DE69923376T2

DE69923376T2 - Belichtungsprojektionsapparat mit einem optischen catadioptrischen Belichtungssystem

Info

Publication number: DE69923376T2
Application number: DE69923376T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Omura; Toshihiko Ozawa; Takashi Mori; Hideki Komatsuda
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2019-06-12
Also published as: EP0964282A3; JP3985346B2; DE69923376D1; JP2000003852A; US6661499B2; ATE288088T1; US20030011756A1; EP0964282B1; EP0964282A2; US6466303B1

Description

Feld der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Belichtungsprojektionsapparat wie solche, die zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, Flüssigkristallvorrichtungen und ähnliches eingesetzt werden, und insbesondere solch einen Belichtungsprojektionsapparat, der mit einem optischen catadioptrischen Projektionssystem vorgesehen ist, das eine Auflösung von 0,1 Mikrometern in dem ultravioletten Wellenlängenbereich hat.
Hintergrund der Erfindung
In dem photolithographischen Prozess zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen und ähnliches werden Belichtungsprojektionsapparate zum Belichten des Bildes von einem Muster, das auf einem ersten Objekt wie z.B. einer Photomaske oder einem Reticle (nachstehend im Allgemeinen als "Reticle" bezeichnet) vorhanden ist, durch ein optisches Projektionssystem, und auf einem zweiten Objekt wie z.B. einem Wafer, einer Glasplatte oder ähnlichem (nachstehend im Allgemeinen als "Wafer" bezeichnet) eingesetzt, das mit einer Schicht aus Photolack beschichtet ist. Weil der Eingliederungsgrad von Halbleiter- und ähnlichen Vorrichtungen gewachsen ist, ist es notwendig, dass die optischen Projektionssysteme, die in Belichtungsprojektionsapparaten eingesetzt werden, eine höhere Auflösung haben. Um Auflösung zu erhöhen, ist es notwendig geworden, die Wellenlänge des Beleuchtungslichts zu reduzieren und die numerische Apertur (NA) des optischen Projektionssystems zu erhöhen.
Wenn die Wellenlänge des Beleuchtungslichtes verkleinert wird, wird jedoch die Vielfalt von Glasmaterialien von praktischer Anwendung limitiert werden durch die Absorption von Licht. Bei Wellenlängen unter 300 nm sind die einzigen Glasmaterialien, die derzeit für praktische Zwecke eingesetzt werden können, synthetischer Quarz und Fluorit. Weil die Abbeschen Zahlen von beiden dieser Glasmaterialien nicht unterschiedlich genug sind, ist die Korrektur von chromatischer Abberation problematisch.
Zusätzlich, da die benötigte optische Leistung des optischen Projektionssystems extrem hoch ist, müssen alle Abberationen im Wesentlichen eliminiert werden. Um eine solche Leistung mit einem dioptrischen optischen System (d.h. einem optischen System, das nur lichtbrechende Linsenelemente hat) zu erreichen, werden zahlreiche Linsen benötigt. Leider sind mit solchen Systemen eine Verringerung der Transmission und eine Steigerung der Herstellungskosten unvermeidlich.
Im Gegenteil hat ein catadioptrisches optisches System (d.h. ein optisches System, das nur reflektierende Elemente beinhaltet) keine chromatische Abberation. Also ist der Beitrag zu der Petzval-Summe in der entgegengesetzten Richtung als der von einer Linse. Folglich wird ein sogenanntes catadioptrisches optisches System, in dem ein catadioptrisches optisches System und ein dioptrisches optisches System kombiniert werden, nicht zu einem übermäßigen Zuwachs in der Anzahl der Linsenelemente führen, und die zahlreichen Abberationen, die chromatische Abberationen umfassen, können im Wesentlichen eliminiert werden.
Verschiedene Techniken, mittels denen ein optisches Projektionssystem mit einem solchen catadioptrischen optischen System gebildet wird, wurden vorgeschlagen. Unter diesen offenbaren US-Patent Nr. 4,747,678 (Japanische Patentanmeldung Kokai Nr. Sho 63-163319), US-Patent Nr. 5,052,763 (Japanische Patentanmeldung Kokoku Nr. Hei 7-111512), US-Patent Nr. 4,685,777 (Japanische Patentanmeldung Kokoku Nr. Hei 5-25170) und US-Patent Nr. 4,779,966 catadioptrische optische Systeme, in welchen ein erstes Zwischenbild in der Mitte des optischen Systems gebildet wird.
In dem oben zitierten Stand der Technik wird notwendigerweise ein sphärischer Spiegel wie ein konkaver Spiegel verwendet, um Abberationen zu korrigieren. Folglich muss der optische Weg des Lichtes, das sich von dem Reticle in Richtung zu dem sphärischen Spiegel bewegt, getrennt werden von dem optischen Weg des reflektierten Lichts, das von dem sphärischen Spiegel zurückkehrt, und der optische Weg des reflektierten Lichts, das von dem sphärischen Spiegel zurückkehrt, muss in die Richtung des Wafers abgelenkt werden. Aus diesem Grund sind einer oder mehrere ebene Spiegel notwendig, die mit einem reflektiven Film beschichtet werden. Dennoch hat der ebene Spiegel, der die Strahlen ablenkt, ein Reflektionsvermögen bezüglich des P-polarisierten Lichts, das unterschiedlich von dem Reflektionsvermögen bezüglich des S-polarisierten Lichts ist.
