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Die
Erfindung betrifft ein optisches System einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage.
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Mikrolithographie
wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise
integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess
wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt,
welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv
aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten
Maske (= Retikel) wird mittels des Projektionsobjektivs auf ein
mit einer lichtempfindlichen Schicht (z. B. Photoresist) beschichtetes
und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat
(z. B. einen Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die
lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Sowohl
in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv tritt
das Problem auf, dass eine gewünschte Intensitätsverteilung
und/oder ein zunächst eingestellter Polarisationszustand
in unerwünschter Weise verändert wird. Zu den
verantwortlichen Einflüssen gehören insbesondere
zeitlich veränderliche Doppelbrechungseffekte wie die sogenannte
polarisationsinduzierte Doppelbrechung (PDB), eine Kompaktierung in
nichtkristallinem Material (z. B. Quarzglas) optischer Komponenten,
Degradationen und thermische Effekte sowie eine in antireflektierenden
oder hochreflektierenden Schichten auf den optischen Komponenten
vorhandene Doppelbrechung infolge Formdoppelbrechung oder aufgrund
unterschiedlicher Fresnel-Reflexion und -Transmission für
orthogonale Polarisationszustände.
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Sowohl
für die Beleuchtungseinrichtung als auch für das
Projektionsobjektiv sind diverse Ansätze entwickelt worden,
um die Intensitätsverteilung und/oder den Polarisationszustand
gezielt zu beeinflussen bzw. vorhandene Störungen zu kompensieren.
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Beispielsweise
ist es aus
WO 2007/017089
A1 bekannt, in einem Projektionsobjektiv einen Manipulator
zur Reduzierung nicht rotationssymmetrischer Abbildungsfehler anzuordnen,
welcher eine Linse, ein weiteres optisches Element und einen zwischen
diesem optischen Element und der Linse angeordneten Zwischenraum
aufweist, wobei der Zwischenraum mit einer Flüssigkeit
gefüllt werden kann. Mittels eines ausschließlich
auf die Linse wirkenden Aktuators kann eine nicht rotationssymmetrische
Deformation der Linse erzielt werden.
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Aus
WO 2005/119369 A1 ist
es bekannt, in einem Projektionsobjektiv ein auf einem Substrat
eines optischen Bauteils ausgebildetes Interferenzschichtsystem
vorzusehen, welches eine relativ große räumliche Modulation
des Reflexionsgrades und/oder des Transmissionsgrades über
den optisch nutzbaren Querschnitt des optischen Bauteils aufweist,
wobei diese Modulation an die räumliche Transmissionsverteilung
der übrigen Bauteile des Projektionsobjektivs zur Reduzierung
räumlicher Intensitätsschwankungen angepasst wird.
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Aus
WO 98/14804 ist ein elektrisch
abstimmbares bzw. ansteuerbares optisches Interferometer-Filter bekannt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches System einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welches eine vergleichsweise
flexible und schnelle Einflussnahme auf die Intensitätsverteilung
und/oder den Polarisationszustand ermöglicht.
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Ein
erfindungsgemäßes optisches System einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage weist wenigstens ein Schichtsystem
auf, welches zumindest einseitig von einer Linse oder einem Spiegel
begrenzt wird, wobei das Schichtsystem ein aus mehreren Schichten
aufgebautes Interferenzschichtsystem ist und wenigstens eine flüssige
oder gasförmige Schichtlage aufweist, deren maximale Dicke
maximal 1 Mikrometer (μm) beträgt, und einen Manipulator
zur Manipulation des Dickenprofils dieser Schichtlage.
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Die
erfindungsgemäß erzielte Wirkung des Schichtsystems
mit einer flüssigen oder gasförmigen Schichtlage
mit maximaler Dicke von maximal 1 Mikrometer (μm) ist zu
unterscheiden von der gemäß dem Stand der Technik
(z. B. bei einer Flüssiglinse) erzielten Wirkung eines
refraktiven optischen Elements. Während im letzteren Falle
die den Strahlweg beeinflussende, von der Form der refraktiven Linse
abhängige Brechkraft geändert wird, wird bei dem
erfindungsgemäßen Konzept der Strahlweg als solches
in erster Näherung nicht beeinflusst, sondern es kann – in
grundsätzlich anderer Wirkungsweise – eine Beeinflussung
z. B. der Phasenaufspaltung durch Interferenzeffekte erfolgen, welche
zwischen den Teilwellen der im Schichtsystem mehrfach teilreflektierten
Lichtanteile auftreten.
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Mit
anderen Worten wird erfindungsgemäß – im
Unterschied etwa zu einer Flüssiglinse mit einer Flüssigkeitslage
von typischerweise wenigen Millimetern – nicht Einfluss
auf die Richtung einzelner ebener Wellen (bzw. Strahlen) genommen,
sondern es wird im Wesentlichen nur die Phasenlage der einzelnen
ebenen Wellen manipuliert. Hingegen spielen die erfindungsgemäß ausgenutzten
Interferenzeffekte bei einer herkömmlichen Flüssiglinse
mit einer Flüssigkeitslage von typischerweise wenigen Millimetern
wegen der begrenzten Kohärenzlänge des Lichtes
keine Rolle mehr, da die erfindungsgemäß ausgenutzten
Interferenzeffekte und damit eine Phasenbeeinflussung nur in dem
vorliegend gewählten wellenlängennahen Dickenbereich
auftreten.
