DE10332112A1

DE10332112A1 - Manufacturing semiconductor, other finely-structured components involves setting working distance at least temporarily to less than maximum size of optical near field of emanating projection light

Info

Publication number: DE10332112A1
Application number: DE2003132112
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Schuster
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-01-27
Also published as: JP2005033204A; JP4921699B2

Abstract

The method involves providing a mask with a defined pattern in an object plane of a projection objective (5) and a light-sensitive substrate (10) near the image plane (12), illuminating the pattern with ultraviolet light of defined working wavelength, projecting an image of the pattern onto the substrate, setting a finite working distance (16) between an illumination light output surface (15) and an input coupling surface (11) and setting the working distance at least temporarily to less than the maximum size of an optical near field of the emanating light . An independent claim is also included for the following: (a) a projection illumination system.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen sowie auf ein Projektionsbelichtungssystem zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method of manufacturing semiconductor devices and other finely structured components as well as a projection exposure system to carry out of the procedure.

Photolithographische Projektionsobjektive werden seit mehreren Jahrzehnten zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen verwendet. Sie dienen dazu, Muster von Fotomasken oder Strichplatten, die nachfolgend auch als Masken oder Retikel bezeichnet werden, auf ein lichtempfindliches Substrat, beispielsweise einen mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichteten Halbleiterwafer, mit höchster Auflösung in verkleinerndem Maßstab zu projizieren.photolithographic Projection lenses have been used for several decades of semiconductor devices and other finely-structured components uses. They are used to make patterns of photomasks or reticles, hereafter referred to as masks or reticles, on a photosensitive substrate, for example one with a photosensitive layer coated semiconductor wafer, with highest resolution in scale down to project.

Zur Erzeugung immer feinerer Strukturen in der Größenordnung von 100nm oder darunter werden mehrere Ansätze verfolgt. Zum einen wird versucht, die bildseitige numerische Apertur (NA) des Projektionsobjektivs über die derzeit erzielbaren Werte hinaus in dem Bereich von NA = 0,8 oder darüber zu vergrößern. Außerdem werden immer kürzere Arbeitswellenlängen von Ultraviolettlicht verwendet, vorzugsweise Wellenlängen von weniger als 260 nm, beispielsweise 248 nm, 193 nm, 157 nm oder darunter. Schließlich werden noch andere Maßnahmen zur Auflösungsvergrößerung genutzt, beispielsweise phasenschiebende Masken und/oder schräge Beleuchtung.to Generation of ever finer structures on the order of 100nm or less be several approaches tracked. On the one hand, an attempt is made to use the image-side numerical aperture (NA) of the projection lens the currently achievable values in the range of NA = 0.8 or above to enlarge. In addition, will ever shorter Operating wavelengths of ultraviolet light, preferably wavelengths of less than 260 nm, for example 248 nm, 193 nm, 157 nm or less. After all will be other measures used to increase the resolution, For example, phase-shifting masks and / or oblique lighting.

Die Verkürzung der Arbeitswellenlänge λ in den Bereich unterhalb von 193 nm wird dadurch erschwert, dass für diesen Wellenlängenbereich nur noch wenige ausreichend transparente Materialien zur Linsenherstellung zur Verfügung stehen, insbesondere Fluoridkristalle, wie Kalziumfluorid oder Bariumfluorid. Diese Materialien sind nur begrenzt verfügbar und im Hinblick auf ihre doppelbrechenden Eigenschaften bei 193 nm und insbesondere bei 157 nm problematisch.The shortening the working wavelength λ in the range below 193 nm is made more difficult by the fact that for this Wavelength range only a few sufficiently transparent materials for lens production to disposal in particular fluoride crystals, such as calcium fluoride or barium fluoride. These materials are limited and available in terms of their birefringent properties at 193 nm and especially at 157 nm problematic.

Bei der Erhöhung der Apertur deutlich über NA = 0,85 werden Grenzen bei der Winkelbelastbarkeit vor allem von bildnahen Linsen erreicht. Größere Aperturen als NA = 0,95 bis hin zu NA = 1 werden als unpraktikabel angesehen. Bei Aperturen von NA > 1 lassen sich die Rand- und Komastrahlen aufgrund von Totalreflexion nicht mehr aus einem Objektiv auskoppeln.at the increase the aperture is clearly over NA = 0.85 are limits in the angle loadability of mainly imaged close to the lens. Larger apertures as NA = 0.95 up to NA = 1 are considered impractical. At apertures of NA> 1 can be the edge and coma rays due to total reflection no longer disengage from a lens.

Die Verwendung von Immersionsfluiden zwischen Projektionsobjektiv und Substrat kann theoretisch dazu genutzt werden, numerische Aperturen NA größer 1 zu realisieren. Jedoch sind praxistaugliche Systeme für die Immersionslithographie bisher nicht veröffentlicht worden.The Use of immersion fluids between projection lens and Substrate can theoretically be used to numerical apertures NA greater than 1 too realize. However, practical systems for immersion lithography are not published yet Service.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Projektionsbelichtungsverfahren und ein entsprechendes Projektionsbelichtungssystem bereitzustellen, die eine Projektionsbelichtung bei höchsten numerischen Aperturen ermöglichen.Of the Invention is based on the object, a projection exposure method and to provide a corresponding projection exposure system, the one projection exposure at highest numerical apertures enable.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren für die Projektionsbelichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Projektionsbelichtungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 18 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.to solution To this end, the invention provides a method for the projection exposure with the features of claim 1 and a projection exposure system with the features of claim 18 ready. Advantageous developments are in the dependent claims specified. The wording of all claims is incorporated by reference into the content of the description.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen hat folgende Schritte:
Bereitstellen einer Maske mit einem vorgegebenen Muster in einer Objektebene eines Projektionsobjektivs;
Bereitstellen eines lichtempfindlichen Substrats im Bereich der Bildebene des Projektionsobjektivs;
Beleuchten des Musters mit Ultraviolettlicht einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge;
Projektion eines Bildes des Musters auf das lichtempfindliche Substrat mit Hilfe des Projektionsobjektivs;
Einstellen eines endlichen Arbeitsabstandes zwischen einer dem Projektionsobjektiv zugeordneten Austrittsfläche für Belichtungslicht und einer dem Substrat zugeordneten Einkoppelfläche für Belichtungslicht,
wobei der Arbeitsabstand innerhalb eines Belichtungszeitintervalls mindestens zeitweise auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner ist als eine maximale Ausdehnung eines optischen Nahfeldes des aus der Austrittsfläche austretenden Lichtes.An inventive method for the production of semiconductor devices and other finely structured components has the following steps:
Providing a mask having a predetermined pattern in an object plane of a projection lens;
Providing a photosensitive substrate in the region of the image plane of the projection objective;
Illuminating the pattern with ultraviolet light of a predetermined working wavelength;
Projecting an image of the pattern on the photosensitive substrate by means of the projection lens;
Setting a finite working distance between an exit surface for exposure light assigned to the projection objective and an exposure light coupling surface associated with the substrate;
wherein the working distance within an exposure time interval is at least temporarily set to a value which is smaller than a maximum extension of a near optical field of the light emerging from the exit surface.

Die Erfindung schlägt somit einen berührungslosen Projektionsbelichtungsprozess vor, bei dem evaneszente Felder des Beleuchtungslichtes, die sich in unmittelbarer Nähe der Austrittsfläche befinden, für den lithographischen Prozess nutzbar gemacht werden. Es hat sich gezeigt, dass bei ausreichend geringen (endlichen) Arbeitsabständen trotz geometrischer Totalreflexionsbedingungen ein für die Lithographie nutzbarer Lichtanteil aus der Austrittsfläche des Objektivs ausgekoppelt und in eine unmittelbar mit Abstand benachbarte Einkoppelfläche eingekoppelt werden kann.The invention thus proposes a non-contact projection exposure process in which eva Nescent fields of the illumination light, which are located in the immediate vicinity of the exit surface, are made available for the lithographic process. It has been shown that, despite sufficiently low (finite) working distances, in spite of geometrical total reflection conditions, a usable light fraction for the lithography can be coupled out of the exit surface of the objective lens and coupled into a directly adjacent adjacent coupling-in surface.

