Projektionsobjektive für die Mikrolithographie werden in Projektionsbelichtungsanlagen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen verwendet. Diese Abbildungssysteme dienen dazu, Muster von Photomasken oder Strichplatten, die in der Objektebene des Abbildungssystems angeordnet sind und allgemein als Masken oder Retikel bezeichnet werden, auf einen in der Bildebene des Abbildungssystems angeordneten, mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichten Gegenstand mit höchster Auflösung in verkleinerndem Maßstab abzubilden.

Da das Auflösungsvermögen optischer Abbildungssysteme proportional zur Wellenlänge X des verwendeten Lichts und umgekehrt proportional zur bildseitigen numerischen Apertur (NA) des optischen Abbildungssystems ist, wird es zur Erzeugung immer feinerer Strukturen angestrebt, einerseits die bildseitige numerische Apertur der Projektionsobjektive zu vergrößern und andererseits immer kürzere Wellenlängen zu verwenden. Vorzugsweise wird mit Ultraviolettlicht mit Wellenlängen von weniger als ca. 260 nm gearbeitet, beispielsweise mit 248 nm, 193 nm oder 157 nm Wellenlänge.

Neben dem Auflösungsvermögen spielt die bei der Abbildung erzielbare Schärfentiefe (DOF, depth of focus) eine wichtige Rolle für eine vorlagengetreue Abbildung. Die Schärfentiefe ist ebenfalls proportional zur verwendeten Wellenlänge, jedoch umgekehrt proportional zum Quadrat der numerischen Apertur. Daher ist eine Steigerung der numerischen Apertur ohne geeignete Maßnahmen zur Sicherstellung einer ausreichenden Schärfentiefe nur begrenzt sinnvoll.

Es ist bekannt, zur Verbesserung der Auflösung und der Schärfentiefe mikrolithographischer Projektionsobjektive Pupillenfilter zu verwenden.

Als Pupillenfilter wird hier ein Raumfilter bezeichnet, das im Bereich einer Pupillenebene eines optischen Abbildungssystems angeordnet ist.

Die Verwendung von Pupillenfiltern wird manchmal auch als optische Filterung oder Apodisation bezeichnet. Während die Objektebene und die Bildebene konjugierte Feldebenen des Abbildungssystems darstellen, ist die Pupillenebene eine zur Objektebene und zur Bildebene Fourier-transformierte Ebene. Dies bedeutet insbesondere, dass ein bestimmter Einfallswinkel von Licht in der Bildebene des Projektionsobjektivs einer bestimmten Radialkoordinate in der Pupillenebene entspricht. Mit Hilfe einer ortsauflösenden Filterung im Bereich der Pupille kann somit Einfluss auf das Winkelspektrum der zur Abbildung beitragenden Strahlen genommen werden.

Für Systeme mit großer numerischer Apertur wird die Abbildung gewisser Strukturen immer schwieriger. Die Schärfentiefe kann so klein werden, dass kein fertigungstauglicher Prozess mehr möglich ist. Es hat sich z. B. gezeigt, dass isolierte Kontaktlöcher mit größerem Prozessfenster abgebildet werden können, wenn man die Pupille in der Mitte abdunkelt. Dadurch wird ungebeugtes Licht geblockt, während stärker gebeugtes Licht weitgehend ungehemmt durch das Abbildungssystem laufen und für eine effektive Erhöhung des Kontrastes sorgen kann. Eine Erläuterung der Funktionsweise von

Pupillenfiltern sowie Beispiele von Projektionsobjektiven mit derartigen Filtern sind beispielsweise in der EP 0 485 062 A1 (entsprechend US 5,316, 896) oder der US 5,144, 362 sowie in den dort zitierten Schriften angegeben.

