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Die
Erfindung betrifft ein Spiegelprojektionssystem zur Verwendung in
einem "Step-and-scan"-Projektionslithographiegerät zum Abbilden
eines in einer Maske vorhandenen Maskenmusters auf ein Substrat
mit Hilfe eines Bündels
von EUV-Strahlung, welches Strahlenbündel einen kreisförmigen segmentförmigen Querschnitt
hat, wobei das genannte Projektionssystem von sechs Abbildungsspiegeln
gebildet wird, mit, von der Objektseite zur Bildseite, Ordinalzahlen
1-6, wobei der erste, der zweite, der dritte und der sechste Spiegel konkav
sind und der fünfte
Spiegel konvex ist.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Lithographiegerät zum „Step-and-scan"-Abbilden eines Maskenmusters auf eine
Anzahl Gebiete eines Substrats, welches Gerät ein solches Spiegelprojektionssystem
umfasst.
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EP-A
0 779 528 beschreibt ein Spiegelprojektionssystem zur Verwendung
in einem „Step-and-scan"-Lithographiegerät, mit dem
ein IC-Maskenmuster auf eine Anzahl Gebiete eines Halbleitersubstrats
unter Verwendung von EUV-Strahlung abgebildet wird. Unter EUV-Strahlung,
d.h. Extrem Ultravioletter Strahlung, wird eine Strahlung verstanden
mit einer Wellenlänge
im Bereich zwischen mehreren Nanometern und mehreren zehn Nanometern.
Diese Strahlung wird auch als weiche Röntgenstrahlung bezeichnet. Die
Verwendung von EUV-Strahlung bietet den großen Vorteil, dass extrem kleine
Details in der Größenordnung
von 0,1 μm
oder kleiner gut abgebildet werden können. Mit anderen Worten, ein
Abbildungssystem, bei dem EUV-Strahlung verwendet wird, hat ein
sehr hohes Auflösungsvermögen, ohne
dass die NA des Systems extrem groß zu sein braucht, sodass die
Schärfentiefe
des Systems noch einen ziemlich großen Wert hat. Da für EUV-Strahlung
kein geeignetes Material vorhanden ist, aus dem Linsen hergestellt
werden können,
muss zum Abbilden des Maskenmusters auf dem Substrat ein Spiegelprojektionssystem
verwendet werden anstelle des bisherigen herkömmlichen Linsenprojektionssystems.
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Die
derzeit bei der Fertigung von ICs verwendeten Lithographiegeräte sind
Stepper (schrittweise arbeitende Geräte). Bei diesen Geräten wird
eine Vollfeldbeleuchtung verwendet, d.h. alle Gebiete des Maskenmusters
werden gleichzeitig beleuchtet und diese Gebiete werden gleichzeitig
auf ein einziges IC-Gebiet des Substrats abgebildet. Nachdem ein
erstes IC-Gebiet beleuchtet worden ist, wird ein Schritt zu einem
folgenden IC-Gebiet gemacht, d.h. der Substrathalter wird so bewegt,
dass das nächste
IC-Gebiet unter dem Maskenmuster positioniert ist, woraufhin dieses
Gebiet beleuchtet wird usw., bis alle IC-Gebiete des Substrats des Maskenmusters
beleuchtet worden sind. Bekanntermaßen bleibt es wünschenswert, über ICs
mit einer zunehmenden Anzahl Bauteilen zu verfügen.
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Es
wird versucht, diese Anforderung nicht nur durch Verringerung der
Abmessungen dieser Bauteile zu erfüllen, sondern auch durch Vergrößerung der
Oberfläche
der ICs. Dies bedeutet, dass die bereits relativ hohe NA des Projektionslinsesystems
weiter erhöht
werden muss und für
ein schrittweise arbeitendes Gerät das
Bildfeld dieses Systems auch weiter vergrößert werden muss. Dies ist
praktisch unmöglich.