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An
den Grenzen zu der erfindungsgemäß vorgesehenen
flüssigen oder gasförmigen Schichtlage finden
partielle Reflexionen statt, wobei durch die stattfindende Überlagerung
der hierbei auftretenden Teilwellen letztlich der Effekt des Schichtsystems
bestimmt wird. Dabei wird ausgenutzt, dass die Wirkung des Schichtstapels
als Interferenzphänomen besonders empfindlich von den Dicken
der einzelnen Lagen abhängt. Das erfindungsgemäße
Konzept der Bereitstellung einer flüssigen oder gasförmigen
Schichtlage beinhaltet nun im Falle der Anwendung auf ein Vielfachschichtsystem
mit einer Mehrzahl von Teillagen, die Dicke einer dieser Teillagen
in ihrem Dickenverlauf zu modulieren, wodurch die Interferenzeigenschaften
geändert werden.
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Grundsätzlich
kann mittels des erfindungsgemäßen Schichtsystems
für jede der beiden Größen Intensität
I und Phase ϕ sowohl der gemittelte Wert ((Is +
Ip/2) bzw. (ϕs + ϕp)/2)) als auch die Aufspaltung der Intensität
(Is – Ip, „Diattenuation")
bzw. der Phase (ϕs – ϕp) beeinflusst werden.
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Dabei
kann sich die herbeigeführte Dickenänderung der
flüssigen Schichtlage je nach den konkreten Gegebenheiten,
d. h. dem Aufbau des Schichtsystems sowie dessen Anordnung innerhalb
des optischen Systems, entweder auf die Phase oder auch auf die
Intensität mit größerer Empfindlichkeit
auswirken. Insbesondere kann das Schichtdesign bei dem erfindungsgemäßen
Schichtsystem so gewählt werden, dass gezielt eine der
obigen vier Größen (z. B. die Phasenaufspaltung)
beeinflusst wird, wobei die übrigen Größen
zumindest weitgehend unverändert bleiben.
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Insbesondere
kann das erfindungsgemäße Schichtsystem – bei
Beeinflussung der gemittelten Intensität – als
variabler Graufilter z. B. im Projektionsobjektiv eingesetzt werden,
dessen Eigenschaften auf vergleichsweise kleiner Zeitskala manipulierbar
sind.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird das Schichtsystem zumindest einseitig
von einer Linse begrenzt. Insbesondere kann das Schichtsystem zwischen
zwei Linsen angeordnet sein, wobei wenigstens eine dieser zwei Linsen
aktiv deformierbar ist. Der Manipulator kann hierbei beispielsweise
eine Anordnung von am Rand einer benachbart zum Schichtsystem bzw.
der flüssigen oder gasförmigen Schichtlage angeordneten
Linse vorgesehenen Aktuatoren aufweisen.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird das Schichtsystem zumindest einseitig
von einem Spiegel begrenzt, wobei der Manipulator eine auf einer
nicht optisch wirksamen Fläche des Spiegels (z. B. der „Rückseite"
eines Konkavspiegels) vorgesehene Anordnung von Aktuatoren aufweist.
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Mittels
des erfindungsgemäßen Konzeptes kann eine gezielte
Verstimmung des Schichtsystems zur Korrektur einer im optischen
System (z. B. Projektionsobjektiv) anderenorts vorhandenen Störung
der gewünschten Intensitätsverteilung vorgenommen
werden, indem durch gezielte Deformierung der deformierbaren Schichtlage
die Reflexion bzw. die Wirkung in Transmission – je nach
Anordnung des Schichtsystems auf einem Spiegel oder einer refraktiven
Linse – ortsaufgelöst manipuliert wird, bis die
gewünschte Korrekturwirkung erreicht ist.
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Des
Weiteren kann eine gegebenenfalls unerwünscht erfolgende
Phasenänderung durch anderenorts im optischen System angeordnete
Phasenmanipulatoren behoben werden, so dass die Intensitätsbe einflussung
als alleiniger Nettoeffekt verbleibt. Ebenso kann eine gegebenenfalls
unerwünscht erfolgende Polarisationsaufspaltung ebenfalls
durch geeignete Manipulatoren anderenorts im optischen System ausgeglichen
werden.
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Eine
Phasenaufspaltung kann mit dem erfindungsgemäßen,
die deformierbare Schichtlage enthaltenen Schichtsystem auch als
gewünschter Effekt eingestellt werden, um etwa eine anderenorts
im optischen System vorhandene Störung der Polarisationsverteilung
(z. B. infolge fassungsbedingter Spannungsbrechung etc.) auszugleichen.
Die Beeinflussung der vorstehend beschriebenen Aufspaltungsgrößen
(d. h. Transmissions- bzw. Phasenaufspaltung) stellt einen besonders
vorteilhaften Einsatz der Erfindung dar, da diese grundsätzlich
mit anderen Mitteln relativ schwierig zu erzielen ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform beträgt die maximale Dicke der
flüssigen oder gasförmigen Schichtlage maximal
die Hälfte einer Arbeitswellenlänge (λ)
des optischen Systems. Typische Arbeitswellenlängen in einer
mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage betragen weniger
als 250 nm, beispielsweise etwa 193 nm oder etwa 157 nm. Dabei wird
ausgenutzt, dass sich in dem Dickenbereich von Null bis λ/2
grundsätzlich der gesamte Wirkungsbereich durch Einstellung
einer Phase im Bereich von 0°–180° abdecken
lässt, der sich auch mit etwas dickeren Schichtsystemen
(etwa einer Schicht mit einer Dicke von 3λ/2) abdecken
lässt.