Insbesondere wenn die Wellenlänge des Belichtungslichts verkleinert wird, wächst die Differenz im Reflektionsvermögen bezüglich des P-polarisierten Lichts und des S-polarisierten Lichts wegen des reflektierenden Films wegen der Verringerung des Filmmaterials und ähnliches. Als Ergebnis wird unerwünschtes polarisiertes Licht generiert, das eine Ausrichtung hat. Wenn polarisiertes Licht, das eine Ausrichtung hat, als Projektionsbelichtungslicht angewendet wird, variiert leider die Bildleistung wegen der Ausrichtung des Reticle-Musters. Normale optische Projektionssysteme weisen einen Verkleinerungsabbildungsmaßstab auf, wobei der Betrag der Änderung in der Bildleistung proportional zu ihrer NA ist, die auf der Wafer-Seite größer ist. In diesem Fall, ist die Änderung in der Bildleistung auf dem Wafer merklich, was ein großes Problem in dem photolithographischen Prozess verursacht.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Belichtungsprojektionsapparat, wie einen solchen, der zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, Flüssigkristall-Anzeigen und ähnlichem eingesetzt wird, und insbesondere einen solchen Projektionsbelichtungsapparat, der mit einem optischen catadioptrischen Projektionssystem vorgesehen ist, das eine Auflösung von 0,1 Mikrometern in dem ultravioletten Wellenlängenbereich hat.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist die Mängel zu bewältigen, die wegen der Differenz im Reflexionsvermögen bezüglich des P-polarisierten Lichts und des S-polarisierten Lichts resultieren.
Diese Erfindung berücksichtigt die obigen Mängel des Stands der Technik und hat das Ziel des Bereitstellens eines Projektionsbelichtungsapparats mit einem catadioptrischen optischen Projektionssystem. Das System hat eine große numerische Apertur in dem ultravioletten Wellenlängenbereich, ein optisches Projektionssystem mit einer praktischen Größe und eine Auflösung von 0,1 Mikrometern unabhängig von der Ausrichtung des Reticle-Musters. Insbesondere ist diese Erfindung ein Belichtungsprojektionsapparat, der mit einem optischen Beleuchtungssystem ausgestattet ist, das ein Muster beleuchtet, das auf einem Reticle gebildet ist, und ein catadioptrisches optisches Projektionssystem, das einen oder mehrere sphärische Spiegel, eine Vielzahl von Linsen und einen oder mehrere ebene Spiegel aufweist. Der Apparat bildet ein Bild des Musters auf einer photoempfindlichen Oberfläche des Objekts, das belichtet werden soll, wobei das optische Beleuchtungssystem so gebildet ist, dass es das Muster mit teilweise polarisiertem Licht beleuchtet, aber wobei das Endbild im Wesentlichen unpolarisiert ist.
Diese Erfindung löst die oben genannte Aufgabe mit den in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 9 genannten technischen Merkmalen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 bzw. 10 bis 23 erwähnt.
Insbesondere ist der Apparat wie oben beschrieben geeignet zum Einstellen der Intensität der Polarisationskomponenten, die das teilweise polarisierte Licht des Lichtstrahls bilden, der das Reticle beleuchtet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches optisches Diagramm von einem Arbeitsbeispiel des Projektionsbelichtungsapparats gemäß dieser Erfindung;
2 ist eine Draufsicht des Reticle-Felds des Projektionsbelichtungsapparats von 1, in Richtung der Pfeile entlang der Linie 2-2 in 1 gesehen;
3 ist eine Draufsicht des Wafer-Felds des Projektionsbelichtungsapparats von 1, gesehen in die Richtung der Pfeile entlang der Linie 3-3 in 1;
4 ist eine Querschnittsansicht des winkel-ändernden Prismas, das ein optisches doppelbrechendes Teil und ein isotropes Prisma des Projektionsbelichtungsapparats von 1 aufweist, in der die Wege der ordentlichen und der außerordentlichen Lichtstrahlen gezeigt sind;
5a ist eine Aussicht, die in die Richtung der Linie 5a-5a in 4 aufgenommen ist, die die S-Polarisationskomponente und die P-Polarisationskomponente des Lichtstrahls zeigt;
5b ist eine Aussicht, die in die Richtung der Line 5b-5b in 4 aufgenommen ist, die die Polarisationsorientation des Lichtstrahls innerhalb des doppelbrechenden Teils des winkel-ändernden Prismas aus 1 zeigt; und
5c ist eine Aussicht, die in die Richtung der Linie 5c-5c in 4 aufgenommen ist, die die S-Polarisationskomponente und die P-Polarisationskomponente des Lichtstrahls zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Belichtungsprojektionsapparat wie einen solchen, der zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, Flüssigkristall-Anzeigen und ähnliche eingesetzt wird, und insbesondere solch einen Belichtungsprojektionsapparat, der mit einem optischen catadioptrischen Projektionssystem vorgesehen ist, das eine Auflösung von 0,1 Mikrometern in dem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist.
Jetzt mit Bezug auf 1 hat der Belichtungsprojektionsapparat 10 von dieser Erfindung eine optische Achse A, die drei optische Achsen AZ1, AX und AZ2 aufweist. Achsen AZ1 und AZ2 sind parallel zu der Z-Achse, und Achse AX ist parallel zu der X-Achse und senkrecht zu der Z-Achse. Apparat 10 weist weiter in Reihenfolge entlang einer optischen Achse AZ1 eine Lichtquelle 14, die zum Generieren eines polarisierten Lichtstrahls geeignet ist, ein optisches Strahlformung-System 18 und ein winkel-änderndes Prisma 20 auf. Das Letztere weist ein doppelbrechendes optisches Teil 22 auf, das eine Einfallsoberfläche 22i, eine Ausgangsfläche 22e, eine optische Achse 22a aufweist. Das Teil 22 weist auch ein isotropes optisches Prisma 24 mit einer Einfallsoberfläche 24i und einer Ausgangsoberfläche 24e auf. Der Apparat 10 weist weiter einen optischen Integrator 30 und eine Sammellinse 36 auf. Die Elemente 14 bis 36 bilden ein optisches Beleuchtungssystem, dessen Funktion unten beschrieben wird.
