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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen,
und zwar insbesondere solche Projektionsbelichtungsanlagen, bei
deren Betrieb ein schlitzförmiges
Lichtfeld eine lichtempfindliche Schicht scannerartig überstreicht.
Die Erfindung betrifft ferner ein Projektionsobjektiv einer solchen
Projektionsbelichtungsanlage, einen adaptiven Spiegel für ein solches
Projektionsobjektiv sowie ein Verfahren zum Entwerfen eines solchen
adaptiven Spiegels.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Integrierte
elektrische Schaltkreise und andere mikrostrukturierte Bauelemente
werden üblicherweise
hergestellt, indem auf ein geeignetes Substrat, bei dem es sich
beispielsweise um einen Silizium-Wafer handeln kann, mehrere strukturierte Schichten
aufgebracht werden. Zur Strukturierung der Schichten werden diese
zunächst
mit einem Photolack bedeckt, der für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches,
z.B. Licht im tiefen ultravioletten Spektralbereich (DUV, deep ultraviolet),
empfindlich ist. Anschließend
wird der so beschichtete Wafer in einer Projektionsbelichtungsanlage
belichtet. Dabei wird ein Muster aus Strukturen, das sich auf einer Maske
befindet, auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs
abgebildet. Da der Abbildungsmaßstab
dabei im allgemeinen kleiner als 1 ist, werden derartige Projektionsobjektive
häufig
auch als Reduktionsobjektive bezeichnet.
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Nach
dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer einem Ätzprozeß unterzogen,
wodurch die Schicht entsprechend dem Muster auf der Maske strukturiert
wird. Der noch verbliebene Photolack wird dann von den verbleibenden
Teilen der Schicht entfernt. Dieser Prozeß wird so oft wiederholt, bis
alle Schichten auf dem Wafer aufgebracht sind.
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Projektionsbelichtungsanlagen
weisen neben dem Projektionsobjektiv noch andere wichtige Komponenten
auf. Eine davon ist das Beleuchtungssystem, mit dem die Maske mit
den zu projizierenden Strukturen beleuchtet wird. Ferner müssen sehr
präzis
arbeitende Verfahrtische vorhanden sein, mit denen sich die Maske
und der Wafer mit dem Photolack verfahren und exakt positionieren
lassen.
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Eines
der wesentlichen Ziele bei der Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen
besteht darin, Strukturen mit zunehmend kleineren Abmessungen auf
dem Wafer lithographisch erzeugen zu können. Kleine Strukturen führen zu
hohen Integrationsdichten, was sich im allgemeinen günstig auf
die Leistungsfähigkeit
der mit Hilfe derartiger Anlagen hergestellten mikrostrukturierten
Bauelemente auswirkt.
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Die
Größe der erzeugbaren
Strukturen hängt vor
allem von der Auflösung
des verwendeten Projektionsobjektivs ab. Da die Auflösung der
Projektionsobjektive proportional zu der Wellenlänge des Projektionslichts ist,
besteht ein Ansatz zur Erhöhung
der Auflösung
darin, Projektionslicht mit immer kürzeren Wellenlängen einzusetzen.
Die kürzesten
zur Zeit verwendeten Wellenlängen
liegen im ultravioletten Spektralbereich und betragen 248 nm, 193
nm oder 157 nm.
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Bei
besonders hochauflösenden
Projektionsobjektiven gewinnt die Korrektur von Abbildungsfehlern
eine immer größere Bedeutung.
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Ansätzen bekannt, mit denen sich
Abbildungsfehler in Projektionsobjektiven korrigieren lassen.
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Abbildungsfehler
können
danach unterteilt werden, ob sie sich (überwiegend) auf die Pupille oder
auf das Feld beziehen. Im erstgenannten Fall betrachtet man die
Austrittspupille für
einen einzelnen Feldpunkt. Bei einem Pupillenabbildungsfehler weicht
die Wellenfront in der Austrittspupille von der idealen Form einer
aberrationsfreien Welle ab. Die Welle konvergiert deswegen nicht
vollständig
in dem Feldpunkt, was zu einem Kontrastverlust führt. Ist die Abweichung von
der idealen Wellen front rotationssymmetrisch, so spricht man von
einem rotationssymmetrischen Pupillenabbildungsfehler.
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Bei
einem reinen Feldabbildungsfehler gibt es zwar keine Wellenfrontfehler,
jedoch konvergieren die Wellen nicht dort, wo sie es eigentlich
sollten. Ein typischer Abbildungsfehler dieser Art ist die Verzeichnung.
Auch hier kann man z.B. zwischen rotationssymmetrischer und nichtrotationssymmetrischer
Verzeichnung unterscheiden.
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Vergleichsweise
einfach ist die Korrektur rotationssymmetrischer Abbildungsfehler.
Sie lassen sich häufig
durch Verschiebung einzelner optischer Elemente entlang der optischen
Achse zumindest teilweise korrigieren.