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Die
maximale Dicke der flüssigen oder gasförmigen
Schichtlage kann insbesondere im Bereich von 10 bis 100 nm, weiter
insbesondere im Bereich von 30 bis 100 nm, weiter insbesondere im
Bereich von 50 bis 100 nm liegen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist das Schichtsystem eine
alternierende Abfolge aus Schichten aus einem ersten Schichtmaterial
und einem zweiten Schichtmaterial auf, wobei das erste Schichtmaterial
bei einer Arbeitwellenlänge des optischen Systems eine
Brechzahl kleiner als die Brechzahl von Quarzglas (SiO
2)
und das zweite Schichtmaterial bei der Arbeitwellenlänge
eine Brechzahl größer als die Brechzahl von Quarzglas
(SiO
2) aufweist. Dabei können erfindungsgemäß insbesondere
Schichtmaterialien zum Einsatz kommen, welche zwar ansonsten eher
unüblich sind, jedoch die erfindungsgemäß erforderliche deformierbare
Schichtlage bzw. die gewünschte Deformierbarkeit bereitstellen,
z. B. Wasser mit n = 1.44 bei λ = 193 nm oder auch ein
geeignetes Gel. Ebenfalls in einer flüssigen Schichtlage
verwendbar sind z. B. die in
US 2006/0221456 A1 genannten Immersionsflüssigkeiten
H
2SO
4, H
3PO
4 sowie deren
wässrige Lösungen (mit Brechzahlen n im Bereich
von 1.5–1.8 bei λ = 193 nm und ggf. mit Substitution
von Deuterium), oder Cyclohexan (mit einer Brechzahl n = 1.556 bei λ =
193 nm).
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Dabei
kann im Rahmen der – als solches in herkömmlicher
Weise durchführbaren – Schichtoptimierung vorgegeben
werden, dass die jeweils gewünschten Schichtlagen inkl.
der besagten deformierbaren flüssigen oder gasförmigen
Schichtlage im Schichtsystem enthalten sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform kann in dem Schichtsystem als
erste (Aufwachs)-Schichtlage eine Schichtlage mit besonders günstigen
Aufwachs- bzw. Haftbedingungen vorgesehen werden. Des Weiteren kann
vorteilhaft als äußerste, oberste Schichtlage
des Schichtstapels eine Schutzschicht mit besonders guter Schutzwirkung
gegenüber Umwelteinflüssen gewählt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform kann im Betrieb des optischen
Systems eine Strömbewegung in der flüssigen oder
gasförmigen Schichtlage herbeigeführt bzw. aufrechterhalten
werden, wodurch einer unerwünschte Erwärmung des
jeweils angrenzenden optischen Elementes (Linse oder Spiegel) entgegengewirkt
werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Konzept lässt sich gleichermaßen
sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv
realisieren.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein optisches Element, ein Verfahren zum
Modifizieren der Abbildungseigenschaften in einem optischen System
einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, eine mikrolithographische
Projektionsbelichtungsanlage, ein Verfahren zur mikrolithographischen
Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente sowie ein mikrostrukturiertes
Bauelement.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten
Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen
Schichtsystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine
schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen
Schichtsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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3 eine
schematische Darstellung des Aufbaus einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage;
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4–5 konkrete
Beispiele vollständiger, katadioptrischer Projektionsobjektive
im Meridional-Gesamtschnitt, in welchen ein erfindungsgemäßes
Schichtsystem realisierbar ist;
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6a–b
für ein konkretes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Schichtsystems die berechnete Inzidenzwinkelabhängigkeit
der Reflexion (6a) bzw. der Reflexionsaufspaltung
(6b) für unterschiedliche Dickenreduzierungen
einer flüssigen Schichtlage; und
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7 ein
Diagramm zum Vergleich der Reflexionsgrade sowie Reflexionsaufspaltung,
welche in unterschiedlichen Schichtsystemen mit einer Wasserschicht
bzw. mit einer Luftschicht erreichbar sind.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen
Schichtsystems gemäß einer ersten Ausführungsform.
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In
dieser Ausführungsform wird das erfindungsgemäße
Konzept auf einem Konkavspiegel 110 realisiert, wobei auf
der Rückseite des Spiegels bzw. dessen Substrats einzelne
Aktuatoren 105a, 105b, 105c, ... angeordnet
sind, welche unabhängig voneinander betätigbar
sind.
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In 1 folgen
ausgehend von dem Konkavspiegel 110 in Richtung nach links
einzelne Schichtlagen 121 bis 126 eines Schichtsystems 120,
wobei die Schichtlage 123 hier die erfindungsgemäße flüssige
Schichtlage 123 bildet. Die an diese flüssige
Schichtlage 123 angrenzenden Schichtlagen 122 bzw. 124 können
erforderlichenfalls zusätzlich an der Grenzfläche
mit einer Membran oder auch mit einer Glasplatte geringer Dicke überzogen
sein.
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Selbstverständlich
ist die Erfindung nicht auf einen Konkavspiegel beschränkt,
so dass stattdessen auch ein Planspiegel für die Anordnung
der Schichtlagen an diesem Planspiegel verwendet werden kann. Entsprechende
geeignete Planspiegel stehen sowohl in der Beleuchtungseinrichtung
als auch in diversen Designs von Projektionsobjektiven, beispielsweise
bei dem unter Bezugnahme auf 5 noch detaillierter
beschriebenen RCR-Design, zur Verfügung.