Benachbart zu der Sammellinse 36 ist ein Reticle R (d.h. ein erstes Objekt), das ein Schaltkreismuster (nicht gezeigt) aufweist. Das Reticle R ist mittels einer bewegbaren Reticletragvorrichtung RS gestützt, die zum Scannen des Reticles in der X-Y-Ebene geeignet ist. Ein erstes optisches Abbildungssystem 40 ist benachbart mit dem Reticle R angeordnet und weist z.B. eine erste Linse 42, eine zweite Linse 44 und einen konkaven Spiegel 48 auf. Das erste Abbildungssystem 40 weist eine Zwischenbildebene 56 auf und bildet ein zum Teil optisches Rundkreissystem wie weiter unten diskutiert. Ein erster ebener Spiegel 60 ist in der Nähe der Zwischenbildebene 56 angeordnet. Der erste ebene Spiegel 60 bildet eine zweite optische Achse AX mit 90° zu der ersten optischen Achse AZ1. Ein zweiter ebener Spiegel 66 ist derart entlang der optischen Achse AX angeordnet, dass die dritte optische Achse AZ2 in die Z-Richtung gebildet ist (d.h. parallel zur Achse AZ1 und mit 90° Grad bezüglich der Achse AX). Ein zweites Abbildungssystem 70 ist entlang der Achse AZ2 angeordnet und weist z.B. eine dritte Linse 72 und eine vierte Linse 74 auf. Das optische Projektionssystem des Belichtungsprojektionsapparat 10 dieser Erfindung weist jedes optischen Teil von dem ersten optischen Abbildungssystem 40 bis zum zweiten optischen Abbildungssystem 70 auf. Also weist das erste optische Abbildungssystem 40 einen Vergrößerungsabbildungsmaßstab auf, der im Wesentlichen eins ist, und das zweite optische Abbildungssystem 70 weist einen Verkleinerungsabbildungsmaßstab auf. Entsprechend weist das optische Gesamtprojektionssystem einen Verkleinerungsabbildungsmaßstab auf. Eine bewegbare Wafertragvorrichtung WS stützt ein Wafer W ab, der eine photoempfindliche Oberfläche aufweist, und ist geeignet um den Wafer gleichzeitig mit dem Reticle R zu scannen.
Im Belichtungsapparat 10 ist ein zweiter ebener Spiegel 66 zwischen dem ersten ebenen Spiegel 60 und dem zweiten optischen Abbildungssystem 70 angeordnet. Dennoch kann ein zweiter ebener Spiegel 66 auch so gebildet sein, dass ein zweites optisches Abbildungssystem 70 dem ersten ebenen Spiegel 60 folgend angeordnet ist, d.h., sodass der zweite ebene Spiegel innerhalb des zweiten optischen Abbildungssystems 70 angeordnet ist. Also wird von dem durchschnittlichen Fachmann verstanden, dass Linsen 42 und 48 des ersten optischen Abbildungssystems 40 und Linsen 72 und 74 des zweiten optischen Abbildungssystem 70 schematisch sind und dass die optischen Abbildungssysteme 40 und 70 eine unterschiedliche und/oder komplexere Anordnung der brechenden Linsenelemente aufweisen können (und voraussichtlich werden). Zusätzlich bilden die ebenen Spiegel 60 und 66 ein optisches Ebenspiegelsystem, das im Allgemeinen einen oder mehrere ebene Spiegel aufweisen kann.
Mit weiterem Bezug auf 1 wird jetzt die Funktion des Belichtungsapparats 10 beschrieben. Die Lichtquelle 10 generiert einen linear polarisierten Lichtstrahl B entlang der optischen Achse AZ1. Der Lichtstrahl B ist dann der Einfallstrahl formende optische System 18, das den Strahl in eine erwünschte Form (d.h. Querschnitt) formt. Der Lichtstrahl B passiert dann durch das winkel-ändernde Prisma 20, dessen Funktion unten in mehr Detail beschrieben wird. Nach Passieren durch das winkel-ändernde Prisma 20 passiert der Lichtstrahl B dann durch den optischen Integrator 30, der einen Lichtstrahl B1 bildet, der eine Vielzahl von Lichtstrahlen umfasst. Der Lichtstrahl B1 beleuchtet das Reticle R köhlersch durch die Sammellinse 66 über einen Beleuchtungsbereich Ra des Reticles, wodurch ein erster Objekt-Lichtstrahl BO gebildet wird, der eine erste und eine zweite Polarisationskomponente (nicht in 1 gezeigt) aufweist, wie unten in Verbindung mit 4 behandelt. Das erste optische Abbildungssystem 40 bildet dann aus dem ersten Objekt-Lichtstrahl BO ein Zwischenbild (nicht gezeigt) des Reticle-Musters an der Zwischenbildebene 56. Das Zwischenbild, das an der Zwischenbildebene 56 gebildet wird, wird dann erneut abgebildet durch das zweite optische Abbildungssystem 70 über einen Belichtungsbereich Wa der photoempfindlichen Oberfläche des Wafers W.
