DE102008041288A1 - Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage mit Stabintegrator und Graufilter - Google Patents

Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage mit Stabintegrator und Graufilter Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem mit einem von einer Lichtquelle (1) und weiteren optischen Elementen erzeugten Projektionslicht, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage in der Mikrolithographie, mit einem Stabintegrator (5) zur Erzeugung einer homogenen Intensitätsverteilung des Projektionslichtes an der Austrittsfläche (5a) des Stabintegrators (5) und einem optischen Element (OE) im Lichtweg vor dem Stabintegrator zur Erzeugung einer Lichtverteilung auf der Eintrittsfläche des Stabintegrators, wobei der Stabintegrator (5) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und wobei es in der Ebene unmittelbar vor der der Lichtquelle optisch zugewandten Eintrittsfläche (5e) des Stabintegrators (5) ein die Intensität des Projektionslichtes zumindest teilweise abschwächendes optisches Element (Graufilter) (50) aufweist, welches an mindestens einem Rand des Stabintegrators in x-Richtung die Intensität des Projektionslichtes verringert.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Beleuchtungssystem mit einem von einer Lichtquelle und weiteren optischen Elementen erzeugten Projektionslicht, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage in der Mikrolithographie, mit einem Stabintegrator zur Erzeugung einer homogenen Intensitätsverteilung des Projektionslichtes an der Austrittsfläche des Stabintegrators und einem optischen Element (OE) im Lichtweg vor dem Stabintegrator zur Erzeugung einer Lichtverteilung auf der Eintrittsfläche des Stabintegrators, wobei der Stabintegrator einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
  • Derartige Beleuchtungssysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist das optische Element (OE) in der Regel ein refraktives optisches Element (ROE), und zwar meist ein Mikrolinsenarray. Es sind jedoch auch andere Elemente, etwa diffraktive optische Elemente, denkbar, die hier verwendet werden können.
  • Da die Maske von dem Beleuchtungssystem möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet werden soll, wird in der DE 101 38 847 ein Filter vorgeschlagen, mit dem die Intensität in einer Pupillenebene vor dem Stabeintritt verändert wird.
  • In der EP 1 170 635 wird ein diffraktives optisches Element (DOE) vor dem Stabintegrator vorgeschlagen, welches aus einer Vielzahl wabenförmiger Mikrolinsen besteht und ebenfalls in einer Pupillenebene angebracht ist.
  • Nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren, bleiben jedoch Inhomogenitäten des Beleuchtungsfeldes am Stabaustritt und damit auch im Bereich der Maske bestehen, die bei steigenden Anforderungen an das gesamte optische System zunehmend ins Gewicht fallen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung der Maske bei einem Stabbelichtungssystem durch den Einsatz kostengünstiger Elemente weiter zu verbessern, ohne gleichzeitig die anderen optischen Eigenschaften des Belichtungssystems negativ zu beeinflussen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Beleuchtungssystem der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem unmittelbar vor der Eintrittsfläche des Stabintegrators, also der Fläche, die der Lichtquelle optisch zugewandt ist, ein Filter eingebracht wird. Vorzugsweise weist dieser Filter eine Filterzone mit einem die Intensität des Projektionslichts zumindest teilweise abschwächenden optischen Element auf, welches an mindestens einem Rand des Stabintegrators in x-Richtung die Intensität des Projektionslichts verringert. Die Stabeintrittsfläche weist vorzugsweise ein Aspektverhältnis zwischen Breite x und Höhe y von größer eins auf.
  • Bei dem hier beschriebenen System bezeichnen die drei zueinander senkrecht stehenden Achsen x, y und z die Koordinaten des optischen Systems, wobei die z-Achse die optische Achse bezeichnet, während x die Breite und y die Höhe bezeichnen, so dass bei einem Scan-Belichtungsverfahren die y-Achse der Scan-Richtung entspricht, während die x-Achse die hierzu senkrechte Achse bildet.
  • Dieser Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass die Intensitätsverteilung des Lichts am Stabeintritt, welches im Hinblick auf die dem Stab nachfolgende Optik bereits Pupilleneigenschaften zeigt ohne jedoch Pupille zu sein, auf die Ausleuchtung der Maske einen Einfluss hat, obwohl die Lichtintensität im Stabfilter integriert und damit homogenisiert wird. Im Stand der Technik wird dagegen davon ausgegangen, dass die Eintrittsseite des Stabintegrators völlig isoliert von dessen Austrittsseite zu betrachten ist, da dieser als Integrator gerade für einen Intensitätsausgleich sorgen sollte. Nach dieser gängigen Lehrmeinung wäre ein Filter direkt vor dem Stabeintritt im wesentlichen wirkungslos.