Um einen optimalen Nutzen einer Pupillenfilterung zu erzielen, ist es zweckmäßig, die durch die Filterfunktion eines Pupillenfilters bestimmte Wirkungsweise des Pupillenfilters an die Art der abzubildenden Retikelstrukturen anzupassen. Dementsprechend sind Pupillenfilter für bestimmte Retikelstrukturen (z. B. Kontaktlöcher, Gitterstrukturen mit einer oder mehreren Periodizitätsrichtungen) optimiert. Da mit einem Projektionsobjektiv Retikel unterschiedlichster Strukturen abgebildet werden sollen, ist es wünschenswert, Pupillenfilter mit unterschiedlichen Wirkungen wahlweise einsetzen zu können. Aus der US 5,610, 684 ist hierzu ein Projektionsobjektiv bekannt, welches eine Auswechseleinrichtung zum Auswechseln von Pupillenfiltern aufweist, die wahlweise in den Bereich der Pupillenebene des Projektionsobjektivs eingebracht werden können. Die Austauscheinrichtung umfasst Verschiebungseinrichtungen zur Verschiebung pupillennaher Linsen, um für den Austauschprozess ausreichend Platz zur Verfügung zu stellen. In der EP 0 638 847 B1 (entsprechend US 5,448, 336) ist ein Projektionsobjektiv mit einer Pupillenfilter-Austauscheinrichtung gezeigt, deren Betrieb keine Bewegung pupillennaher Linsen erfordert. Die technische Umsetzung derartiger Austauschvorrichtungen ist bei Hochleistungs- Projektionsobjektiven sehr aufwendig, da dort enge Toleranzen für Material, Passe und Dicke der verwendeten optischen Komponenten und hohe Anforderungen an die Positioniergenauigkeit und gegebenenfalls Gasdichtigkeit gestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abbildungsverfahren mit optischer Filterung und ein entsprechendes optisches Abbildungssystem

zu schaffen, die auf einfache Weise den Einsatz unterschiedlich wirkender optischer Filter ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein optisches Abbildungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 9 vor. Vorteilhafte Weiterbildung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Das erfindungemäße Verfahren zur Abbildung eines in der Objektebene eines optischen Abbildungssystems angebrachten Musters in die Bildebene des Abbildungssystems nutzt ein Abbildungssystem, bei dem zwischen der Objektebene und der Bildebene eine Vielzahl entlang einer optischen Achse angeordneter optischer Elemente und mindestens eine zu einer Feldebene des Abbildungssystems Fourier-transformierte Pupillenebene angeordnet sind. Bei der Abbildung wird eine optische Filterung des durch das Abbildungssystem laufenden Lichtes durchgeführt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte : Vorgabe einer gewünschten, ortabhängigen Pupillen-Filterfunktion Fp für den Bereich der Pupillenebene als Funktion von Pupille- Ortskoordinaten ; Berechnung einer der Pupillen-Filterfunktion entsprechenden winkelabhängigen Filterfunktion Ff für den Bereich einer zur Pupillenebene Fourier-transformierten Feldebene des Abbildungssystems als Funktion von Inzidenzwinkeln im Bereich der Feldebene ; Winkelselektive Filterung gemäß der winkeiabhängigen Filterfunktion im Bereich der Feldebene.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, den für die optische Filterung nötigen Eingriff in den Strahlengang, welcher im Ergebnis einer Pupillenfilterung entspricht, nicht im Bereich einer Pupille des Abbildungssystems vorzunehmen, sondern in einem dazugehörigen feldnahen Bereich, d. h. in einer zur Pupille Fourier-transformierten Feldebene oder in der Nähe dieser Feldebene. Dabei wird z. B. die Erkenntnis genutzt, dass das Winkelspektrum der zur Bildebene laufenden Strahlen an einer nahe der Bildebene liegenden Fläche des Projektionsobjektivs unmittelbar in Pupillenkoordinaten übertragbar ist.

Beispielsweise entspricht ein bestimmter Einfallswinkel bzw.

Inzidenzwinkel in der Bildebene einer bestimmten Radialkoordinate in der Pupillenebene. Daher kann eine winkelselektive Filterung in einem feldnahen Bereich die gleiche Wirkung haben wie eine ortsselektive Filterung im Bereich der Pupille. Als feldnahe Bereiche werden hier insbesondere solche Bereiche bezeichnet, in denen die Randstrahlhöhe geringer und deutlich kleiner als die Hauptstrahlhöhe ist. Die Randstrahlhöhe kann beispielsweise maximal 10% oder maximal 20% der Hauptstrahlhöhe betragen. Die Randstrahlhöhe ist die Strahlhöhe von Randstrahlen, die von der Feldmitte zum Aperturrand verlaufen ; die Hauptstrahlhöhe ist die Strahlhöhe von Hauptstrahlen, die am Feldrand verlaufen und die optische Achse im Bereich der Apertur schneiden. Als feldnahe Bereiche kommen insbesondere der Bereich der Bildebene, der Bereich der Objektebene und, im Falle eines Systems mit mindestens einem reellen Zwischenbild, der Bereich der Zwischenbildebene in Betracht.