Mit Bezug jetzt auf 2 indiziert Ra den Beleuchtungsbereich, der durch das optische Beleuchtungssystem wie oben diskutiert beleuchtet wird, und Rb indiziert den effektiven Beleuchtungsbereich auf der Reticle-(Objekt-)Oberfläche des optischen Projektionssystems. Zusätzlich mit Bezug auf 3 indiziert Wa den Belichtungsbereich, der durch das optische Projektionssystem wie oben diskutiert belichtet wird, und Wb indiziert den effektiven Bereich in der Bildebene des optischen Projektionssystems. Bereiche Ra und Wa weisen möglichst ein erstes bzw. ein zweites längliches Ausmaß auf. Da das optische Projektionssystem in diesem Arbeitsbeispiel ein optisches Umlaufsystem innerhalb des ersten optischen Systems 40 aufweist, können die optischen Achsen AZ1 und AZ3 nicht in den Beleuchtungsbereich Ra oder den Belichtungsbereich Wa einbezogen werden. Folglich sind der Beleuchtungsbereich Ra und der Belichtungsbereich Wa in einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung in einer rechteckigen Form gebildet, die die optischen Achsen AZ1 bzw. AZ3 nicht aufweisen.
Also sind das Reticle R und der Wafer W so konfiguriert, dass sie synchron in die Richtung senkrecht zu den länglichen Ausmaßen des Beleuchtungsbereichs Ra und des Belichtungsbereichs Wa bei einem Geschwindigkeitsverhältnis gescannt werden, das proportional zu dem Abbildungsmaßstab des optischen Projektionssystems ist. Also wird das Muster schließlich projiziert und belichtet auf der photoempfindlichen Oberfläche des Wafers W in einem Bereich, der in die Richtung der Breite des Beleuchtungsbereichs Ra und des Belichtungsbereichs Wa vergrößert ist.
Obwohl die Formen des Beleuchtungsbereichs Ra und des Belichtungsbereichs Wa in diesem Arbeitsbeispiel rechteckig sind, können diese Bereiche auch in der Form gebildet werden, die sich ergibt, wenn eine willkürliche gerade Linie oder Kurve in die Scannrichtung bewegt wird. Z.B. können die Bereiche Ra und Wa in einer Form sein, die sich ergibt, wenn ein Bogen in die Richtung einer Halbierung einer Kreissehne bewegt wird.
Entsprechend ist die optische Achse AZ1 des ersten optischen Abbildungssystems 40 die Z-Richtung und die zwei Richtungen senkrecht zueinander und senkrecht zu der Z-Richtung sind die X- und die Y-Richtungen, wobei die X-Richtung die Papieroberfläche der 1 ist und die Y-Richtung die Richtung senkrecht zu der Papieroberfläche aus 1, ist. Wie in 1 gezeigt, sind sowohl der erste ebene Spiegel 60 als auch der zweite ebene Spiegel 66 in einer Position angeordnet, die um 45° um die Y-Achse in der X-Y-Ebene gedreht ist.
Mit Bezug auf 4 ist die Einfallsoberfläche 22i des Teils 22 in der X-Y-Ebene angeordnet und die Ausgangsoberfläche 22e ist in einer Position angeordnet, die um die Y-Achse in der X-Y-Ebene gedreht ist. Zusätzlich ist die optische Achse 22a des Teils 22 in die X-Richtung angeordnet. Andererseits ist die Einfallsoberfläche 24i des isotropen Prismas 24 in einer Position angeordnet, die um die Y-Achse in der X-Y-Ebene gedreht ist, und die Ausgangsoberfläche 24e ist in der X-Y-Ebene angeordnet.
Mit erneutem Bezug ebenso auf 1 ist dort unter den verschiedenen Lichtstrahlen, die durch das Reticle R passieren, ein Hauptstrahl (Grundstrahl) CR in der X-Z-Ebene. Entsprechend erklärt das Folgende die Strahlen, die sich in der X-Z-Ebene bewegen. Unter solchen Strahlen ist das linear polarisierte Licht, bei dem die Vibrationsebene in der X-Z-Ebene liegt, P-polarisiertes Licht mit Bezug auf den ersten ebenen Spiegel 60, den zweiten ebenen Spiegel 66, das winkel-ändernde Prisma 22 und das isotrope Prisma 24. Ähnlich ist unter den Strahlen, die sich in der X-Z-Ebene bewegen, das linear polarisierte Licht, bei dem die Vibrationsebene parallel zu der Y-Richtung ist, S-polarisiertes Licht bezüglich des ersten ebenen Spiegels 60, des zweiten ebenen Spiegels 66, des winkel-ändernden Prismas 22 und des isotropen Prismas 24.
Wie in 5a gezeigt ist unter den Strahlen, die auf das winkel-änderndes Prisma 20 einfallen, die Konstruktion des Teils 22 so, dass die Strahlen, die sich in der X-Z-Ebene bewegen, eine P-polarisierte Lichtkomponente und eine S-polarisierte Lichtkomponente aufweisen, wobei die P-polarisierte Lichtkomponente die größere Komponente ist. Diese Konfiguration ist erreicht durch Einstellen der Position des Teils 22 um die optische Achse AZ1 oder zum Beispiel durch Anordnen eines λ/2-Platte (nicht gezeigt) direkt vor dem winkel-ändernden Prisma 20 und Einstellen der Position der Platte relativ zu der optischen Achse 22a. Zu beachten ist jedoch, dass, obwohl 5a einen Fall zeigt, in dem der Lichtstrahl linear polarisiert ist, auch elliptisch polarisiertes Licht, das eine größere P-polarisierte Lichtkomponente hat, eingesetzt werden kann.