Es hat sich herausgestellt, dass eine Einkopplung von Beleuchtungslicht mit einer Einkoppelintensität nahe null bei numerischen Aperturen oberhalb NA = 1 bei einem Arbeitsabstand beginnt, der etwa dem Vierfachen der Arbeitswellenlänge λ entspricht. Somit ist bevorzugt, wenn mindestens zeitweise ein Arbeitsabstand eingestellt wird, der weniger als das Vierfache der Arbeitswellenlänge beträgt. Insbesondere sollte der Arbeitsabstand wenigstens zeitweise weniger als ca. 50% der Arbeitswellenlänge betragen. Werden mindestens zeitweise Arbeitsabstände von 20% oder weniger der Arbeitswellenlänge eingestellt, so können typische Einkoppelgrade von ca.20% oder mehr erreicht werden. Bei den derzeit verfügbaren Photoresistmaterialien beginnt bei einem Einkoppelgrad von etwa 20% ein für die Lithographie nutzbarer Bereich. Um höhere Einkoppelwirkungsgrade zu erreichen, sollte der Arbeitsabstand für mindestens einen Teil der Belichtungszeit weniger 10% oder weniger als 5% der Arbeitswellenlänge betragen. Entsprechend haben Projektionsobjektive für die hier vorgeschlagene kontaktlose Nahfeld-Projektionslithographie vorzugsweise typische Arbeitsabstände im Bereich der Arbeitswellenlänge oder darunter, beispielsweise zwischen ca. 3 nm und ca. 200 nm, insbesondere zwischen ca. 5 nm und ca. 100 nm. Generell ist es günstig, wenn der Arbeitsabstand an die sonstigen Eigenschaften des Projektionssystems (Eigenschaften des Projektionsobjektivs nahe der Austrittsfläche, Eigenschaften des Substrates nahe der Einkoppelfläche) so angepasst ist, dass ein Einkoppelwirkungsgrad von mindestens 10% erzielt wird. Der Begriff „Einkoppelwirkungsgrad" bezeichnet hier das Verhältnis der Transmission der maximalen Rand- bzw. Komastrahlen zur Transmission der Hauptstrahlen beim Auskoppeln aus dem Objektiv und beim Einkoppeln in den Resist, wobei hier ein Mittelwert für verschiedene Polarisationsrichtungen (s- und p-Komponente) betrachtet wird. Die Einkopplung ist von der Polarisation und dem Brechzahlquotienten der Grenzflächenkomponenten abhängig. Für Aperturen NA > 1,0 liefert die tangentiale Polarisation (vergleichbar p-Polarisation) deutlich bessere Kontraste unabhängig davon ob über ein Immersionsmedium oder über ein Nahfeld eingekoppelt wird. Je nach Abstand, Polarisationsgrad und Einfallswinkel kann der Einkoppelwirkungsgrad deutlich schwanken. Als Anhaltswerte gemittelt über verschiedene Einfallswinkel, Polarisationsrichtungen und mittlerem Brechzahlqoutienten bei NA > 1,0 können die Werte der folgenden Tabelle angesehen werden, die den Einkoppelwirkungsgrad als Funktion des auf die Arbeitswellenlänge normierten Nahfeldabstandes bzw. Arbeitsabstandes angibt.It has been found to be a coupling of illumination light close with a coupling intensity zero at numerical apertures above NA = 1 at a working distance begins, which corresponds to about four times the working wavelength λ. Thus, it is preferred if at least temporarily a working distance is set which is less than four times the working wavelength. Especially should the working distance be at least temporarily less than approximately 50% the working wavelength be. Be at least temporarily working distances of 20% or less of the operating wavelength set, so typical Einkoppelgrade of about 20% or more. The currently available photoresist materials begin at a Einkoppelgrad of about 20% usable for lithography Area. To higher To achieve coupling efficiencies, the working distance should be at least a portion of the exposure time less than 10% or less than 5% of the Working wavelength be. Accordingly, projection lenses have for here proposed contactless near-field projection lithography preferably typical working distances in the range of working wavelength or below, for example between about 3 nm and about 200 nm, in particular between about 5 nm and about 100 nm. In general, it is favorable if the working distance to the other properties of the projection system (Properties of the projection lens near the exit surface, properties the substrate near the coupling surface) is adapted so that a coupling efficiency of at least 10% is achieved. The term "coupling efficiency" refers to here The relationship the transmission of the maximum edge or coma beams to the transmission the main rays when decoupling from the lens and when coupling in the resist, with an average value for different polarization directions (s and p component) is considered. The coupling is from the Polarization and the refractive index quotient of the interface components dependent. For apertures NA> 1.0 delivers the Tangential polarization (comparable p-polarization) clearly better contrasts independently whether over an immersion medium or over a near field is coupled. Depending on the distance, degree of polarization and angle of incidence, the coupling efficiency can vary significantly. As a guide, averaged over different angles of incidence, polarization directions and mean Refractive index ratios at NA> 1.0 can the values of the following table are considered that the coupling efficiency as a function of the near field distance normalized to the operating wavelength or working distance indicates.

Bei der Nahfeld-Projektionslithographie sollte der geringe Arbeitsabstand mit möglichst geringen örtlichen Abstandsschwankungen über die gesamte zu belichtende Fläche vorliegen, um lokale Variationen der eingekoppelten Lichtintensität so gering wie möglich zu halten. Da die Austrittsfläche des Projektionsobjektivs vorzugsweise im wesentlichen eben ist, ist für einen gleichmäßigen Arbeitsabstand eine im wesentlichen ebene Einkoppelfläche anzustreben. Um dies trotz einer gegebenenfalls unebenen Oberfläche des zu belichtenden Substrates zu erzielen, ist bei einer Ausführungsform des Verfahrens eine Beschichtung des Substrats mit mindestens einer Planarisierungsschicht zur Erzeugung einer im wesentlichen ebenen Substratoberfläche vorgesehen, die als Einkoppelfläche dienen kann. Die ein- oder mehrlagige Planarisierungsschicht kann durch eine Fotolackschicht bzw. Resistschicht gebildet sein. Es ist auch möglich, zusätzlich zu dem lichtempfindlichen Resistmaterial eine Schicht aus einem als Planarisierungsmedium dienenden Material aufzubringen, das für die Arbeitswellenlänge ausreichend transparent ist, selbst gegebenenfalls aber keine Strukturänderungen durch Belichtung zeigt.In near-field projection lithography, the short working distance should be as small as possible with spatial variations over the entire area to be exposed in order to minimize local variations in the coupled light intensity. Since the exit surface of the projection lens is preferably substantially planar, a substantially planar coupling surface is desirable for a uniform working distance. In order to achieve this despite an optionally uneven surface of the substrate to be exposed, in one embodiment of the method a coating of the substrate with at least one planarization layer for producing a substantially planar substrate surface is present seen, which can serve as a coupling surface. The monolayer or multilayer planarization layer may be formed by a photoresist layer or resist layer. It is also possible to apply, in addition to the photosensitive resist material, a layer of a material serving as a planarization medium, which is sufficiently transparent for the working wavelength but may itself show no structural changes due to exposure.

Um einen geeigneten, kleinen Arbeitsabstand zwischen Austrittsfläche und Einkoppelfläche einzustellen und aufrechtzuerhalten, ist bei einer Weiterbildung eine Fokussiertechnik vorgesehen, die besonders an kleine Arbeitsabstände angepasst ist. Bei dieser Technik wird ein Messstrahl derart in einem flachen Winkel in den objektseitigen Endbereich des Projektionsobjektivs oder zwischen Austrittsfläche und Einkoppelfläche eingestrahlt, dass er nach Austritt aus einem Einkoppelsystem der Fokusdetektionseinrichtung zunächst auf einen Zick-Zack-Weg zwischen geeigneten reflektierenden Flächen einmal oder mehrmals hin und her reflektiert wird, bevor er in ein Auskoppelsystem der Fokusdetektionseinrichtung gelangt. Dadurch kann auch bei geringem Arbeitsabstand ein Messstrahl mit relativ großem Einstrahlwinkel auf die Einkoppelfläche gerichtet werden. Auf diese Weise können Fokusdetektionssysteme mit streifendem Lichteinfall auch bei Projektionsobjektiven mit sehr geringem Arbeitsabstand genutzt werden. Ein bevorzugtes Fokusdetektionssystem der Anmelderin ist in der deutschen Patentanmeldung DE 102 29 818 (entsprechend US Serial Number 10/210,051) offenbart, deren Merkmale durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht werden.In order to set and maintain a suitable, small working distance between exit surface and coupling surface, a focusing technique is provided in a development that is particularly adapted to small working distances. In this technique, a measuring beam is so irradiated at a shallow angle in the object-side end portion of the projection lens or between exit surface and coupling surface, that after exiting a coupling system of the focus detection device initially on a zig-zag path between suitable reflective surfaces once or several times and is reflected before it enters a decoupling system of the focus detection device. As a result, even with a small working distance, a measuring beam with a relatively large angle of incidence can be directed onto the coupling surface. In this way, focus detection systems with grazing light can be used even with projection lenses with a very short working distance. A preferred focus detection system of the applicant is in the German patent application DE 102 29 818 (corresponding to US Serial Number 10 / 210,051), the features of which are incorporated herein by reference.

Bei einer Ausführungsform wird das letzte optische Element des Projektionsobjektivs als durchstrahlbarer, strahlführender Teil des Fokusdetektionssystems genutzt. Das letzte optische Element kann hierzu einen Randbereich haben, an dem an mindestens einer Stelle eine schräg zur optischen Achse ausgerichtete ebene Fläche zur Einkopplung und/oder Auskopplung eines Messstrahls des Fokusdetektionssystems ausgebildet ist. Über die Einkoppelflächen und Auskoppelflächen kann ein Messstrahl in das letzte optische Element einkoppeln und, gegebenenfalls nach ein- oder mehrfacher Reflektion an Grenzflächen des letzten optischen Elementes, aus der Austrittsfläche ausgekoppelt und nach Reflexion an der Einkoppelfläche des Substrates gegebenenfalls wieder in das letzte optische Element eingekoppelt werden.at an embodiment is the last optical element of the projection lens as durchstrahlbarer, beam-guiding Part of the focus detection system used. The last optical element For this purpose, it can have an edge region, on which at least one Make a diagonal aligned to the optical axis flat surface for coupling and / or Coupling of a measuring beam of the focus detection system is formed is. about the coupling surfaces and decoupling surfaces can couple a measuring beam into the last optical element and, optionally after one or more reflections at interfaces of the last optical element, coupled out of the exit surface and after reflection at the coupling surface optionally back into the last optical element of the substrate be coupled.

