DE102012207572A1

DE102012207572A1 - Beleuchtungsoptik

Info

Publication number: DE102012207572A1
Application number: DE201210207572
Authority: DE
Inventors: Michael Patra
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-05-08

Abstract

Beleuchtungsoptik (4) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie zur Führung von Beleuchtungsstrahlung (16) von einer Strahlungsquelle (2) hin zu einem Beleuchtungsfeld (5) umfassend einen Feldfacettenspiegel (19) mit einer Mehrzahl von Feldfacetten (38) und einen Pupillenfacettenspiegel (20) mit einer Mehrzahl von Pupillenfacetten (37), wobei die Feldfacetten (38) den Pupillenfacetten (37) zur Ausbildung von Beleuchtungskanälen zur Beleuchtung eines Objektfeldes (5) mit einem bestimmten Einfallswinkel jeweils individuell zuordenbar sind, wobei zumindest einige der Feldfacetten (38) eine Vielzahl von separaten Einzelspiegeln (26) aufweisen mit Einzelspiegel-Reflexionsflächen (35), wobei zumindest einige der Einzelspiegel (26) der jeweiligen Feldfacette (38) individuell zwischen mindestens zwei Kippstellungen verkippbar ausgebildet sind, wobei die von den jeweiligen Einzelspiegeln (26) reflektierte Beleuchtungsstrahlung (16) in einer ersten Kippstellung zu einer Gesamtintensität der Beleuchtungsstrahlung (16) des jeweiligen Beleuchtungskanals im Objektfeld (5) beiträgt, und wobei die von den jeweiligen Einzelspiegeln (26) reflektierte Beleuchtungsstrahlung (16) in einer zweiten Kippstellung nicht zur Beleuchtungsstrahlung (16) des jeweiligen Beleuchtungskanals im Objektfeld (5) beiträgt, sodass die Gleichförmigkeit der einzelnen Beleuchtungskanäle im Bereich des Objektfeldes (5) durch Verkippung einer geeigneten Anzahl von Einzelspiegeln (26) an einen vorgegebenen Wert anpassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik zur Führung von Beleuchtungsstrahlung zu einem Beleuchtungsfeld, ein Verfahren zur Beleuchtung eines Objektfeldes, ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage und ein optisches System mit einer entsprechenden Beleuchtungsoptik. Schließlich betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauteils und ein derart hergestelltes Bauteil.
Beleuchtungsoptiken sind aus der DE 10 2008 009 600 A1 und der DE 10 2009 045 694 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige Beleuchtungsoptiken zu verbessern.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, eine Beleuchtungsoptik mit einem Feldfacettenspiegel mit einer Mehrzahl von Feldfacetten auszubilden, wobei zumindest einige der Feldfacetten eine Vielzahl von separaten, individuell zwischen mindestens zwei Kippstellungen verkippbar ausgebildeten Einzelspiegeln aufweisen, wobei die von den jeweiligen Einzelspiegeln reflektierte Beleuchtungsstrahlung in der ersten Kippstellung zu einer Gesamtintensität der Beleuchtungsstrahlung des jeweiligen Beleuchtungskanals im Objektfeld beiträgt, und wobei die von den jeweiligen Einzelspiegeln reflektierte Beleuchtungsstrahlung in der zweiten Kippstellung nicht zur Beleuchtung des Objektfeldes beiträgt, so dass die Gesamtintensität sowie insbesondere die Gleichförmigkeit der einzelnen Strahlungskanäle im Bereich des Objektfeldes durch Verkippung einer geeigneten Anzahl von Einzelspiegeln an einen vorgegebenen Wert anpassbar ist. Die relevante Größe für die Gleichförmigkeit ist die Stärke der Ortsabhängigkeit der Intensität eines Strahlungskanals im Objektfeld. Projiziert die Projektionsbelichtungsanlage während einer kontinuierlichen Verlagerung eines Objekthalters – eine solche Projektionsbelichtungsanlage wird auch als Scanner bezeichnet – so ist nur das Integral der Intensität senkrecht zur Verlagerungsrichtung relevant.
Mit anderen Worten weist die Beleuchtungsoptik unterschiedliche Betriebsmodi auf: In einem ersten Betriebsmodus werden sämtliche Einzelspiegel einer Feldfacette derart verkippt, dass sie zur Gesamtintensität der Beleuchtungsstrahlung des jeweiligen Strahlungskanals im Objektfeld beitragen. Hierdurch wird die Gesamtintensität jedes einzelnen Strahlungskanals maximiert. Dabei kann es zu einer Feldabhängigkeit der Intensitätsverteilung über die Einfallswinkel, insbesondere zu einer Feldabhängigkeit der Pupille, kommen. In anderen Betriebsmodi wird die Feldabhängigkeit der Pupille durch Verkippen einer geeigneten Auswahl von Einzelspiegeln einer Auswahl der Feldfacetten in die jeweils zweite Kippstellung stark verringert. Dies ermöglicht den Einsatz von Beleuchtungsmasken, welche nicht speziell an eine feldabhängige Pupille angepasst sind beziehungsweise nur auf eine eingeschränkte Weise an eine eingeschränkte Feldabhängigkeit angepasst sind.