Die S-polarisierte Lichtkomponente verläuft innerhalb des Teils 22 als ordentlicher Stahl o (als o(S) bezeichnet), da die Vibrationsrichtung des elektrischen Feldvektors senkrecht zu der optischen Achse 22a ist. Andererseits verläuft die P-polarisierte Lichtkomponente innerhalb des Teils 22 als außerordenlicher Strahl e (als e(P) bezeichnet), da die Vibrationsrichtung des elektrischen Feldvektors parallel zu der optischen Achse 22a ist. Dennoch, da beide polarisierten Lichtkomponenten o(S) und e(P) senkrecht zur Einfallsoberfläche 22i des Teils 22 eintreten und da die optische Achse 22a des Teils 22 in die X-Richtung angeordnet ist, verlaufen beide Komponenten o(S) und e(P) senkrecht innerhalb des Teils 22.
Danach erreichen beide polarisierte Lichtkomponenten o(s) und e(P) die Ausgangsoberfläche 22e des Teils 22 und werden da gebrochen während sie von dort aus austreten. Wenn das Material des Teils 22 ein positiver Kristall wie Quarz ist, ist der Brechungsindex des ordentlichen Strahls o(S) kleiner als der des außerordentlichen Stahls e(P). Folglich werden beide Komponenten abzweigen und von der Ausgangoberfläche 22e des Teils 22 austreten. Danach werden durch Passieren durch das isotrope Prisma 24 die S- und P-Polarisationskomponenten so transformiert, dass die Abzweigungsrichtungen symmetrisch bezüglich der Z-Richtung sind.
Dadurch, wie in 5b gezeigt, treten die S-polarisierte und die P-polarisierte Komponente an der Ausgangsoberfläche 24e des isotropen Prismas 24 aus, wobei die P-polarisierte Lichtkomponente (e(P)) die stärkere Intensität aufweist.
Unter den Strahlen, die sich in der X-Z-Ebene bewegen und die in das winkel-ändernde Prisma 20 eintreten, werden die Strahlen, die nicht senkrecht eintreten, an der Einfallsoberfläche 22i in einen ordentlichen Strahl o(S) und einen außerordentlichen Strahl e(P) aufgeteilt. Zusätzlich trennt das Teil 22 den ordentlichen Strahl o(S) und den außerordentlichen Strahl e(P) so, dass ihre Richtungen beim Austreten der Ausgangsoberfläche 22e unterschiedlich sind. Entsprechend kann das Teil 22 so gebildet werden, dass die Einfallsoberfläche 22i an einer Position angeordnet ist, die um die Y-Achse in der X-Y-Ebene gedreht ist, und die Ausgangsoberfläche 22e in der X-Y-Ebene angeordnet ist, oder so dass die Einfallsoberfläche und die Ausgangsoberfläche beide an einer Position angeordnet sind, die um die Y-Achse in der X-Y-Ebene gedreht ist. Mit anderen Worten kann die Schnittlinie (die Kantenlinie) zwischen der Einfallsoberfläche 22i und der Ausgangsoberfläche 22e in die Y-Richtung sein. Zusätzlich braucht die optische Achse 22a nicht in die X-Richtung sein und kann in der X-Z-Ebene sein. Dennoch ist der Fall, in dem sie mit der Z-Richtung zusammenfällt, ausgeschlossen. Zusätzlich transformiert das isotrope Prisma 24 den ordentlichen Strahl o(S) und den außerordentlichen Strahl e(P), die in dem Teil 22 von der Z-Richtung eintreten und dann abgezweigt und emittiert werden, so, dass sie symmetrisch um die Z-Achse sind. Entsprechend kann die Schnittlinie (Kantenlinie) zwischen der Einfallsoberfläche 24i und der Ausgangsoberfläche 24e in der Y-Richtung sein, die gleiche wie Teil 22.
Mit erneutem Bezug ebenso auf 1 beleuchten die o(S)- und e(P)-Strahlen das Reticle R, passieren durch das optische Projektionssystem und projizieren das Bild des Reticle-Musters auf den Wafer W. zu dieser Zeit sinkt die relative Intensität des P-polarisierten Lichts infolge der Reflektion durch den ersten und den zweiten ebenen Spiegel 60 und 66. Der Polarisationszustand des Lichts, das in das winkel-ändernde Prisma 20 (5a) eintritt, ist so gesetzt, dass die Intensität des P-polarisierten Lichts und die Intensität des S-polarisierten Lichts im Wesentlichen gleich sind, wenn die relative Intensität des P-polarisierten Lichts infolge der zweiten Reflektion sinkt.
Mit anderen Worten, da die ebenen Spiegel 60 und 66 in dem optischen Projektionssystem in diesem Arbeitsbeispiel auf eine besonderen Weise angeordnet sind, sollte der Polarisationsgrad des Lichts beim Austreten des isotropen Prismas 24, wie in 5c gezeigt, das Quadrat des Wertes aus dem Ausdruck (1) sein, der unten dargelegt ist. Der Polarisationszustand des Lichts, das in das winkel-ändernde Prisma 20 eintritt, ist so eingestellt, dass er zum teilweise polarisierten Licht mit diesem Polarisationsgrad wechselt.