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Daher
ist vorgeschlagen worden, von einem Stepper zu einem „Step-and-scan"-Gerät überzugehen. Bei
einem solchen Gerät
wird ein rechteckiges oder kreisförmiges segmentförmiges Untergebiet
des Maskenmusters und damit auch ein Untergebiet eines IC-Gebietes
des Substrats beleuchtet und das Maskenmuster und das Substrat werden
synchron durch das Beleuchtungsbündel
bewegt, wobei die Vergrößerung des
Projektionssystems berücksichtigt
wird. Ein nachfolgendes kreisförmiges
segmentförmiges
Untergebiet des Maskenmusters wird dann jedes Mal auf ein entsprechendes
Untergebiet des betreffenden IC-Gebietes auf dem Substrat abgebildet.
Nachdem auf diese Weise das gesamte Maskenmuster auf einem IC-Gebiet
abgebildet worden ist, führt
der Substrathalter eine Schrittbewegung aus, d.h. der Anfang eines
nachfolgenden IC-Gebietes wird in das Projektionsstrahlenbündel eingebracht
und die Maske wird in ihre Anfangsposition gesetzt, woraufhin das
genannte nachfolgende IC-Gebiet über
das Maskenmuster sowohl abgetastet als auch beleuchtet wird. Dieses
Abtast-Abbildungsverfahren kann sehr vorteilhaft in einem Lithographiegerät verwendet
werden, in dem EUV-Strahlung als Projektionsstrahlung verwendet
wird.
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Die
Ausführungsform
des in
EP 0 779 528 beschriebenen
Projektionssystems, das zur Verwendung mit EUV-Strahlung mit einer
Wellenlänge
von 13 nm bestimmt ist, hat an der Bildseite eine NA von 0,20. Das ringförmige Bildfeld
hat einen Innenradius von 29 mm und einen Außenradius von 31 mm und eine
Länge von 30
mm. Die Auflösung
des Systems beträgt
30 nm und die Abbildungsfehler und Störungen sind klein genug, um
mit Hilfe eines Abtastprozesses ein gutes Bild eines Transmissionsmaskenmusters
eines IC-Gebietes
eines Substrats zu erstellen. Der erste und der vierte Spiegel dieses
Projektionssystems sind konkav. Ein erstes Spiegelpaar, das aus
dem ersten und dem zweiten Spiegel be steht, formt ein vergößertes Bild
des Objektes oder des Maskenmusters. Dieses Bild wird von einem
zweiten Spiegelpaar transportiert, das vom dritten und vierten Spiegel
gebildet wird, und einem dritten Spiegelpaar zugeführt, das
aus dem fünften
und dem sechsten Spiegel besteht, welches das gewünschte telezentrische
Bild mit der geforderten Apertur NA = 0,20 verschafft. In diesem
Projektionssystem wird zwischen dem dritten und dem vierten Spiegel
ein Zwischenbild gebildet und das gesamte Projektionssystem hat
eine positive Vergößerung.
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Wenn
ein solches Spiegelsystem in einem "Step-and-scan"-Projektionslithogaphiegerät verwendet wird,
bedeutet eine positive Vergößerung,
dass die Maske und das Substrat sich beim Abtasten in der gleichen Richtung
bewegen müssen.
Da sowohl die Maske als auch das Substrat in einem relativ schweren
Halter untergebracht sind, der seinerseits Teil eines noch schwereren
Verschiebetisches ist, müssen
die beiden schweren Massen beim Abtasten in der gleichen Richtung
bewegt werden, sodass Stabilitätsprobleme
auftreten können.
Da in dem genannten Lithogaphiegerät jedoch Positionsgenauigkeiten
in der Größenordnung
von nm gefordert werden, muss dieses Gerät extrem stabil sein.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein neuartiges
Konzept für
ein Projektionssystem der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, mit
dem unter anderem das oben erwähnte
Problem gelöst werden
kann.