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Die
Aktuatoren 105a, 105b, 105c, ... bilden
in ihrer Gesamtheit somit einen Manipulator zur Manipulation des
Dickenprofils der flüssigen Schichtlage 123 und
können beispielsweise als Piezoelemente und/oder Lorentzmotoren
ausgebildet sein.
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Wie
in 1 lediglich schematisch und stark übertrieben
dargestellt, wird beispielsweise an der Position des Doppelpfeils
P durch Drücken des entsprechenden Manipulators Flüssigkeit
aus der flüssigen Schichtlage 123 verdrängt,
so dass die flüssige Schichtlage 123 dort dünner
wird und die Schichtwirkung des Schichtsystems 120 an dieser
Stelle beeinflusst wird. Die auf der dem Konkavspiegel 110 abgewandten
Seite der flüssigen Schichtlage 123 angeordneten
Schichtlagen 124 und 125 bleiben dabei idealerweise
in ihrer Geometrie unverändert.
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Selbstverständlich
ist die Darstellung des Schichtsystems 120 in 1 nicht
maßstäblich und stark übertrieben, wobei
insbesondere auch eine größere Anzahl oder eine
kleinere Anzahl von Schichten vorgesehen sein kann. Typischerweise
weist das Schichtsystem eine alternierende Abfolge aus Schichten
aus einem ersten Schichtmaterial und Schichten aus einem zweiten
Schichtmaterial auf, wobei das erste Schichtmaterial bei einer Arbeitwellenlänge
des optischen Systems eine Brechzahl kleiner als die Brechzahl von
Quarzglas (SiO2) und das zweite Schichtmaterial
bei der Arbeitwellenlänge eine Brechzahl größer
als die Brechzahl von Quarzglas (SiO2) aufweist.
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Geeignete
Schichtmaterialien der „niedrigbrechenden" Schichtlagen
sind beispielsweise Chiolith (Brechzahl n = 1.38 bei λ =
193 nm) und Magnesiumfluorid (MgF2, n(193
nm) = 1.42). Geeignete Schichtmaterialien der „höher
brechenden" Schichtlagen sind beispielsweise Saphir (Al2O3, n(193 nm) = 1.81) und Lanthanfluorid (LaF3, n(193 nm) = 1.70).
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Ein
konkretes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Schichtsystems ist in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1:
Schicht
Nr. | Dicke
(nm) | Material | Brechzahl (193
nm) | Absorptionskoeffizient (k) |
1 | 70.0 | Aluminium
(Al) | 0.1127 | 2.20286 |
2 | 19.3 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
3 | 84.0 | Wasser
(H2O) | 1.44 | 0 |
4 | 14.9 | Aluminiumoxid
(Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
5 | 43.0 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
6 | 25.1 | Aluminiumoxid
(Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
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In 6 ist für das o. g. Schichtsystem
und bei Variation der Dicke der flüssigen Schichtlage aus
Wasser die berechnete Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflexion
(6a) und der Reflexionsaufspaltung (6b)
dargestellt. Dabei wurde die Dicke der flüssigen Schichtlage
gegenüber den nominellen Ausgangswert von 84.0 nm gemäß Tabelle
1 schrittweise reduziert, wobei in 6 für
die einzelnen Kurven jeweils die Dickenreduzierung gegenüber
diesem Ausgangswert angegeben ist (d. h. es erfolgte eine Dickenreduzierung um
0 nm, 14 nm, 24 nm, 34 nm, 44 nm und 54 nm). Es zeigt sich eine
empfindliche Abhängigkeit der Kurven von der Dicke der
Flüssigkeitsschicht, welche somit je nach dem gewünschten
Effekt geeignet gewählt werden kann.
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Die
Erfindung ist hinsichtlich der in ihrem Dickenprofil manipulierbaren
(„durchstimmbaren") Schichtlage nicht auf ein flüssiges
Medium wie etwa Wasser beschränkt, sondern es kann stattdessen
auch ein gasförmiges Medium zum Einsatz kommen, wie z.
B. Luft oder ein anderes Gas, wobei es sich bei diesem Gas im Falle
der Anwendung der Erfindung in einem Projektionsobjektiv insbesondere
auch um ein in dem Projektionsobjektiv verwendetes Spülgas
(z. B. ein chemisch inertes Gas wie Stickstoff (N
2),
Argon (Ar), Helium (He) oder Mischungen hiervon) handeln kann. Die
Verwendung eines gasförmigen Mediums wie Luft anstelle
eines flüssigen Mediums kann vor allem hinsichtlich der
Lebensdauer der angrenzenden optischen Komponenten bzw. Schichtlagen
vorteilhaft sein. Ausführungsbeispiele für Schichtsysteme
mit einer solchen gasförmigen Schichtlage sind im Folgenden
in Tabelle 2 und 3 angegeben, bei denen jeweils anstelle einer Wasserschicht eine
Luftschicht vorgesehen ist. Tabelle 2 (= Beispiel L1 in Fig. 7):
Schicht
Nr. | Dicke
(nm) | Material | Brechzahl
(193 nm) | Absorptionskoeffizient
(k) |
1 | 70.0 | Aluminium
(Al) | 0.1127 | 2.20286 |
2 | 24.4 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
3 | 25.8 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
4 | 40.8 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
5 | 25.8 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
6 | 60.3 | Luft | 1 | 0 |
7 | 24.8 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
8 | 39.5 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
9 | 23.1 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
10 | 44.5 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
Tabelle 3 (= Beispiel L2 in Fig. 7):
Schicht
Nr. | Dicke
(nm) | Material | Brechzahl
(193 nm) | Absorptionskoeffizient
(k) |
1 | 70.0 | Aluminium
(Al) | 0.1127 | 2.20286 |
2 | 25.5 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
3 | 25.5 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
4 | 39.9 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
5 | 24.8 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
6 | 51.1 | Luft | 1 | 0 |
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Das
die Schichtlage aus Luft enthaltende Schichtsystem gemäß Tabelle
2 lässt sich so realisieren, dass die Schichtlagen Nr.
