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Dokumentenidentifikation DE69306428T2 03.04.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0554994
Titel Optisches Breitbandverkleinerungssystem mit angepassten refraktiven Materialien
Anmelder SVG Lithography Systems, Inc., Wilton, Conn., US
Erfinder Williamson, David, Malvern Wells, Worcs. WR14 4HD, GB;
Desai, Satish, Bethel, Connecticut 06801, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, Anwaltssozietät, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69306428
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 25.01.1993
EP-Aktenzeichen 933005159
EP-Offenlegungsdatum 11.08.1993
EP date of grant 11.12.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse G02B 17/08
IPC-Nebenklasse G02B 13/14   G03F 7/20   G02B 27/28   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf optische Systeme, die bei der Halbleiterherstellung verwendet werden, insbesondere auf ein korrigiertes catadioptrisches optisches Verkleinerungssystem für die Verwendung im I-Line Band.

Halbleiter werden gewöhnlich unter Verwendung verschiedener photolithographischer Verfahren hergestellt. Die in einem Halbleiter verwendete Schaltungsanordnung wird von einem Retikel auf den Halbleiterchip reproduziert. Diese Reproduktion wird häufig unter Zuhilfenahme von optischen Systemen bewerkstelligt. Der Aufbau dieser optischen Systeme ist häufig komplex, und es ist schwierig die gewünschte Auflösung zu erhalten, die für die Herstellung der immer kleiner werdenden, auf einem Halbleiterchip angebrachten Komponenten nötig ist. Deshalb hat man sich sehr bemüht, ein optisches Verkleinerungssystem zu entwickeln, das in der Lage ist, sehr feine Details der Komponenten in der Größenordnung von 0,35 bis 0,5 Mikrometer zu reproduzieren. Um dies zu bewerkstelligen, ist es für das optische System häufig erforderlich mit kurzen Lichtwellenlängen zu arbeiten, die weit im ultravioletten Bereich des Spektrums liegen.

Ein solches optisches System ist in dem US-Patent 4953960 mit dem Titel "Optical Reduction System" dargestellt, das Williamson am 4. September 1990 erteilt wurde und dessen Inhalt hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Während das darin vorgestellte optische System seine vorgesehene Aufgabe adäquat erfüllt, ist es nicht gut für die Verwendung mit längeren Wellenlängen geeignet, die bei anderen Anwendungen in der Halbleiterherstellung verwendet werden. Deshalb besteht ein Bedarf für ein optisches System, das eine gute Korrektur aufweist, wenn es bei der photolithographischen Herstellung mit Wellenlängen aus dem breiteren Band verwendet wird, die das I-Line Band des Quecksilberspektrums einschließen.

EP-A-0465882 beschreibt eine hoch auflösende verkleinernde catadioptrische Relaislinse, die eine Auflösung von unter einem halben Mikrometer über das ultraviolette Band autweist. Ein sphärischer Spiegel mit einer Blende am Spiegel wird verwendet, um mit dem im wesentlichen gewünschten Verkleinerungsfaktor und der gewünschten hochnumerischen Apertur zu arbeiten, die für die gewünschte hohe Auflösung ausreichend ist. Ein strahlenteilender Würfel mit passenden Beschichtungen wird verwendet, um ein brauchbares Bild eines Objekts auf einer Bildebene abzubilden. Refraktierende Korrektoren sind im Weg des langsamen, auf den Spiegel einfallenden Strahls und im Weg des schnellen auf dem Spiegel reflektierten Strahls vorgesehen, um die Abweichungen des vom Spiegel abgebildeten Bildes zu korrigieren.

US-A-4302079 beschreibt eine photolithographische Projektionsvorrichtung, die weit im ultravioletten Bereich liegendes Licht verwendet und ein modifiziertes Dyson Imaging-System enthält, mit einer dicken plankonvexen Linse und einem Strahlteiler an der planaren Oberfläche der Linse und mit zwei rechtwinkligen, von einem dielektrischen Interface getrennten Prismen, sowie einem asphärischen, an der konvexen Seite der Linse angebrachten Spiegel.