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Die
Erfindung wird durch die unabhängigen
Ansprüche
definiert. Unteransprüche
definieren vorteilhafte Ausführungsformen.
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Bei
dem neuartigen Projektionssystem wird die Bildung eines Zwischenbildes
absichtlich vermieden, sodass die Vergößerung negativ ist. Bei Verwendung
dieses Systems in einem "Step-and-scan"-Gerät bewegen
sich die Maske und das Substrat beim Abtasten in entgegengesetzter
Richtung. Dieses Projektionssystem umfasst eine von dem ersten und
dem zweiten Spiegel gebildete erste Gruppe, die eine Kollimatorfunktion
hat, und eine von dem dritten, dem vierten, dem fünften und
dem sechsten Spiegel gebildete zweite Gruppe, die das endgültige Bild
verschafft. Ein weiterer Vorteil des Projektionssystems ist, dass
es ziemlich unempfindlich gegen ein Kippen der Spiegel ist, weil
hauptsächlich
nahe der optischen Achse liegende Teile der Spiegelabschnitte verwendet
werden.
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Es
sei bemerkt, dass US-A 5.686.728 ein Sechsspiegelprojektionssystem
für ein „Step-and-scan"-Gerät beschreibt.
Dieses Projektionssystem ist jedoch für Wellenlängen im Bereich zwischen 100
nm und 300 nm bestimmt, d.h. nicht für EUV-Strahlung. Außerdem sind
die Spiegel, von der Maske aus zum Substrat hin gesehen, hintereinander
kon vex, konkav, konvex, konkav, konvex und konkav und hat das System
eine positive Vergrößerung.
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Innerhalb
des oben erwähnten
Entwurfskonzepts gibt es noch einige Freiheit bei der Wahl der Parameter
NA, Vergrößerung und
Größe des Bildfeldes.
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Eine
erste Ausführungsform
des Projektionssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass einer der
Spiegel sphärisch
ist und die anderen Spiegel asphärisch
sind, und dass das System eine numerische Apertur von etwa 0,13
bis 0,15 an der Bildseite, eine Vergrößerung M = –0,25 und ein kreisförmiges segmentförmiges Bildfeld
mit einer Breite von 1 mm aufweist.
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Dieses
Projektionssystem ist zum Abbilden von Details mit einer Größe von etwa
70 nm geeignet.
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Unter
einer asphärischen
Oberfläche
wird eine Oberfläche
verstanden, deren Grundform sphärisch
ist, aber deren tatsächliche
Oberfläche örtlich von
dieser Grundform abweicht, um Abbildungsfehler des Systems zu korrigieren.
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Das
Projektionssystem ist jedoch vorzugsweise weiterhin dadurch gekennzeichnet,
dass alle Spiegel asphärisch
sind, und dass das System eine numerische Apertur von etwa 0,20
an der Bildseite, eine Vergrößerung M
= –0,25
und ein kreisförmiges
segmentförmiges
Bildfeld mit einer Breite von 2 mm aufweist.
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Indem
alle Spiegel asphärisch
gemacht werden, kann das System in Hinsicht auf ein breiteres Bildfeld korrigiert
werden und die numerische Apertur kann vergrößert werden. Mit diesem System
können
Details mit einer Größe von etwa
50 nm abgebildet werden.
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Das
Projektionssystem ist weiterhin vorzugsweise dadurch gekennzeichnet,
dass es an der Bildseite telezentrisch ist.
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Daher
können
bei ungewünschten
Verschiebungen des Substrats entlang der optischen Achse keine Vergrößerungsfehler
auftreten.
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Das
Projektionssystem kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass
der Rand des fünften
Spiegels für
das Strahlenbündel
eine Begrenzung bildet, die im Wesentlichen die Form eines kreisförmigen Segments
hat und als Blende wirkt.
