DE102011079548A1 - Micro-lithographic projection exposure system for manufacturing e.g. integrated switching circuits, has optical arrangement configured in such manner that modification of maximum value is minimized in comparison with analog system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage sowie ein mikrolithographisches Belichtungsverfahren.The invention relates to a microlithographic projection exposure apparatus and a microlithographic exposure method.
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective. The image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is hereby projected onto a substrate (eg a silicon wafer) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective in order to place the mask structure onto the mask transfer photosensitive coating of the substrate.
Es sind verschiedene Ansätze bekannt, in der Beleuchtungseinrichtung zur Optimierung des Abbildungskontrastes gezielt bestimmte Polarisationsverteilungen in der Pupillenebene und/oder im Retikel einzustellen.Various approaches are known for selectively adjusting specific polarization distributions in the pupil plane and / or in the reticle in the illumination device for optimizing the imaging contrast.
Insbesondere ist es sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv bekannt, für eine kontrastreiche Abbildung eine tangentiale Polarisationsverteilung einzustellen. Unter „tangentialer Polarisation” (oder „TE-Polarisation”) wird eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd senkrecht zum auf die optische Systemachse gerichteten Radius orientiert sind. Hingegen wird unter „radialer Polarisation” (oder „TM-Polarisation”) eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd radial zur optischen Systemachse orientiert sind.In particular, both in the illumination device and in the projection objective, it is known to set a tangential polarization distribution for a high-contrast image. "Tangential polarization" (or "TE polarization") is understood to mean a polarization distribution in which the oscillation planes of the electric field strength vectors of the individual linearly polarized light beams are oriented approximately perpendicular to the radius directed onto the optical system axis. By contrast, "radial polarization" (or "TM polarization") is understood to mean a polarization distribution in which the oscillation planes of the electric field strength vectors of the individual linearly polarized light beams are oriented approximately radially to the optical system axis.
Aus
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Im Betrieb einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage können Probleme aufgrund des Umstandes auftreten, dass die Maske in der Regel nicht nur als rein zweidimensionales Objekt (entsprechend der sogenannten Kirchhoff-Näherung) anzusehen ist, sondern dass vielmehr die Beugung des Lichtfelds an der Maske im Rahmen einer rigorosen Betrachtung unter Berücksichtigung der Dreidimensionalität der Maske beschrieben werden muss, so dass auf der dreidimensionalen Ausdehnung der Maske basierende Maskenparameter wie Schichtdicken, Ätzwinkel oder Seitenwandwinkel berücksichtigt werden müssen. Dieser Umstand hat u. a. zur Folge, dass unterschiedliche abzubildende Strukturen auf der Maske infolge einer Veränderung der Phasen zwischen den einzelnen Beugungsordnungen zu unterschiedlichen Fokuslagen in der Waferebene und damit zu einer Beeinträchtigung der Abbildungsqualität führen können. Da im Allgemeinen diese Fokuslagenverschiebung für voneinander verschiedene Strukturen nicht konstant ist, lässt sich dieser Effekt nicht einfach durch Verschiebung bzw. Nachführung der Waferebene kompensieren.In the operation of a microlithographic projection exposure apparatus, problems may arise due to the fact that the mask is generally not only to be regarded as a purely two-dimensional object (corresponding to the so-called Kirchhoff approximation), but rather to the diffraction of the light field on the mask in the context of a rigorous consideration has to be described in consideration of the three-dimensionality of the mask, so that mask parameters based on the three-dimensional extent of the mask, such as layer thickness, etching angle or side wall angle, must be taken into account. This circumstance has u. a. The consequence of this is that different structures to be imaged on the mask as a result of a change in the phases between the individual diffraction orders can lead to different focal positions in the wafer plane and thus to an impairment of the imaging quality. Since, in general, this focus position shift is not constant for mutually different structures, this effect can not be compensated for simply by shifting or tracking the wafer plane.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage sowie ein mikrolithographisches Belichtungsverfahren bereitzustellen, mittels derer eine durch die Dreidimensionalität der Maske verursachte Fokuslagenverschiebung bzw. eine damit einhergehende Beeinträchtigung der Abbildungsqualität reduziert werden kann.The object of the present invention is to provide a microlithographic projection exposure apparatus and a microlithographic exposure method by means of which a focus position shift caused by the three-dimensionality of the mask or a concomitant impairment of the imaging quality can be reduced.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. This object is solved by the features of the independent claims.