Ein weiteres catadioptrisches System ist in DE-A-41 10296 beschrieben.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein catadioptrisches optisches Verkleinerungssystem angegeben, von dem langen konjugierten Ende zu dem kurzen konjugierten Ende umfassend eine erste Linsengruppe, wobei die genannte erste Linsengruppe brechende Elemente einschließt; eine zweite Linsengruppe, wobei die genannte zweite Linsengruppe brechende Elemente einschließt; einen Strahlteiler; eine dritte Linse; einen Verkleinerungsspiegel; und eine vierte Linsengruppe, wobei die genannte vierte Linsengruppe brechende Elemente einschließt, die derart angeordnet sind, daß die Strahlung, die in das System eintritt, durch die genannte erste Linsengruppe, die genannte zweite Linsengruppe, den genannten Strahlteiler, die genannte dritte Linsengruppe hindurchgeht, von dem genannten Spiegel zurück durch die genannte dritte Linse, durch den genannten Strahlteiler und durch die vierte Linsengruppe hindurch reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Linsengruppe eine erste positive Linse einschließt, die aus einem ersten Werkstoff hergestellt ist; eine negative Linse, die aus einem zweiten Werkstoff hergestellt ist, wobei der zweite Werkstoff von dem ersten Werkstoff verschieden ist; und eine zweite positive Linse, die aus dem zweiten Werkstoff hergestellt ist, wobei die genannte zweite Linsengruppe eine negative Linse einschließt, die aus dem zweiten Werkstoff hergestellt ist; und eine positive Linse, die aus dem ersten Material hergestellt ist, und wobei die genannten brechenden Elemente der genannten vierten Linsengruppe Linsen einschließen, die jeweils aus dem genannten ersten und zweiten Werkstoff hergestellt sind.

Die Kombination der verschiedenen Materialien bietet ein farboptisches Verkleinerungssystem, das bei einer Wellenlänge zwischen 360 und 372 Nanometern, dem I-Line Band, mit sehr geringer Verzerrung arbeitet.

Die vorliegende Erfindung bietet eine optisches Verkleinerungssystem, das mit Wellenlängen zwischen 360 und 372 Nanometern arbeitet.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das System farbkorrigiert ist und sehr geringe Verzerrung aufweist.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die Linsengruppen aus wenigstens zwei verschiedenen Materialien bestehen.

Ein Beispiel für die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, die das optische System darstellt.

Die Figur stellt ein optisches Verkleinerungssystem dar, das der vorliegenden Erfindung entspricht. Am langen konjugierten Ende ist ein Objekt oder ein Retikel 10 angeordnet. Das Retikel ist vorzugsweise durch eine Strahlung beleuchtet, die linear in einer zu der Darstellungsebene der Figur senkrechten Richtung polarisiert ist. Eine Halbleiterscheibe 42 ist am Bildende angeordnet. Von dem Retikel 10 zu der Halbleiterscheibe 42 fortschreitend ist eine erste Linsengruppe angeordnet, die eine schwache positive Linse 12, eine negative Linse 14 und eine positive Linse 16 umfaßt. Die schwache positive Linse 12 ist aus einem Kronglas wie FK 5 hergestellt, das bei Schott, einem bekannten Hersteller von optischen Gläsern, erhältlich ist. Die negative Linse 14 und die positive Linse 16 sind beide aus geschmolzener Silikamasse hergestellt. Ein Faltungsspiegel 18 ist zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe angeordnet. Die zweite Linsengruppe umfaßt eine negative Linse 20 und eine positive Linse 22. Die negative Linse 20 ist aus geschmolzener Silikamasse hergestellt. Die positive Linse 22 ist aus Kronglas hergestellt. Der Faltungsspiegel 18 ändert die Richtung der durch das optische Verkleinerungssystem hindurchgehenden Strahlung um 90 Grad. Dies bringt die Objekt- und die Bildebene parallel zueinander und verkürzt die Gesamtlänge des optischen Systems. Ein Strahlteilerwürfel 24 ist einer Seite der zweiten Linsengruppe benachbart angeordnet. Der Strahlteilerwürfel 24 hat eine Oberfläche 44, die bewirkt, daß die in die benachbarte Linsengruppe 2 einfallende Strahlung, um 90 Grad umgelenkt wird und durch eine dritte Linsengruppe hindurchgeht. Der Strahlteilerwürfel 24 hat auch eine polarisationsselektive Beschichtung auf der Oberfläche 44, die ausschließlich Strahlung, die linear in einer zur Darstellungsebene der Figur senkrechten Richtung polarisiert ist, um 90 Grad umlenkt.

