DE102008000967B4

DE102008000967B4 - Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie

Info

Publication number: DE102008000967B4
Application number: DE102008000967.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Dinger Udo; Markus Hauf
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2028-04-04
Also published as: JP5275444B2; KR101613405B1; US20110014799A1; KR20150082663A; WO2009121438A1; JP2011517072A; KR20100127848A; DE102008000967A1; US8710471B2

Abstract

Projektionsbelichtungsanlage (1) für die EUV-Mikrolithographie – mit einer EUV-Lichtquelle (2) zur Erzeugung von EUV-Nutzlicht (3), – mit einer Beleuchtungsoptik (5) zur Beleuchtung eines Objektfeldes (14) mit dem Nutzlicht (3), – mit einer Projektionsoptik (16) zur Abbildung des Objektfeldes (14) in ein Bildfeld (17), – und mit einer Scaneinrichtung (6) zum Ausleuchten des Objektfeldes (14) durch mit einer Projektionsbelichtungsdauer synchronisiertem Ablenken des Nutzlichts (3), – wobei die Beleuchtungsoptik (5) mindestens einen Pupillenfacettenspiegel (9) mit einer Mehrzahl von Pupillenfacetten zur Vorgabe einer Beleuchtungswinkelverteilung des Objektfeldes (14) – und mindestens einen Feldfacettenspiegel (7) mit einer Mehrzahl von Feldfacetten zur Vorgabe einer Form des ausgeleuchteten Objektfeldes (14) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie mit einer EUV-Lichtquelle zur Erzeugung von EUV-Nutzlicht, mit einer Beleuchtungsoptik zur Beleuchtung eines Objektfeldes mit dem Nutzlicht und mit einer Projektionsoptik zur Abbildung des Objektfeldes in ein Bildfeld.
Eine derartige Projektionsbelichtungsanlage ist bekannt aus der US 6,859,515 B2 und der US 5,439,781 A . Eine weitere Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie ist bekannt aus der US 2007/0152171 A1 .
Aus der US 5,896,438 A ist eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Scanspiegel bekannt. Scanspiegel selbst sind aus den Schriften US 4,803,713 A , US 4,748,646 A , US 4,028,547 A und US 2007/0139757 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Ausgangsleistung einer EUV-Lichtquelle möglichst effizient zur EUV-Projektionsbelichtung herangezogen werden kann und eine definierte Objektfeldausleuchtung bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Projektionsbelichtungsanlage mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Scaneinrichtung zum mit der Projektionsbelichtung synchronisierten Ausleuchten des Feldfacettenspiegels eine Möglichkeit bietet, die Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage zu nutzen, ohne einen oftmals geringen Divergenzwinkel der EUV-Lichtquelle aufweiten zu müssen, was in der Regel mit Verlusten verbunden ist. Eine numerische Apertur der Beleuchtungsoptik wird mit Hilfe der Scaneinrichtung nicht auf einen Schlag, sondern sequentiell beispielsweise durch zeilenweises Abrastern gefüllt. Es wurde erkannt, dass viele EUV-Lichtquellen in der Regel eine so hohe Repititionsrate aufweisen, dass eine derartige sequentielle Scan-Ausleuchtung der Beleuchtungsoptik nicht zu Einschränkungen bei der Abbildungsqualität führt. Eine Projektionsbelichtungsdauer ist dann verstrichen, wenn das gesamte Objektfeld mit einer vorgegebenen Beleuchtungsintensität ausgeleuchtet wurde.
Facettenspiegel haben sich zur Bereitstellung einer definierten Objektfeldausleuchtung als besonders geeignet herausgestellt. Der Facettenspiegel kann durch die Scaneinrichtung beleuchtet werden. Alternativ kann der Facettenspiegel auch Teil der Scaneinrichtung selbst sein.
Eine synchrotron-strahlungsbasierte EUV-Lichtquelle und insbesondere ein Freie-Elektronen-Laser (FEL) nach Anspruch 2 hat eine besonders hohe Strahlbrillanz. Alternativ zu einem FEL kann auch ein Wiggler oder ein Undulator eingesetzt sein. Die synchrotron-strahlungsbasierten EUV-Lichtquellen haben in der Regel einen geringen Divergenzwinkel, der durch die Scaneinrichtung vorteilhaft aufgeweitet werden kann. Synchrotronstrahlungsbasierte EUV-Lichtquellen haben meist eine sehr hohe Repititionsrate, was eine vorteilhafte Kombination mit der erfindungsgemäßen Scaneinrichtung ermöglicht.