Eine erfindungsgemäße mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei die Beleuchtungseinrichtung im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage eine in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnete, abzubildende Strukturen aufweisende Maske beleuchtet, und wobei das Projektionsobjektiv diese Objektebene auf eine Bildebene abbildet, umfasst
- – eine in der Beleuchtungseinrichtung vorgesehenen polarisationsbeeinflussende optische Anordnung, welche eine Polarisationsverteilung einstellt, die im Vergleich zu einer vorbestimmten, einer in der Bildebene gewünschten Polarisationsverteilung entsprechenden Ausgangspolarisationsverteilung modifiziert ist, und
- – einen im Projektionsobjektiv vorgesehenen Polarisationsmanipulator, welcher die in der Beleuchtungseinrichtung eingestellte modifizierte Polarisationsverteilung in die vorbestimmte, in der Bildebene gewünschte Polarisationsverteilung umwandelt,
- – wobei die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung derart konfiguriert ist, dass infolge dieser Modifikation der maximale Wert einer in der Bildebene für unterschiedliche Maskenstrukturen resultierenden Fokuslagenverschiebung im Vergleich zu einem analogen System ohne diese Modifikation reduziert ist.
- A polarization-influencing optical arrangement provided in the illumination device, which adjusts a polarization distribution that is modified in comparison to a predetermined output polarization distribution corresponding to a desired polarization distribution in the image plane, and
- A polarization manipulator provided in the projection lens, which converts the modified polarization distribution set in the illumination device into the predetermined polarization distribution desired in the image plane,
- Wherein the polarization-influencing optical arrangement is configured in such a way that as a result of this modification the maximum value of a focus position shift resulting in the image plane for different mask structures is reduced compared to an analog system without this modification.
Die Erfindung geht zunächst von der Erkenntnis aus, dass die eingangs beschriebenen, unerwünschten Effekte infolge der Dreidimensionalität der Maske vom Polarisationszustand des auf die Maske auftreffenden und an deren Strukturen gebeugten Lichtes abhängig und somit auch über diesen Polarisationszustand beeinflussbar sind. Des Weiteren macht sich die Erfindung den weiteren Umstand zunutze, dass eine bestimmte Polarisationsverteilung (bei der es sich, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre, z. B. um eine tangentiale Polarisationsverteilung handeln kann) zwar etwa bei hochaperturigen Systemen auf Seiten der Waferebene (im Hinblick auf den bekannten „Vektoreffekt”) geboten ist, jedoch in der Retikel- bzw. Maskenebene eine vergleichsweise größere Freiheit hinsichtlich der dort einzustellenden Polarisationsverteilung gegeben ist, da die numerische Apertur dort wesentlich (je nach Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs z. B. um den Faktor 4) geringer ist.The invention is initially based on the recognition that the unwanted effects described at the beginning as a result of the three-dimensionality of the mask are dependent on the polarization state of the light incident on the mask and diffracted on its structures and thus can also be influenced via this polarization state. Furthermore, the invention makes use of the further circumstance that a specific polarization distribution (which may be, for example, a tangential polarization distribution, without the invention being restricted thereto) is true, for example, in the case of high-aperture systems on the wafer-level (FIG. with regard to the known "vector effect"), but in the reticle or mask plane a comparatively greater freedom is given with regard to the polarization distribution to be set there, since the numerical aperture there substantially (depending on the imaging scale of the projection objective, for example around the Factor 4) is lower.
Ausgehend von diesen Überlegungen liegt der Erfindung nun das Konzept zugrunde, die Polarisationsverteilung in der Retikelebene zunächst im Hinblick auf die Reduzierung bzw. Minimierung der vorstehend beschriebenen unerwünschten Effekte der Dreidimensionalität der Maske zu erzeugen, und die letztendlich in der Waferebene insbesondere im Hinblick auf den Abbildungskontrast wünschenswerte Polarisationsverteilung erst nachfolgend, d. h. im Projektionsobjektiv, einzustellen.Based on these considerations, the invention is now based on the concept of initially producing the polarization distribution in the reticle plane with regard to the reduction or minimization of the above-described undesired effects of the three-dimensionality of the mask, and ultimately in the wafer plane, in particular with regard to the imaging contrast desirable polarization distribution only subsequently, d. H. in the projection lens.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Modifikation in der Beleuchtungseinrichtung derart gewählt, dass eine Variation der in der Bildebene für unterschiedliche Maskenstrukturen resultierenden Fokuslage nicht mehr als 0.1·
Gemäß einer Ausführungsform ist der im Projektionsobjektiv vorgesehene Polarisationsmanipulator ein dritter Polarisationsmanipulator, wobei die in der Beleuchtungseinrichtung vorgesehene polarisationsbeeinflussende optische Anordnung aufweist:
- – einen ersten Polarisationsmanipulator, welcher eine Eingangspolarisationsverteilung in die Ausgangspolarisationsverteilung umwandelt, welche der in der Bildebene gewünschten Polarisationsverteilung entspricht, und
- – einen zweiten Polarisationsmanipulator, welcher stromabwärts des ersten Polarisationsmanipulators angeordnet und derart konfiguriert ist, dass er die Modifikation der vom ersten Polarisationsmanipulator bereitgestellten Ausgangspolarisationsverteilung bewirkt.
