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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für
eine Projektionsbelichtungsanlage sowie eine entsprechende Beleuchtungsoptik und
eine Strahlbildungseinheit für eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage
für die Mikrolithographie sowie ein Verfahren zur Bereitstellung
einer Beleuchtung für ein Retikel in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage,
bei welchen insbesondere ein Strahlbündel von einer Lichtquelle über
ein die Divergenz des Strahlbündels erhöhendes
optisches Element, ein erstes Zoom-Objektiv und eine Axikon-Baueinheit
einer Beleuchtungsoptik geführt wird.
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STAND DER TECHNIK
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Projektionsbelichtungsanlagen
für die Abbildung kleiner Strukturen auf einen Wafer sind
in der Halbleiterindustrie und Elektrotechnik sowie in der Nanotechnik
bekannt und weit verbreitet. Zur exakten Abbildung der immer kleiner
werdenden Strukturen auf den Wafer mit einer entsprechenden Auflösung
ist es erforderlich, eine definierte Beleuchtung des die Struktur
tragenden Retikels zu gewährleisten. Um die Auflösung
immer kleiner werdender Strukturen zu ermöglichen, ist
es beispielsweise bekannt, eine schräge Beleuchtung des
Retikels mit möglichst großer numerischer Apertur
NA einzustellen. Entsprechend werden Projektionsbelichtungsanlagen
bereitgestellt, bei denen eine sog. Multipolbeleuchtung bzw. ein
Multipol-Setting eingestellt wird, bei welcher in einer Pupillenebene
der Beleuchtungsoptik mehrere diskrete, von der optischen Achse
beabstandete Intensitätsmaxima bzw. Beleuchtungspole vorhanden
sind, so dass in einer Feldebene eine entsprechende Winkelverteilung
des einfallenden Lichtes gegeben ist.
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Eine
Projektionsbelichtungsanlage, die zur Erzielung einer Multipol-Beleuchtung
eingesetzt werden kann, ist beispielsweise in der
WO 2004/102273 A2 beschrieben.
Diese Projektionsbelichtungsanlage verwendet am Strahleingang der
Beleuchtungsoptik ein die Divergenz des Lichtstrahls erhöhendes
optisches Element sowie nachfolgend ein Zoom-Objektiv und eine Axikon- Baueinheit.
Im Ausführungsbeispiel der
WO 2004/102273 A2 weist
die Axikon-Baueinheit zwei Axikon-Elemente auf. Es ist jedoch auch
möglich lediglich ein Axikon-Element vorzusehen. Durch gekrümmte
Flächen des Axikons, beispielsweise in azimutaler Richtung,
kann es zu einer Verschmierung der Beleuchtungspole bzw. Intensitätsmaxima in
einer Pupillenebene kommen, so dass auch zwischen den Beleuchtungspolen
nennenswerte Lichtintensität vorhanden ist. Dies führt
zu Kontrastverlusten auf der Waferebene. Außerdem kann
die unterschiedliche Verschmierung bei verschiedenen Systemen dazu
führen, dass fest eingefahrene, erprobte Prozesse nicht
vom ursprünglichen System auf ein anderes System übertragen
werden können. Außerdem können Asymmetrien
in der Beleuchtung eingeführt werden, da die Verschmierung
der Pole beispielsweise von der azimutalen Lage der Pole abhängt.
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Aus
dem Stand der Technik ist weiterhin eine Projektionsbelichtungsanlage
bekannt (
US 2007/0211231
A1 ), bei der ein diffraktives optisches Element (DOE) in
Form eines computererzeugten Hologramms eingesetzt wird, um eine
Mehrfachpol-Beleuchtung zu erzeugen. Zur Vermeidung von sich gegenseitig überlappenden
Polen bei divergenter Bestrahlung des DOE werden Fliegenaugenlinsen
vor dem DOE angeordnet.
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Das
oben bereits angesprochene Problem hinsichtlich unterschiedlicher
Abbildungsbedingungen bei ausgetauschten Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage
trifft insbesondere auch für die Verwendung unterschiedlicher
Lichtquellen bzw. unterschiedlicher Strahlführungen von
der Lichtquelle bis zum Eingang des Beleuchtungssystems zu. Schwankungen
hinsichtlich der Eigenschaften des Lichtstrahls können
die Abbildung des Retikels beeinflussen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es
ist Aufgabe der Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage mit
einer Multipolbeleuchtung derart weiterzuentwickeln, dass Kontrastverluste
auf Waferebene durch eine Verschmierung der Beleuchtungspole bzw.
