DE69132110T3

DE69132110T3 - Verfahren und vorrichtung zur belichtung

Info

Publication number: DE69132110T3
Application number: DE69132110T
Authority: DE
Inventors: Naomasa Urawa-shi SHIRAISHI
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-08-21
Filing date: 1991-08-19
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2011-08-20
Also published as: EP0496891B1; WO1992003842A1; HK1017823A1; DE69132110T2; DE69132110D1; EP0496891A1; US6233041B1; EP0496891A4; EP1128219A3; EP1128219A2; EP0496891B2; JP2995820B2; JPH04101148A

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Belichtungsverfahren und ein Gerät zur Übertragung eines feinen Musters einer Maske auf ein Substrat unter Verwendung einer Projektor-Belichtungsvorrichtung einschließlich eines optischen Beleuchtungssystems zur Beleuchtung der Maske und eines optischen Projektionssystems zum Projizieren eines Bildes des Musters der beleuchteten Maske auf das Substrat.
[Stand der Technik]
Das Verfahren der Übertragung eines Musters einer Maske auf ein Substrat mittels photolithographischer Techniken findet bei der Herstellung von Halbleiterspeicher- und Flüssigkristallbauteilen allgemein Verwendung. In diesem Fall wird das zur Belichtung verwendete Licht, z.B. ultraviolettes Licht, auf das mit einer Photoresistschicht überzogene Substrat gerichtet, auf das durch eine mit einem Muster versehene Maske das Muster der Maske photographisch übertragen wird.
Die üblichen feinen Maskenmuster für Halbleiterspeicherbauteile, Flüssigkristallbauteile usw. bestehen aus regelmäßigen Gittermustern, welche in gleichen vertikalen oder seitlichen Abständen angeordnet sind.
In anderen Worten, bei Maskenmustern dieser Art wird der dichteste Bereich des Musters durch ein Gittermuster gebildet, welches sich aus gleichmäßig beabstandeten transparenten und undurchsichtigen Linien zusammensetzt, die abwechselnd in X- und/oder in Y-Richtung angeordnet sind, um die möglichst geringe Linienbreite zu erzeugen, die auf dem Substrat gebildet werden kann, während der restliche Bereich durch ein Muster mit einem vergleichsweise niedrigen Feinheitsgrad gebildet wird. Des Weiteren ist in jedem Fall ein schräges Muster außergewöhnlich.
Weiterhin weist das gewöhnliche Photoresist-Material eine nicht lineare Reaktion auf Licht auf, so dass eine einen bestimmten Wert übersteigende Lichtmenge dazu führt, dass sich chemische Veränderungen schnell vollziehen, während diese chemischen Veränderungen praktisch nicht stattfinden, wenn die empfangene Lichtmenge unter diesem Wert liegt. Die Folge ist der Hintergrund, dass mit dem projizierten Bild des Maskenmusters auf dem Substrat, wenn der Unterschied in der Lichtmenge zwischen den hellen und den dunklen Bereichen auf zufriedenstellende Weise sichergestellt wird, auch wenn der Kontrast der Grenze zwischen den hellen und den dunklen Bereichen mehr oder weniger schwach ist, das gewünschte Resistbild als Maskenmuster erzielt werden kann.
Mit der jüngsten Tendenz zu feineren Mustern für Halbleiterspeicher- und Flüssigkristallbauteile, werden häufig Projektor-Belichtungsvorrichtungen wie z.B. ein Stepper zur Übertragung eines Maskenmusters auf ein Substrat mittels Reduktionsprojektion eingesetzt, und ein besonderes ultraviolettes Licht mit kürzerer Wellenlänge und engem Wellenlängenverteilungsbereich findet Verwendung zur Belichtung. In diesem Fall liegt der Grund zur Reduzierung des Wellenlängenverteilungsbereiches in dem Ausschalten jeglicher Verschlechterung der Bildqualität eines projizierten Bildes aufgrund der chromatischen Aberrationen des optischen Projektionssystems in der Belichtungsvorrichtung und der Grund für die Wahl einer kürzeren Wellenlänge liegt darin, den Kontrast des projizierten Bildes zu verbessern. Jedoch ist die tatsächliche Situation so, dass dieser Versuch, die Wellenlänge des Bestrahlungslichtes zu reduzieren, seine Grenzen im Hinblick auf die Forderungen nach feineren Maskenmustern erreicht hat, z.B. die Projektionsbelichtung von Linienbreiten in Submikrometerbereich mangels geeigneter Lichtquellen, sowie wegen der Einschränkungen betreffend Linsen- und Abdeckmaterial, usw.
Im Falle eines solchen feineren Maskenmusters nähert sich der erforderliche Wert für die Auflösung (Linienbreite) des Musters der Wellenlänge des Arbeitslichtes, so dass die Auswirkung des gebeugten Lichts, welches durch die Übertragung des Arbeitslichtes durch das Maskenmuster erzeugt wird, nicht vernachlässigt werden kann und es schwierig ist, einen zufriedenstellenden Hell-Dunkel-Kontrast des projizierten Maskenmusters auf dem Substrat herzustellen, wodurch sich insbesondere der Hell-Dunkel-Kontrast der Linienränder des Musters verschlechtert.
Mit anderen Worten, während die an verschiedenen Punkten des Maskenmusters durch das von oben auf die Maske einfallende Arbeitslicht erzeugten Strahlen nullter Beugungsordnung, der +/–ersten Beugungsordnung, der +/–zweiten Beugungsordnung sowie höherer Ordnung jeweils an den entsprechenden Beugungspunkten auf dem Substrat zur Bilderzeugung durch das optische Projektionsgerät zusammenlaufen, werden die Beugungswinkel der Strahlen der +/–ersten Beugungsordnung, der +/–zweiten Beugungsordnung und höherer Ordnung weiter vergrößert im Vergleich zu dem Strahl der nullten Beugungsordnung und fallen bei feineren Maskenmustern mit kleineren Winkeln auf das Substrat ein, wodurch insofern ein Problem entsteht, dass die Tiefenschärfe des projizierten Bildes beträchtlich vermindert ist und ausreichende Belichtungsenergie nur auf einen Teil der Schichtstärke der Resistschicht übertragen wird.
Um ein derartiges Nachlassen in der Tiefenschärfe in den Griff zu bekommen, wird in der offen gelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-50417 (Offenlegung am 20. Februar 1990) ein Verfahren offenbart, bei welchem eine Blendenöffnung konzentrisch mit der optischen Achse des optischen Beleuchtungsgerätes und des optischen Projektionsgerätes angeordnet wird, um die Einfallswinkel des Arbeitslichtes auf die Maske zu begrenzen, und bei welchem die Blendendurchmesser in Übereinstimmung mit dem Maskenmuster justiert werden, wodurch die Tiefenschärfe sichergestellt wird, während der Hell-Dunkel-Kontrast des projizierten Bildes auf dem Substrat erhalten bleibt. Jedoch sogar im Falle dieses bekannten Verfahrens sind die Beugungswinkel von Strahlen der +/–ersten Beugungsordnung und höherer Ordnung noch groß im Vergleich zu einem Strahl nullter Beugungsordnung, der im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Substrats auftrifft, was heißt, dass praktisch alle außerhalb des Arbeitsbereiches der Projektionslinse auftreffen, wodurch auf dem Substrat nur ein projiziertes Bild des Musters der Maske erzeugt wird, welches im Wesentlichen nur aus Strahlen nullter Ordnung zusammengesetzt ist und einen schwachen Kontrast hat.
Und obwohl in diesem Fall die Möglichkeit besteht, dass ein Teil der Strahlen der +/–ersten Beugungsordnung in das Arbeitsfeld der Projektionslinse kommt und das Substrat erreicht, fällt dieser Teil der Strahlen der +/–ersten Beugungsordnung im Gegensatz zu den vertikal auf das Substrat fallenden Strahlen nullter Beugungsordnung unter einem kleineren Winkel auf das Substrat, und daher muss darauf hingewiesen werden, dass eine befriedigende Tiefenschärfe immer noch nicht erreicht wird.
Andererseits wird im U.S. Patent Nr. 4.947.413 , erteilt an T.E. Jewell et al, ein lithographisches Verfahren offenbart, in welchem eine abseits der optischen Achse angeordnete Arbeitslichtquelle benutzt wird, und eine Interferenz des Strahles nullter Beugungsordnung sowie eines Strahles der +/–ersten Beugungsordnung von einem Maskenmuster durch Verwendung einer Raumfilter-Bearbeitung in der Fourier-Transformationsebene innerhalb eines optischen Projektionsgerätes ermöglicht wird, wobei auf dem Substrat ein Musterbild mit scharfem Kontrast und hohem Auflösungsgrad erstellt wird. Bei diesem Verfahren jedoch muss die Arbeitslichtquelle abseits der optischen Achse angeordnet werden, wobei das Licht schräg auf die Maske einfällt, und deswegen sowie auch, weil der Strahl nullter Beugungsordnung und ein Strahl der +/–ersten Beugungsordnung sich einfach überlagern, ist der aus der Überlagerung resultierende Hell-Dunkel-Kontrast an den Rändern des Musterbildes in Folge der ungleichgewichtigen Lichtmengendifferenz zwischen dem Strahl nullter Ordnung und dem der +/–ersten Ordnung immer noch unbefriedigend.
[Offenbarung der Erfindung]
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Projektor-Belichtungsverfahren und ein entsprechendes Gerät zu schaffen, welche so ausgebildet sind, dass das projizierte Bild einen ausreichenden Hell-Dunkel-Kontrast aufweist und das feine Maskenmuster der gewöhnlichen Maske, die keine Phasenverschiebungsvorrichtung aufweist, mit großer Tiefenschärfe auf das Substrat übertragen wird, und insbesondere ist es Zweck der Erfindung, die Tatsache vorteilhaft zu nutzen, dass das Arbeitslicht eine enge Wellenlängenverteilung hat, dass das Maskenmuster im Wesentlichen als optisches Gitter betrachtet werden kann, dass das Resistmaterial eine nicht-lineare Lichtreaktion in Bezug auf das zugeführte Licht aufweist und so weiter, wie vorher schon erwähnt, um so bei gleicher Wellenlänge des Arbeitslichtes ein Resistbild mit feinerem Maskenmuster zu erzeugen. Die Lösung ist in den Ansprüchen 1 und 3 beschrieben.