  • Deshalb sind im Stand der Technik Filter bei Stabbelichungsanlagen nur in der Pupillenebene eingesetzt worden. Dabei wird ausgenutzt, dass es eine zur Maskenebene in einer Fourier-Beziehung stehende Pupillenebene gibt, so dass die Beleuchtungswinkelverteilung als Intensitätsverteilung beschrieben werden kann. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass sich jedem Winkel zur optischen Achse, unter dem ein Lichtstrahl eine Feldebene durchtritt, in einer Fourier-transformierten Pupillenebene ein von der optischen Achse aus gemessener Radialabstand zuordnen lässt.
  • Bei Hochleistungsbelichtungsanlagen ohne Stabintegrator wird die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung durch Verwendung einer sehr präzisen Mikrolinsenanordnung als Integrator in einer Pupillenebene erreicht. Bei einem Stabbelichtungssystem kann ebenfalls eine Mikrolinsenanordnung verwendet werden, allerdings ist diese in der Regel optisch nicht so hochwertig wie bei Hochleistungsbelichtungsanlagen ohne Integratorstab. Die entsprechenden Ungenauigkeiten soll gerade der Stabintegrator auf kostengünstige Weise ausgleichen.
  • Das Problem der zu verbessernden Homogenität der Lichtverteilung am Stabeintritt lässt sich daher auch durch Verwendung einer hoch präzisen Mikrolinsenanordnung in der Pupillenebene vor dem Stabeintritt lösen. Dies führt jedoch zu einem technischen und finanziellen Aufwand, der bei Stabbeleuchtungsanlagen gerade vermieden werden soll.
  • Es ist daher ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass mit einem vergleichsweise einfachen und damit kostengünstigen optischen Element wie einem Filter, insbesondere einem Graufilter, ebenfalls eine erhebliche Verbesserung der Ausleuchtung der Maske erreicht werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der vorzugsweise verwendete Graufilter Bereiche mit vermindertem Transmissionsgrad, die im weiteren so genannte Filterzone, auf, die eine Vielzahl einzelner, im wesentlichen für das Projektionslicht opaker, Abschnitte, bevorzugt Punkte, aufweist. Diese opaken Abschnitte sind auf oder in einem im wesentlichen für das Projektionslicht transparenten Träger, vorzugsweise einer Scheibe aus Quarz, transparentem Quarzit oder Calciumfluorid, aufgebracht, so dass der Transmissionsgrad durch das Verhältnis von opaken und freien Stellen bestimmt wird. Es ist aber ebenso möglich, die Filterzone des Graufilters auf andere Art und Weise auszugestalten, etwa durch Veränderung der transmissiven Eigenschaften des Glases oder durch den Einsatz teiltransparenter Schichten.
  • Bevorzugt überdeckt die Filterzone des Graufilters beide Ränder des Stabintegrators in x-Richtung und ist dabei keilförmig so ausgebildet, dass der Transmissionsgrad des Lichts zum Rand in x-Richtung hin abnimmt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform überdeckt die Filterzone in x-Richtung insgesamt jeweils weniger als 10 Prozent der Gesamteintrittsfläche des Stabintegrators, bevorzugt weniger als 5 Prozent. Der Transmissionsgrad der Filterzone des Graufilters nimmt dabei bevorzugt weitgehend stufenlos von 100 Prozent an der optischen Achse des Beleuchtungssystems zum Rand hin auf bis zu 30 Prozent, bevorzugt bis zu 50 Prozent, ab.
  • In einer anderen Ausführungsform weist der Graufilter ein zur optischen Achse z rotationssymmetrisches, im wesentlichen um diese Achse drehbares und ansonsten für das Projektionslicht weitgehend transparentes Element, bevorzugt eine runde Quarzscheibe auf. Die Filterzone des Graufilters überdeckt dabei eine Hälfte des äußeren Randes des rotationssymmetrischen Graufilters teilweise in der Art, dass durch Drehen des Graufilters mindestens ein Rand der Eintrittsfläche des Stabintegrators in x-Richtung wahlweise vom transparenten Teil des Graufilters oder von dessen Filterzone bedeckt ist.
  • Die Variabilität eines solchen Systems wird weiter erhöht, wenn der Transmissionsgrad der Filterzone des Graufilters in azimuthaler Richtung keilförmig abnimmt, wobei die Abnahme des Transmissionsgrades entweder stufenlos oder in diskreten Stufen erfolgen kann. Beim Einsatz diskreter Stufen ist es besonders günstig, wenn jede Fläche eines diskreten Transmissionsgrades mindestens den Rand der Stabintegratoreintrittsfläche in y-Richtung vollständig überdeckt.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn zwei, zur optischen Achse z weitgehend punktsymmetrische Graufilter vorhanden sind. Deren Transmissionsgrad kann zusätzlich oder alternativ in radialer Richtung abnehmen.