durch unscharfe Intensitätsübergänge
vermieden wird. Daneben sollen auch Multipole mit unscharfen Übergängen
möglich sein, allerdings mit einer kontrollierbaren und
definierten Unschärfe. Außerdem sollen Beleuchtungen
mit symmetrischer Ausbildung der Beleuchtungspole als auch variabel auf
unterschiedliche Projektionsbelichtungsanlagen und insbesondere
unterschiedliche Lichtquellen und Lichtzuführungen anpassbare
Beleuchtungen bereitgestellt werden. Entsprechende Beleuchtungssysteme,
Beleuchtungsoptiken und Lichtquel len- bzw. Strahlbildungseinheiten
sollen einfach aufgebaut, einfach herstellbar und leicht bedienbar
sein.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Beleuchtungssystem mit den
Merkmalen des Anspruchs 1, ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen
des Anspruchs 12, eine Beleuchtungsoptik mit den Merkmalen der Ansprüche
15 oder 18, eine Strahlbildungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs
20 sowie ein Verfahren zur Bereitstellung einer Beleuchtung mit
den Merkmalen der Ansprüche 32 oder 36. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Nachfolgend
wird der Begriff des Lichts allgemein für elektromagnetische
Strahlung verwendet, auch wenn die Wellenlänge nicht im
sichtbaren Bereich ist.
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Die
Erfindung geht insbesondere aus von einer Projektionsbelichtungsanlage,
wie sie in der
WO 2004/102273 dargestellt
ist, wobei auch Anlagen mit nur einem Axikon-Element einsetzbar
sind. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf entsprechende
Projektionsbelichtungsanlagen beschränkt, sondern kann
auch im Zusammenhang mit anderen Projektionsbelichtungsanlagen,
bei denen ähnliche Komponenten verwendet werden und vergleichbare Probleme
auftreten oder vollständig unabhängig davon, eingesetzt
werden.
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Der
Erfindung liegt nach einem ersten Aspekt die Idee zugrunde, dass
beim Einsatz eines die Divergenz eines Lichtstrahls erhöhenden
optischen Elements, insbesondere einer Rasterplatte aus diffraktiven
und/oder refraktiven Rasterelementen bzw. eines diffraktiven optischen
Elements DOE in der Beleuchtungsoptik eine einfache Beeinflussung
der Intensitätsverteilung in einer Pupillenebene durch
die Beeinflussung der Form und/oder der Größe
des Querschnitts des Lichtstrahls, welcher auf das die Divergenz
des Strahlenbündels erhöhende optische Element
trifft, möglich ist. Entsprechend kann durch eine Variation
der Form des Strahlquerschnitts bzw. der Größe
des Strahlquerschnitts sowie der daraus resultierende Auftrefffläche
des Strahlenbündels auf das die Divergenz des Strahlenbündels
erhöhende optische Element die Beleuchtungseinstellung
variiert werden. Damit ist es möglich, eine diskrete Erzeugung
von Beleuchtungspolen und einen scharfen Übergang zwischen
Beleuchtungsmaxima und Beleuchtungsminima einzustellen. Ferner kann
die Form der Beleuchtungspole und die Symmetrie der Beleuchtungspole beeinflusst
werde. Schließlich kann eine entsprechende Anpassung der
Beleuchtungseinstellung auf veränderte Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage
erfolgen.
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Entsprechend
wird ein Beleuchtungssystem vorgesehen, welches Strahlformungsmittel
zur Beeinflussung der Form und/oder der Größe
des Querschnitts des Lichtstrahls im Zusammenhang mit einem die
Divergenz eines Strahlbündels erhöhenden optischen
Element, insbesondere DOE aufweist. Als Strahlformungsmittel kommen
unterschiedliche Bauteile in Frage, wie beispielsweise austauschbare oder
einstellbare Blenden, Mikrolinsenfelder, Fliegenaugenlinsen, Streuscheiben,
den Strahlquerschnitt ändernde Objektive oder entsprechende Zoom-Objektive,
wobei unter Objektiven allgemein optische Anordnungen verstanden
werden.
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Die
Strahlformungsmittel können hierbei entweder einer Lichtquelleneinheit
mit Strahlbildungsmitteln und/oder einer Strahlbildungseinheit mit
oder ohne integrierte Lichtquelle einerseits sowie andererseits
einer Beleuchtungsoptik zugeordnet sein. Insbesondere zur Nutzung
der Strahlformungsmittel für die Anpassung der Projektionsbelichtungsanlage
an unterschiedliche Komponenten ist es vorteilhaft, wenn das Beleuchtungssystem
insgesamt modular aufgebaut ist, so dass Komponenten leicht tauschbar sind,
und die Strahlformungsmittel entsprechenden Modulen zugeordnet sind.
So kann, z. B. die Lichtquelle und/oder eine Strahlbildungseinheit
einem ersten Modul zugeordnet sein, während ein in der
Beleuchtungsoptik vorgesehenes erstes Zoom-Objektiv sowie eine Axikon-Baueinheit
neben dem die Divergenz erhöhenden optischen Element einem
zweiten Modul zugeordnet sein können. Entsprechend können
auch die Strahlformungsmittel dem ersten und/oder zweiten Modul
zugeordnet sein.
