DD274913A1 - Beleuchtungseinrichtung fuer laser- und superstrahlung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung unter Anwendung von Laser- und Superstrahlung, die in der UV-Fotolithografie speziell zur Ausleuchtung von Fotomasken bei der Strukturierung von Halbleiterwafern genutzt wird. Die gleichmaessige Ausleuchtung des Objektfeldes unter Vermeidung von Interferenzerscheinungen bei geringen Linienbreiten wird erreicht durch Einsatz eines Lichtablenksystems, das dem Lichtbuendel eine transversale Schwingung aufpraegt, die zu einer Verkuerzung des raeumlichen Kohaerenzintervalls und zu einer homogenen Ausleuchtung der abzubildenden Flaeche fuehren. Fig. 1 a

Description

akustooptische o.a. geeignete Effekte nutzen. Es ist vorteilhaft, das Strahlenbündel nicht nur in einer Ebene, sondern in einem Raumwinkelbereich schwingen zu lassen. Die am Eingang einer Spiegelanordnung z.B. eines Spiegeltunnels in einem Raumwinkel schwingende Zwischenbrennfigur bewirkt, daß zusätzlich zu der durch Mehrfachreflexion erreichten Aufspaltung der Kohärenzfunktion eine weitere effektive Verkürzung des Kohärenzintervalls erreicht wird. Infolge der Schwingungen der Zwischenbrennfigur wandern die durch die Reflexion entstehenden zusätzlichen Nullstellen der Kohärenzfunktion, wobei durch die Aufsummation der Nullstellenlagen über die Zeit sich der Kohärenzfunktion auf ein effektiv kleineres Kohärenzintervall zusammenzieht. Weiter werden etwas voneinander verschiedene Teilgebiete der Strahlung überlagert, wodurch die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung verbessert wird. Der Ablenkwinkel der Lichtablenkung wird durch die Spiegelungen mehrfach genutzt und das Richtungsspektrum der Lichtstrahlen durch das Schwingen der Zwischenbrennfigur vervielfacht. Damit wird für kleine Strukturen eine deutliche Verbesserung der Kantenabbildung erreicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Fig. 1 a zeigt hierbei den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung, bei dem das Lichtablenksystem 20 vorder Beleuchtungseinrichtung gebracht ist und in der Eingangsebene des Spiegeltunnels 23 eine schwingende Zwischenbrennfigur erzeugt wird. Fig. 1 b zeigt die entstehenden Vielfachbilder der Zwischenbrennfigur in der Eintrittspupille 26 des nichtgezeichneten Projektionsobjektivs.

Fig. 2 zeigt die erreichte Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung hinsichtlich des Verlaufs der Kohärenzfunktion und die erzielte Verbesserung in der Kantenabbildung durch Verkürzung des räumlichen Kohärenzintervalls. Das Lichtablenksystem 20 in Fig. 1 bewirkt im Bündelteil 11 eine Winkelablenkung oder eine Translation quer zur Ausbreitungsrichtung des Lichtbündels 19, wobei die Auslenkung nur in einer Dimension oder auch in beide Dimensionen der Strahlquerschnittsfläche erfolgen kann. Die rotationssymmetrische Linse 21 fokussiert die Strahlung im Brennpunkt 22, wobei der Brennpunkt 22 einen bestimmten Flächenbereich der rechteckigen Eingangsöffnung des Spiegeltunnels 23 zeitlich nacheinander überstreicht. Entsprechend den gewählten optischen Elementen entstehen unterschiedliche Zwischenbrennfiguren. Die Strahlung wird nach dem Spiegeltunnel 23 durch die Linse 24 so fokussiert, daß in der Eintrittspupille 26 des Projektionsobjektivs ein Vielfachbild des bewegten Brennpunktes 22 entsteht. Dicht hinter der Linse 24 ist die Maske 25 zur Realisierung der Köhlerschen Beleuchtung angeordnet. Ist das Lichtablenksystem 20 nur eindimensional wirksam, so ist der Brennpunkt 22 bzw. eine andere Brennfigur in Diagonalrichtung der Eingangsebene des Spiegeltunnels 23 zu bewegen. In diesem Falle beschreiben die Vielfachbilder in der Eintrittspupille 26 des Projektionsobjektivs die in der Fig. 1 b gezeichneten Wege. Der Originalbildpunkt vom Brennpunkt 22 durchläuft den Weg 27, die Wege 28, 29, 30 entstehen durch Spiegelung. Dadurch kann eine Ausleuchtung der Pupille in einem Netz von Quadraten erreicht werden.

Claims (3)

1. Beleuchtungseinrichtung für Laser- und Superstrahlung, bestehend aus einer Anordnung von Linsen, strahlungsfaltenden Spiegeln oder Spiegeltunneln, bei denen Zwischenbrennfiguren ausgebildet werden, gekennzeichnet dadurch, daß ein Lichtablenksystem (20) zur Erzeugung einer periodischen oder aperiodischen Schwingung mindestens einer Zwischenbrennfigur (22) vorhanden ist.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich das Lichtablenksystem (20) vor dem ersten Element der Beleuchtungseinrichtung befindet.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich das Lichtablenksystem (20) innerhalb der Beleuchtungseinrichtung befindet.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar auf dem Gebiet der UV-Lithografie zur fotografischen Abbildung kleiner Strukturen. Zur Ausleuchtung mikroelektronischer Topologien auf Masken finden als Lichtquellen Laser oder Superstrahier Verwendung. Die vorliegende Beleuchtungseinrichtung sichert sowohl in der Projektion als auch im Kontaktverfahren eine gleichmäßige Ausleuchtung des Objektfeldes als Voraussetzung für eine hohe Güte der Strukturierung von Halbleiterwafern auch bei geringen Linienbreiten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei der Anwendung von Lasern oder Superstrahlern, wie z. B. Excimer-Laser auf der Basis von XeCI oder KrF in der Projektionslithografie muß die Beleuchtung des Objektes zwei Bedingungen erfüllen. Erstens ist eine gleichmäßige Ausleuchtung des Objektfeldes mit einer Abweichung von wenigen Prozent (z.B. ± 2%) zu sichern und zweitens ist zur Erreichung der erforderlichen Abbildungsgüte, besonders in Hinsicht auf die Tendenz zu feineren und komplizierteren Strukturen dafür zu sorgen, daß das Intervall der räumlichen Kohärenz in die Größenordnung der abzubildenden Strukturen verkleinert wird und der Durchmesser der Eintrittspupille des projizierenden Objektives als Verhältnis s hat, wobei dieses Verhältnis zwischen 0,3 = s = 0,7 liegt und als Füllfaktor bezeichnet wird. In der Holografie wird zur Reduzierung des durch Kohärenz verursachten Speckle-Effektes eine rotierende Mattscheibe im Strahlengang angeordnet (Phys. Lett. 24A, 126 [1967]). Diese jedoch keinen Intensitätsausgleich im Falle einer unregelmäßigen Intensitätsverteilung. In den Schriften US 3770340, US 4450358 und US 4498009 wird ein Verfahren des dynamischen Kondensors beschrieben, wobei durch eine kreisförmige Bewegung einer kohärenten Punktlichtquelle in der Eintrittspupille ein Kreisring ausgeleuchtet oder die Kreisringlichtquelle durch ein Faserbündel erzeugt wird. Nachteilig ist, daß die Pupillenfläche nicht voll flächenhaft ausgeleuchtet wird und die Kreisbewegung relativ schwierig zu erzeugen ist.

Eine weitere Variante der Pupillenausleuchtung ist in SPIE 663, 6 (1986) zur Anwendung von Excimer-Lasern in der Lithografie beschrieben. Hierbei wird nach einer Lichtmischung das Licht zweidimensional durch ein Lichtablenksystem abgelenkt und das erhaltene Richtungsspektrum zur Pupillenausleuchtung genutzt. Der Lichtablenkwinkel wird dabei nicht mehrfach ausgenutzt. In der Schrift US 4547044 werden die Faltungen des Laserstrahlquerschnittes mittels mehrerer Spiegel mit eingefügten Zwischenabbildungen benutzt. In dieser Schrift sowie im EP 230931 dienen auch Spiegeltunnel zur Lichtquellenvervielfachung. Solches Beleuchtungssystem ist hinsichtlich seiner Variabilität am besten an die jeweilige Projektionseinrichtung angepaßt. Als Nachteil ist festzustellen, daß die Eintrittspupille des Projektionsobjektives nur von wenigen punktförmigen Bereichen ausgeleuchtet wird.
Das führt zur Verschlechterung der Abbildungsqualität gegenüber einer vollausgeleuchteten Pupille.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel,eine Beleuchtungseinrichtung mit hoher Variabilität bezüglich ihrer Einstellmöglichkeiten zu schaffen, die eine hohe Abbildungsgüte beim Einsatz in der Fotolithografie oder in anderen denkbaren Gebieten bei der Ausleuchtung sehr kleiner Strukturen mit Laser- und Superstrahlung unter optimalen Beleuchtungsbedingungen sichert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die bei der Ausleuchtung kleiner, in der Größenordnung der Lichtwellenlänge liegender Strukturen auftretenden Interferenzerscheinungen, die durch Anwendung von Laser- oder Superstrahlung zur Beleuchtung entstehen können, zuverlässig zu beseitigen und eine homogene Ausleuchtung des Objektfeldes zu garantieren. Erfindungsgemäß wird bei einer Beleuchtungseinrichtung für Laser-und Superstrahlung, bestehend aus einer Anordnung von Linsen, strahlungsfaltenden Spiegeln oder Spiegeltunneln, bei denen Zwischenbrennfiguren ausgebildet werden, dadurch gelöst, daß vor oder in der Beleuchtungseinrichtung ein separates Lichtablenksystem zur Erzeugung einer periodischen oder aperiodischen Schwingung mindestens einer Zwischenbrennfigur vorhanden ist. Das Lichtablenksystem kann beispielsweise elektrooptische,