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Schwieriger
ist die Korrektur solcher Abbildungsfehler, die nicht rotationssymmetrisch
sind. Derartige Abbildungsfehler entstehen beispielsweise dadurch,
daß sich
Linsen und andere optische Elemente nicht rotationssymmetrisch erwärmen. Ein
besonderer Pupillen-Abbildungsfehler dieser Art ist der Astigmatismus,
welcher sich auch für
den auf der optischen Achse liegenden Feldpunkt einstellen kann, wenn
sich z.B. eine pupillennahe Linse sattelförmig verbiegt. Der Astigmatismus
ist ein Abbildungsfehler mit einer zweizähligen Symmetrie, dessen Ursache in
nicht-rotationssymmetrischen Abbildungsverhältnissen liegt.
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Bei
Projektionsbelichtungsanlagen werden nicht-rotationssymmetrische
Abbildungsfehler häufig durch
eine schlitzförmige
Beleuchtung der Maske verursacht, wie dies bei scannenden Projektionsbelichtungsanlagen
der Fall ist. Bei solchen Projektionsbelichtungsanlagen wird die
Maske scannerartig durch das schlitzförmige Beleuchtungsfeld geführt, so
daß der
zu projizierende Bereich auf der Maske nicht durch die genutzte
Feldgröße des Projektionsobjektivs
begrenzt ist. Der Wafer bewegt sich während des Scanvorgangs synchron
mit einer Geschwindigkeit, die um den Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs
gegenüber
der Geschwindigkeit der Maske herabgesetzt ist. Die schlitzförmige Beleuchtung
führt dazu,
daß vor
allem feldnahe optische Elemente nicht rotationssymmetrisch durch
das Projektionslicht erwärmt
werden. Dadurch verändern sich
auch die optischen Eigenschaften der optischen Elemente in nicht
rotationssymmetrischer Weise. Dadurch entstehen nicht-rotationssymmetrische Feld-Abbildungsfehler.
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Zur
Korrektur nicht-rotationssymmetrischer Abbildungsfehler wird in
der
US 6 338 823 B1 vorgeschlagen,
eine Linse mit Hilfe mehrerer entlang des Umfangs der Linse verteilten
Aktuatoren gezielt, und zwar vorzugsweise sattelförmig, zu
deformieren, ohne dabei deren Dicke nennenswert zu verändern. Da
die beiden optischen Flächen
der deformierbaren Linse stets gleichzeitig deformiert werden, ergibt
sich die gesamte Korrekturwirkung als Überlagerung der Einzelwirkungen,
die von den beiden deformierten optischen Flächen ausgeht.
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Die
Deformation von Linsen ist insofern nicht unproblematisch, weil
es schwierig ist, genau diejenige Deformation zu erzielen, die zur
Korrektur eines im allgemeinen meßtechnisch erfaßten oder
durch Simulation vorausberechneten nicht-rotationssymmetrischen
Abbildungsfehlers erforderlich ist. Außerdem kompensieren sich die
auf die Deformation zurückgehenden
Wirkungen der beiden Flächen
teilweise. Deswegen muß die
Linse relativ stark deformiert werden, um eine ausreichende Korrekturwirkung
zu erhalten.
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In
der vorstehend diskutierten
US
6 338 823 B1 wird nebenbei auch auf die Möglichkeit
hingewiesen, einen Spiegel zur Astigmatismuskorrektur zu deformieren;
dies wird jedoch nicht näher
erläutert.
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Die
Verwendung adaptiver Spiegel zur Korrektur von Abbildungsfehlern
ist allerdings, zumindest für
bestimmte Anwendungsgebiete, Stand der Technik, wie etwa die
US 4 226 507 A zeigt.
Insbesondere für
astronomische Anwendungen sind adaptive Spiegel häufig vorgeschlagen
worden.
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Bekannt
ist der Einsatz adaptiver Spiegel auch im Zusammenhang mit EUV-Projektionsobjektiven
mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlagen. Diese Projektionsbelichtungsanlagen
sind für sehr
kurze Wellenlängen
von we niger als 15 nm vorgesehen und enthalten deswegen als optische
Elemente ausschließlich
Spiegel, da keine ausreichend transparenten refraktiv wirkende Materialien
zur Verfügung
stehen. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die
EP 1 376 192 A2 verwiesen,
in der adaptive Abbildungsspiegel für EUV-Projektionsobjektiv beschrieben
sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, mit dem sich nicht-rotationssymmetrische
Abbildungsfehler, wie sie insbesondere bei der Verwendung schlitzförmiger Lichtfelder
auftreten, auf einfache Weise und dennoch wirkungsvoll verringern
lassen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Projektionsobjektiv mit einer optischen
Achse und einem planen Umlenkspiegel, der die optische Achse umlenkt.