  • Alternativ ist es aber ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung, die beiden Filterzonen des Graufilters zur Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Elementes in der Weise unsymmetrisch anzuordnen, dass einander gegenüberliegende Punkte verschiedene Transmissionseigenschaften aufweisen. Damit können Asymmetrien in der Lichtverteilung am Stabeintritt noch besser berücksichtigt werden. Dabei ist es günstig, wenn die beiden Filterzonen des Graufilters auf verschiedenen rotationssymmetrischen Ebenen angebracht und unabhängig voneinander drehbar gelagert sind.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Beleuchtungssystem mit einem der beschriebenen Graufilter, welches ein polarisierendes optisches Element (POE) an einer Stelle im Lichtweg vor dem Filter aufweist.
  • Im Übrigen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Graufilter in eine, die gesamte Stabeintrittsfläche überdeckende, Streuscheibe integriert ist.
  • Offenbart ist darüber hinaus eine Mikrolithografische Projektionsanlage mit einem oben beschriebenen Beleuchtungssystem.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen
  • 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems als Teil einer Projektionsbelichtungsanlage in schematischer Form,
  • 2 einen Graufilter mit sich radial erstreckendem Graukeil als Filterzone zur Verwendung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 3a die Intensitätsverteilung am Stabeintritt nach 2 ohne Graufilter und
  • 3b die Intensitätsverteilung des Lichts am Stabeintritt nach 2 mit vorgeschaltetem Graufilter,
  • 4a einen azimuthalen Graukeil als Filterzone am Rande einer rotationssymmetrischen Streuscheibe zur Verwendung in einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer neutralen Mittelstellung,
  • 4b den Graukeil nach 4a außerhalb der Mittelstellung,
  • 4c eine Variante mit zwei azimuthalen Graukeilen als Filterzone in neutraler Mittelstellung,
  • 4d die Ausführungsform nach 4c mit einer unsymmetrischen Ausrichtung der Graukeile vor dem Stabeintritt,
  • 5a einen Schnitt durch die Ausführungsform nach 4a, 4b senkrecht zur optischen Achse z, und
  • 5b einen Schnitt durch die Ausführungsform nach 4c, 4d senkrecht zur optischen Achse z.
  • 1 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage entlang einer gestrichelt gezeigten optischen Achse z. Als Lichtquelle dient im Beispiel ein Laser 1.
  • Der Laser 1 ist ein in der Mikrolithographie im tiefen Ultraviolett (DUV) gebräuchlicher KrF-Excimer-Laser mit 248 nm Wellenlänge, wie z. B. in EP 0 312 341 angegeben. Es können auch Laser mit anderen Wellenlängen, etwa mit 193 nm oder 157 nm verwendet werden.
  • Ein Strahlaufweiter 14, z. B. eine Spiegelanordnung nach DE-A 41 24 311 , dient zur Kohärenzreduktion und Vergrösserung des Strahlquerschnitts.
  • Der Verschluss 13 kann auch durch eine entsprechende Pulssteuerung des Lasers 1 ersetzt sein.
  • Ein erstes diffraktives optisches Rasterelement 9 ist erfindungsgemäss vorgesehen und bildet die Objektebene eines Objektivs 2, in dessen Austrittspupille das zweite diffraktive optische Rasterelement 8 vorgesehen ist.
  • Eine Einkoppeloptik 4 überträgt das Licht auf die Eintrittsfläche 5e eines Glasstabs 5, der durch mehrfache innere Reflexion das Licht mischt und homogenisiert. Unmittelbar an der Austrittsfläche 5a ist eine Zwischenfeldebene, in der ein Reticle-Masking-System (REMA) 51, eine verstellbare Feldblende, angeordnet ist. Das nachfolgende Objektiv 6, mit Linsengruppen 61, 63, 65, Umlenkspiegel 64 und Pupillenebene 62 bildet diese Zwischenfeldebene auf die Maske 7 ab.
  • Dieses Beleuchtungssystem bildet zusammen mit einem Projektionsobjektiv und einem verstellbaren Wafer-Halter eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie von elektronischen Bauteilen, aber auch von optischen diffraktiven Elementen und anderen mikrostrukturierten Teilen.
  • Bei einem Wafer-Stepper wird auf der Maske 7 die gesamte einem Chip entsprechende strukturierte Fläche, im Allgemeinen ein Rechteck mit einem beliebigen Aspektverhältnis von z. B. 1:1 bis 1:2, insbesondere 1:1,3, so gleichmäßig wie möglich und so randscharf wie möglich beleuchtet.
  • Bei einem Wafer-Scanner wird auf der Maske 7 ein schmaler Streifen, ein Rechteck mit einem Aspektverhältnis von 1:2 bis 1:8, beleuchtet und durch Scannen das gesamte strukturierte Feld eines Chips seriell beleuchtet. Auch hier ist die Beleuchtung extrem gleichmäßig und randscharf (nur in Richtung senkrecht zur Scanrichtung) zu gestalten.
  • In Ausnahmefällen sind auch andere Formen der beleuchteten Fläche auf der Maske 7 möglich. Die Öffnung des Reticle-Masking-Systems 51 und der Querschnitt des Glasstabs 5 sind der benötigten Form genau angepasst.