Scaneinrichtungen nach den Ansprüchen 3 bis 5 sind beispielsweise im Zusammenhang mit der Entwicklung von Laser-RGB-Displays bzw. Laser-Fernsehgeräten bekannt und haben sich zur Strahlablenkung auch dann, wenn höchste Ablenkfrequenzen gefordert sind, bewährt.
Ein Intensitätsmodulator nach Anspruch 6 oder 7 kann zur Erzeugung einer gezielten Intensitätsvariation während des Scanvorgangs herangezogen werden. Dies kann insbesondere zu Korrekturzwecken genutzt werden.
Ein Intensitätsmodulator nach Anspruch 8 kann zur gezielten Beeinflussung bzw. Korrektur einer Intensitätsverteilung des Nutzlichts auf dem Objektfeld genutzt werden. Wenn alle Feldfacetten des Feldfacettenspiegels mit der gleichen Intensitätsverteilung mit dem Nutzlicht beaufschlagt werden, so resultiert dies in einer entsprechenden Intensitätsverteilung über das Objektfeld.
Ein Intensitätsmodulator nach Anspruch 9 kann zur gezielten Beeinflussung oder Korrektur einer Beleuchtungswinkelverteilung über das Objektfeld genutzt werden. Die Synchronisation kann dabei derart sein, dass die Pupillenfacetten immer mit der gleichen Intensitätsverteilung beim synchronisierten Überstreichen des Pupillenfacettenspiegels beaufschlagt werden. Auf diese Weise kann eine vorgegebene und zeitlich konstante Beleuchtungswinkelverteilung erzielt werden. Die Intensitätsverteilung über den Pupillenfacettenspiegel kann aber auch bei aufeinanderfolgenden Scans verändert werden. Auf diesem Wege ist es möglich, die Beleuchtungswinkelverteilung über die Zeit zu variieren.
Eine entsprechende Wirkung wie ein Intensitätsmodulator kann eine Scaneinrichtung nach Anspruch 10 haben. Durch eine derartige Scaneinrichtung kann insbesondere eine verlustfreie Intensitätsmodulation auf den Facetten des Feldfacettenspiegels und/oder des Pupillenfacettenspiegels erreicht werden. Bereiche, die mit schnellerer Ablenkgeschwindigkeit überstrichen werden, erfahren hierbei eine geringere Intensitätsbeaufschlagung als Bereiche, die mit geringerer Ablenkgeschwindigkeit überstrichen werden.
Eine Anordnung nach den Ansprüchen 11 bis 13 erlaubt eine effiziente Ausnutzung der gesamten mittleren Leistung einer EUV-Synchrotron-Lichtquelle.
Entsprechendes gilt für eine Anordnung nach Anspruch 14.
Ein Feldfacettenspiegel nach Anspruch 15 lässt sich über die Scaneinrichtung mit geringem Aufwand ansteuern. Die zeilen- und spaltenweise Anordnung bedingt nicht zwingend, dass die einzelnen Feldfacetten rechteckig sind. Auch eine andere Berandungsform der Feldfacetten ist möglich, beispielsweise eine gebogene, insbesondere teilringförmige Berandung.
Ein feldformender Spiegel, der als einzelne Facette ausgebildet sein kann, nach Anspruch 16 verzichtet auf einen Multi-Facetten-Aufbau.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 schematisch und in Bezug auf eine Beleuchtungsoptik im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie;
2 stark schematisiert Komponenten einer vor der Beleuchtungsoptik angeordneten Scaneinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage;
3 schematisch eine Auslegung eines Feldfacetten-Arrays eines Feldfacettenspiegels der Beleuchtungsoptik; und
4 schematisch eine Beleuchtung einer Mehrzahl von Pupillenfacetten-Arrays von Pupillenfacettenspiegeln der Beleuchtungsoptik mit ein und demselben Feldfacettenspiegel.
Eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie dient zur Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten elektronischen Halbleiter-Bauelements. Eine Lichtquelle 2 emittiert EUV-Strahlung im Wellenlängebereich beispielsweise zwischen 5 nm und 30 nm. Die Lichtquelle 2 ist als Freie-Elektronen-Laser (FEL) ausgeführt. Es handelt sich dabei um eine Synchrotronstrahlungsquelle, die kohärente Strahlung mit sehr hoher Brillanz erzeugt. Derartige FEL sind dem Fachmann bekannt aus Pagani et al., Nucl. Instr. & Methods A463 (2001), pp9 und aus Ackermann et al., Nature photonics Voll (2007), 336pp. Anpassungen derzeitiger FEL-Großanlagen an die Bedürfnisse der EUV-Lithographie wurden dem Fachmann auf dem EUVL Source Workshop zum EUVL-Symposium der internationalen Organisation Sematech im Oktober 2006 vorgestellt, insbesondere in den Fachartikeln von Saldin et al.: ”Free Electron Laser in Hamburg (FLASH)”, von Hajima et al.: ”A Multi-kW Light Source Driven by Energy-Recovery Linac”, und von Goldstein et al.: ”Extreme Ultra-Violet Source Multiplexing”. Ein kompakter FEL, der als Lichtquelle 2 in Frage kommt, ist beschrieben in der US 2007/0152171 A1 . Weitere Uberlegungen zur Auslegung eines FEL als Lichtquelle 2 findet der Fachmann im Fachartikel ”Design considerations for table-top, laser-based VUV and X-ray free electron lasers” von F. Grüner et al., der in Applied Physics B 86, Seiten 431–435 (2007), veröffentlicht ist.