Erfindungsgemäß ist eine
Betätigungseinrichtung
vorgesehen, mit welcher der Umlenkspiegel zur Korrektur von nicht-rotationssymmetrischen
Abbildungsfehlern um genau eine Biegeachse verbiegbar ist.
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Die
Erfinder haben erkannt, daß sich
ein planer Umlenkspiegel in katadioptrischen Projektionsobjektiven
hervorragend zur Korrektur von nicht-rotationssymmetrischen Abbildungsfehlern
einsetzen läßt, wie
sie bei der Verwen dung schlitzförmiger Lichtfelder
entstehen. Die Deformation eines an sich planen Umlenkspiegels ist
aus mehreren Gründen vorteilhaft:
So
haben Spiegel zum einen gegenüber
deformierbaren Linsen den Vorteil, daß bei einer Deformation nicht
zwei optisch wirksame Flächen
beteiligt sind, deren auf die Deformation zurückgehenden optischen Wirkungen
sich teilweise gegenseitig aufheben. Deswegen muß die einzige optisch wirksame Fläche eines
Spiegels erheblich weniger deformiert werden, um eine vergleichbar
starke Veränderung der
optischen Wirkung zu erzielen, wie sie bei der Deformation einer
Linse auftritt. Geringe Deformationen erfordern geringere mechanische
Kräfte.
Dadurch wiederum wird es einfacher, die Kräfteverteilung in dem Spiegel
zu erzeugen, welche für
die gewünschte
Deformation erforderlich ist.
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Ein
weiterer bedeutender Vorteil bei Spiegeln besteht darin, daß die gesamte
Rückseite
des Spiegelträgers
zur Verfügung
steht, um dort Kräfte angreifen
zu lassen, welche die gewünschte
Deformation erzeugen. Bei Linsen und anderen optischen Elementen,
die von Licht durchtreten werden, können derartige Kräfte hingegen
stets nur am Umfang angreifen. Daher ist es bei Linsen viel schwieriger, eine
gewünschte
Deformation zu erzeugen. Bei einem Spiegel hingegen können im
Prinzip auf der Rückseite
der gesamten Spiegelfläche
Aktuatoren in großer
Zahl verteilt werden, so daß sich
auch sehr komplizierte Deformationen erzeugen lassen.
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Die
Erfinder haben jedoch vor allem erkannt, daß es zur Korrektur nicht-rotationssymmetrischer Abbildungsfehler,
wie sie typischerweise bei der Verwendung schlitzförmiger Lichtfelder
auftreten, am günstigsten
ist, einen Spiegel so zu deformieren, daß sich seine optischen Eigenschaften
durch die Deformation nur in einer Richtung verändern, während sie senkrecht dazu unverändert bleiben.
Um einen Spiegel in dieser Weise zu deformieren, ist es wiederum am
günstigsten,
wenn ein planer Umlenkspiegel anstelle eines gekrümmten Abbildungsspiegels
um genau eine Biegeachse deformiert wird.
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Möchte man
nämlich
einen sphärisch
oder asphärisch
gekrümmten
Abbildungsspiegel um genau eine Biegeachse verbiegen, so ist dies
außerordentlich
schwierig. Dies hängt
damit zusammen, daß aufgrund
der gekrümmten
Spiegeloberfläche
im Spiegelträger
komplizierte Spannungsverteilungen entstehen, wenn Kräfte mit
Hilfe von Aktuatoren auf den Spiegelträger ausgeübt werden. Infolge dieser komplizierten
Spannungsverteilungen wird sich deswegen ein solcher nicht-planer
Spiegel im allgemeinen nicht in der erwünschten Weise um lediglich
eine Biegeachse verbiegen. Möglich
ist dies allenfalls, wenn eine sehr große Zahl von Aktuatoren eingesetzt wird,
was aber die Komplexität,
die Steuerung und die Kosten eines solchen adaptiven Spiegels erheblich
erhöht.
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Wird
jedoch erfindungsgemäß ein planer Umlenkspiegel
verbogen, so sind die mechanischen Verhältnisse sehr viel einfacher,
und es bereitet keine großen
Schwierigkeiten, Kräfte
so an dem Spiegelträger
angreifen zu lassen, daß sich
die gewünschte Verbiegung
um genau eine Biegeachse ergibt.
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Als
Biegeachse wird hier im übrigen
eine Achse bezeichnet, entlang der eine Symmetrieebene des deformierten
Spiegels die reflektierende Spiegeloberfläche schneidet. Diese Symmetrieebene
findet ihre Entsprechung in der zweizähligen Symmetrie der zu korrigierenden
nicht-rotationssymmetrischen Abbildungsfehler.
Eine Verbiegung eines planen Spiegels um genau eine Biegeachse bedeutet
somit, daß die
Krümmung
des Spiegels parallel zu Biegeachse unendlich bleibt, während sie
senkrecht dazu endliche Werte annimmt.