Die winkelselektive Filterung gemäß der Erfindung bewirkt, dass sich die auf ein optisches Filterelement auftreffende Strahlung von der vom Filterelement weglaufenden Strahlung in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Strahlung in einer definierten Weise unterscheidet, wobei der Unterschied mit Hilfe der Filterfunktion beschreibbar ist. Ein winkelselektives Filterelement kann als Transmissionsfilter ausgelegt

sein, um auf die durch das Filterelement hindurchtretende Strahlung zu wirken. Es ist auch möglich, winkelselektive Filterelemente als Reflexionsfilter zu gestalten, welche beispielsweise Licht, das unter großen Einfallswinkeln auffällt, stärker reflektieren als Licht, welches unter kleinen Einfallswinkeln auffällt. Bevorzugte Ausführungsformen winkelselektiver Filterelemente sind als Transmissionsfilter mit einer vom Inzidenzwinkel der einfallenden Strahlung abhängigen Transmissionsfunktion ausgebildet.

Bei einer Weiterbildung wird eine radialsymmetrische Pupillen- Filterfunktion Fp = f (rp) vorgegeben, wobei rp eine Radialkoordinate in der Pupillenebene bezüglich einer Achse ist, die normalerweise mit der optischen Achse des Abbildungssystems zusammenfällt. Die Berechnung der zugehörigen, winkelabhängigen Filterfunktion Ff = f (a) für einen feldnahen Bereich erfolgt unter Verwendung der Gleichung rp = sin (a)/NA, wobei a der Inzidenzwinkel eines Lichtstrahls im Bereich der dem Filter nahen Feldebene und NA die numerische Apertur des Abbildungssystems im Bereich dieser Feldebene ist. Diese Feldebene kann die Bildebene oder die Objektebene sein, bei Systemen mit reellem Zwischenbild auch eine Zwischenbildebene. Auf diese Weise ist es z. B. möglich, die Pupillentransmission radialsymmetrisch zu beeinflussen, wenn die Transmission im Bereich einer wafernahen, letzten Objektivfläche oder einer objektnahen Fläche am Objektiv oder Retike als Funktion des Einfallswinkels a beeinflusst wird.

Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die winkelselektive Filterung im Bereich einer Feldebene des Abbildungssystems in der Weise erfolgt, dass ein Transmissionsgrad für kleine Inzidenzwinkel kleiner ist als für große Inzidenzwinkel.

Insbesondere kann der Transmissionsgrad von kleinen lnzidenzwinkeln zu großen Inzidenzwinkeln im wesentlichen kontinuierlich zunehmen. Da

kleine Inzidenzwinkel im feldnahen Bereich Strahlen entsprechen, die im Bereich der Pupille nahe der optischen Achse verlaufen, entspricht diese Winkelabhängigkeit in ihrer Wirkung einem Pupillenfilter, der im Bereich der optischen Achse eine geringere Transmission hat als in außen liegenden Randbereichen der Pupille. Dies entspricht einer Pupillenapodisation mit einer Verdunklung des achsnahen Zentralbereichs, wie sie beispielsweise zur Vergrößerung der Schärfentiefe bei der Abbildung von Kontaktlöchern vorteilhaft ist. Bei einem entsprechenden reflektierenden Filterelement könnte der Reflexionsgrad von kleinen zu großen Inzidenzwinkeln zunehmen.

Die winkelselektive Filterung kann in jedem ausreichend nahe an einer Feldebene liegenden Bereich durchgeführt werden. In einem Abbildungssystem, bei dem zwischen Objektebene und Bildebene ein oder mehrere reelle Zwischenbilder entstehen, kann die winkelselektive Filterung z. B. in oder nahe einer Zwischenbildebene durchgeführt werden. Es ist auch möglich, die Filterung im Bereich der Objektebene vorzunehmen. Hierzu kann beispielsweise eine entsprechende Beschichtung auf einer Eintrittsplatte oder einem ersten Linsenelement vorgesehen sein. Bei Verwendung sogenannter hard-pellicle kann auch am Pellicle eine entsprechende Filterschicht angebracht sein. Günstig ist es, wenn die winkelselektive Filterung im Bereich der Bildebene durchgeführt wird, so dass die durch Filterung veränderte Strahlung keine optischen Komponenten des Abbildungssystems mehr zu durchlaufen hat. In diesem Fall ist das für den Ort der Abbildung (Bildebene) gewünschte Winkelspektrum mit großer Genauigkeit einstellbar. Besonders günstig ist es, wenn das winkelselektive Filter an einem der Bildebene nächsten, letzten optischen Element des Abbildungssystems abgebracht oder durch dieses letzte optische Element gebildet ist. Beispielweise kann das winkelselektive Filter eine Interferenz-Filterschicht umfassen, welche an einer der Bildebene

zugewandten, letzten optischen Fläche des Abbildungssystems angebracht ist.

