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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Blendenelement für die EUV-Lithographie mit einem Durchtrittsbereich für Strahlung im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich und einem Abschattbereich für Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich. Ferner bezieht sich die Erfindung auf optische Systeme für die EUV-Lithographie mit einem diffraktivem optischen Element, das Strahlung im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich an einen anderen Ort ablenkt als Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich, und mit einem zuvor genannten Blendenelement.
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Um bei der Produktion von Halbleiterbauelementen mit lithographischen Methoden immer feinere Strukturen erzeugen zu können, wird mit immer kurzwelligerem Licht gearbeitet. Arbeitet man im extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich, etwa insbesondere bei Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm, lässt sich nicht mehr mit linsenartigen Elementen in Transmission arbeiten, sondern werden Beleuchtungs- und Projektionsobjektive aus Spiegelelementen mit an die jeweilige Arbeitswellenlänge angepassten Reflexbeschichtungen auf der Grundlage von Viellagenstrukturen aufgebaut.
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Bei Beleuchtungssystemen für Wellenlängen kleiner 100 nm besteht das Problem, dass häufig die Lichtquelle derartiger Beleuchtungssysteme Strahlung emittiert, die Wellenlängen aufweist, die außerhalb des Wellenlängenbandes liegt, für die das Beleuchtungssystem bzw. die Projektionsbelichtungsanlage, in der das Beleuchtungssystem eingesetzt ist, ausgelegt ist. Diese elektromagnetische Strahlung, die außerhalb des Arbeitswellenlängenbandes liegt, kann zu einer unerwünschten Belichtung des lichtsensitiven Objektes in der Waferebene der Projektionsbelichtungsvorrichtung führen. Außerdem kann es die optischen Komponenten soweit erwärmen, dass durch Verformung der optischen Komponenten Abbildungsfehler entstehen und/oder die Reflektivität beispielsweise von Viellagenspiegeln, die sehr häufig bei Wellenlängen im Bereich von 5 bis 20 nm eingesetzt werden, beeinträchtigt wird. Erschwerend kommt hinzu, dass Viellagenspiegel nicht nur bestimmte EUV-Wellenlängen, für die sie optimiert wurden, mit höherer Reflektivität reflektieren, sondern oft auch benachbarte Wellenlängen, insbesondere ab etwa 130 nm und mehr. Daher wird elektromagnetische Strahlung aus dem tief ultravioletten (DUV) Wellenlängenbereich (insbesondere ca. 130 nm bis 330 nm) bzw. aus dem ultravioletten (UV) Bereich, dem sichtbaren (VIS) und dem Infrarotbereich (IR) durch das gesamte Beleuchtungssystem bzw. durch die gesamte Projektionsbelichtungsanlage geführt, was zu Fehlbelichtungen führen kann.
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Zum Ausfiltern bzw. Abschwächen dieser unerwünschten Strahlung werden Spektralfilter eingesetzt. Bevorzugt werden die Spektralfilter so früh wie möglich im Strahlengang eingesetzt, um Beeinträchtigungen der Abbildungseigenschaften und eine hohe Wärmelast möglichst weitgehend zu vermeiden. Häufig wird die erste optische Komponente als Kollektorspiegel ausgebildet, der zusätzlich Spektralfilterfunktionen übernimmt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bereits bekannte optische Elemente zum Filtern elektromagnetischer Strahlung, insbesondere für den Einsatz in der EUV Lithographie, weiterzuentwickeln.
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In einem ersten Ansatz wird ein optisches Element zum Filtern elektromagnetischer Strahlung vorgeschlagen, das eine Viellagenstruktur aufweist, die für die Reflexion von elektromagnetischer Strahlung im extremultravioletten Wellenlängenbereich ausgelegt ist, wobei die Viellagenstruktur eine Gitterstruktur mit Gittertiefe d und Gitterperiode w aufweist, wobei die Gittertiefe d derart dimensioniert ist, dass sie an den Lagen der Viellagenstruktur über eine Gitterperiode w eine optische Wegdifferenz induziert, die einem ganzzahligen oder halbzahligen Vielfachen der Wellenlänge entspricht, für deren Reflexion die Viellagenstruktur ausgelegt ist.
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Es hat sich herausgestellt, dass durch die Strukturierung der Viellagenstruktur mit dieser Dimensionierung des Gitters dessen Herstellung wesentlich vereinfacht wird. Denn während bei den bisher bekannten Gittern für den EUV-Bereich um die zweitausend oder mehr Lagen vorgehalten werden müssen, um in der Viellagenstruktur die gewünschte Gitterstruktur ausbilden zu können, wird durch den hier vorgestellten Ansatz die Anzahl der zusätzlich notwendigen Lagen der Viellagenstruktur deutlich reduziert. Bei den allermeisten Konstellationen von gewünschter Arbeitswellenlänge und entsprechendem Design der Viellagenstruktur im Hinblick auf Lagenmaterial und Lagendicke brauchen nur weniger als zweihundert zusätzliche Lagen vorgehalten zu werden, was deren Herstellung vereinfacht. Ein weiterer Vorteil der stark reduzierten Anzahl der zusätzlichen Lagen liegt darin, dass insgesamt auch deutlich geringere Rauheiten in das System eingebracht werden und dadurch zusätzliche Streulichtverluste vermieden werden. Insgesamt können mit den hier vorgeschlagenen optischen Elementen mit spektraler Filterwirkung Infrarot- und DUV-Strahlung mit hoher Effizienz von der gewünschten EUV-Strahlung abgetrennt werden. Ferner ist insgesamt von Vorteil, die Viellagenstruktur für einen bestimmten EUV-Wellenlängenbereich mit einer Gitterstruktur zur Beugung dieses oder eines überlappenden EUV-Wellenlängenbereichs zu versehen. Durch die Verbindung der Spiegelfunktion mit der Gitterfunktion in einem optischen Element wird eine besonders hohe Reflektivität für den betreffenden EUV-Wellenlängenbereich ermöglicht. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die theoretische erreichbare Reflektivität von deutlich kleiner 1 und auf die Verwendung in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, in der mehrere reflektive optische Elemente hintereinander angeordnet sind, von Vorteil.
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Vorteilhafterweise ist die Gitterstruktur als Blazegitter oder als Binärgitter ausgebildet. Blazegitter weisen eine periodische Sägezahn- oder Dreiecksstruktur auf und sind bevorzugt für Gitter, bei denen über eine Gitterperiode hinweg eine optische Wegdifferenz induziert wird, die einem ganzzahligen Viellfachen der betreffenden EUV-Wellenlänge entspricht. Bei dem hier vorgeschlagenen Ansatz ergeben sich relativ große Winkel zwischen der Oberfläche der Viellagenstruktur und den Schrägflächen der Blazegitterstruktur. Dadurch sind die hier vorgeschlagenen optischen Elemente mit einem Blazegitter der Herstellung beispielsweise durch übliche lithographische Verfahren zugänglich. Binärgitter weisen eine periodische Rechteckstruktur auf und sind bevorzugt für Gitter, bei denen über eine Gitterperiode hinweg eine optische Wegdifferenz induziert wird, die einem halbzahligen Viellfachen der betreffenden EUV-Wellenlänge entspricht. Beide Gitterstrukturen lassen sich gut für die Beugung von EUV-Strahlung optimieren und trotzdem mit vertretbarem Aufwand mit bekannten lithographischen oder mit Mikrostrukturtechniken herstellen.
