DE102012206154A1

DE102012206154A1 - Optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage sowie mikrolithographisches Belichtungsverfahren

Info

Publication number: DE102012206154A1
Application number: DE201210206154
Authority: DE
Inventors: Ingo Sänger
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein mikrolithographisches Belichtungsverfahren. Ein optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage umfasst wenigstens eine Spiegelanordnung (200), welche eine Mehrzahl von Spiegelelementen (200a, 200b, 200c, ..., 300a) mit jeweils einer Reflexionsfläche (201, 301) aufweist, wobei diese Spiegelelemente (200a, 200b, 200c, ..., 300a) zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung (200) reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar sind, wobei auf der Reflexionsfläche (201, 301) wenigstens eines dieser Spiegelelemente (200a, 300a) eine retardierende Schicht (202, 302) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein mikrolithographisches Belichtungsverfahren.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Eine solche Projektionsbelichtungsanlage weist eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv auf. Im Mikrolithographieprozess wird das Bild einer mit Hilfe der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) 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.
Im Betrieb einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage besteht der Bedarf, definierte Beleuchtungssettings, d.h. Intensitätsverteilungen in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung, gezielt einzustellen. Hierzu ist außer der Verwendung diffraktiver optischer Elemente (sogenannter DOE’s) auch der Einsatz von Spiegelanordnungen, z.B. aus WO 2005/026843 A2 , bekannt. Solche Spiegelanordnungen umfassen eine Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Mikrospiegel.
Es sind ferner verschiedene Ansätze bekannt, in der Beleuchtungseinrichtung zur Optimierung des Abbildungskontrastes gezielt bestimmte Polarisationsverteilungen in der Pupillenebene und/oder im Retikel einzustellen. Zum Stand der Technik wird beispielsweise auf die WO 2005/069081 A2 , WO 2005/031467 A2 , US 6,191,880 B1 , US 2007/0146676 A1 , WO 2009/034109 A2 , WO 2008/019936 A2 , WO 2009/100862 A1 , DE 10 2008 009 601 A1 und DE 10 2004 011 733 A1 verwiesen.
Des Weiteren ist es u.a. bekannt, optische Elemente in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einer doppelbrechenden Schicht als Kompensationsbeschichtung zu belegen. Zum Stand der Technik wird beispielsweise auf die WO 03/077007 A2 verwiesen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage sowie ein mikrolithographisches Belichtungsverfahren bereitzustellen, welches eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der in der Projektionsbelichtungsanlage einstellbaren Polarisationsverteilungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein erfindungsgemäßes optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage umfasst:

– wenigstens eine Spiegelanordnung, welche eine Mehrzahl von Spiegelelementen mit jeweils einer Reflexionsfläche aufweist, wobei diese Spiegelelemente zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar sind;
– wobei auf der Reflexionsfläche wenigstens eines dieser Spiegelelemente eine retardierende Schicht vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, ausgehend von der Verwendung einer zur Variation der Intensitätsverteilung dienenden Spiegelanordnung mit unabhängig voneinander einstellbaren Spiegelelementen über die Einstellung der Intensitätsverteilung hinaus die Möglichkeit zur flexiblen Einstellung unterschiedlicher Polarisationsverteilungen dadurch zu schaffen, dass die Spiegelelemente selbst in geeigneter Weise ausgestaltet bzw. weitergebildet werden. Dies geschieht erfindungsgemäß in solcher Weise, dass wobei auf der Reflexionsfläche wenigstens eines dieser Spiegelelemente eine retardierende Schicht vorgesehen ist. Hierbei ist der Begriff „retardierende Schicht“ im Sinne der vorliegenden Anmeldung so zu verstehen, dass davon sowohl eine separate auf der betreffenden Reflexionsfläche angeordnete bzw. daran fixierte Optik etwa in Form eines eine Retardierung bewirkenden doppelbrechenden Elementes als auch eine auf der Reflexionsfläche aufgebrachte doppelbrechende Beschichtung umfasst wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Spiegelelement um eine zur zugehörigen Reflexionsfläche senkrechte Achse drehbar angeordnet.
Dadurch, dass die Spiegelelemente eine retardierende Schicht aufweisen, kann in Verbindung mit der erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehenen Drehbarkeit der Spiegelelemente die gezielte Einstellung der schnellen Achse der Doppelbrechung der betreffenden retardierenden Schicht und damit eine gezielte Variation der Polarisationsverteilung des von der Spiegelanordnung reflektierten Lichtes erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist hierbei die jeweilige retardierende Schicht eine schnelle Achse der Doppelbrechung auf, welche in einer zur Reflexionsfläche parallelen Ebene angeordnet ist.