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Das
Projektionssystem kann zum Abbilden sowohl eines durchlässigen Maskenmusters
als auch eines reflektierenden Maskenmusters verwendet werden. Für EUV-Strahlung
kann ein reflektierendes Maskenmuster einfacher hergestellt werden
als ein durchlässiges
Maskenmuster.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Lithographiegerät zum "Step-and-scan"-Abbilden
eines in einer Maske vorhandenen Maskenmusters auf eine Anzahl Gebiete
eines Substrats, welches Gerät
eine Beleuchtungseinheit mit einer Quelle für EUV-Strahlung, einen Maskenhalter
zum Aufnehmen einer Maske, einen Substrathalter zum Aufnehmen eines
Substrats und ein Projektionssystem umfasst. Dieses Gerät ist dadurch
gekennzeichnet, dass das Projektionssystem ein wie oben beschriebenes
Spiegelprojektionssystem ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Weiteren
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Projektionssystems
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2 eine
zweite Ausführungsform
des Projektionssystems und
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3 schematisch
eine Ausführungsform
eines Lithographiegerätes
mit einem solchen Projektionssystem.
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In 1 wird
die Objektebene, in der die abzubildende Maske angeordnet werden
kann, mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, und die Bildebene,
in der das Substrat angeordnet werden kann, wird mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet.
Die Objektebene wird mit einem von einer Strahlungsquelle (nicht
abgebildet) ausgesendeten Strahlenbündel b beleuchtet. Wenn die
Maske eine reflektierende Maske ist, liegt die Strahlungsquelle
auf der gleichen Seite der Maske wie das Spiegelprojektionssystem.
Das von der Maske dann reflektierte Strahlenbündel b1 trifft auf den ersten
Spiegel 5 des Systems, welcher Spiegel konvex ist. Dieser
Spiegel reflektiert das Strahlenbündel als divergierendes Strahlenbündel b2 zum zweiten Spiegel 6, der konkav
ist. Der Spiegel 6 reflektiert das Strahlenbündel als
nahezu paralleles Strahlenbündel
b3 zum dritten Spiegel 7. Der Spiegel 7 ist
ein Konkavspiegel und reflektiert das Strahlenbündel als konvergierendes Strahlenbündel b4
zum vierten Spiegel 8. Dieser Spiegel ist konvex und reflektiert
das Strahlenbündel
als weniger stark konvergierendes Strahlenbündel b5 zum
fünften
Spiegel 9, der konvex ist und das Strahlenbündel als
divergierendes Strahlenbündel
b6 zum sechsten Spiegel 10 reflektiert.
Dieser Spiegel ist konkav und fokussiert das Strahlenbündel als
Strahlenbündel
b7 in die Bildebene 2. Die Spiegel 5 und 6 bilden
zusammen einen Kollimatorabschnitt des Systems, und die Spiegel 7, 8, 9 und 10 bilden
einen Objektivabschnitt, der das gewünschte telezentrische Bild auf
dem Substrat bildet.
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Der
konvexe Spiegel 9 liegt an einer solchen Stelle und hat
eine solche Größe, dass
das Strahlenbündel
b7 gerade entlang diesem Spiegel verläuft. Von
dem Rand des Spiegels 9 wird eine Begrenzung gebildet, die
im Prinzip kreisförmig
segmentförmig
ist und als Teil einer Blende wirkt. Der zweite Teil dieser Blende
kann von einem das Strahlenbündel
begrenzenden Element gebildet werden, das unterhalb des Spiegels 9 und
an der gleichen axialen Position wie der Spiegel angeordnet ist.
Bekanntermaßen
verhindert eine Blende, dass gestreute Strahlung oder durch unerwünschte Reflexionen
verursachte Strahlung das bildformende Strahlenbündel eines Abbildungssystems
erreicht, wodurch der Kontrast des in der Ebene 2 gebildeten
Bildes verschlechtert werden könnte.
Außerdem
legt die Blende die numerische Apertur und den Querschnitt des abbildenden
Strahlenbündels
fest und sorgt somit für
eine konstante Beleuchtungsstärke.