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Deformierbare
optische Elemente, die zur Korrektur von nicht-rotationssymmetrischen
Feld-Abbildungsfehlern eingesetzt werden, sollten möglichst in
der Nähe
einer Feldebene angeordnet sein, um eine optimale Korrekturwirkung
entfalten zu können. Bei
einigen Typen von Projektionsobjektiven, und zwar insbesondere solchen
mit polarisationsselektiven Strahlteilerwürfeln, gibt es allerdings keine
Linsen, die feldnah angeordnet sind und deswegen zur Korrektur nicht-rotationssymmetrischer
Feld-Abbildungsfehler
eingesetzt werden könnten.
Die Erfindung schafft auch hier Abhilfe, da derartige Projektionsobjek tive
häufig
einen Umlenkspiegel enthalten, der in oder in der Nähe einer
Zwischenbildebene des Projektionsobjektivs angeordnet ist und deswegen gut
zur Korrektur nichtrotationssymmetrischer Feld-Abbildungsfehler
eingesetzt werden kann.
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Zur
Korrektur von nicht-rotationssymmetrischen Pupillenabbildungsfehlern
sollte der deformierbare Umlenkspiegel möglichst in oder in der Nähe einer
Pupillenebene des Projektionsobjektivs angeordnet sein. Ursache
für solche
nicht-rotationssymmetrischen Pupillenabbildungsfehler kann ebenfalls
die Verwendung eines schlitzförmigen
Lichtfeldes sein. Da auf halbem Wege zwischen einer Feldebene und
einer Pupillenebene angeordnete optische Elemente sich bei der Verwendung
eines schlitzförmigen
Lichtfeldes ebenfalls – wenn
auch mit zunehmender Nähe
zur Pupillenebene immer weniger ausgeprägt – in nichtrotationssymmetrischer
Weise erwärmen,
erzeugen solche optischen Elemente neben nicht-rotationssymmetrischen
Feld-Abbildungsfehler auch Pupillen-Abbildungsfehler.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Betätigungseinrichtung
mindestens einen Aktuator auf, mit dem eine Biegekraft oder ein Biegemoment
auf den Umlenkspiegel ausübbar
ist. Vorzugsweise weist die Betätigungseinrichtung
mindestens zwei Aktuatoren auf, die symmetrisch zur Biegeachse angeordnet
sind. Es kann aber auch genügen,
nur einen Aktuator in der Spiegelmitte im Bereich der Biegeachse
angreifen zu lassen, wenn gegen überliegende
Seiten des Umlenkspiegels entsprechend fixiert oder gelagert sind.
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Als
Aktuatoren kommen alle im Stand der Technik bekannten Bauteile in
Betracht, mit denen sich kontrolliert Kräfte auf den Spiegelträger ausüben lassen.
Beispiele hierfür
sind Mikrometerschrauben, Magnete, Federn, Spindeln, hydraulische,
pneumatische oder piezoelektrisch arbeitende Elemente.
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Um
mit möglichst
wenigen und einfach aufgebauten Aktuatoren den Umlenkspiegel noch
präziser
deformieren zu können,
kann der Umlenkspiegel einen Spiegelträger aufweisen, dessen Dicke
zur Erzeugung eines gewünschten
Biegeverhaltens lokal variiert. Durch das lokal variierende Dickenprofil
des Spiegelträgers
kann die Kräfteverteilung
beeinflußt werden,
die mit Hilfe der Betätigungseinrichtung
im Spiegelträger
erzeugt wird und zur Deformation des Spiegels führt. Der Spiegelträger kann
zu diesem Zweck beispielsweise eine zylindrisch gekrümmte Rückseite
haben, oder auf einer an sich planen Rückseite können Rippen oder Stege mit
gleichen oder unterschiedlichen Querschnitten geformt sein. Alternativ
hierzu ist es natürlich
auch möglich,
auf die Rückseite
des Spiegelträgers
ein oder mehrere Elemente wie etwa Rippen oder Platten zu befestigen, welche
die Kräfteverteilung
im Spiegelträger
ebenfalls gezielt verändern.
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Ein
lokal variierendes Dickenprofil auf der Spiegelrückseite kann vorteilhaft auch
bei solchen adaptiven Spiegeln eingesetzt werden, deren reflektierende
Oberseite nicht plan, sondern sphärisch oder asphärisch gekrümmt ist.
Der Spiegelträger
hat dann eine Rückseite
mit einer nicht rotationssymmetrischen Form, die zur Erzeugung einer
Deformation um genau eine Biegeachse eine Symmetrieebene aufweist,
welche die Biegeachse enthält.
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Ein
solcher adaptiver Spiegel kann beispielsweise auch für Beleuchtungssysteme
von EUV-Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt werden, wie sie
in der
US 2003/0096523
A1 beschrieben sind.