1–5 übereinander auf einem Quarzsubstrat aufgedampft
werden, die Schichtlagen 7–10 analog auf einem anderen
Quarzsubstrat aufge dampft werden, und dann die beiden so gebildeten Teil-Schichtsysteme
in dem Abstand entsprechend der auszubildenden Luftschicht zueinander
angeordnet werden. Bei dem Schichtsystem gemäß Tabelle
3 grenzt, im Unterschied zu dem Beispiel von Tabelle 2, die „durchstimmbare"
Luftschicht direkt an ein Quarzsubstrat an, so dass – anders
als bei dem Beispiel von Tabelle 2 – nur ein Substrat beschichtet
werden muss.
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Selbstverständlich
ist die Erfindung nicht auf Quarz oder Quarzglas als an das erfindungsgemäße Schichtsystem
angrenzendes Material beschränkt, so dass stattdessen auch
andere geeignete Linsenmaterialien wie z. B. Kalziumfluorid (CaF2), Granate, insbesondere Lutetiumaluminiumgranat
(Lu3Al5O12) und Yttriumaluminiumgranat (Y3Al5O12),
oder Spinell, insbesondere Magnesiumspinell (MgAl2O4) als an das erfindungsgemäße
Schichtsystem angrenzende Materialien vorgesehen sein können.
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Bei
den nachfolgenden Schichtsystemen gemäß Tabelle
4 und 5 handelt es sich um weitere Ausführungsbeispiele
von Schichtsystemen mit einer Flüssigkeitsschicht aus Wasser,
welche ansonsten jeweils einen zu Tabelle 2 bzw. 3 analogen Aufbau
aufweisen. Wie aus
7 ersichtlich ist, lassen sich
bei Verwendung von Luft anstelle von Wasser höhere Werte
des Reflexionsgrades erreichen, was auf die im Falle von Luft größere Brechzahldifferenz
zur angrenzenden Schichtlage zurückgeführt werden
kann. Ebenfalls in
7 dargestellt (und auf der rechten
vertikalen Achse in
7 aufgetragen) ist der Wert
(R
s – R
p)/(R
s + R
p) für
die Schichtsysteme von Tabelle 2–5. Tabelle 4 (= Beispiel W1 in Fig. 7):
Schicht
Nr. | Dicke
(nm) | Material | Brechzahl
(193 nm) | Absorptionskoeffizient
(k) |
1 | 70.0 | Aluminium
(Al) | 0.1127 | 2.20286 |
2 | 25.6 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
3 | 25.5 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
4 | 39.7 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
5 | 24.8 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
6 | 41.5 | Wasser
(H2O) | 1.44 | 0 |
7 | 22.6 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
8 | 42.7 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
9 | 23.0 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
10 | 32.1 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
Tabelle 5 (= Beispiel W2 in Fig. 7):
Schicht
Nr. | Dicke
(nm) | Material | Brechzahl
(193 nm) | Absorptionskoeffizient
(k) |
1 | 70.0 | Aluminium
(Al) | 0.1127 | 2.20286 |
2 | 25.6 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
3 | 25.4 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
4 | 39.9 | Chiolith
(Na5Al3F14) | 1.384 | 0.00037 |
5 | 24.6 | Aluminiumoxid (Al2O3) | 1.811 | 0.0026 |
6 | 34.5 | Wasser
(H2O) | 1.44 | 0 |
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen
Schichtsystems gemäß einer weiteren Ausführungs form,
wobei auch diese Darstellung nicht maßstäblich
und hinsichtlich stark übertrieben ist.
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Gemäß 2 sind
ein sogenanntes bidirektionales aktives Linsenelement (= „BALE") 210,
eine erfindungsgemäße Schichtlage 220 oder
ein Interferenzschichtsystem mit einer erfindungsgemäßen
flüssigen oder gasförmigen Schichtlage und eine
weitere, unabhängig von dem Linsenelement 210 gefassten
Linse 230 bündig aneinander liegend angeordnet.
Das bidirektionale aktive Linsenelement 210 wird ortsaufgelöst über
randseitig angeordnete Aktuatoren in grundsätzlich bekannter
Weise in seiner Dicke manipuliert, wodurch wiederum eine gezielte
Manipulation der Dickenverteilung der Schichtlage 220 erzielt
wird. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Schichtlage 220 auch
zwischen zwei jeweils in ihren Dicken manipulierbaren Linsenelementen
angeordnet sein.
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Selbstverständlich
ist die Erfindung nicht auf gekrümmte Linsenflächen
beschränkt, so dass stattdessen auch Planplatten für
die Anordnung der erfindungsgemäßen Schichtlage
verwendet werden können.
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3 zeigt
in lediglich schematischer Darstellung den prinzipiellen Aufbau
einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung. Dabei lässt sich
das erfindungsgemäße Konzept gleichermaßen
sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv realisieren.
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Die
mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage weist eine Beleuchtungseinrichtung 301 und ein
Projektionsobjektiv 302 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 301 dient
zur Beleuchtung einer Struktur tragenden Maske (Retikel) 303 mit
Licht von einer Lichtquelleneinheit 304, welche beispielsweise
einen ArF-Laser für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm
sowie eine ein paralleles Lichtbündel erzeugende Strahlformungsoptik umfasst.
