Queraberrationen.
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3 zeigt
den Linsenschnitt eines EUV-Projektionsobjektives mit als Asphären ausgebildeten
Spiegelflächen.
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Das
4-Spiegel-System nach 3 bildet eine Objektebene 1 in
eine Bildebene 2 ab. Bei einer Verwendung des Projektionsobjektives
in Projektionssystemen z. B. für
die EUV-Lithographie befindet sich in der Objektebene 1 eine
typischerweise reflektiv ausgebildete Maske, die partiell bspw.
mit einem Ringfeld wie in 1a gezeigt
beleuchtet und abgescannt wird. Durch das 4-Spiegel-System wird
eine in der Objektebene 1 angeordnete Maske in die Bildebene 2 abgebildet.
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Der
Strahlengang eines Lichtbüschels 100 verläuft von
der Objektebene 1 zur Bildebene 2. Der Hauptstrahl
des Lichtbüschels
ist mit CR bezeichnet.
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Im
Strahlengang 100 zwischen der Objektebene 1 und
der Bildebene 2 befindet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein erster Spiegel M1, gefolgt von einem zweiten Spiegel M2 sowie
dem dritten Spiegel M3 und dem vierten Spiegel M4. Der dritte Spiegel
M3 liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel
in der Nähe des
Fokuspunkts des vierten Spiegels M4, so dass die bildseitige Telezentrieanforderung
erfüllt
ist. Eine Blende B liegt in der Nähe oder auf dem dritten Spiegel
M3, wobei die Blende der Bündelbegrenzung
dient
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Spiegel als
Multilayer-Spiegel zur Erzielung einer hohen Reflexion für eine Wellen länge λ = 13,5 nm
ausgebildet. Vorzugsweise sind die Spiegel M1, M2, M3 und M4 zentrisch
zur Hauptachse HA positioniert und das Lichtbüschel verläuft durch das Objektiv von
der Objektebene zur Bildebene obskurationsfrei. Die Bereiche der
Spiegel, auf die das Strahlbüschel
auftrifft, werden als Nutzbereiche bezeichnet. Bedingt durch das
außeraxiale
Feld sind die Nutzbereiche im vorliegenden Ausführungsbeispiel außeraxial
angeordnet und werden daher auch als Off-axis-Segmente bezeichnet.
Die optische Achse des Objektivs nach 3 ist durch
die gemeinsame Symmetrieachse aller Spiegel definiert.
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Das
Objektiv gemäß 3 besitzt
eine bildseitige numerische Apertur von NA = 0.12. Das Objektiv gemäß 3 besteht
aus rotationssymmetrischen Asphären
und besitzt eine Wellenfrontkorrektur von 0.01 λ, welche eine für lithographische
Zwecke oftmals ausreichende Abbildungsqualität darstellt. Die Hauptstrahlverzeichnung
ist in 4 in Abhängigkeit
von einer Objektfeldkoordinate senkrecht zur optischen Achse dargestellt.
Die Kurve hat einen parabolischen Verlauf und besitzt einen Maximalbetrag
von 14 nm. Neben den Verzeichnungsverläufen wurden auch die Queraberrationen
in 5 dargestellt.
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Die
optischen Daten im Code V-Format des in 3 gezeigten
Systems sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
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Hierbei
bezeichnet:
| Objekt: | die
Objektebene |
| Mirror
1: | den
Spiegel M1 |
| Mirror
2: | den
Spiegel M2 |
| STOP: | die
Blende |
| Mirror
3: | den
Spiegel M3 |
| Mirror
4: | den
Spiegel M4 |
| Image: | die
Bildebene |
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Im
unteren Teil der Tabelle sind die asphärischen Konstanten der jeweiligen
Spiegelflächen
unter Verwendung des Standard-Asphärenpolynoms aus Code V angegeben.
Die Definition der Koeffizienten K sowie A bis E ergibt sich aus
der Code V-Handbuch zur Version 9.60.