In Übereinstimmung mit der grundsätzlichen Idee der vorliegenden Erfindung wird, im Falle, dass ein Belichtungsgerät, bestehend aus einem optischen Beleuchtungssystems zur Beleuchtung einer zumindest teilweise mit einem feinen Muster versehenen Maske mit dem Arbeitslicht und einem optischen Projektionssystem zur Projektion des Bildes des beleuchteten feinen Musters auf ein Substrat, um das feine Maskenmuster auf das Substrat zu übertragen, benutzt wird, das Arbeitslicht von mindestens zwei Punkten mit definierten Einfallswinkeln in schräg gegenüberliegender Form auf die Maske gerichtet, so dass der Strahl nullter Beugungsordnung und einer der beiden vom feinen Muster durch die schräg beleuchtenden Strahlen erzeugten gebeugten Strahlen ±1. Ordnung entsprechend auf optischen Wegen verlaufen, die mit Bezug auf das feine Maskenmuster wesentlich im gleichen Abstand von der optischen Achse des optischen Projektionssystems an oder in der Nähe der Fourier-Transformationsebene innerhalb des optischen Projektionssystems verlaufen, um so auf dem Substrat im Wesentlichen durch einen der gebeugten Strahlen ±1. Ordnung oder nullter Beugungsordnung ein projiziertes Bild des feinen Musters abzubilden. In diesem Falle erreichen die anderen unerwünschten Strahlen, außer den gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und nullter Beugungsordnung, das Substrat nicht in wesentlichem Umfang. Als optische Mittel für diesen Zweck werden Raumfilterelemente in das optische Beleuchtungssystem und möglicherweise zusätzlich in das optische Projektionssystem eingebaut. Weiterhin kann das optische Beleuchtungssystem so konstruiert werden, dass das Arbeitslicht entlang der optischen Achse geführt wird, wobei das optische Beleuchtungssystem ein optisches Bauelement, z. B. eine Kondensorlinse enthält, die so auf der Seite der Maske angeordnet ist, dass das Arbeitslicht unter den vorgegebenen Einfallswinkeln auf die Maske fällt.
Entsprechend einem bevorzugten Aspekt dieser Erfindung besteht ein Belichtungsgerät aus einem optischen Beleuchtungssystem zur Anstrahlung einer Maske mit einem Arbeitslicht, einem optischen Projektionssystem zur Projektion eines Bildes des feinen Musters der beleuchteten Maske auf ein Substrat, und einem auf oder in der Nähe der Fourier-Transformationsebene innerhalb des optischen Beleuchtungssystems und möglicherweise des optischen Projektionssystems mit Bezug auf das feine Maskenmuster angeordneten Raumfilterelement; das Raumfilterelement beinhaltet mindestens zwei Fensterelemente, die jeweils durch einen unabhängig begrenzten Bereich mit einer vergleichsweise größeren Lichtübertragung als die Umgebung in einer von der optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems und möglicherweise des optischen Projektionssystems, in welchem es eingebaut ist, abweichenden Position definiert sind. Die Fourier-Transformationsebene, in der das Raumfilterelement angeordnet ist, ist z.B. in einer Position angeordnet, die praktisch der Pupillenebene des optischen Beleuchtungssystems entspricht, der konjugieren Ebene der oben genannten Pupillenebene oder der Pupillenebene des optischen Projektionssystems, und das Raumfilterelement kann in mindestens einer dieser Positionen angeordnet werden.
In Übereinstimmung mit einem anderen bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt das Raumfilterelement zwei Fensterelemente an im Wesentlichen symmetrischen Positionen zur optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems und möglicherweise des optischen Projektionssystems, in dem es angeordnet ist, ein.
In Übereinstimmung mit einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl der Fensterelemente in dem Raumfilterelement 2n (n ist eine natürliche Zahl). Ferner ist das Fensterelement vorzugsweise an jeder von mehreren Positionen angeordnet, die in Übereinstimmung mit dem Fourier-Transformationsmuster des feinen Musters bestimmt werden.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das optische Beleuchtungssystem einen optischen Integrator, z.B. eine Fliegenaugenlinse, in welchem Falle das Raumfilterelement in einer Position nahe des Ausgangsendes des optischen Integrators angeordnet ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist der Teil des Raumfilterelements ohne die Fensterelemente allgemein als dunkler oder lichtabdeckender Teil ausgebildet, dessen Lichtübertragung 0% beträgt; alternativ wird er als lichtdämpfender Teil mit einer vorgegebenen Lichtübertragung, die niedriger ist als die der Fensterelemente, ausgeführt.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Raumfilterelement innerhalb des optischen Beleuchtungssystems angeordnet und die Positionen seiner Fensterelemente werden so ausgewählt, dass einer der gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und ein Strahl nullter Beugungsordnung aus jedem Fensterelement entsprechend durch Positionen verlaufen, die sich praktisch im gleichen Abstand von der optischen Achse des optischen Projektionssystems oder in der Nähe der Fourier-Transformationsebene innerhalb des optischen Projektionssystems mit Bezug auf das feine Maskenmuster befinden.
In Übereinstimmung mit einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Raumfilterelement innerhalb des optischen Beleuchtungssystems angeordnet und umfasst das Raumfilterelement ein erstes und ein zweites Fensterelement, die ein symmetrisches Paar mit Bezug auf die optische Achse des optischen Beleuchtungssystems bilden, wobei die Positionen des ersten und zweiten Fensterelementes so bestimmt werden, dass die zwei gebeugten Strahlen, d.h. einer der durch Bestrahlung des feinen Musters mittels des Arbeitslichtes, welches die Maske über das erste Fensterelement erreicht, erzeugten gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und nullter Beugungsordnung und zwei weitere gebeugte Strahlen, d.h. einer der durch Bestrahlung des feinen Musters mittels des Arbeitslichtes, welches die Maske über das zweite Fensterelement erreicht, erzeugten gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und nullter Beugungsordnung, alternativ so über die ersten und zweiten optischen Pfade, die sich praktisch im gleichen Abstand von der optischen Achse des optischen Projektionssystems an Positionen bei oder in der Nähe der Fourier-Transformationsebene innerhalb des optischen Projektionssystems befinden, was bedeutet, dass einer der vom Arbeitslicht durch das erste Fensterelement kommenden gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und der vom Arbeitslicht durch das zweite Fensterelement kommende Strahl nullter Beugungsordnung zum Beispiel über den ersten optischen Pfad geführt werden, und dass einer der vom Arbeitslicht durch das zweite Fensterelement kommenden gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und der vom Arbeitslicht durch das erste Fensterelement kommende Strahl nullter Beugungsordnung zum Beispiel über den zweiten optischen Pfad geführt werden.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält das Belichtungsgerät ein Antriebselement zur Verstellung von mindestens einer Winkelposition der Fensterelemente und ihres Abstandes zur optischen Achse zwecks Anpassung und Wechsel in Übereinstimmung mit dem feinen Maskenmuster. Wenn das Raumfilterelement lichtabdeckende Scheiben oder lichtdämpfende Scheiben einschließlich einer Anzahl von Fensterelementen enthalten, gehört zu dem Antriebselement ein Mechanismus, mit dem die lichtabdeckende Scheibe oder die lichtdämpfende Scheibe durch Fensterelemente an verschiedenen Positionen ersetzt werden kann, wohingegen, falls das Raumfilterelement ein elektrooptisches Element enthält, das in der Lage ist, begrenzte Flächen in ausgewählten Positionen transparent oder opak zu machen, wie z.B. bei Flüssigkristallbauteilen oder elektrochromatischen Bauteilen, das Antriebselement eine elektrische Schaltungsvorrichtung zum Antrieb des elektrooptischen Bauteiles enthält, zu dem Zweck, begrenzte Flächen durchsichtig oder opak zu machen.
Die herkömmlichen Projektor-Belichtungsvorrichtungen verwenden unterschiedslos ein Arbeitslicht, welches unter verschiedenen Einfallswinkeln von oben auf eine Maske fällt, so dass die vom Maskenmuster produzierten Strahlen nullter Beugungsordnung, gebeugte Strahlen ±1. Ordnung, ±2. Ordnung und höherer Ordnung praktisch in ungeordneten Richtungen verlaufen, und die Positionen, auf denen diese gebeugten Strahlen durch das optische Projektionssystem auf dem Substrat abgebildet werden, unterscheiden sich voneinander. Im Gegensatz dazu benutzt die Projektor-Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung das Arbeitslicht, welches auf das Maskenmuster fällt, selektiv mit definierten Richtungen und Winkeln innerhalb einer Ebene, die die optische Achse unter rechtem Winkel schneidet, so dass entweder einer der vom Arbeitslicht über das Maskenmuster erzeugten gebeugten Strahlen ±1. Ordnung oder der Strahl nullter Beugungsordnung hauptsächlich auf das Substrat gelenkt wird und vornehmlich an der Erstellung des projizierten Bildes des feinen Musters auf dem Substrat beteiligt ist. Mit anderen Worten, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird zu diesem Zweck das dem Maskenmuster entsprechende Raumfilterelement benutzt, so dass hauptsächlich nur der Optimale der gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und nullter Beugungsordnung des Beleuchtungsstrahles durch das Raumfilterelement aus dem Arbeitslicht ausgewählt und auf das Substrat gelenkt werden, wobei auf dem Substrat ein projiziertes Musterbild entsteht, welches im Vergleich zu früher an den Rändern des feinen Musters einen höheren Hell-Dunkel-Kontrast und eine große Tiefenschärfe aufweist.