Die dritte Linsengruppe umfaßt eine Viertellwellenlängenplatte 26 und eine negative Linse 28. Die Achse der Viertelwellenlängenplatte 26 ist in einem Winkel von 45 Grad zu der Polarisationsrichtung der einfallenden Strahlung angeordnet. Das hat zur Folge, daß die von dem Strahlteilerwürfel 24 einfallende Strahlung nach dem Durchgang durch die Viertelwellenlängenplatte 26 zirkular polarisiert ist. Nach dem zweiten Durchgang durch die Viertelwellenlängenplatte ist die Strahlung, nachdem sie von dem Spiegel 30 reflektiert wird, linear in einer zu der Darstelungsebene senkrechten Richtung polarisiert und wird deshalb von dem Strahlteilerwürfel 24 durchgelassen. Die Verwendung der polarisationsselektiven Beschichtung auf der Oberfläche 44 und die Viertelwellenlängenplatte 26 reduzieren die Dämpfung der durch den Strahlteilerwürfel 24 hindurchgehenden Strahlung. Deshalb besteht, wenn die polarisationsselektive Beschichtung auf der Oberfläche 44 nicht verwendet wird, kein Bedarf für die Viertelwellenlängenplatte 26 und dann besteht die dritte Linsengruppe nur aus einer dritten Linse 28.

Ein Verkleinerungsspiegel 30 ist der dritten Linsengruppe benachbart angeordnet. Die Verwendung eines asphärischen Spiegels für den Verkleinerungsspiegel 30 bietet gegenüber der Verwendung eines sphärischen Spiegels eine verbesserte Korrektur von Abweichungen. Die Platte 26 ist aus geschmolzener Silikamasse hergestellt. Die negative Linse 28 ist aus Kronglas hergestellt. Gegenüber der dritten Linsengruppe ist dem Strahlteilerwürfel 24 benachbart eine vierte Linsengruppe angeordnet. Die vierte Linsengruppe umfaßt eine aus Kronglas hergestellte positive Linse 32, einen aus geschmolzener Silikamasse hergestellten Meniskus 34, einen aus geschmolzener Silikamasse hergestellten Meniskus 36, eine aus geschmolzener Silikamasse hergestellte schwache Linse 38 und eine aus Kronglas hergestellte positive Linse 40. Die Meniskusse 34 und 36 sind als Elemente definiert, die im wesentlichen weder positive noch negative Linsen sind. Eine Halbleiterscheibe 42 ist in der Bildebene und benachbart zur Linse 40 angeordnet.

Die Funktionsweise des optischen Systems kann nun leicht nachvollzogen werden. Ein Bild des Retikels 10 in der Objektebene wird mit einer Verkleinerung in der Bildebene auf der Halbleiterscheibe 42 abgebildet. Strahlung wird nach dem Durchgang durch die erste Linsengruppe durch den Spiegel 18 umgelenkt und geht durch die zweite Linsengruppe hindurch. Die Strahlung tritt dann in den Strahlteilerwürfel 24 ein, wo sie von der Oberfläche 44 nach oben reflektiert wird. Die in den Strahlteilerwürfel 24 eintretende Strahlung ist nicht kollimatiert. Dadurch werden Geisterbilder vermieden. Die Strahlung geht darauf durch die dritte Linsengruppe hindurch und wird von dem Spiegel 30 zurück durch den Strahlteilerwürfel 24 hindurch reflektiert. Nach dem Austreten aus dem Strahlteilerwürfel 24 tritt die Strahlung in die vierte Linsengruppe ein, wo sie auf der Halbleiterscheibe 42 in der Bildebene ein Bild bildet.