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In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Gittertiefe derart dimensioniert, dass sie an den Lagen der Viellagenstruktur über eine Gitterperiode w eine optische Weglängendifferenz induziert, die der Wellenlänge oder der halben Wellenlänge entspricht, für deren Reflexion die Viellagenstruktur ausgelegt ist. Dadurch wird erreicht, dass die EUV-Strahlung der 1. Ordnung an dem Gitter reflektiert wird, womit eine besonders hohe Reflektivität erreicht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des optischen Elementes weist die Gitterstruktur einen im Wesentlichen gradlinigen Verlauf auf. Vorteilhafterweise sind bei Blazegittern die Schrägflächen der Gitterstruktur in eine Richtung orientiert. Dadurch lässt sich erreichen, dass die einzelnen Wellenlängen in einer Ebene, aber räumlich voneinander getrennt fokussiert werden.
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Je nach Beleuchtungssystem bzw. Projektionsbelichtungsanlage, in die das optische Element eingebaut werden soll, kann es von Vorteil sein, wenn die Fokuspunkte, in die die einzelnen Wellenlängen fokussiert werden, nicht in einer Ebene nebeneinander liegen, sondern die Fokuspunkte in verschiedenen Ebenen hintereinander liegen. In solchen Fällen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Gitterstruktur einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Verlauf aufweist.
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Bevorzugt weist das optische Element eine gekrümmte Oberfläche auf, die mit der Viellagenstruktur und der Gitterstruktur versehen ist. Damit lässt sich auf die Abbildungseigenschaften des optischen Elementes Einfluss nehmen, z. B. Fokussierung oder Defokussierung, Korrektur von Aberrationen oder Telezentriefehlern usw..
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In den Fällen, in denen das optische Element mit einem divergenten Strahlungsbündel verwendet werden soll, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Gittertiefe d und/oder die Gitterperiode w über die Fläche der Gitterstruktur in Abhängigkeit des lokalen Einfallswinkels des Strahlenbündels variiert. Indem lokal die Gittertiefe und/oder die Gitterperiode an den jeweiligen Einfallswinkel angepasst wird, kann sichergestellt werden, dass an jeder Stelle des optischen Elementes auf der Gitterstruktur möglichst ideale Bedingungen für die spektrale Trennung wie auch die Reflektivität bei der Arbeitswellenlänge im EUV-Bereich und für ggf. weitere optische Funktionen wie etwa fokussierende Wirkung erreicht werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen ist das optische Element aus mindestens zwei Teilelementen zusammengesetzt. Insbesondere bei großflächigen optischen Elementen, ganz besonders, wenn sie eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, wird die Herstellung dadurch vereinfacht, dass einzelne Teilelemente mit einer Viellagenstruktur beschichtet und anschließend eine Gitterstruktur in der Viellagenstruktur durch übliche Mikrostrukturier- oder Lithographieverfahren ausgebildet wird. Diese Teilelemente werden danach zum optischen Element, wie es dann beispielsweise in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt wird, zusammengesetzt. Der modulare Aufbau aus Teilelementen ist auch bei herkömmlichen optischen Elementen ohne Gitterstruktur in der Viellagenstruktur von Vorteil.
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Vorzugsweise weist mindestens ein Teilelement einen Aktuator auf. Mit Hilfe des Aktuators lässt sich das jeweilige Teilelement in seiner Ausrichtung korrigieren, um die optische Funktionsfähigkeit zu verbessern, beispielsweise bei der Abbildung der Strahlungsquelle in einen Zwischenfokus. Bevorzugt sind Aktuatoren mit möglichst vielen Freiheitsgraden, um die Ausrichtung beliebig korrigieren zu können. Vorteilhafterweise weisen mehrere Teilelemente einen Aktuator auf, bevorzugt alle Teilelemente.
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In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das optische Element als Kollektorspiegel ausgebildet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die spektrale Trennung möglichst früh im Strahlengang durchzuführen, um einerseits die Wärmelast auf den einzelnen Spiegeln eines Beleuchtungssystems bzw. einer Projektionsbelichtungsanlage möglichst gering zu halten und andererseits insbesondere die UV-Strahlung, die zu einer Fehlbelichtung führen könnte, möglichst effizient aus dem System herausfiltern zu können.
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In einem weiteren Ansatz wird ein Beleuchtungssystem bzw. eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem oder mehreren solchen optischen Elementen zum Filtern elektromagnetischer Strahlung vorgeschlagen. Derartige Beleuchtungssysteme bzw. Projektionsbelichtungsanlagen weisen bei ihrem Einsatz in der EUV-Lithographie den Vorteil auf, dass sie wegen ihrer guten spektralen Trennung der Strahlung im Arbeitswellenlängenbereich von der übrigen Strahlung Abbildungsfehler aufgrund thermischen Verformungen der einzelnen Spiegel oder durch Belichtung mit Falschlicht deutlich reduziert sind und gleichzeitig die Kosten für die Ausstattung des Beleuchtungssystems bzw. der Projektionsbelichtungsanlage mit den hier beschriebenen optischen Elementen wegen deren relativ einfacher Herstellung gegenüber der Ausstattung mit bisher bekannten optischen Elementen mit Spektralfilterfunktion geringer sind.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Blendenelement für die EUV-Lithographie mit einem Durchtrittsbereich für Strahlung im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich und einem Abschattbereich für Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich, bei dem der Abschattungsbereich Mittel zur Ablenkung der Strahlung des anderen Wellenlängebereichs aufweist.
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Um unerwünschte Strahlungsanteile aus dem Emissionsspektrum der jeweils verwendeten Strahlungsquelle zu entfernen, kann das Emissionsspektrum, wie bereits beschrieben, mit Hilfe von Komponenten mit Spektralfilterfunktion in den erwünschten EUV-Anteil und übrige Strahlungsanteile räumlich getrennt werden. Dies erlaubt ein Stoppen der unerwünschten Strahlungsanteile durch Blendenelemente, durch die nur der erwünschte Strahlungsanteil im EUV-Wellenlängenbereich hindurchtritt. Die auf den Abschattungsbereich eines Blendenelements auftreffende Strahlung kann dort zu einer hohen Wärmelast führen, die sich negativ auch auf benachbarte Komponenten innerhalb einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage auswirken kann, insbesondere wenn es sich um langwelligere Strahlung bis in den Infrarot(IR)-Bereich. Denn Projektionsbelichtungsanlagen für die EUV-Lithographie müssen teilweise sehr große Spiegel aufweisen und werden möglichst kompakt ausgelegt, um Platz zu sparen. Es wird nun vorgeschlagen, durch Vorsehen von Mitteln zur Ablenkung der unerwünschten Strahlungsanteile im Abschattungsbereich diese gezielt aus dem Blendenbereich zu entfernen und an Stellen zu lenken, wo sie für die Projektionsbelichtungsanlage und ihre Komponenten sowie den Projektionsbelichtungsvorgang unschädlich sind.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist der Abschattungsbereich eine für die Strahlung des anderen Wellenlängenbereichs hochreflektive Beschichtung auf. Dadurch kann erreicht werden, dass nur eine vernachlässigbarer Anteil der unerwünschten Strahlung im Abschattungsbereich des Blendenelements absorbiert wird und dort Wärme deponiert. Hochreflektive Beschichtungen weisen außerdem den Vorteil auf, dass sie sehr spezifisch auf bestimmte Wellenlängen eingestellt werden können, so dass sie sich besonders gut dafür eignen, besonders hohe Anteile spezifischer Wellenlängen zu reflektieren. So können derartige Blendenelemente beispielsweise bevorzugt in Verbindung mit Laserplasma-Strahlungsquellen eingesetzt werden, bei denen der überwiegende Anteil der störenden Strahlung der jeweiligen Laserstrahlung entspricht, für die die hochreflektive Beschichtung optimiert werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass das in den Auftreffbereichen von Strahlungsanteile verschiedener Wellenlängen im Abschattungsbereich verschiedene hochreflektive Beschichtungen vorgesehen sein können, wobei jede Beschichtung für die Reflexion der auf ihr auftreffenden Strahlung optimiert ist.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist der Abschattungsbereich mindestens einen Spiegel zur Reflexion der Strahlung des anderen Wellenlängenbereichs auf. Vorteilhafterweise kann dieser Spiegel in seiner Orientierung relativ zum Abschattungsbereich gekippt werden. Bevorzugt wird eine Mehrzahl von Spiegeln nebeneinander vorgesehen. Gegenüber einer hochreflektiven Beschichtung, die unmittelbar auf dem Abschattungsbereich aufgebracht ist, ermöglicht die Verwendung eines Spiegel das Bereitstellen einer reflektiven Fläche, die in ihrer Orientierung deutlich von der Orientierung der Fläche des Abschattungsbereiches abweichen kann, um dadurch auch bei besonders beengten Anordnungen von Komponenten innerhalb einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage den auf den Spiegel auftreffenden Strahlungsanteil gezielt in die gewünschte Richtung abzulenken. Falls der oder die Spiegel kippbar sind, können sie mit Hilfe von Aktuatoren jeweils an die gerade herrschenden Strahlungsverhältnisse angepasst werden, um besonders zielgerichtet die Strahlungsanteile außerhalb des EUV-Wellenlängenbereichs in die jeweils gewünschten Richtungen abzulenken.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Abschattungsbereich mindestens ein refraktives Element zur Brechung der Strahlung des anderen Wellenlängenbereichs auf. Besonders bevorzugt sind Zylinderlinsen, die tangential um den Durchtrittbereich angeordnet sein können und die unerwünschten Strahlunganteil in Strahlrichtung hinter dem Blendenelement in gewünschte Richtungen ablenken.