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Der
vorstehend beschriebene Ansatz, die Rückseite des Spiegelträgers gezielt
zu formen, um die Kräfteverteilung
im Spiegelträger
besser kontrollieren zu können,
läßt sich
auch ganz allgemein beim Entwerfen von adaptiven Spiegeln für mikrolithographische
Projektionsbelichtungsanlagen anwenden, d.h. selbst bei solchen
Spiegeln, die nicht um genau eine Biegeachse deformiert werden sollen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren
weist folgende Schritte auf
- a) Bestimmung einer
ersten Form des Spiegels, welche eine reflektierende Oberseite des
Spiegel in einem undeformierten Zustand haben sollt
- b) Bestimmen einer zweiten Form des Spiegels, welche die reflektierende
Oberseite des Spiegels in einem deformierten Zustand haben soll;
- c) Bestimmen der Anordnung und Art von Aktuatoren, welche an
einer Rückseite
des Spiegels angreifen, um diesen zu deformieren;
- d) Bestimmen einer dreidimensionalen Form der Rückseite
derart, daß bei
einer Betätigung
der in Schritt c) bestimmten Aktuatoren die reflektierende Oberseite
des Spiegels der in Schritt b) bestimmten Form möglichst nahekommt.
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Die
Schritte c) und d) können
dabei auch in einem gemeinsamen Optimierungsprozeß durchgeführt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 einen
vereinfachten meridionalen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Projektionsobjektiv
mit einem planen Unlenkspiegel;
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2 den
Umlenkspiegel aus der 1 in einer perspektivischen
Darstellung;
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3 einen
Schnitt durch den in der 2 gezeigten Umlenkspiegel entlang
der Linie III-III;
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4 einen
Umlenkspiegel gemäß einem anderen
Ausführungsbeispiel
in einer der 3 entsprechenden Schnittdarstellung;
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5 bis 9 verschiede
Umlenkspiegel gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen
in an die 3 angelehnten Schnittdarstellungen,
bei denen der Spiegelträger
eine Rückseite
mit nicht rotationssymmetrischer Form hat.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In
der 1 ist ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage in einem Meridionalschnitt vereinfacht
dargestellt und insgesamt mit 10 bezeichnet. Das Projektionsobjektiv,
das in ähnlicher
Weise auch in der WO 2004/92842 der Anmelderin beschrieben ist,
dient dazu, in einer Maske 12 enthaltene Strukturen verkleinert
auf eine lichtempfindliche Schicht 14 abzubilden, die aus
einem Photolack besteht und auf einem Substrat 15 aufgebracht
ist. Die Maske 12 ist dabei in einer Objektebene OP und
die lichtempfindliche Schicht 14 in einer Bildebene IP
des Projektionsobjektivs 10 angeordnet. Während des
Belichtungsvorgangs werden dabei die Maske 12 und die lichtempfindliche
Schicht 14 parallel zueinander verfahren.
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Ein
in der 1 nicht dargestelltes Beleuchtungssystem erzeugt
gestrichelt angedeutetes Projektionslicht 16, das bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Wellenlänge
von 157 nm hat. Die Maske 12 wird dabei mit einem schlitzförmigen Lichtfeld
beleuchtet; dementsprechend ist auch das auf die lichtempfindliche
Schicht 14 projizierte Abbild der innerhalb des Lichtfeldes
liegenden Strukturen schlitzförmig.
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Das
Projektionslicht 16 gelangt nach Beugung an der Maske 12 über eine
plan-parallele Platte 18 und eine Linse L1 in einen Strahlteilerwürfel 20. Dort
wird das Projektionslicht 16 an einer darin enthaltenen
polarisationsselektiven Strahlteilerschicht 22 reflektiert
und über
eine Linse L2, ein Viertelwellenlängenplättchen 24 und zwei
weitere Linsen L3 und L4 auf einen konkaven Spiegel 28 gerichtet.
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Nach
Reflexion an dem Spiegel 28 durchsetzt das Projektionslicht 16 erneut
die Linsen L4 und L3, das Viertelwellenlängenplättchen 24 sowie die Linse
L2 und fällt
auf die polarisationsselektive Strahlteilerschicht 22.
Dort wird das Projektionslicht 16 allerdings nicht reflektiert,
sondern transmittiert, da die Polarisation des Projektionslichts 16 durch
den zweimaligen Durchtritt durch das Viertelwellenlängenplättchen 24 um
90° gedreht
wurde. Von dem Strahlteilerwürfel 20 gelangt
das Projektionslicht 16 über einen planen Umlenkspiegel 30 in
einen rein dioptrischen Teil 31 des Projektionsobjektivs 10,
in dem nicht näher
bezeichnete Linsen entlang einer mit OA angedeuteten optischen Achse
angeordnet sind.
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Die 2 und 3 zeigen
den Umlenkspiegel 30 in einer perspektivischen Darstellung
von der Rückseite
her gesehen bzw. in einem horizontalen Schnitt entlang der Linie
III-III.