Um über die gesamte zu belichtende Fläche einen möglichst gleichmäßigen, geringen Arbeitsabstand zumindest während eines Teils eines Belichtungsintervalles aufrechtzuerhalten, ist gemäß einer Weiterbildung eine besondere Haltetechnik für das Substrat, insbesondere für einen dünnen Halbleiterwafer, vorgesehen. Die Substrathaltevorrichtung erlaubt eine gesteuerte Deformation des Substrates, um einen gewünschte Form der Einkoppelfläche aktiver einzustellen. Insbesondere kann eine im wesentlichen ebene Substratoberfläche bzw. Einkoppelfläche erzeugt werden. Hierzu ist bei einer Ausführungsform eine aktive Unterstützung des Substrates auf mindestens drei Unterstützungsflächen von Unterstützungsgliedern vorgesehen. Um bei einem begrenzt deformierbaren Substrat dessen Oberfläche auf die gewünschte, beispielsweise ebene Form, zu bringen, kann die Axialposition von mindestens einer der Unterstützungsflächen relativ zu den anderen Unterstützungsflächen gezielt verstellt werden, um das darauf gelagerte Substrat zu deformieren. Um eine exakte Steuerung der Form und Lage der Einkoppelfläche durch die Substrathaltevorrichtung und deren Unterstützungsglieder zu erreichen, ist bei einer Weiterbildung vorgesehen, dass das Substrat an die Unterstützungsglieder angepresst wird, indem auf der der Einkoppelfläche abgewandten Seite des Substrats ein Unterdruck erzeugt wird. Dann wird das Substrat durch den auf der Einkoppelfläche lastenden Umgebungsdruck auf die gegebenenfalls in unterschiedlichen Höhen positionierten Unterstützungsflächen gedrückt und somit eine zielgenaue Deformation des Substrates erreicht. Die Substrathaltevorrichtung kann weiterhin so gestaltet sein, dass sie eine Axialverstellung des gesamten Substrates und/oder eine Verkippung um eine oder mehrere Achsen ermöglicht, um die Einkoppelfläche in die richtige räumliche Beziehung zur Austrittsfläche des Beleuchtungslichtes zu bringen.To over the entire area to be exposed one possible even, small Working distance at least during a portion of an exposure interval is maintained according to a Training a special holding technique for the substrate, in particular for one thin Semiconductor wafer, provided. The substrate holding device allows a controlled deformation of the substrate to a desired shape of the coupling surface more active. In particular, a substantially flat Substrate surface or coupling surface be generated. For this purpose, in one embodiment, an active support of Substrates on at least three support surfaces of support members intended. In order for a limited deformable substrate surface to the desired, For example, to bring planar shape, the axial position of at least one of the support surfaces relative targeted to the other support surfaces be adjusted to deform the substrate mounted thereon. To an exact control of the shape and position of the coupling surface by to reach the substrate holding device and its support members, is provided in a development that the substrate to the Support members pressed is, by on the side facing away from the coupling surface of the substrate a negative pressure is generated. Then the substrate through the the coupling surface load-bearing ambient pressure on the possibly in different Heights positioned Support surfaces pressed and thus achieved a targeted deformation of the substrate. The substrate holding device can also be designed so that they have an axial adjustment of the entire substrate and / or a tilt by one or more Allows axes, around the coupling surface in the right spatial Relationship to the exit surface to bring the illumination light.

Für eine aktive Unterstützung eines Substrates durch geregelte Unterstützungspunkte gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine Möglichkeit besteht darin, die zu belichtende Oberfläche, beispielsweise eine Waferoberfläche, vor der Belichtung über entsprechende Messverfahren, insbesondere interferometrisch, auf Oberflächendeformationen zu untersuchen und danach die Oberflächendeformation so zu minimieren, dass sie beispielsweise kleiner als 3 nm in Bezug auf einen Verlauf einer vorzugsweise ebenen Soll-Oberfläche wird. Danach kann fokussiert, gegebenenfalls gekippt und belichtet werden. Deformationen vor und/oder während einer Belichtung bei gleichzeitiger Fokussierung und/oder Erfassung der Oberflächenform sind ebenfalls möglich.For an active support of a substrate through regulated support points, there are several possibilities. A possibility consists in the surface to be exposed, for example, a wafer surface before the exposure over corresponding measurement methods, in particular interferometric, on surface deformations investigate and then minimize the surface deformation so for example, they are smaller than 3 nm in terms of a course a preferably flat target surface is. After that, you can focus, optionally tilted and exposed. Deformations before and / or while an exposure with simultaneous focus and / or detection the surface shape are also possible.

Aufgrund des geringen Arbeitsabstandes kann es zu verstärkter Kontamination der Austrittsfläche kommen. Hierdurch können die Abbildungsqualität und der Durchsatz an belichteten Substraten abnehmen. Um hier Abhilfe zu schaffen, ist bei einer Weiterbildung vorgesehen, dass das letzte optische Element, an dem sich die Austrittsfläche befindet, durch eine relativ dünne, transparente Platte gebildet wird, die z.B. durch Aussprengen mit dem vorletzten optischen Element, beispielsweise einer Plankonvexlinse, optisch kontaktiert werden kann. Eine solche auswechselbare Abschlussplatte kann in geeigneten Zeitabstän den abgelöst, gereinigt und danach erneut angesprengt oder durch eine andere Abschlussplatte ersetzt werden. Das Ansprengen als optisch neutrale Fügetechnik ist vor allem dann zu wählen, wenn Aperturen von NA > 1 übertragen werden sollen. Alternativ kann die dünne Platte mittels eines Immersionsmediums, beispielsweise einer Immersionsflüssigkeit, optisch an das vorletzte optische Element angekoppelt werden.Due to the short working distance, there may be increased contamination of the exit surface. As a result, the imaging quality and throughput of exposed substrates may decrease. To remedy this situation, it is provided in a development that the last optical element on which the exit surface is formed by a relatively thin, transparent plate, which can be optically contacted, for example, by blasting with the penultimate optical element, such as a Plankenonvexlinse. Such a replaceable end plate can be replaced in the appropriate Zeitabstän the, cleaned and then re-sprinkled or replaced by another end plate. The wringing as optically neutral joining technique is to be chosen especially if apertures of NA> 1 are to be transmitted. Alternatively, the thin plate can be optically coupled to the penultimate optical element by means of an immersion medium, for example an immersion liquid.

Kontaminationsprobleme können auch dadurch vermieden oder vermindert werden, dass eine transparente Planplatte auf das Substrat derart aufgelegt wird, dass eine dem Substrat abgewandte, objektivseitige Planfläche der Planplatte die Einkoppelfläche bildet. Die Planplatte kann beispielsweise so auf das Substrat aufgelegt werden, dass mindestens bereichsweise Berührungskontakt mit der Oberseite des Substrates besteht. Es ist auch möglich, einen Bereich zwischen der substratseitigen Planfläche der Planplatte und der Oberseite des Substrates durch ein Immersionsmedium, z.B. reines Wasser, teilweise oder vollständig zu füllen. In jedem Fall wird bei Verwendung dieser Planplatte, die auch als Planparallelplatte oder als Hilfsplatte bezeichnet werden kann, der vom Nahfeld zu überbrückende, geringe Arbeitsabstand zwischen der objektivseitigen Planfläche der Hilfsplatte und der Austrittsfläche des Projektionsobjektivs gebildet. Bei dieser Verfahrensvariante sind die optischen Eigenschaften des Projektionsobjektivs so auf die zwischen dessen Austrittsfläche und dem zu belichtenden Substrat einzufügenden Medien abgestimmt, dass eine Abbildung mit hoher Auflösung möglich ist. Alle Platten können unabhängig davon, ob sie am Objektiv als Wechselplatte oder als von dem Objektiv losgelöste Hilfsplatte auf dem Wafer vorgesehen sind, von einer dicken, plankonvexen Objektivlinse abgespalten werden, sofern für die Platte und die Linse die gleiche oder annähernd gleiche Brechzahl vorgesehen ist. Daher sind ausreichend dicke Plankonvexlinsen als letzte Linsen des Objektives günstig.contamination problems can also be avoided or reduced by a transparent Plane is placed on the substrate such that a Substrate remote, lens side plane surface of the plane plate forms the coupling surface. The plane plate can for example be placed on the substrate be that at least partially touch contact with the top of the substrate. It is also possible to create an area between the substrate-side plane surface the plane plate and the top of the substrate by an immersion medium, e.g. pure water, partially or completely to fill. In any case, at Use of this plane plate, which also as a plane parallel plate or can be referred to as an auxiliary plate to be bridged by the near field, small working distance between the lens side plane surface of the Auxiliary plate and the exit surface formed of the projection lens. In this process variant are the optical properties of the projection lens so on between its exit surface and to be inserted to the substrate to be inserted adjusted media that a high resolution picture possible is. All plates can independently whether they are on the lens as a removable disk or as the lens detached Auxiliary plate provided on the wafer, from a thick, plano-convex Objective lens are split off, provided for the plate and the lens the same or approximate same refractive index is provided. Therefore, sufficiently thick plano-convex lenses are favorable as the last lenses of the lens.

Die Planplatte kann so groß sein, dass im wesentlichen die gesamte zu belichtende Fläche des Substrates abgedeckt wird. Eine Planplatte dieser Art kann mehrfach verwendet werden, sollte jedoch in geeigneten Zeitabständen, beispielsweise nach jedem Belichtungszyklus gereinigt werden. Für die Halbleiterherstellung können beispielsweise Planplatten mit dem Waferdurchmesser 200 mm oder 300 mm Durchmesser verwendet werden. Bei der Belichtung erfolgt dann eine Relativverschiebung zwischen Projektionsobjektiv und Planplatte, um sukzessive alle Bereiche des zu belichtenden Substrates zu belichten. Es ist möglich, die als Hilfsplatte dienende Planplatte ohne Immersion direkt nach dem Auftragen und Trocknen der lichtempfindlichen Schicht in Vakuum aufzulegen und das Substrat mit der aufgelegten Hilfsplatte zur Belichtungsanlage zu transportieren. In diesem Fall kann die Hilfsplatte auch als Schutzplatte für das Substrat dienen, wobei ein zweifacher Durchgang durch ein optisches Nahfeld stattfindet.The Planeboard can be so big that substantially the entire surface to be exposed of Substrate is covered. A plane plate of this kind can be multiple times should be used, however, at appropriate intervals, for example be cleaned after each exposure cycle. For semiconductor manufacturing can For example, flat plates with the wafer diameter 200 mm or 300 mm diameter can be used. During the exposure takes place then a relative displacement between projection lens and plane plate, to successively expose all areas of the substrate to be exposed. It is possible, the serving as an auxiliary plate plane plate without immersion directly after applying and drying the photosensitive layer in vacuo to hang up and the substrate with the attached auxiliary plate for Transport exposure system. In this case, the auxiliary plate also as a protective plate for serve the substrate, wherein a double passage through an optical Near field takes place.

