Die Erfindung betrifft eine optische Abbildungsvorrichtung mit einer im Bereich einer Pupillenebene der optischen Abbil¬ dungsvorrichtung angeordneten Einrichtung zum Abdunkeln der Pupille.

Optische Abbildungsvorrichtungen, insbesondere Projektionsob- jektive für die Mikrolithographie, sind beispielsweise aus der EP 0 638 847 Al bekannt.' Diese werden eingesetzt, um in Projektionsbelichtungsanlagen zur Herstellung von Halbleiter¬ bauelementen Halbleiterstrukturen, wie Leiterbahnen, Kontakt¬ löcher zur Anbindung des Halbleiters oder dergleichen von ei- ner Maske auf einen Wafer zu belichten.

Da das Auflösungsvermögen optischer Abbildungsvorrichtungen proportional zur Wellenlänge λ des verwendeten Lichts und um¬ gekehrt proportional zur bildseitigen numerischen Apertur (NA) der optischen Abbildungsvorrichtung ist, wird es zur Er¬ zeugung immer feinerer Halbleiterstrukturen angestrebt, ei¬ nerseits die bildseitige numerische Apertur der Projektions¬ objektive zu vergrößern und andererseits immer kürzere Wel¬ lenlängen zu verwenden.

Neben dem Auflösungsvermögen spielt die bei der Abbildung er¬ zielbare Schärfentiefe (DoF, depth of focus) eine wichtige Rolle für eine vorlagengetreue Abbildung. Die Schärfentiefe ist ebenfalls proportional zur verwendeten Wellenlänge, je- doch umgekehrt proportional zum Quadrat der numerischen Aper¬ tur. Daher ist eine Steigerung der numerischen Apertur ohne geeignete Maßnahmen zur Sicherung einer ausreichenden Schär¬ fentiefe nur begrenzt sinnvoll.

Mit steigenden numerischen Aperturen der Projektionsobjektive zur Herstellung von immer feineren Strukturen gestaltet sich beispielsweise die Abbildung von isolierten Kontaktlöchern aufgrund begrenzter Schärfentiefe und begrenztem Kontrast im¬ mer schwieriger. Die Schärfentiefe kann dabei so klein wer¬ den, dass kein fertigungstauglicher Prozess mehr möglich ist.

Durch geeignete Maßnahmen, z. B. durch Auswahl entsprechender Masken, können zwar Schärfentiefe und Kontrast vergrößert werden, jedoch entstehen dann störende Nebenmaxima im Abbil- dungsprozess, welche diesen im Extremfall ebenfalls unmöglich machen.

Es ist bekannt, die Pupille des Projektionsobjektivs in der Mitte abzudunkeln. Ein Blocken der 0. Beugungsordnung des verwendeten Lichts, wobei die 1. Beugungsordnung ungehemmt das Objektiv passieren kann, erhöht Schärfentiefe und Kon¬ trast. Dies kann beispielsweise durch eine im Blendenraum des Projektionsobjektivs angeordnete mechanische Blende als soge¬ nannter Pupillenfilter erreicht werden.

Zum Stand der Technik bezüglich Pupillenfiltern wird auf die DE 195 02 827 Al und die DE 102 18 989 Al verwiesen.

Um nun einen möglichst idealen Wert zum Abbilden der isolier¬ ten Kontaktlöcher zu erreichen und gleichzeitig die anderen Elemente bzw. Strukturen ebenfalls ausreichend gut abzubil¬ den, müsste die Größe einer derartigen, für die Abdunklung der Pupille einsetzbaren Blende von einem minimalen Wert, welcher die anderen Abbildungen nicht stört, zu einem optima¬ len Wert zum Abbilden der isolierten Kontaktlöcher, insbeson- dere kontinuierlich, variierbar sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Abbildungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei die Einrichtung zum Abdunkeln der Pu- pille in den Pupillenbereich der optischen Abbildungsvorrich¬ tung einbringbar ist, und welche es dort erlaubt, bei minima- ler Abschattung in ihrem kleinstmöglichen Ausmaß, einen größtmöglichen Abschattungsbereich zu realisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einrichtung zum Abdunkeln der Pupille mechanische Elemente aufweist, welche derart betätigbar sind, dass die Abdunklung der Pupille wenigstens annähernd radial symmetrisch variier¬ bar ist.