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6 bis 8 zeigen
ein erfindungsgemäßes System
mit wenigstens einem Spiegel, der eine Spline-Fläche als Spiegeloberfläche aufweist.
Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter
Bezugnahme auf die 3 erläutert wurden, tragen die gleichen
Bezeichnungen und Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen
diskutiert.
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Wird
anstatt einer Flächenbeschreibung über rotationssymmetrische
Polynome höherer
Ordnung mit einem Bezugspunkt auf der optischen Achse HA (sog. Asphären) eine
Splinefläche
für die
Gestaltung der Spiegelfläche
herangezogen, so gelingt durch die Hinzunahme von Freiheitsgraden
eine verbesserte Ausgestaltung im Hinblick auf die Verzeichnung
insbesondere auf die Hauptstrahlverzeichnung des EUV-Projektionssystems.
Im in 6 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Primärspiegel
M1 als Splinefläche
ausgebildet. Der Verlauf der Spiegelfläche des Spiegels M1 wird daher
nicht durch eine einzige analytische Funktion bzw. asphärische Konstanten
angegeben, sondern vielmehr stückweise
durch Polynome niedriger Ordnung approximiert und die Glattheit
im Übergang
zwischen diesen Intervallen auf der Spiegelfläche durch die Forderung nach
stetiger Differenzierbarkeit an der Intervallgrenze erreicht. In
Abhängigkeit
der Anzahl der gewählten
Aufpunkte entsteht nun eine Vielzahl von Ausgestaltungsmöglichkeiten
der Spiegelfläche,
die dazu benutzt werden kann, um die Verzeichnungen des Projektionsobjektives
zu minimieren. Die mathematische Beschreibung einer solchen Spline-Fläche findet
sich Handbuch der kommerziell erhältlichen Software Code V (Version 9.50)
der Optical Research Associaties (ORA, Pasadena CA) insbesondere
auf der Seite 4-104.
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Die
als Splinefläche
ausgebildete erste Spiegelfläche
des Spiegels M1 ist vorliegend eine radialsymmetrische Splinefläche. Apertur
und Feldgröße wurden
bei dem System gemäß 6 bis 8 im
Vergleich zum System nach den 3 bis 5 beibehalten
und die Wellenfront wurde wiederum auf einen Wert von 0.01λ korrigiert.
Es zeigte sich dabei, dass die Verzeichnungskorrektur verbessert
wurde. Die Hauptstrahlverzeichnung ist in 7 gezeigt
und verläuft
wiederum parabolisch in Richtung des Scanweges und besitzt nun lediglich
einen Maximalbetrag von 11 nm, d.h. die Verzeichnung konnte durch
die Verwendung einer Splinefläche
um mehr als 20% gegenüber einem
System, das nur Asphären
wie in 3 bis 5 dargestellt umfasst, verkleinert
werden. Auch für
dieses System sind in der 8 die Queraberrationen
dargestellt.
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Auch
für das
Ausführungsbeispiel
gemäß 6 bis 8 sind
im folgenden die optischen Daten im Code V-Format (Version 9.50/9.60)
angegeben. Für
den ersten Spiegel M1 wurden dabei für die Splinefläche 13 Stützstellen
durch Height (HT) und Slope (SP) entsprechend der Code V-Definition
von Splineflächen
(SPS ESP) festgelegt. In der Dokumentation von Code V findet sich
auch die Definition der Koeffizienten K sowie A bis E.
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Hierbei
bezeichnet:
| Objekt: | die
Objektebene |
| Mirror
1: | den
Spiegel M1 |
| Mirror
2: | den
Spiegel M2 |
| STOP: | die
Blende |
| Mirror
3: | den
Spiegel M3 |
| Mirror
4: | den
Spiegel M4 |
| Image: | die
Bildebene |
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Wie
aus dem Vergleich der Verzeichnungen des Hauptstrahls gemäß 4 und 7 hervorgeht kann
durch eine Ausgestaltung der Oberfläche des Primärspiegels
als Splinefläche
statt als Asphäre
die statische Hauptstrahlverzeichnung um mehr als 20% vermindert
werden.