Um Defokusfehler zu vermeiden, sollte der zu belichtende Teil des Substrates an der substratseitigen Planfläche bestmöglich anliegen. Kann dies durch bloßes Auflegen der Planplatte nicht erreicht werden, so ist auch eine aktive Anpressung des Substrats an die substratseitige Planfläche zur Erzeugung eines Berührungskontaktes zumindest während der Belichtung möglich. Hierzu kann beispielsweise auf der der Planplatte abgewandten Seite des Substrates ein Überdruck erzeugt werden, der das Substrat an die Planplatte andrückt. Dabei ist es nicht erforderlich, den Berührungskontakt über die gesamte Substratfläche aufrechtzuerhalten. Es ist ausreichend, wenn jeweils der zu belichtende Bereich und gegebenenfalls seine Nachbarbereiche angedrückt werden. Daher kann es ausreichen, im Bereich der Verlängerung der optischen Achse des Projektionsobjektivs an einen Substrathalter geeignete Auslasskanäle für ein Druckfluid vorzusehen.Around Defocus error should be avoided, the part of the substrate to be exposed at the substrate-side plane surface best possible issue. Can this be by mere Placing the plane plate can not be achieved, so is one too active pressing of the substrate to the substrate side plane surface Generation of a touch contact at least during the exposure possible. For this purpose, for example, on the side facing away from the plane plate the substrate is an overpressure are generated, which presses the substrate to the plane plate. there it is not necessary to make the contact over the entire substrate surface maintain. It is sufficient if each of the exposed Area and possibly its neighboring areas are pressed. Therefore, it may be sufficient in the area of extension of the optical axis the projection lens to a substrate holder suitable outlet channels for a pressurized fluid provided.

Es ist dafür zu sorgen, dass die Planplatte bzw. Hilfsplatte bezüglich Materialeigenschaften wie Transmission, Homogenität und Grenzflächeneigenschaften wie Passe, Sauberkeit und Planparallelität von hoher optischer Qualität ist. Bei der Konstruktion des Projektionsobjektives ist diese Hilfsplatte als Bestandteil des optischen Designs in die optischen Rechnungen mit einzubeziehen. Weichen die Brechzahlen eines letzten optischen Elementes des Projektionsobjektives, beispielsweise einer Plankonvexlinse, und der Planparallelplatte voneinander ab, weil beispielsweise die Linse aus Calciumfluorid und die Hilfsplatte aus Quarzglas gefertigt ist, so ist dies in den optischen Rechnungen entweder von Anfang an oder durch spätere sphärische Anpassung zu berücksichtigen.It is for that to ensure that the plane plate or auxiliary plate with respect to material properties like transmission, homogeneity and interfacial properties how fitting, cleanliness and plane parallelism is of high optical quality. at the construction of the projection lens is this auxiliary plate as part of the optical design in the optical calculations to involve. The refractive indices of a last optical deviate Element of the projection objective, for example a plano-convex lens, and the plane parallel plate from each other because, for example, the Lens made of calcium fluoride and the auxiliary plate made of quartz glass is, so this is in the optical calculations either from the beginning on or later spherical adaptation to take into account.

Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor. Dabei können 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 Ausführungsformen darstellen.The The above and other features are excluded from the claims also from the description and from the drawings. The can individual features each for alone or too many in the form of subcombinations an embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous also for protectable embodiments represent.

1 zeigt schematisch eine mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 schematically shows a microlithographic projection exposure apparatus according to an embodiment of the invention;

2 ist eine schematische, vergrößerte Darstellung eines Übergangsbereiches zwischen einem bildseitigen Ende eines Projektionsobjektivs und einem zu belichtenden Substrat; 2 is a schematic, enlarged view of a transition region between an image-side end of a projection lens and a substrate to be exposed;

3 ist eine schematische Darstellung eines Fokusdetektionssystems sowie einer Einrichtung zur gesteuerten Deformation eines Wafers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und 3 is a schematic representation of a focus detection system and a device for controlled deformation of a wafer according to an embodiment of the invention; and

4 ist eine schematische Darstellung, die die Verwendung einer transparenten Planplatte bei der Projektionsbelichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. 4 Fig. 12 is a schematic diagram showing the use of a transparent plane plate in projection exposure according to an embodiment of the invention.

In 1 ist schematisch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage in Form eines Wafer-Steppers 1 gezeigt, der zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen vorgesehen ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 2 mit einer Arbeitsellenlänge von 157 nm, wobei auch andere Arbeitswellenlängen, beispielsweise 193 nm oder 248 nm möglich sind. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 3 erzeugt in seiner Austrittsebene 4 ein großes, scharf begrenztes, sehr homogen beleuchtetes und an die Telezentriererfordernisse des nachgeschalteten Projektionsobjektivs 5 angepasstes Bildfeld. Das Beleuchtungssystem 3 hat Einrichtungen zur Auswahl des Beleuchtungsmodus und ist im Beispiel zwischen konventioneller Beleuchtung mit variablem Kohärenzgrad, Ringfeldbeleuchtung und Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung umschaltbar. Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung zum Halten und Manipulieren einer Maske 6 so angeordnet, dass diese in der Objektebene 4 des Projektionsobjektivs 5 liegt und in dieser Ebene zum Scanbetrieb in einer Abfahrrichtung 7 bewegbar ist.In 1 schematically is a microlithographic projection exposure apparatus in the form of a wafer stepper 1 shown, which is intended for the production of highly integrated semiconductor devices. The projection exposure machine 1 comprises as light source an excimer laser 2 with a working wavelength of 157 nm, although other working wavelengths, for example 193 nm or 248 nm are possible. A downstream lighting system 3 generated in its exit plane 4 a large, sharply delimited, very homogeneously illuminated and to the Telezentrierfordernisse the downstream projection lens 5 adjusted image field. The lighting system 3 has facilities for selecting the illumination mode and is switchable in the example between conventional illumination with variable degree of coherence, ring field illumination and dipole or quadrupole illumination. Behind the lighting system is a device for holding and manipulating a mask 6 arranged so that these in the object plane 4 of the projection lens 5 lies and in this plane for scanning operation in a departure direction 7 is movable.

Hinter der auch als Maskenebene bezeichneten Ebene 4 folgt das Reduktionsobjektiv 5, das ein Bild der Maske mit reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 4:1 oder 5:1 oder 10:1, auf einen mit einer Photoresistschicht belegten Wafer 10 abbildet. Der als lichtempfindliches Substrat dienende Wafer 10 ist so angeordnet, dass die ebene Substratoberfläche 11 mit der Photoresistschicht im wesentlichen mit der Bildebene 12 des Projektionsobjektivs 5 zusammenfällt. Der Wafer wird durch eine Einrichtung 8 gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit der Maske 6 parallel zu dieser zu bewegen. Die Einrichtung 8 umfasst auch Manipulatoren, um den Wafer sowohl in z-Richtung parallel zur optischen Achse 13 des Projektionsobjektivs, als auch in x- und y-Richtung senkrecht zu dieser Achse zu verfahren. Eine Kippeinrichtung mit mindestens einer senkrecht zur optischen Achse 13 verlaufenden Kippachse ist integriert.Behind the level also called mask layer 4 follows the reduction lens 5 which displays an image of the reduced scale mask, for example, on a 4: 1 or 5: 1 or 10: 1 scale, on a wafer coated with a photoresist layer 10 maps. The serving as a photosensitive substrate wafer 10 is arranged so that the flat substrate surface 11 with the photoresist layer substantially with the image plane 12 of the projection lens 5 coincides. The wafer is going through a device 8th held, which includes a scanner drive to synchronize the wafer with the mask 6 to move parallel to this. The device 8th also includes manipulators to move the wafer both in the z-direction parallel to the optical axis 13 of the projection lens, as well as to move in the x and y direction perpendicular to this axis. A tilting device with at least one perpendicular to the optical axis 13 extending tilt axis is integrated.

Das Projektionsobjektiv 5 hat als letzte, der Bildebene 12 nächste, transparente optische Komponente eine Plankonvexlinse 14, deren ebene Austrittsfläche 15 die letzte optische Fläche des Projektionsobjektivs 5 ist und in einem Arbeitsabstand 16 oberhalb der Substratoberfläche 11 angeordnet ist (2).The projection lens 5 has as last, the picture plane 12 next, transparent optical component a plano-convex lens 14 whose plane exit surface 15 the last optical surface of the projection lens 5 is and at a working distance 16 above the substrate surface 11 is arranged ( 2 ).

Der Arbeitsabstand 16 ist deutlich kleiner als die Arbeitswellenlänge der Projektionsbelichtungsanlage und beträgt bei dieser Ausführungsform im zeitlichen Mittel ca. 10% der Arbeitswellenlänge bzw. zwischen ca. 10 und ca. 20 nm. Die Anlage ist so konfiguriert, dass ein Berührungskontakt zwischen Austrittsfläche 15 und Substratoberseite 11 zuverlässig vermieden wird, um eine die Oberflächen schonende, kontaktlose Projektionslithografie zu ermöglichen.The working distance 16 is significantly smaller than the operating wavelength of the projection exposure apparatus and in this embodiment is about 10% of the working wavelength or between about 10 and about 20 nm in the time average. The system is configured so that a contact between the exit surface 15 and substrate top 11 is reliably avoided to allow a surface-friendly, non-contact projection lithography.