  • Die Ausführung der dem Glasstab 5 vorgelagerten Teile insbesondere der optischen Rasterelemente 8 und 9, ist so gewählt, dass die Eintrittsöffnung 5e nicht nur möglichst homogen, sondern auch mit höchstmöglichem Wirkungsgrad, d. h. ohne wesentliche Lichtverluste neben der Eintrittsöffnung 5e, ausgeleuchtet wird.
  • Dazu dienen folgende Maßnahmen: Der vom Strahlaufweiter 14 kommende parallele Lichtstrahl mit rechteckigem Querschnitt und einer Divergenz von beispielsweise 1 mrad wird durch das erste diffraktive Rasterelement 9 soweit in der Divergenz, also dem Lichtleitwert, und seiner Form verändert, dass sich eine beliebige vorbestimmte Lichtverteilung ergibt, so dass auf diese Weise die gewünschte Pupillenlichtverteilung am Ort des zweiten Rasterelements 8 erzeugt wird. Dieses Rasterelement 8 erzeugt mit Hilfe der nachfolgenden Einkoppeloptik 4 eine möglichst homogene Beleuchtung einer Fläche am Stabeintritt, wobei die beleuchtete Fläche vorzugsweise kleiner als die Stabeintrittsfläche 5e ist.
  • Unmittelbar vor der Stabeintrittsfläche 5e ist der erfindungsgemäße Filter 50 angebracht.
  • Da derartige Projektionsbelichtungssysteme mit Stabintegratoren aus dem eingangs genannten Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind, wird für weitere Einzelheiten auf diese Schriften verwiesen, deren Inhalt hiermit zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird.
  • Da im Objektivsystem vor dem Stabeintritt regelmäßig refraktive optische Elemente (ROE) verwendet werden, ist häufig eine Intensitätsverteilung am Stabeintritt zu beobachten, die eine zum Rand hin ansteigende Intensität aufweist. Eine derartige Intensitätsüberhöhung an den beiden Rändern in x-Richtung zeigt schematisch 3a.
  • In der Abbildung nach 3a ist die Intensitätsverteilung des Projektionslichts am Stabeintritt 5e des Stabintegrators 5 als Funktion der Breite x des Stabintegrators 5 gezeigt. Deutlich zu erkennen sind die Intensitätsmaxima an den beiden Rändern des Stabeintritts 5e.
  • Der Intensitätsanstieg wird vor allem an den breiten Enden des Stabintegrators 5, also in x-Richtung, beobachtet, wobei der Stabintegrator im gezeigten Beispiel ein Aspektverhältnis von Breite zu Höhe (x zu y) von 5 zu 2 aufweist. Diese Intensitätsüberhöhungen am Rand werden nicht, wie bisher vermutet, vom Stabintegrator homogenisiert, sondern führen zu unerwünschten Intensitätsspitzen in der Lichtverteilung der Austrittspupille in der Maskenebene.
  • Das Stabsystem erzeugt letztlich eine Parzellierung der Lichtverteilung in der Pupille hinter dem Stab. Jede Parzelle ist dabei ein Abbild der Lichtverteilung am Stabeintritt. Die Intensitätsüberhöhungen am Stabeintritt führen daher zu einem regelmäßigen Raster an Intensitätsspitzen in der Pupille. Dies kann die Uniformität der Feldausleuchtung und die nachfolgend beschriebenen Größen Elliptizität und Telezentrie negativ beieinflussen.
  • Die Elliptizität einer Pupillenausleuchtung ist dabei eine skalare Größe und wird bestimmt, indem man das Verhältnis der Gesamtintensitäten der um die x-Achse angeordneten Quadranten und der Gesamtintensität der um die y-Achse angeordneten Quadranten bildet. Die Quadranten werden dabei von zwei Geraden begrenzt, welche sich in der Mitte der Pupillenausleuchtung schneiden, senkrecht zueinander stehen und zur horizontalen Richtung jeweils einen Winkel von 45° einschließen.
  • Damit beschreibt die Pupillenelliptizität das Verhältnis der Lichtmengen, die aus orthogonalen Richtungen während einer Belichtung auf einen Feldpunkt auf der Maske fallen. Je stärker die Pupillenelliptizität von dem Wert 1 abweicht, desto unsymmetrischer ist die Beleuchtungswinkelverteilung.
  • Eine weitere Eigenschaft der auf die Maskenebene auftreffenden Lichtbündel ist die Telezentrie. Von einer telezentrischen Beleuchtung spricht man, wenn die energiemäßigen Mittelstrahlen der Lichtbündel, die in der Regel als Haupt- oder Schwerstrahlen bezeichnet werden, die Maskenebene senkrecht durch treten. Bei nicht-telezentrischer Beleuchtung treffen die Lichtbündel dagegen an verschiedenen Orten der Feldebene unter verschiedenen Winkeln bezüglich der optischen Achse auf die Maske auf. Für die Beleuchtungswinkelverteilung bedeutet dies, dass die aus gegenüberliegenden Richtungen kommenden Lichtmengen unterschiedlich groß sind.