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So
kann ein erfindungsgemäßes Strahlformungsmittel
zur Beeinflussung der Größe des Lichtstrahls als
ein zweites Zoom-Objektiv im ersten Modul, welches eine Lichtquelle
und/oder eine Strahlbildungseinheit umfasst, vorgesehen sein und
zwar vorzugsweise am Strahlausgang des ersten Moduls. Mit dem zweiten
Zoom-Objektiv kann der Strahldurchmesser, der nachfolgend in der
Beleuchtungsoptik auf das die Divergenz erhöhende optische
Element trifft, variabel und insbesondere stufenlos auf unterschiedliche
Strahldurchmesser eingestellt werden, so dass die beleuchtete Fläche
des die Divergenz erhöhenden optischen Elements veränderbar ist.
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Alternativ
oder zusätzlich können austauschbare und/oder
verstellbare Blenden als Strahlformungsmittel im ersten und/oder
zweiten Modul vorgesehen sein, um die Form und/oder Größe
des Beleuchtungsfeldes auf dem die Divergenz erhöhenden optischen
Element bzw. die Anzahl der Beleuchtungsfelder auf dem die Divergenz
erhöhenden optischen Element einzustellen und/oder zu verstellen. Entsprechend
kann eine Blendenwechseleinrichtung vorgesehen sein, die es ermöglicht,
unterschiedliche Blenden, die unterschiedliche Formen und/oder Größen
und/oder Anzahl von Durchlassöffnungen aufweisen, in den
Strahlengang zu bringen und aus diesem wieder zu entfernen.
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Darüber
hinaus ist es auch denkbar andere Strahlformungsmittel austauschbar
und/oder verstellbar auszugestalten, insbesondere ein austauschbares
oder verstellbares Linsenfeld als Strahlformungsmittel vorzugsweise
am zweiten Modul bzw. der Beleuchtungsoptik vorzusehen.
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Das
Strahlformungsmittel des zweiten Moduls kann am Lichteingang vor
dem die Divergenz erhöhenden optischen Element angeordnet
werden.
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Neben
den oben geschilderten Möglichkeiten die Strahlformungsmittel
teilweise in der Strahlbildungseinheit und teilweise in der Beleuchtungsoptik vorzusehen
kann nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, für
den selbstständig und unabhängig Schutz begehrt
wird eine Strahlbildungseinheit für eine Projektionsbelichtungsanlage
für die Mikrolithographie bereit gestellt werden, bei welcher in
der Strahlbildungseinheit eine die Divergenz des Strahls verändernde
optische Baugruppe und/oder eine die Form und/oder Größe
des Strahlquerschnitts verändernde Komponente vorgesehen
ist. Insbesondere kann dadurch eine Strahlbildungseinheit für eine
Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
bereit gestellt werden, die zusammen mit unterschiedlichen Lichtquellen,
also z. B. unterschiedlichen Laser, sowie unterschiedlichen Strahlzuführungen
und insbesondere unterschiedlich langen Strahlzuführungen
eingesetzt werden kann. Durch die Veränderung der Divergenz
des Lichtstrahls und der Form und/oder Größe des
Strahlquerschnittes kann in einfacher Weise eine Anpassung an unterschiedliche
Lichtquellen und Lichtführungen erzielt werden.
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Insbesondere
kann die die Divergenz des Lichtstrahls verändernde optische
Baugruppe der Strahlbildungseinheit so ausgebildet sein, dass die Divergenz
des Lichtstrahls variabel einstellbar ist. Dadurch kann die Anpassung
des an die Beleuchtungsoptik zu übergebenden Lichtstrahls
an unterschiedliche Lichtquellen in besonders einfacher Weise realisiert
werden.
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Eine
Möglichkeit die Divergenz des Lichtstrahls zu verändern,
ist durch die Anordnung eines Objektivs bzw. allgemein einer optischen
Anordnung möglich, welche den Strahlquerschnitt ändert.
Da Feldgröße und Strahldivergenz über
den Lichtleitwert, der auch als geometrischer Fluss bezeichnet werden
kann, miteinander gekoppelt sind, wird durch eine Veränderung
des Strahlquerschnittes auch die Divergenz des Lichtstrahls verändert.
Ein entsprechendes Objektiv, welches den Strahlquerschnitt verändert,
kann beispielsweise in Form eines Teleskops oder Fernrohrs ausgebildet
sein, welches jeweils in meridionaler und in sagittaler Richtung
eine entsprechende Änderung des Strahlquerschnitts bewirkt. Durch
gleichzeitige Veränderung von Strahldivergenz und Strahlquerschnitt
kann der Lichtleitwert konstant gehalten werden.
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Um
mit einer derartigen die Divergenz des Strahls verändernden
optischen Baugruppe eine variable Einstellung der Strahldivergenz
in einfacher Weise zu realisieren, kann ein entsprechendes Objektiv
als Zoomobjektiv ausgebildet sein, welches in meridionaler und/oder
sagittaler Richtung zoombar ist, so dass durch entsprechende Veränderungen
der Brennweite des Zoom-Objektivs der Strahlquerschnitt entsprechend
veränderbar ist.