Dabei wird der Wafer W durch P-polarisiertes Licht und S-polarisiertes Licht mit gleichen Intensitäten beleuchtet und zwar durch Licht, das im Wesentlichen unpolarisiert ist. Das ist wahr auch wenn der Anfangsbeleuchtungslichtstrahl teilweise polarisiert ist. Das löst das Problem der Belichtung von Unebenheiten bei dem Objekt (Wafer) durch den Polarisationszustand des Beleuchtungslichts.
Die Reflektion von polarisiertem Licht von einem ebenen Spiegel (d.h. ebenem Spiegel 60 oder 66) wird jetzt weiter erklärt. Wenn das Licht, das auf einen ebenen Spiegel einfällt, nur P-polarisiertes Licht und S-polarisiertes Licht umfasst und wenn das Licht nicht synthetisiert ist (und zwar kein zirkular polarisiertes Licht, elliptisch polarisiertes Licht oder linear polarisiertes Licht enthält, das in eine andere Richtung als das P-polarisierte Licht und das S-polarisierte Licht vibriert), dann werden die Stokes-Parameter S₀–S₃ des Einfallslichts ausgedrückt durch: S0 = Is + Ip S1 = Is – Ip S2 = 0 S3 = 0,wobei
I_s, I_p: Intensität der S-polarisierten bzw. der P-polarisierten Lichtkomponente des Einfallslichts ist.
Entsprechend wird der Polarisationsgrad V des Einfallslichts in diesem Fall ausgedrückt durch:
Andererseits wird die Intensität des Lichts, das durch den ebenen Spiegel reflektiert wird, ausgedrückt durch: Is' = IsRs Ip' = IpRp,wobei
I_s', I_p': Intensität der S-polarisierten bzw. der P-polarisierten Lichtkomponente des reflektierten Lichts ist und
R_s, R_p: Reflektionsvermögen des S-polarisierten bzw. des P-polarisierten Lichts ist.
Entsprechend werden die Stokes-Parameter S₀'-S₃' des reflektierten Lichts und des Polarisationsgrads V' des reflektierten Lichts ausgedrückt durch: S0' = Is' + Ip' = IsRs + IpRP S1' = Is' – Ip' = IsRs – IpRp S2' = 0 S3' = 0
Entsprechend, um den Polarisationsgrad V' = 0 für das reflektierte Licht zu erfüllen: IsRs – IpRp = 0.
Und zwar, Is = IpRp/Rs
Der Polarisationsgrad V für das einfallende Licht wird deswegen ausgedrückt durch:
Da es im Allgemeinen der Fall ist, dass die Reflektionsgrade R_s und R_p R_s > R_p genügen, dann gilt die Relation, S1 = Is – Ip = Ip/Rs(Rp – Rs) < 0,welche polarisiertes Licht in P-Richtung beschreibt. Entsprechend, wenn partial polarisiertes Licht mit einem Polarisationsgrad von |(R_p – R_s)/(R_p + R_s)| in die P-Richtung auf den ebenen Spiegel einfällt, dann wird der Polarisationsgrad V' für das reflektierte Licht V' = 0, und das reflektierte Licht, das komplett umpolarisiert ist, kann erhalten werden.
Es ist wünschenswert, das der reflektive Film, der bei dem ersten ebenen Spiegel 60 und bei dem zweiten ebenen Spiegel 66 eingesetzt wird, so zu bilden, dass die Differenz (ΔR_max – ΔR_min) zwischen dem Maximumwert ΔR_max und dem Minimumwert ΔR_min der Differenz ΔR zwischen dem Reflektionsvermögen R_p bezüglich des P-polarisierten Lichts und dem Reflektionsvermögen R_s bezüglich des S-polarisierten Lichts für alle Strahlen, die auf den jeweiligen ebenen Spiegel einfallen, der folgende Bedingung genügt: ΔRmax – ΔRmin ≤ 0,1.
Dabei kann die Differenz in dem Polarisationsgrad in der Pupillenebene und in dem Belichtungsbereich Wa reduziert werden und eine Auflösung von 0,1 Mikrometern kann über den ganzen Belichtungsbereich Wa unabhängig von der Ausrichtung des Musters auf dem Reticle R realisiert werden.
In dem Fall eines optischen Verkleinerungsprojektionssystems wie oben erklärt, ist NA auf der Seite des Wafers W größer als die auf der Seite des Reticles R. Entsprechend ist der Effekt der Ausrichtung des polarisierten Lichts etwas größer. Beim Beleuchten vom Reticle R mit partial polarisiertem Licht, kann, wie oben beschrieben, Licht mit einem kleineren Polarisationsgrad den Wafer W erreichen und eine Auflösung von 0,1 Mikrometer wird unabhängig von der Ausrichtung des Reticle-Musters realisiert.
Bei dem optischen Projektionssystem dieser Erfindung wird ein schlitzförmiger oder ein bogenförmiger Beleuchtungs- bzw. Belichtungs-Bereich Ra, Wa eingesetzt, die ein längliches Ausmaß aufweisen und die nicht die optischen Achsen AZ1 oder bzw. AZ2 aufweisen. Das optische Projektionssystem dieser Erfindung ist auch ein optisches Scannsystem, das gleichzeitig das Reticle R und den Wafer W scannt und das einen großen Belichtungsbereich Wa erzielt. Wie oben diskutiert, bildet das erste optische Abbildungssystem 40 ein Zwischenbild des Reticle-Musters in der Zwischenbildebene 56. Das zweite optische Abbildungssystem 70 bildet erneut das Zwischenbild auf der photoempfindlichen Oberfläche des Wafers W ab. Der ebene Spiegel 60 erstellt eine zweite optische Achse AX im Wesentlichen senkrecht zur ersten optischen Achse AZ1, die in der Nähe des Zwischenbilds angeordnet ist. Die Anordnung führt zu einem Belichtungsprojektionsapparat, der einfach herzustellen ist und einen großen Projektionsdurchsatz hat ohne den Einsatz von schwierig herstellbaren optischen Teilen, die den optischen Weg transformieren, wie z.B. einem polarisierten Strahlspalter, der transmittierende und reflektierende Oberflächen aufweist.