Das Projektionsobjektiv 5 hat eine numerische Apertur NA von mehr als 0,90, bei manchen Ausführungsformen ist NA > 1,0. Die Apertur ist damit höher als bei der Immersionslithografie, da keine hochbrechende Flüssigkeit gebraucht wird. Eine maximale Apertur NA = (0,95 Brechzahl des Resistes) im Bereich von ca. NA = 1,7 kann günstig sein. Unter den Bedingungen NA ≥ 1,0 lassen sich bei herkömmlichen Projektionssystemen die schräg zur optischen Achse verlaufenen Rand- und Komastrahlen 17 für den Rand der Apertur nicht aus der Austrittsfläche 15 des Objektivs auskoppeln und damit nicht in die als Einkoppelfläche des Substrats dienende Substratoberseite 11 einkoppeln, da im wesentlichen die gesamte schräg vom dichten Medium auf die Grenzfläche 15 auffallende Lichtintensität an dieser total reflektiert wird. Dieses Problem wird bei der Erfindung dadurch vermieden, dass der Arbeitsabstand 16 so klein gewählt wird, dass die Einkoppelfläche 11 des Substrats im Bereich des optischen Nahfeldes der Objektivaustrittsfläche 15 liegt. Wird der Abstand 16 zwischen Austrittsfläche 15 und Einkoppelfläche 11 so weit verringert, dass er wenigstens einmal während eines Belichtungszeitintervalls Werte von ca. 20% oder 15% oder 10% der Arbeitswellenlänge unterschreitet, so kann ein für die Belichtung ausreichender Lichtanteil 18 aus dem Objektiv ausgekoppelt und in das lichtempfindliche Substrat eingekoppelt werden. Beispielsweise erreicht der Einkoppelgrad bei einem Abstand von ca. 20% der Arbeitswellenlänge etwa 20%. Hier beginnt bei derzeit verfügbaren Resistmaterialien ein für die Lithografie nutzbarer Bereich.The projection lens 5 has a numerical aperture NA greater than 0.90, in some embodiments NA is> 1.0. The aperture is thus higher than in the immersion lithography, since no high-refractive liquid is needed. A maximum aperture NA = (0.95 refractive index of the resist) in the range of approximately NA = 1.7 may be favorable. In the case of conventional projection systems, under the conditions NA ≥ 1.0, the edge and coma rays, which run obliquely to the optical axis, can be achieved 17 for the edge of the aperture not from the exit surface 15 decouple the lens and thus not in serving as the coupling surface of the substrate substrate top 11 einkoppeln, because essentially all of the oblique from the dense medium on the interface 15 striking light intensity is totally reflected in this. This problem is avoided in the invention in that the working distance 16 is chosen so small that the coupling surface 11 of the substrate in the region of the optical near field of the objective exit surface 15 lies. Will the distance 16 between exit surface 15 and coupling surface 11 reduced so far that it falls below at least once during a exposure time interval values of about 20% or 15% or 10% of the working wavelength, so can be sufficient for the exposure light 18 be coupled out of the lens and coupled into the photosensitive substrate. For example, the coupling ratio reaches about 20% at a distance of about 20% of the operating wavelength. Here, with currently available resist materials, a range usable for lithography begins.

Für einen zuverlässigen Belichtungsprozess mit geringen Toleranzen bezüglich der eingekoppelten Lichtintensität ist es notwendig, dass der Arbeitsabstand 16 im wesentlichen über die gesamte zu belichtende Fläche mit engen Toleranzen eingehalten wird. Um dies zu ermöglichen, wird bei der hier beschriebenen Ausführungsform eine Planarisierungstechnik verwendet, die unabhängig von der Oberflächentopografie des zu strukturierenden Halbleitermaterials eine im wesentlichen ebene Einkoppelfläche 11 für das Beleuchtungslicht bereit stellt. Im Beispiel der 2 ist die Oberfläche des Wafers 10 bereits durch vorangegangene Prozessschritte stufig strukturiert. Auf die geätzte Oberflächenstruktur wird nun zunächst eine Schicht 20 aus Planarisierungslack aufgetragen, der für das Belichtungslicht transparent ist, jedoch unter Bestrahlung keine wesentliche Strukturänderungen erfährt. Die Planarisierungsschicht 20 hat eine im wesentlichen ebene Oberfläche 21, auf die dann eine dünne Schicht 22 aus lichtempfindlichen Fotoresist aufgetragen wird, deren Schichtdicke gleichmäßig ist. Die nahezu optisch ebene freie Oberfläche 11 der Fotoresistschicht bildet die Einkoppelfläche für das aus dem Projektionsobjektiv ausgekoppelte Belichtungslicht. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform wird auf die gegebenenfalls vorstruktu rierte Halbleiteroberfläche zunächst eine Schicht aus Fotoresist aufgetragen, bevor auf diese eine Schicht aus transparentem Planarisierungslack aufgetragen wird, dessen Oberfläche die Einkoppelfläche 11 bildet. In jedem Fall wird durch die Planarisierungstechnik eine weitgehend ebene Einkoppelfläche 11 geschaffen, die eine gleichmäßige Belichtung während der berührungsfreien Nahfeld-Projektionslithografie fördern.For a reliable exposure process with low tolerances with respect to the coupled light intensity, it is necessary that the working distance 16 is maintained over the entire area to be exposed with narrow tolerances substantially. In order to make this possible, in the embodiment described here, a planarization technique is used which, independent of the surface topography of the semiconductor material to be patterned, has a substantially planar coupling-in surface 11 provides for the illumination light. In the example of 2 is the surface of the wafer 10 already structurally structured by previous process steps. On the etched surface structure is now first a layer 20 applied from planarizing, which is transparent to the exposure light, but undergoes no significant structural changes under irradiation. The planarization layer 20 has a substantially flat surface 21 , then put on a thin layer 22 is applied from photosensitive photoresist whose layer thickness is uniform. The almost optically flat free surface 11 The photoresist layer forms the coupling surface for the exposure light coupled out of the projection lens. In one embodiment, not shown, a layer of photoresist is first applied to the optionally vorstruktu-based semiconductor surface before it is applied to this layer of transparent Planarisierungslack whose surface is the coupling surface 11 forms. In any case, the planarization technique provides a largely flat coupling surface 11 which promote uniform exposure during non-contact near field projection lithography.

Anhand von 3 werden weitere für die berührungslose Nahfeld-Projektionslithografie förderliche Maßnahmen erläutert, die einzeln oder in Kombination bei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Projektionsbelichtungssysteme vorgesehen sein können. Diese Maßnahmen umfassen eine hochpräzise Fokussiertechnik, die auch bei sehr geringen Arbeitsabständen mit hoher Messgenauigkeit arbeitet, sowie die Möglichkeit einer gezielten Deformation der zu belichtenden Substrate zur Einstellung einer im wesentlichen ebenen Substratoberfläche.Based on 3 Further measures which are conducive to non-contact near-field projection lithography are explained, which may be provided individually or in combination in embodiments of projection exposure systems according to the invention. These measures include a high-precision focusing technique, which works with very high measuring accuracy even at very short working distances, as well as the possibility of a targeted deformation of the substrates to be exposed for setting a substantially flat substrate surface.

Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform des Projektionsobjektives hat dieses ein zweigeteiltes letztes optisches Element. Dieses umfasst eine Plankonvexlinse 320 mit sphärischer oder asphärischer Eintrittsfläche und ebener Austrittsfläche 321, an die eine transparente Abschlussplatte 322 angesprengt oder über Immersion optisch angekoppelt ist. Zwischen der Plankonvexlinse 320 und der Abschlussplatte 322 befindet sich eine Mehrlagen- Einfach- oder Gradientenbeschichtung 323, die für die Arbeitswellenlänge des Projektionsobjektivs entspiegelnd wirkt und im sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere bei ca. 633 nm, als Spiegelschicht wirkt. Die Abschlussplatte 322 hat eine mit ebenen Stufen versehene Austrittsseite, deren nach außen vorspringender Teil die Austrittsfläche 315 des Projektionsobjektivs bildet. Am Rand der Austrittsseite sind Beschichtungen 324 aufgebracht, die für die Arbeitswellenlänge entspiegelnd und für sichtbares Licht, beispielsweise 633 nm, als Spiegelschicht wirken.At the in 3 shown embodiment of the projection lens this has a two-part last optical element. This includes a plano-convex lens 320 with spherical or aspheric entry surface and flat exit surface 321 to which a transparent end plate 322 sprinkled or optically coupled via immersion. Between the plano-convex lens 320 and the end plate 322 is a multi-layer single or gradient coating 323 , which has an anti-reflection effect for the working wavelength of the projection objective and acts as a mirror layer in the visible wavelength range, in particular at approximately 633 nm. The end plate 322 has an outlet side provided with flat steps, the outwardly projecting part of the exit surface 315 of the projection lens. At the edge of the exit side are coatings 324 applied, the anti-reflective working for the working wavelength and for visible light, for example, 633 nm, as a mirror layer.

Bei dieser Ausführungsform wird die Abschlussplatte 322 als funktionaler, durchstrahlbarer Teil eines Fokusdetektionssystems 340 genutzt, das zur Erfassung von Abweichungen zwischen der Bildebene 312 des Projektionsobjektives und der im Bereich der Bildebene anzuordnenden Einkoppelfläche 311 des Wafers 310 dient. Auf Grundlage der Messergebnisse des interferometrischen Fokusdetektionssystems 340 kann die relative Lage zwischen Projektionsobjektives und Wafer beispielsweise durch geeignetes Verfahren des Wafers in z-Richtung (parallel zur optischen Achse des Projektionsobjektives) und/oder durch Bewegung des Projektionsobjektives in Bezug auf den Waferhalter entlang der optischen Achse korrigiert werden. Das Fokusdetektionssystem umfasst eine Einkoppel-/Auskoppeloptik 341 mit einer Fizeau-Fläche 342, einen Umlenkspiegel 343 und einen als Retroreflektor dienenden Spiegel 344. Um das Messlicht des Fokusdetektionssystems (Laserlicht mit 633 nm Wellenlänge) in die Abschlussplatte 322 ein- und auskoppeln zu können, hat diese an ihrem Rande ebene, einander gegenüber liegende, Einkoppel-/Auskoppelflächen 345, 346, die so ausgerichtet sind, dass ein Messstrahl 347 des Fokusdetektionssystems im wesentlichen senkrecht zu den Einkoppelflächen ein- bzw. ausgekoppelt wird.In this embodiment, the end plate 322 as a functional, radiographable part of a focus detection system 340 used to detect deviations between the image plane 312 of the projection lens and the coupling surface to be arranged in the region of the image plane 311 of the wafer 310 serves. Based on the measurement results of the interferometric focus detection system 340 For example, the relative position between projection objectives and wafers can be corrected by suitably moving the wafer in the z direction (parallel to the optical axis of the projection objective) and / or by moving the projection objective with respect to the wafer holder along the optical axis. The focus detection system comprises a coupling-in / out optics 341 with a Fizeau surface 342 , a deflecting mirror 343 and a mirror serving as a retroreflector 344 , To the measuring light of the focus detection system (laser light with 633 nm wavelength) in the end plate 322 to be able to connect and disconnect, this has at its edge flat, mutually opposite, coupling / decoupling surfaces 345 . 346 , which are aligned so that a measuring beam 347 of the focus detection system is input or output substantially perpendicular to the coupling surfaces.