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Die
die Divergenz des Strahls verändernde optische Baugruppe
und die die Form und/oder Größe des Strahlquerschnitts
verändernde Komponente können in dieser Reihenfolge
oder umgekehrt im Strahlengang der Strahlbildungseinheit angeordnet sein.
Bei einer Anordnung lediglich einer die Divergenz des Strahls verändernden
optischen Baugruppe in einer Strahlbildungseinheit kann diese vorzugsweise
am Lichtaustrittsende angeordnet sein, um mit beispielsweise einer
Blendeneinrichtung am Strahleingang der Beleuchtungsoptik zusammen
zu wirken.
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Die
die Form und/oder Größe des Strahlquerschnitts
verändernde Komponente kann eine Blende, eine Streuscheibe,
Mikrolinsenfelder oder Fliegenaugenlinsen umfassen. Eine Änderung
des Strahlquerschnitts über einen Blendenwechsel hat jedoch
eine Änderung des Lichtleitwerts zur Folge.
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Die
entsprechende Komponente, die die Form und/oder die Größe
des Strahlquerschnitts verändert, kann verstellbar und/oder
einstellbar sowie austauschbar ausgebildet sein. Dadurch kann eine entsprechende
Anpassung des Lichtstrahls in einfacher Weise vorgenommen werden.
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Insbesondere
kann die die Form und/oder Größe des Strahlquerschnitts
verändernde Komponente eine einstellbare und/oder verstellbare
Blende sein, bei der die Form und/oder Größe und/oder
Anzahl jeder Durchlassöffnungen veränderbar ist.
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Dies
kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Blende mehrere
einzeln verstellbare Blendenteile umfasst, die einzeln für
sich bewegbar sind, so dass eine von diesen umgebene Blendenöffnung
entsprechend verändert werden kann. Beispielsweise kann
es sich um eine rechteckige Blende handeln, bei der eine oder mehrere
rechteckige Blendenöffnungen durch beispielsweise vier rechteckige
Blendenteile, die an der Ober- und Unterseite sowie an den beiden
Seiten der Blendenöffnung verschiebbar angeordnet sind,
eingestellt werden können.
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Neben
bzw. an Stelle einer Blende ist es auch möglich als eine
die Form und/oder die Größe des Strahlquerschnitts
verändernde Komponente eine Streuscheibe vorzusehen, die
in definierter Weise bestimmte Anteile des Lichtstrahls aus dem
Strahlengang streut und/oder die Divergenz des Lichtstrahls beeinflusst.
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Eine
entsprechende Streufunktion oder Ausblendfunktion kann auch in andere
optische Elemente der Strahlbildungseinheit integriert werden, wie beispielsweise
in die optischen Elemente der die Divergenz des Lichtstrahls verändernden
Baugruppe. Entsprechend können optische Linsen oder Spiegel in
der Strahlbildungseinheit vorgesehen sein, die eine Streufunktion
aufweisen oder über Vignettierelemente beispielsweise am
Rand ihrer Fassung eine entsprechende Blendenfunktion übernehmen
können. In gleicher Weise können Spiegel der Strahlbildungseinheit
auch diffraktive Eigenschaften aufweisen, um so ebenfalls zur Strahlformung
beizutragen.
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Mit
einer entsprechenden Strahlbildungseinheit, die insbesondere mit
einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
Verwendung finden kann, kann nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Strahlbündel von einer Lichtquelle hinsichtlich der
Divergenz des Lichtstrahls verändert sowie in der Form
und/oder Größe des Strahlquerschnitts angepasst
werden, um an der nachfolgenden Beleuchtungsoptik eine optimale
Beleuchtung auch bei unterschiedlichen Lichtquellen oder Lichtführungen
zu ermöglichen. Die Veränderung der Divergenz
des Lichtstrahls und die Anpassung der Form und/oder der Größe
des Strahlquerschnitts können unabhängig erfolgen,
so dass eine einfache und effektive Anpassung an einfallende Lichtstrahlen mit
unterschiedlichen Eigenschaften ermöglicht wird, wobei
gleichzeitig der Ausgangslichtstrahl die geforderte Konstanz der
Eigenschaften aufweist.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den
selbstständig und in Kombination mit den anderen Aspekten
Schutz begehrt wird, kann gemäß einem Verfahren
die Beleuchtung eines Retikels in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
durch Änderung der Form des Strahlquerschnitts und/oder
der Größe des Strahldurchmessers bzw. der Anzahl
der Strahlbündel, die auf ein die Divergenz erhöhendes
optisches Element treffen, variiert werden, um eine bestimmte Beleuchtungseinstellung
vorzunehmen und/oder die Beleuchtungseinstellung an wechselbare
Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage anzupassen. Damit kann
in ein facher Weise eine Anpassung der Beleuchtungseinstellung für
Komponenten, die für verschiedene Projektionsbelichtungsanlagen
eingesetzt werden können, also insbesondere für
das die Divergenz erhöhende optische Element, das erste Zoom-Objektiv
und eine Axikon-Baueinheit erfolgen, indem durch entsprechende Strahlformungsmittel der
Lichtstrahl in einfacher Weise beispielsweise durch Einstellung
der Blende oder durch Auswechseln der Blende manipuliert wird.