Zusätzlich kann durch Anordnen des ebenen Spiegels 60 in dem optischen Weg von dem ersten optischen Abbildungssystem 40 zu dem zweiten optischen Abbildungssystem 70 und durch Einsetzen von mindestens einem konkaven Reflexionsspiegel 48 das optische Projektionssystem kompakter gemacht werden, während es einen großen NA auf der Seite des Wafers W aufweist. Das führt zu einem Projektionsbelichtungsapparat mit einer praktischen Größe.
Also durch Einsetzen von konkaven Reflektionsspiegeln 48 im ersten optischen Abbildungssystem 10 und durch das zweite optische Abbildungssystem 70, das einen Verkleinerungsabbildungsmaßstab aufweist, kann eine große NA auf der Bildseite erreicht werden und ein Belichtungsprojektionsapparat, der ein hohes Auflösungsvermögen hat, wird realisiert.
Bei zusätzlichem Anordnen des zweiten ebenen Spiegels 66 in dem optischen Weg zwischen dem ersten ebenen Spiegel 60 und dem Wafer W, können die gemusterte Oberfläche des Reticles R und die Belichtungsoberfläche des Wafers W parallel gemacht werden. Das erlaubt dem Gravitationseffekt, der auf die Reticletragvorrichtung und auf die Wafertragvorrichtung wirkt, senkrecht zu der Scannrichtung zu sein, wodurch eine stabile Scannbelichtung erreicht wird.
Wie oben erklärt ist das Reflektionsvermögen bezüglich des P-polarisierten und des S-polarisierten Lichts im Allgemeinen unterschiedlich für einen ebenen Spiegel. Dennoch kann in dieser Erfindung die Intensität des P-polarisierten Lichts und die Intensität des S-polarisierten Lichts, nachdem es von einem oder einer Vielzahl von ebenen Spiegeln reflektiert worden ist, gleichgemacht werden. Das erlaubt dem Wafer W belichtet zu werden durch Licht, das im Wesentlichen unpolarisiert ist. Also kann das Problem der Belichtungsunregelmäßigkeiten, die von dem Polarisationszustand entstehen, gelöst werden.
Weil diese Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen und einem Arbeitsbeispiel beschrieben worden ist, wird es verstanden sein, dass sie nicht darauf beschränkt ist. Im Gegenteil ist es beabsichtigt, alle Alternativen, Änderungen und Äquivalenten abzudecken, die innerhalb des Gedankens und des Rahmens der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, einbezogen sind.

Claims

Verfahren zum Bilden eines im Wesentlichen unpolarisierten Bilds von einem ersten Objekt (R), das mit teilweise polarisiertem Licht beleuchtet wird, folgende Schritte aufweisend: a) Beleuchten des ersten Objekts (R) mit teilweise polarisiertem Licht, wodurch ein teilweise polarisierter Lichtstrahl gebildet wird, der eine erste und eine zweite Polarisationskomponente mit jeweils unterschiedlicher Intensität aufweist, b) Führen des Lichtstrahls durch ein optisches Projektionssystem (40, 60, 66, 70), das ein Ebenspiegelsystem (60, 66) mit einem ersten Reflexionsvermögen korrespondierend zu der ersten Polarisationskomponente und einem zweiten Reflexionsvermögen korrespondierend zu der zweiten Polarisationskomponente aufweist, und c) Reflektieren des Lichtstahls von dem Ebenspiegelsystem (60, 66), um zu bewirken, dass die erste und die zweite Polarisationskomponente im Wesentlichen die gleiche Intensität aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Reflexionsschritt im Schritt c) das Veranlassen von einer oder mehreren Reflexionen an einem oder mehreren ebenen Spiegeln des Ebenspiegelsystems (60, 66) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 ferner den Schritt des Bereitstellens eines Musters auf einem Reticle als das erste Objekt aufweisend.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 ferner den Schritt des Bildens des im Wesentlichen unpolarisierten Bilds auf einem zweiten Objekt (W) aufweisend.
Verfahren gemäß Anspruch 4 ferner den Schritt des Bereitstellens eines photoempfindlichen Substrats als das zweite Objekt aufweisend.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das erste Objekt (R) und das zweite Objekt (W) gleichzeitig gescannt werden, wodurch ein im Wesentlichen unpolarisiertes Scannbild auf dem zweiten Objekt (W) gebildet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schritt a) ferner den Schritt des Einstellens der Polarisation des teilweise polarisierten Lichts aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ferner den Schritt des Bereitstellens des optischen Projektionssystems (40, 60, 66, 70) mit einem optischen catadioptrischen System aufweisend.