Das Fokusdetektionssystem 340 ist ein Interferometersystem, bei dem der Messstrahl 347 schräg auf die reflektierend wirkende Einkoppelfläche 311 des Substrats trifft und von dieser reflektiert wird. Abstandsänderungen zwischen Austrittsfläche 315 und Einkoppelfläche 311 machen sich als Weglängenveränderungen für den Messstrahl bemerkbar, die interferometrisch erfasst und ausgewertet werden können. Der Messstrahl wird über den Spiegel 343 und die Einkoppelfläche 345 schräg von unten in die Platte 322 eingekoppelt und hat innerhalb der Platte einen zickzackförmigen Strahlverlauf, bei dem der Messstrahl mehrfach zwischen der linsenseitigen Reflexbeschichtung 323 und Beschichtungen 324 an der Austrittsseite reflektiert wird. In zentralem Messbereich nahe der optischen Achse 312 des Systems tritt der Messstrahl aus der Platte 322 aus, trifft auf die Einkoppelfläche 311, von der er reflektiert wird, und tritt danach wieder in die Abschlussplatte 322 ein. Nach Austritt aus der Auskoppelfläche 346 wird der Strahl durch Spiegel 344 in sich selbst reflektiert und gelangt nach mehrfacher Umlenkung zickzackförmig verlaufend in die Einkoppel-/Auskoppeloptik 341 zur Auswertung. Vorteilhafterweise ist die Apertur des interferometrischen Strahlenganges an den Arbeitsabstand 316 angepasst, wobei beispielsweise bei einem Arbeitsabstand < λ/5 die Apertur des interferometrischen Strahlenganges > 1 oder bei einem Abstand 316 von mehr als 4 λ – 5 λ die Apertur des interferometrischen Systems < 1 sein kann. Der Aufbau kann gegenüber einem Planspiegel kalibriert werden, der evtl. aus Silizium bestehen kann, wobei dieser selbst eine Oberflächengenauigkeit von besser als PV < 5 nm haben sollte und in nm-Schritten positioniert werden kann. Da die Resistbrechzahlen sehr hoch sein können, kommt normalerweise ein ausreichend guter Reflex vom Resist.The focus detection system 340 is an interferometer system in which the measuring beam 347 obliquely on the reflective acting coupling surface 311 of the substrate and is reflected by this. Distance changes between the exit surface 315 and coupling surface 311 make themselves noticeable as path length changes for the measuring beam, which can be detected and evaluated interferometrically. The measuring beam is over the mirror 343 and the coupling surface 345 diagonally from below into the plate 322 coupled and has within the plate a zigzag-shaped beam path, in which the measuring beam repeatedly between the lens-side reflective coating 323 and coatings 324 is reflected at the exit side. In central measuring range near the optical axis 312 of the system, the measuring beam emerges from the plate 322 out, hits the coupling surface 311 from which he is reflected, and then returns to the end plate 322 one. After emerging from the decoupling surface 346 the beam gets through mirror 344 reflected in itself and ge reaches the input / output optics after zigzagging several times 341 to the results. Advantageously, the aperture of the interferometric beam path is at the working distance 316 adapted, for example, at a working distance <λ / 5, the aperture of the interferometric beam path> 1 or at a distance 316 of more than 4 λ - 5 λ, the aperture of the interferometric system may be <1. The structure can be calibrated against a plane mirror, which may possibly consist of silicon, which itself should have a surface accuracy of better than PV <5 nm and can be positioned in nm increments. Since the resist refractive indexes can be very high, usually a sufficiently good reflex comes from the resist.

Dadurch, dass das Austrittsende des Projektionsobjektivs als reflektierendes und lichtführendes Element in das Fokusdetektionssystem einbezogen wird, kann der Messstrahl 347 mit einem Einfallswinkel auf die Waferoberfläche 311 eingestrahlt werden, der wesentlich steiler ist als ein Einstrahlwinkel, der bei herkömmlichen Fokusdetektionssystemen möglich wäre, bei denen ein Messstrahl direkt mit streifendem Einfall zwischen die Austrittsfläche des Projektionsobjektivs und der Waferoberfläche eingestrahlt wird. Somit kann trotz sehr geringem Arbeitsabstand eine höhere Messgenauigkeit erreicht werden.By including the exit end of the projection lens as a reflective and light guiding element in the focus detection system, the measuring beam 347 with an angle of incidence on the wafer surface 311 be radiated, which is much steeper than an angle of incidence, which would be possible in conventional focus detection systems in which a measuring beam is irradiated directly with grazing incidence between the exit surface of the projection lens and the wafer surface. Thus, despite a very short working distance, a higher measuring accuracy can be achieved.

Um auch bei sehr dünnen und damit gegebenenfalls biegsamen Substraten, z.B. bei Halbleiterwafern, eine im wesentlichen ebene Einkoppelfläche 311 bereitstellen zu können, ist bei der gezeigten Ausführungsform eine Einrichtung 360 zur aktiven Unterstützung des Wafers durch geregelte Unterstützungspunkte vorgesehen, mit der bei Bedarf eine gezielte Deformation des Wafers durchgeführt werden kann. Die in die Substrathaltevorrichtung integrierte Einrichtung 360 umfasst eine Vielzahl von Unterstützungsgliedern 361, die in einem regelmäßigen, zweidimensionalen Raster angeordnet sind und an ihren oberen Enden Unterstützungsflächen 362 haben, auf denen der abzustützende Wafer 310 aufliegt. Jedes der Unterstützungsglieder ist mit Hilfe eines elektrisch ansteuerbaren Stellgliedes, beispielsweise eines piezoelektrischen Elementes, unabhängig von den anderen Unterstützungsgliedern höhenverstellbar. Die Stellelemente werden von einer gemeinsamen Steuereinrichtung 363 angesteuert, die Eingangssignale verarbeitet, welche auf Messergebnissen des Fokusdetektionssystems 340 beruhen. Damit ist ein Regelkreis geschaffen, bei dem der Wafer nach Maßgabe von Ergebnissen einer Abstandsmessung und/oder einer Messung der Oberflächenform so verstellt und/oder deformiert werden kann, dass sich eine im wesentlichen ebene Einkoppelfläche 311 ergibt. Um sicher zu stellen, dass sich eine Verstellung der Unterstützungsglieder direkt auf eine Deformation des Wafers 310 auswirkt, sind die Unterstützungsglieder im Bereich ihrer Unterstützungsflächen so gestaltet, dass sie nach Art von Saugnäpfen an der Unterseite des Wafers angreifen können. Hierzu verläuft in jedem Unterstützungsglied 361 ein im Bereich der Unterstützungsfläche mündender Druckkanal 364, der an eine nicht gezeigte Saugvorrichtung angeschlossen ist. Die Saugvorrichtung erzeugt im Kanalsystem 364 einen Unterdruck, der dafür sorgt, dass der Wafer 310 zuverlässig ohne abzuheben auf den Unterstützungsflächen der Unterstützungsglieder haftet. Um einen Substratwechsel zu erleichtern, kann das Drucksystem kurzzeitig auf Normaldruck oder Überdruck umgeschaltet werden, um ein Ablösen des Wafers von den Unterstützungsgliedern zu erleichtern oder aktiv zu fördern.Even with very thin and thus optionally flexible substrates, for example semiconductor wafers, a substantially planar coupling surface 311 Being able to provide is a device in the embodiment shown 360 for the active support of the wafer by means of regulated support points, with which, if necessary, a targeted deformation of the wafer can be carried out. The device integrated in the substrate holding device 360 includes a variety of support members 361 , which are arranged in a regular, two-dimensional grid and support surfaces at their upper ends 362 have on which the wafer to be supported 310 rests. Each of the support members is height-adjustable by means of an electrically controllable actuator, such as a piezoelectric element, independently of the other support members. The control elements are controlled by a common control device 363 which processes input signals which are based on measurement results of the focus detection system 340 based. In order for a control loop is provided in which the wafer can be adjusted and / or deformed in accordance with the results of a distance measurement and / or a measurement of the surface shape so that a substantially planar coupling surface 311 results. To make sure that an adjustment of the support members directly to a deformation of the wafer 310 In the area of their support surfaces, the support members are designed in such a way that they can act on the underside of the wafer in the manner of suction cups. This is done in each support member 361 a pressure channel opening in the area of the support surface 364 which is connected to a suction device, not shown. The suction device generates in the duct system 364 a negative pressure that ensures that the wafer 310 Reliable without lifting on the support surfaces of the support members liable. To facilitate substrate change, the printing system can be temporarily switched to atmospheric pressure or positive pressure to facilitate or actively promote detachment of the wafer from the support members.

Die Einstellung eines gewünschten Flächenverlaufes der Einkoppelfläche 311 kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Es ist möglich, die zu belichtende Waferfläche 311 vor der Belichtung über entsprechende Messverfahren, beispielsweise interferometrisch oder mit Hilfe einer anderen optischen Entfernungsmessung, auf Oberflächendeformationen zu untersuchen und mit Hilfe der aktiven Waferunterstützung den Wafer so zu verformen, dass die Oberflächendeformation unter einem vorgegebenen Grenzwert bleibt, der beispielsweise auf ≤ 3 nm festgelegt werden kann. Ist die Waferfläche auf diese Weise eben eingestellt, kann fokussiert, gegebenenfalls gekippt und belichtet werden. Eine Deformation vor und/oder während der Laserbelichtung zur Einstellung eines gewünschten Flächenverlaufes ist auch bei gleichzeitiger Fokussierung und gegebenenfalls Verkippung oder dergleichen möglich.The setting of a desired surface course of the coupling surface 311 can be done in different ways. It is possible to expose the wafer surface to be exposed 311 before exposure by appropriate measurement methods, for example, interferometrically or by means of another optical distance measurement to investigate surface deformations and using the active wafer support to deform the wafer so that the surface deformation remains below a predetermined limit, which are set, for example, to ≤ 3 nm can. If the wafer surface is adjusted in this way, it can be focused, optionally tilted and exposed. Deformation before and / or during laser exposure for setting a desired surface course is possible even with simultaneous focusing and optionally tilting or the like.