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Insbesondere
ist es dadurch möglich, scharfe und steile Intensitätsübergänge
zwischen Intensitätsmaxima und Intensitätsminima
oder Übergänge mit kontrollierter Unschärfe
einzustellen und insbesondere scharf abgegrenzte Beleuchtungspole
oder Beleuchtungspole mit definierter Unschärfe in einer Pupillenebene
zu erzeugen. Entsprechend kann die Intensitätssteigung
bei Übergängen von Intensitätsmaxima
zu Intensitätsminima auf gewünschte Werte eingestellt
werden. Hierzu ist es beispielsweise möglich, für
eine Einstellung in azimutaler Richtung die Intensitätssteigung
beim Intensitätsübergang von Intensitätsmaxima
zu Intensitätsminima auf einen Wert von 0,04 bis 0,05 normierte
Intensität pro Grad Winkelbereich einzustellen, wobei die
Differenz zwischen auf eins normierten Intensitäten auf
die azimutale Winkeländerung bezogen wird.
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Neben
der Einstellung in azimutaler Richtung kann die Intensitätsverteilung
auch in radialer Richtung eingestellt werden, insbesondere wenn
ein Axikon verwendet wird, bei dem nicht nur gekrümmte Flächen
in azimutaler Richtung vorliegen, sondern auch in radialer Richtung.
Die Steilheit der Intensitätsübergänge
bzw. die scharfe Abgrenzung der Intensitätspole kann durch
die Variation der Größe des Beleuchtungsfelds
auf dem die Divergenz erhöhenden optischen Elements eingestellt
werden.
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Darüber
hinaus kann auch die Form des Strahlquerschnitts bzw. des Beleuchtungsfeldes,
mit welchem der Strahl auf das die Divergenz des Strahls erhöhende
optische Element bzw. DOE trifft, eingestellt werden. Dies kann
in einfacher Weise beispielsweise durch die entsprechende Wahl der
Blende vorgenommen werden. Damit lässt sich beispielsweise die
Symmetrie der Beleuchtungspole anpassen.
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Nach
einem weiteren Aspekt, für den unabhängig und
im Zusammenhang mit den anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung
Schutz begehrt wird, kann auch das die Divergenz eines Strahlenbündels
erhöhende optische Element in der Beleuchtungsoptik auswechselbar
oder verstellbar ausgebildet werden. Dem liegt die Idee zugrunde,
dass anstelle der Manipulation des auf das die Divergenz erhöhende
optische Element auftreffenden Lichtstrahls auch das die Divergenz
erhöhende optische Element selbst manipuliert werden kann.
Dies ist beispielsweise mög lich, wenn das die Divergenz
eines Strahlenbündels erhöhende optische Element
ein Feld von diffraktiven und/oder refraktiven Rasterelementen umfasst
oder als diffraktives optisches Element austauschbar in dem Strahlgang
aufgenommen ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Zeichnungen
zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
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1 eine
Darstellung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine
Darstellung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine
schematische Darstellung einer optischen Anordnung in einer Strahlbildungseinheit gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Darstellung einer variabel einstellbaren Blende zur Verwendung mit
der vorliegenden Erfindung;
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5 in den Teilbildern a), b) und c) Darstellungen
der Lichtintensitätsverteilung in einer Pupillenebene für
unterschiedliche Formen eines Beleuchtungsfeldes ((a) rund und (b)
quadratisch) (a) und den Verlauf der Lichtintensität integriert über
den Radius R und aufgetragen über den Azimutwinkel φ für die
unterschiedlichen Feldformen; und in
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6 in den Teilbildern a), b) und c) Darstellungen
der Intensitätsverteilung des Lichts in einer Pupillenebene
a) und b) und den Intensitätsverlauf des Lichts integriert über
den Radius R und aufgetragen über den Azimutwinkel φ für
zwei unterschiedliche Beleuchtungen eines diffraktiven optischen
Elements (DOE) gemäß der Erfindung im Vergleich
zur quadratischen Feldform der 5c).
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Die 1 zeigt
eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungsoptik 3,
mit welcher ein Retikel 4, dessen Struktur auf einen Wafer 6 abgebildet
werden soll, mit dem Licht einer Strahlbildungseinheit 2 beleuchtet
wird. Zur Abbildung der in dem Retikel vorgesehenen Struktur auf
den Wafer 6 ist ein Projektionsobjektiv 5 vorgesehen.
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Die
Beleuchtungsoptik
3 umfasst ein Zoom-Objektiv
8,
welches ein paralleles Lichtbüschel mit variablem Durchmesser
erzeugt, sowie eine Axikon-Baueinheit
9 mit zwei Axikonbaugruppen.