Die Aufgabe wird ebenfalls durch Anspruch 2 gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in einfacher und vorteilhafter Weise eine Möglichkeit zur exakten Belichtung von Kontaktlöchern ohne ein Auftreten von störenden Nebenma- xima ermöglicht. Die sonstigen Elemente bzw. Strukturen kön¬ nen ebenfalls problemlos hergestellt werden, da die Abdunk¬ lung durch die Blendenanordnung für die jeweils zu belichten¬ den Strukturen - auch im Betrieb - kontinuierlich einstellbar ist und die Ausmaße der Blendenanordnung ohne gewollte Ab- dunklung minimal ist, wodurch die normale Belichtung nur ge¬ ringfügig beeinflusst wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin¬ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend sind anhand der Zeichnung verschiedene Ausführungsformen der Er¬ findung prinzipmäßig erläutert..

Es zeigt:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Projektionsbelich- tungsanlage für die Mikrolithographie, welche zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien beschichteten Wafern verwendbar ist;

Figur 2 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zur Abdunklung der Pupille eines Pro- jektionsobjektivs von oben;

Figur 3 eine Schnittansicht gemäß der Linie A-A aus Fig. 2;

Figur 4 eine Vergrößerung des Ausschnittes Zl gemäß Fig. 2;

Figur 5 eine Schnittansicht gemäß der Linie B-B aus Fig. 4;

Figur 6 eine seitliche Schnittansicht einer Abwandlung der ersten Ausführungsform einer Einrichtung zur Ab- dunklung der Pupille eines Projektionsobjektivs, welche an den Bauraum im Projektionsobjektiv ange- passt ist;

Figur 7 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Einrichtung zur Abdunklung der Pupille eines Pro¬ jektionsobjektivs von oben;

Figur 8 eine um 90° gedrehte Vergrößerung des Ausschnittes Z2 gemäß Fig. 7;

Figur 9 eine prinzipmäßige Schnittansicht des Schnittes A-A aus Fig. 8;

Figur 10 eine Ansicht einer dritten Ausführungsform einer Einrichtung zur Abdunklung der Pupille eines Pro¬ jektionsobjektivs von oben; und

Figur 11 eine Ansicht der Ausführungsform aus Fig. 10 mit nach außen geschwenkten Lamellen.

In Figur 1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien beschichtetem Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium be¬ steht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Computerchips.

Die Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im wesentli¬ chen aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einer Einrichtung 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer git¬ terartigen Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Re- ticle 5, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Einrichtung 6 zur Halterung, Bewe¬ gung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und ei- ner Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 7 mit einer Pupillenebene 8 sowie mehreren optischen Elemen¬ ten, wie z.B. Linsen 9., die über Fassungen 30 in einem Objek¬ tivgehäuse 1' des Projektionsobjektivs 7 gelagert sind.

Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 2 verkleinert abgebildet werden.

Nach einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 2 in XY- Richtung weiterbewegt, sodass auf demselben Wafer 2 eine Vielzahl von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Re¬ ticle 5 vorgegebenen Struktur, belichtet wird.

Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl L, beispielsweise Licht oder eine ähnliche elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über nicht dargestellte op- tische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl L beim Auftreffen auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Kohärenz und derglei¬ chen aufweist..

Über den Projektionsstrahl L wird ein Bild der eingebrachten Strukturen des Reticles 5 erzeugt und von dem Projektionsob- jektiv 7 entsprechend verkleinert auf den Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Das Projektionsobjek¬ tiv 7 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffrak- tiven und/oder reflektiven optischen Elementen, wie z.B. Lin- sen 9, Spiegeln, Prismen, Planparallelplatten und dergleichen auf, wobei lediglich die Linse 9 dargestellt ist.