Belichtungsprojektionsapparat (10) zum Bilden eines Bilds eines ersten Objekts (R) auf einem zweiten Gegenstand (W), aufweisend: a) ein optisches Beleuchtungssystem (14, 18, 20, 30, 36), das fähig ist, das erste Objekt (R) mit teilweise polarisiertem Licht zu beleuchten, wobei ein teilweise polarisierter Lichtstrahl mit einer ersten und einer zweiten Polarisationskomponente mit jeweils unterschiedlicher Intensität gebildet wird, b) ein optisches Projektionssystem (40, 60, 66, 70) mit einem Ebenspiegelsystem (60, 66), zu welchem der Lichtstrahl gerichtet ist und welches ein erstes Reflexionsvermögen korrespondierend zu der ersten Polarisationskomponente und ein zweites Reflexionsvermögen korrespondierend zu der zweiten Polarisationskomponente aufweist, wobei das Ebenspiegelsystem (60, 66) den Lichtstrahl reflektiert, um zu bewirken, dass die erste und die zweite Polarisationskomponente im Wesentlichen die gleiche Intensität aufweisen.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß Anspruch 9, wobei das optische Beleuchtungssystem (14, 18, 20, 30, 36) und das optische Projektionssystem (40, 60, 66, 70) entlang einer optischen Achse (A) angeordnet sind und wobei das optische Projektionssystem (40, 60, 66, 70) ein optisches catadioptrisches System ist, das benachbart zu dem ersten Objekt (R) angeordnet ist und dem optischen Beleuchtungssystem (14, 18, 20, 30, 36) gegenüberliegt und einen oder mehrere im Wesentlichen sphärischen Spiegel (48), eine Mehrzahl von Brechungsteilen (42, 44, 72, 74) und einen oder mehrere ebene Spiegeln (60, 66) aufweist, wobei die ebenen Spiegel (60, 66) fähig sind, das zweite Objekt (W) mit einem im Wesentlichen unpolarisierten Bild des ersten Objekts (R) zu beleuchten.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß Anspruch 10, wobei das teilweise polarisierte Licht P-polarisiertes Licht aufweist, wobei die Polarisationsrichtung basierend auf einem Strahl, der parallel zu der optischen Achse (A) ist und auf einen von dem einen oder den mehreren ebenen Spiegeln (60, 66) einfallend ist, festgelegt ist.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei jeder von dem einen oder den mehreren ebenen Spiegeln (60, 66) ein auf das P-polarisierte Licht bezogenes Reflexionsvermögen R_p, ein auf das S-polarisierte Licht bezogenes Reflexionsvermögen R_s, einen Unterschied ΔR zwischen dem Reflexionsvermögen R_p und dem Reflexionsvermögen R_s, einen Maximumwert ΔR_max und einen Minimumwert ΔR_min für ΔR aufweist und wobei der Belichtungsprojektionsapparat (10) der folgenden Bedingung genügt: ΔRmax – ΔRmin ≤ 0.1.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 ferner aufweisend: a) einen achsversetzten Beleuchtungsbereich (Ra) mit einem ersten länglichen Ausmaß, innerhalb dessen das erste Objekt (R) mittels des optischen Beleuchtungssystems (14, 18, 20, 30, 36) beleuchtet wird, b) einen achsversetzten Belichtungsbereich (Wa) mit einem zweiten länglichen Ausmaß, innerhalb dessen ein Bild des ersten Objekts (R) mittels des optischen Projektionssystems (40, 60, 66, 70) auf dem zweiten Objekt (W) gebildet wird, und c) eine erste Objektstragvorrichtung (RS) und eine zweite Objektstragvorrichtung (RS) zum gleichzeitigen Scannen des Beleuchtungsbereichs (Ra) und des Belichtungsbereichs (Wa) in einer Richtung senkrecht zu dem ersten länglichen beziehungsweise dem zweiten länglichen Ausmaß.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß Anspruch 13, wobei der achsversetzte Belichtungsbereich (Wa) ein schlitzförmiger oder ein bogenförmiger Bereich ist.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das optische Projektionssystem (40, 60, 66, 70) ein erstes optisches Abbildungssystem (40), das ein Zwischenbild des ersten Objekts (R) in der Nähe eines von dem einen oder den mehreren ebenen Spiegeln (60, 66) bildet, und ein zweites optisches Abbildungssystem (70), das das Zwischenbild auf dem zweiten Objekt (W) erneut abbildet, aufweist.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß Anspruch 15, wobei das erste optische Abbildungssystem (40) einen Konkavspiegel (48) aufweist und das zweite optische Abbildungssystem (70) eine Verringerung der Bildvergrößerung aufweist.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei das optische Projektionssystem (40, 60, 66, 70) einen zweiten ebenen Spiegel aufweist, der von dem einen oder den mehreren ebenen Spiegeln (60, 66) objektweise am nächsten an dem Zwischenbild angeordnet ist.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei das optische Projektionssystem (40, 60, 66, 70) einen zweiten ebenen Spiegel aufweist, der innerhalb des zweiten optischen Abbildungssystems (70) angeordnet ist.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 18 ferner ein winkel-änderndes Prisma (20) aufweisend, das in dem optischen Beleuchtungssystem (14, 18, 20, 30, 36) angeordnet ist und das fähig ist, die Polarisation des teilweise polarisierten Lichts einzustellen.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß Anspruch 19, wobei das winkel-ändernde Prisma (20) ein erstes optisches doppelbrechendes Teil (22) und ein isotropes optisches Prisma (24) aufweist.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 20, wobei das erste Objekt (R) und das zweite Objekt (W) parallel sind.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 21, wobei das erste Objekt (R) ein Muster ist, das auf einem Reticle vorhanden ist.
Belichtungsprojektionsapparat (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 22, wobei das zweite Objekt (W) ein photoempfindliches Substrat ist.