Die Lichtquelle 2 hat eine mittlere Leistung von 2,5 kW. Die Pulsfrequenz der Lichtquelle 2 beträgt 30 MHz. Jeder einzelne Strahlungsimpuls trägt dann eine Energie von 83 μJ. Bei einer Strahlungsimpulslänge von 100 fs entspricht dies einer Strahlungsimpulsleistung von 833 MW.
Zur Beleuchtung und Abbildung innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird ein Nutzstrahlungsbündel 3 genutzt. Das Nutzstrahlungsbündel 3 wird innerhalb eines Öffnungswinkels 4, der an eine Beleuchtungsoptik 5 der Projektionsbelichtungsanlage 1 angepasst ist, mit Hilfe einer noch zu beschreibenden Scaneinrichtung 6 ausgeleuchtet. Das Nutzstrahlungsbündel 3 hat, ausgehend von der Lichtquelle 2, eine Divergenz, die kleiner ist als 5 mrad. Die Scaneinrichtung 6 ist in einer Zwischenfokusebene 6a der Beleuchtungsoptik 5 angeordnet. Nach der Scaneinrichtung 6 trifft das Nutzstrahlungsbündel 3 zunächst auf einen Feldfacettenspiegel 7. Details zur Scaneinrichtung 6 werden nachfolgend anhand der 2 noch erläutert werden.
Das Nutzstrahlungsbündel 3 hat insbesondere eine Divergenz, die kleiner ist als 2 mrad und bevorzugt kleiner ist als 1 mrad. Die Spotgröße des Nutzstrahlungsbündels auf den Feldfacettenspiegel 7 beträgt etwa 4 mm.
3 zeigt beispielhaft eine Facettenanordnung, ein Feldfacetten-Array, von Feldfacetten 8 des Feldfacettenspiegels 7. Dargestellt ist nur ein Teil der tatsächlich vorhandenen Feldfacetten 8. Das Feldfacetten-Array des Feldfacettenspiegels 7 hat 6 Spalten und 75 Zeilen. Die Feldfacetten 8 haben eine rechteckige Form. Auch andere Formen der Feldfacetten 8 sind möglich, beispielsweise eine Bogenform oder eine ringförmige oder teilringförmige Geometrie. Insgesamt weist der Feldfacettenspiegel 7 450 Feldfacetten 8 auf. Jede Feldfacette 8 hat eine Ausdehnung von 50 mm in in der 3 horizontaler und 4 mm in in der 3 vertikaler Richtung. Das gesamte Feldfacetten-Array hat entsprechend eine Ausdehnung von 300 mm × 300 mm. Die Feldfacetten 8 sind in der 3 nicht maßstäblich dargestellt.
Nach Reflexion am Feldfacettenspiegel 7 trifft das in Strahlbüschel, die den einzelnen Feldfacetten 8 zugeordnet sind, aufgeteilte Nutzstrahlungsbündel 3 auf einen Pupillenfacettenspiegel 9. In der 1 nicht dargestellte Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 9 sind rund. Jedem von einer der Feldfacetten 8 reflektierten Strahlbüschel des Nutzstrahlungsbündels 3 ist eine dieser Pupillenfacetten zugeordnet, sodass jeweils ein beaufschlagtes Facettenpaar mit einer der Feldfacetten 8 und einer der Pupillenfacetten einen Strahlführungskanal für das zugehörige Strahlbüschel des Nutzstrahlungsbündels 3 vorgibt. Die kanalweise Zuordnung der Pupillenfacetten zu den Feldfacetten 8 erfolgt abhängig von einer gewünschten Beleuchtung durch die Projektionsbelichtungsanlage 1. Zur Ansteuerung jeweils vorgegebener Pupillenfacetten sind die Feldfacettenspiegel 8 jeweils individuell verkippt.