Zur Erhöhung von Schärfentiefe und Kontrast ist es bekannt, die Pupille 8 des Projektionsobjektivs 7 abzudunkeln. Dabei wird die 0. Beugungsordnung des Projektionsstrahls L ge¬ blockt, während die 1. Beugungsordnung ungehemmt das Projek- tionsobjektiv 7 passieren kann. Dies kann beispielsweise durch eine im Blendenraum des Projektionsobjektivs 7 angeord¬ nete zusätzliche mechanische Einrichtung, insbesondere durch eine mechanische Blende erreicht werden.

Die vorliegende Erfindung sieht mehrere Ausgestaltungen einer solchen mechanischen Blende vor, welche grundlegend jeweils mit der mechanischen Veränderung des abgeschatteten Bereichs, beispielsweise der Änderung des Durchmessers oder das Ver¬ schließen und Freigeben von radial symmetrisch angeordneten Öffnungen einen derartigen Effekt im Bereich der Lage der Pu¬ pille 8 des Projektionsobjektivs 7 erreichen. Die im folgen¬ den beschriebenen Lösungen basieren auf mechanischen Konzep- ten, mit denen die Blende entweder von innen nach außen ver¬ größert wird oder die Transmission in einem festgelegten Be¬ reich des Projektionsstrahls L immer stärker verringert wird.

Eine erste Lösung einer Blende 100 gemäß den Figuren 2 bis 5 sieht vor, dass mehrere übereinander angeordnete Flügelräder, d. h. Lamellen IIa bis He (in Fig. 3 näher dargestellt) ge¬ geneinander verdreht werden können, wie dies beispielsweise bei Lufteinlässen in mit Feststoff befeuerten Öfen oder der¬ gleichen der Fall ist. Die Intensität des durch diesen Be- reich fallenden Lichts der 0. Beugungsanordnung lässt sich so beeinflussen. Fig. 2 zeigt die Blende 100 mit einer Basisplatte 10 und Ste¬ gen 10a in einer Ansicht von oben. Die Anzahl der Lamellen IIa bis He und die Größe eines Lamellenwinkels α werden so gewählt, dass möglichst wenig Lamellen Ha bis He eine gera¬ de noch vertretbare Abschattung bei ganz offener Blende 100 herstellen. Die Winkelbereiche α aller Lamellen ergeben ad¬ diert wenigstens 360°. Des weiteren kann der Lamellenwinkel α zur Überlappung etwas größer sein als 360° geteilt durch die Anzahl der Lamellen Ha bis He. Die Lamellen Ha bis He sind derart drehbar um die Lage der Pupille 8 (in Fig. 1 dar¬ gestellt) angeordnet, dass sie unterschiedlich viele Bereiche freigeben oder verschließen und damit die Pupille 8 abdun¬ keln. Die Lamellen Ha bis He erstrecken sich spiegelsymmet- risch um die Lage bzw. die Mitte oder das Zentrum der Pupille

Die Lamellen (Ha-He) sind ausgehend von wenigstens einem abgedeckten Bereich derart um die Pupille (8) drehbar, dass sie einen Bereich der Pupille (8) azimutal, insbesondere kon¬ tinuierlich, freigeben oder verschließen.

Auf einem Zapfen 12 drehbar gelagerte Lamellen Ha bis He schließen die Blende 100 (Fig. 3) . Angetrieben werden die La- mellen Ha bis He durch eine seitlich eingeführte Welle 20, an deren Ende ein Zahnrad 21 montiert ist. Dieses Zahnrad 21 treibt ein auf der obersten Lamelle He montiertes Planrad 22 an. Beim Schließen der Blende 100 wird die oberste Lamelle He direkt angetrieben und nimmt über einen Stift 12e die La- melle Hd mit, wenn die Lamelle He ganz geschlossen ist. Dies wird immer weiter fortgesetzt bis schließlich auch die unterste Lamelle Ha bewegt wird. Wenn die Lamelle Ha mit einem Stift 12a am Anschlag angekommen ist, ist die Blende 100 ganz geschlossen. Die Stifte 12a bis 12e werden jeweils in einer Nut 13 geführt und haben die beiden Anschläge 13a und 13b als Begrenzungen für die beiden Bewegungsrichtungen (Fig. 4) .