Um einen einfachen Wechsel zwischen Filterelementen mit verschiedenen Filterfunktionen zu ermöglichen, ist bei vorteilhaften Weiterbildungen vorgesehen, das winkelselektive Filter austauschbar an das optische Abbildungssystem anzukoppeln. Beispielsweise kann eine winkelselektive Beschichtung, die die Pupillenapodisation bewirkt, an der bildseitigen Austrittsfläche eines austauschbaren Abschlusselementes angebracht sein. Es kann sich dabei um eine austauschbare, planparallele Abschlussplatte handeln. In jedem Fall ist es günstig, wenn die wirksame Filterschicht des Filters auf einer ebenen oder nur geringfügig gekrümmten Oberfläche aufgebracht ist, um eine gleichmäßige, winkelselektive Wirkung über die gesamte Filterfläche zu gewährleisten.

Es ist möglich, dass das winkelselektive Filterelement eine eigene Fassung hat, die beispielsweise mit Hilfe von Schrauben lösbar mit Fassungselementen für die optischen Elemente des Abbildungssystems verbunden werden kann. Es ist auch möglich, dass das winkelselektive Filterelement als letztes optisches Element des Abbildungssystems fassungsfrei und auswechselbar mit dem vorletzten optischen Element verbunden ist. Die Verbindung kann beispielsweise durch Ansprengen erfolgen. Diese für ein Auswechseln optischer Elemente besonders günstige Anbringungsart ist beispielsweise in der EP 1 063 551 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird. Die Erfindung ermöglicht es, austauschbare Filterelemente derart lösbar und/oder auswechselbar an der Außenseite des Projektionsobjektivs oder in dessen Nähe anzuordnen, dass ein Austausch ohne Eingriff in das Innere des Abbildungssystems möglich ist.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei dioptrischen, katadioptrischen oder katoptischen Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie nutzbar. Eine winkelselektive Filterung in unmittelbarer Nähe der Waferebene (Bildebene) ist bevorzugt. Alternativ oder zusätzlich kann die Filterung auch im Bereich einer anderen Feldebene durchgeführt werden, z. B. der Objektebene oder einer gegebenenfalls vorhandenen Zwischenbildebene. Die Erfindung ist auch für andere Abbildungssysteme, beispielsweise Mikroskope geeignet.

Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer als Wafer-Stepper ausgebildeten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv, welches mit einer Ausführungsform eines winkelselektiven Filterelements gemäß der Erfindung ausgestattet ist ; Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des wafernahen Endbereichs des Projektionsobjektivs gemäß Fig. 1 mit Erläuterungen zur Filterfunktion bevorzugter, winkelselektiver Filterelemente ; Fig. 3 ist ein Diagramm zur Darstellung von Transmissionsgrad und Reflexionsgrad einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filterschicht als Funktion des Inzidenzwinkels für 157nm Wellenlänge.

In Fig. 1 ist schematisch eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage in Form eines Wafer-Steppers 1 gezeigt, der zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen vorgesehen ist. Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 2, der Licht mit einer Arbeitswellenlänge X ausstrahit, die im Beispiel 157nm beträgt und bei anderen Ausführungsformen auch darunter oder darüber, beispielsweise bei 193nm oder 248nm liegen kann. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 4 erzeugt ein großes, scharf begrenztes und homogen beleuchtetes Bildfeld, das an die Telezentrie-Erfordernisse des nachgeschalteten Projektionsobjektivs 5 angepasst ist. Das Projektionsobjektiv 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines optischen Abbildungssystems gemäß der Erfindung. Das Beleuchtungssystem hat Einrichtungen zur Auswahl des Beleuchtungsmodus und ist beispielsweise zwischen konventioneller Beleuchtung mit variablem Kohärenzgrad, Ringfeldbeleuchtung und Dipol-oder Quadrupolbeleuchtung umschaltbar. Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung 6 zum Halten und Manipulieren einer Maske 7 so angeordnet, dass die Maske (Retikel) in der Objektebene 8 des Projektionsobjektivs liegt und in dieser Ebene zum Scannerbetrieb in einer Abfahrrichtung 9 (y-Richtung) mit Hilfe eines Scannerantriebs bewegbar ist.