  • Im allgemeinen ist eine telezentrische Beleuchtung gewünscht, da auch die Projektionsobjektive meist objektseitig telezentrisch sind.
  • Sofern die Belichtung der Maske im Scan-Verfahren stattfindet, also sich der Lichtstreifen nach dem Stabintegrator in y-Richtung über das zu belichtende Objekt bewegt, findet in eben dieser y-Richtung durch den Scan-Vorgang selbst eine weitere Integration statt, die entsprechende Fehler, hervorgerufen durch eine möglicherweise ebenfalls inhomogene Intensitätsverteilung in y-Richtung, zumindest teilweise ausgleicht.
  • Eine solche Integrationswirkung tritt jedoch bei Intensitätsschwankungen an den Rändern in x-Richtung, also senkrecht zur Scan-Richtung, gerade nicht auf.
  • Die Erfinder haben nunmehr überraschenderweise festgestellt, dass die Störungen der oben beschriebenen Parameter bei einer gleichmäßigen Intensitätsverteilung in x-Richtung am Eingang des Stabintegrators weitgehend beseitigt werden können. Um eine derart gleichmäßige Intensitätsverteilung in x-Richtung zu erreichen, kann zum einen das ROE entsprechend angepasst werden. Dies ist jedoch optisch aufwändig und wenig flexibel beim Einsatz in verschiedenen Projektionsbelichtungsanlagen.
  • Eine wesentlich kostengünstigere Lösung bietet der erfindungsgemäße Graufilter im hier beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Einen solchen Graufilter 50 zeigt 2.
  • Die Erfindung nutzt hier die gewonnene Erkenntnis, dass knapp vor dem Stabeintritt die Lichtverteilung im wesentlichen Feldeigenschaften aufweist. Für das nachfolgende System wirkt der Stabeintritt dagegen fast wie eine Pupille, so dass ein dort angebrachtes Filter auf jede der oben beschriebenen Parzellen wirkt.
  • Die Optik ist links und rechts im Wesentlichen symmetrisch. Beim Dipol-Setting gibt es im Stab nur wenig Reflektion in Winkelrichtung, vor allem nicht in x-Richtung, da der Stab im Ausführungsbeispiel in x-Richtung breiter als in y-Richtung ist. Damit ist die Stabausleuchtung wegen der geringen Zahl der Reflektionen im Stab, meist weniger als drei, schlechter als in y-Richtung, so dass ein Ausgleich insbesondere bei x-Dipol-Settings erforderlich ist.
  • In y-Richtung spielt dies eine geringere Rolle. Zum einen sorgt der Stab wegen der größeren Zahl an Reflexionen im Stab für eine bessere Integrationswirkung. Zum anderen wird, wie bereits beschrieben, regelmäßig durch den eigentlichen Scan bei Scan-Systemen ohnehin über die y-Richtung integriert, so dass entsprechende Fehler hier weniger ins Gewicht fallen.
  • Der Graufilter 50 der in der optischen Achse z gezeigt ist und das Aspektverhältnis des dahinter liegenden Stabintegrators aufweist, weist an beiden Rändern in y-Richtung einen Graukeil als Filterzone 53 auf. Diese Filterzone senkt die Transmissivität des Graufilters an seinem äußeren Ende in x-Richtung.
  • Der mittlere Bereich 52 des Graufilters 50 ist für das verwendete Projektionslicht nahezu vollständig transparent. In y-Richtung, also in Richtung der kürzeren Achse des Stabintegrators, ist die Wirkung des Graufilters 50 vorzugsweise konstant.
  • Die als Graukeil ausgebildete Filterzone 53 selbst überdeckt im Ausführungsbeispiel an jeder Seite etwa 5% der Fläche der gesamten Stabeintrittsfläche, also jeweils etwa 10% der rechten und linken Hälfte der Stabeintrittsfläche in x-Richtung.
  • Während das Licht im inneren Bereich 52 nahe der optischen Achse des Beleuchtungssystems den Graufilter 50 ungehindert passieren kann, wird der Transmissionsgrad durch den Graukeil 53 in radialer Richtung zum Rand in x-Richtung hin von zunächst nahezu 100% auf etwa 50% reduziert.
  • Die genaue Verteilung des Transmissionsgrads kann individuell für jede Beleuchtungseinrichtung bestimmt werden, so dass ein vergleichsweise kostengünstiger Graufilter 50 zur individuellen Anpassung der Beleuchtungseinrichtung angefertigt werden kann, der in Abhängigkeit von der idealerweise vorher gemessenen Intensitätsverteilung die Transmission beeinflusst.
  • Damit ist es auch möglich, bereits installierte ältere Beleuchtungseinrichtungen für Projektionsbelichtungsanlagen mit einem derartigen Graufilter 50 nachträglich auszurüsten und so mit geringem Kostenaufwand die Abbildungsqualität zu verbessern.