Zur verbesserten Abfuhr der durch die Strahlungsabsorption entstehenden Wärme können, wie aus Fig. 3 ersichtlich, die Stege 10a in ihrer Dicke variiert werden, so dass bei gleich¬ zeitig geringer Obskuration eine gute Wärmeleitung erreicht wird.

Je nach 'zur Verfügung stehendem Bauraum kann es günstig sein, die Blende entsprechend anzupassen. Eine solche Blende 100' ist in Fig. 6 dargestellt. Hier sind die Basisplatte 10 und die Lamellen IIa bis He an den zur Verfügung stehenden radi¬ alen Bauraum zwischen Linsen 9 und 9' des Projektionsobjek- tivs 7 angepasst. Die Basisplatte bzw. Fassung 10 der Blende 100' ist zwischen Linsenfassungen 30 und 31 montiert, welche mit dem Objektivgehäuse 7' (in den Fig. 3 und 6 gestrichelt angedeutet) verbunden sind.

Eine zweite Lösung einer Blende 101 sieht vor, dass der zent¬ rale Bereich der Pupillenlage 8 des Projektionsobjektivs 7 durch mehrere wenigstens annähernd radial konzentrisch ange¬ ordnete kippbare Lamellen Hf bis Hh abgedeckt ist (Fig. 7 und 8) . Die Lamellen Hf bis Hh sind von einer Lage senk- recht zur optischen Achse der optischen Abbildungsvorrichtung 7 in eine Lage parallel zur optischen Achse kontinuierlich verschwenkbar. Fig. 7 zeigt die Gesamtansicht der Blende 101 von oben. Fig. 8 zeigt den Ausschnitt Z2 aus Fig. 7 um 90° gedreht und vergrößert.

Wie aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich sind die Lamellen Hf bis Hh wenigstens annähernd auf mehreren, zu der Mitte der Pupille 8 konzentrischen, Umfangskreisen mit unterschiedli¬ chen Radien angeordnet.

Durch ein Aufstellen der Lamellen Hf bis Hh, so dass diese sich mit ihrer größten Breite entlang der optischen Achse (in Fig. 7 in Richtung in die Bildebene) des Projektionsobjektivs 7 ausrichten, lässt sich erreichen, dass der von den Lamellen Hf bis Hh eingenommene Bereich mehr oder weniger stark durchlässig wird. Dadurch kann die Abschattung im Bereich der Lage der Pupille 8 variiert werden.

Diese Lösung bietet zusätzlich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, mehrere Teilbereiche der Blende 101 einzeln zu öffnen oder zu schließen, so dass die Abdunklung beispielwei¬ se radial, radial symmetrisch oder azimutal insbesondere kon¬ tinuierlich variierbar ist. Die gesamte Blende 101 ist wie¬ derum auf der Basisplatte 10 montiert. Als Antriebe werden Wellen 20a bis 20c mit einer Schnecke 21 am abtriebsseitigen Ende zum Öffnen und Schließen der Lamellenbereiche Hf bis Hh verwendet. Damit wird ein Schneckenrad 22 angetrieben, welches fest auf einer flexiblen Welle 23 sitzt. Fest mit der flexiblen Welle 23 verbunden sind ebenfalls die Lamellen Hf bis Hh. Damit die Position der flexiblen Welle 23 und damit die Position der Lamellen Hf bis Hh während dem Öffnen oder Schließen der Blende 101 fest bleibt, wird die flexible Welle 23 auf Lagern 24 drehbar gelagert. Bei offener Blende 101 stehen die Lamellen Hf bis Hh senkrecht nach oben. Wenn die Blende 101 geschlossen wird, werden die Lamellen Hf bis Hh um 90° geschwenkt. Dabei deckt z. B. eine einzelne Lamelle Hf den Bereich 25f bzw. Hg den Bereich 25g ab. Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht des Schnittes A-A aus Fig. 8, wobei die Lamelle Hf den Bereich 25f und die Lamelle Hg den Bereich 25g abdeckt. Die Lage der Lamellen Hf, Hg parallel zur op- tischen Achse ist gestrichelt und der Schwenkvorgang durch Pfeile angedeutet.