Vorzugsweise sind sämtliche Spiegelelemente der Spiegelanordnung in der beschriebenen Weise ausgestaltet. Gemäß einer Ausführungsform ist auf den Reflexionsflächen sämtlicher Spiegelelemente der Spiegelanordnung jeweils eine retardierende Schicht vorgesehen, wobei die Spiegelelemente jeweils um eine zur zugehörigen Reflexionsfläche senkrechte Achse drehbar angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform bewirkt die retardierende Schicht für senkrecht zur Reflexionsfläche hindurchtretendes Licht einer Arbeitswellenlänge des optischen Systems für einen vollständigen Lichtdurchlauf durch die betreffende retardierende Schicht eine Verzögerung von einem Viertel der Arbeitswellenlänge. Infolgedessen wirkt die retardierende Schicht bei dem im Betrieb des optischen Systems jeweils für die auf das Spiegelelement auftreffenden Lichtstrahlen stattfindenden zweimaligen Durchlaufen der retardierenden Schicht als Lambda/2-Platte bzw. -Schicht, was wiederum einer Spiegelung der Polarisationsrichtung dieses Lichtes an der schnellen Achse der Doppelbrechung gleichkommt. Mittels der erfindungsgemäß hinzukommenden Drehbarkeit der retardierenden Schicht kann so eine kontinuierliche Drehung der Ausgangspolarisationsrichtung des an dem jeweiligen Spiegelelement reflektierten Lichtes erzielt werden, was wiederum mit der weiterhin gegebenen Möglichkeit der Verkippung der Spiegelelemente zu einer flexiblen Einstellung unterschiedlicher polarisierter Beleuchtungssettings genutzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Spiegelelement einen nicht rechteckigen, insbesondere einen runden Querschnitt auf, wodurch ein Verkanten der Spiegelelemente miteinander verhindert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die jeweilige retardierende Schicht mit der zugehörigen Reflexionsschicht, insbesondere mittels Ansprengen oder mittels einer Klebeverbindung, optisch nahtlos verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die jeweilige retardierende Schicht eine für Licht der Arbeitswellenlänge transmissive Schicht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die jeweilige retardierende Schicht aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial, insbesondere kristallines Quarz (SiO₂), Magnesiumfluorid (MgF₂) oder Saphir (Al₂O₃), hergestellt. Grundsätzlich ist gemäß der Erfindung ein beliebiges doppelbrechendes, für Licht der jeweiligen Arbeitswellenlänge hinreichend transparentes Material verwendbar.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Spiegelanordnung an einer Position innerhalb des optischen Systems angeordnet, in welcher ein im Betrieb des optischen Systems auf die Spiegelanordnung auftreffendes Lichtbündel einen maximalen Öffnungswinkel von 30mrad aufweist. Eine solche Anordnung mit einem zumindest näherungsweise senkrechten Lichteinfall hat den Vorteil, dass sich das auf die Spiegelanordnung auftreffende Licht senkrecht zur optischen Kristallachse im Material der retardierenden Schicht ausbreitet, so dass die gewünschte Retardierungswirkung in definierter Weise erhalten werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System stromaufwärts sowie stromabwärts der Spiegelanordnung jeweils einen Umlenkspiegel auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist die jeweilige retardierende Schicht wenigstens eine erste Teilschicht aus optisch positiv einachsigem Kristallmaterial und wenigstens eine zweite Teilschicht aus optisch negativ einachsigem Kristallmaterial auf. Mittels einer solchen Ausgestaltung kann, unter Anwendung des grundsätzlich aus DE 10 2007 059 258 A1 bekannten Prinzips und wie im Weiteren noch näher erläutert, in gewissem Rahmen (nämlich bis zu einem Einfallswinkel von etwa 40°) eine Unabhängigkeit der Retardierungswirkung vom Einfallwinkel des Lichtes auf die Spiegelanordnung erzielt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung etwa bei Arbeitswellenlängen im VUV-Bereich (unterhalb von 250nm) beschränkt. Grundsätzlich ist auch eine Realisierung im EUV (d.h. bei Wellenlängen kleiner als 15 nm) möglich, wobei in diesem Falle als erfindungsgemäße retardierende Schicht eine für EUV-Strahlung geeignete Schicht verwendet wird. Im EUV einsetzbare retardierende Schichten sind beispielsweise aus F. Schäfers et al.: „Soft-x-ray polarimeter with multilayer optics: Complete analysis of the polarization state of light", Applied Optics Vol. 38, No. 19 (1999), sowie aus Z. Wang: „Complete polarization analysis of extreme ultraviolet radiation with a broadband phase retarder and analyzer", Applied Physics Letters 90, 081910 (2007), bekannt.