  • Zur Erzielung der gewünschten Effekte genügt es regelmäßig, wenn insgesamt nur etwa 2 bis 3% der vorhandenen Lichtmenge durch den Graufilter blockiert werden. Auch wenn jeder Intensitätsverlust grundsätzlich vermieden werden sollte, ist dieser geringe Verlust in Anbetracht der mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem erzielten und ausgesprochen kostengünstigen Vorteile bei der Abbildungsqualität ohne weiteres akzeptabel.
  • Der Graufilter selbst, vor allem dessen Filterzone, kann zum einen durch stufenlose Veränderung der reflektiven oder absorbtiven Eigenschaften des Glasgrundkörpers hergestellt werden. Alternativ ist auch der Einsatz von Beschichtungen, etwa einer teiltransparenten optischen Beschichtung, möglich. Es ist aber auch möglich, einzelne opake, d. h. das Projektionslicht zu 100% reflektierende oder absorbierende Punkte, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, auf einen Glasgrundkörper einzubringen. Der Glasgrundkörper weist in diesem Fall ein Raster mit einem Transmissionsgrad von annähernd 0% auf dem übrigen Glasgrundkörper mit einem Transmissionsgrad von annähernd 100% auf.
  • Der Transmissionsgrad des Graufilters 50 bestimmt sich dabei aus dem Verhältnis der bedeckten zur offenen Fläche und kann nahezu stufenlos verändert werden. Bei der Festlegung des Rasters, welches etwa aus Chrompunkten bestehen kann, ist zu beachten, dass der Rasterabstand so gewählt wird, dass zusätzliche Streueffekte am Raster bei der jeweils verwendeten Wellenlänge des Projektionslichts ausbleiben oder zumindest keine Rolle spielen.
  • Da vor der Eintrittsfläche des Stabintegrators regelmäßig eine Streuscheibe angebracht wird, bietet es sich zudem an, den Graufilter 50 in die Streuscheibe zu integrieren und auf einem einzigen Glasträger anzubringen.
  • Die Intensitätsverteilung am Stabeintritt in y-Richtung nach dem erfindungsgemäßen Graufilter gemäß 2 zeigt 3b. Es ist im Vergleich mit 3a zu erkennen, dass die Intensitätsüberhöhung an den Rändern in y-Richtung weitgehend ausgeglichen sind. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Ausleuchtung der Maske 5a.
  • Ein weiterer Effekt, der zu einer ungleichmäßigen Ausleuchtung der Maske 5a führt und Folge einer ungleichmäßigen Ausleuchtung der Stabeintrittsfläche 5e des Stabintegrators ist, ist die Asymmetrie der Intensitätsverteilung des Projektionslichts an der Stabeintrittsfläche.
  • So kann es, insbesondere etwa bei der Verwendung kostengünstiger ROE mit geringerer Präzision, vorkommen, dass die Intensitätsüberhöhungen, die in 3a gezeigt sind, im wesentlichen einseitig auftreten, wobei auch der absolute Wert der Intensitätsüberhöhung variieren kann. Messungen haben gezeigt, dass derartig einseitige Intensitätsüberhöhungen eine Veränderung der Elliptizität bewirken können.
  • Elliptizitäten führen bei der Abbildung von horizontalen und vertikalen Strukturen mit Projektionsobjektiven der Mikrolithographie zu einer unterschiedlichen Abbildung für horizontale und vertikale Strukturen.
  • Erfindungsgemäß können solche Asymmetrien in der Intensitätsverteilung an der Stabeintrittsfläche 5e mit einem Graufilter 50 mit azimuthalem Graukeil als Filterzone 55 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in 4a bis 4d wiedergegeben ist, ausgeglichen werden. Dies verringert die Elliptizität des Lichts in der Pupillenebene und verbessert damit in ebenfalls einfacher und kostengünstiger Weise die Abbildungseigenschaften des Beleuchtungssystems.
  • 4a zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Stabeintrittsfläche 5e und einem in Strahlrichtung davor montierten Graufilter 50, aufweisend eine für das verwendete Licht transparente Scheibe 58 und eine darauf befindliche Filterzone 55, wobei die Filterzone als Graukeil ausgebildet ist. Die transparente Scheibe 58, die idealerweise direkt in die ohnehin vorhandene Streuscheibe integriert ist, ist, wie mit dem Pfeil angedeutet, um die optische Achse z drehbar.
  • Ein Teil der Fläche der Scheibe ist dabei auch am äußeren Rand der Scheibe 58 nicht von dem die Filterzone 55 bildenden Graukeil bedeckt, so dass die Filterzone 55 durch Drehen der Scheibe 58 und damit des gesamten Graufilters 50 in die in 4a gezeigte neutrale Stellung bewegt werden kann. In dieser Stellung tritt das Projektionslicht in den Stabintegrator 5 ein, ohne durch die Filterzone 55 des Graufilters 50 hindurch zu treten.