Wie vorstehend bereits beschrieben, ist es auch hier sinn¬ voll, auf eine gute Wärmeabfuhr zu achten, indem die Stege zum Objektivgehäuse 1' hin möglichst dick gewählt werden. Eine analog zu der in Fig. 6 dargestellten gekrümmten Anord¬ nung (nicht dargestellt) der Blende ermöglicht zum einen eine gute Ausnutzung eines radialen Bauraumes und zum anderen auch die Herstellung verschiedener Blendenöffnungen in verschiede- nen Höhen.

Es ist günstig, wenn die Lamellen IIa bis 11h mit einer Be- schichtung versehen werden, die das im Projektionsobjektiv 7 verwendete Licht, grundsätzlich mit allen Wellenlängen, ins- besondere beispielsweise mit Wellenlängen von 632, 365, 248, 193, 157 nm oder kürzer, absorbiert, damit möglichst wenig Streulicht entsteht. Hierzu eignet sich eine Ta2θs-Schicht.

Bei einer dritten alternativen Lösung einer Blende bzw. eines Pupillenfilters 102 gemäß den Figuren 10 und 11 sind in der größten Öffnung der Blende 102 alle Lamellen Hi unter einem zentralen Bereich 40 verdeckt (wie in Fig. 10 dargestellt bzw. gestrichelt angedeutet) . Über einen Antrieb 41 können diese vorliegend sichelartig ausgebildeten Lamellen Hi aus ihrer Position von innen nach außen geschwenkt werden (siehe Fig. 11), so dass der abgeschattete radial symmetrische Be¬ reich vergrößerbar bzw. wieder verkleinerbar ist. Der Antrieb erfolgt von der Seite über eine Welle 41 oder er kann in ei¬ nem anderen Ausführungsbeispiel, sofern die Blende vor einem Spiegel angeordnet ist, von hinten durch eine kleine Bohrung in der Spiegelmitte eingeführt werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sechs Lamellen Hi vorgesehen, in weiteren Ausführungsbeispielen können auch beispielsweise vier bis zehn oder mehr Lamellen Hi vorgese¬ hen sein. Dabei ist zu berücksichtigen, dass mehrere Lamellen Hi zwar die erreichbare Kreisform des abgedunkelten Bereichs verbessern. Bei steigender Anzahl von Lamellen Hi erhöht sich jedoch auch in nachteilhafter Weise die Ausdehnung der Blende 102 in Richtung der optischen Achse. Insgesamt sollte die Form der Lamellen Hi möglichst so gewählt werden, dass beim Ausschwenken eine Kreisform des zentralen bzw. abgedun¬ kelten Bereichs entsteht.

Wie aus den Fig. 10 und 11 ersichtlich weist die Welle 41 am abtriebsseitigen Ende ein Sternrad 41a auf, welches ein Rad 42 mit einer Sternverzahnung 42a und einer Umfangsverzahnung 42b antreibt. Über die ümfangsverzahnung 42b werden dann Zahnräder 43 angetrieben, welche mit den Lamellen Hi verbun¬ den sind, wodurch der Schwenkvorgang nach außen bzw. nach in- nen, je nach Drehrichtung bewirkt wird.

Die Blende 102 zum Abdunkeln der Pupille 8 kann in vorteil¬ hafter Weise - wie in den Figuren 10 und 11 angedeutet - mit einer variablen Aperturblende 50 zur Begrenzung der numeri- sehen Apertur der optischen Abbildungsvorrichtung kombiniert vorgesehen sein. Dies ist auch bei den Blenden 100, 100' und 101 gemäß den Figuren 2 bis 9 denkbar.