DE10218989A1

DE10218989A1 - Projection method and projection system with optical filtering

Info

Publication number: DE10218989A1
Application number: DE10218989A
Authority: DE
Inventors: Christian Wagner; Martin Brunotte; Volker Graeschus; Paul Graeupner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-06
Also published as: WO2003092256A3; WO2003092256A2; AU2003224088A8; AU2003224088A1

Abstract

Bei der Abbildung eines in einer Objektebene eines optischen Abbildungssystems angeordneten Musters in die Bildebene des Abbildungssystems wird ein Abbildungssystem verwendet, bei dem zwischen Objektebene und Bildebene eine Vielzahl optischer Elemente sowie mindestens eine Pupillenebene angeordnet ist, die Fourier-transformiert zu Feldebenen des Abbildungssystems ist. Im Bereich der Feldebene wird eine winkelselektive optische Filterung mit Hilfe eines optischen Filterelements durchgeführt, dessen winkelabhängige Filterfunktion als Funktion einer gewünschten ortsabhängigen Filterfunktion für den Bereich der Pupille berechnet ist.When imaging a pattern arranged in an object plane of an optical imaging system into the image plane of the imaging system, an imaging system is used in which a large number of optical elements and at least one pupil plane is arranged between the object plane and the image plane, which is Fourier-transformed to field planes of the imaging system. In the area of the field level, angle-selective optical filtering is carried out with the aid of an optical filter element, the angle-dependent filter function of which is calculated as a function of a desired location-dependent filter function for the area of the pupil.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abbildung eines in einer Objektebene eines optischen Abbildungssystems angeordneten Musters in die Bildebene des Abbildungssystems sowie auf ein Abbildungssystem zur Durchführung des Verfahrens. Der Abbildungsvorgang umfasst eine optische Filterung des durch das Abbildungssystem tretenden Lichts. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Projektionsobjektive für die Mikrolithographie. The invention relates to a method for imaging one in a Object plane of a pattern arranged in an optical imaging system in the image plane of the imaging system as well as on a Imaging system for performing the procedure. The mapping process includes an optical filtering of that which passes through the imaging system Light. Preferred areas of application of the invention are Projection lenses for microlithography.

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. Projection lenses for microlithography are in Projection exposure systems for the production of semiconductor components and other finely structured components used. These imaging systems are used to create patterns of photomasks or graticules in the Object plane of the imaging system are arranged and generally as Masks or reticles are referred to one in the image plane of the Imaging system arranged, with a light-sensitive layer coat object with highest resolution in a scaling down Map scale.

Da das Auflösungsvermögen optischer Abbildungssysteme proportional zur Wellenlänge λ 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. Because the resolution of optical imaging systems is proportional proportional to the wavelength λ of the light used and inversely to the image-side numerical aperture (NA) of the optical Imaging system, the aim is to produce ever finer structures, on the one hand the numerical aperture of the projection lenses on the image side enlarge and on the other hand increasingly shorter wavelengths use. Preferably with ultraviolet light with wavelengths of worked less than about 260 nm, for example with 248 nm, 193 nm or 157 nm wavelength.

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. In addition to the resolving power, the one achievable in the illustration plays Depth of focus plays an important role for one True to original illustration. The depth of field is also proportional to the wavelength used, but inversely proportional to the square the numerical aperture. Hence an increase in numerical Aperture without appropriate measures to ensure a sufficient depth of field only makes sense to a limited extent.

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. It is known to improve resolution and depth of field microlithographic projection objectives to use pupil filters. A pupil filter here is a spatial filter that is in the area a pupil plane of an optical imaging system is arranged. The use of pupil filters is sometimes called optical Called filtering or apodization. While the object level and the image plane conjugate field planes of the imaging system the pupil plane is one to the object plane and the image plane Fourier transformed plane. This means in particular that a certain angle of incidence of light in the image plane of the Projection lens corresponds to a certain radial coordinate in the pupil plane. With the help of spatially resolving filtering in the area of the pupil thus influence the angular spectrum of those contributing to the image Rays are taken.

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. For systems with a large numerical aperture, the figure is certain structures increasingly difficult. The depth of field can be so small that a process suitable for production is no longer possible. It has z. B. shown that isolated vias with larger Process windows can be mapped if you have the pupil in the middle darkens. This blocks undeflected light while being stronger Diffracted light largely uninhibited by the imaging system can run and provide an effective increase in contrast. A Explanation of the function of pupil filters and examples of Projection lenses with such filters are for example in the EP 0 485 062 A1 (corresponding to US 5,316,896) or US 5,144,362 as well as in the writings cited there.