- A first polarization manipulator which converts an input polarization distribution into the output polarization distribution which corresponds to the desired polarization distribution in the image plane, and
- A second polarization manipulator located downstream of the first polarization manipulator and configured to effect the modification of the output polarization distribution provided by the first polarization manipulator.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei die Beleuchtungseinrichtung im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage eine Objektebene des Projektionsobjektivs beleuchtet und das Projektionsobjektiv diese Objektebene auf eine Bildebene abbildet, mit:
- – einem ersten Polarisationsmanipulator, welcher in der Beleuchtungseinrichtung angeordnet und derart konfiguriert ist, dass er eine Eingangspolarisationsverteilung in eine Ausgangspolarisationsverteilung umwandelt, wobei diese Ausgangspolarisationsverteilung einer vorbestimmten, in der Bildebene gewünschten Polarisationsverteilung entspricht,
- – einem zweiten Polarisationsmanipulator, welcher in der Beleuchtungseinrichtung stromabwärts des ersten Polarisationsmanipulators angeordnet und derart konfiguriert ist, dass er eine Modifikation der vom ersten Polarisationsmanipulator bereitgestellten Ausgangspolarisationsverteilung bewirkt, und
- – einem dritten Polarisationsmanipulator, welcher im Projektionsobjektiv angeordnet und derart einstellbar ist, dass er die vom zweiten Polarisationsmanipulator bewirkte Modifikation rückgängig macht.
- A first polarization manipulator arranged in the illumination device and configured to convert an input polarization distribution into an output polarization distribution, said output polarization distribution corresponding to a predetermined polarization distribution desired in the image plane,
- A second polarization manipulator disposed in the illumination device downstream of the first polarization manipulator and configured to effect a modification of the output polarization distribution provided by the first polarization manipulator, and
- - A third polarization manipulator, which is arranged in the projection lens and is adjustable so that it reverses the effected by the second polarization manipulator modification.
Gemäß einer Ausführungsform stellt die Modifikation der vom ersten Polarisationsmanipulator bereitgestellten Ausgangspolarisationsverteilung eine konstante Drehung dieser Ausgangspolarisationsverteilung dar.According to one embodiment, the modification of the output polarization distribution provided by the first polarization manipulator represents a constant rotation of this output polarization distribution.
Gemäß einer Ausführungsform ist der im Projektionsobjektiv vorgesehene Polarisationsmanipulator derart konfiguriert, dass er eine variable Einstellung des bereitgestellten Polarisationsdrehwinkels ermöglicht.According to one embodiment, the polarization manipulator provided in the projection objective is configured such that it enables a variable adjustment of the provided polarization rotation angle.
Gemäß einer Ausführungsform ist der im Projektionsobjektiv vorgesehene Polarisationsmanipulator in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs angeordnet.According to one embodiment, the polarization manipulator provided in the projection objective is arranged in a pupil plane of the projection objective.
Gemäß einer Ausführungsform ist der in der Beleuchtungseinrichtung vorgesehene zweite Polarisationsmanipulator derart konfiguriert, dass er eine variable Einstellung des bereitgestellten Polarisationsdrehwinkels ermöglicht.According to one embodiment, the second polarization manipulator provided in the illumination device is configured such that it allows a variable adjustment of the polarization rotation angle provided.
Gemäß einer Ausführungsform ist der in der Beleuchtungseinrichtung vorgesehene zweite Polarisationsmanipulator in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung angeordnet.According to one embodiment, the second polarization manipulator provided in the illumination device is arranged in a pupil plane of the illumination device.