Die aktive Waferunterstützung mit der Möglichkeit einer gezielten Deformation der Einkoppelfläche 311 kann auch zur Petzvalkorrektur eingesetzt werden, falls bestimmte Restbeträge der Bildfeldkrümmung aus dem Projektionsobjektiv übrig bleiben. Daher kann die Einrichtung 360 z.B. auch dazu genutzt werden, für die Einkoppelfläche 311 einen nicht-unendlichen, großen Krümmungsradius (konvex oder konkav zum Objektiv) einzustellen. Für scannende Systeme kann auch eine zylindrische Krümmung eingestellt werden.The active wafer support with the possibility of a targeted deformation of the coupling surface 311 can also be used for Petzvalkorrektur, if certain residual amounts of field curvature from the projection lens remain. Therefore, the device can 360 eg also be used for the coupling surface 311 set a non-infinite, large radius of curvature (convex or concave to the lens). For scanning systems, a cylindrical curvature can also be set.

Systeme, die eine gezielte Deformation von Wafern erlauben, sind an sich bekannt. Beispiele sind in den Patenten US 5,094,536 oder US 5,563,684 gezeigt. Diese Systeme können bei entsprechender Modifikation auch bei Ausführungsformen der Erfindung genutzt werden. Der Offenbarungsgehalt dieser Dokumente wird durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.Systems that allow targeted deformation of wafers are known per se. Examples are in the patents US 5,094,536 or US 5,563,684 shown. With appropriate modification, these systems can also be used in embodiments of the invention. The disclosure of these documents is incorporated herein by reference.

Aufgrund des geringen Arbeitsabstandes zwischen der Austrittsfläche des Projektionsobjektivs und den mit UV-Licht zu bestrahlenden chemischen Substanzen kann es bei der berührungsfreien Nahfeld- Projektionslithografie zu einer schnellen Kontamination der Objektivaustrittsseite kommen, wodurch der Waferdurchsatz und die Abbildungsleistung vermindert werden können. Eine Möglichkeit zur Verminderung kontaminationsbedingter Nachteile besteht darin, als letztes optisches Element eine dünne Planplatte vorzusehen, die an das vorletzte Element angesprengt ist und durch Ablösen von diesem leicht ausgewechselt werden kann. Statt diese Wechselplatte anzusprengen, kann sie auch über eine Immersionsflüssigkeit mit dem letzten Linsenelement (Plankonvexlinse) in optischen Kontakt gebracht werden. Dieses auswechselbare Element kann als „Schmutzfang" dienen und in geeignetem Zeitintervall abgelöst, gereinigt und erneut angesprengt oder angelegt oder durch ein anderes Element ersetzt werden. Ein nahtloser optischer Kontakt zwischen der auswechselbaren Platte und dem anschließenden optischen Element ist besonders wichtig, da nur auf diese Weise große numerische Aperturen, insbesondere mit Werten NA > 1, übertragen werden können.by virtue of the small working distance between the exit surface of the Projection lens and to be irradiated with UV light chemical Substances may be in the non-contact Near-field projection lithography come to a rapid contamination of the lens exit side, thereby reducing wafer throughput and imaging performance can be. A possibility to reduce contamination-related disadvantages is to to provide a thin plane plate as the last optical element, which is sprinkled on the penultimate element and by peeling off This can be easily replaced. Instead of this removable disk she can also blow over an immersion liquid with the last lens element (plano-convex lens) in optical contact to be brought. This interchangeable element can serve as a "dirt trap" and in suitable Time interval replaced, cleaned and re-sprinkled or created or by another Element to be replaced. A seamless optical contact between the replaceable plate and the subsequent optical element especially important, because only in this way large numerical apertures, in particular with values NA> 1, transferred can be.

Anhand von 4 wird eine Möglichkeit erläutert, gleichzeitig eine ebene Einkoppelfläche bereitzustellen und Kontaminationsprobleme zu minimieren. Bei dieser Verfahrensvariante wird eine dünne oder eine dickere, aus transparentem Material bestehende Planparallelplatte 400 auf das zu belichtende Substrat 410 bzw. auf die Resistschicht aufgelegt. Bei dieser Variante wird der schmale, vom optischen Nahfeld zu überprückende Überbrückungsgasraum (Arbeitsabstand 416) zwischen der objektivseitigen Planfläche 411 der Planplatte und der vorzugsweise ebenen Austrittsfläche 415 des Objektivs gebildet. Dieser dünne Luftspalt von beispielsweise λ/10 – λ/20 befindet sich also nicht mehr unmittelbar vor der Resistschicht (oder einer Planarisierungsschicht) sondern in einem größerem Abstand, beispielsweise in der Größenordnung von einem oder mehreren Millimetern von dieser. Liegt die Planplatte direkt auf der Resistschicht oder einer Planarisierungsschicht auf, so kann es zu einem direkten optischen Kontakt und evtl. bereichs weise zu einem beinahe optischen Kontakt mit geringem Abstand kommen. Im zweiten Fall wird überwiegend ein optisches Nahfeld mit einem Abstand von deutlich kleiner als λ/20 der Arbeitswellenlänge vorliegen, so dass eine Belichtung über das Nahfeld möglich ist. Die als Hilfsplatte dienende Planplatte 400 kann mehrfach verwendet werden und sollte nach jedem Belichtungszyklus sorgfältig gereinigt werden. Die planparallele Platte 400 ist vorzugsweise so dimensioniert, dass die gesamte zu belichtende Oberfläche des Substrats bedeckt wird; dementsprechend können Hilfsplatten für die Halbleiterstrukturierung Durchmesser im Bereich zwischen ca. 200 mm und ca. 300 mm oder darüber haben. Es ist möglich, die Hilfsplatte direkt nach dem Auftragen und Trocknen des Resistmaterials in Vakuum auf die Resistschicht aufzulegen und den Wafer mit aufgelegter Hilfsplatte in die Substrathaltevorrichtung einzubauen.Based on 4 a possibility is explained to simultaneously provide a flat coupling surface and to minimize contamination problems. In this process variant is a thin or a thicker, made of transparent material plane parallel plate 400 on the substrate to be exposed 410 or placed on the resist layer. In this variant, the narrow, from the optical near field to be overpowered bridging gas space (working distance 416 ) between the lens-side plane surface 411 the flat plate and the preferably flat exit surface 415 formed of the lens. This thin air gap, for example, λ / 10 - λ / 20 is thus no longer immediately before the resist layer (or a planarization layer) but at a greater distance, for example in the order of one or more millimeters of this. If the plane plate lies directly on the resist layer or a planarization layer, direct optical contact and possibly area wise may result in a near-optical contact at a small distance. In the second case, an optical near field with a distance of significantly smaller than λ / 20 of the working wavelength will predominantly be present, so that an exposure via the near field is possible. The serving as an auxiliary plate plane plate 400 can be used multiple times and should be cleaned thoroughly after each exposure cycle. The plane-parallel plate 400 is preferably dimensioned so that the entire surface of the substrate to be exposed is covered; Accordingly, auxiliary plates for semiconductor patterning may have diameters ranging from about 200 mm to about 300 mm or more. It is possible to apply the auxiliary plate in vacuum directly after the application and drying of the resist material on the resist layer and to install the wafer with an attached auxiliary plate in the substrate holding device.

Wird die Planplatte 400 ausreichend dick und biegesteif gemacht, kann es genügen, den zu belichtenden Bereich des Substrates an die substratseitige Planfläche 421 anzudrücken. Hierzu umfasst die Substrathaltevorrichtung der gezeigten Ausführungsform eine Druckvorrichtung 440, die mehrere Druckkanäle umfasst, die im Waferbelichtungsbereich, d.h. im Bereich der optischen Achse des Projektionsobjektives an der ebenen Oberfläche 441 der Substrathaltevorrichtung in Drucktaschen 442 münden. Die Relativverschiebung zwischen dem zu belichtenden Substrat und dem Projektionsobjektiv erfolgt bei dieser Variante zwischen der stabilen Hilfsplatte 400 und der planen Austrittsfläche 415 des Lithografieobjektivs.Will the plane plate 400 made sufficiently thick and rigid, it may be sufficient to the exposed area of the substrate to the substrate-side plane surface 421 to press. For this purpose, the substrate holding device of the embodiment shown comprises a printing device 440 , which comprises a plurality of pressure channels, in the wafer exposure area, ie in the region of the optical axis of the projection lens on the flat surface 441 the substrate holding device in pressure pockets 442 lead. The relative displacement between the substrate to be exposed and the projection lens takes place in this variant between the stable auxiliary plate 400 and the planned exit area 415 of the lithography lens.

Während im gezeigten Beispiel die Planplatte 400 direkt auf die Fotoresistschicht ohne Abstand aufgelegt wird, ist es auch möglich, auf einen planarisierten, aber unbelichteten Wafer eine Planparallelplatte unter Zwischenschaltung eines Immersionsfluides, beispielsweise einer geeigneten Immersionsflüssigkeit aufzulegen. Die Relativverschiebung erfolgt weiterhin über den geringen Spalt 416, der sich wenige Millimeter über der Bildebene 412 befindet. Diese Variante hat den Vorteil, dass es trotz Verwendung eines Immersionsfluides möglich ist, die Belichtung mit bekannt hohen Geschwindigkeiten durchzuführen. Das Einbringen und Entfernen von Immersionsfluid kann außerhalb des Scanners durchgeführt werden, beispielsweise zeitlich parallel zu einer aktuellen Belichtung. Mit dieser Variante kann es möglich sein, auch für Aperturen NA > 1,0 den heute erreichbaren Waferdurchsatz von beispielsweise ca. 140 Wafern (mit 300 mm Durchmesser) pro Stunde zu erreichen. Dies entspricht einem Durchsatz, der derzeit nur bei Aperturen < 1,0 möglich ist.While in the example shown, the plane plate 400 is placed directly on the photoresist layer without spacing, it is also possible to place on a planarized, but unexposed wafer a plane parallel plate with the interposition of an immersion fluid, for example a suitable immersion liquid. The relative displacement continues via the small gap 416 , which is a few millimeters above the image plane 412 located. This variant has the advantage that, despite the use of an immersion fluid, it is possible to carry out the exposure at known high speeds. The introduction and removal of immersion fluid may be performed outside the scanner, for example, in parallel to a current exposure. With this variant it may be possible to achieve the wafer throughput of, for example, approximately 140 wafers (with a diameter of 300 mm) per hour, which is achievable today, even for apertures NA> 1.0. This corresponds to a throughput that is currently possible only at apertures <1.0.