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. To get the best benefit from pupil filtering, it is expedient, determined by the filter function of a pupil filter Effect of the pupil filter on the type of the image to be imaged Adjust reticle structures. Accordingly, pupil filters are for certain reticle structures (e.g. contact holes, lattice structures with a or several directions of periodicity) optimized. There with one Projection lens reticles of different structures can be mapped , it is desirable to use pupil filters with different effects optional use. US Pat. No. 5,610,684 describes this Projection lens known, which is an exchange device for Replacing pupil filters, which is optional in the area the pupil plane of the projection lens can be introduced. The exchange device comprises displacement devices for Shifting pupil-near lenses in order for the exchange process to provide enough space. In EP 0 638 847 B1 (corresponding to US 5,448,336) is a projection lens with a pupil filter Exchange facility shown, the operation of which is no movement Lenses close to the pupil are required. The technical implementation of such Interchangeability is very high in high performance projection lenses complex, because there are tight tolerances for the material, yoke and thickness of the used optical components and high demands on the Positioning accuracy and possibly gas tightness become.

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. The invention is based on the problem of having an imaging method optical filtering and a corresponding optical imaging system to create different uses in a simple way enable acting optical filter.

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. To achieve this object, the invention proposes a method with the Features of claim 1 and an optical imaging system with the features of claim 9. Advantageous further training are in the dependent claims. The wording of all Claims are made by reference to the content of the description.

Das erfindungsgemäße 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, ortsabhängigen Pupillen-Filterfunktion F_p für den Bereich der Pupillenebene als Funktion von Pupillen- Ortskoordinaten;
Berechnung einer der Pupillen-Filterfunktion entsprechenden winkelabhängigen Filterfunktion F_f für den Bereich einer zur Pupillenebene Fourier-transformierten Feldebene des Abbildungssystems als Funktion von lnzidenzwinkeln im Bereich der Feldebene;
Winkelselektive Filterung gemäß der winkelabhängigen Filterfunktion im Bereich der Feldebene. The method according to the invention for imaging a pattern attached in the object plane of an optical imaging system into the image plane of the imaging system uses an imaging system in which between the object plane and the image plane a plurality of optical elements arranged along an optical axis and at least one to a field plane of the Fourier imaging system. transformed pupil plane are arranged. In the imaging, optical filtering of the light passing through the imaging system is carried out. The process includes the following steps:
Specification of a desired, location-dependent pupil filter function F _p for the area of the pupil plane as a function of pupil location coordinates;
Calculating an angle-dependent filter function F _f corresponding to the pupil filter function for the region of a field plane of the imaging system transformed to the pupil plane Fourier as a function of incidence angles in the region of the field plane;
Angle-selective filtering according to the angle-dependent filter function in the field level.

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. According to the invention it is therefore provided for optical filtering necessary intervention in the beam path, which is the result of a Pupil filtering corresponds, not in the area of a pupil of the Imaging system, but in an associated field-near Area, d. H. in a field plane transformed to the Fourier pupil or in close to this field level. Here, for. B. used the knowledge that the angular spectrum of the rays running to the image plane on a area of the projection lens located near the image plane is directly transferable in pupil coordinates. For example, a certain angle of incidence or angle of incidence in the image plane of a certain radial coordinate in the pupil plane. Therefore a angle-selective filtering in an area close to the field is the same They have the same effect as location-selective filtering in the area of the pupil. As Areas close to the field become such areas in particular referred to, in which the edge jet height is lower and significantly smaller than that Main jet height is. The edge jet height can be a maximum, for example 10% or a maximum of 20% of the main jet height. The Border beam height is the beam height of edge beams that go from the center of the field to Aperture edge run; the main jet height is the jet height of Main rays that run along the field edge and the optical axis in the Cut the area of the aperture. Coming as fields close to the field in particular the area of the image plane, the area of the object plane and, in the case of a system with at least one real intermediate image, the Area of the intermediate image plane into consideration.

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. The angle selective filtering according to the invention causes the radiation incident on an optical filter element from that of Filter element emitted radiation depending on the angle of incidence distinguishes the radiation in a defined manner, the Difference can be described using the filter function. An angle selective Filter element can be designed as a transmission filter to the to act through radiation passing through the filter element. It is also possible to use angle-selective filter elements as reflection filters design which, for example, light that at large angles of incidence noticeable, reflect more than light, which is small Angles of incidence is noticeable. Preferred embodiments are more angle-selective Filter elements are designed as transmission filters with an angle of incidence incident radiation-dependent transmission function is formed.