Das parallele Lichtbüschel der Lichtquelleneinheit 304 trifft
zunächst auf ein diffraktives optisches Element 305 (auch
als „pupil defining element" bezeichnet), welches über
eine durch die jeweilige beugende Oberflächenstruktur definierte
Winkelabstrahlcharakteristik in einer Pupillenebene P1 eine gewünschte
Intensitätsverteilung (z. B. Dipol- oder Quadrupolverteilung)
erzeugt. In Licht ausbreitungsrichtung nach dem diffraktiven optischen
Element 305 befindet sich eine optische Einheit 306,
welche ein ein paralleles Lichtbündel mit variablem Durchmesser
erzeugendes Zoom-Objektiv sowie ein Axikon aufweist. Mittels des
Zoom-Objektives in Verbindung mit dem vorgeschalteten diffraktiven
optischen Element 305 werden in der Pupillenebene P1 je nach
Zoom-Stellung und Position der Axikon-Elemente unterschiedliche
Beleuchtungskonfigurationen erzeugt. Die optische Einheit 306 umfasst
im dargestellten Beispiel ferner einen Umlenkspiegel 307.
In Lichtausbreitungsrichtung nach der Pupillenebene P1 befindet
sich im Strahlengang eine Lichtmischeinrichtung 308, welche
z. B. in für sich bekannter Weise eine zur Erzielung einer
Lichtmischung geeignete Anordnung aus mikrooptischen Elementen aufweisen
kann. Auf die Lichtmischeinrichtung 308 folgt im Lichtausbreitungsrichtung eine
Linsengruppe 309, hinter welcher sich eine Feldebene F1
mit einem Retikel-Maskierungssystem (REMA) befindet, welches durch
ein in Lichtausbreitungsrichtung nachfolgendes RE-MA-Objektiv 310 auf
die Struktur tragende, in der Feldebene F2 angeordnete Maske (Retikel) 303 abgebildet
wird und dadurch den ausgeleuchteten Bereich auf dem Retikel begrenzt.
Die Struktur tragende Maske 303 wird mit dem Projektionsobjektiv 302,
welches im dargestellten Beispiel zwei Pupillenebenen PP1 und PP2
aufweist, auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht versehenes
Substrat 311 bzw. einen Wafer abgebildet.
-
In
der Beleuchtungseinrichtung 301 und/oder dem Projektionsobjektiv 302 können
eine oder mehrere erfindungsgemäße Schichtsysteme,
z. B. jeweils in Nähe einer Pupillenebene und/oder einer
Feldebene der Beleuchtungseinrichtung 301 und/oder des
Projektionsobjektivs 302, eingesetzt sein. Je nach dem
gewünschten Effekt kann das erfindungsgemäße
Schichtsystem sowohl feldnah, pupillennah als auch intermediär
eingesetzt werden. So ist etwa im Falle der vorzunehmenden Korrektur
einer Störung der Intensitäts- und/oder Polarisationsverteilung
die Korrekturwirkung des Schichtsystems in der Regel umso besser,
je besser die betreffende Positionierung des als Korrekturelement
eingesetzten Schichtsystems in seiner feld-, pupillennahen oder
intermediären Anordnung (also etwa hinsichtlich des Subaperturverhältnisses)
mit der entsprechenden Lokalisierung der zu korrigierenden Störung übereinstimmt.
Idealerweise kann die Anordnung des Schichtsystems in Abhängigkeit
von dem zu erwartendem Ort des zu korrigierenden Fehlers bereits
im Design des optischen Systems berücksichtigt werden.
-
Gemäß 4 ist
ein konkretes Projektionsobjektiv 400 im Meridionalschnitt dargestellt.
Die Designdaten dieses Projektionsobjektivs 400 sind in
Tabelle 6 aufgeführt. Dabei ist in Spalte 1 die
Nummer der jeweiligen brechenden oder in anderer Weise ausgezeichneten
optischen Fläche, in Spalte 2 der Radius dieser
Fläche (in mm), in Spalte 3 ggf. ein Hinweis auf
eine an dieser Fläche vorhandene Asphäre, in Spalte 4 der
als Dicke bezeichnete Abstand dieser Fläche zur nachfolgenden
Fläche (in mm), in Spalte 5 das auf die jeweilige Fläche
folgende Material und in Spalte 6 der optisch nutzbare
freie Halbdurchmesser (in mm) der optischen Komponente angegeben.
-
Die
asphärischen Konstanten ergeben sich aus Tabelle 7. Die
in
4 mit dicken Punkten gekennzeichneten und in Tabelle
6 und 7 spezifizierten Flächen sind asphärisch
gekrümmt, wobei die Krümmung dieser Flächen
durch die nachfolgende Asphärenformel gegeben ist:
-
Dabei
sind P die Pfeilhöhe der betreffenden Fläche parallel
zur optischen Achse, h der radiale Abstand von der optischen Achse,
r der Krümmungsradius der betreffenden Fläche,
cc die (in Tabelle 7 mit K bezeichnete) konische Konstante und C1,
C2, ... die in Tabelle 7 aufgeführten Asphärenkonstanten.
-
Gemäß 4 weist
das Projektionsobjektiv 400 in einem katadioptrischen Aufbau
ein erstes optisches Teilsystem 410, ein zweites optisches
Teilsystem 420 und ein drittes optisches Teilsystem 430 auf.