Um ein zufälliges Ansprengen der Teile zwischen der Hilfsplatte 401 und der Austrittsfläche 415 des Projektionsobjektives bei unkontrollierten Abstandsänderungen zu vermeiden, ist bei der gezeigten Ausführungsform vorgesehen, sowohl die Austrittsfläche 415 des Projektionsobjektives, als auch die objektivseitige Planfläche 411 der Hilfsplatte 400, mit einer dünnen Schicht 450, 451 aus Magnesiumfluorid zu belegen, die als optisch neutrale Schutzschicht ausgelegt ist und beispielsweise eine optische Schichtdicke von λ haben kann.To accidentally wring the parts between the auxiliary plate 401 and the exit surface 415 to avoid the projection lens in uncontrolled changes in distance is provided in the embodiment shown, both the exit surface 415 of the projection lens, as well as the lens-side plane surface 411 the auxiliary plate 400 , with a thin layer 450 . 451 to prove magnesium fluoride, which is designed as an optically neutral protective layer and, for example, may have an optical thickness of λ.

Das anhand weniger Beispiele erläuterte Projektionssystem der Erfindung ermöglicht Projektionsbelichtungen mit höchsten Aperturen, insbesondere auch mit Aperturen NA > 1, beispielsweise NA = 1,1 oder darüber bis hin zu NA = 1,7. Für die berührungsfreie Nahfeld-Projektionslithografie können sowohl rein refraktive (dioptrische), als auch katadioptrische Projektionsobjektive genutzt werden.The explained with less examples projection system of the invention allows Projektionsbe apertures with highest apertures, in particular also with apertures NA> 1, for example NA = 1.1 or above up to NA = 1.7. For non-contact near-field projection lithography, both purely refractive (dioptric) and catadioptric projection objectives can be used.

Claims

Process for the production of semiconductor devices and other fine-structured components with the following steps: Provide a mask with a given pattern in an object plane of a Projection lens; Provide a photosensitive Substrate in the region of the image plane of the projection objective; light the pattern with ultraviolet light of a predetermined operating wavelength; projection an image of the pattern on the photosensitive substrate with Help of the projection lens; Setting a finite Working distance between a projection lens associated exit area for exposure light and an exposure light injection surface associated with the substrate, in which the working distance within an exposure time interval at least temporarily set to a value less than one maximum extension of an optical near field of the emerging from the exit surface Light.

The method of claim 1, wherein at least temporarily a working distance is set that is less than four times the working wavelength is, preferably at least temporarily less than about 50% of the operating wavelength, in particular at least temporarily about 20% or less of the working wavelength.

A method according to claim 1 or 2, characterized by a coating of the substrate with at least one planarization layer for producing a substantially planar, usable as a coupling surface substrate surface.

Method according to one of the preceding claims, with an optical detection of deviations between the image plane the projection lens and the coupling surface, the detection preferably a weird one Irradiation of at least one measuring beam into a gap between the exit surface of the projection lens and the coupling surface and a detection of Measuring beam after reflection at the substrate surface includes and the irradiation done so is that the measuring beam at least once before the detection the substrate surface and at least once at a for the measuring light reflecting reflection surface of the projection lens is reflected.

Method according to Claim 4, in which the last optical Element of the projection lens as transparent, radiating Part of a focus detection system is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized by a controlled deformation of the substrate to produce a predeterminable shape of the substrate surface, in particular for the production a substantially planar, usable as a coupling surface substrate surface.

Method according to claim 6, characterized by a active support of the substrate on at least three support surfaces of support members and by an adjustment of an axial position of at least one the support surfaces relative to other support surfaces for Setting a desired Shape of the substrate surface.

A method according to claim 6 or 7, characterized by a controlled deformation of the substrate before exposure and / or during the exposure.

Method according to one of claims 6 to 8, comprising: pressing of the substrate on support surfaces of at least three supporters by averting a negative pressure on one of the coupling surface facing away Side of the substrate.

Method according to one of the preceding claims, comprising: optically contacting a thin transparent plate with a penultimate optical element of the projection lens such that the last optical element, on which the exit surface is located, is formed by the thin plate; Performing at least one exposure; Replacing the thin plate, in particular for the removal of plate degradation, in particular of Contaminations at the exit surfaces.

The method of claim 10, wherein the optical Contact by wringing takes place.

The method of claim 10, wherein the optical Contacting with the aid of an immersion liquid, in particular ultrapure water, carried out which is between the penultimate optical element and the thin plate is introduced.

Method according to one of the preceding claims, comprising: hang up a transparent plane plate on the substrate such that a facing away from the substrate, the lens side plane surface of the plane plate forms the coupling surface.

The method of claim 13, wherein the plane plate is placed on the substrate so that they at least partially in touch with a top of the substrate.

The method of claim 13 or 14, wherein a Area between a substrate-side plane surface of the plane plate and the Top of the substrate by an immersion medium partially or Completely is filled, wherein preferably used as immersion medium ultrapure water.

Method according to one of claims 13 to 15, wherein a Plane plate is used, which is essentially the whole to be exposed area covering the substrate, preferably in the exposure of a Relative displacement between the projection lens and the plane plate carried out is to successively all areas of the substrate to be exposed to expose.

Method according to one of claims 13 to 16, characterized by an active pressing of the substrate to a substrate side plane surface the plane plate for generating a touch contact at least during the Exposure.

A projection exposure system for imaging a pattern arranged in an object plane of a projection objective into the image plane of the projection objective with ultraviolet light of a predetermined working wavelength, the projection objective comprising a plurality of optical elements arranged along an optical axis (Fig. 13 . 313 ) and a projection element associated with the last optical element ( 14 . 322 ) of the projection lens, which has an exit surface ( 15 . 315 . 415 ) of the projection lens, wherein the projection lens is designed so that a finite working distance ( 16 . 316 . 416 ) between the exit surface and the image plane ( 12 . 312 . 412 ) is smaller than a maximum extent of a near optical field of light emerging from the exit surface.

A projection exposure system according to claim 18, wherein the working distance is less than four times the working wavelength, preferably less than about 50% of the operating wavelength, in particular about 20% or less the working wavelength.

A projection exposure system according to claim 18 or 19, wherein the projection objective ( 5 ) has a picture-side numerical aperture NA> 0.85, wherein preferably NA> 0.95, in particular NA ≥ 1.

Projection exposure system according to one of Claims 16 to 18, characterized by a focus detection system ( 340 ) for the optical detection of deviations between the image plane of the projection objective and a coupling surface to be arranged in the region of the image plane (US Pat. 11 . 311 ) with: a coupling system for the oblique irradiation of at least one for reflection at the coupling surface ( 11 . 311 ) provided measuring beam ( 347 ) in a space between the exit surface ( 15 . 315 ) of the projection objective and the coupling surface ( 11 . 311 ); and a decoupling system for detecting the measuring beam after reflection at the coupling surface ( 11 . 311 ); wherein the coupling system and the decoupling system are designed and arranged such that the measuring beam before entering the decoupling system at least once at the coupling surface ( 11 . 311 ) and at least once at a reflecting surface for the measuring light ( 324 . 323 ) of the projection lens is reflected.

Projection exposure system according to Claim 21, in which the last optical component ( 322 ) of the projection lens has an exit side, which in at least one area for the measuring light of Fo kusdetektionseinrichtung reflective coating ( 324 ), wherein the coating preferably has a reflection-reducing effect for the operating wavelength of the projection lens.

Projection exposure system according to one of Claims 21 or 22, in which the focus detection system ( 340 ) a final optical component ( 322 ) of the projection lens as durchstrahlbarer, beam leading part includes.

A projection exposure system according to any one of claims 21 to 23, wherein the projection lens is a final optical component ( 322 ) has an edge region in which at least one point obliquely to the optical axis ( 313 ) aligned, planar coupling surface and / or decoupling surface ( 345 . 346 ) for a measuring beam ( 347 ) of the focus detection system is formed.

Projection exposure apparatus according to one of Claims 18 to 24, characterized by a device ( 360 ) for actively supporting the substrate ( 310 ), wherein the device for a controlled deformation of the substrate for producing a predeterminable, in particular planar form of the substrate surface ( 311 ) is set up.

A projection exposure system according to claim 25, wherein the device ( 360 ) a plurality of support members ( 361 ) with support surfaces ( 362 ) for the substrate ( 310 ), wherein support members are independently adjustable in height.

Projection exposure system according to one of Claims 25 or 26, in which the device ( 360 ) a suction device for active suction of the substrate ( 310 ) to the support surfaces ( 362 ) of the supporting members ( 361 ).

A projection exposure system according to any one of claims 25 to 27, wherein the device ( 360 ) for actively supporting the substrate ( 310 ) in accordance with measurement signals of a focus detection system ( 340 ) is controllable.

Projection exposure system according to one of claims 18 to 28, the at least one on the substrate ( 410 ) can be arranged, consisting of a material transparent to the light of the working wavelength material plan plate ( 400 ), which can be arranged on the substrate such that an objective-side planar surface ( 411 ) of the plane plate forms the coupling surface.

Projection exposure system according to Claim 29, in which the plane plate ( 400 ) is dimensioned so that it covers substantially the entire surface of the substrate to be exposed, wherein the plane plate preferably has a diameter of at least 150 mm, preferably at least 200 mm, in particular from about 200 mm to about 300 mm.

Projection exposure system according to one of Claims 18 to 30, in which at the exit surface ( 415 ) of the projection lens and / or on an objective-side plane surface ( 411 ) of the plane plate ( 400 ) a coating ( 450 . 451 ) is applied to each other to prevent wringing of the surfaces in contact with each other, wherein the coating is preferably made of magnesium fluoride.

A projection exposure system according to any one of claims 18 to 31, wherein a substrate holding device ( 410 ) for holding the substrate, a printing device ( 440 ) for generating an overpressure between a preferably flat surface ( 441 ) of the substrate holding device and an applied substrate ( 410 ).

Projection exposure system according to one of claims 18 to 32, that for a working wavelength of less than 260 nm, especially for 248 nm, 193 nm, or 157 nm.