Bei einer Weiterbildung wird eine radialsymmetrische Pupillen- Filterfunktion F_p = f(r_p) vorgegeben, wobei r_p eine Radialkoordinate in der Pupillenebene bezüglich einer Achse ist, die normalerweise mit der optischen Achse des Abbildungssystems zusammenfällt. Die Berechnung der zugehörigen, winkelabhängigen Filterfunktion F_f = f(α) für einen feldnahen Bereich erfolgt unter Verwendung der Gleichung r_p = sin(α)/NA, wobei α 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 Retikel als Funktion des Einfallswinkels α beeinflusst wird. In a further development, a radially symmetrical pupil filter function F _p = f (r _p ) is specified, where r _{p is} a radial coordinate in the pupil plane with respect to an axis that normally coincides with the optical axis of the imaging system. The calculation of the associated, angle-dependent filter function F _f = f (α) for an area close to the field is carried out using the equation r _p = sin (α) / NA, where α is the angle of incidence of a light beam in the area of the field plane near the filter and NA is the numerical one Is the aperture of the imaging system in the area of this field level. This field level can be the image level or the object level, or an intermediate image level in systems with a real intermediate image. In this way it is e.g. B. possible to influence the pupil transmission radially symmetrically, if the transmission in the area of a wafer-near, last objective surface or an object-near surface on the objective or reticle is influenced as a function of the angle of incidence α.

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 Inzidenzwinkeln 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. Embodiments in which the angle selective filtering in the area of a field level of the imaging system in the way is that a transmittance for small incidence angles is smaller than for large incidence angles. In particular, the Transmittance from small incidence angles to large incidence angles in increase substantially continuously. Since small incidence angles in field near field correspond to rays that are close to the pupil run along the optical axis, this angle dependence corresponds to their effect a pupil filter in the area of the optical axis has a lower transmission than in outer edge areas the pupil. This corresponds to a pupil apodization with a Darkening of the central area near the axis, such as that used for Increasing the depth of field when imaging contact holes is advantageous. With a corresponding reflective filter element could the reflectance increases from small to large incidence angles.

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. The angle selective filtering can be sufficiently close to one in each Field level. In one Imaging system in which one or The angle-selective can create several real intermediate images Filtering e.g. B. be carried out in or near an intermediate image plane. It is also possible to filter in the area of the object level make. A corresponding coating can be used for this purpose, for example provided on an entry plate or a first lens element his. When using so-called hard pellicles, the pellicle can also be used an appropriate filter layer may be attached. It is favorable if the angle-selective filtering is carried out in the area of the image plane, so that the radiation changed by filtering is not optical Components of the imaging system has to go through more. In this This is the case for the location of the image (image plane) Angle spectrum adjustable with great accuracy. It is particularly cheap if the angle-selective filter is closest to the image plane, last optical element of the imaging system this last optical element is formed. For example, it can Angle-selective filters include an interference filter layer, which on one of the last optical surfaces of the Imaging system is attached.

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. To easily switch between filter elements with To enable different filter functions is advantageous Developments provided, the angle-selective filter interchangeable to the to couple optical imaging system. For example, a angular selective coating that causes pupillary apodization on the Image-side exit surface of an interchangeable end element to be appropriate. It can be an interchangeable, plane-parallel Act end plate. In any case, it is favorable if the effective filter layer of the filter on a flat or only slightly curved surface is applied to a uniform, To ensure angle-selective effect over the entire filter area.

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. It is possible that the angle-selective filter element has its own Socket has, for example, with the help of screws Socket elements for the optical elements of the imaging system can be connected. It is also possible that the angle selective Filter element as the last optical element of the imaging system stunned and interchangeable with the penultimate optical element connected is. The connection can, for example, by starting respectively. These are particularly useful for replacing optical elements favorable method of attachment is described for example in EP 1 063 551, their disclosure content in this respect by reference to the content this description is made. The invention enables interchangeable filter elements so releasably and / or interchangeably on the To be arranged outside or in the vicinity of the projection lens, that an exchange without interfering with the interior of the imaging system is possible.

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. The invention is particularly advantageous in the case of dioptric, catadioptric or catoptic projection lenses for microlithography available. An angle-selective filtering in the immediate vicinity of the Wafer level (image level) is preferred. Alternatively or additionally, the Filtering can also be carried out in the area of another field level, z. B. the object level or an existing one Intermediate image plane. The invention is also applicable to other imaging systems suitable for example microscopes.