Neben weiteren Komponenten ist ein Retikelmaskierungssystem (REMA)
10 sowie
ein REMA-Objektiv
11 vorgesehen. Eine detailliertere Beschreibung
der Projektionsbelichtungsanlage
1 im Bezug auf das Zoom-Objektiv
8,
die Axikon-Baueinheit
9, das Retikelmaskierungssystem
10 sowie
das REMA-Objektiv
11 und das Projektionsobjektiv
5 sowie
die nicht näher bezeichneten Komponenten findet sich in
der internationalen PCT-Anmeldung
WO 2004/102273 A2 . Der entsprechende Offenbarungsgehalt
wird hiermit durch Verweis aufgenommen.
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Die
Strahlbildungseinheit 2 stellt einen Lichtstrahl zur Verfügung,
der von einer Lichtquelle, die in der Strahlbildungseinheit 2 integriert
sein kann oder separat vorgesehen sein kann, bereitgestellt wird. Der
Lichtstrahl ist üblicherweise ein Laserstrahl, der im Wellenlängenbereich
von 248 nm beispielsweise durch einen KrF im Wellenlängenbereich
von 193 nm beispielsweise durch einen ArF-Laser, im Wellenlängenbereich
von 157 nm durch einen F2-Laser, im Wellenlängenbereich
von 126 nm durch einen Ar2-Laser oder im
Wellenlängenbereich von 109 nm durch einen Ne2-Laser
bereitgestellt werden kann. Neben den genannten Lichtwellenlängen
im DUV oder VUV-Lichtbereich können andere geeignete elektromagnetische
Strahlungen mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet
werden.
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Am
Strahleingang der Beleuchtungsoptik 3, die den Lichtstrahl
der Strahlbildungseinheit 2 empfängt, ist ein
die Divergenz des Lichtstrahls erhöhendes optisches Element 7,
wie beispielsweise ein diffraktives optisches Element (DOE) vorgesehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vor dem DOE 7 eine
Blende 12 angeordnet, mittels der die Form und Größe
des Strahlquerschnitts, welcher auf das DOE 7 trifft, eingestellt
werden kann. Entsprechend kann die Blende 12 als variabel
einstellbare Blende ausgeführt sein, die hinsichtlich der
Form und/oder Größe der Durchtrittsöffnung
variabel ist. Zusätzlich oder alternativ kann eine Blendenwechseleinrichtung 13 vorgesehen
sein, wie sie rein schematisch in der 1 dargestellt
ist. Die Blendenwechseleinrichtung 13 ermöglicht
einen Tausch der Blende 12 in der Beleuchtungsoptik 3,
um durch einen Wechsel der Blende 12 die Form und/oder
Größe des Strahlquerschnitts und/oder die Anzahl
von Strahlenbüscheln, die auf das DOE 7 treffen,
verändern zu können.
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Durch
die Veränderung der Form und/oder der Größe
des Strahlquerschnitts, der auf das DOE 7 trifft, kann
das Beleuchtungs-Setting, also die Intensitätsverteilung
in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 3 bzw. die
Winkelverteilung des Lichts in einer Feldebene eingestellt werden,
wie nachfolgend an den 3 bis 5 näher
dargestellt wird. Entsprechend kann bei einem modularen Aufbau der
Beleuchtungsoptik 3 bzw. insgesamt der Projektionsbelichtungsanlage 1 ein
Austausch von Komponenten, wie beispielsweise des Retikelmaskierungssystems 10 und/oder
des REMA-Objektivs 11 sowie des Projektionsobjektivs 5 vorgenommen
werden, wobei gleichzeitig durch eine Verstellung und/oder durch
einen Wechsel der Blende 12 die Baugruppe mit dem Zoom-Objektiv 8 und
der Axikon-Baueinheit 9 auf die ausgetauschten Komponenten
abgestimmt werden kann.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
die in 2 dargestellt ist, kann eine entsprechende Veränderung
und/oder Anpassung des Lichtstrahls, welcher auf ein die Divergenz
des Strahlbündels erhöhendes optisches Element,
z. B. DOE, trifft, durch Strahlformungsmittel bewirkt werden, die
in der Strahlbildungseinheit vorgesehen sind.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 100, die in 2 dargestellt
ist, unterscheidet sich entsprechend lediglich im Bereich des Strahleintritts
der Beleuchtungsoptik sowie im Hinblick auf die Strahlbildungseinheit.
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Im
Folgenden werden somit lediglich die Unterschiede zu der Projektionsbelichtungsanlage
dargestellt, die in 1 beschrieben worden ist, während
im Bezug auf die übereinstimmenden Komponenten auf die
Beschreibung zur 1 verwiesen wird. Entsprechend
sind identische Komponenten mit gleichen Bezugszeichen, lediglich
um 100 erhöht, versehen. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 umfasst
somit eine Strahlformungseinheit 102, eine Beleuchtungsoptik 103,
ein Retikel 104, ein Projektionsobjektiv 105,
wobei das Licht in der Beleuchtungsoptik 103 durch ein
Zoom-Objektiv 108, eine Axikonbaueinheit 109,
ein Retikelmaskierungssystem 110 und ein REMA-Objektiv 111 auf
das Retikel 104 gerichtet wird, dessen Struktur durch das
Projektionsobjektiv 105 auf den Wafer 106 abgebildet
wird.