Dabei ist unter einem „Teilsystem" stets eine solche Anordnung
optischer Elemente zu verstehen, durch die ein reales Objekt in
ein reales Bild oder Zwischenbild abgebildet wird. Mit anderen Worten
umfasst jedes Teilsystem, ausgehend von einer bestimmten Objekt-
oder Zwischenbildebene, stets sämtliche optischen Elemente
bis zum nächsten realen Bild oder Zwischenbild.
-
Das
erste optische Teilsystem 410 umfasst eine Anordnung von
refraktiven Linsen 411–417 und bildet die
Objektebene "OP" in ein erstes Zwischenbild IMI1 ab, dessen ungefähre
Lage in 4 durch einen Pfeil angedeutet
ist. Dieses erste Zwischenbild IMI1 wird durch das zweite optische
Teilsystem 420 in ein zweites Zwischenbild IMI2 abgebildet,
dessen ungefähre Lage in 4 ebenfalls
durch einen Pfeil angedeutet ist. Das zweite optische Teilsystem 420 umfasst
einen ersten Konkavspiegel 421 und einen zweiten Konkavspiegel 422,
welche jeweils in zur optischen Achse senkrechter Richtung so „abgeschnitten"
sind, dass eine Licht ausbreitung jeweils von den reflektierenden
Flächen der Konkavspiegel 421, 422 bis
hin zur Bildebene „IP" erfolgen kann. Das zweite Zwischenbild
IMI2 wird durch das dritte optische Teilsystem 430 in die
Bildebene IP abgebildet. Das dritte optische Teilsystem 430 umfasst
eine Anordnung von refraktiven Linsen 431–443.
-
Ein
erfindungsgemäßes Schichtsystem kann bei dem Projektionsobjektiv 400 von 4 beispielsweise
auf einem der Konkavspiegel 421 oder 422 oder
auch auf beiden Konkavspiegeln 421 und 422 etwa
mit dem in 1 dargestellten Aufbau angeordnet
sein.
-
5 zeigt
ein weiteres konkretes, vollständiges Projektionsobjektiv
500 im
Meridionalschnitt, welches in
WO 2004/019128 A2 (siehe dort
19 und Tabelle 9, 10) offenbart ist. Das
Projektionsobjektiv
500 umfasst ein erstes refraktives
Teilsystem
510, ein zweites katadioptrisches Teilsystem
530 und
ein drittes refraktives Teilsystem
540 und wird daher auch
als „RCR-System" bezeichnet. Das erste refraktive Teilsystem
510 umfasst
refraktive Linsen
511 bis
520, nach denen im Strahlengang
ein erstes Zwischenbild IMI1 erzeugt wird. Das zweite Teilsystem
530 umfasst
einen Doppelfaltspiegel mit zwei in einem Winkel zueinander angeordneten
Spiegelflächen
531 und
532, wobei von
dem ersten Teilsystem
510 eintreffendes Licht zunächst
an der Spiegelfläche
531 in Richtung zu Linsen
533 und
534 und
einem nachfolgenden Konkavspiegel
535 reflektiert wird.
Der Konkavspiegel
535 ermöglicht in für
sich bekannter Weise eine effektive Kompensation der durch die Teilsysteme
510 und
540 erzeugten
Bildfeldkrümmung. Das an dem Konkavspiegel
535 reflektierte
Licht wird nach erneuter Durchquerung der Linsen
534 und
533 an
der zweiten Spiegelfläche
532 des Doppelfaltspiegels
reflektiert, so dass die optische Achse OA im Ergebnis zweimal um
90° gefaltet wird. Das zweite Teilsystem
530 erzeugt
ein zweites Zwischenbild IMI2, und das von diesem ausgehende Licht
trifft auf das dritte, refraktive Teilsystem
540, welches
refraktive Linsen
541 bis
555 umfasst. Durch das
dritte, refraktive Teilsystem
540 wird das zweite Zwischenbild
IMI2 auf die Bildebene IP abgebildet.