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In 9 ist
eine Projektionsbelichtungsanlage 1000 mit einem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv
dargestellt. Das Projektionsobjektiv umfasst erfindungsgemäß eine Splinefläche.
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Das
Licht der einer Strahlungsquelle 1204 wird mit Hilfe eines
Beleuchtungssystems 1202 in die Objektebene des Projektionsobjektives
der Projektionsbelichtungsanlage gelenkt und leuchtet in der Objektebene 1203 des
Projektionsobjektives ein Feld mit polarisiertem Licht, wie beispielsweise
in 1 dargestellt, aus.
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Das
Beleuchtungssystem
1202 kann, wie beispielsweise in der
WO 2005/015314 oder der
US 6
198 793 beschrieben, ausgebildet sein.
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Das
Beleuchtungssystem umfasst einen normal-incidence-Kollektor, der
das Licht der Lichtquelle sammelt und auf ein erstes optisches Element 1210 mit
beispielsweise 122 ersten Rasterelementen lenkt.
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Die
ersten Rasterelemente bilden sekundäre Lichtquellen in einer Ebene 1230 aus.
Nahe oder in dieser Ebene 1230, in der die sekundären Lichtquellen
ausgebildet werden, ist ein zweites optisches Element 1212 mit
zweiten Rasterelementen angeordnet, die zusammen mit denen im Lichtweg
nach dem zweiten Rasterelement folgenden optischen Elementen 1232, 1233 und 1234 das
Feld in die Feldebene, die mit der Objektebene 1203 des
Projektionsobjektives 1200 zusammenfällt, abbildet. In der Objektebene 1203 ist
beispielsweise eine strukturierte Maske 1205, das sogenannte
Retikel angeordnet, das mit Hilfe des Projektionsobjektives 1200 in
die Bildebene 1214 des Projektionsobjektives 1200 abgebildet
werden. In der Bildebene 1214 ist ein Substrat mit einer
lichtempfindlichen Schicht 1242 angeordnet. Das Substrat
mit einer lichtempfindlichen Schicht kann durch nachfolgende Belichtungs-
und Entwicklungsprozesse strukturiert werden, ergeben beispielsweise
ein mikroelektronisches Bauelement, beispielsweise einen Wafer mit
einer Vielzahl von elektrischen Schaltungen.
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Das
Mikrolithographie-Projektionsobjektiv 1200 ist wie in 6 bis 8 ausgeführt, d.h.
es umfasst insgesamt vier Spiegel, nämlich einen ersten Spiegel
S1, einen zweiten Spiegel S2, einen dritten Spiegel S3 sowie einen
vierten Spiegel S4, wobei der erste Spiegel S1 im Lichtweg von der
Objektebene 1203 zur Bildebene 1214 eine als Splinefläche ausgebildete
Spiegelfläche
umfasst.
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Die
figürlich
dargestellten Ausführungsbeispiele
haben rotationssymmetrische Splineflächen. Durch alternative Verfahren
zum Splineflächen-Design
können
auch andere, insbesondere nicht rotationssymmetrische, Splineflächen vorgegeben
werden. Hierzu kann beispielsweise eine vorgegebene Anzahl von Aufpunkten
als Raster oder Netz auf der optischen Oberfläche vorgegeben werden und am
Ort dieser Aufpunkte kann jeweils eine Pfeilhöhe als Referenzparameter vorgegeben
werden. Anschließend
wird ein Oberflächenabschnitt
der optischen Oberfläche
zwischen benachbarten Aufpunkten durch jeweils eine eigene, zwischen
den Aufpunkten definierte Funktion vorgegeben. Hierbei wird am Ort
der Aufpunkte, also dort, wo die durch verschiedene Funktionen definierten
Oberflächen
aneinander grenzen, durch Variation der analytischen Funktionen
ein stetig differenzierbarer Übergang
erzwungen.