Hinter der Maskenebene 8 folgt das Projektionsobjektiv 5, das als Reduktionsobjektiv wirkt und ein Bild der Maske in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1 : 4 oder 1 : 5, auf einen mit einer Photoresistschicht belegten Wafer 10 abbildet, der in der Bildebene 11 des Reduktionsobjektivs 5 angeordnet ist. Andere Ausführungsformen, die für gröbere Ausgangsstrukturen, beispielsweise für die maskenlose Lithographie ausgelegt sind, können stärkere Verkleinerungen beispielsweise zwischen 1 : 20 und 1 : 200 haben. Der Wafer 10 wird durch eine Einrichtung 12 gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst,

um den Wafer synchron mit dem Retikel 7 parallel zu diesem zu bewegen. Alle Systeme werden von einer Steuereinheit 13 gesteuert.

Das Projektionsobjektiv 5 ist ein katadioptrisches Projektionsobjektiv mit geometrischer Strahlteilung. Es hat zwischen seiner Objektebene (Maskenebene 8) und seiner Bildebene (Waferebene 11) einen katadioptrischen ersten Objektivteil 15 mit einem Konkavspiegel 16, einem geometrischen Strahlteiler 17 und hinter diesem einen dioptrischen zweiten Objektivteil 18. Der als Spiegelprisma ausgebildete Strahlteiler 17 hat eine ebene erste Spiegelfläche 19 zur Umlenkung der von der Objektebene kommenden Strahlung zum Konkavspiegel 16 und eine zweite Spiegelfläche 20 zur Umlenkung der vom Konkavspiegel reflektierten Strahlung in Richtung des rein refraktiven zweiten Objektivteils 18. Der katadioptrische Objektivteil ist so ausgelegt, dass mit Abstand hinter dem zweiten Umlenkspiegel 20 im Bereich einer Zwischenbildebene 21 ein frei zugängliches reelles Zwischenbild liegt, welches durch die nachfolgenden Linsen des dioptrischen Objektivteils in die Bildebene 11 abgebildet wird. Die optische Achse 24 des Projektionsobjektivs wird an den Spiegelflächen 19, 16, und 20 gefaltet.

Das der Bildebene 11 nächstliegende, letzte optische Element des Projektionsobjektivs 5 wird durch eine planparallele Abschlussplatte 30 gebildet, welche auswechselbar am unteren Ende des Projektionsobjektivs befestigt ist, einen Schutz des Projektionsobjektivs gegen Verunreinigungen von dem auf dem Wafer aufgebrachten Photoresist bildet und gleichzeitig auch das Objektiv abdichtet. Die weiter unten näher erläuterte Abschlussplatte 30 ist als winkelselektives Transmissions-Filterelement ausgebildet und hat ein planparalleles Substrat 31 aus einem für das verwendete Ultraviolettlicht transparentem Material, beispielsweise Quarzglas oder Kalziumfluorid.

Auf der waferzugewandten, ebenen Oberfläche ist eine mehrlagige Interferenzfilterschicht 32 aufgebracht. Diese Filterschicht liegt in einem

Abstand von wenigen Millimetern (Arbeitsabstand) in unmittelbarer Nähe der Bildebene. Die gegenüberliegende Eintrittsfläche kann eine Antireflexbeschichtung aufweisen.

Die Objektebene 8, die Zwischenbildebene 21 und die Bildebene 11 sind zueinander optisch konjugierte Feldebenen des Abbildungssystems 5.

Zwischen diesen liegen jeweils ebene Pupillenflächen, welche Fourier- transformiert zur Retikelebene 8 und zur Bildebene 11 sind. Eine erste, ebene Pupillenfläche 3 liegt im Bereich des abbildenden Konkavspiegels 16. Die der Zwischenbildebene 21 nachfolgende, wafernächste Pupillenebene 22 ist frei zugänglich. In diesem Bereich sitzt die (nicht gezeigte) verstellbare Systemblende des Projektionsobjektivs.