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Am
Strahleintritt oder -eingang der Beleuchtungsoptik 103 ist
wiederum ein die Divergenz des Lichtstrahls erhöhendes
optisches Element 107, z. B. in Form eines diffraktiven
optischen Elements (DOE) vorgesehen. Allerdings ist das Strahlformungsmittel gemäß der
vorliegenden Erfindung nicht Teil der Beleuchtungsoptik 103,
sondern der Strahlbildungseinheit 102, welche wiederum
die Lichtquelle integriert haben kann oder das Licht einer separaten
Lichtquelle verarbeitet. Das Strahlformungsmittel gemäß der Ausführungsform
der 2 ist durch ein zweites Zoom-Objektiv 112 gebildet,
welches am Strahlausgang der Strahlbildungseinheit 102 vorgesehen
ist.
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Durch
das zweite Zoom-Objektiv 112 kann der Lichtstrahl, z. B.
ein Laserstrahl, aufgeweitet werden, um so die beleuchtete Fläche
auf dem DOE 107 stufenlos zu variieren.
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Sofern
eine zusätzliche Änderung der Form des Strahlquerschnitts
gewünscht wird, kann zusätzlich eine einstellbare
Blende am Strahlausgang der Strahlbildungseinheit 102 oder
am Strahleingang der Beleuchtungsoptik 103 vorgesehen werden,
wie dies im Ausführungsbeispiel der 1 gezeigt
ist. Entsprechend kann somit eine Kombination der Ausführungsbeispiele
der 1 und 2 vorgenommen werden.
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Die 3 zeigt
eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung, wie sie
in einer Strahlbildungseinheit 2 bzw. 102 der
Projektionsbelichtungsanlagen 1 bzw. 100 Verwendung
finden kann. Allerdings kann eine derartige optische Anordnung auch
in einer Strahlbildungseinheit vorgesehen sein, welche mit anderen
Beleuchtungssystemen oder allgemeinen Projektionsbelichtungsanlagen verwendet
wird.
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Die
optische Anordnung 50 umfasst ein Zoomobjektiv 52 mit
entlang der optischen Achse bzw. dem Strahlengang verstellbaren
optischen Linsen (siehe Doppelpfeil), welches eine variable Veränderung
des Strahlquerschnitts des eingehenden Lichtstrahls 51 ermöglicht.
Durch die Veränderung des Strahlquerschnitts durch das
Zoomobjektiv 52 kommt es auch zu einer Veränderung
der Strahldivergenz. Nachfolgend auf das Zoomobjektiv ist im Strahlengang
eine entlang des Strahlengangs ebenfalls verschiebbare Blende 53 vorgesehen,
welche wiederum unabhängig von dem Zoomobjektiv 52 die Form
und Größe des Strahlquerschnitts des Ausgangslichtstrahls 54 bestimmt.
Entsprechend kann mit einer derartigen optischen Anordnung 50 in
der Strahlbildungseinheit eine Anpassung an veränderte Lichtquellen
oder Strahlzuführungen in einfacher und effektiver Weise
vorgenommen werden.
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Die 4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für eine einstellbare
Blende 60, wie sie beispielsweise in der optischen Anordnung 50 der 3 Verwendung finden
kann.
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Die
rechteckige Blende 60 weist vier Blendenteile 62, 63, 64 und 65 auf,
die entsprechend der dargestellten Doppelpfeile separat bewegt werden können,
um so die Blendenöffnung 61 zu verändern. Neben
der Form, d. h. Geometrie, der Blendenöffnung 61 sowie
der Größe der Blendenöffnung 61 kann
auch die Lage des Strahls zur optischen Achse eingestellt werden.
Anstelle der Blende 60 kann in der optischen Anordnung 50 eine
Streuscheibe mit einer definierten Streu funktion Verwendung finden, wobei
die Streuscheibe im Strahlengang vor oder nach dem Zoomobjektiv 52 angeordnet
sein kann.
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Die 5 und 6 zeigen
die Möglichkeiten, die durch eine Beeinflussung des Lichtstrahls
bzw. der Auftrefffläche des Lichtstrahls auf das DOE 107 bzw. 7 in
den Projektionsbelichtungsanlagen 100 bzw. 1 gegeben
sind.