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In weiteren Varianten können auch diffraktive Elemente zur Beugung der Strahlung des anderen Wellenlängenbereichs in eine gewünschte Richtung vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise weist der Abschattungsbereich Mittel zu dessen Kühlung auf. Diese können beispielsweise in dem Blendenelement integriert sein oder auf ihm aufliegen, um mit dem Blendenelement in thermischem Kontakt zu stehen. Besonders bevorzugt sind die Mittel zur Kühlung als Leitungen ausgebildet, die mit als Kühlmittel dienendem Fluid durchströmt werden können, um im Blendenelement deponierte Wärme effizient ableiten zu können.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein optisches System für die EUV-Lithographie mit einem diffraktivem optischen Element, das Strahlung im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich an einen anderen Ort ablenkt als Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich, und mit einem eben beschriebenen Blendenelement sowie einer Laserplasma-Strahlungsquelle, die Strahlung im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich und in einem anderen Wellenlängenbereich emittiert, wobei das Blendenelement derart angeordnet ist, dass die Strahlung im anderen Wellenlängenbereich auf Materialpartikel, die dem Laserstrahl der Strahlungsquelle zugeführt werden, gelenkt wird.
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Dieses System hat den bedeutenden Vorteil, dass die Energie der unerwünschten Strahlung für die Generierung der Strahlung genutzt wird. Indem die unerwünschte Strahlung auf die Materialpartikel gelenkt werden, werden diese bereits vorgewärmt, bevor sie dem Laserstrahl zur Anregung eines Plasmas ausgesetzt werden, so dass für die Erzeugung des Plasmas weniger Energie aufgewendet zu werden braucht.
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Außerdem wird die Aufgabe durch ein optisches System für die EUV-Lithographie mit einem diffraktivem optischen Element, das Strahlung im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich an einen anderen Ort ablenkt als Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich, und mit einem zuvor beschriebenen Blendenelement sowie einem Strahlung im anderen Wellenlängenbereich absorbierenden Element, wobei das Blendenelement derart angeordnet ist, dass die Strahlung im anderen Wellenlängenbereich auf das absorbierende Element gelenkt wird.
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Dieses optische System eignet sich insbesondere für eine besonders platzsparende Auslegung der Komponenten und ihrer Anordnung, da weiter Mittel für den Abtransport der durch die vom Blendenelement abgelenkte Strahlung generierten Wärmelast am Strahlung absorbierenden Element weitab vom Strahlengang, unter Umständen sogar außerhalb des optischen Systems vorgesehen sein können.
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Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.
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Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des optischen Elements mit Spektralfilterwirkung;
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2 schematisch eine Ausführungsform eines Beleuchtungssystems mit dem optischen Element aus 1;
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3 schematisch eine Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie mit dem optischen Element aus 1;
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4 eine schematische Prinzipskizze einer ersten Variante der Gitterstruktur des optischen Elements aus 1;
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5 eine schematische Prinzipskizze einer zweiten Variante der Gitterstruktur des optischen Elements aus 1;
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6a–e schematisch eine erste Variante des optischen Elements aus 1 in verschiedenen Ansichten;
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7a–d schematische eine zweite Variante des optischen Elements aus 1 in verschiedenen Ansichten;
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8a, b schematisch eine erste Variante eines aus Teilelementen zusammengesetzten optischen Elements;
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9a, b schematisch eine zweite Variante eines aus Teilelementen zusammengesetzten optischen Elements;
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10 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines aus Teilelementen zusammengesetzten optischen Elements;
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11 schematisch eine erste Ausführungsform eines optischen Systems für die EUV-Lithographie;
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12 schematisch eine zweite Ausführungsform eines optischen Systems für die EUV-Lithographie;
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13 schematisch eine erste Ausführungsform eines Blendenelements für die EUV-Lithographie;
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14 schematisch eine zweite Ausführungsform eines Blendenelements für die EUV-Lithographie;
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15 schematisch eine dritte Ausführungsform eines Blendenelements für die EUV-Lithographie; und
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16 schematisch eine vierte Ausführungsform eines Blendenelements für die EUV-Lithographie.
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In 1 ist beispielhaft eine Ausführungsform des optischen Elementes 1 schematisch dargestellt, bei dem das optische Element 1 als Kollektorspiegel für eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie ausgebildet ist. Der Kollektor 1 ist um die Lichtquelle angeordnet, die von einem Plasmatröpfchen 2 gebildet wird, die von einem Infrarotlaser 3 angeregt wird. Um im EUV-Wellenlängenbereich Wellenlängen im Bereich um beispielsweise 13,5 nm zu erhalten, kann z. B. Zinn mittels eines bei einer Wellenlänge von 10,6 μm arbeitenden Kohlendioxidlasers zu einem Plasma angeregt werden. Anstelle eines Kohlendioxidlasers können beispielsweise auch Festkörperlaser eingesetzt werden. Das Plasma emittiert neben der Strahlung 8 im EUV-Wellenlängenbereich auch langwelligere Strahlung 7, beispielsweise im UV-Wellenlängenbereich, insbesondere im DUV-Wellenlängenbereich. Über den Infrarotlaser 3 wird außerdem in höherem Maße Infrarotstrahlung 6 in das System eingetragen.
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Der Kollektor 1 weist auf seiner Innenfläche eine Gitterstruktur 13 auf, die in einem Viellagenstruktur 12 ausgebildet ist, wie in auch in den 4 und 7 im Detail dargestellt ist. Das Viellagenstruktur 12 ist auf einem Substrat 9 aufgebracht, das vorzugsweise aus einem Material mit möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Silizium, Siliziumkarbid oder Metall, wie u. a. Aluminium, Kupfer, Nickel oder Wolfram und deren Legierungen, etwa Aluminium-Silizium-Legierungen. Bei dem Viellagenstruktur 12 handelt es sich im Wesentlichen um alternierend angeordnete Lagen eines bei der gewünschtem Arbeitswellenlänge etwas stärker absorbierenden Materials, auch Absorber 10 genannt, und eines etwas weniger absorbierenden Materials, auch Spacer 11 genannt. Über diese alternierenden Lagen 10, 11 wird ein Kristall simuliert, wobei die Absorberlagen 10 der Netzebenen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfinden kann. Die Dicke D eines Stapels aus Absorberlage 10 und Spacerlage 11 kann über das gesamte Viellagenstruktur 12 konstant oder auch variabel sein. Es können auch zusätzliche Lagen zwischen Absorber 10 und Spacer 11 vorgesehen sein. Die erste Lage auf dem Substrat 9 kann eine Absorberlage 10 oder eine Spacerlage 11 sein. Auch die zum Vakuum hin abschließende Lage kann sowohl eine Absorberlage 10 als auch eine Spacerlage 11 sein.