Die Erfindung betrifft ferner ein mikrolithographisches Belichtungsverfahren, bei welchem mittels einer Lichtquelle erzeugtes Licht einer Beleuchtungseinrichtung einer Projektionsbelichtungsanlage zur Beleuchtung einer Objektebene eines Projektionsobjektivs zugeführt wird und bei welchem die Objektebene mittels des Projektionsobjektivs in eine Bildebene des Projektionsobjektivs abgebildet wird,

– wobei in der Beleuchtungseinrichtung wenigstens eine Spiegelanordnung, welche eine Mehrzahl von Spiegelelementen aufweist, die zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar sind, eingesetzt wird, wobei auf der Reflexionsfläche wenigstens eines dieser Spiegelelemente eine retardierende Schicht vorgesehen ist; und
– wobei durch Verdrehen dieses wenigstens einen Spiegelelements um eine zur zugehörigen Reflexionsfläche senkrechte Achse unterschiedliche Polarisationsverteilungen in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung eingestellt werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem optischen System gemäß der Erfindung; und
2–5 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Anwendung der Erfindung in einer Beleuchtungseinrichtung.
Im Weiteren wird zunächst unter Bezugnahme auf 1 ein prinzipieller Aufbau einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen optischen System erläutert. Die Projektionsbelichtungsanlage weist eine Beleuchtungseinrichtung 10 sowie ein Projektionsobjektiv 20 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 10 dient zur Beleuchtung einer Struktur tragenden Maske (Retikel) 30 mit Licht von einer Lichtquelleneinheit 1, welche beispielsweise einen ArF-Excimerlaser für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm sowie eine ein paralleles Lichtbündel erzeugende Strahlformungsoptik umfasst. Generell sind die Beleuchtungseinrichtung 10 sowie das Projektionsobjektiv 20 bevorzugt für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, weiter insbesondere weniger als 160 nm, ausgelegt.
Gemäß der Erfindung ist Bestandteil der Beleuchtungseinrichtung 10 insbesondere eine Spiegelanordnung 200, wie im Weiteren unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert wird.
Die Beleuchtungseinrichtung 10 weist eine optische Einheit 11 auf, die u.a. im dargestellten Beispiel einen Umlenkspiegel 12 umfasst. In Lichtausbreitungsrichtung nach der optischen Einheit 11 befindet sich im Strahlengang eine Lichtmischeinrichtung (nicht dargestellt), welche z.B. in für sich bekannter Weise eine zur Erzielung einer Lichtmischung geeignete Anordnung aus mikrooptischen Elementen aufweisen kann, sowie eine Linsengruppe 14, hinter der sich eine Feldebene mit einem Retikel-Maskierungssystem (REMA) befindet, welches durch ein in Lichtausbreitungsrichtung nachfolgendes REMA-Objektiv 15 auf die Struktur tragende, in einer weiteren Feldebene angeordnete Maske (Retikel) 30 abgebildet wird und dadurch den ausgeleuchteten Bereich auf dem Retikel begrenzt. Die Struktur tragende Maske 30 wird mit dem Projektionsobjektiv 20 auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht versehenes Substrat 40 bzw. einen Wafer abgebildet. Das Projektionsobjektiv 20 kann insbesondere für den Immersionsbetrieb ausgelegt sein. Ferner kann es eine numerische Apertur NA größer als 0.85, insbesondere größer als 1.1, aufweisen.
2 dient zur Erläuterung von Aufbau und Funktion der in der Beleuchtungseinrichtung 10 eingesetzten Spiegelanordnung 200. Die Spiegelanordnung 200 weist in dem in 2 schematisch dargestellten Aufbau eine Mehrzahl von Spiegelelementen 200a, 200b, 200c, ... auf. Die Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ... sind zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung 200 reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar, wobei gemäß 1 eine Ansteuerungseinheit 105 zur Ansteuerung dieser Verstellung (z.B. über geeignete Aktuatoren, wie im Weiteren noch näher erläutert) vorgesehen sein kann.