Die der vorliegenden Erfindung gemäße Verwendung von zwei verschiedenen Glasmaterialien, bietet ein korrigiertes optisches Verkleinerungssystem, das in einem Breitband zwischen den Wellenlängen von 360 bis 372 Nanometern mit nur sehr geringer Verzerrung für ein 22 x 5 Millimeter großes Feld in der Bildebene arbeiten kann. Die meisten der positiven Linsen bestehen aus Kronglas, das einen höheren Refraktionsindex als ein Glas aus geschmolzener Silikamasse hat und eine verringerte Bildfeldwölbung zur Folge hat. Außerdem ist die Dispersion von Kronglas geringer als die von geschmolzener Silikamasse. Die Kombination von positiven Linsen mit geringerer Dispersion und negativen Linsen mit höherer Dispersion bewirkt eine bessere chromatische Korrektur über einen breiteren Spektrumsbereich als bisher möglich war. Deshalb bewirkt die in der vorliegenden Erfindung verwendete Kombination von Linsen aus verschiedenen Glasmaterialien eine verbesserte Leistung über ein breiteres Spektrum oder Band. Insbesondere bietet die vorliegende Erfindung eine gute Korrektur über das I-Line Band, bzw. über die Wellenlängen zwischen 360 und 372 Nanometern.

Tabelle list eine Zusammenstellung, die die Konstruktionsdaten für ein der vorliegenden Erfindung entsprechendes optisches Verkleinerungssystem angibt.

TABELLE I
TABELLE I

Tabelle II gibt die asphärischen Koeffizienten des Spiegels 30 (Oberfläche 22) wieder.

TABELLE II

In Tabelle I gibt die "Oberflächennummer", vom langen konjugierten Ende, dem Objekt 10 in der Figur, zum kurzen konjugierten Ende, dem Bild 42 in der Figur, fortschreitend, die von einem Lichtstrahl getroffene Oberfläche an. Die Oberflächennummer 1 zum Beispiel ist das Objekt 10, ein flaches Retikel. Die Oberflächennummer 2 ist die Oberfläche der Linse 12, die dem Objekt 10 am nächsten ist. Die Oberflächennummer 3 ist die Oberfläche der Linse 12, die am weitesten von dem Objekt 10 entfernt ist. Die "Dicke" bezieht sich auf den Abstand zwischen einer Oberfläche und der nächsten. Der Abstand von Objekt 10 zu der zweiten Oberfläche mit der Oberflächennummer 2 beträgt zum Beispiel 194,1150. Die Spaltenüberschrift "Glas" gibt das Medium an, durch das der Lichtstrahl hindurchgeht, meistens Glas, in einigen Fällen aber Luft. FK 5 ist ein bekannter auf dem Markt erhältlicher Typ von Kronglas. FQTZ ist geschmolzener Quarz. Geschmolzene Silikamasse ist eine reinere Form von geschmolzenem Quartz. Beides sind bekannte optische Gläser.


Anspruch[de]

1. Ein catadioptrisches, optisches Verkleinerungssystem von dem langen, konjugierten Ende zu dem kurzen, konjugierten Ende, umfassend:

eine erste Linsengruppe (LG1), wobei die genannte erste Linsengruppe brechende Elemente (12, 14, 16) einschließt;

eine zweite Linsengruppe (LG2), wobei die genannte zweite Linsengruppe brechende Elemente (20, 22) einschließt,

einen Strahlteiler (25);

eine dritte Linse (28);

einen Verkleinerungsspiegel (30); und

eine vierte Linsengruppe (LG4), wobei die genannte vierte Linsengruppe brechende Elemente (32, 34, 36, 38, 40) einschließt,