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Sowohl zwischen Substrat 9 und Viellagenstruktur 12 als auch auf dem Viellagenstruktur 12 zum Vakuum hin können eine oder mehrere zusätzlichen Lagen vorgesehen sein.
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Die Gitterstruktur 13 ist in die Viellagenstruktur 12 hinein ausgebildet. Die Gitterstruktur 13 ist als Gitter mit einer Gittertiefe d und einer Gitterperiode w ausgebildet. Dabei ist die Gittertiefe d derart dimensioniert, dass sie an den Lagen der Viellagenstruktur 12 über eine Gitterperiode w hinweg eine optische Wegdifferenz induziert, die einem ganzzahligen oder halbzahligen Vielfachen der Wellenlänge entspricht, für deren Reflexion die Viellagenstruktur ausgelegt ist. Besonders bevorzugt ist die Gittertiefe d derart dimensioniert, dass die induzierte Wegdifferenz der Wellenlänge oder der hlaben Wellenlänge entspricht, für deren Reflexion die Viellagenstruktur ausgelegt ist. Dadurch wird erreicht, dass an der Gitterstruktur die EUV-Strahlung 1. Ordnung gebeugt wird, während gleichzeitig Infrarotstrahlung in 0. Ordnung reflektiert wird, da die Gitterstrukturen zu klein sind, um von ihnen aufgelöst zu werden. Im sichtbaren und UV-Bereich findet eine Beugung unter sehr großen Winkeln bis zur Evaneszenzgrenze hin statt. Somit kann eine hinreichende räumliche Trennung der gewünschten EUV-Strahlung von der Strahlung längerer Wellenlängen erreicht werden, um die langwelligere Strahlung durch beispielsweise Blenden aus dem System zu nehmen. Das Ausbilden der Gitterstruktur 13 in der Viellagenstruktur 12 hinein führt zu einer besonders guten Reflektivität des optischen Elements in Bezug auf die EUV-Strahlung im gewünschten Arbeitswellenlängenband.
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In 2 ist der Kollektor 1 in Verbindung mit einem Beleuchtungssystem 20 dargestellt, das Teil einer Projektionsbelichtungsvorrichtung für die EUV-Lithographie ist. Auf den bereits beschriebenen Kollektor 1 folgen nach der Blende 5 am Zwischenfokus 4 ein Feldfacettenspiegel 16 mit einzelnen Facetten 18 und ein Pupillenfacettenspiegel 17 mit einzelnen Facetten 19 mit. Bevor die Strahlen auf das in y-Richtung abzuscannende Retikel 23 mit der auf einen Wafer zu projizierenden Struktur trifft, wird sie noch von einem Faltspiegel 22 umgelenkt. Der Faltspiegel 22 hat weniger optische Funktion, er dient vielmehr dazu, den Platzbedarf des Beleuchtungssystems 20 zu optimieren.
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Der Ablenkungswinkel für die EUV-Strahlung 8 ist dabei an der Gitterstruktur des Kollektors 1 derart gewählt, dass der Zwischenfokus 4 der EUV-Strahlung 8 vor dem Fokus der Infrarotstrahlung 6 liegt. Daher lässt sich die Infrarotstrahlung 6 mittels der Blende 5 ausblenden. Die hier nicht dargestellte UV-Strahlung wird an der Gitterstruktur unter so großen Winkeln gebeugt, dass sie ohnehin den Strahlengang verlässt.
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In 3 ist in einer Prinzipansicht eine Projektionsbelichtungsanlage 100 für die Herstellung von beispielsweise mikroelektronischen Bauteilen gezeigt, die in einem Scanmodus entlang einer Scanrichtung 126 mit einer Arbeitswellenlänge im EUV-Bereich betrieben wird und die ein oder mehrere optische Elemente mit Spektralfilterfunktion aufweisen kann. Im hier dargestellten Beispiel ist ein solches optisches Element vorgesehen, das wie in den vorangegangenen Beispielen als Kollektorspiegel 110 ausgebildet ist.
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Die in 3 gezeigte Projektionsbelichtungsanlage 100 weist eine punktförmige Plasmastrahlungsquelle auf. Die Strahlung der Laserquelle 102 wird über eine Kondensorlinse 104 auf geeignetes Material gerichtet, das über die Zufuhr 108 eingeleitet wird und zu einem Plasma 106 angeregt wird. Die vom Plasma 106 emittierte Strahlung wird vom Kollektorspiegel 110 auf den Zwischenfokus Z abgebildet. Durch die Gitterstruktur auf der Kollektoroberfläche wird erreicht, dass der Fokuspunkt der EUV-Strahlung 8 räumlich getrennt wird von den Fokuspunkten für die Strahlung anderer Wellenlängen. Durch entsprechende Blenden 111 am Zwischenfokus Z wird gewährleistet, dass im Wesentlichen nur noch die EUV-Strahlung im gewünschten Arbeitswellenlängenband auf die nachfolgenden Spiegeln 112, 114, 116, 118, 120 des Beleuchtungssystems der Projektionsbelichtungsanlage 100 trifft. Der Planspiegel 122 dient zur Faltung des Systems, um Bauräume für mechanische und elektronische Komponenten in der Objektebene, in der die Halterung für das Retikel 124 angeordnet ist, zur Verfügung zu stellen. Im Beleuchtungssystem folgen im vorliegenden Beispiel auf den Spiegel 112 ein Feldfacettenspiegel 114 und ein Pupillenfacettenspiegel 116. Die anschließend angeordneten Spiegel 118 und 120 dienen im Wesentlichen dazu, das Feld in der Objektebene zu formen. In der Objektebene ist ein strukturiertes Retikel 124 angeordnet, dessen Struktur mittels eines Projektionsobjektivs 128 mit im vorliegenden Beispiel sechs Spiegeln auf das zu belichtende Objekt 130, etwa einen Wafer abgebildet wird. Das Retikel 124 ist in der hier als Scanning-System ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 100 in die eingezeichnete Richtung 126 verfahrbar und wird sukzessive abschnittsweise ausgeleuchtet, um die jeweiligen Strukturen des Retikels 124 mit dem Projektionsobjektiv entsprechend auf beispielsweise einen Wafer 130 zu projizieren.
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In 4 ist als Prinzipskizze die Viellagenstruktur 12 mit einer ersten Variante der darin ausgebildeten Gitterstruktur 13 eines optischen Elementes mit spektraler Filterwirkung für den EUV-Bereich, zum Beispiel ein Kollektorspiegel wie in den 1 bis 3 beschrieben, dargestellt. Auf einem Substrat 9 ist eine Viellagenstruktur 12 aus, wie bereits beschrieben, einzelnen Absorberlagen 10 und Spacerlagen 11 angeordnet, die alternierend aufgebracht sind und eine Stapeldicke D aufweisen. Die Gitterstruktur 13 ist im in 4 dargestellten Beispiel als Blazegitter ausgebildet, das definiert wird über die Gittertiefe d und die Gitterperiode w. Im hier dargestellten einfachsten Fall handelt es sich um eine sägezahnförmige Struktur. Pro Gitterperiode w können aber auch zwei Schrägflächen vorgesehen sein, so dass andere Dreiecksstrukturen ausgebildet werden.
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Bei der in 4 dargestellten Gitterstruktur 13 ist die Gittertiefe d so gewählt worden, dass über die Anzahl der teilweise entfernten Lagen 10, 11 der Viellagenstruktur 12 über die Gitterperiode w eine optische Wegdifferenz induziert wird, die der EUV-Wellenlänge entspricht, mit der das Retikel bzw. die Maske ausgeleuchtet und beispielsweise ein zu strukturierender Wafer belichtet werden soll. Vorteilhafterweise ist dies die EUV-Wellenlänge, für die auch die Viellagenstruktur 12 optimiert wurde.
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Nimmt man ohne Beschränkung der Allgemeinheit eine für die EUV-Lithographie typische Wellenlänge und eine für die EUV-Lithographie typische Viellagenstruktur an, ergeben sich die folgenden Dimensionierungen eines optischen Elementes mit Spektralfilterwirkung nach dem hier vorgeschlagenen Ansatz: Ausgegangen wird von einer Viellagenstruktur 12 auf der Basis von Molybdän als Absorbermaterial und Silizium als Spacermaterial, wobei deren Dicken derart dimensioniert sind, dass die resultierende Viellagenstruktur für die Bragg-Reflexion einer Wellenlänge von 13,5 nm bei senkrechtem Einfall optimiert ist. Im vorliegenden konkreten Beispiel wurde von einer Stapeldicke D von 6,9 nm bei einer Absorberlagendicke von 2,6 nm und einer Spacerlagendicke von 4,3 nm und senkrechtem Einfall ausgegangen. Bei einem einfachen Vergleich der optischen Weglängen von 13,5 nm in einer Viellagenstruktur aus Molybdän (Brechzahl 0,92) und Silizium (Brechzahl 0,999) mit den genannten Dicken mit der entsprechenden optischen Weglänge von 13,8 nm in einer gleichdicken Vakuumschicht, erwartet man bezogen auf eine Referenzebene, die mit einem vollständigen Stapel abschließt, eine optische Wegdifferenz von ca. –0,3 nm, wenn ein Stapel aus der Viellagenstruktur entfernt wird. Auf der Grundlage von Strahlverfolgungs- bzw. Raytracingberechnungen unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die EUV-Strahlung in die Viellagenstruktur eindringt und sich durch die Überlagerung der an den einzelnen Grenzflächen zwischen Absorbern 10 und Spacern 11 Bragg-reflektierten Einzelstrahlen die effektiv reflektierende Fläche innerhalb der Viellagenstruktur verschiebt, wurde unter Berücksichtigung der Phasenänderung der an unterschiedlichen Lagen reflektierten Wellen für den genannten Stapel aus 2,6 nm Molybdän und 4,3 nm Silizium bei senkrechtem Einfall eine optische Wegdifferenz von –0,209 nm pro entfernten Stapel ermittelt. Daraus ergibt sich, dass eine Anzahl von 65 Stapeln vorgehalten werden muss, die auf den üblicherweise 50 bis 60 Stapeln herkömmlicher Viellagenstruktur zusätzlich aufgebracht werden müssen. Die Gitterperiode w ergibt sich nun aus dem gewünschten Ablenkungswinkel der EUV-Strahlung der 1. Beugungsordnung. Sei beispielsweise eine Ablenkung der EUV-Strahlung um 13,5 nm von 22 mrad gewünscht, ergibt sich bei der Gittertiefe d von 65 Stapeln, das heißt 445 nm, eine Gitterperiode w von 614 nm. Dies entspricht einem Blazewinkel von 90° – α von knapp 36°. Die Phasenverschiebung der EUV-Strahlung geschieht im Wesentlichen an den Molybdänlagen. Die entstehende global gekippte Wellenfront weist eine hochfrequente Rauheit (auch high spatial frequency roughness, HSFR genannt) mit einer der Gitterstruktur entsprechenden Periode von ca. 600 nm und einer quadratischen Rauheit (auch root-mean-squared roughness oder rms-roughness genannt) von 0,05 nm auf. Dies führt zu einer unbedeutenden Reflektivitätsminderung im Sub-Prozentbereich.
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Damit ist die Gitterstruktur 13 so klein, dass sie von Strahlung im Infrarotbereich nicht aufgelöst wird. Beispielsweise Strahlung 6 der Wellenlänge 10,6 μm, wie sie in Kohlendioxidlasern generiert wird, wird nahezu unbeeinflusst mit 97,7% in der 0. Ordnung an dieser Gitterstruktur 13 reflektiert. Strahlung 7 im sichtbaren und UV-, insbesondere im DUV-Bereich wird durch die geringe Gitterperiode und die hohe Gitteramplitude unter sehr großen Winkeln bis zur Evaneszenzgrenze gebeugt, so dass auch deren Beugungsbilder räumlich entfernt vom Beugungsbild der EUV-Strahlung 8 bei 13,5 nm liegt.
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Die Dimensionierung der Gitterstruktur 13 ist aber dennoch groß genug, um problemlos beispielsweise mittels üblicher lithographischer Strukturierung hergestellt werden zu können. Bemerkenswert ist die geringe Anzahl der Stapel, die vorgehalten werden muss und gegenüber dem Stand der Technik, wo um die tausend Stapel und mehr vorgehalten werden müssen, auf nur fünfundsechzig reduziert wird. Dies macht nicht nur die Herstellung einfacher und kostengünstiger, sondern erlaubt auch die Herstellung von optischen Elementen besonders hoher Qualität. Denn mit jedem zusätzlichen Stapel, der aufgebracht wird, können zusätzliche Rauheiten induziert werden, die ihrerseits zu zusätzlichen Streulichtverlusten führen können. Durch die geringe Anzahl zusätzlicher Stapel für die Gitterstruktur 13 wird das Streulichtrisiko stark reduziert.
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Eine weitere Variante der Gitterstruktur 13 in der Viellagenstruktur 12 ist schematisch in 5 dargestellt. Bei der Viellagenstruktur 12 handelt es sich erneut um eine Abfolge von Stapeln einer Dicke D aus Absorberlagen 10 und Spacerlagen 11 auf einem Substrat 9. Die Gitterstruktur 13 ist als Binärgitter ausgebildet und weist eine periodische Rechteckstruktur mit einer Gitterperiode w und einer Gittertiefe d auf. Die Dimensionen für die Gitterperiode w und die Gittertiefe d werden so gewählt, dass über eine Gitterperiode w eine optische Wegdifferenz induziert wird, die einem halbzahligen Vielfachen der Wellenlänge entspricht, für die die Viellagenstruktur 12 optimiert wurde. Sie können ermittelt werden, wie bereits im Zusammenhang mit der in 4 dargestellten Variante eines Blazegitters erläutert. Für die Induzierung einer einer halben Wellenlänge entsprechenden optischen Wegdifferenz und bei ansonsten gleichen Parametern ist allerdings die Gittertiefe d beim Binärgitter nur halb so groß wie die Gittertiefe d beim Blazegitter. Es sei darauf hingewiesen, dass im in 5 dargestellten Beispiel die Gitterfurchen und die Gitterkämme gleichbreit sind, die Breiten aber auch unterschiedlich gewählt werden können. Auch an dem Binärgitter 13, wie beispielhaft in 5 dargestellt, wird die EUV-Strahlung insbesondere in 1. Ordnung gebeugt und Infrarotstrahlung der 0. Ordnung durchgelassen.
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Die Gitterstruktur in der Viellagenstruktur des optischen Elements kann in verschiedenen Geometrien über die Fläche des optischen Elementes verteilt sein. Im Folgenden sollen exemplarisch zwei solcher Geometrien besprochen werden. Dazu zeigen 6a, 7a die Aufsicht auf ein beispielsweise als Kollektorspiegel ausgebildetes optisches Element 1 von vorne, 6b, 7b einen Schnitt durch dessen Gitterstruktur 13, 6c, d, 7c die sich ergebenden Fokuspunkte und 6e, 7d einen Schnitt durch das als Kollektor ausgebildete optische Element 1 mit beispielhaftem Verlauf einiger Strahlen.
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In den 6a bis 6e handelt es sich um eine rotationssymmetrische Geometrie der Gitterstruktur 13, wobei die Gitterstruktur 13 derart auf der Oberfläche des optischen Elementes 1 angeordnet ist, dass sie rotationssymmetrisch zur optischen Achse A ist, die in 6e dargestellt ist. In der Schnittdarstellung in 6b, die längs der Linie B aus 6a verläuft, wird deutlich, dass die Schrägflächen der Sägezahngitterstruktur 13 zur optischen Achse A bzw. Symmetrieachse hin orientiert sind. Das führt dazu, dass die an dem optischen Element 1 reflektierte Strahlung 6, 8 je nach Wellenlänge in einer anderen Ebene fokussiert wird. So wird die Infrarotstrahlung 6 in einer Zwischenfokusebene ZIR fokussiert, die der idealen Zwischenfokusebene des im vorliegenden Beispiel als Kollektorspiegel ausgebildeten optischen Elementes 1 entspricht. Wie in 6d dargestellt bildet sich in dieser Ebene ein mittiger Fokus der Infrarotstrahlung 6 und räumlich beabstandet davon ein Ring aus EUV-Strahlung 8. Die EUV-Strahlung 8 hingegen wird bereits in der Zwischenfokusebene ZEUV fokussiert, die im vorliegenden Beispiel vor der Zwischenfokusebene ZIR liegt. Wie in 6c dargestellt bildet sich dort ein mittiger Fokus aus EUV-Strahlung 8 und davon beabstandet ein Ring von Infrarotstrahlung 6. Je nach Auslegung des Beleuchtungssystems bzw. der Projektionsbelichtungsanlage, in der das optische Element 1 beispielsweise als Kollektorspiegel eingesetzt werden soll, kann nun die störende Infrarotstrahlung 6 entweder durch eine scheibeförmige Blende, die innerhalb des EUV-Rings angeordnet ist, ausgeblendet werden (siehe 6d) oder durch eine Lochblende, die in der Zwischenfokusebene ZEUV angeordnet ist, so dass nur die EUV-Strahlung durch die Blende durchtritt.
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Der besseren Übersichtlichkeit halber wurde die UV- bzw. DUV-Strahlung, die ebenfalls von dem angeregten Plasma 2 emittiert wird, nicht dargestellt. Diese Strahlung wird unter sehr großen Winkeln bis zur Evaneszenzgrenze gebeugt, so dass ihre Beugungsbilder sehr weit entfernt von den Beugungsbildern der IR-Strahlung und der EUV-Strahlung liegen und nicht mehr im Strahlengang vorhanden sind.
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In einer weiteren Variante weist die Gitterstruktur 13 über die Oberfläche des optischen Elementes 1 eine geradlinigen Verlauf auf, wie beispielsweise in den 7a bis d dargestellt, bei dem die Gittertäler und -kämme bzw. im hier dargestellten Beispiel die Sägezahnschrägflächen in etwa geradlinig verlaufen und zueinander in etwa parallel zueinander angeordnet sind. Auch in dieser Variante sind die Schrägflächen der Sägezahngitterstruktur 13 über die gesamte Fläche im Wesentlichen in gleicher Richtung orientiert (siehe Schnitt entlang der gestrichelten Linie B in 7b). Diese besondere Geometrie führt dazu, dass die Fokuspunkte der EUV-Strahlung 8 und der Infrarotstrahlung 6 beide in der ideale Zwischenfokusebene Z des in diesem Beispiel als Kollektorspiegel ausgebildeten optischen Elementes 1 liegen. Da aber nur die Infrarotstrahlung 6 in 0. Ordnung gebeugt wird, liegt deren Fokus ZIR in der idealen Fokusposition, während der Fokus ZEUV der EUV-Strahlung 8 in der Ebene Z versetzt positioniert ist.
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Für die UV- bzw. DUV-Strahlung gilt das gleiche wie in der in Bezug auf die 6a bis e beschriebenen Variante. Die Fokussierung sowohl der Infrarotstrahlung 6 als auch der EUV-Strahlung 8 in einer Ebene Z erlaubt das Abschatten der ungewünschten Infrarotstrahlung durch das Positionieren einer halbseitigen Blende, z. B. in Form einer Schneide an der Stelle des IR-Fokus ZIR.
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Für beide Varianten gilt, dass aufgrund der Verlagerung des Fokuspunktes der EUV-Strahlung 8 aus dem idealen Fokus des jeweiligen optischen Elementes 1 heraus, die Auslegung der nachfolgenden optischen Elemente im Belichtungssystem bzw. in der Projektionsbelichtungsanlage vorteilhafterweise derart konzipiert wird, dass der tatsächliche EUV-Fokuspunkt bzw. dessen Zwischenfokusebene ZEUV zugrunde gelegt wird, also beispielsweise ein longitudinaler Versatz wie in der Variante gemäß den 6a bis e oder ein lateraler Versatz gemäß der Variante wie in den 7a bis d.
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Es sei darauf hingewiesen, dass es auch bei Ausgestaltungen des optischen Elements mit einem Binärgitter vorteilhaft sein kann, wenn dessen Struktur eine rotationssymmetrische Geometrie oder einen geradlinigen Verlauf aufweist.
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Um die Abbildungseigenschaften insbesondere in Bezug auf die Genauigkeit zu verbessern, wird außerdem bei beiden Varianten vorteilhafterweise die jeweilige Gittertiefe und Gitterperiode an die lokalen Einfallswinkel der von der Plasmaquelle 2 emittierten Strahlung anzupassen. Dies ist immer von Vorteil, sobald der auftreffende Strahl eine Winkeldivergenz aufweist, wie es beispielsweise bei der Plasmaquelle 2, die als punktförmige Strahlungsquelle betrachtet werden kann, der Fall ist. Ebenso kommt es bei optischen Elementen mit gekrümmter Oberfläche, sei sie sphärisch oder asphärisch, in der Regel zu Variationen des Einfallswinkels über die Oberfläche. Bei dem in 7a dargestellten geradlinigen Verlauf der Gitterstruktur kann es etwa dazu führen, dass die einzelnen Gitterlinien nicht exakt parallel zu einander verlaufen und eine leichte Krümmung angepasst an die Krümmung des jeweiligen optischen Elementes 1 bzw. angepasst die Winkeldivergenz des auftreffenden Strahles aufweist.
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Allgemein ist es bei den für die Beugung von EUV-Strahlung, insbesondere in einem Arbeitswellenlängenband, optimierten Gitterstrukturen, die in Viellagenstrukturen ausgebildet sind, die für die Reflexion von ebenfalls EUV-Strahlung, insbesondere in dem Arbeitswellenlängenband, optimiert sind, von Vorteil, bei der Auslegung von entsprechenden gekrümmten optischen Elementen wie etwa ellipsoiden Kollektorspiegeln, die Variation der Einfallswinkel über die Fläche des optischen Elements, wie sie nicht nur durch die Krümmung, sondern auch durch punktförmige Strahlungsquellen verursacht wird, zu berücksichtigen. So wird vorteilhafterweise die Gitterstruktur z. B. so angepasst, dass die lokalen Ablenkwinkel dazu führen, dass alle gebeugten EUV-Strahlen sich in einem Fokuspunkt treffen. Auch über die Variation von Gitterperiode und Gittertiefe können die lokalen Ablenkwinkel variiert werden. Bei einem Blazegitter kann zu diesem Zweck insbesondere der Blazewinkel lokal variiert werden.
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Die Herstellung insbesondere von großflächigen optischen Elementen, ganz besonders, wenn sie eine gekrümmte Oberfläche aufweisen sollen, lässt sich dadurch vereinfachen, dass man kleinteiligere Teilelemente herstellt und das optische Element aus diesen Teilelementen zusammensetzt. In den 8a, b und 9a, b sind schematisch zwei optische Elemente 40 dargestellt, die aus einzelnen Teilelementen 42 zusammengesetzt sind. In den 8b, 9b sind Beispiele für die einzelnen Teilelemente 42 und in den 8a, 9a Beispiele für die entsprechenden zusammengesetzten optischen Elemente 40 dargestellt. Die Anzahl und Gestalt der einzelnen Teilelemente 42 ist beliebig und kann an den jeweiligen Herstellungsprozess angepasst werden. Im in 8 dargestellten Beispiel haben die zwölf Teilelemente 42 eine angenähert rechteckigen Gestalt, im in 9 dargestellten Beispiel haben die zweiunddreißig Teilelemente 42 eine kreis- oder ringsegmentartige Gestalt. Die Teilelemente könnten beispielsweise auch hexagonal oder ringförmig oder beliebig anders geformt sein und in beliebiger Anzahl vorliegen.
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Auch bei der Wartung der optischen Elemente ist es von Vorteil, wenn sie aus zwei oder mehr Teilelementen zusammengesetzt sind. Wenn ein Ersatz, eine externe Reinigung oder eine Reparatur notwendig sein sollte, ist es hinreichend, lediglich das betroffene Teilelement auszutauschen oder auszubauen. Dies reduziert den Aufwand und die Kosten im Rahmen von Wartungsarbeiten.
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Die Unterteilung in Teilelement ist beispielsweise bei der Herstellung von Kollektorspiegeln von Vorteil. Als Kollektorspiegel für den Einsatz in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen können beispielsweise Halbellipsoide mit einem Durchmesser von ca. 600 mm bis 650 mm verwendet werden. Sie können ein Substrat aus Silizium und eine Viellagenstruktur basierend auf alternierenden Molybdän- und Siliziumlagen aufweisen, in die nach der Beschichtung mit Hilfe von bekannten Mikrostrukturierungsverfahren wie beispielsweise reaktives Ionenstrahlätzen eine Gitterstruktur zur spektralen Trennung von EUV-Strahlung einerseits und Strahlung anderer Wellenlänge andererseits eingebracht wird. Bei der Verwendung von Teilelementen wird jedes Teilelement einzeln mit einer Viellagenstruktur beschichtet und anschließend mit einer Gitterstruktur versehen.
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Eine schematische Seitenansicht eines aus Kollektorteilelementen 44 zusammengesetzten Kollektors ist in 10 dargestellt. Im in 10 dargestellten Beispiel weisen alle Kollektorteilelemente 44 einen Aktuator 46 auf. Im vorliegenden Beispiel weisen die Aktuatoren 46 zwei translatorische und einen rotatorischen Freiheitsgrad auf, wie durch die Doppelpfeile angedeutet wird. Mithilfe der Aktuatoren 46 können die Kollektorteilelemente 44 beliebig ausgerichtet werden. Dies kann aktiv oder passiv geschehen. Über die Möglichkeit der Nachjustierung der einzelnen Kollektorteilelementen 44 mittels der Aktuatoren 46 kann beispielsweise der Zwischenfokus 49 für die von der Strahlungsquelle 48 emittierte EUV-Stahlung in geometrischer und energetischer Hinsicht optimiert werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl die Verwendung von Teilelementen, um daraus ein optisches Element zusammenzusetzen, als auch die Ausstattung einzelner oder alter Teilelemente mit Aktuatoren auch bei herkömmlichen optischen Elementen eingesetzt werden kann, insbesondere bei optischen Elementen, die nur eine Viellagenstruktur oder nur eine Gitterstruktur aufweisen oder eine bereits bekannte Kombination aus Viellagenstruktur und Gitterstruktur.
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11 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines optischen Systems 200. Dieses weist einen Kollektorspiegel 202 mit Gitterstruktur auf, um die in einem Laserplasma erzeugte Strahlung 208 je nach Wellenlängenbereich in verschiedene Richtungen abzulenken. Im vorliegenden Beispiel werden Zinntröpfchen 206 einen Kohlenmonoxidlaser zugeführt, der einen Laserstrahl 204 im infraroten Wellenlängenbereich emittiert, mit dessen Hilfe Zinn zu einem Plasma angeregt wird, das Strahlung unter anderem im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich emittiert.
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Der Kollektorspiegel 202 mit Gitterstruktur übernimmt die Funktion eines Spektralfilters, indem es die EUV-Strahlung 210 in eine erste Richtung und Strahlung 212 eines anderen Wellenlängenbereichs in eine andere Richtung ablenkt. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist stellvertretend jeweils nur ein Teilstrahl der Strahlung 208 bzw. 210, 212 dargestellt. Im vorliegenden Beispiel handele es sich ohne Beschränkung der Allgemeinheit bei der Strahlung 212 um Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich, insbesondere bei der Wellenlänge des Laserstrahls 204.
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Das optische System 200 weist außerdem eine Blende 216 auf, die derart angeordnet ist, dass die EUV-Strahlung durch die Blendenöffnung 218 der Blende durchtritt und zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht, während die IR-Strahlung 212 auf den Abschattungsbereich 220 der Blende 216 trifft, wo sie mit Hilfe diverser Mittel, auf die weiter unten detaillierter eingegangen wird, abgelenkt wird. Besonders bevorzugt wird die Blende 216 derart angeordnet, dass die Blendenöffnung 218 sind an einem Zwischenfokus der EUV-Strahlung 210 befindet, so dass die Blendenöffnung möglichst klein gehalten werden kann und um so mehr Fläche für den Abschattungsbereich 220 und das Ablenken der sonstigen Strahlung zur Verfügung stehen kann.
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Im in 11 dargestellten Beispiel wird die IR-Strahlung 212, 214 auf die Zinntröpfchen 206 abgelenkt, die dadurch vorgewärmt werden und schneller zu einem Plasma angeregt werden können. Beziehungsweise muss über den Laserstrahl 204 weniger Energie bereitgestellt werden, um ein einmal angeregtes Plasma aufrecht zu erhalten. Bei der Verwendung von störender Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich zum Vorwärmen des das Plasma speisenden Materials ist dieser Effekt besonders ausgeprägt. Er ist aber auch bei kurzwelligerer Strahlung beispielsweise im VUV- oder DUV-Bereich vorhanden.
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12 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines optischen Systems 300. Dieses weist, wie das in 11 dargestellte Beispiel, einen Kollektorspiegel 302 mit Gitterstruktur auf, um die in einem Laserplasma erzeugte Strahlung 308 je nach Wellenlängenbereich in verschiedene Richtungen abzulenken. Im vorliegenden Beispiel werden ebenfalls Zinntröpfchen 306 einen Kohlenmonoxidlaser zugeführt, der einen Laserstrahl 304 im infraroten Wellenlängenbereich emittiert, mit dessen Hilfe Zinn zu einem Plasma angeregt wird, das Strahlung unter anderem im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich emittiert.
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Der Kollektorspiegel 302 mit Gitterstruktur übernimmt erneut die Funktion eines Spektralfilters, indem es die EUV-Strahlung 310 in eine erste Richtung und Strahlung 312 eines anderen Wellenlängenbereichs in eine andere Richtung ablenkt. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist auch hier stellvertretend jeweils nur ein Teilstrahl der Strahlung 308 bzw. 310, 312 dargestellt. Im vorliegenden Beispiel handele es sich ohne Beschränkung der Allgemeinheit bei der Strahlung 312 um Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich, insbesondere bei der Wellenlänge des Laserstrahls 304.
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Das optische System 300 weist außerdem ebenfalls eine Blende 316 auf, die derart angeordnet ist, dass die EUV-Strahlung durch die Blendenöffnung 318 der Blende durchtritt und zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht, während die IR-Strahlung 312 auf den Abschattungsbereich 320 der Blende 316 trifft, wo sie mit Hilfe diverser Mittel, auf die weiter unten detaillierter eingegangen wird, abgelenkt wird. Besonders bevorzugt wird auch in dieser Ausführung die Blende 316 derart angeordnet, dass die Blendenöffnung 318 sind an einem Zwischenfokus der EUV-Strahlung 310 befindet, so dass die Blendenöffnung möglichst klein gehalten werden kann und um so mehr Fläche für den Abschattungsbereich 320 und das Ablenken der sonstigen Strahlung zur Verfügung stehen kann.
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Im in 12 dargestellten Beispiel wird die IR-Strahlung 312, 314 auf eine Lichtfalle 322 gelenkt, wo sie absorbiert wird und ihre Energie deponiert, so dass die übrigen Komponenten des optischen Systems 300 keiner zusätzlichen Wärmelast aufgrund der unerwünschten Strahlung 212, 214 ausgesetzt sind, die zu Verformungen und folglich zu Abbildungsfehlern führen könnte.
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Bei beiden in den 11 und 12 dargestellten Beispielen kann die Blende integraler Bestandteil des Gehäuses eines Beleuchtungssystems für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage sein, so dass die austretenden EUV-Strahlung eine Maske ausstrahlt, deren Struktur mit Hilfe eines nachfolgenden Projektionssystems auf ein Objekt abgebildet werden soll.
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In den 13 bis 16 sind schematisch verschiedene Ausführungsbeispiele einer Blende 400 wie in den Beispielen gemäß den 11 und 12 mit Blendenöffnung 402 und Abschattungsbereich 404 dargestellt. Die EUV-Strahlung tritt dabei durch die Blendenöffnung 402 durch, während die Strahlung aus einem anderen Wellenlängenbereich, in den hier diskutierten Beispielen exemplarisch IR-Strahlung in dem Bereich 406 auf dem Abschattungsbereich 404 auftrifft.
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In 13 ist zum Ablenken der IR-Strahlung eine hochreflektive Beschichtung 408 vorgesehen, die in dem hier dargestellten Beispiel den gesamten von IR-Strahlung ausgeleuchteten Bereich 406 abdeckt. Die tatsächliche Ausgestaltung der hochreflektiven Beschichtung hängt primär von dem zu reflektierenden Wellenlängenbereich bzw. der zu reflektierenden Wellenlänge ab, wobei auf die für den jeweiligen Wellenlängenbereich bekannten Möglichkeiten zurückgegriffen werden kann.
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Im in 14 wird zum Ablenken der unerwünschten Strahlung mit einem Mikrospiegelarray 410 aus einer Vielzahl von einzelnen Spiegeln 12 gearbeitet. Im hier dargestellten Beispiel ist jeder Spiegel 12 kippbar gelagert, so dass er beispielsweise mit Hilfe von Aktuatoren in seiner Orientierung an die jeweilige Strahlungsverteilung und die gewünschte Ablenkrichtung angepasst werden kann.
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In weiteren Varianten können als Ablenkmittel refraktive oder diffraktive Elemente vorgesehen sein. In dem in 15 dargestellten Beispiel sind zwei Zylinderlinsen 414 vorgesehen, die tangential um die Blendenöffnung 402 angeordnet sind und relativ zur Fläche des Abschattungsbereiches 404 verkippt sind. Sie können so in den Abschattungsbereich eingelassen sein, dass die durchtretende Strahlung auf der Rückseite der Blende abgelenkt wird. Sie können auch mit einer reflektiven Wirkung der Oberfläche des Abschattungsbereiches kombiniert werden, um die entsprechende Strahlung auf der Vorderseite der Blende abzulenken. In einer Abwandlung kann die Oberfläche des Abschattungsbereichs 404 auch derart strukturiert sein, da er als Streuscheibe wirkt, um die unerwünschte Strahlung weiter aus dem Strahlengang zu entfernen.
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In in 16 dargestellten Beispiel sind Mittel zur Kühlung des Abschattungsbereichs 404 vor gesehen, die im vorliegenden Beispiel als Kühlmittelleitungen 416 ausgebildet sind, die innerhalb der Blende 400 vorgesehen sind und von Kühlmittel durchströmt werden, um einen besonders guten Wärmetransport zu gewährleisten zu können. Der besseren Übersicht halber sind in 16 die Ablenkmittel zur Ablenkung der unerwünschten Strahlung nicht dargestellt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die unterschiedlichen Ablenkungsmittel auch miteinander kombiniert werden können. Dies bietet sich insbesondere an, wenn Strahlungsanteile unterschiedlicher Wellenlängenbereiche abgelenkt werden sollen. Außerdem können die Mittel zur Abkühlung des Abschattungsbereiches mit allen Ablenkungsmitteln kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- optisches Element
- 2
- Plasma
- 3
- Laser
- 4
- Zwischenfokus
- 5
- Blende
- 6
- Infrarotstrahlung
- 7
- UV-Strahlung
- 8
- EUV-Strahlung
- 9
- Substrat
- 10
- Absorber
- 11
- Spacer
- 12
- Viellagenstruktur
- 13
- Gitterstruktur
- 16
- Feldfacettenspiegel
- 17
- Pupillenfacettenspiegel
- 18, 19
- Facette
- 20
- Beleuchtungssystem
- 22
- Faltspiegel
- 23
- Retikel
- 40
- optisches Element
- 42
- Teilelement
- 44
- Kollektorteilelement
- 46
- Aktuator
- 48
- Strahlungsquelle
- 49
- Zwischenfokus
- 100
- Projektionsbelichtungsanlage
- 102
- Laserquelle
- 104
- Kondensorlinse
- 106
- Plasma
- 108
- Zufuhr
- 110
- Kollektorspiegel
- 111
- Blende
- 112
- Spiegel
- 114
- Feldfacettenspiegel
- 116
- Pupillenfacettenspiegel
- 118
- Spiegel
- 120
- Spiegel
- 122
- Planspiegel
- 124
- Retikel
- 126
- Scanrichtung
- 128
- Projektionsobjektiv
- 130
- Wafer
- d
- Gittertiefe
- w
- Gitterperiode
- D
- Stapeldicke
- Z
- Zwischenfokus
- ZIR
- IR-Fokus
- ZEUV
- EUV-Fokus
- 200
- optisches System
- 202
- Kollektorspiegel
- 204
- Laserstrahl
- 206
- Zinntropfen
- 208
- Plasmastrahlung
- 210
- EUV-Strahlung
- 212
- IR-Strahlung
- 214
- abgelenkte IR-Strahlung
- 216
- Blende
- 218
- Blendenöffnung
- 220
- Abschattungsbereich
- 300
- optisches System
- 302
- Kollektorspiegel
- 304
- Laserstrahl
- 306
- Zinntropfen
- 308
- Plasmastrahlung
- 310
- EUV-Strahlung
- 312
- IR-Strahlung
- 314
- abgelenkte IR-Strahlung
- 316
- Blende
- 318
- Blendenöffnung
- 320
- Abschattungsbereich
- 322
- Lichtfalle
- 400
- Blende
- 402
- Blendenöffnung
- 404
- Abschattungsbereich
- 406
- IR-Strahlungsbereich
- 408
- hochreflektive Beschichtung
- 410
- Mikrospiegelarray
- 412
- Mikrospiegel
- 414
- Zylinderlinse
- 416
- Kühlleitung