Eine in Lichtausbreitungsrichtung vor der Spiegelanordnung 200 befindliche Mikrolinsenanordnung 210 weist eine Vielzahl von Mikrolinsen (nicht dargestellt) zur gezielten Fokussierung auf die Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ... sowie zur Verringerung oder Vermeidung einer Ausleuchtung von „toter Fläche“ und eines Lichtverlusts zwischen den Spiegelelementen auf.
Die Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ... können jeweils individuell, z.B. in einem Winkelbereich von –2° bis +2°, insbesondere –5° bis +5°, weiter insbesondere –10° bis +10°, verkippt werden. In weiteren Ausführungsformen, insbesondere in Verbindung mit der im Weiteren noch näher beschriebenen („einfallswinkelunabhängigen“) Ausgestaltung gemäß 6 können jedoch auch größere Kippwinkel der Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ..., z.B. in einem Winkelbereich von –40° bis +40°, realisiert werden.
Die vorstehend beschriebene Verkippung ist schematisch in 3a gezeigt, wobei eine Verkippung des Spiegelelementes 200a um den Winkel α zu einer Ablenkung des am Spiegelelement 200a reflektierten Strahls um einen Winkel von 2α führt. Wie in 2 angedeutet kann durch diese für sich bekannte Verkippung der Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ... in der Spiegelanordnung 200 in der Pupillenebene PP eine gewünschte Lichtverteilung, z.B. ein annulares Beleuchtungssetting oder auch ein Dipol-Setting oder ein Quadrupol-Setting, ausgebildet werden, indem das zuvor homogenisierte und kollimierte Laserlicht je nach gewünschtem Beleuchtungssetting durch die Mikrospiegel 200a, 200b, 200c, ... jeweils in die entsprechende Richtung gelenkt wird. Die Verkippung kann beispielsweise in bekannter Weise unter Verwendung von piezoelektrischen Aktuatoren erfolgen.
3a–b ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ... am Beispiel des Spiegelelements 200a schematisch dargestellt. Dieses Spiegelelement 200a weist ein Substrat 203 auf, auf welchem zunächst eine die optische Wirkfläche bildende Reflexionsschicht 201 vorgesehen ist. Auf dieser Reflexionsschicht 201 befindet sich nun gemäß der Erfindung eine (z.B. durch Ansprengen oder Aufkleben aufgebrachte) retardierende Schicht 202, deren Wirkungsweise im Folgenden näher erläutert wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist jedes der Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ... der Spiegelanordnung 200 – wie am besten aus 4 ersichtlich – mit einer solchen retardierenden Schicht 202 versehen, wobei diese retardierende Schicht 202 im Ausführungsbeispiel als Lambda/4-Schicht ausgebildet ist.
Die retardierende Schicht 202 selbst kann aus einem beliebigen geeigneten, bei der verwendeten Arbeitswellenlänge (z.B. ca. 193 nm oder ca. 157 nm) hinreichend transparentem Material wie etwa kristallinem Quarz (mit zur Lichtausbreitungsrichtung senkrechter Ausrichtung der optischen Kristallachse zwecks Ausnutzung der linearen Doppelbrechung) oder Magnesiumfluorid (MgF₂) hergestellt sein. Dabei kann die retardierende Schicht 202 beispielsweise als separates optisches Element an dem jeweiligen Spiegelelement (z.B. mittels Ansprengen oder Aufkleben) befestigt oder auch als Beschichtung (= „Coating“) aufgebracht werden. Dabei ist die (in 5 mit „fa“) bezeichnete schnelle Achse der Doppelbrechung der retardierenden Schicht 202 parallel zur Ebene der hochreflektierenden (HR-)Beschichtung des betreffenden Spiegelelements 200a, d.h. senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung bzw. z-Richtung, angeordnet.
Wie schematisch in 3b dargestellt wird erfindungsgemäß zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Verkippbarkeit der Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ... eine Verdrehbarkeit dieser Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ... bereitgestellt. Diese Verdrehung erfolgt um die (in 3 und 4 mit „EA“ bezeichnete) Elementachse des betreffenden Spiegelelements bzw. die z-Achse im eingezeichneten Koordinatensystem und kann beispielsweise mittels eines Motors oder auch mittels eines piezoelektrischen Aktuators realisiert werden. Insbesondere kann die Verdrehung unter Einsatz eines Hebelarms mit radial zur Elementachse EA des jeweiligen Spiegelelementes 200a angeordneter Hebel- bzw. Drehachse erfolgen, wobei eine Verschiebung dieses Hebelarms über die Variation eines an piezoelektrische Kontakte am Hebelarm angelegten elektrischen Feldes erfolgen kann. Dabei lässt sich über einen Drehwinkelbereich von ±45° eine kontinuierliche Veränderung des Polarisationsdrehwinkels im Bereich von 0° bis 90° erzielen.