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Die 5 und 6 zeigen
Intensitätsverteilungen in einer Pupillenebene mit einer
sog. Multipolbeleuchtung bzw. einem Multipol-Setting, bei der mehrere
Beleuchtungspole, hier insgesamt acht Beleuchtungspole, in einer
Pupillenebene vorliegen. Das Diagramm des Teilbildes c) der 5 zeigt die integrierte Intensität über
den Radius ausgehend von der zentralen optischen Achse aufgetragen über
den Azimut φ. Da die Beleuchtungspole, wie in den Teilbildern
a) und b) der 5 zu sehen ist, entlang
eines Kreises bei verschiedenen Azimutwinkeln angeordnet sind, ergibt
sich im Diagramm des Teilbilds c) der 5 eine
entsprechende Wellenform der Intensität über den
Azimutwinkel. Allerdings kommt es insbesondere durch gekrümmte
Flächen des Axikons in einer Axikon-Baueinheit zu einer
sog. Verschmierung der Lichtintensität in azimutaler Richtung,
wenn beispielsweise das Axikon eine Krümmung in azimutaler Richtung
aufweist. Entsprechend kann es bei einer Krümmung des Axikons
in radialer Richtung auch zu einer radialen Verschmierung des entsprechenden Beleuchtungspoles
bzw. der Lichtintensität kommen. Die Verschmierung der
Lichtintensität in azimutaler Richtung ist in der 5 im Teilbild c) durch die nicht auf Null
in Intensitätsminima zurückgehende Intensitätsverteilung
zu erkennen.
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In
der 5c) ist die Intensitätsverteilung
sowohl für ein kreisförmiges Feld als auch für
ein quadratisches Feld (strichlinierte Darstellung) dargestellt.
Die Intensitätsverteilung ist in den 5a)
für ein kreisförmiges Feld und in der 5b) für ein quadratisches Feld
gezeigt.
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Dem
Problem der Verschmierung der Lichtintensität bzw. der
Aufgabe eine definierte Schärfe einzustellen, kann gemäß der
vorliegenden Erfindung durch eine Anpassung des Beleuchtungsfeldes
des DOE entgegengewirkt werden, wie dies in 6 in
den Teilbildern a) und b) mit einer Intensitätsverteilung
in einer Pupillenebene sowie in c) mit einem Diagramm der über
den Radius integrierten Intensität über dem Azimutwinkel φ gezeigt
ist. Das Teilbild a) der 6 zeigt die
Intensitätsverteilung in einer Pupillenebene bei einem
größeren Beleuchtungsfeld als z. B. in 5), wobei die Lichtintensität zwischen
den einzelnen Polen verstärkt ist und somit eine gezielte
Unschärfe eingestellt ist. Dies ist auch im Diagramm des
Teilbilds c) der 6 zu erkennen, bei
dem die dargestellte integrierte Intensität bei größerem
quadratischen Beleuchtungsfeld im Bereich der Intensitätsminima
einen höheren Wert aufweist als bei einem kleineren quadratischen
Beleuchtungsfeld, wie dies bei der 5 bzw. 6c) dargestellt ist.
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Das
Teilbild b) der 6 zeigt die Intensitätsverteilung
in einer Pupillenebene bei einem kleineren Beleuchtungsfeld das
in 5, wobei die Lichtintensität
zwischen den einzelnen Polen verringert wird und somit eine höhere
Schärfe erzielt wird und entsprechende Verschmierungen
beseitigt werden. Dies ist auch im Diagramm des Teilbilds c) der 6 zu erkennen, bei dem die dargestellte
integrierte Intensität bei kleinerem quadratischen Beleuchtungsfeld
im Bereich der Intensitätsminima einen geringeren Wert aufweist
als bei einem größeren quadratischen Beleuchtungsfeld
wie dies bei der 5 bzw. der 6c) dargestellt ist.
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Neben
der Anpassung der Größe des Beleuchtungsfeldes
auf dem DOE kann auch die Form verändert werden, wie dies
in 5 insbesondere 5c)
dargestellt ist. Während beispielsweise bei einem quadratischen
Beleuchtungsfeld die Intensitätsmaxima bei 0°,
90° und 180° unterschiedlich zu den Intensitätsmaxima
bei 45° und 130°, sind, ist bei einem runden Beleuchtungsfeld
eine Vergleichmäßigung der Intensitätsmaxima
festzustellen. Damit kann durch eine Formänderung die Asymmetrie
von Beleuchtungspolen miniert werden, wobei zur Erzielung einer
symmetrischen Intensitätsverteilung in der Pupillenebene
keine runde Form des Beleuchtungsfeldes zwangsweise erforderlich
ist, sondern auch elliptische Formen oder andere Formen entsprechend des
Zustands der Beleuchtung geeignet sein können.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Ausführungsbeispiele
detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann
selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese
Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr
Abwandlungen oder Änderungen gemäß der
beigefügten Ansprüche umfasst, wobei die Änderungen
durch unterschiedliche Kombination einzelner dargestellter Merkmale
als auch Weglassen einzelner Merkmale erfolgen können.
Insbesondere ist jegliche Kombination einzelner dargestellter Merkmale
von der Erfindung umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2004/102273
A2 [0003, 0003, 0042]
- - US 2007/0211231 A1 [0004]
- - WO 2004/102273 [0009]