In diesem Zusammenhang gibt es die folgenden zwei Verfahren zum Einsatz des Raumfilterelements im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Im einzelnen besteht das erste Verfahren darin, dass das Arbeitslicht zu einem Teil seines Strahlquerschnitts auf dieser Seite der Maske abgefangen oder gedämpft wird, um so als hauptsächliches Arbeitslicht das schräg mit definierter Richtung und Winkel von jeder der gegebenen Positionen innerhalb der Ebene, die die optische Achse senkrecht schneidet, einfallende Arbeitslicht auszuwählen; zu diesem Zweck wird das Raumfilterelement auf der Fourier-Transformationsebene innerhalb des optischen Beleuchtungssystems oder in einer dazu nahen Position angeordnet. Das zweite Verfahren, das nicht in den Rahmen der unabhängigen Ansprüche fällt, besteht darin, dass von den verschiedenen gebeugten Strahlkomponenten, die vom Maskenmuster, welches vom unter unterschiedlichen Winkeln einfallenden Arbeitslicht beleuchtet wird, erzeugt werden, alle zwei Strahlkomponenten oder aber jeweils ein gebeugter Strahl der ±1. Ordnung und ein Strahl der nullten Beugungsordnung innerhalb des optischen Projektionssystems ausgewählt werden, die vom Maskenmuster durch jeden der Beleuchtungsstrahlen, die schräg mit definierter Richtung und Winkel von den vorgegebenen Positionen innerhalb der die optische Achse senkrecht durchschneidenden Ebene auftreffen, erzeugt werden; aus diesem Grund ist das Raumfilterelement auf der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems oder in der Nähe dazu angeordnet. Das erste und zweite Verfahren können kombiniert benutzt werden; auf jeden Fall dient das Raumfilterelement dazu, die an der Erstellung eines projizierten Bildmusters auf dem Substrat beteiligten Lichtstrahlen auf einen der gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und nullter Beugungsordnung zu begrenzen, die mittels des Maskenmusters durch jeden der beleuchtenden Strahlen, welche schräg mit definierten Einfallswinkeln auftreffen, erzeugt werden, und zu verhindern, dass andere, unerwünschte Strahlen das Substrat erreichen.
Wenn das Raumfilterelement auf der Fourier-Transformationsebene innerhalb des optischen Beleuchtungssystems oder in einer nahegelegenen Position angeordnet ist, wird das Arbeitslicht mit einer definierten Wellenlänge in Form eines Beugungsgitters mit festgelegten Einfallswinkeln ausgehend von den exzentrischen Positionen in den gegebenen Richtungen zur optischen Achse auf das Maskenmuster projiziert, so dass theoretisch aufgrund der Fourier-Entwicklung der Strahlen nullter, erster, zweiter und höherer Beugungsordnung auf der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems oder in deren Nähe eine Anzahl von Punkten gebildet wird. Bei konventionellen Projektor-Belichtungsvorrichtungen jedoch werden die gebeugten Strahlen zweiter und höherer Ordnung durch den Vorsatztubus des optischen Projektionssystems abgedeckt.
Das an der Fourier-Transformationsebene oder in deren Nähe in dem optischen Beleuchtungssystem angeordnete Raumfilterelement ist so konstruiert, dass das im Wesentlichen senkrecht auf die Maske fallende Licht abgefangen oder gedämpft wird und das schräg mit bestimmten Einfallswinkeln von bestimmten exzentrischen Positionen in bestimmten Winkelrichtungen zur optischen Achse auftreffende Arbeitslicht selektiv mit hoher Lichtübertragungsrate durchgelassen wird. In diesem Fall wird, falls Strahlen der zweiten und höheren Ordnung nicht erwünscht sind, ein weiteres Raumfilterelement auf der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems oder in deren Nähe eingesetzt, um diese Strahlen abzublocken oder zu dämpfen. Als Ergebnis wird auf dem Substrat ein Bildmuster mit hohem Kontrast durch die gebeugten Strahlen nullter und erster Ordnung, welche vom Arbeitslicht durch das Maskenmuster bei den bevorzugten Einfallswinkeln erzeugt werden, gebildet.
Bei Maskenmustern für Halbleiterspeicher- und Flüssigkristallbauteile gibt es häufig Fälle, bei denen der Teil des Maskenmusters, für den eine hohe Auflösungsübertragung erforderlich ist, ein Muster aufweist, das aus einem Gittermuster besteht, in welchem grundsätzlich durchsichtige und undurchsichtige Linien im gleichen Abstand gleichmäßig abwechselnd angeordnet sind; dies kann allgemein als Wiederholungsmuster einer rechteckigen Wellenform mit einer Einschaltdauer von 0,5 betrachtet werden. Wenn das Raumfilterelement auf der Fourier-Transformationsebene des optischen Beleuchtungssystems oder in deren Nähe angeordnet ist, werden durch die gebeugten, vom Gittermuster erzeugten Strahlen eine Reihe von Punkten der gebeugten Strahlen der nullten, ±1., ±2. und höherer Ordnung an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems gebildet, so dass sie in die Linien des Beugungsgitters querender Richtung (die Richtung, in der die Linien angeordnet sind) verteilt werden. Gleichzeitig und in der Weise, die als gewöhnliche Fourier-Entwicklung einer Recheckwelle bekannt ist, erzeugen die gebeugten Strahlen nullter Ordnung eine Referenzgröße für die Lichtmenge im auf das Substrat projizierten Bild, und stellen die gebeugten Strahlen der ±1. Ordnung die Komponenten der Lichtmengenänderungen bei einer sinusförmigen Wellenform mit der gleichen Wellenlänge wie das Gitter dar, so dass, wenn diese gebeugten Strahlkomponenten auf dem Substrat zusammengefasst werden, die Interferenz dieser gebeugten Strahlen auf dem Substrat ein Bildmuster erzeugt, welches über eine ausreichende Lichtmenge verfügt, um die Resistschicht lichtempfindlich zu machen und einen hohen Hell-Dunkel-Kontrast zu erzeugen.
Ebenso können in diesem Fall die Maskenmuster für Halbleiterspeicherbauteile und Flüssigkristallbauteile als Kombination einer Mehrzahl von Gittern angesehen werden, welche entsprechend vertikal oder horizontal auf der Maske angeordnet sind, so dass, falls ein Raumfilter vorgesehen ist, damit die Arbeitslichtstrahlen die optimale Abstandsposition in winkliger Richtung zur optischen Achse und die optimalen Einfallswinkel zu jedem Gitter haben, das an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems resultierende Fourier-Muster eine Punktgruppe bildet, die in den Winkelrichtungen entsprechend dem Verlauf der Gitterlinien angeordnet ist und deren Abstände der Wellenlänge des Arbeitslichtes und der Teilung der Gitter entsprechen. Die Lichtintensität jedes Lichtpunktes ist abhängig von der Teilungszahl der Gitter und der Beugungsordnung der Strahlen.
Wie daraus geschlossen werden kann, kann der gleiche Effekt dadurch erzielt werden, dass innerhalb des optischen Projektionssystems ein Raumfilterelement angebracht wird, das mit Fensterelementen nur an solchen Positionen versehen ist, die den gewünschten Punktpositionen entsprechen, um so die auf das Substrat gerichteten gebeugten Strahlen auszuwählen. In diesem Fall schließt das an der Fourier-Transformationsebene oder in deren Nahe angebrachte Raumfilter Fensterelemente an den Punkten der brauchbaren gebeugten Strahlen in der Fourier-Transformationsebene ein, so dass diese Strahlen ausgewählt passieren können, wohingegen die unerwünschten gebeugten Strahlen, die den Kontrast auf der Substratoberfläche verschlechtern, abgeblockt werden.
Daher unterscheiden sich Anzahl und Position der Fenster zwingend in Abhängigkeit vom Maskenmuster, so dass, wenn eine Maske gewechselt wird, zwangsläufig damit zusammen auch das Raumfilterelement gewechselt und darüber hinaus auch genau in der Position relativ zur Maske justiert werden muss.
Als nächstes folgt eine Erläuterung, warum die Tiefenschärfe erhöht wird, durch Projektion des Arbeitslichtes mit vorgegebenen Einfallswinkeln auf das Maskenmuster von vorgegebenen exzentrischen Positionen mit vorgegebenen Winkelrichtungen zur optischen Achse und durch Erzeugen eines Bildmusters auf dem Substrat mittels eines der gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und eines Strahles nullter Beugungsordnung, die vom Maskenmuster durch jeden der Arbeitslichtstrahlen erzeugt werden.