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. The above and other features go beyond the Claims also from the description and the drawings, the individual features each individually or in groups Form of sub-combinations in one embodiment of the invention and be realized in other fields and advantageous as well as for protective designs can present themselves.

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. 1 is a schematic representation of a groove formed as a wafer stepper microlithography projection exposure apparatus with a projection lens, which is equipped with an embodiment of an angle-selective filter element according to the invention;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des wafernahen Endbereichs des Projektionsobjektivs gemäß Fig. 1 mit Erläuterungen zur Filterfunktion bevorzugter, winkelselektiver Filterelemente; FIG. 2 is a schematic illustration of the end region of the projection objective according to FIG. 1 near the wafer with explanations of the filter function of preferred, angle-selective filter elements;

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Darstellung von Transmissionsgrad und Reflexionsgrad einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filterschicht als Funktion des Inzidenzwinkels für 157 nm Wellenlänge. Fig. 3 is a diagram to show transmittance and reflectance of an embodiment of a filter layer according to the invention as a function of the angle of incidence for 157 nm wavelength.

In Fig. 1 ist schematisch eine Mikrolithographie- Projektionsberichtungsanlage 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 λ ausstrahlt, die im Beispiel 157 nm beträgt und bei anderen Ausführungsformen auch darunter oder darüber, beispielsweise bei 193 nm oder 248 nm 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. In Fig. 1 a microlithography projection to rectification plant in the form shown is a wafer stepper 1 schematically, which is provided for the production of highly integrated semiconductor devices. The projection exposure system comprises an excimer laser 2 as the light source, which emits light with a working wavelength λ, which in the example is 157 nm and, in other embodiments, can also be below or above, for example 193 nm or 248 nm. A downstream lighting system 4 generates a large, sharply delimited and homogeneously illuminated image field which is adapted to the telecentricity requirements of the downstream projection lens 5 . The projection lens 5 is a preferred embodiment of an optical imaging system according to the invention. The lighting system has devices for selecting the lighting mode and can be switched, for example, between conventional lighting with a variable degree of coherence, ring field lighting and dipole or quadrupole lighting. A device 6 for holding and manipulating a mask 7 is arranged behind the lighting system such that the mask (reticle) lies in the object plane 8 of the projection objective and can be moved in this plane for scanner operation in a departure direction 9 (y direction) with the aid of a scanner drive is.

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. Behind the mask plane 8 follows the projection lens 5 , which acts as a reduction lens and images an image of the mask on a reduced scale, for example on a scale of 1: 4 or 1: 5, onto a wafer 10 covered with a photoresist layer, which is in the image plane 11 of the reduction lens 5 is arranged. Other embodiments which are designed for coarser initial structures, for example for maskless lithography, can have larger reductions, for example between 1:20 and 1:200. The wafer 10 is held by a device 12 which comprises a scanner drive in order to move the wafer in parallel with the reticle 7 . All systems are controlled by a control unit 13 .

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. The projection lens 5 is a catadioptric projection lens with geometric beam splitting. Between its object plane (mask plane 8 ) and its image plane (wafer plane 11 ), it has a catadioptric first objective part 15 with a concave mirror 16 , a geometric beam splitter 17 and behind this a dioptric second objective part 18 . The beam splitter 17 designed as a mirror prism has a flat first mirror surface 19 for deflecting the radiation coming from the object plane to the concave mirror 16 and a second mirror surface 20 for deflecting the radiation reflected by the concave mirror in the direction of the purely refractive second objective part 18 . The catadioptric lens part is designed in such a way that a freely accessible real intermediate image lies at a distance behind the second deflection mirror 20 in the region of an intermediate image plane 21 and is imaged into the image plane 11 by the subsequent lenses of the dioptric lens part. The optical axis 24 of the projection objective is folded on the mirror surfaces 19 , 16 and 20.

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. The last optical element of the projection lens 5 closest to the image plane 11 is formed by a plane-parallel end plate 30 , which is interchangeably attached to the lower end of the projection lens, protects the projection lens against contamination from the photoresist applied to the wafer and at the same time also seals the lens , The end plate 30, which is explained in more detail below, is designed as an angle-selective transmission filter element and has a plane-parallel substrate 31 made of a material which is transparent to the ultraviolet light used, for example quartz glass or calcium fluoride. A multilayer interference filter layer 32 is applied to the flat surface facing the wafer. This filter layer is at a distance of a few millimeters (working distance) in the immediate vicinity of the image plane. The opposite entrance surface can have an anti-reflective coating.