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Weiterhin
sind alle Spiegeloberflächen
des in 1 gezeigten Systems asphärisch. Das System ist dadurch
genügend
für die
gewünschte
Apertur korrigiert. Das System ist koaxial, was bedeutet, dass Krümmungsmittelpunkte
aller Spiegel auf einer einzigen Achse liegen, der optischen Achse
OO'. Im Hinblick
auf Zusammenbau und Toleranzen ist dies sehr vorteilhaft.
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Die
folgende Tabelle zeigt die Werte der relevanten Parameter der Ausführungsform
von 1. Diese Parameter sind:
- – die entlang
der optischen Achse OO' gemessenen
Abstände:
d1: zwischen der Objektebene 1 und
dem Spiegel 5;
d2: zwischen
dem Spiegel 5 und dem Spiegel 6;
d3: zwischen dem Spiegel 6 und dem
Spiegel 7;
d4: zwischen dem
Spiegel 7 und dem Spiegel 8;
d5:
zwischen dem Spiegel 8 und dem Spiegel 9;
d6: zwischen dem Spiegel 9 und dem
Spiegel 10;
d7: zwischen dem
Spiegel 10 und der Bildebene 2,
- – die
entlang der optischen Achse gemessenen Krümmungsradien:
R1: des Spiegels 5;
R2: des Spiegels 6;
R3: des Spiegels 7;
R4: des Spiegels 8;
R5: des Spiegels 9,
R6: des Spiegels 10,
- – die
geraden Glieder a2, a4,
a6, a8 und a10 der bekannten Reihenentwicklung die die Form einer asphärischen
Oberfläche
beschreiben.
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Das
System hat eine Vergrößerung M
von –0,25,
eine numerische Apertur NA von 0,20 und das kreisförmige Segment
des Bildes am Ort der Bildebene 2 hat einen Innenradius
von 35,5 mm und einen Außenradius
von 37,5 mm, sodass diese Ebene mit einem kreisförmigen segmentförmigen Fleck
von einer Breite von 2 mm abgetastet wird. Die Länge, oder Sehne, dieses Flecks
beträgt
etwa 30 mm. Die Gesamtlänge
des Systems, 1 in 1, ist ungefähr 1009 mm. Das System ist
zum Formen eines Bildes mit Hilfe von Strahlung mit einer Wellenlänge von
13 nm bestimmt und hierzu sind die Spiegel in bekannter Weise mit
einer Mehrschichtstruktur versehen, die Strahlung dieser Wellenlänge so gut
wie möglich
reflektiert. Beispiele für
Mehrschichtstrukturen für
diesen Zweck sind unter anderen in US-A 5.153.898 beschrieben.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
des Spiegelsprojektionssystems, in dem der zweite Spiegel, der konkave
Spiegel 6, sphärisch
ist und die anderen Spiegel asphärisch
sind. Mit diesem System kann ein korrektes Bild geformt werden,
wenn auch für
eine kleinere numerische Apertur. Außerdem hat das Bildfeld eine geringere
Breite als das Bildfeld des Systems von 1. In der
Ausführungsform
von 2 liegt der verwendete Teil des Spiegels 7 näher bei
der optischen Achse als in der Ausführungsform von 1,
sodass das in 2 gezeigte System stabiler ist.
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Tabelle
II zeigt die Werte der relevanten Parameter des Projektionssystems
von 2, wobei die gleiche Notation wie für das Projektionssystem
von 1 verwendet wird.
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Dieses
System hat auch eine Vergrößerung M
von –0.25.
Die numerische Apertur NA beträgt
jetzt 0,14 an der Bildseite und das kreisförmige segmentförmige Bildfeld
hat einen Innenradius von 36 mm und einen Außenradius von 37 mm, daher
eine Brei te von 1 mm. Der Abstand 1 zwischen der Objektebene 1 und
der Bildebene 2 beträgt
ungefähr
1037 mm.