Über den Pupillenfacettenspiegel 9 und eine nachfolgende, aus drei EUV-Spiegeln 10, 11, 12 bestehende Übertragungsoptik 13 werden die Feldfacetten 8 in ein Objektfeld 14 in einer Objektebene 15 einer Projektionsoptik 16 der Projektionsbelichtungsanlage 1 abgebildet. Der EUV-Spiegel 12 ist als Spiegel für streifenden Einfall (grazing incidence-Spiegel) ausgeführt.
Bei einer nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 5, insbesondere bei einer geeigneten Lage einer Eintrittspupille der Projektionsoptik 16, kann auf die Spiegel 10, 11 und 12 auch verzichtet werden, was zu einer entsprechenden Transmissionserhöhung der der Projektionsbelichtungsanlage für das Nutzstrahlungsbündel 3 führt.
Die lange Seite der Feldfacetten 8 steht senkrecht auf der Scanrichtung y. Das Aspektverhältnis der Feldfacetten 8 entspricht demjenigen des schlitzförmigen Objektfeldes 14, welches ebenfalls rechteckig oder gebogen ausgeführt sein kann.
Auf dem gesamten Objektfeld 14 kommt pro vollständigem Scan des Feldfacettenspiegels 7 eine Gesamtdosis von 24,6 J an. Diese Gesamtdosis ist noch mit der Gesamttransmission der Beleuchtungsoptik 5 einerseits und der Projektionsoptik 16 andererseits zu multiplizieren.
In der Objektebene 15 im Bereich des Objektfeldes 14 ist ein das Nutzstrahlungsbündel 3 reflektierendes und in der 1 nicht dargestelltes Retikel angeordnet.
Die Projektionsoptik 16 bildet das Objektfeld 14 in ein Bildfeld 17 in einer Bildebene 18 ab. In dieser Bildebene 18 ist bei der Projektionsbelichtung ein nicht dargestellter Wafer angeordnet, der eine lichtempfindliche Schicht trägt, die während der Projektionsbelichtung mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 belichtet wird.
Zur Erleichterung der Darstellung von Lagebeziehungen wird nachfolgend ein xyz-Koordinatensystem verwendet. Die x-Achse steht senkrecht auf der Zeichenebene der 1 und weist in diese hinein. Die y-Achse verläuft in der 1 nach rechts. Die z-Achse verläuft in der 1 nach unten.
Bei der Projektionsbelichtung werden sowohl das Retikel als auch der Wafer in der 1 in y-Richtung synchronisiert gescannt. Der Wafer wird während der Projektionsbelichtung mit einer Scangeschwindigkeit von typisch 200 mm/s in der y-Richtung gescannt.
2 zeigt die Scaneinrichtung 6 für das Nutzstrahlungsbündel 3 stärker im Detail. In der 2 wird zur Erleichterung der Darstellung von Lagebeziehungen ein x'-y'-Koordinatensystem verwendet. Die x'-Achse, die zur x-Achse parallel ist, verläuft in der 2 nach rechts. Die y'-Achse, die in der yz-Ebene liegt, verläuft in der 2 nach oben.
Bei der Scaneinrichtung 6 handelt es sich um einen das Nutzstrahlungsbündel 3 streifend reflektierenden Scanspiegel, der um eine zur x'-Achse parallele Zeilenvorschubs-Achse 19 und um eine hierzu senkrechte Spaltenscan-Achse 20 verkippbar ist. Beide Achsen 19, 20 liegen in einer reflektierenden Spiegelfläche 21 der Scaneinrichtung 6. Die Zeilenvorschub-Achse 19 ist parallel zur x'-Achse in der 2. Die Spaltenscan-Achse 20 ist parallel zur y'-Achse in der 2.
In der 2 ist der Feldfacettenspiegel 7 schematisch als 4 × 4-Array mit vier horizontalen Zeilen zu je vier Feldfacetten 8 dargestellt. Die nachfolgenden Frequenz- und Zeitdaten beziehen sich auf die Beleuchtung des im Zusammenhang mit der 3 bereits beschriebenen Feldfacettenspiegels 7 mit dem 6 × 75-Array. Die Verkippung um die Spaltenscan-Achse 20 erfolgt mit der Zeilenfrequenz von 7,5 kHz. Dabei wird die Spiegelfläche 21 um +/–4,5° verkippt, was zu einem Ablenkwinkel für das Nutzstrahlungsbündel 3 von +/–9° führt. Entsprechend ist die Verweildauer des Nutzstrahlungsbündels 3 auf jeweils einer Zeile des Feldfacettenspiegels 7 133,3 μs. Der Zeilenvorschub erfolgt durch synchronisierte Verkippung die Zeilenvorschub-Achse 19, sodass die 75 Zeilen mit korrektem Zeilenabstand abgerastert werden, wobei die Verkippung um die Zeilenvorschub-Achse 19 auch für eine Rückkehr des Nutzstrahlungsbündels 3 von der letzten abgerasterten Feldfacette 8z hin zur ersten abzurasternden Feldfacette 8a sorgt. Um die Zeilenvorschub-Achse 19 wird die Spiegelfläche 21 daher zusätzlich mit einer Frequenz von 100 Hz verkippt. Die Verweildauer pro einzelner Feldfacette 8 beträgt 22,2 μs. Während der Verweildauer auf einer Feldfacette 8 treffen also 660 EUV-Strahlungsimpulse auf die Feldfacette 8.
Der Abstand zwischen der Spiegelfläche 21 und dem Feldfacettenspiegel 7 beträgt etwa 1 m.
Anstelle einer Verkippung um die Spaltenscan-Achse 20 kann der Zeilenvorschub auch mit Hilfe eines nicht dargestellten Polygonscanners, der um die Spaltenscan-Achse 20 rotiert, erzeugt werden. Dieser Polygonscanner weist zur Spiegelkippvariation um +/– 4,5° insgesamt 40 Polygonfacetten auf, ist also in Umfangsrichtung um seine Rotationsachse als regelmäßiges 40-Eck ausgebildet. Eine Zeilenfrequenz von 7,5 kHz wird mit einer Rotationsfrequenz des Polygonscanners von 187,5 Hz erreicht. Bei der Ausführung der Scaneinrichtung 6 mit dem nicht dargestellten Polygonspiegel ist diesem ein Kippspiegel vor- oder nachgeordnet, der, wie vorstehend beschrieben, um die Zeilenvorschub-Achse 19 verkippbar ist.
Das Objektfeld 14 hat eine Schlitzweite parallel zur Scanrichtung y von 2 mm und eine Schlitzbreite senkrecht zur Scanrichtung, also in x-Richtung, von 26 mm. Bei einer Dosis von 24,6 J auf dem Retikel und einer Transmission der Projektionsoptik 16 von 0,3% ergibt sich pro vollständigem Scan des Feldfacettenspiegels 7 eine Dosis von 74 mJ auf dem Wafer. Die flächenbezogene Dosis auf dem Objektfeld 14 ist 150 mJ/cm². Bei einer angenommenen Sensitivität der lichtempfindlichen Schicht des Wafers von 10–20 mJ/cm² steht mit der Lichtquelle 2 typisch ein Faktor 7,5 bis zu einem Faktor 15 mehr Licht als zur Belichtung einer derartigen lichtempfindlichen Schicht notwendig zur Verfügung. Prinzipiell ist es also möglich, mit ein und derselben Lichtquelle 2 eine Mehrzahl von Objektfeldern 14 gleichzeitig auszuleuchten.
Bei einer ersten Variante einer derartigen gleichzeitigen Ausleuchtung mehrerer Objektfelder 14 wird das Nutzstrahlungsbundel 3 gleich nach dem Verlassen der Lichtquelle 2 von einem in der 1 gestrichelt dargestellten Polygonspiegel 22 in der yz-Ebene über einen Huffächer-Winkel 23 von 45° aufgefächert. Das so aufgefächerte Nutzstrahlungsbündel 3 wird dann auf insgesamt 10 Beleuchtungsoptiken 5 verteilt, die jeweils 1/10 des gesamten Auffächerwinkels aufnehmen. In jedem der zehn Strahlengänge für das Nutzstrahlungsbündel 3 ist dann eine Scaneinrichtung 6 nach Art derjenigen angeordnet, die vorstehend bereits erläutert wurde.
Bei einer Repetitionsrate der Lichtquelle 2 von 30 MHz ist zur Auffächerung des Nutzstrahlungsbündels 3 zur Bedienung von insgesamt zehn Beleuchtungsoptiken 5 über einen Auffächerwinkel 23 von 45° ein Polygonspiegel 22 mit insgesamt 16 gleich verteilten Polygonfacetten notwendig, der mit einer Rotationsfrequenz von 87,5 kHz rotiert.
Wenn mehrere Beleuchtungsoptiken 5 bedient werden sollen, können die Anforderungen an den Polygonscanner 22 dadurch reduziert werden, dass die Gesamtzahl der Feldfacetten 8 beispielsweise auf 100 Feldfacetten reduziert wird.
Bei einer weiteren Variante der Auslegung der Projektionsbelichtungsanlage 1 zur Beleuchtung mehrerer Objektfelder 14 wird ein und derselbe Feldfacettenspiegel 24 verwendet, für den ein Ausführungsbeispiel in der 4 dargestellt ist. Der Feldfacettenspiegel 24 weist Facettenspiegelabschnitte 25, 26, 27, 28, 29, 30 auf, deren Facettenanordnung jeweils derjenigen des Feldfacettenspiegels 7 entspricht. Der Feldfacettenspiegel 24 hat also insgesamt 24 Spalten zu je 75 Zeilen einzelner Feldfacetten 8. Pro Facettenspiegelabschnitt 25 bis 30 können auch weniger als 450 Feldfacetten 8 vorgesehen sein.
Jeder der Facettenspiegelabschnitte 25 bis 30 leuchtet einen ihm zugeordneten Pupillenfacettenspiegel 31 bis 36 aus. Dies wird durch eine entsprechende Verkippung der Feldfacetten der jeweiligen Facettenspiegelabschnitte 25 bis 30 erreicht.
Der Pupillenfacettenspiegel 31, der dem Facettenspiegelabschnitt 25 zugeordnet ist, wird in einem runden Bereich vollständig ausgeleuchtet. Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes konventionelles Beleuchtungssetting, bei dem eine Pupille der Beleuchtungsoptik 5 gleichmäßig gefüllt ist.
Der Pupillenfacettenspiegel 32, der dem Facettenspiegelabschnitt 26 zugeordnet ist, wird annular, also ringförmig, ausgeleuchtet.
Der Pupillenfacettenspiegel 33, der dem Facettenspiegelabschnitt 27 zugeordnet ist, wird wie der Pupillenfacettenspiegel 31 ausgeleuchtet mit dem Unterschied, dass zentral ein Stern 37 mit vier Zacken ausgespart ist. Entsprechend dieser Sternform fehlen auf dem Objektfeld 14, das mit dem Pupillenfacettenspiegel 33 ausgeleuchtet wird, Beleuchtungsrichtungen.
Der Pupillenfacettenspiegel 34, der dem Facettenspiegelabschnitt 28 zugeordnet ist, wird vergleichbar zum Pupillenfacettenspiegel 32 annular, also ringförmig, ausgeleuchtet, wobei die Ringbreite bei der Ausleuchtung des Pupillenfacettenspiegels 34 bei gleichem Ringdurchmesser etwa halb so groß ist wie die Ringbreite der Ausleuchtung des Pupillenfacettenspiegels 32.
Der Pupillenfacettenspiegel 35, der dem Facettenspiegelabschnitt 29 zugeordnet ist, wird vergleichbar zum Pupillenfacettenspiegel 33 ausgeleuchtet, wobei beim Pupillenfacettenspiegel 35 zentral ein sternförmiger Bereich 38 mit insgesamt fünf Zacken ausgespart, also nicht ausgeleuchtet ist.
Der Pupillenfacettenspiegel 36, der dem Facettenspiegelabschnitt 30 zugeordnet ist, wird vergleichbar zum Pupillenfacettenspiegel 31 ausgeleuchtet, allerdings mit reduziertem Ausleuchtungsdurchmesser, sodass die maximalen Beleuchtungswinkel, die mit der Beleuchtungsoptik 5 mit dem Pupillenfacettenspiegel 36 erzielt werden, gegenüber dem maximalen Beleuchtungswinkel der anderen Beleuchtungsoptiken 5 mit den Pupillenfacettenspiegeln 31 bis 35 reduziert ist.
Neben den Gestaltungen, die vorstehend im Zusammenhang mit den Pupillenfacettenspiegeln 31 bis 36 erläutert wurden, sind auch andere Gestaltungen möglich, beispielsweise Dipol-, Quadrupol- oder andere Formen von Multipol-Gestaltungen.
Ein Zeilenvorschub, das heißt ein Wechsel zwischen den verschiedenen Zeilen des Feldfacettenspiegels 7 kann alternativ auch durch Reflexion an einem parallel zu den Spalten des Feldfacettenspiegels 7 verlagerten Facettenspiegel 39 erzielt werden, der in der 2 rechts unten dargestellt ist.
Die Verlagerungsrichtung des Facettenspiegels 39 ist parallel zur y-Richtung. Je nach dem Auftrittpunkt des Nutzstrahlungsbündels 3 auf einer der Facetten 40 des Facettenspiegels 39 wird das Nutzstrahlungsbündel 3 in eine andere Zeile des Feldfacettenspiegels 7 gelenkt. Dargestellt ist in der 2 ein Facettenspiegel 39 mit fünf Facetten 40. Diese Darstellung ist vereinfachend. Zur Ausleuchtung des Facettenspiegels 7 nach 3 ist ein Facettenspiegel 39 mit 75 Facetten erforderlich. Diese Facettierung in 75 Facetten kann dann noch mit einer Facettierung in Umfangsrichtung um die Spaltenscan-Achse 20 kombiniert werden, so dass der Facettenspiegel 39 die Gestalt eines facettierten konvexen Körpers, insbesondere einer facettierten Kugel erhält. Anstelle der Facettierung kann bei hinreichen kleinen Nutzstrahlungsbündeln 3 der Facettenspiegel 39 auch mit einer kontinuierlichen Kontur ausgestaltet sein, wobei zwischen den Facettenflächen kontinuierliche Übergänge und keine scharfen Kanten vorliegen. Die planen Abschnitte zwischen diesen weichen Übergängen haben die gleichen Normalenvektoren wie bei der Ausführung mit den scharfen Kanten.
Bei einer weiteren Variante der Projektionsbelichtungsanlage 1 ist die Lichtquelle 2 mit einem Intensitätsmodulator 41 zur Modulierung der Intensität des Nutzstrahlungsbündels 3 ausgestattet. Der Intensitätsmodulator 41 steht zur Synchronisation mit der Scaneinrichtung 6 und ggf. mit der Ansteuerung des Polygonspiegels 22 in Signalverbindung. Der Intensitätsmodulator 41 kann so betrieben werden, dass das Nutzstrahlungsbündel 3 während des Überstreichens einer einzelnen Feldfacette 8 eines Feldfacettenspiegels, beispielsweise des Feldfacettenspiegels 7, in seiner Intensität beeinflusst wird. Wenn diese Beeinflussung bei allen überstrichenen Feldfacetten 8 des Feldfacettenspiegels 7 in gleicher Weise erfolgt, resultiert eine entsprechende Beeinflussung der Intensitätsverteilung der Ausleuchtung im Objektfeld 14.
Alternativ oder zusätzlich kann die Intensitätsmodulation über den Intensitätsmodulator 41 so mit der Scaneinrichtung 6 und ggf. mit dem Polygonspiegel synchronisiert erfolgen, dass das Nutzstrahlungsbündel 3 synchronisiert zum Überstreichen eines Pupillenfacettenspiegels in seiner Intensität beeinflusst wird. Hierdurch kann eine Korrektur der Beleuchtungswinkelverteilung über das Objektfeld 14 erzielt werden.
Eine der Intensitätsmodulation mit dem Intensitätsmodulator 41 entsprechende Wirkung kann auch durch Variation der Ablenkgeschwindigkeit der Ablenkung des Nutzstrahlungsbündels 3 beim Überstreichen des Feldfacettenspiegels 7 erzielt werden. Wenn beispielsweise der Feldfacettenspiegel 7 mit variierender Ablenkgeschwindigkeit so abgerastert wird, dass die Mitte einer jeden Feldfacette 8 schneller überstrichen wird als die beiden Ränder am rechten und linken Rand der Feldfacette 8, resultiert eine Beaufschlagung des Objektfeldes 14 mit dem Nutzstrahlungsbündel 3, bei dem das Zentrum im Vergleich zum Rand weniger stark beaufschlagt ist.
Eine Intensitätsmodulation der Lichtquelle 2 ist beispielsweise möglich durch ein Abschalten von Strahlungsimpulsen, durch eine Störung der Laserfunktion, beispielsweise durch gezieltes Verstimmen des Resonators und/oder durch Modulation der Laserfrequenz.
Ein Abschalten von Strahlungsimpulsen kann durch Ansteuerung eines Q-Switches oder durch resonatorintern oder resonatorextern angeordnete elektrooptische oder akkustooptische Modulatoren bzw. Deflektoren (EOM, AOM) erfolgen. Eine Störung der Laserfunktion kann beispielsweise durch zusätzlich geschaltete elektromagnetische Felder erfolgen. Eine Wellenlänge der EUV-Nutzstrahlung kann beispielsweise durch nachträgliche Streuung an einem relativistischen Elektronenstrahl durch den inversen Compton-Effekt verstimmt werden. Für diese Verstimmung kann ein Teil der zu recycelnden Elektronen eines FEL verwendet werden. Die Verstimmung der Wellenlänge der EUV-Nutzstrahlung muss größer sein als eine Bandbreite von EUV-Reflexionsbeschichtungen auf den Spiegelelementen der Beleuchtungsoptik 5. Eine derartige Reflexionsbeschichtung kann als Mehrlagen (Multilayer)-Beschichtung ausgeführt sein.
Eine pulsweise Ansteuerung der Lichtquelle 2 ermöglicht eine gezielte Vorgabe einerseits einer Intensitätsverteilung und andererseits einer Beleuchtungswinkelverteilung über das Objektfeld 14.
Jedem Feldpunkt im Objektfeld 14 sind entsprechend konjugierte Punkte auf den einzelnen Feldfacetten 8 zugeordnet. Soweit die Strahlungsimpulse des Nutzstrahlungsbündels 3 jeweils dann unterdrückt werden, wenn sie ansonsten diese Facettenpunkte, die einem bestimmten Feldpunkt zugeordnet sind, beaufschlagen, kann die Beleuchtungsintensität im entsprechenden Feldpunkt beeinflusst werden. Wenn N Feldfacetten 8 zur überlagernden Beleuchtung des Objektfelds 14 zum Einsatz kommen, kann durch Unterdrückung der Beleuchtung an einem Facettenpunkt einer der Feldfacetten 8 eine Korrektur mit einer relativen Genauigkeit von 1/N erreicht werden.
Bei einem gegebenen Punkt auf dem Objektfeld 14 entspricht jeder Ausleuchtungskanal, der einer der Feldfacetten 8 über den Pupillenfacettenspiegel 9 zugeordnet ist, einem bestimmten Beleuchtungswinkel. Eine Intensitätsmodulation der Strahlungsimpulse des Nutzstrahlungsbündels 3 derart, dass gesamte derartige Ausleuchtungskanäle unterdrückt werden, ermöglicht entsprechend eine Beeinflussung der Beleuchtungswinkelverteilung über das Objektfeld 14.
Grundsätzlich kann anstelle eines eine Mehrzahl von Feldfacetten aufweisenden Feldfacettenspiegels auch der Feldfacettenspiegel als Teil der Scaneinrichtung selbst vorgesehen sein. Der Feldfacettenspiegel hat dann genau eine Facette, die um zwei Freiheitsgrade angetrieben verkippbar ist und hierdurch z. B. die Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels oder das Objektfeld auch direkt ausleuchtet.

Claims

Projektionsbelichtungsanlage (1) für die EUV-Mikrolithographie – mit einer EUV-Lichtquelle (2) zur Erzeugung von EUV-Nutzlicht (3), – mit einer Beleuchtungsoptik (5) zur Beleuchtung eines Objektfeldes (14) mit dem Nutzlicht (3), – mit einer Projektionsoptik (16) zur Abbildung des Objektfeldes (14) in ein Bildfeld (17), – und mit einer Scaneinrichtung (6) zum Ausleuchten des Objektfeldes (14) durch mit einer Projektionsbelichtungsdauer synchronisiertem Ablenken des Nutzlichts (3), – wobei die Beleuchtungsoptik (5) mindestens einen Pupillenfacettenspiegel (9) mit einer Mehrzahl von Pupillenfacetten zur Vorgabe einer Beleuchtungswinkelverteilung des Objektfeldes (14) – und mindestens einen Feldfacettenspiegel (7) mit einer Mehrzahl von Feldfacetten zur Vorgabe einer Form des ausgeleuchteten Objektfeldes (14) aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als EUV-Lichtquelle (2) eine synchrotronstrahlungsbasierte Lichtquelle, insbesondere ein Freie-Elektronen-Laser, eingesetzt ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung (6) mindestens einen angetrieben verkippbaren Spiegel mit einer einzigen Spiegelfläche (21) aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung mindestens einen Polygonspiegel (22) aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung (6) mindestens einen translatorisch hin- und her bewegbaren Spiegel (39) mit mindestens zwei zueinander verkippt angeordneten Reflexionsflächen (40) aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Intensitätsmodulator (41) für das Nutzlicht (3).
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Intensitätsmodulator (41) synchronisiert zur Ablenkung durch die Scaneinrichtung (6) das Nutzlicht (3) in seiner Intensität beeinflusst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Intensitätsmodulator (41) so angesteuert ist, dass das Nutzlicht (3) während des Überstreichens einer einzelnen Feldfacette (8) in seiner Intensität beeinflusst wird.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Intensitätsmodulator (41) so angesteuert ist, dass das Nutzlicht (3) synchronisiert zum Überstreichen des Pupillenfacettenspiegels in seiner Intensität beeinflusst wird.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung (6) derart angesteuert ist, dass die Ablenkung des Nutzlichts (3) synchronisiert in ihrer Ablenkgeschwindigkeit variiert wird.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von mittels der Scaneinrichtung (6) ausgeleuchteten Objektfeldern.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Pupillenfacettenspiegeln (31 bis 36) mit diesen jeweils zugeordneten Objektfeldern, Projektionsoptiken und Bildfeldern.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Pupillenfacettenspiegeln (31 bis 36) von ein und demselben Feldfacettenspiegel (24) ausgeleuchtet werden.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Feldfacettenspiegeln, die von der Scaneinrichtung (22, 6) wechselweise ausgeleuchtet werden.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldfacettenspiegel (7) ein zeilen- und spaltenweise ausgerichtetes Array aus Feldfacetten (8) aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung einen feldformenden Spiegel aufweist, der um zwei Freiheitsgrade angetrieben verkippbar ist.