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 Fouriertransformiert 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. The object plane 8 , the intermediate image plane 21 and the image plane 11 are field planes of the imaging system 5 that are optically conjugated to one another. Between these lie flat pupil surfaces, which are Fourier transformed to the reticle plane 8 and the image plane 11 . A first, flat pupil surface 3 lies in the region of the imaging concave mirror 16 . The pupil level 22 following the intermediate image level 21, which is next to the wafer, is freely accessible. The adjustable system diaphragm (not shown) of the projection lens is located in this area.

Die Belichtungsanlage 1 ist zur Erzielung von Auflösungen von 0,1 µm 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 α 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 α in unmittelbarer Nähe der Bildebene 11 und Pupillenradius r_p folgt im wesentlichen der Gleichung

r_p = sin(α/NA), (1)

wobei NA die bildseitige numerische Apertur des Objektivs ist. The exposure system 1 is designed to achieve resolutions of 0.1 μm or below and high throughput rates and has an image-side numerical aperture (NA) between approximately 0.65 and approximately 0.85 or higher. The high numerical apertures require that radiation 11 passes in the vicinity of the image plane of a large incidence angle range to the image plane. 11 The angle of incidence α here is the angle between the direction of incidence 25 of a light beam and the optical axis 24 ( FIG. 2). For a system with NA = 0.8, the incidence angles run from 0 ° to approx. 53 °. The angular spectrum of the rays running to the image plane 11 in the vicinity of the image plane 11 can be directly transmitted in pupil coordinates, ie in spatial coordinates in the area of the nearest pupil surface 22 . In natural units, the pupil is a circle with radius 1 . The translation between the angle of incidence α in the immediate vicinity of the image plane 11 and the pupil radius r _p essentially follows the equation

r _p = sin (α / NA), (1)

where NA is the numerical aperture of the objective on the image side.

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 193 nm, Kontaktlochdurchmesser von 100 nm 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. 120 nm und mit Filter ca. 480 nm beträgt. Mit Phasenschiebemasken ist unter diesen Randbedingungen aufgrund der sidelobes ohne Filter überhaupt kein Prozess realisierbar, während mit Filter ebenfalls Schärfentiefen um ca. 480 nm erreichbar sind. Die Filterung bewirkt somit eine entscheidende Vergrößerung des Prozessfensters. For such high aperture systems, the mapping of isolated contact holes is becoming increasingly difficult. Are z. B. uses pure chrome masks, the depth of field or depth of field (DOF) can be so small that a process suitable for production is no longer possible. If suitable phase-shifting masks (PSM) are used, depth of field and contrast can be increased if necessary, but so-called sidelobes are also visible, for example, in addition to the desired contact holes due to the depiction of secondary maxima. It has been shown that contrast and depth of field can be increased without annoying sidelobes if 22 local frequencies in the area of the pupil that are below a certain threshold (limit radius) can be masked out in the area of the pupil, i.e. if the pupil is in the Darkens middle. An estimate of this effect for a system with NA = 0.85, a working wavelength of 193 nm, contact hole diameter of 100 nm and a degree of coherence of the lighting system of approx. 0.4 shows that with a radius of the central obscuration of approx. 0.7 ( in units of NA) the depth of field when using chrome masks without filter is approx. 120 nm and with filter approx. 480 nm. Under these boundary conditions, no phase process can be realized with phase shift masks due to the sidelobes without filter, while depths of focus of around 480 nm can also be achieved with filters. The filtering causes a decisive enlargement of the process window.

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 α eingestellt, d. h. T = f(α). Dabei erfolgt die Berechnung der winkelabhängigen Filterfunktion nach Vorgabe einer gewünschten Pupillen-Filterfunktion F_p für den Bereich der Pupille 22. The optical filtering described, which as a result corresponds to a central obscuration in the region of the pupil 22 , is brought about in the embodiment shown by the end plate 30 , which is arranged near the field and is designed as an angle-selective filter element. An angle-selective filter element is an optical filter here, the filter function of which is optimized specifically as a function of the angle of incidence of the radiation impinging on the filter. In the case of the transmissive transmission filter 30 shown , the transmittance T is set as a function of the angle of incidence α, ie T = f (α). The angle-dependent filter function is calculated according to the specification of a desired pupil filter function F _p for the area of the pupil 22 .

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist es gewünscht, die Pupillentransmission T_p radialsymmetrisch zu beeinflussen, d. h. T_p = f(r_p), wobei r_p die Radialkoordinate in der Pupillenebene 22 ist. Die erläuterte zentrale Obskuration der Pupille entspricht dabei einem Verlauf der Pupillentransmission T_p, bei dem diese nahe der optischen Achse (r_p = 0) gering ist und zum Rande der Pupille, d. h. zu größeren Radien r_p 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 T_f an diesem feldnahen Ort gezielt als Funktion des Inzidenzwinkels α eingestellt, d. h. T_f = f(α), 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 T_f (α) 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 Inzidenzwinkel (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. In the exemplary embodiment shown, it is desired to influence the pupil transmission T _p radially symmetrically, ie T _p = f (r _p ), where r _{p is} the radial coordinate in the pupil plane 22 . The explained central obscuration of the pupil corresponds to a course of the pupil transmission T _p , in which it is low near the optical axis (r _p = 0) and ideally increases continuously to the degree of transmission near the edge of the pupil, ie to larger radii r _p 1 (see Fig. 2 (a)). In order to achieve this effect, in the embodiment shown an angle-selective filtering is carried out in the immediate vicinity of the field plane 11 with the aid of the filter layer 32 of the filter element 30 . The transmission T _f at this location close to the field is specifically set as a function of the angle of incidence α, ie T _f = f (α), the conversion being carried out using equation (1). It follows from this that the transmission profile shown schematically in FIG. 2 (a) in the area of the pupil 22 corresponds to the transmission profile T _f (α) shown schematically in FIG. 2 (b) in the area of the field plane 11 . The transmission characteristic of a suitable, angle-selective filter element to be installed close to the field is generally such that the transmittance is lower for small incidence angles (axis-parallel or nearly axis-parallel radiation) than for large incidence angles (oblique radiation). In the area of small incidence angles, for example between 0 ° and approx. 10 °, the transmittance can be below 50%, while in the area above approx. 20 ° it can be above 50%. In particular, it can be the case that the transmittance from small to large incidence angles increases continuously, for example more or less linearly. For high incidence angles, for example greater than 30 ° or 40 °, the transmittance should increase to 80% or more in order to have a sufficient light intensity overall for image formation. Since small incidence angles in the vicinity of the wafers correspond to axes near the axis, this angle selectivity corresponds to a pupil filter with a comparatively low transmission in the region of the optical axis.

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. The filter effect required for central pupil obscuration low transmission for small and high transmission for large Incidence angle differs significantly from the effect more common Anti-reflective coatings, which are usually optimized so that they At least for small incidence angles, a strong reflex reduction (and thus increase transmission), whereby normally the Reflection reduction effect at higher incidence angles, so that for higher incidence angles there is less transmission than at small incidence angles.

Das Filterelement 30 hat ein planparalleles, plattenförmiges Substrat 31, weiches 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 157 nm) 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 2 W/cm² laserstabil, hat im Beispiel dreiunddreißig Schichten und eine Gesamtdicke von ca. 736 nm. Die Schichten sind durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) in Vakuum auf das Substrat 31 aufgebracht. Zur Belegung kann auch jede andere geeignete Technik verwendet werden. The filter element 30 has a plane-parallel, plate-shaped substrate 31 , which consists of crystalline calcium fluoride and, in other embodiments, can also consist of a different crystalline fluoride material or synthetic quartz glass. On the surface of the plate 31 , which in the installed state of the filter element 30 faces the nearest field level (image level 11 ), a multi-layer filter layer 32 is applied with several layers one above the other, each of which consists of a dielectric material that is transparent to the ultraviolet light used. The layer materials are alternately high refractive index and low computation, a high refractive index material having a higher refractive index than the refractive index of the other layer material. In the example, the refractive index of the substrate material (n = 1.56 at 157 nm) lies between the refractive index of the high-index layer material (n = 1.76) and that of the low-index layer material (n = 1.51). Lanthanum fluoride (LaF ₃ ) is used as the high-index material and magnesium fluoride (MgF ₂ ) as the low-index material. The layer system is laser-stable to at least 2 W / cm ^{2 with} respect to the radiation used, in the example has thirty-three layers and a total thickness of approximately 736 nm. The layers are applied to the substrate 31 by physical vapor deposition (PVD) in vacuum. Any other suitable technique can also be used for the assignment.

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 | 17,1 L | 24,9H | 19,2L | 25,5H | 21,9L | 25,7H | 23,1L | 25,7H | 23,5L | 25,9H | 23,5L | 26,0H | 22,8L | 26,3H | 19,9L | 17,8H mit H = LaF₃ und L = MgF₂ The layer structure of a preferred layer system can be represented with the following notation.
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 | 17.1 L | 24.9H | 19.2L | 25.5H | 21.9L | 25.7H | 23.1L | 25.7H | 23.5L | 25.9H | 23.5L | 26.0H | 22.8L | 26.3H | 19.9L | 17.8H with H = LaF ₃ and L = MgF ₂

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 21,8 nm Schichtdicke. Der Buchstabe (L) steht für ein niedrigbrechendes Material. In this notation, S denotes the substrate, a vertical line (|) an interface and the indication 21 , 8 H a layer made of a highly refractive material (H) with a layer thickness of 21.8 nm. The letter (L) stands for a low refractive index material.

Als alternative Schichtmaterialien können für 157 nm beispielsweise GdF₃ (hochbrechend), AlF₃ oder Na₃AlF₆ (niedrigbrechend) verwendet werden, bei 193 nm zusätzlich auch Al₂O₃ (hochbrechend) oder SiO₂ (niedrigbrechend). As alternative layer materials, for example GdF ₃ (high refractive index), AlF ₃ or Na ₃ AlF ₆ (low refractive index) can be used for 157 nm, in addition also Al ₂ O ₃ (high refractive index) or SiO ₂ (low refractive index) at 193 nm.

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 α 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 α = 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 α = 0° ca. 80% und fällt weitgehend linear auf ca. 10% bei α = 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. Essential optical properties of the layer system shown are explained with the aid of the diagram in FIG. 3. There the transmittance T (in%) and the reflectance R (in%) of the layer system are shown as a function of the angle of incidence α of the incident electromagnetic radiation. The solid line represents the transmittance T, the dashed line the reflectance R. It can be seen that the transmittance for radiation incident parallel to the axis (incidence angle α = 0 °) is below approx. 20% and with increasing incidence angle up to a value of approx 80% increases linearly at a = 50 °. The degree of reflection R essentially has the opposite course. It is approx. 80% at α = 0 ° and falls largely linearly to approx. 10% at α = 50 °. With this angle-dependent transmission of the coating, the pupil apodization can be influenced in a radially symmetrical manner in such a way that the pupil is darkened in the center and there is a high transmission of more than 80% in the edge region. As a result, pupil spatial frequencies below a certain radius limit value (corresponding to rays with a small angle of incidence in the area near the image plane 11 ) can be masked out to a greater or lesser extent, so that, for example, undeflected light can be blocked. The more diffracted light occurring at the edge of the pupil, on the other hand, can pass through the optical system largely uninhibited, since the transmission is high for the edge region of the pupil (correspondingly large incidence angles in the region near the wafer plane 11 ).

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. With the aid of the invention, the optical filtering, which is advantageous for an expansion of the process window, can be carried out with a filter element 30 , which can be easily replaced without interfering with the interior of the optical system, since it is the last optical element of the projection lens. It may optionally have a separate frame, which can be detachably connected to frames of the objective lenses, for example by means of screws. A frame-free attachment to the exit surface of a last lens or plate of the projection lens is also possible. An exchangeable filter element offers the possibility to easily adapt the filter function to the structure to be imaged. If necessary, the filtering can also be carried out directly on the substrate to be exposed. For this purpose, e.g. B. a filter layer corresponding effect can be applied to the photoresist.

Claims

1. A method for imaging a pattern attached in the object plane of an optical imaging system into the image plane of the imaging system with the aid of an imaging system in which between the object plane and the image plane a plurality of optical elements arranged along an optical axis and at least one to a field plane of the Fourier imaging system -transformed pupil plane is arranged, wherein during the imaging an optical filtering of the light passing through the imaging system is carried out, the method with the following steps:
Specification of a desired, location-dependent pupil filter function F _p for the area of the pupil plane as a function of pupil location coordinates;
Calculating an angle-dependent filter function F _f corresponding to the pupil filter function F _p for the area of a field plane of the imaging system transformed to the pupil plane Fourier as a function of incidence angles in the area of the field plane;
Angle-selective filtering according to the angle-dependent filter function F _f in the field level.

2. The method of claim 1, wherein the angle selective filtering performed in the area of the image plane of the imaging system becomes.

3. The method according to claim 1 or 2 with the following steps:
Specification of a radially symmetrical pupil filter function F _p = f (r _p ), where r _{p is} a radial coordinate in the pupil plane;
Calculation of an associated angle-dependent filter function F _f = f (α) for an associated field-near area.

4. The method according to claim 3, in which the calculation of the angle-dependent filter function is carried out using the equation r _p = sin (α / NA), where α is the angle of incidence of a light beam in the region of the field plane and NA is the numerical aperture of the imaging system in the region of Is field level.

5. The method according to any one of the preceding claims, in which the angle-selective filtering in the area of the field level in the Way that is carried out with a transmission filter Transmittance is smaller for small incidence angles than for large angle of incidence, or that with a reflection filter Reflectance is smaller for smaller incidence angles than for large ones Incidence angle.

6. The method of claim 5, wherein the angle selective filtering is carried out in such a way that with a transmission filter a transmittance or in the case of a reflection filter Reflectance in the area of the field plane from small incidence angles to large incidence angles increases substantially continuously.

7. The method according to any one of the preceding claims with the following steps:
Provision of a first angle-selective filter with a first angle-dependent filter function;
Provision of at least one second angle-selective filter with a second angle-dependent filter function that differs from the first angle-dependent filter function;
Exchange of the first angle-selective filter for the second angle-selective filter depending on the properties of a pattern to be imaged by the imaging system.

8. The method of claim 7, wherein the exchange of Filter elements without interfering with the interior of the imaging system is carried out.

9. Optical imaging system for imaging a pattern arranged in the object plane of the imaging system in the image plane of the imaging system, wherein a plurality of optical elements arranged along an optical axis and at least one pupil plane transformed to a field plane of the imaging system is arranged between the object plane and the image plane and wherein the imaging system has at least one angle-selective filter element which is arranged in the region of a field plane of the imaging system and has an angle-dependent filter function F _f which corresponds to a desired pupil filter function F _p for the region of the pupil plane.

10. The imaging system as claimed in claim 9, in which the angle-selective filter element has an angle-dependent filter function F _f = f (α) which is radially symmetrical about an axis, where α is an incidence angle of radiation impinging on the filter element.

11. The optical imaging system as claimed in claim 9 or 10, in which the angle-dependent filter function of the angle-selective filter is set such that in the case of a transmission filter Transmittance of the filter is smaller for small incidence angles than for large incidence angles or that with a reflection filter the reflectance is smaller for small incidence angles than for large angle of incidence.

12. The optical imaging system of claim 11, wherein the angle-dependent filter function of the angle-selective filter in such a way is set that the transmission filter Transmittance or, in the case of a reflection filter, the reflectance of essentially small incidence angles to large incidence angles is continuously increasing.

13. The imaging system according to one of claims 9 to 12, in which the angle selective filter element near the image plane of the Imaging system is arranged.

14. The imaging system as claimed in one of claims 9 to 13, in which one of the image elements, the last optical element of the Imaging system is designed as an angle-selective filter element.

15. The imaging system as claimed in one of claims 9 to 14, in which the angle-selective filter element an interference filter layer comprises, which on a last facing the image plane optical surface of the imaging system is attached.

16. The imaging system according to any one of claims 9 to 15, in which the angle-selective filter element interchangeable with the optical Imaging system is coupled.

17. The imaging system according to one of claims 9 to 16, in which the optical filter element without interfering with the inside of the Imaging system is interchangeable.

18. The imaging system as claimed in one of claims 9 to 17, in which the angle-selective filter element essentially one plane-parallel, transparent plate, which on at least one Plate surface with an angle-selective interference filter layer is coated.

19. The imaging system as claimed in one of claims 9 to 18, in which the angle-selective filter element is essentially flat has an optical surface on which an angle-selective interference Filter layer is applied.

20. The imaging system as claimed in one of claims 9 to 19, in which the angle-selective filter element as the last optical element of the imaging system free of interchangeability and interchangeable with penultimate optical element of the imaging system connected is.

21. Angle-selective filter element for ultraviolet light with a filter function F _f = f (α) dependent on the incidence angle α of the incident radiation, with a substrate in which a transmitting interference multilayer system with several superimposed layers of high-index or low-index material is applied to at least one surface. the multilayer system being designed such that a transmittance of the filter element is smaller for small incidence angles than for large incidence angles.

22. Angle-selective filter element for ultraviolet light with a filter function F _f = f (α) dependent on the incidence angle α of the incident radiation, with a substrate in which a reflective interference multilayer system with several superimposed layers of high-index or low-index material is applied to at least one surface. the multilayer system being designed such that the reflectance of the filter is smaller for small incidence angles than for large incidence angles.