Ganz allgemein gilt: wenn das Substrat in Lagedeckung mit dem Brennpunkt des optischen Projektionssystems ist, sind die gebeugten Strahlen der entsprechenden Ordnung, welche von einem Punkt der Maske austreten und einen Punkt auf dem Substrat erreichen, alle in ihrer Lichtweglänge gleich, unabhängig davon, durch welchen Teil des optischen Projektionssystems sie hindurchgehen, so dass sogar in Fällen, in denen der Strahl nullter Beugungsordnung praktisch durch das Zentrum der Pupillenebene des optischen Projektionssystems verläuft, der Strahl nullter Beugungsordnung und die gebeugten Strahlen anderer Ordnungen die gleiche Lichtweglänge haben, und da die Lichtweglänge des Lichtstrahles, der praktisch durch das Zentrum der Fourier-Transformationsebene verläuft, als Referenz genommen wird, ist die Differenz zwischen der Lichtweglänge des Lichtstrajehles, der durch irgendeine wahllose Position der Fourier-Transformationsebene verläuft und der Referenzlichtweglänge sowie die Vorderwellenaberration gleich null. Wenn das Substrat in einer defokussierten Position ist, die nicht in Deckung mit dem Brennpunkt des optischen Projektionssystems liegt, ist die Lichtweglänge der gebeugten Strahlen mit erster und höherer Ordnung, die durch jeden näher am äußeren Umfang gelegenen Abschnitt der Fourier-Transformationsebene im optischen Projektionssystem hindurchgehen, um dann schräg auf das Substrat aufzutreffen, geringer im Vergleich zum Strahl nullter Beugungsordnung mit Durchgang nahe dem Zentrum der Fourier-Transformationsebene, wenn das Substrat vor dem Brennpunkt positioniert ist und der Betrag an Defokussierung negativ ist, während die Lichtweglänge zunimmt, wenn das Substrat hinter dem Brennpunkt positioniert ist und der Anteil an Defokussierung positiv ist; diese Differenz an Lichtweglänge entspricht wertmäßig dem Unterschied im Einfallswinkel auf das Substrat zwischen den Strahlen entsprechender Beugungsordnung und dies wird als Vorderwellen-Aberration (front wave aberration) aufgrund von Defokussierung bezeichnet. Mit anderen Worten verursacht wegen der Anwesenheit einer derartigen Defokussierung jeder der gebeugten Strahlen erster und höherer Ordnung eine Vorderwellenaberration im Vergleich zu dem Strahl nullter Beugungsordnung, und ist das abgebildete Muster im vorderen und hinteren Bereich des Brennpunktes verschwommen. Diese Vorderwellenaberration ΔW ergibt sich aus der folgenden Gleichung ΔW = ½ × (NA)2 × Δfmit

Δf: = Größe der Defokussierung
NA: = Größe des Abstandes vom Zentrum der Fourier-Transformationsebene anhand der numerischen Apertur.

Daraus ergibt sich, dass der gebeugte Strahl erster Ordnung, der praktisch durch eine Position mit Radius r₁ nahe des äußeren Randes der Fourier-Transformationsebene verläuft, im Verhältnis zum Strahl nullter Beugungsordnung (ΔW = 0), der praktisch durch das Zentrum der Fourier-Transformationsebene verläuft, die folgende Vorderwellenaberration aufweist ΔW = ½ × r1 2 × Δf
Diese Vorderwellenaberration ist der Grund für die Verschlechterung der Auflösung vor und hinter dem Brennpunkt und die Verminderung der Tiefenschärfe bei herkömmlichen Techniken.
Im Gegensatz dazu ist im Belichtungsgerät der vorliegenden Erfindung das Raumfilterelement so angeordnet, dass entweder die gebeugten Strahlen ±1. Ordnung oder der Strahl nullter Beugungsordnung, die vom Maskenmuster durch jeden der Arbeitslichtstrahlen unter bestimmten Einfallswinkeln erzeugt werden, jeweils durch die exzentrischen Positionen (mit dem gleichen Radius r₂) im Wesentlichen symmetrisch zur Mitte der Fourier-Transformationsebene im optischen Projektionssystem verlaufen. Als Ergebnis werden bei dem Belichtungsgerät der vorliegenden Erfindung die durch die gebeugten Strahlen nullter und erster Ordnung vor und hinter dem Brennpunkt verursachten Vorderwellenaberration wie folgt berechnet ΔW = ½ × r2 2 × Δwobei beide übereinstimmen. Infolgedessen gibt es keine Verschlechterung (Unschärfe) der Bildqualität, die durch Vorderwellenaberration infolge Defokussierung verursacht wird, d.h. dass eine größere Tiefenschärfe erzielt wird.
Wenn das Raumfilterelement innerhalb des optischen Beleuchtungssystems angeordnet ist, nehmen andererseits zwei Arbeitslichtstrahlen, die durch zwei symmetrisch zur optischen Achse befindliche Fensterelemente verlaufen, die Form von Lichtstrahlen an, die schräg und symmetrisch beiderseits der Normalen auf die Maskenoberfläche treffen, so dass jeder der gebeugten Strahlen ±1. Ordnung, der durch diese Lichtstrahlen vom Gittermuster auf der Maske erzeugt wird, eine Position durchläuft, die symmetrisch ist mit dem Strahl nullter Beugungsordnung mit Bezug auf die optische Achse des optischen Projektionssystems, und auf das Substrat mit einem Einfallswinkel auftreffen, der genauso groß ist wie der des Strahls nullter Beugungsordnung. Als Ergebnis wird die wesentliche numerische Apertur des optischen Projektionssystems, das an der Bilderstellung mitwirkt, vermindert, wodurch eine größere Tiefenschärfe sichergestellt ist.
Daher werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dadurch, dass das Raumfilterelement mit paariger Fensterstruktur auf beiden Seiten der optischen Achse benutzt wird, so dass unter den gebeugten Strahlen, die durch das feine Muster auf der Maske durch die Beleuchtungslichtstrahlen mit den bevorzugten Einfallswinkeln erzeugt werden, die gebeugten Strahlen der bevorzugten Ordnungen, d.h. die Strahlen nullter und +/–erster Beugungsordnung, wahlweise an der gleichen Position auf dem Substrat zusammengefasst werden, so dass sogar im Falle eines feinen Musters, das in der Vergangenheit nie aufgelöst wurde, es nun möglich ist, einen befriedigenden Hell-Dunkel-Kontrast und eine zufriedenstellend große Tiefenschärfe zum Sensibilisieren der Resistschicht mit dem abgebildeten Muster auf dem Substrat ohne Änderung des Arbeitslichts und des optischen Projektionssystems sicherzustellen, was bisher in der Vergangenheit noch nicht erreicht wurde.
Wenn das Raumfilterelement innerhalb des optischen Beleuchtungssystems angeordnet ist, ist der Abstand zwischen dem Fensterpaar im Raumfilterelement so festgelegt, dass jeder der vom feinen Gittermuster der Maske durch das Arbeitslicht, welches durch eines der Fenster verläuft, erzeugten gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und der Strahl nullter Beugungsordnung, welcher durch das Arbeitslicht beim Durchgang durch das zweite Fenster erzeugt wird, im Wesentlichen durch die gleiche exzentrische Position in der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems hindurchgeht.
Wenn das Raumfilterelement im optischen Projektionssystem angeordnet ist, wird der Abstand zwischen dem Fensterpaar im Raumfilterelement in der Art bestimmt, dass jeder der gebeugten Strahlen ±1. Ordnung und der Strahl nullter Beugungsordnung, die von dem feinen Gittermuster der Maske durch jeden der Arbeitslichtstrahlen der besagten bevorzugten Einfallswinkel erzeugt werden, entsprechend durch getrennte exzentrische Positionen hindurchgeht.
In Übereinstimmung mit dem Belichtungsgerät der vorliegenden Erfindung wird ein geeigneter Justiermechanismus benutzt, so dass das Raumfilterelement um einen bestimmten Winkel gedreht oder parallel in seiner Ebene seiner Anordnung bewegt wird, um die Verschiebungen der Positionen der Fenster des Raumfilterelements relativ zum Maskenmuster zu kompensieren. Ebenso kann der Abstand zwischen dem Fensterpaar justierbar konstruiert werden, um besser mit dem Fourier-Muster des Maskenmusters zu korrespondieren. In diesem Fall ist es möglich, durch Konstruktion der Fensterpositionen im Raumfilter oder des Abstandes zwischen den Fenstern in derart, dass sie mittels eines Justiermechanismus angepasst werden können, das optimale Positionsverhältnis zwischen der Maske und den Fenstern des Raumfilters zu erreichen; es ist ferner möglich, dasselbe Raumfilter zusammen mit anderen Masken mit unterschiedlichen Mustern zu benutzen.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Raumfilter eingesetzt, das ein elektrooptisches Element, wie etwa ein Flüssigkristallbauteil, oder ein elektro-chromatisches Bauteil verwendet, so dass die Einstellung der Positionen und der Größe der Fenster durch elektrische Signale bewirkt werden können. In diesem Fall ist es wegen der Tatsache, dass die begrenzten, aus elektrooptischen Elementen bestehenden Bereiche an den wahlweisen Positionen des Raumfilters frei auf durchsichtig oder opak justiert werden können, möglich, das optimale Positionsverhältnis zwischen dem Maskenmuster und den Fenstern des Raumfilters zu erreichen, und in diesem Fall ist es selbstverständlich möglich, das gleiche Raumfilter gemeinsam mit anderen Masken mit unterschiedlichen Mustern zu benutzen.
Um das Verständnis der voranstehend und anderer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, werden nachfolgend einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Konstruktion eines Belichtungsgerätes, einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung entsprechend;
2 zeigt schematisch den optischen Weg zur Erläuterung des in 1 gezeigten Prinzips;
3 zeigt ein Beispiel des Raumfilters, das zur Realisierung des in 1 gezeigten Belichtungsgerätes in dessen optischem Beleuchtungssystem eingebaut ist;
4 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Maskenmusters;
5a und 5b zeigen schematisch weitere Beispiele des Raumfilters;
6a und 6b zeigen schematisch die Verteilung der Lichtintensität der gebeugten Strahlen an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems in Zusammenhang mit den 5a und 5b;
7 zeigt ein schematisch den optischen Weg innerhalb eines Bezugsbeispiels einer Projektor-Belichtungsvorrichtung;
8 zeigt schematisch die Verteilung der Intensität der gebeugten Strahlen an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems gemäß 7;
9 zeigt schematisch den optischen Weg bei einem weiteren Bezugsbeispiel einer Projektor-Belichtungsvorrichtung;
10 zeigt in schematisch veränderter Form die Intensitätsverteilung der gebeugten Strahlen an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems gemäß 9;
11 ist eine grafische Darstellung der Lichtmengenverteilung des projizierten Bildes bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine grafische Darstellung der Lichtmengenverteilung des projizierten Bildes im in 7 gezeigten Bezugsbeispiel (bei σ = 0,5);
13 ist eine grafische Darstellung der Lichtmengenverteilung des projizierten Bildes im in 7 gezeigten Bezugsbeispiel (bei σ = 0,9); und
14 ist eine grafische Darstellung der Lichtmengenverteilung des projizierten Bildes bei dem in 9 dargestellten Bezugsbeispiel.