Die Belichtungsanlage 1 ist zur Erzielung von Auflösungen von 0, 1 um oder darunter und hohe Durchsatzleistungen ausgelegt und hat eine bildseitige numerische Apertur (NA) zwischen ca. 0,65 und ca. 0,85 oder höher. Die hohen numerischen Aperturen bedingen, dass in der Nähe der Bildebene 11 Strahlung aus einem großen Inzidenzwinkelbereich zur Bildebene 11 läuft. Als Inzidenzwinkel a wird hier der Winkel zwischen der Einfallsrichtung 25 eines Lichtstrahls und der optischen Achse 24 bezeichnet (Fig. 2). Für ein System mit NA = 0, 8 laufen die Inzidenzwinkel von 0° bis ca. 53°. Das Winkelspektrum der zur Bildebene 11 laufenden Strahlen in der Nähe der Bildebene 11 ist direkt in Pupillenkoordinaten, d. h. in Ortskoordinaten im Bereich der nächstliegenden Pupillenfläche 22, übertragbar. In natürlichen Einheiten ist die Pupille ein Kreis mit Radius 1. Die Übersetzung zwischen Inzidenzwinkel a in unmittelbarer Nähe der Bildebene 11 und Pupillenradius rp folgt im wesentlichen der Gleichung rp= sin (a/NA), (1)

wobei NA die bildseitige numerische Apertur des Objektivs ist.

Für solche hochaperturigen Systeme wird die Abbildung von isolierten Kontaktlöchern immer schwieriger. Werden z. B. reine Chrommasken verwendet, kann die Schärfentiefe bzw. Tiefenschärfe (DOF) so klein werden, dass kein fertigungstauglicher Prozess mehr möglich ist. Bei Verwendung geeigneter phasenschiebender Masken (PSM) können zwar gegebenenfalls Tiefenschärfe und Kontrast vergrößert werden, allerdings werden beispielsweise neben den gewünschten Kontaktlöchern aufgrund der Abbildung von Nebenmaxima auch sogenannte sidelobes sichtbar. Es hat sich gezeigt, dass Kontrast und Tiefenschärfe ohne störende sidelobes erhöht werden können, wenn es gelingt, im Bereich der Pupille 22 Ortsfrequenzen, die unterhalb einer bestimmten Schwelle (Grenzradius) liegen, im Bereich der Pupille auszublenden, d. h. wenn man die Pupille in der Mitte abdunkelt. Eine Abschätzung dieses Effektes für ein System mit NA = 0,85, eine Arbeitswellenlänge von 193nm, Kontaktlochdurchmesser von 100nm und einem Kohärenzgrad des Beleuchtungssystems von ca. 0,4 zeigt, das bei einem Radius der zentralen Obskuration von etwa 0,7 (in Einheiten von NA) die Schärfentiefe bei Verwendung von Chrommasken ohne Filter ca. 120nm und mit Filter ca. 480nm beträgt. Mit Phasenschiebemasken ist unter diesen Randbedingungen aufgrund der sidelobes ohne Filter überhaupt kein Prozess realisierbar, während mit Filter ebenfalls Schärfentiefen um ca. 480nm erreichbar sind. Die Filterung bewirkt somit eine entscheidende Vergrößerung des Prozessfensters.

Die beschriebene optische Filterung, welche im Ergebnis einer zentralen Obskuration im Bereich der Pupille 22 entspricht, wird bei der gezeigten Ausführungsform durch die feldnah angebrachte Abschlussplatte 30 bewirkt, die als winkelselektives Filterelement ausgebildet ist. Als winkelselektives Filterelement wird hier ein optisches Filter bezeichnet,