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Der
Umlenkspiegel 30 weist einen planen Spiegelträger 32 sowie
eine auf dessen Oberseite aufgebrachte reflektierende Schicht 34 auf.
Bei der reflektierenden Schicht 34 kann es sich auch um
ein Schichtsystem mit mehreren Einzelschichten handeln, wie dies
an sich im Stand der Technik bekannt ist.
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Der
Spiegelträger 32 ist
auf seiner Rückseite 36 mit
einem Steg 38 versehen, der sich zentriert und parallel
zu den kürzeren
Querseiten des Umlenkspiegels 30 erstreckt. Der Steg 38 ist
in nicht näher
dargestellter Weise starr mit einem Gehäuse des Projektionsobjektivs 10 verbunden.
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Mit
Pfeilen 40 sind Aktuatoren angedeutet, die zu beiden Seiten
des Stegs 38 an der Rückseite 36 des
Spiegelträgers 32 angreifen.
Bei den Aktuatoren 40 kann es sich beispielsweise um piezoelektrische
Elemente handeln, mit denen sich sehr genau Zug- oder Druckkräfte erzeugen
lassen. Durch Betätigung
der Aktuatoren 40 können
in den durch die Pfeile angedeuteten Richtungen Druckkräfte auf
den Spiegelträger 32 ausgeübt werden,
die zu einer konka ven Deformation des Umlenkspiegels 30 um
eine Biegeachse 42 führen.
In den 2 und 3 deuten gestrichelte Linien 30' die Form des
deformierten Umlenkspiegels 30 an.
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Infolge
des Stegs 38 und der symmetrisch hierzu angeordneten Aktuatoren 40 wird
der Umlenkspiegel 30 nur um eine einzige Biegelinie 42 deformiert.
In der Richtung parallel zur Biegelinie 42 bleibt die Krümmung der
Oberfläche
des Umlenkspiegels 30 somit weiterhin unendlich groß.
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Durch
diese Deformation erhält
der Umlenkspiegel 30 eine Wirkung, die bezüglich der
Rotation um die optische Achse eine zweizählige Symmetrie hat. Diese
Wirkung entsteht nicht durch eine Überlagerung unterschiedlicher
Deformationen in zwei orthogonalen Richtungen, sondern ausschließlich durch
die Deformation um die Biegelinie 42. Bei dem in den 2 und 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel
sind dabei die von den Aktuatoren 40 zu beiden Seiten des
Stegs 38 erzeugten Kräfte
gleich, so daß der
deformierte Umlenkspiegel symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene
ist, welche die Biegelinie 42 enthält.
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Die
Form des deformierten Umlenkspiegels 30 ist so bestimmt,
daß die
Wirkung des deformierten Umlenkspiegels 30 Abbildungsfehler
mit zweizähliger
Umlaufsymmetrie, die durch andere optische Elemente des Projektionsobjektivs 10 verursacht
werden, ganz oder zumindest weitgehend kompensiert. Da häufig nicht-rotationssymmetrische
Abbildungsfehler auch einen größeren zweizähligen Anteil
haben, lassen sich durch die Deformation des Umlenkspiegels 30 auch
solche nicht-rotationssymmetrische Abbildungsfehler erheblich verringern.
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Ursache
der nicht-rotationssymmetrischen Abbildungsfehler kann beispielsweise
eine nicht-rotationssymmetrische Erwärmung von optischen Elementen
des Projektionsobjektivs 10 sein. Durch die Erwärmung deformieren
sich die optischen Elemente in nicht-rotationssymmetrischer Weise;
bei refraktiven optischen Elementen kommt außerdem eine nicht-rotationssymmetrische
Veränderung
der Brechzahl hinzu.
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Verursacht
werden nicht-rotationssymmetrische Erwärmungen vor allem durch das
schlitzförmige
Lichtfeld, mit dem die Maske 12 beleuchtet wird. Die optischen
Elemente im Projektionsobjektiv 10 absorbieren einen Teil
des Projektionslichts 16 und haben deswegen dort ihre höchste Temperatur,
wo sie dem Projektionslicht 16 ausgesetzt sind. Je näher sich
ein optisches Element dem Bereich der Objektebene OP, der Bildebene
IP oder einer ggf. vorhandenen Zwischenbildebene befindet, desto
weniger rotationssymmetrisch ist der dem Projektionslicht ausgesetzte
Bereich. Deswegen tragen vor allem die relativ feldnah angeordneten
Linse L1 und der Strahlteilerwürfel 20 zu
nicht-rotationssymmetrischen
Feld-Abbildungsfehlern bei.