Infolge der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung kann mit jedem Spiegelelement 200a, 200b, 200c, ... zum einen gemäß 3a durch Verkippung des jeweiligen Spiegelelements 200a, 200b, 200c, ... in für sich bekannter Weise der Reflexionswinkel eingestellt und zum anderen gemäß 3b durch Verdrehung des jeweiligen Spiegelelements 200a, 200b, 200c, ... die Polarisationsrichtung eingestellt werden.
Auf einen auf das betreffende Spiegelelement 200a auftreffenden Lichtstrahl, welcher gemäß 4 an der Reflexionsfläche 201 des betreffenden Spiegelelements 200a reflektiert wird, wirkt die retardierende Schicht 202 wegen des zweimaligen Durchlaufens als Lambda/2-Schicht. Die vorstehend beschriebene Verdrehung des Spiegelelements 200a geht nun mit einer Drehung der schnellen Achse fa der Doppelbrechung einher. Dies führt – wie in 4 schematisch dargestellt – dazu, dass die Polarisationsrichtung des vom Spiegelelement 200a ausgehenden Lichtes ebenfalls gedreht wird, da die Lambda/2-Schicht eine Spiegelung der Polarisationsrichtung an der schnellen Achse „fa“ der Doppelbrechung bewirkt.
Gemäß 4 ist etwa der auf das Spiegelelement 200a auftreffende Lichtstrahl „S“ vor Auftreffen auf das Spiegelelement bzw. Eintritt in die retardierende Schicht 202 p-polarisiert, und nach zweimaligem Durchlaufen der retardierenden Schicht 202 sowie Reflexion an der Reflexionsfläche 201 des betreffenden Spiegelelements 200a s-polarisiert, weist also einen zur ursprünglichen Polarisationsrichtung orthogonalen bzw. um einen Polarisationsdrehwinkel von 90° gedrehten Polarisationszustand auf.
Wird allgemein das Spiegelelement 200a so um die Elementachse EA verdreht, dass die schnelle Achse „fa“ der Doppelbrechung der retardierenden Schicht 202 um den Winkel β relativ zur Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes verdreht ist, so wird die Polarisationsrichtung des an der Reflexionsschicht 201 des Spiegelelementes 200a reflektierten und die retardierenden Schicht 202 zweimal durchlaufenden Lichtes effektiv um einen Winkel von 2β gedreht. Damit ist mittels Verdrehung des Spiegelelementes 200a um seine Elementachse EA auch die Polarisationsrichtung des von dem Spiegelelement letztlich ausgehenden, in die Pupillenebene PP gemäß 1 und 2 gelenkten Lichtes 200a kontinuierlich drehbar.
Indem wie vorstehend beschrieben die einzelnen Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ... der Spiegelanordnung 200 voneinander unabhängig verkippt und verdreht werden, lassen sich in flexibler Weise und während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage sowie ohne Erfordernis des Austauschs polarisationsbeeinflussender Elemente voneinander verschiedene polarisierte Beleuchtungssettings in der Pupillenebene PP einstellen, welche sich in der Intensitäts- und Polarisationsverteilung voneinander unterscheiden.
6 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche eine von Einfallswinkel des auf das jeweilige Spiegelelement auftreffenden Lichtes unabhängige Drehung der Polarisationsrichtung ermöglicht.
Eine solche Ausgestaltung ist in Situationen vorteilhaft, bei denen das betreffende Spiegelelement bzw. die gesamte Spiegelanordnung nicht unter senkrechtem Lichteinfall betrieben wird, sondern in denen eine Winkelverteilung der auf das Spiegelelement auftreffenden Lichtstrahlen vorliegt. Insbesondere ist die im Folgenden beschriebene „einfallswinkelunabhängige“ Ausgestaltung der retardierenden Schicht sowohl bei Betrieb der Spiegelanordnung unter nicht-senkrechtem Lichteinfall als auch bei relativ großen Kippwinkeln der Spiegelelemente 200a, 200b, 200c, ... der Spiegelanordnung 200 (z.B. von bis zu 40°) vorteilhaft.