dessen Filterfunktion gezielt als Funktion des Einfallswinkels der auf das Filter auftreffenden Strahlung optimiert ist. Im Fall des gezeigten, durchstrahlbaren Transmissions-Filters 30 wird der Transmissionsgrad T als Funktion des Inzidenzwinkels a eingestellt, d. h. T = f (a). Dabei erfolgt die Berechnung der winkelabhängigen Filterfunktion nach Vorgabe einer gewünschten Pupillen-Filterfunktion Fp für den Bereich der Pupille 22.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist es gewünscht, die Pupillentransmission Tp radialsymmetrisch zu beeinflussen, d. h. Tp = f (rp), wobei rp die Radialkoordinate in der Pupillenebene 22 ist. Die erläuterte zentrale Obskuration der Pupille entspricht dabei einem Verlauf der Pupillentransmission Tp, bei dem diese nahe der optischen Achse (rp = 0) gering ist und zum Rande der Pupille, d. h. zu größeren Radien rp zunimmt, idealerweise kontinuierlich bis zu Transmissionsgraden nahe 1 (vgl. Fig. 2 (a)). Zur Erzielung dieser Wirkung wird bei der gezeigten Ausführungsform eine winkelselektive Filterung in unmittelbarer Nähe der Feldebene 11 mit Hilfe der Filterschicht 32 des Filterelements 30 durchgeführt. Dabei ist die Transmission Tf an diesem feldnahen Ort gezielt als Funktion des Inzidenzwinkels a eingestellt, d. h. Tf = f (a), wobei die Umrechnung unter Verwendung von Gleichung (1) erfolgt. Daraus ergibt sich, dass das in Fig. 2 (a) schematisch dargestellte Transmissionsprofil im Bereich der Pupille 22 dem in Fig. 2 (b) schematisch dargestellten Transmissionsprofil Tf (a) im Bereich der Feldebene 11 entspricht. Die Transmissionscharakteristik eines geeigneten, feldnah anzubringenden, winkelselektiven Filterelements ist allgemein so, dass der Transmissionsgrad für kleine Inzidenzwinkel (achsparallele oder nahezu achsparallele Strahlung) geringer ist als für große fnzidenzwinkel (schräge Einstrahlung). Im Bereich kleiner Inzidenzwinkel, beispielsweise zwischen 0° und ca. 10°, kann der Transmissionsgrad

unterhalb 50%, im Bereich oberhalb ca. 20° dagegen oberhalb 50% liegen. Insbesondere kann es so sein, dass der Transmissionsgrad von kleinen zu großen Inzidenzwinkeln kontinuierlich, beispielsweise mehr oder weniger linear ansteigt. Für hohe Inzidenzwinkel, beispielsweise größer 30° oder 40°, sollte der Transmissionsgrad bis auf 80% oder mehr ansteigen, um insgesamt eine ausreichende Lichtintensität zur Bildentstehung zur Verfügung zu haben. Da kleine Inzidenzwinkel in Wafernähe achsnahen Strahlen entsprechen, entspricht diese Winkelselektivität einem Pupillenfilter mit einer vergleichsweise geringen Transmission im Bereich der optischen Achse.

Die für eine zentrale Pupillenobskuration erforderliche Filterwirkung mit geringer Transmission für kleine und hoher Transmission für große Inzidenzwinkel unterscheidet sich signifikant von der Wirkung üblicher Antireflexbeschichtungen, die in der Regel derart optimiert sind, dass sie zumindest für kleine Inzidenzwinkel eine starke Reflexminderung (und damit Transmissionserhöhung) bewirken, wobei normalerweise die Reflexionsminderungswirkung zu höheren Inzidenzwinkeln nachlässt, so dass für höhere Inzidenzwinkel eine geringere Transmission vorliegt als bei kleinen Inzidenzwinkeln.

Das Filterelement 30 hat ein planparalleles, plattenförmiges Substrat 31, welches aus kristallinem Kalziumfluorid besteht und bei anderen Ausführungsformen auch aus einem anderen kristallinem Fluoridmaterial oder aus synthetischem Quarzglas bestehen kann. Auf diejenige Oberfläche der Platte 31, welche im eingebauten Zustand des Filterelementes 30 der nächstliegenden Feldebene (Bildebene 11) zugewandt ist, ist eine mehrlagige Filterschicht 32 mit mehreren übereinanderliegenden Schichten aufgebracht, die jeweils aus einem für das verwendete Ultraviolettlicht transparentem, dielektrischem Material bestehen. Die Schichtmaterialien sind abwechselnd hochbrechend und niedrigberechend, wobei ein hochbrechendes Material einen im

Vergleich zum Brechungsindex des anderen Schichtmaterials höheren Brechungsindex hat. Im Beispielsfall liegt der Brechungsindex des Substratmaterials (n = 1,56 bei 157nm) zwischen dem Brechungsindex des hochbrechenden Schichtmaterials (n = 1,76) und demjenigen des niedrigbrechenden Schichtmaterials (n = 1, 51). Als hochbrechendes Material wird Lanthanfluorid (LaF3) und als niedrigbrechendes Material Magnesiumfluorid (MgF2) verwendet. Das Schichtsystem ist gegenüber der verwendeten Strahlung bis mindestens 2W/cm2 laserstabil, hat im Beispiel dreiunddreißig Schichten und eine Gesamtdicke von ca. 736nm.