  • Bei zunehmender Drehung der Scheibe 58 in Pfeilrichtung wird der die Filterzone 55 bildende Graukeil immer weiter in den Randbereich in y-Richtung einer Seite des Stabeintritts 5e geschoben, so dass der Transmissionsgrad an dieser Stelle, in Abhängigkeit von der Drehung des Graufilters 50, abnimmt, wie das in 4b dargestellt ist. Damit können verschiedene Intensitätsasymmetrien am Stabeintritt 5e des Stabintegrators 5 vollständig variabel ausgeglichen werden, so dass sich ein Graufilter 50 nach diesem Ausführungsbeispiel zum nachträglichen Einsatz in bereits bestehenden Beleuchtungseinrichtungen anbietet.
  • Vorteilhafterweise lässt sich der Graufilter 50, wie mit dem Doppelpfeil in 4b angedeutet, in beide Richtungen drehen. Die Filterzone 55 dieses Graufilters 50 kann wiederum konventionell oder durch ein eingangs beschriebenes Raster opaker Punkte mit variabler Rasterdichte hergestellt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der beschriebenen Graukeile als Filterzone 55, wenn, wie in 4c gezeigt, zwei, vorzugsweise zur optischen Achse z punktsymmetrische, Graukeile als Filterzonen 55a, 55b vorhanden sind. Die beiden Graukeile können in diesem Fall auch, wie in 4d dargestellt, gegeneinander verdreht sein, so dass der Transmissionsgrad mit Bezug auf die optische Achse z gegenüberliegender Punkte nicht identisch ist. So können einfach bekannte Asymmetrien der Lichtverteilung am Stabeintritt zwischen den beiden Seiten in x-Richtung ausgeglichen werden.
  • Dazu ist es vorteilhaft, wenn die beiden als Graukeilstreifen ausgebildeten Filterzonen 55a, 55b auf verschiedenen, unabhängig voneinander zu bewegenden und im Übrigen für das verwendete Projektionslicht transparenten Scheiben 58a und 58b aufgebracht sind. Eine derartige getrennte Aufbringung der Filterzonen 55a und 55b auf zwei getrennte Scheiben 58a und 58b zeigt 5b.
  • Diese Darstellung zeigt einen Schnitt des in 4c und 4d gezeigten Ausführungsbeispiels senkrecht zu der nicht eingezeichneten optischen Achse z. Zu erkennen sind die zusammen mit den Filterzonen 55a und 55b den Graufilter 50 bildenden Scheiben 58a und 58b. Der Pfeil zeigt die Einfallsrichtung des Projektionslichtes. Schließlich ist noch der erste Teil des in Strahlrichtung hinter dem Graufilter 50 liegenden Stabintegrators 5 zu erkennen.
  • 5a zeigt einen gleichartigen Schnitt senkrecht zur optischen Achse z für einen Aufbau mit einem Graufilter 50, der nur eine Filterzone 55 auf einer Scheibe 58 aufweist, wie in 4a und 4b gezeigt. Auch hier stellt der Pfeil das einfallende Projektionslicht dar. Der Stabintegrator 5 befindet sich wiederum in Strahlrichtung hinter dem erfindungsgemäßen Graufilter 50.
  • Das dritte Ausführungsbeispiel ist nicht gezeigt. Es basiert auf einer Abwandlung des in 4a bis 4d gezeigten und die Filterzone bildenden Graukeilstreifens.
  • In diesem dritten Ausführungsbeispiel sind nunmehr zwei azimuthale Graukeilstreifen punktsymmetrisch zur optischen Achse auf einer Streuscheibe angebracht, welche erneut um die optische Achse drehbar gelagert ist. Der keilförmige Verlauf dieser Graukeilstreifen in azimuthaler Richtung wird von einem zweiten keilförmigen Verlauf des Transmissionsgrades an den Rändern in radiale Richtung überlagert.
  • Damit werden die Effekte der Beleuchtungssysteme nach den ersten beiden Ausführungsbeispielen kombiniert, so dass mit einem solchen System gleichzeitig die randseitigen Intensitätsüberhöhungen, als auch möglicherweise vorhandene Asymmetrien der Beleuchtung ausgeglichen werden können.
  • Insbesondere wird neben einer stufenlosen Verringerung der Intensität im Randbereich gleichzeitig eine stufenlose Verringerung des Transmissionsgrades in x-Richtung erreicht, so dass die zum Rand hin ansteigende Intensitätsüberhöhung, wie für eine feste Intensität im Ausführungsbeispiel 1 anhand der 2 beschrieben, gleichmäßig und neben einer entsprechenden Asymmetrie abgefangen werden kann.