Die in 6 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen aus 3–5 dadurch, dass die gemäß 6 vorgesehene retardierende Schicht 302 aus zwei Schichten 302a, 302b von entgegengesetztem optischem Charakter (d.h. als Kombination von optisch positiv einachsigem und optisch negativ einachsigem Kristallmaterial) aufgebaut ist. Unter einem optisch positiv einachsigen Kristallmaterial (auch: doppelbrechendes Material von optisch positivem Charakter) wird hier und im Folgenden – im Einklang mit der üblichen Terminologie – ein optisch einachsiges Kristallmaterial verstanden, für das die außerordentliche Brechzahl n_e größer als die ordentliche Brechzahl n_o ist. Entsprechend wird unter einem optisch negativ einachsigen Kristallmaterial (auch: doppelbrechendes Material von optisch negativem Charakter) ein optisch einachsiges Kristallmaterial verstanden, für das die außerordentliche Brechzahl n_e kleiner als die ordentliche Brechzahl n_o ist. Beispielsweise geeignete, für typische Arbeitswellenlängen der Mikrolithographie von weniger als 250 nm hinreichend transparente optisch positive Materialien sind kristallines Quarz (SiO₂) und Magnesiumfluorid (MgF₂). Beispielsweise geeignete optisch negative Materialien sind Saphir (Al₂O₃) und Lanthanfluorid (LaF₃).
Hinsichtlich beispielhafter quantitativer Angaben zu den in der retardierenden Schicht 302 jeweils vorhandenen Teilschichten 302a, 302b geeigneten Dicken wird auf die DE 10 2007 059 258 A1 (vgl. dort Tabellen 1 ff.) Bezug genommen, wobei die dort zur Erzeugung einer Lambda/2-Platte angegebenen Dicken sowohl der optisch positiv einachsigen Teilschicht als auch der optisch negativ einachsigen Teilschicht für die im erfindungsgemäßen Aufbau erzielte Wirkung (d.h. einer Lambda/4-Verzögerung bei einmaligem Lichtdurchtritt) entsprechend zu halbieren sind.
Grundsätzlich kann der gemäß 6 verwirklichte erfindungsgemäße Effekt der Reduzierung der Winkelabhängigkeit der Verzögerung sowohl bei zueinander senkrechter Orientierung der beiderseitigen optischen Kristallachsen in den betreffenden 302a, 302b als auch bei zueinander paralleler Orientierung dieser Kristallachsen erzielt werden.
Im Falle der zueinander senkrechten Orientierung der Kristallachsen wird der Umstand ausgenutzt, dass die Verzögerung mit steigendem Kippwinkel α (ausgehend von einer Position mit senkrechtem Lichteinfall) in der einen Schicht 302a kontinuierlich abnimmt, wohingegen sie in der anderen Schicht 302b mit steigendem Kippwinkel α kontinuierlich zunimmt, so dass im Ergebnis ein Kompensationseffekt im Sinne einer geringeren Variation der Verzögerung in Abhängigkeit von dem Kippwinkel des Verzögerungselementes erzielt wird.
Im Falle der zueinander parallelen Orientierung der Kristallachsen wird erfindungsgemäß der Umstand ausgenutzt, dass aufgrund der unterschiedlichen Brechzahlen der beiden Kristallmaterialien von optisch entgegengesetztem Charakter bei einer Verkippung des Verzögerungselementes der einfallende Lichtstrahl das Teilelement mit größerer mittlerer Brechzahl noch mit einem zum Lot geringeren Winkel (also in einer dem senkrechten Lichtdurchtritt noch „näher kommenden“ Position) durchquert als das Teilelement mit geringerer mittlerer Brechzahl. Infolgedessen zeigt sich bei zunehmender Verkippung des Spiegelelementes (bzw. zunehmendem Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung auf das Spiegelelement) in dem Kristallmaterial mit geringerer mittlerer Brechzahl effektiv eine stärke Winkelabhängigkeit, was wiederum dadurch für den gewünschten Kompensationseffekt ausgenutzt werden kann, dass in der Schicht aus dem Kristallmaterial geringerer mittlerer Brechzahl im Vergleich zu dem Kristallmaterial mit größerer mittlerer Brechzahl durch geeignete Wahl der beiderseitigen Bauteildicken die größere Verzögerung eingestellt wird. In Verbindung mit dem optisch entgegengesetzten Charakter der beiden Schichten kann hierdurch ebenfalls bis zu einer gewissen Bauteildicke (nämlich solange die stärkere Winkelabhängigkeit im schwächer brechenden Kristallmaterial diejenige im stärker brechenden Kristallmaterial nicht überkompensiert) ein Kompensationseffekt im Sinne einer geringeren Variation der Verzögerung in Abhängigkeit vom Kippwinkel des Spiegelelementes erzielt werden.