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Die
in den 2 und 3 gezeigte Deformation des Umlenkspiegels 30 ist
allerdings stark übertrieben;
tatsächlich
genügen
zur Korrektur nicht-rotationssymmetri scher Abbildungsfehler lokale
Krümmungsradien
der Spiegeloberfläche
senkrecht zur Biegeachse 42 in der Größenordnung von mehreren Metern.
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Damit
der Umlenkspiegel 30 genau so deformiert wird, daß die im
Einzelfall auftretenden nicht-rotationssymmetrischen Abbildungsfehler
möglichst vollständig korrigiert
werden, müssen
die an dem Umlenkspiegel 30 angreifenden Kräfte sorgfältig bestimmt
werden. Dabei sind u.a. die Größe und Form des
Spiegelträgers 32 sowie
dessen Materialeigenschaften zu berücksichtigen. Die Kräfteverteilung kann
u.a. durch die Festlegung der Anzahl und der Angriffspunkte der
Aktuatoren 40 beeinflußt
werden.
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Die
Erwärmung
der optischen Elemente und damit auch das Ausmaß der nicht-rotationssymmetrischen
Abbildungsfehler hängen
von einer Vielzahl variabler Faktoren, darunter auch der Dichte
und der Anordnung der Strukturen auf der Maske 12, ab.
Daher wird es im allgemeinen erforderlich sein, die Deformation
des Umlenkspiegels 30 im Verlauf des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage
an die sich verändernden
Verhältnisse
anzupassen. Hierzu sind die Aktuatoren 40 mit einer geeigneten
Steuerung zu verbinden. Die jeweils erforderliche Deformation kann
auf der Grundlage von Meßergebnissen
oder Simulationsrechnungen gewonnen werden.
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Die 4 zeigt
in einer an die 3 angelehnten Darstellung einen
Umlenkspiegel 130, der entlang seiner kurzen Querseiten
mit abgewinkelten Kanten oder Hebeln 50 versehen ist. Durch
Aktuatoren 140 können
diese Hebel 50 ausgelenkt werden, wodurch Biegemomente
in dem Spiegelträger 132 erzeugt
werden. Durch Abstützen
des Spiegelträgers 132 an
festen Lagerpunkten 138a, 138b bewirken diese
Biegemomente eine konkave Deformation des Umlenkspiegels 130,
wie sie in der 4 durch gestrichelte Linien übertrieben
angedeutet ist.
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Es
versteht sich, daß die
beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele in vieler Hinsicht
abwandelbar sind. So wurde stets unterstellt, daß die Aktuatoren 40, 140 zur
Verformung des Umlenkspiegels 30, 130 Druckkräfte erzeugen.
Selbstverständlich
ist es ebenso möglich,
mit Hilfe entgegengesetzt wirkender Zugkräfte eine Deformation des Umlenkspiegels
herbeizuführen.
Bei dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
würde dies
beispielsweise bedeuten, daß die
Aktuatoren 40 von der Oberseite des Spiegelträgers 32 her
angreifen, und zwar in einem Bereich, der keinem Projektionslicht 16 ausgesetzt
ist. Ferner kann eine Wirkung mit zweizähliger Symmetrie natürlich auch
dadurch erzeugt werden, daß der
plane Umlenkspiegel 30, 130 nicht konkav, sondern
konvex gekrümmt
wird. In diesem Falle müssen
die Aktuatoren 40, 140 lediglich Kräfte in die
entgegengesetzte Richtung auf den Spiegelträger 32, 132 ausüben.
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Ferner
kann der Umlenkspiegel 30, 130 natürlich auch
in anderen Projektionsobjektiven vorteilhaft eingesetzt wer den.
Besonders geeignet sind Projektionsobjektive, bei denen zwei plane
Umlenkspiegel einen sogenannten geometrischen Strahlteiler bilden,
wie dies etwa in der WO 2004/019128 A gezeigt ist. Bei solchen Projektionsobjektiven
richtet ein erster planer Umlenkspiegel darauf auftreffendes Licht
in Richtung auf einen konkav gekrümmten Spiegel. Ein weiterer
planer Umlenkspiegel lenkt das von dem konkav gekrümmten Spiegel
reflektierte Licht wieder um. Einer oder auch beide Umlenkspiegel
eines solchen geometrischen Strahlteilers können dabei in der vorstehend
beschriebenen Weise zur Korrektur nicht-rotationssymmetrischer Abbildungsfehler deformiert
werden.
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Bei
dem in den 2 und 3 beschriebenen
Ausführungsbeispielen
ist der Spiegelträger 32 als
plan-parallele Platte ausgebildet. Die Rückseite des undeformierten
Spiegelträgers 32 ist
somit plan. Damit sich durch eine Betätigung der Aktuatoren 40 tatsächlich die
gewünschte
Deformation mit möglichst
wenigen Aktuatoren 40 einstellt, kann die Rückseite 36 des
Spiegelträgers 32 so
dreidimensional geformt werden, daß der Spiegelträger 32 ein nicht-rotationssymmetrisches
lokal variierendes Dickenprofil erhält. Durch diese Gestaltung
der Rückseite 36 des
Spiegelträgers 32 läßt sich
die Kräfteverteilung
in dem Spiegelträger 32 und
somit dessen Deformation mit Hilfe weniger Aktuatoren 40 oder
sogar nur eines einzigen Aktuators noch gezielter beeinflussen.