  • In allen genannten Ausführungsbeispielen führt der Einsatz des Graufilters zu einem Gesamtlichtverlust von nur 3 bis 5%, der in den meisten Fällen noch zu vertreten ist, zumal dann auch die Wärmeabfuhr am Filter noch gewährleistet werden kann. Der große Vorteil der Flexibilität der erfindungsgemäßen Filtersysteme sowie der Nachrüstbarkeit und der vergleichsweise einfachen Herstellbarkeit wiegen diesem geringen Intensitätsverlust regelmäßig auf.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • - EP 1170635 [0004]
    • - EP 0312341 [0035]
    • - DE 4124311 A [0036]

Claims (15)

  1. Beleuchtungssystem mit einem von einer Lichtquelle (1) und weiteren optischen Elementen erzeugten Projektionslicht, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage in der Mikrolithographie, mit einem Stabintegrator (5) zur Erzeugung einer homogenen Intensitätsverteilung des Projektionslichtes an der Austrittsfläche (5a) des Stabintegrators (5) und einem optischen Element (OE) (2, 4) im Lichtweg vor dem Stabintegrator zur Erzeugung einer Lichtverteilung auf der Eintrittsfläche des Stabintegrators, wobei der Stabintegrator (5) einen rechteckigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Ebene unmittelbar vor der der Lichtquelle optisch zugewandten Eintrittsfläche (5e) des Stabintegrators (5) ein die Intensität des Projektionslichtes zumindest teilweise abschwächendes optisches Element (Graufilter) (50) aufweist, welches an mindestens einem Rand des Stabintegrators in x-Richtung die Intensität des Projektionslichtes verringert.
  2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabintegrator (5) einen rechteckigen Querschnitt mit einem Aspektverhältnis zwischen Breite x und Höhe y von größer 1 aufweist.
  3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Graufilter (50) in seiner Filterzone (55) eine Vielzahl einzelner kleiner, bevorzugt mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 mm, besonders bevorzugt von weniger als 0,1 mm, im wesentlichen für das Projektionslicht opaker, Abschnitte, bevorzugt Punkte, aufweist, die auf oder in einem im wesentlichen für das Projektionslicht transparenten Träger (58), vorzugsweise einer Quarzscheibe, vorhanden sind, so dass der lokale Transmissionsgrad des Graufilters (50) durch das Verhältnis von opaken und freien Stellen bestimmt wird.
  4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterzone (55) des Graufilters (50) beide Ränder des Stabintegrators (5) in x-Richtung überdeckt und keilförmig so ausgebildet ist, dass der Transmissionsgrad des Lichts zum Rand in x-Richtung hin abnimmt.
  5. Beleuchtungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterzone (55) des Graufilters (50) in x-Richtung insgesamt jeweils weniger als 10 Prozent der Gesamteintrittsfläche des Stabintegrators (5) überdeckt, bevorzugt weniger als 5 Prozent.
  6. Beleuchtungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsgrad des Graufilters (50) weitgehend stufenlos von 100 Prozent an der optischen Achse des Beleuchtungssystems zum Rand in x-Richtung hin auf bis zu 30 Prozent, bevorzugt bis zu 50 Prozent, abnimmt.
  7. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterzone (55) des Graufilters (50) auf einem zur optischen Achse z rotationssymmetrischen, im wesentlichen um diese Achse drehbaren und ansonsten für das Projektionslicht weitgehend transparenten Element (58), bevorzugt einer runden Quarzscheibe, angebracht ist, so dass die Filterzone (55) des Graufilters (50) eine Hälfte des äußeren Randes des rotationssymmetrischen Elementes (58) teilweise in der Art überdeckt, so dass durch Drehen des Graufilters (50) mindestens ein Rand der Eintrittsfläche des Stabintegrators (5) in x-Richtung wahlweise vom transparenten Teil des Graufilters (50) oder von der Filterzone (55) des Graufilters (50) bedeckt ist.
  8. Beleuchtungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsgrad der Filterzone (55) des Graufilters (50) azimuthal keilförmig abnimmt.
  9. Beleuchtungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsgrad der Filterzone (55) des Graufilters (50) stufenlos abnimmt.
  10. Beleuchtungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Graufilter (50) zwei, zur optischen Achse z weitgehend punktsymmetrische Filterzonen (55a, 55b) aufweist.
  11. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Graufilter (50) zwei, zur optischen Achse z weitgehend punktsymmetrische Filterzonen (55a, 55b) aufweist, deren Transmissionsgrad in radialer Richtung abnimmt.
  12. Beleuchtungssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Filterzonen (55a, 55b) des Graufilters (50) zur Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Elementes (58) in der Weise unsymmetrisch sind, dass einander gegenüberliegende Punkte verschiedene Transmissionseigenschaften aufweisen.
  13. Beleuchtungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Filterzonen (55a, 55b) des Graufilters (50) auf verschiedenen rotationssymmetrischen Elementen angebracht und unabhängig voneinander drehbar gelagert sind.
  14. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Graufilter (50) in eine, die gesamte Stabeintrittsfläche (5e) überdeckende, Streuscheibe integriert ist.
  15. Mikrolithografische Projektionsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
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