In weiteren Ausführungsbeispielen können in Situationen, bei denen die Spiegelanordnung nicht unter senkrechtem Lichteinfall, sondern nur mit einer Winkelverteilung der auf die jeweiligen Spiegelelemente auftreffenden Lichtstrahlen betrieben werden kann, auch Spiegelelemente mit entsprechenden retardierenden Schichten verwendet werden, welche zwar ohne die vorstehend beschriebene Materialkombination hergestellt sind (d.h. nur aus optisch positiv einachsigem oder nur aus optisch negativ einachsigem Material bestehen), jedoch als Schichten „nullter Ordnung“ ausgelegt sind, also die zur Erzielung des gewünschten Polarisationsdrehwinkels (von 90° bei zweimaligem Lichtdurchtritt) minimale Dicke aufweisen.
7 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren möglichen Anwendung der Erfindung in einer Beleuchtungseinrichtung, welche ebenfalls eine entsprechend der Erfindung ausgestaltete Spiegelanordnung 700 mit einer Mehrzahl von unabhängig voneinander verstellbaren Spiegelelementen 700a, 700b, 700c, ... aufweist. Gemäß 7 ist in Lichtausbreitungsrichtung vor dieser Spiegelanordnung 700 sowie auch in Lichtausbreitungsrichtung nach dieser Spiegelanordnung 700 jeweils ein Umlenkspiegel 701 bzw. 702 angeordnet, über welche das sich zunächst entlang der optischen Systemachse OA ausbreitende Beleuchtungslicht mittels Reflexion am ersten Umlenkspiegel 701 in Richtung zur Spiegelanordnung 700 abgelenkt und – nach Einstellung eines gewünschten Beleuchtungssettings durch entsprechende Ansteuerung der Spiegelelemente 700a, 700b, 700c, ... der Spiegelanordnung 700 über eine Ansteuerungseinheit 705 – mittels Reflexion am zweiten Umlenkspiegel 702 wieder in eine Richtung näherungsweise parallel zur optischen Systemachse OA zu den weiteren in der Beleuchtungseinrichtung vorgesehenen Komponenten 703, ... gelenkt wird. Die Spiegelelemente 700a, 700b, 700c, ... der Spiegelanordnung 700 (oder zumindest eines von diesen) sind analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen mit einer retardierenden Schicht versehen und ggf. drehbar ausgestaltet, um auch in dem in 7 gezeigten Aufbau über die Einstellung der Intensitätsverteilung hinaus die Möglichkeit zur flexiblen Einstellung unterschiedlicher Polarisationsverteilungen zu schaffen.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/026843 A2 [0003]
WO 2005/069081 A2 [0004]
WO 2005/031467 A2 [0004]
US 6191880 B1 [0004]
US 2007/0146676 A1 [0004]
WO 2009/034109 A2 [0004]
WO 2008/019936 A2 [0004]
WO 2009/100862 A1 [0004]
DE 102008009601 A1 [0004]
DE 102004011733 A1 [0004]
WO 03/077007 A2 [0005]
DE 102007059258 A1 [0021, 0049]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

F. Schäfers et al.: „Soft-x-ray polarimeter with multilayer optics: Complete analysis of the polarization state of light“, Applied Optics Vol. 38, No. 19 (1999) [0022]
Z. Wang: „Complete polarization analysis of extreme ultraviolet radiation with a broadband phase retarder and analyzer”, Applied Physics Letters 90, 081910 (2007) [0022]

Claims

Optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit • wenigstens einer Spiegelanordnung (200, 700), welche eine Mehrzahl von Spiegelelementen (200a, 200b, 200c, ..., 300a, 700a, 700b, 700c, ...) mit jeweils einer Reflexionsfläche (201, 301) aufweist, wobei diese Spiegelelemente (200a, 200b, 200c, ..., 300a, 700a, 700b, 700c, ...) zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung (200, 700) reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar sind; • wobei auf der Reflexionsfläche (201, 301) wenigstens eines dieser Spiegelelemente (200a, 300a) eine retardierende Schicht (202, 302) vorgesehen ist.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens eine Spiegelelement (200a, 300a) um eine zur zugehörigen Reflexionsfläche (201, 301) senkrechte Achse drehbar angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Reflexionsflächen (201, 301) sämtlicher dieser Spiegelelemente (200a, 200b, 200c, ..., 300a) jeweils eine retardierende Schicht (202, 302) vorgesehen ist, wobei die Spiegelelemente jeweils um eine zur zugehörigen Reflexionsfläche (201, 301) senkrechte Achse drehbar angeordnet sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige retardierende Schicht (202, 302) eine schnelle Achse der Doppelbrechung aufweist, welche in einer zur Reflexionsfläche (201, 301) parallelen Ebene angeordnet ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige retardierende Schicht (202, 302) für senkrecht zur Reflexionsfläche (201, 301) hindurchtretendes Licht einer Arbeitswellenlänge für einen vollständigen Lichtdurchlauf durch die betreffende retardierende Schicht (202, 302) eine Verzögerung von einem Viertel der Arbeitswellenlänge bewirkt.