die derart angeordnet sind, daß die Strahlung, die in das System eintritt, durch die genannte erste Linsengruppe (LW1), die genannte zweite Linsengruppe (LG3), den genannten Strahlteiler (24), die genannte dritte Linse (28) hindurchgeht, von dem genannten Spiegel (30) zurück durch die genannte dritte Linse (28), durch den genannten Strahlteiler (24) und durch die genannte vierte Linsengruppe (LG4) hindurch reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

die genannte erste Linsengruppe (LG1) eine erste, positive Linse (12) einschließt, die aus einem ersten Werkstoff hergestellt ist;

eine negative Linse (14), die aus einem zweiten Werkstoff hergestellt ist, wobei der zweite Werkstoff von dem ersten Werkstoff verschieden ist; und

eine zweite positive Linse (16), die aus dem zweiten Werkstoff hergestellt ist,

wobei die genannte zweite Linsengruppe (LG2) eine negative Linse (20) einschließt, die aus dem zweiten Werkstoff hergestellt ist; und

eine positive Linse (22), die aus dem ersten Material hergestellt ist, und

wobei die genannten brechenden Elemente (32, 34, 36, 38, 40) der genannten vierten Linsengruppe (LG4) Linsen einschließen, die jeweils aus dem genannten ersten und zweiten Werkstoff hergestellt sind.

2. Ein catadioptrisches, optisches Verkleinerungssystem, wie in Anspruch 1, worin:

der genannte Verkleinerungsspiegel sphärisch ist.

3. Ein catadioptrisches, optisches Verkleinerungssystem, wie in Anspruch 1, worin:

der genannte Verkleinerungsspiegel (30) asphärisch ist.

4. Ein catadioptrisches, optisches Verkleinerungssystem, wie in Anspruch 3, ferner umfassend:

Beschichtungsmittel auf dem genannten Strahlteiler (24), damit nur Strahlung, die linear in einer Richtung senkrecht zu der Einfallsebene polarisiert ist, 90 Grad gefaltet wird.

5. Ein catadioptrisches, optisches Verkleinerungssystem, wie in Anspruch 4, ferner umfassend:

eine Viertelwellenlängenplatte (26), die zwischen dem genannten Strahlteiler (24) und der genannten dritten Linse (28) angeordnet ist.

6. Ein catadioptrisches, optisches Verkleinerungssystem, gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche:

ein Faltungsspiegel (18), der zwischen der genannten ersten Linsengruppe (LG1) und der genannten zweiten Linsengruppe (LG2) angeordnet ist.

7. Ein catadioptrisches, optisches verkleinerungssystem, gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche:

das genannte erste und zweite Material ist Kronglas bzw. Quarzglas.

8. Ein catadioptrisches, optisches Verkleinerungssystem, gemäß Anspruch 7, worin:

die genannte dritte Linse (28) eine negative Linse ist, die aus Kronglas hergestellt ist.

9. Ein catadioptrisches, optisches Verkleinerungssystem, gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, worin:

die genannte vierte Linsengruppe (LG4) eine erste positive Linse (32) einschließt, die aus Kronglas hergestellt ist;

einen ersten Meniskus (34), der aus geschmolzenem Quarzglas hergestellt ist;

einen zweiten Meniskus (36), der aus geschmolzenem Quarzglas hergestellt ist;

eine zweite positive Linse (38), die aus geschmolzenem Quarzglas hergestellt ist; und

eine dritte Schutzlinse (40), die aus Kronglas hergestellt ist.

10. Ein System gemäß mindestens Anspruch 5, worin der Strahlteiler (24) aus geschmolzenem Quarzglas hergestellt ist, und die Viertelwellenlängenplatte (26) aus geschmolzenem Quarzglas hergestellt ist.

11. Ein catadioptrisches optisches Verkleinerungssystem gemäß Anspruch 1 zur Verwendung bei der Photolithographie, wie sie bei der Halbleiterherstellung angewendet wird und die folgende Vorschrift aufweist:

Tabelle 1
Tabelle 1
Tabelle 1

worin die asphärische Oberfläche die folgenden, asphärischen Koeffizienten hat,

Tabelle 2







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
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