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3 zeigt
sehr schematisch eine Ausführungsform
eines „Step-and-scan"-Lithographiegerätes, das ein erfindungsgemäßes Spiegelprojektionssystem
zum Abbilden eines in einer reflektierenden Maske 15 vorhandenen
Maskenmusters auf ein Substrat 20 umfasst, das mit einer
für EUV-Strahlung
empfindlichen Schicht 21 versehen ist. Das Gerät umfasst
eine schematisch dargestellte Beleuchtungseinheit 30, in
der eine EUV-Strahlungsquelle und ein optisches System zum Bilden
eines Beleuchtungsbündels
b, dessen Querschnitt die Form eines kreisförmigen Segmentes hat, untergebracht
sind. Der Deutlichkeit halber ist in der Figur zwischen dem Beleuchtungsbündel b und
dem Substrattisch 23 und dem Abbildungsabschnitt 7, 8, 9, 10 des Spiegelsprojektionssystems
etwas Platz gelassen. Tatsächlich
kann das Strahlenbündel
b jedoch dicht entlang diesen Elementen in die Projektionssäule gelangen.
Die abzubildende reflektierende Maske ist unter einem Maskenhalter 16 angeordnet,
der Teil eines Maskentisches 17 ist, mit dem die Maske
in der Abtastrichtung 18 und eventuell in einer Richtung
senkrecht zur Abtastrichtung bewegt werden kann, sodass alle Gebiete
des Maskenmusters unter dem durch das Beleuchtungsbündel b gebildeten
Beleuchtungsfleck positioniert werden können. Der Maskenhalter und
der Maskentisch sind sehr schematisch dargestellt und können auf
verschiedene Weise ausgeführt
sein. Das Substrat 20 ist auf einem Substrathalter 22 angeordnet,
der von einem Substrattisch (Träger) 23 getragen
wird. Dieser Tisch kann das Substrat in der Abtastrichtung (X-Richtung),
aber auch senkrecht dazu in der Y-Richtung bewegen. Beim Abtasten
bewegen sich das Substrat und die Maske in entgegengesetzter Richtung.
Der Substrattisch wird von einer Halterung 24 getragen.
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Außerdem kann
das Substrat in der Z-Richtung bewegt werden, der Richtung der optischen
Achse OO', und um
die Z-Achse gedreht werden. Bei hoch entwickelten Geräten kann
das Substrat auch um die X-Achse und die Y-Achse gekippt werden.
Für weitere
Details eines „Step-and-scan"-Gerätes sei
beispielsweise auf die PCT-Patentanmeldung WO 97/33204 (PHQ 96.004)
verwiesen.
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Das
Projektionssystem ist an der Seite des Substrats telezentrisch,
was den Vorteil hat, dass bei eventuellen unerwünschten Bewegungen in Z-Richtung
des Substrats in Bezug auf das Projektionssystem keine Vergrößerungsfehler
auftreten.
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Weiterhin
liegt der optische freie Arbeitsabstand, i. e. der freie Arbeitsabstand
wie vom Projektionssystem bestimmt und abgesehen von eventuellen
mechanischen Vorkehrungen, in der Größenordnung von 40 mm.
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Das
Spiegelprojektionssystem kann nicht nur zum Abbilden eines reflektierenden
Maskenmusters verwendet werden, wie oben beschrieben, sondern auch
zum Abbilden eines durchlässigen
Maskenmusters. Statt unter der Maske, wie in 3 gezeigt,
liegt die Beleuchtungseinheit dann über der Maske. Es ist jedoch einfacher,
eine reflektierende Maske für
EUV-Strahlung herzustellen als eine durchlässige Maske für diese Strahlung.
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Das
EUV-Projektionslithographiegerät
kann bei der Herstellung von ICs verwendet werden, aber auch beispielsweise
bei Flüssigkristallanzeigefeldern,
integrierten oder planaren optischen Systemen, Magnetköpfen und
Führungs-
und Detektionsmustern für
Speicher mit magnetischen Domänen.