Die Schichten sind durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) in Vakuum auf das Substrat 31 aufgebracht. Zur Belegung kann auch jede andere geeignete Technik verwendet werden.

Der Schichtaufbau eines bevorzugten Schichtsystems kann mit folgender Notation dargestellt werden.

S | 21, 8H | 13, 6L 23,7H 15,7L 26, 5H 18,3L 26,3H 17,2L 25,9H 17, 3L 26, 2H) 19. 2L) 26, 2H 19, 8L 26, 0H 18,7L 25, 4H 17,1L 24, 9H 19,2L 25,5H 21, 9L 25, 7H 23, 1L L 25, 7H 23, 5L 25, 9H 23, 5L 26, OH 22, 8L | 26, 3H 19, 9L 1 17, 8H mit H = LaF3 und L = MgF2 Bei dieser Notation bezeichnet S das Substrat, ein senkrechter Strich (|) eine Grenzfläche und die Angabe 21,8H eine Schicht aus einem hochbrechenden Material (H) mit 21,8nm Schichtdicke. Der Buchstabe (L) steht für ein niedrigbrechendes Material.

Als alternative Schichtmaterialien können für 157nm beispielsweise GdF3 (hochbrechend), AIF3 oder Na3AIF6 (niedrigbrechend) verwendet werden, bei 193nm zusätzlich auch Al203 (hochbrechend) oder Si02 (niedrigbrechend).

Wesentliche optische Eigenschaften des dargestellten Schichtsystems werden an Hand des Diagramms in Fig. 3 erläutert. Dort sind der Transmissionsgrad T (in %) und der Reflexionsgrad R (in %) des Schichtsystems in Abhängigkeit vom Inzidenzwinkel a der einfallenden elektromagnetischen Strahlung gezeigt. Die durchgezogene Linie repräsentiert den Transmissionsgrad T, die gestrichelte Linie den Reflexionsgrad R. Es ist zu erkennen, dass der Transmissionsgrad für achsparallel auftreffende Strahlung (Inzidenzwinkel a = 0°) unterhalb ca.

20% liegt und mit steigendem Inzidenzwinkel bis auf einen Wert von ca.

80% bei a = 50° weitgehend linear ansteigt. Der Reflexionsgrad R hat im wesentlichen den umgekehrten Verlauf. Er beträgt bei a = 0° ca. 80% und fällt weitegehend linear auf ca. 10% bei a = 50° ab. Mit dieser winkelabhängigen Transmission der Beschichtung kann die Pupillenapodisation in radialsymmetrischer Weise derart beeinflusst werden, dass die Pupille im Zentrum verdunkelt ist und im Randbereich eine hohe Transmission von mehr als 80% vorliegt. Dadurch können Pupillen-Ortsfrequenzen unterhalb eines bestimmten Radius- Grenzwertes (entsprechend Strahlen mit kleinem Inzidenzwinkel im Bereich nahe der Bildebene 11) mehr oder weniger stark ausgeblendet werden, wodurch beispielsweise ungebeugtes Licht blockiert werden kann. Das am Rand der Pupille auftretende stärker gebeugte Licht kann dagegen weitgehend ungehemmt durch das optische System treten, da für den Randbereich der Pupille (entsprechend großen Inzidenzwinkeln im Bereich nahe der Waferebene 11) die Transmission hoch ist.

Mit Hilfe der Erfindung kann die für eine Erweiterung des Prozessfensters vorteilhafte optische Filterung mit einem Filterelement 30 durchgeführt werden, welches ohne Eingriff in das Innere des optischen Systems einfach ausgewechselt werden kann, da es sich um das letzte optische Element des Projektionsobjektives handelt. Es kann

gegebenenfalls eine gesonderte Fassung haben, die beispielsweise mittels Schrauben lösbar mit Fassungen der Objektivlinsen verbunden werden kann. Auch eine fassungsfreie Anbringung an der Austrittsfläche einer letzten Linse oder Platte des Projektionsobjektivs ist möglich. Ein austauschbares Filterelement bietet die Möglichkeit,. die Filterfunktion auf einfache Weise an die abzubildende Struktur anzupassen. Die Filterung kann gegebenenfalls auch direkt am zu belichtenden Substrat vorgenommen werden. Hierzu kann z. B. eine Filterschicht entsprechender Wirkung auf den Photolack aufgebracht werden.