Entsprechendes gilt selbstverständlich auch
für den
Umlenkspiegel 130 gemäß dem in
der 4 gezeigten Ausführungsbeispiel.
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Die 5 bis 9 zeigen
in an die 3 und 4 angelehnten
Darstellungen unterschiedliche Varianten für Spiegelträger, deren Rückseite nicht
plan ist, sondern ein nicht-rotationssymmetrisches Dickenprofil
mit lokal variierender Dicke aufweist.
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Bei
dem in der 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
eines Umlenkspiegels 230 hat der Spiegelträger 232 einen
in Längsrichtung
konstanten und insgesamt trapezförmigen
Querschnitt. Der Spiegelträger 232 hat
somit die Form eines Prismas, dessen Dicke entlang der Biegelinie 42 am
größten ist.
Bezüglich
einer mit 252 angedeuteten Symmetrieebene, welche die Biegelinie 42 enthält, ist
das Prisma spiegelsymmetrisch. Ein derart geformter Spiegelträger 232 verformt
sich an den dünneren äußeren Enden
stärker
als in der Mitte, wenn in der Nähe
dieser Enden Aktuatoren 240 Druck- oder Zugkräfte ausüben und
der Spiegelträger 232 in
der Nähe
der Biegelinie fixiert ist.
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Bei
dem in der 6 gezeigten Umlenkspiegel 330 ist
der Spiegelträger 332 ebenfalls
entlang der Biegelinie fixiert. Zwischen der Biegelinie und den Angriffspunkten
für Aktuatoren 340 an
den einander gegenüberliegenden
Enden ist die Dicke des Spiegelträgers 332 am geringsten.
Den Aufbau des Spiegelträgers 332 kann
man auch so beschreiben, daß eine
plane Rückseite
drei parallele Stege trägt,
von denen der mittlere Steg einen trapezförmigen Querschnitt und die
beiden seitlichen Stege jeweils einen dreieckigen Querschnitt haben.
Die Form des Spiegelträ gers 332 ist
auch hier spiegelsymmetrisch bezüglich
einer Symmetrieebene 352, welche die Biegelinie enthält.
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Bei
dem in der 7 gezeigten Umlenkspiegel 430 ist
die Rückseite
konvex gewölbt,
wodurch eine ähnliche
Wirkung wie bei dem in der 5 gezeigten
Umlenkspiegel 230 erzielt wird.
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Die 8 zeigt
eine mit 530 bezeichnete Variante des in der 7 gezeigten
Umlenkspiegels 430. Diese Variante stellt gewissermaßen eine
Kombination der in den 4 und 7 gezeigten
Ausführungsbeispiele
dar.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde stets
angenommen, daß die Deformation
des Umlenkspiegels symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene 252, 352, 452 bzw. 552 ist,
welche auch die Biegelinie enthält.
Der in der 1 gezeigte polarisationsselektive
Strahlteilerwürfel 20 hat
allerdings die Eigenschaft, daß er
sich durch Absorption von Projektionslicht 16 in einer
Weise erwärmen
kann, die nicht spiegelsymmetrisch ist. Dies hängt letztlich mit den unterschiedlich
langen Lichtwegen der einzelnen Lichtstrahlen im Strahlteilerwürfel 20 zusammen.
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Um
auch solche nicht spiegelsymmetrische Abbildungsfehler möglichst
gut korrigieren zu können,
kann der in den 2 und 3 dargestellte Umlenkspiegel 30 auch
so deformiert werden, daß die
beiden Hälften
zu beiden Seiten der Biegelinie 42 in unterschiedlicher
Weise deformiert werden. Bei dem Umlenkspiegel 30 kann
dies z.B. dadurch bewirkt werden, daß die Aktuatoren 40 zu
beiden Seiten der Biegelinie 42 unterschiedliche Kräfte auf
den Spiegelträger 32 ausüben.
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Unter
Anwendung des in den 5 bis 8 gezeigten
Ansatzes, durch ein lokal variierendes Dickenprofil des Spiegelträgers die
Deformation des Spiegels zusätzlich
beeinflussen zu können, zeigt
die 9 ein Ausführungsbeispiel
für einen
planen Umlenkspiegel 630, dessen Dickenprofil zu beiden
Seiten des Stegs 638 unterschiedlich ist. Auf diese Weise
wird selbst bei Ausübung
gleicher Druckkräfte
durch Aktuatoren 640 eine asymmetrische Deformation des
Umlenkspiegels 630 erzielt.