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Spiegelelement (200a, 300a) um die zur zugehörigen Reflexionsfläche (201, 301) senkrechte Achse in einem Winkelbereich von wenigstens ±10°, insbesondere wenigstens ±20°, und weiter insbesondere ±45°, drehbar angeordnet ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelelemente (200a, 200b, 200c, ..., 300a) jeweils einen nicht rechteckigen Querschnitt, insbesondere einen runden Querschnitt, aufweisen.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige retardierende Schicht (202, 302) mit der zugehörigen Reflexionsschicht (201), insbesondere mittels Ansprengen oder mittels einer Klebeverbindung, optisch nahtlos verbunden ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige retardierende Schicht (202, 302) eine für Licht der Arbeitswellenlänge transmissive Schicht ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige retardierende Schicht (202, 302) aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial, insbesondere kristallines Quarz (SiO₂), Magnesiumfluorid (MgF₂) oder Saphir (Al₂O₃), hergestellt ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelanordnung (200) an einer Position innerhalb des optischen Systems angeordnet ist, in welcher ein im Betrieb des optischen Systems auf die Spiegelanordnung auftreffendes Lichtbündel einen maximalen Öffnungswinkel von 30mrad aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses stromaufwärts sowie stromabwärts der Spiegelanordnung (700) jeweils einen Umlenkspiegel (701, 702) aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige retardierende Schicht (302) wenigstens eine erste Teilschicht (302a) aus optisch positiv einachsigem Kristallmaterial und wenigstens eine zweite Teilschicht (302b) aus optisch negativ einachsigem Kristallmaterial aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, weiter insbesondere weniger als 160 nm ausgelegt ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 15 nm ausgelegt ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung (10) und einem Projektionsobjektiv (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (10) ein optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Mikrolithographisches Belichtungsverfahren, bei welchem mittels einer Lichtquelle erzeugtes Licht einer Beleuchtungseinrichtung (10) einer Projektionsbelichtungsanlage zur Beleuchtung einer Objektebene eines Projektionsobjektivs (20) zugeführt wird und bei welchem die Objektebene mittels des Projektionsobjektivs (20) in eine Bildebene des Projektionsobjektivs (20) abgebildet wird, • wobei in der Beleuchtungseinrichtung (10) wenigstens eine Spiegelanordnung (200, 700), welche eine Mehrzahl von Spiegelelementen (200a, 200b, 200c, ..., 300a, 700a, 700b, 700c, ...) aufweist, die zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung (200, 700) reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar sind, eingesetzt wird, wobei auf der Reflexionsfläche (201, 301) wenigstens eines dieser Spiegelelemente (200a, 300a) eine retardierende Schicht (202, 302) vorgesehen ist; und • wobei durch Verdrehen dieses wenigstens einen Spiegelelements (200a, 300a) um eine zur zugehörigen Reflexionsfläche (201, 301) senkrechte Achse unterschiedliche Polarisationsverteilungen in einer Pupillenebene (PP) der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellt werden.
Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines Substrats (40), auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist; • Bereitstellen einer Maske (30), die abzubildende Strukturen aufweist; • Bereitstellen einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche ein optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist; und • Projizieren wenigstens eines Teils der Maske (30) auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage.