DE102007061800A1

DE102007061800A1 - Beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE102007061800A1
Application number: DE200710061800
Authority: DE
Inventors: Daniel Walldorf; Michael Ricker; Markus Walter
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2009-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem mit entlang einer optischen Achse angeordneten optischen Elementen, wobei es sich bei mindestens einem der optischen Elemente um eine in Richtung der optischen Achse positionierbare Blende handelt und wobei die beispielsweise als Teil eines Polarisators ausgebildete Blende im Bereich einer Pupillenebene des optischen Systems angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, insbesondere ein Beleuchtungsobjektiv in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiter-Lithographie.
Projektionsbelichtungsanlagen werden in der Mikrolithographie zur Herstellung elektronischer Schaltkreise auf Halbleitersubstraten verwendet.
In 1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Halbleiterlithographie dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z. B. Computerchips.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im wesentlichen aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einer Einrichtung 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Einrichtung 6 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und einer Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 7, mit mehreren optischen Elementen 8, die über Fassungen 9 in einem Objektivgehäuse 10 des Projektionsobjektives 7 gelagert sind.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 2 abgebildet werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt.
Nach einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 2 in Pfeilrichtung weiterbewegt, sodass auf demselben Wafer 2 eine Vielzahl von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 5 vorgegebenen Struktur, belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des Wafers 2 in der Projektionsbelich tungsanlage 1 wird diese häufig auch als Stepper bezeichnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 11, beispielsweise Licht oder eine ähnliche elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 11 beim Auftreffen auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Über die Strahlen 11 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend verkleinert auf den Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Die Beleuchtungseinrichtung 3 weist dabei ebenso wie das Projektionsobjektiv 7 eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen, wie z. B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen auf.
Optische Elemente im Strahlengang von optischen Systemen verursachen – neben ihrer gewünschten Wirkung – auch unerwünschte Effekte, wie beispielsweise Telezentriefehler. So verursacht beispielsweise ein Polarisator mit mehreren polarisierenden Elementen in der ReMa-Pupillenebene eines Beleuchtungssystems einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiter-Lithographie einerseits – neben den genannten Telezentriefehlern – auch starke Feldabhängigkeiten der Pole Balance. Dabei wird unter Pole Balance der Quotient aus der Differenz der Intensitäten zweier Pole und der Summe der Intensitäten in den Polen verstanden. Regelmäßige Strukturen in Rema-Pupillenebene überlagern sich mit der Polarisationsstruktur. Die genaue Überlagerung hängt von der z-Position des Polarisators ab. Dabei tritt außer Überlagerung auch Vignettierung auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System bereitzustellen, bei dem die Korrektur von Feh lern, wie beispielsweise Feldabhängigkeiten der Pole Balance oder Telezentriefehlern, einfach und effizient vorgenommen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 5 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem zeigt entlang einer optischen Achse angeordnete optische Elemente, wobei es sich bei mindestens einem der optischen Elemente um eine in Richtung der optischen Achse positionierbare Blende handelt und wobei die beispielsweise als Teil eines Polarisators ausgebildete Blende im Bereich einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems angeordnet ist.
Vorzugsweise kann die Blende dabei in einem Bereich von ca. 20 mm um die Pupillenebene beispielsweise unter Verwendung von Aktuatoren positioniert werden.
Die Erfindung kann vorteilhaft in einem Beleuchtungsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiter-Lithographie insbesondere zur Korrektur von Feldverläufen der Pole Balance zur Anwendung kommen.
Nachfolgend soll das Konzept der Erfindung anhand der 2 bis 4 näher erläutert werden.
Es zeigen:
2 schematisch den Einfluss der Verschiebung einer Blende auf die Intensitätsverteilung der Pole im Feld;
3 die geometrischen Verhältnisse im Bereich der Blende nahe der Pupillenebene; und
4 den Zusammenhang zwischen dem Einfallswinkel in der Pupille und der Vignettierung des Poles.
2 zeigt schematisch die Verhältnisse vom Bereich der Pu pillenebene 12 bis zur Feldebene 15. Wird eine Blende 13 mit dem Pupillendurchmesser pupillennah aufgestellt, dann beeinflusst diese die Feldabhängigkeit von Pupillenparametern wie Pole Balance, Ellipticity und Telezentrie. Dabei geht aus 2 der geometrische Einfluss einer Verschiebung der Blende 13 entlang der (nicht eingezeichneten) optischen Achse auf die Strahlenbündel 16' und 16'' hervor; naturgemäß bleibt die Verschiebung der Blende 13 auf das achsenparallele Strahlenbündel 16 ohne Einfluss. Die Wirkung der Verschiebung der Blende 13 besteht darin, dass die Intensität der Pole in der Feldebene 15 modifiziert wird. In dem in 2 dargestellten Beispiel ist die Blende 13 als Teil des Polarisators 17 ausgebildet; die Position der Anordnung in Richtung der optischen Achse kann dabei mittels der Aktuatoren 18 angepasst werden.
In 3 sind zur Verdeutlichung die geometrischen Verhältnisse im Bereich der Blende 13 und der Pupillenebene 12 im Detail aufgezeigt. Der Anteil des vignettierten, also ausgeblendeten Lichts hängt unter der Annahme einer über die gesamte Ringbreite b konstanten Intensität linear mit dem tanα und der Verschiebung in Richtung der optischen Achse dz zusammen; dabei ist die Ringbreite b die Differenz von Sigma außen zu Sigma innen eines ringförmigen Settings; α ist dabei der Winkel des einfallenden Strahlenbündels zur optischen Achse.
Bei einem nichtlinearen Intensitätsverlauf über die Ringbreite ist der entsprechende Effekt in dz und tanα entsprechend integral zu betrachten.
Mit Hilfe der geschilderten Maßnahmen können symmetrische Feldverläufe in ein Beleuchtungssystem eingebracht werden bzw. gegenläufige Effekte herauskorrigiert werden. Die Richtung der Korrektur hängt von der Positionierung der Blende 13 vor bzw. nach der Pupillenebene 12 ab.
Der Winkel des einfallenden Strahlenbündels zur optischen Achse in der Pupillenebene bestimmt im Feld die Position. Bei verhältnismäßig kleinen Winkeln, wie sie meist in der Pupillenebene vorkommen, ist der Feldverlauf nahezu linear.
Die Steigung dieser Geraden wird von dem Verhältnis z-Position zu Ringbreite bestimmt. Bei einer festen Ringbreite kann also die Steigung durch Verschieben der z-Position bestimmt werden.
4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Vignettierung des Poles in Prozent und dem Winkel des einfallenden Strahlenbündels zur optischen Achse für verschiedene Quotienten aus dem Versatz der z-Position dz und der Ringbreite b. Auf der Abszisse der 4 ist der Einfallswinkel in Grad aufgetragen, während auf der Ordinaten die Vignettierung V dargestellt ist. V bestimmt sich dabei mittels der nachfolgenden geometrischen Formel: V = tanα·dz/b.
Es ist noch zu bemerken, dass der Effekt auf die geometrische Pupille verhältnismäßig klein ist. Die wesentlichen Effekte werden bei den energetischen Werten sichtbar.
Die vorstehend beschriebene Anordnung der Blende eignet sich insbesondere zum Korrigieren sehr großer Telezentrie- und Pole Balance-Fehler. Bei einem Rema-Polarisator handelt es sich um ein strukturiertes Element in der Pupillenebene, dessen äußere optische Begrenzung wie eine Blende wirkt.

Claims

Beleuchtungssystem einer lithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit entlang einer optischen Achse angeordneten optischen Elementen, wobei es sich bei mindestens einem der optischen Elemente um eine in Richtung der optischen Achse positionierbare Blende handelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (13) im Bereich einer Pupillenebene (12) des optischen Systems angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (13) als Teil eines Polarisators (17) ausgebildet ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (13) in einem Bereich von ca. 20 mm um die Pupillenebene (12) positioniert werden kann.
Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionierung der Blende (13) Aktuatoren (18) vorgesehen sind.
Verwendung eines Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4 zur Korrektur der Pole Balance einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiter-Lithographie.