Gemäß einer Ausführungsform ist die der in der Bildebene gewünschten Polarisationsverteilung entsprechende Ausgangspolarisationsverteilung eine zumindest näherungsweise tangentiale Polarisationsverteilung.According to one embodiment, the output polarization distribution corresponding to the desired polarization distribution in the image plane is an at least approximately tangential polarization distribution.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Polarisationsmanipulator aus optisch aktivem Kristallmaterial hergestellt und weist ein in Richtung seiner optischen Kristallachse variierendes Dickenprofil auf. Optisch aktive Kristalle weisen mindestens eine optische Kristallachse auf, die durch die Kristallstruktur gegeben ist. Breitet sich linear polarisiertes Licht entlang dieser optischen Kristallachse aus, wird die Schwingungsebene des elektrischen Feldvektors um einen Drehwinkel gedreht, der proportional zur im Kristall zurückgelegten Strecke ist. Der entsprechende Proportionalitätsfaktor ist das spezifische Drehvermögen α und stellt eine materialspezifische Größe dar, die von der eingestrahlten Wellenlänge abhängig ist. Das spezifische Drehvermögen wurde beispielsweise für Quarz bei einer Wellenlänge von 180 nm zu α ≈ (325.2 ± 0.5) °/mm bestimmt. Insbesondere erfährt Licht, das sich entlang der optischen Kristallachse im Kristall ausbreitet, keine lineare Doppelbrechung. Der Polarisationszustand von linear polarisiertem Licht wird somit beim Durchstrahlen eines optisch aktiven Kristalls entlang der optischen Kristallachse nicht verändert, sondern weist lediglich eine veränderte räumliche Orientierung der Schwingungsebene des elektrischen Feldvektors auf, die von der Länge der im Kristall zurückgelegten Strecke abhängt.According to one embodiment, the first polarization manipulator is made of optically active crystal material and has a thickness profile varying in the direction of its optical crystal axis. Optically active crystals have at least one optical crystal axis, which is given by the crystal structure. If linearly polarized light propagates along this crystal optical axis, the plane of oscillation of the electric field vector is rotated by a rotation angle which is proportional to the distance traveled in the crystal. The corresponding proportionality factor is the specific rotation α and represents a material-specific variable which depends on the irradiated wavelength. The specific rotatory power was determined for example for quartz at a wavelength of 180 nm to α ≈ (325.2 ± 0.5) ° / mm. In particular, light propagating along the optical crystal axis in the crystal does not undergo linear birefringence. The polarization state of linearly polarized light is thus not changed when irradiating an optically active crystal along the optical crystal axis, but has only a changed spatial orientation of the oscillation plane of the electric field vector, which depends on the length of the distance traveled in the crystal.
Die Erfindung betrifft ferner ein mikrolithographisches Belichtungsverfahren, wobei die Beleuchtungseinrichtung im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage eine Objektebene des Projektionsobjektivs beleuchtet und das Projektionsobjektiv diese Objektebene auf eine Bildebene abbildet, mit den Schritten:
- – Einstellen einer Polarisationsverteilung in der Beleuchtungseinrichtung, welche im Vergleich zu einer einer vorbestimmten, in der Bildebene gewünschten Polarisationsverteilung entsprechenden Ausgangspolarisationsverteilung modifiziert ist, und
- – Umwandeln dieser modifizierten Polarisationsverteilung in die vorbestimmte, in der Bildebene gewünschte Polarisationsverteilung im Projektionsobjektiv,
- Adjusting a polarization distribution in the illumination device which is modified in comparison with an output polarization distribution corresponding to a predetermined polarization distribution desired in the image plane, and
- Converting this modified polarization distribution into the predetermined polarization distribution in the projection objective, which is desired in the image plane,
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Das parallele Lichtbüschel trifft auf ein Divergenz erhöhendes optisches Element
Stromaufwärts der Pupillenebene PP1 der Beleuchtungseinrichtung befindet ein erster Polarisationsmanipulator
Im Ergebnis bildet der erste Polarisationsmanipulator
Zwischen einem letzten optischen Element
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der erste Polarisationsmanipulator
Der Polarisationsmanipulator
Im Ausführungsbeispiel erzeugt der erste Polarisationsmanipulator
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Erzeugung einer näherungsweise oder vollständig tangentialen Polarisationsverteilung beschränkt, so dass es sich bei der durch den ersten Polarisationsmanipulator
In weiteren Ausführungsformen kann der erste Polarisationsmanipulator auch in Form eines sogenannten „Simon-Mukunda-Gadget” in Form einer Anordnung aus zwei relativ zueinander verdrehten Lambda/4-Platten und einer Lambda/2-Platte ausgestaltet sein.In further embodiments, the first polarization manipulator may also be designed in the form of a so-called "Simon Mukunda gadget" in the form of an arrangement of two relatively rotated lambda / 4 plates and one lambda / 2 plate.
Die Erfindung ist nicht auf die Realisierung des zweiten bzw. dritten Polarisationsmanipulators
Des Weiteren ist die Erfindung nicht auf Polarisationsmanipulatoren aus optisch aktivem Material beschränkt. So können in weiteren Ausführungsformen der zweite und dritte Polarisationsmanipulator
In weiteren Ausführungsformen können ausgehend etwa vom Aufbau von
Die Erfindung ist nicht auf die in
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z. B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.While the invention has been described with reference to specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments will become apparent to those skilled in the art. B. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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Effective date: 20120727 |