[Beste Art und Weise zur Ausführung der Erfindung]
In der in 1 dargestellten Ausführung ist eine Maske 11 mit einem eindimensionalen Gittermuster 12 mit einem Einschaltdauerverhältnis von 0,5 als typisches Beispiel für ein feines Muster versehen. Ein optisches Beleuchtungssystem für die Maske 11 umfasst eine Quecksilberdampflampe, einen Ellipsoid-Spiegel 2, einen Kaltstrahlspiegel 3, ein optisches Element zur Bündelung 4, ein optisches Integratorelement 5, eine Relaislinse 8 (ein Pupillen-Relaissystem), einen Spiegel 9, und eine Kondensorlinse 10, und ein Raumfilter 6 ist an der auf der Fourier-Transformationsebene des optischen Beleuchtungssystems oder in der Nähe des Ausgangs des Integratorelementes 5 angeordnet, wo das sekundäre Lichtquellenbild der Quecksilberdampflampe 1 ausgebildet wird (mit anderen Worten auf der Pupillenebene des optischen Beleuchtungssystems oder ihrer konjugierten Ebene oder irgendeiner Position in der Nähe). Das Raumfilter 6 ist mit einem Paar transparenter Fenster 6a und 6b versehen, deren Lage und Größe in Übereinstimmung mit der zweidimensionalen Fourier-Transformation des Maskenmusters 12 bestimmt werden.
Ferner wird ein Raumfilter 15 mit ebenfalls einem Paar transparenter Fenster 15a und 15b auf der Fourier-Transformationsebene 14 des optischen Projektionssystems 13 zur Projektion einer Abbildung des Musters 12 auf einen Wafer 17 angeordnet. Da bei der vorliegenden Ausführung als Muster 12 ein eindimensionales Beugungsgittermuster verwendet wird, werden die Raumfilter 6 und 15 jeweils mit einem transparenten Fensterpaar 6a und 6b bzw. 15a und 15b gebildet, so dass jedes Paar transparenter Fenster praktisch in symmetrischer Position auf beiden Seiten der optischen Achse des optischen Systems angeordnet ist und ihre Ausrichtung optisch mit der Linienteilung des Gittermusters 12 innerhalb der Anordnungsebene übereinstimmt. Ferner sind die Raumfilter 6 und 15 jeweils mit einem Antriebsmechanismus 7 und 16 ausgestattet, der jeweils aus einem Motor, einem Nocken usw. besteht, so dass die Raumfilter 6 und 15 in Abhängigkeit vom Maskenmuster gegen andere ausgetauscht und die Positionen der transparenten Fenster 6a und 6b oder 15a und 15b innerhalb der Anordnungsebene der Raumfilter feinjustiert werden können. Es muss angemerkt werden, dass die Öffnungsform der transparenten Fenster 6a, 6b und 15a, 15b der Raumfilter 6 und 15 wahlweise festgelegt werden kann; in 1 werden sie beispielsweise als kreisförmige Öffnungen gezeigt, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Während die gezeigten Raumfilter 6 und 15 jeweils aus einer lichtabdeckenden Scheibe mit jeweils einem Öffnungspaar als transparente Fenster bestehen, können diese Raumfilter 6 und 15 auch jeweils aus einem elektrooptischen Element wie einem Flüssigkristallbauteil oder einem elektro-chromatischen Bauteil bestehen, in welchem Fall jeder der gezeigten Antriebsmechanismen 7 und 16 aus einem elektrischen Schaltkreis besteht, der einen transparenten Anteil von ausreichender Größe und Form an jeder der wahlweise begrenzten Bereiche des elektrooptischen Elements bewirkt.
Bei dem wie oben beschrieben konstruierten Belichtungsgerät wird das von der Quecksilberdampflampe 1 am ersten Brennpunkt des Ellipsoid-Spiegels 2 erzeugte Arbeitslicht an diesem und dem Kaltstrahlspiegel 3 reflektiert, so dass, nachdem das Arbeitslicht am zweiten Brennpunkt des Ellipsoid-Spiegels 2 gebündelt wurde, dieses durch das Bündelungselement 4, welches z.B. aus einer Kollimatorlinse oder einem die Lichtstrahlverteilung kompensierenden Kegelprisma besteht, und durch das Integratorelement 5, welches aus einer Gruppe Fliegenaugenlinsen besteht, geführt wird, wodurch eine im Wesentlichen ebene Lichtquelle in der Anordnungsebene des Raumfilters 6 erzeugt wird. Es muss angemerkt werden, dass bei der vorliegenden Ausführung die sog. Köhlersche Beleuchtung benutzt wird, bei der das sekundäre Lichtquellenbild des Integratorelements 5 an der Fourier-Transformationsebene 14 des optischen Projektionssystems 13 erzeugt wird. Während diese flächige Lichtquelle wie in der Vergangenheit selbst das Arbeitslicht unter verschiedenen Einfallswinkeln von oben auf die Maske projizieren sollte, fallen hier, da das Raumfilter 6 diesseits der Kondensorlinse 10 angeordnet ist, nur die parallel gerichteten Lichtstrahlen, die die transparenten Fenster 6a und 6b des Raumfilters 6 passieren, unter schrägen Einfallswinkeln auf die Maske 11 und zwar symmetrisch zur optischen Achse innerhalb der Ebene, die die Linien des Gittermusters 12 kreuzt, über die Verstärkerlinse 8, den Spiegel 9 und die Kondensorlinse 10.
Wenn die parallel gerichteten Strahlen auf das Muster 12 der Maske 11 projiziert werden, werden Strahlen nullter Beugungsordnung, sowie gebeugte Strahlen ±1., ±2. und höherer Ordnung vom Muster 12 erzeugt. Da hier die transparenten Fenster 6a und 6b des in der Fourier-Transformationsebene 14 des optischen Beleuchtungssystems angeordneten Raumfilters 6 den Abstand der parallel gerichteten Lichtstrahlen von der optischen Achse sowie auch ihre Lage dazu bestimmen und die Kondensorlinse 10 den Einfallswinkel der parallel gerichteten Lichtstrahlen auf das Muster 12 der Maske 11 bestimmt, sind hier von den Strahlen der verschiedenen Beugungsordnungen diejenigen, die von jedem Fenster auf das optische Projektionssystem 13 gerichtet sind, praktisch nur Strahlen ±1. und nullter Beugungsordnung, während die anderen gebeugten Strahlen mengenmäßig geringfügig sind. Als Ergebnis werden hauptsächliche gebeugte Strahlpunkte, die entweder aus gebeugten Strahlen ±1. Ordnung oder nullter Ordnung Beugungsordnung bestehen, und gebeugte Strahlpunkte der anderen, unerwünschten Ordnungen an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems 13 in Übereinstimmung mit dem Fourier-Entwicklungsmuster gebildet. Das andere, an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems 13 angeordnete Raumfilter 14 lässt ausgewählt nur die hauptsächlichen gebeugten Strahlen zu dem Wafer 17 durch und fängt die gebeugten Strahlen der anderen, unerwünschten Ordnungen ab. In diesem Fall werden die Positionen der Raumfilter 6 und 15 in Bezug auf das Muster 12 der Maske 11 durch die Antriebselemente 7 bzw. 16 justiert, so dass die hauptsächlichen gebeugten Strahlen oder die gebeugten Strahlen ±1. und nullter Ordnung mit maximaler Intensität passieren und die anderen, unerwünschten gebeugten Strahlen vollständig abgeblockt werden.
2 zeigt schematisch die Grundkonzeption des optischen Weges des Arbeitslichts im Belichtungsgerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Während in der Zeichnung das Raumfilter 6 zum Zwecke der Darstellung knapp oberhalb der Kondensorlinse 10 angeordnet ist, handelt es sich bei dieser Position um eine konjugierte Ebene in Bezug auf die Relaislinse 8 zum Raumfilter 6 der 1; diese Konstruktion gleicht hinsichtlich Funktion und Wirkung im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Fall.
Wenn beim Beispiel gemäß 2 die numerische Apertur des optischen Projektionssystems mit NA und die Wellenlänge des Arbeitslichts mit λ. bezeichnet ist, dann wird die Teilung des Musters 12 mit 0,75 × λ/NA ausgewählt und das Linienabstandsverhältnis des Musters als 1:1 bestimmt (das Einschaltdauerverhältnis des Gitters ist 0,5). In diesem Fall, wobei die Wellenlänge λ einbezogen wird, ergibt sich die Fourier-Transformierung q(u, v) des Musters 12, falls das Muster 12 mit p(x, y) eingesetzt wird, wie folgt: Q(u, v) = ∫∫ p(x, y)·exp{–2π i(ux + vy)/λ}dxdy
Wenn das Muster 12 einheitlich vertikal bzw. in y-Richtung verläuft und regelmäßig in der x-Richtung variiert, wie in 4 dargestellt, gilt weiterhin, falls das Linienabstandsverhältnis in x-Richtung 1:1 beträgt und die Linienteilung 0,75 λ/NA ist, die folgende Gleichung: q(u, v) = q1(u)x·q2(v)
Daher gilt bei
Die 3 und 5a sind Aufsichten des Raumfilters 6 des optischen Beleuchtungssystems bzw. des Raumfilters 15 des optischen Projektionssystems, welche in der vorliegenden Ausführungsform benutzt werden.