-
Ein
erfindungsgemäßes Schichtsystem kann bei dem Projektionsobjektiv
500 von
5 beispielsweise
auf dem Konkavspiegel
535 und/oder auf der bzw. den planen
Spiegelfläche(n)
531 und/oder
532, wiederum
z. B. mit dem in
1 dargestellten Aufbau, angeordnet
sein. Tabelle 6 (DESIGNDATEN zu Fig. 4):
Fläche | Radius | Asphäre | Dicke | Material | Halbdurchmesser |
1 | 0.000000 | | –0.011620 | LV193975 | 75.462 |
2 | 585.070331 | AS | 17.118596 | SIO2V | 76.447 |
3 | –766.901651 | | 0.890161 | HEV19397 | 78.252 |
4 | 145.560665 | | 45.675278 | SIO2V | 85.645 |
5 | 2818.543789 | AS | 40.269525 | HEV19397 | 83.237 |
6 | 469.396236 | | 29.972759 | SIO2V | 75.894 |
7 | –193.297708 | AS | 21.997025 | HEV19397 | 73.717 |
8 | 222.509238 | | 27.666963 | SIO2V | 57.818 |
9 | –274.231957 | | 31.483375 | HEV19397 | 52.595 |
10 | 0.000000 | | 10.117766 | SIO2V | 44.115 |
11 | 0.000000 | | 15.361487 | HEV19397 | 47.050 |
12 | 26971.109897 | AS | 14.803554 | SIO2V | 54.127 |
13 | –562.070426 | | 45.416373 | HEV19397 | 58.058 |
14 | –510.104298 | AS | 35.926312 | SIO2V | 76.585 |
15 | –118.683707 | | 36.432152 | HEV19397 | 80.636 |
16 | 0.000000 | | 199.241665 | HEV19397 | 86.561 |
17 | –181.080772 | AS | –199.241665 | REFL | 147.684 |
18 | 153.434246 | AS | 199.241665 | REFL | 102.596 |
19 | 0.000000 | | 36.432584 | HEV19397 | 105.850 |
20 | 408.244008 | | 54.279598 | SIO2V | 118.053 |
21 | –296.362521 | | 34.669451 | HEV19397 | 118.398 |
22 | –1378.452784 | | 22.782283 | SIO2V | 106.566 |
23 | –533.252331 | AS | 0.892985 | HEV19397 | 105.292 |
24 | 247.380841 | | 9.992727 | SIO2V | 92.481 |
25 | 103.088603 | | 45.957039 | HEV19397 | 80.536 |
26 | –1832.351074 | | 9.992069 | SIO2V | 80.563 |
27 | 151.452362 | | 28.883857 | HEV19397 | 81.238 |
28 | 693.739003 | | 11.559320 | SIO2V | 86.714 |
29 | 303.301679 | | 15.104783 | HEV19397 | 91.779 |
30 | 1016.426625 | | 30.905849 | SIO2V | 95.900 |
31 | –258.080954 | AS | 10.647394 | HEV19397 | 99.790 |
32 | –1386.614747 | AS | 24.903261 | SIO2V | 108.140 |
33 | –305.810572 | | 14.249112 | HEV19397 | 112.465 |
34 | –11755.656826 | AS | 32.472684 | SIO2V | 124.075 |
35 | –359.229865 | | 16.650084 | HEV19397 | 126.831 |
36 | 1581.896158 | | 51.095339 | SIO2V | 135.151 |
37 | –290.829022 | | –5.686977 | HEV19397 | 136.116 |
38 | 0.000000 | | 0.000000 | HEV19397 | 131.224 |
39 | 0.000000 | | 28.354383 | HEV19397 | 131.224 |
40 | 524.037274 | AS | 45.835992 | SIO2V | 130.144 |
41 | –348.286331 | | 0.878010 | HEV19397 | 129.553 |
42 | 184.730622 | | 45.614622 | SIO2V | 108.838 |
43 | 2501.302312 | AS | 0.854125 | HEV19397 | 103.388 |
44 | 89.832394 | | 38.416586 | SIO2V | 73.676 |
45 | 209.429378 | | 0.697559 | HEV19397 | 63.921 |
46 | 83.525032 | | 37.916651 | CAF2V193 | 50.040 |
47 | 0.000000 | | 0.300000 | SIO2V | 21.480 |
48 | 0.000000 | | 0.000000 | SIO2V | 21.116 |
49 | 0.000000 | | 3.000000 | H2OV1936 | 21.116 |
50 | 0.000000 | | 0.000000 | AIR | 16.500 |
Tabelle 7 (ASPÄRISCHE KONSTANTEN
zu Fig. 4):
| 2 | 5 | 7 | 12 | 14 |
K | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
C1 | –5.72E-02 | –4.71E-02 | 1.75E-01 | –8.29E-02 | –4.35E-02 |
C2 | –2.97E-07 | 7.04E-06 | –1.17E-05 | –1.87E-07 | 1.59E-06 |
C3 | 1.03E-12 | 1.09E-10 | 1.34E-09 | –7.04E-10 | –6.81E-11 |
C4 | 2.76E-14 | –2.90E-14 | –5.44E-14 | 6.65E-14 | 5.03E-15 |
C5 | –1.51E-18 | –1.55E-21 | –1.82E-18 | –1.33E-17 | –1.68E-23 |
C6 | –1.04E-24 | 5.61E-23 | 2.56E-22 | 2.46E-21 | –2.36E-23 |
C7 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 |
C8 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 |
C9 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 |
| 17 | 18 | 23 | 31 | 32 |
K | –197.849 | –204.054 | 0 | 0 | 0 |
C1 | –2.94E-02 | 5.77E-02 | –7.06E-02 | 3.41E-02 | –4.85E-02 |
C2 | 2.63E-07 | –5.00E-07 | 4.11E-06 | 4.07E-08 | 9.88E-07 |
C3 | –6.11E-12 | 2.67E-11 | –1.18E-10 | 8.10E-11 | 7.37E-11 |
C4 | 1.11E-16 | –5.69E-16 | 2.92E-15 | –4.34E-15 | –6.56E-15 |
C5 | –2.01E-21 | 1.89E-20 | –3.23E-20 | 7.59E-19 | 6.53E-19 |
C6 | 2.08E-26 | –1.49E-25 | 2.18E-25 | –3.41E-23 | –2.88E-23 |
C7 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 |
C8 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 |
C9 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 |
| 34 | 40 | 43 |
K | 0 | 0 | 0 |
Cl | 1.59E-02 | –4.10E-02 | –3.89E-02 |
C2 | –1.51E-06 | 3.04E-07 | 4.76E-06 |
C3 | 6.62E-13 | 5.71E-11 | –2.23E-10 |
C4 | 1.72E-15 | –1.72E-15 | 8.89E-15 |
C5 | –9.36E-20 | –9.60E-22 | –2.41E-19 |
C6 | 2.36E-24 | 3.81E-25 | 3.43E-24 |
C7 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 |
C8 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 |
C9 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 | 0.000000e+00 |
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0005]
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- - WO 2004/019128 A2 [0064]