Die Raumfilter 6 und 15 sind so geartet, dass mit der folgenden Darstellung der Spitzenwerte der Fourier-Transformationsenergieverteilung |q(u, v)|² (u, v) = (0, 0), (±NA/0.75, 0), (±3 NA/0,75, 0)... und mit der folgenden Darstellung der Hälfte davon (u, v) = (0, 0), (±NA/1,5, 0), (±2 NA, 0)... die Positionen, die in die numerische Blendenöffnung des optischen Projektionssystems 13 fallen, oder (u, v) = (±NA/1,5, 0) oder deren nahe gelegenen Positionen als transparente Fenster 6a und 6b bzw. 15a und 15b ausgewählt werden, und die Positionen oder die folgenden werden ausgewählt, die lichtabschirmenden Bereiche darzustellen. (u, v) = (0, 0)
Es ist anzumerken, dass die Positionen der Raumfilter 6 und 15 bzw. die nachfolgenden durch den Antriebsmechanismus 7 und 16 der 1 justiert werden, so dass sie mit der optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems (1 bis 10) bzw. des optischen Projektionssystems 13 zusammenfallen. Jedes Raumfilter 6 und 15 kann zum Beispiel aus einer undurchsichtigen Metallplatte bestehen, die selektiv entfernt wird, um ein transparentes Fenster zu bilden, oder aus einer transparenten Halteplatte, die mit einem dünnen gemusterten Metallfilm oder ähnlichem überzogen ist, um die transparenten Fenster zu erzeugen. Obwohl in dieser in der 1 gezeigten Ausführungsform eine Quecksilberdampflampe 1 als Arbeitslichtquelle gewählt wurde, kann auch jede andere Lichtquelle wie z.B. Laserlicht benutzt werden. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung, obwohl in dieser Ausführungsform für das Muster 12 der Maske 11 ein Linienabstandsmuster gewählt wurde, welches nur in der x-Richtung mit einem Einschaltdauerverhältnis von 1:1 variiert, auch auf andere Muster anwendbar, die in einer Vielzahl von frei wählbaren Richtungen regelmäßig variieren.
Als Ergebnis der Anordnung des gezeigten Raumfilters 6 in der Fourier-Transformationsebene des Musters 12 innerhalb des optischen Beleuchtungssystems für das Muster 12 mit einer Linienteilung von 0,75 λ/NA, ist in 2 das Arbeitslicht Li zur Beleuchtung des Musters 12 z.B. auf die parallel verlaufenden Strahlen Lil und Lir begrenzt. Wenn die Arbeitslichtstrahlen Lil und Lir auf das Muster 12 projiziert werden, dann werden ihre gebeugten Strahlen vom Muster 12 erzeugt.
Unter der Annahme, dass der Strahl nullter Beugungsordnung und der gebeugte Strahl +1. Ordnung des Arbeitslichtstrahles Lil als Ll0 bzw. Ll1 sowie der Strahl nullter Beugungsordnung und der gebeugte Strahl –1. Ordnung des Arbeitslichtstrahles Lir als Lr0 bzw. Lr1 bezeichnet werden, ergeben sich die Abweichungswinkel zwischen den gebeugten Strahlen Ll0 und Ll1 bzw. Lr0 und Lr1 wie folgt sin θ = λ/(Linienteilung des Musters 12) = λ/(0,75 λ/NA) = NA/0,75
Da die einfallenden Strahlen Lil und Lir anfänglich 2NA/1,5 von einander entfernt sind, gehen die gebeugten Strahlen Ll0 und Lr1 an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems 13 durch den gleichen ersten optischen Weg, wohingegen die gebeugten Strahlen Lr0 und Ll1 durch den gleichen zweiten optischen Weg gehen. In diesem Fall befinden sich der erste und der zweite optische Weg symmetrisch im gleichen Abstand von der optischen Achse des optischen Projektionssystems 13.
6a zeigt schematisch die Intensitätsverteilung der gebeugten Strahlen an der Fourier-Transformationsebene 14 des optischen Projektionssystems 13. In 6a ist ein an der Fourier-Transformationsebene 14 gebildeter Punkt 22l das Ergebnis der Konvergenz der gebeugten Strahlen Lr0 und Ll1, und gleichermaßen ist ein Punkt 22r das Ergebnis der Konvergenz der gebeugten Strahlen Ll0 und Lri.
Wie 6a zu entnehmen ist, kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform jede Kombination der gebeugten Strahlen nullter und +1. oder –1. Ordnung mit denen +erster oder –erster Beugungsordnung des Musters 12, welches eine Linienteilung von 0,75 λ/NA feiner als λ/NA hat, durch das optische Projektionssystem 13 zu fast 100% auf dem Wafer 17 gebündelt werden, so dass sogar im Falle von Mustern mit einer feineren Teilung (d.h. feiner als λ/NA), was bisher die Grenze der Auflösung bei konventionellen Belichtungsgeräten darstellte, durch Einsatz von Raumfiltern mit transparenten Fenstern entsprechend der Linienteilung des Maskenmusters die Belichtung und Übertragung mit ausreichender Auflösung möglich ist.
In 5b wird ein Raumfilter gezeigt, das bei Einsatz eines Maskenmusters, bei dem Linien und Abstände in x und y Richtung kreuzen, benutzt wird. Ferner zeigt die 6b die Bedingungen der Punkte, die entsprechend den gebeugten Strahlen an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems im Falle von 5b ausgebildet werden.
Als nächstes wird die Auflösung des Musters auf dem Substrat 17 im Belichtungsgerät der vorliegenden Ausführungsform beschrieben und zwar im Vergleich zu verschiedenen, als Bezugsbeispiel angeführten Belichtungsgeräten.
= Im Falle von Bezugsbeispielen =
Die 7 bzw. 8 zeigen schematisch die Konstruktion des optischen Weges des Arbeitslichtes (7) und die Lichtmengenverteilung an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems (8) bei der Projektor-Belichtungsvorrichtung, welches in der eingangs erwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-50417 erwähnt wird, die als Bezugsbeispiel zitiert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass in den Figuren die Komponenten, die in Arbeitsweise und Funktion denen der vorliegenden Erfindung entsprechen, mit denselben Bezugsziffern wie in 2 versehen sind.
In 7 ist eine Blende 6a (ein Raumfilter mit einem kreisrunden transparenten Fenster konzentrisch mit der optischen Achse) auf der Fourier-Transformationsebene des optischen Systems angeordnet, wodurch der Einfallswinkel des Arbeitslichtes auf die Maske 11 begrenzt wird. Der Strahl nullter Beugungsordnung (die durchgezogenen Linien) und die gebeugten Strahlen ±1. Ordnung (die unterbrochenen Linien), die vom Muster 12 der Maske 11 erzeugt werden, werden beide in das optische Projektionssystem 13 geführt und verlaufen entlang getrennter optischer Wege, so dass ein Punkt 20l des gebeugten Strahles +1. Ordnung, ein Punkt 20c des Strahles nullter Beugungsordnung und ein Punkt 20r des gebeugten Strahles –1. Ordnung an separaten, von einander verschiedenen Orten auf der Fourier-Transformationsebene 14 gebildet werden, wie in 8 dargestellt.
Die 9 bzw. 10 zeigen schematisch die Konstruktion des optischen Weges des Arbeitslichtes (9) und die Lichtintensitätsverteilung an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems (10) einer anderen Projektor-Belichtungsvorrichtung, welche als ein weiteres Bezugsbeispiel angeführt wird. Bei diesem weiteren Bezugsbeispiel wird die Blende 6a der 7 durch ein Raumfilter 6B ersetzt, das mit einem ringförmigen, transparenten, mit der optischen Achse konzentrischem Fenster versehen ist.
9 zeigt das an der Fourier-Transformationsebene des optischen Systems angeordnete Raumfilter 6B, wobei das ringförmige, transparente Fenster konzentrisch zur optischen Achse angeordnet ist, so dass das Arbeitslicht schräg oder in umgekehrter konischer Form auf die Maske 11 projiziert wird. Als Ergebnis wird, zumindest innerhalb der Ebene, die die optische Achse in Richtung der Linienteilung des Musters 12 kreuzt, wie im Falle der in 2 gezeigten Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt, der Strahl nullter Beugungsordnung (die durchgezogenen Linien) mit derselben Neigung wie die gebeugten Stahlen erster Ordnung (die unterbrochenen Linien) in das optische Projektionssystem geführt, so dass sie durch das optische Projektionssystem laufen und dabei die separaten gebeugten Strahlen erster Ordnung teilweise überlappen, die von entgegengesetzten Seiten kommen, wobei sie auf den Wafer fallen und ein projiziertes Bild erzeugen. In diesem Moment werden ein torusförmiger Punkt 21c des Strahles nullter Beugungsordnung, der konzentrisch um die optische Achse verläuft, sowie ein Punkt 21l des gebeugten Strahles +1. Ordnung und ein Punkt 21r des gebeugten Strahles –1. Ordnung, die beide in der Nähe des Punktes 21c liegen und teilweise diesen überlappen, an der Fourier-Transformationsebene 14 des optischen Projektionssystems 13, wie in 10 dargestellt, gebildet. In diesem Fall erstrecken sich große Teile der Punkte 21l und 21r zur Außenseite des optischen Projektionssystems 13, und die Strahlen dieser außen verlaufenden Abschnitte werden durch den Objektivtubus des optischen Projektionssystems abgedeckt.
= Im Falle der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung =
Die 11 bis 14 sind Diagramme, die die Lichtintensitätsverteilungen I der nach dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf den Wafer 17 projizierten Bilder, im Vergleich zu den in den 7 und 9 gezeigten Fällen darstellen. Diese Lichtintensitäten sind mit Bezug auf die Ebene, die die optische Achse in Richtung der Linienteilung des Musters 12 auf dem Substrat kreuzt, mit den errechneten Ergebnissen konform, wobei NA des optischen Projektionssystems mit 0,5, die Wellenlänge λ des Arbeitslichtes mit 0,365 μm und die Linienteilung des Maskenmusters 12 mit 0,5 μm (ungefähr 0,685 × λ/NA) angesetzt wurden, und zwar im Hinblick auf den durch Vergrößerung im optischen Projektionssystem 13 erhaltenen Wert auf dem Wafer 17.
11 zeigt die Lichtintensitätsverteilung des projizierten Bildes, das durch das Belichtungsgerät gemäß der vorerwähnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (2) auf dem Substrat erzeugt wird. Es ist zu sehen, dass die Intensitätsverteilung an den Rändern des Musters einen ausreichenden Hell-Dunkel-Kontrast aufweist.
12 zeigt die Lichtintensitätsverteilung des auf das Substrat projizierten Bildes in dem Fall, in dem der Durchmesser der Blende relativ klein ist und das Verhältnis der numerischen Apertur des optischen Beleuchtungssystems zur numerischen Apertur des optischen Projektionssystems, d.h. der sogenannte σ-Wert, mit 0,5 angesetzt wird, beim Bezugsbeispiel nach 7. Dieser Fall zeigt, dass das projizierte Bild, wenn das Verhältnis der numerischen Apertur des optischen Beleuchtungssystems zur numerischen Apertur des optischen Projektionssystems (σ-Wert) mit 0,5 angesetzt wird, eine flache Lichtintensitätsverteilung praktisch ohne jeden Hell-Dunkel-Kontrast aufweist.
13 zeigt die Lichtintensitätsverteilung des projizierten Bildes in dem Fall, dass die Blendenöffnung 6A relativ groß ist und das Verhältnis der numerischen Apertur des optischen Beleuchtungssystems zur numerischen Apertur des optischen Projektionssystems, d.h. der sog, σ-Wert, zu 0,9 gewählt wurde, beim Bezugsbeispiel gemäß 7. Obwohl der Hell-Dunkel-Kontrast des projizierten Bildes wegen des mit 0,9 angesetzten Verhältnisses (σ-Wert) zwischen der numerischen Apertur des optischen Beleuchtungssystems und der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems größer ist als im Fall der 12, ist die Lichtintensitätsverteilung in der Strahlkomponente nullter Beugungsordnung immer noch relativ groß und vergleichsweise flach, und daher unbefriedigend vom Standpunkt der Lichtreaktionscharakteristik der Resistschicht.
14 zeigt die Lichtintensitätsverteilung des projizierten Bildes auf dem Substrat im Falle des in 9 dargestellten Bezugsbeispiels, und in diesem Fall entsprechen die inneren und äußeren Ränder des ringförmigen transparenten Fensters des Raumfilters 6B einem σ-Wert von 0,7 bzw. 0,9. Obwohl der Hell-Dunkel-Kontrast des projizierten Bildes in diesem Fall stärker ist als im Fall gemäß 12, ist die Strahlkomponente nullter Beugungsordnung immer noch vergleichsweise groß und vergleichsweise flach, und daher immer noch unzureichend vorn Standpunkt der Lichtreaktionscharakteristik der Resistschicht.
Wie die 11 bis 14 zeigen, wird mit der in 2 dargestellten, erfindungsgemäßen Ausführungsform die Auflösung des projizierten Bildes auf dem Substrat im Vergleich zu den Fällen gemäß den 7 und 9 erheblich verbessert.
Falls im Fall gemäß 9 ein ähnliches Raumfilter 15 wie jenes in der zuvor erwähnten Ausführung an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems 13 verwendet wird, können die gebeugten Strahlen nullter und ±1. Ordnung wahlweise an den in 10 schraffiert dargestellten Bereichen gebündelt werden, um so die Auflösung des projizierten Bildes auf dem Wafer 17 gegenüber dem in 14 dargestellten Fall leicht zu verbessern. Dabei ergibt sich jedoch der unvermeidbare Nachteil, dass die Nutzungsrate des in das optische Projektionssystem einfallenden Arbeitslichtes erheblich reduziert wird und der Energieanteil, der nicht zur Belichtung beiträgt, innerhalb des optischen Projektionssystems gespeichert wird, und somit dessen optische Charakteristik verändert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 trägt praktisch die gesamte Energie des in das optische Projektionssystem einfallenden Beleuchtungslichts zur Belichtung bei.
Weiterhin war sogar in der Vergangenheit bekannt, die gebeugten Strahlen eines Maskenmusters vorteilhaft zu nutzen, um die Auflösung der Projektion des optischen Projektionssystems zu verbessern; dazu werden dielektrische Bauteile zur Umkehrung der Phase des Arbeitslichts, z.B. sog. Phasenschieber, abwechselnd mit den transparenten Bereichen des Musters angeordnet. Es ist jedoch derzeit außerordentlich schwierig, derartige Phasenschieber zuverlässig auf einem komplizierten Halbleiterschaltkreismuster anzuordnen, und es wurde bisher noch keine Prüfmethode für phasenverschobene Photomasken eingeführt.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung der vorliegenden Erfindung nach 2 ist es möglich, konventionelle Photomasken ohne Phasenschieber zu benutzen, und es ist des weiteren möglich, konventionelle Photomaskenprüftechniken einzusetzen. In beiden Fällen ist der Verbesserungseffekt der Auflösung des projizierten Bildes mit dem der Phasenschieber vergleichbar.
Obwohl der Einsatz der Phasenschieber den Effekt der Vergrößerung der Tiefenschärfe des optischen Projektionssystems hat, wird auch bei der Ausführung gemäß 2 eine große Tiefenschärfe erreicht, da, wie in 6a gezeigt, die Punkte 22l und 22r an der Fourier-Transformationsebene im gleichen Abstand vom Zentrum der Pupille liegen, so dass sie weniger anfällig für Vorderwellenaberrationen aufgrund der bereits erwähnten Defokussierung sind und eine große Tiefenschärfe erzielt wird.
Während in der oben beschriebenen Ausführungsform das Maskenmuster aus einem Linienabstandsmuster besteht, welches regelmäßig in der x-Richtung variiert, kann der gleiche Effekt durch entsprechende Kombination geeigneter Raumfilter auch bei gewöhnlichen Mustern, die keine Linienabstandsmuster sind, erreicht werden. Wenn die Anzahl der Fenster im Raumfilter zwei beträgt und das Maskenmuster eindimensional nur in x-Richtung variiert, dann ist im Fall eines Musters mit einer Vielzahl von n-dimensionalen Varianten die Anzahl der notwendigen transparenten Fenster 2n in Übereinstimmung mit der räumlichen Frequenz des Musters. Im Falle eines Beugungsgittermusters mit zweidimensionaler Variation in x- und y-Richtung, wie zum Beispiel gemäß 5b, ist es notwendig, zwei Paar oder insgesamt vier transparente Fenster zu bilden, die über Kreuz im Raumfilter liegen, so dass vier entsprechende gebeugte Strahlpunkte auf der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems gebildet werden, wie in 6b dargestellt.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform zum Zwecke der Vereinfachung der lichtabdeckende Bereich jedes Raumfilters als ein Bereich dargestellt ist, der überhaupt kein Licht durchlässt, kann dieser Bereich auch als lichtdämpfender Bereich mit einem gewissen vorgegebenen Grad von Lichtübertragung ausgeführt werden, so dass in diesem Fall nur der Kontrast eines projizierten Bildes irgendeines feinen Musters selektiv während der Belichtung durch den vorderen Querschnitt des Arbeitslichtes verbessert werden kann, wie in der Vergangenheit.
Obwohl bei der Beschreibung der Ausführungsform besonders auf das Raumfilter des optischen Beleuchtungssystems hingewiesen wurde, kann in Betracht gezogen werden, dass das Raumfilter im optischen Projektionssystem grundsätzlich die gleiche Funktion und Wirkung aufweist, welche Möglichkeit aber nicht in den Rahmen der unabhängigen Ansprüche fällt. Mit anderen Worten kann der gleiche Effekt durch Anordnung eines Raumfilters, das die oben genannten Bedingungen erfüllt an zumindest entweder der Fourier-Transformationsebene des optischen Beleuchtungssystems und der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems, erreicht werden. Es ist zum Beispiel auch möglich, ein Raumfilter, wie in 3 dargestellt, an der Fourier-Transformationsebene des optischen Beleuchtungssystems und ein Raumfilter mit einem ringförmigen transparenten Fenster an der Fourier-Transformationsebene des optischen Projektionssystems anzuordnen. In diesem Fall erübrigt es sich zu sagen, dass bei dem letztgenannten Raumfilter mit dem ringförmigen transparenten Fenster dieses in einer Weise angeordnet werden muss, dass die beiden gebeugten Strahlen nullter und +1. Ordnung (oder –1. Ordnung) des Maskenmusters zusammen durch es hindurch verlaufen. Weiterhin ergibt sich durch Benutzung der zwei Raumfilter in Kombination der Effekt des Fernhaltens einer diffusen Reflexion vom optischen Projektionssystem oder dem Wafer und somit eine Vermeidung von Streulichtstrahlen.
Es ergeben sich weiterhin mit der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der die Raumfilter (6, 15) in Abhängigkeit vom Maskenmuster mechanisch gewechselt werden, Vorteile, falls z.B. ein Raumfilter mit einem Flüssigkristall-Bauelement, einem EC-(elektro-chromatisches)Bauelement oder ähnlichem benutzt wird, die nicht nur die Verwendung mechanischer Filterwechseleinrichtungen überflüssig machen, sondern auch die Justierung und den Wechsel der Positionen der transparenten Fenster durch elektrische Schaltkreise ermöglichen, so dass das Gerät nicht nur kompakter in den Abmessungen wird, sondern darüber hinaus die Justierung und der Wechsel der Größe, der Form und der Position der transparenten Fenster leichter und mit höheren Geschwindigkeiten bewerkstelligt werden können.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen dienen dem Zwecke der Erläuterung ohne einschränkende Wirkung auf die Erfindung; der technische Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Angaben der beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Belichtungsverfahren zum Übertragen eines feinen Musters (12) auf einer Maske (11) auf ein Substrat (17) unter Verwendung einer Projektor-Belichtungsvorrichtung mit einem optischen Beleuchtungssystem zum Beleuchten der Maske und eines optischen Projektionssystems (13) zum Projizieren eines Bildes des Musters auf der beleuchteten Maske auf das Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske mit zumindest ersten und zweiten Lichtstrahlen (Lil, Lir) beleuchtet wird, die im Winkel zu einer optischen Achse des Beleuchtungssystems verlaufen, so dass ein durch Beleuchten des Musters mit dem ersten Lichtstrahl erzeugter Lichtstrahl (Ll0) nullter Beugungsordnung auf das Substrat durch einen ersten, selben optischen Weg des Projektionssystems gelenkt wird wie ein gebeugter Lichtstrahl (Lr1) ±1. Ordnung, der durch das Muster infolge Beleuchtens mit dem zweiten Lichtstrahl erzeugt wird.
Belichtungsverfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein durch das Muster aufgrund der Beleuchtung mit dem zweiten Lichtstrahl erzeugter Strahl (Lr0) nullter Beugungsordnung und ein durch die Beleuchtung des Musters mit dem ersten Lichtstrahl erzeugter gebeugter Strahl (Ll1) ±1. Ordnung einen zweiten optischen Weg des Projektionssystems passieren, der symmetrisch zu dem ersten optischen Weg bezüglich einer optischen Achse des optischen Projektionssystems liegt.
Belichtungsgerät mit einem optischen Beleuchtungssystem (1, 10) zum Bestrahlen einer Maske (11) mit Licht und mit einem optischen Projektionssystem (13) zum Projizieren eines Abbildes eines Musters (12) auf der beleuchteten Maske auf ein Substrat (17), wobei das Gerät aufweist: optische Mittel (6) zum Definieren einer Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichtes in einer Fourier-Transformationsebene innerhalb des optischen Beleuchtungssystems (1, 10) bezüglich des Musters (12) derart, dass die Intensitätsverteilung zumindest zwei Bereiche (6a, 6b) mit relativ zu ihrer Umgebung erhöhter Intensität abseits einer optischen Achse (AX) des optischen Beleuchtungssystems entsprechend der Feinheit des Musters besitzt.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem die optischen Mittel ein Raumfilter mit zwei Öffnungen aufweisen, die ein symmetrisches Paar mit einer optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems bilden.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem zu den optischen Mitteln ein Raumfilter mit 2 × n Öffnungen gehört (wobei n eine natürliche Zahl ist).
Belichtungsgerät nach Anspruch 5, bei welchem jede Position der 2 × n Öffnungen nach einem Fourier-Transformationsmuster des Musters bestimmt ist.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem das Beleuchtungssystem einen optischen Integrator (5) besitzt und die optischen Mittel dem Integrator benachbart angeordnet sind.
Belichtungsgerät nach Anspruch 4, bei welchem der Bereich des Raumfilters mit Ausnahme der beiden Öffnungen als Lichtschutz-Bereich ausgebildet ist.
Belichtungsgerät nach Anspruch 4, bei welchem der Bereich des Raumfilters mit Ausnahme der zwei Öffnungen als lichtdämpfender Bereich ausgebildet ist.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem die Lage jedes der zwei Bereiche mit erhöhter Intensität so ausgewählt wird, dass ein Lichtstrahl nullter Beugungsordnung und ein gebeugter Lichtstrahl 1. Ordnung, die durch das Muster erzeugt werden, mit gleichem Abstand von einer optischen Achse des Projektionssystems getrennt geführt werden.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem die Intensitätsverteilung erste und zweite Bereiche (6a, 6b) erhöhter Intensität umfasst, die derart positioniert sind, dass ein Lichtstrahl (Ll0) nullter Beugungsordnung, der von dem Muster durch Beleuchtung mit Licht aus dem ersten Bereich (6a) erhöhter Intensität erzeugt wurde, und ein gebeugter Strahl (Lrl) 1. Ordnung, der durch das Muster mittels Licht vom zweiten Bereich (6b) erhöhter Intensität erzeugt wird, auf das Substrat durch einen ersten optischen Weg des Projektionssystems gerichtet werden, sowie ein Lichtstrahl (Lr0) nullter Beugungsordnung, der durch das Muster durch Beleuchtung mit Licht vom zweiten Bereich (6b) erhöhter Intensität erzeugt wird, und ein gebeugter Lichtstrahl (Ll1) 1. Ordnung, der durch das Muster mittels Licht vom ersten Bereich (6a) erhöhter Intensität erzeugt wird, durch einen zweiten optischen Weg des Projektionssystems auf das Substrat geleitet werden, wobei der erste und zweite optische Weg von einer optischen Achse des Projektionssystems gleich weit entfernt sind.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, welcher weiterhin Verstellmittel (7) aufweist zum Verändern der Positionen der mindestens zwei Bereiche erhöhter Intensität in Abhängigkeit von einem Muster auf der Maske.
Belichtungsgerät nach Anspruch 12, bei welchem die optischen Mitteil ein Raumfilter aufweisen, das mindestens zwei voneinander durch einen lichtabdeckenden oder lichtdämpfenden Bereich getrennte Öffnungen aufweist, und dass die Verstellmittel einen Mechanismus zum Auswechseln des Raumfilters durch ein anderes Raumfilter umfassen, das eine Öffnung an anderer Stelle besitzt.
Belichtungsgerät nach Anspruch 12, bei welchem die optischen Mittel ein Raumfilter mit einem elektrooptischen Element aufweisen, bei dem mindestens zwei Bereiche transparent bzw. undurchsichtig sind, und die Einstellmittel einen elektrischen Schaltkreis zum Betrieb des elektrooptischen Elements umfassen, um die mindestens zwei Bereiche transparent beziehungsweise undurchsichtig zu machen.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, welches weiterhin ein optisches Filter (15) zwischen der Maske und dem Substrat aufweist.
Belichtungsgerät nach Anspruch 15, bei welchem das optische Filter einen Lichtschutz- oder -dämpfenden Bereich besitzt, um eine Intensitätsverteilung des Lichts der beleuchteten Maske in einer Fourier-Transformationsebene (14) im Projektionssystem zu schaffen.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem die Intensitätsverteilung erste und zweite Bereiche erhöhter Intensität umfasst, die derart angeordnet sind, dass ein Lichtstrahl (Ll0) nullter Beugungsordnung, der durch das Muster durch Beleuchtung mit Licht vom ersten Bereich (6a) erhöhter Intensität erzeugt wird, auf das Substrat durch denselben optischen Weg des Projektionssystems gerichtet wird, wie ein gebeugter Strahl (Lrl) ±1. Ordnung, der durch Beleuchtung des Musters mit Licht vom zweiten Bereich (6b) erhöhter Intensität erzeugt wird.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem ein Lichtstrahl (Lr0) nullter Beugungsordnung und ein gebeugter Strahl (Ll1) ±1. Ordnung, die durch Beleuchtung des Musters mit Licht jeweils von einem Bereich erhöhter Intensität der Intensitätsverteilung erzeugt werden, symmetrisch zu einer optischen Achse des Projektionssystems liegen.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem die Intensitätsverteilung (15) aus vier Bereichen erhöhter Intensität besteht, die um jeweils 90° versetzt um eine optische Achse des Beleuchtungssystems angeordnet sind.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem das Muster Linien/Geraden enthält, die sich in einer vorbestimmten Richtung erstrecken, und die Intensitätsverteilung zwei Bereiche erhöhter Intensität besitzt, die durch einen entlang der vorbestimmten Richtung begrenzten Bereich getrennt sind.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem das Muster Linien/Geraden enthält, die sich in einer vorbestimmten Richtung erstrecken, und die Intensitätsverteilung innerhalb eines entlang der vorbestimmten Richtung begrenzten Bereichs verringert ist.
Belichtungsgerät nach Anspruch 21, bei welchem die optischen Mittel eine Sperre aufweisen, die einen lichtabdeckenden oder lichtdämpfenden Bereich besitzt, der den Bereich entlang der vorgegebenen Richtung abdeckt.
Belichtungsgerät nach Anspruch 21, bei welchem die optischen Mittel eine Sperre aufweisen, die zwei Öffnungen besitzt, die durch den Bereich entlang der vorgegebenen Richtung getrennt sind, um die Bereiche erhöhter Intensität zu bestimmen.
Belichtungsgerät nach Anspruch 21, bei welchem die Intensität in dem Bereich entlang der vorgegebenen Richtung bis ungefähr Null abnimmt.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem das Muster sich in eine vorbestimmte Richtung erstreckende Linien aufweist und die Intensitätsverteilung zwei Bereiche erhöhter Intensität besitzt, die in einer Richtung senkrecht zur vorbestimmten Richtung angeordnet sind.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem das Muster sich in eine vorbestimmte Richtung erstreckende Linien aufweist und die Intensitätsverteilung gegenüber einem entlang der vorbestimmten Richtung definierten Bereich erhöht ist.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem das Muster sich in eine vorbestimmte Richtung erstreckende Linien besitzt und Licht von zwei Bereichen erhöhter Intensität auf die Maske durch ein Paar von Pfaden gerichtet wird, die symmetrisch geneigt zu einer die vorbestimmte Richtung enthaltende Einfallsebene verlaufen.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem das Muster sich in eine vorbestimmte Richtung erstreckende Linien aufweist und die optischen Mittel eine Sperre besitzen, die das Licht entlang einem Pfad in einer die vorbestimmte Richtung enthaltende Einfallsebene am Durchtritt hindert.
Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei welchem die Intensitätsverteilung zwei Bereiche erhöhter Intensität umfasst, die in einer periodischen Richtung des Musters liegen.