Die Einzelspiegelreflexionsflächen sind insbesondere derart ausgebildet, dass ein von ihnen reflektierter Anteil der Beleuchtungsstrahlung jeweils einen Objektfeld-Abschnitt beleuchtet, dessen Fläche höchstens 1% der Fläche des gesamten Objektfeldes beträgt. Bei den Einzelspiegeln handelt es sich vorzugsweise um Mikrospiegel. Sie weisen vorzugsweise jeweils eine Reflexionsfläche von höchstens 10^–6 m², insbesondere höchstens 10^–8 m², insbesondere höchstens 10^–10 m² auf. Hierdurch wird eine sehr genaue Anpassung der Gesamtintensität und/oder Uniformität der einzelnen Strahlungskanäle ermöglicht.
Die Anzahl der Einzelspiegel, welche zu einem Beleuchtungskanal beitragen, liegt im Bereich von 1 bis 10⁶, insbesondere im Bereich von 10² bis 10⁴. Die Anzahl der Einzelspiegel eines Beleuchtungskanals, die zur Beleuchtung des Objektfeldes an einer bestimmten Koordinate senkrecht zur Verlagerungsrichtung des Objekthalters beitragen, liegt im Bereich von 3 bis 100, insbesondere im Bereich von 5 bis 20.
Die Einzelspiegel können in Einzelspiegel-Gruppen von jeweils mindestens 16 Einzelspiegeln angeordnet sein. Die Gruppen weisen insbesondere mindestens 64, insbesondere mindestens 144 Einzelspiegel auf. Hierbei haben die Einzelspiegel aus unterschiedlichen Einzelspiegel-Gruppen einen Abstand, welcher mindestens doppelt so groß ist wie ein Abstand zweier Einzelspiegel derselben Einzelspiegel-Gruppe. Der Abstand zwischen zwei Einzelspiegel-Gruppen ist insbesondere mindestens fünfmal so groß, insbesondere mindestens zehnmal so groß wie der Abstand zweier benachbarter Einzelspiegel derselben Gruppe. Der Abstand zwischen zwei Einzelspiegel-Gruppen beträgt mindestens ein Zehntel des Durchmessers eines Einzelspiegels, insbesondere mindestens die Hälfte des Durchmessers eines Einzelspiegels. Die Gesamt-Facettenreflexionsfläche ist somit unzusammenhängend ausgebildet. Sie weist insbesondere einen unzusammenhängenden Rand auf. Der Rand der Gesamt-Facettenreflexionsfläche kann insbesondere zumindest abschnittsweise gezackt ausgebildet sein. Aufgrund der individuellen Verkippbarkeit der Einzelspiegel ist es dennoch möglich, die Feldabhängigkeit der Pupille im Wesentlichen zu eliminieren.
Die Einzelspiegel-Gruppen können jeweils als mikro-elektromechanisches System (MEMS) ausgebildet sein.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Beleuchtung eines Objektfeldes zu verbessern. Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Die Vorteile entsprechen den vorhergehend beschriebenen.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage, ein optisches System und eine Projektionsbelichtungsanlage zu verbessern. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 9, 10 und 11 gelöst. Die Vorteile entsprechen den vorhergehend beschriebenen.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauteils und ein entsprechendes Bauteil zu verbessern. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 12 und 13 gelöst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch einen Meridionalschnitt durch eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithographie;
2 schematisch eine Aufsicht auf einen Ausschnitt eines aus Einzelspiegel aufgebauten Feldfacettenspiegel zum Einsatz in der Projektionsbelichtungsanlage nach 1;
3 schematisch eine Aufsicht auf einen Ausschnitt einer Einzelspiegel-Gruppe des Feldfacettenspiegels gemäß 2,
4 eine Ansicht eines Ausschnitts einer Einzelspiegel-Zeile der Einzelspiegel-Gruppe nach 3 aus Blickrichtung IV in 3,
5 eine Darstellung der scanintegrierten Intensität eines Beleuchtungskanals für ein aus dem Stand der Technik bekanntes EUV-Beleuchtungssystem,
6–8 eine Darstellung der scanintegrierten Intensität eines Beleuchtungskanals für ein Beleuchtungssystem, dessen Feldfacetten aus Einzelspiegeln aufgebaut sind, in verschiedenen Betriebsmodi.
1 zeigt schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikro-Lithographie. Zur Projektionsbelichtungsanlage 1 gehört eine Strahlungsquelle 2. Ein Beleuchtungssystem 3 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat eine Beleuchtungsoptik 4 zur Belichtung eines mit einem Objektfeld 5 zusammenfallenden Beleuchtungsfeldes in einer Objektebene 6. Das Beleuchtungsfeld kann auch größer sein als das Objektfeld 5. Hierbei trägt außerhalb des Objektfeldes 5 fallende Strahlung nicht zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 bei. Belichtet wird hierbei ein Objekt in Form eines im Objektfeld 5 angeordneten Retikels 7, das von einem Objekt- beziehungsweise Retikelhalter 8 gehalten ist. Der Objekthalter 8 ist über einen Objektverlagerungsantrieb 9 längs einer Verlagerungsrichtung verlagerbar. Eine Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem ebenfalls nicht dargestellten Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über eine Waferverlagerungsantrieb 15 synchronisiert zum Objekthalter 8 ebenfalls längs der Verlagerungsrichtung verlagerbar.
Bei der Strahlungsquelle 2 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Es kann sich dabei um eine Plasmaquelle, beispielsweise um eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, gasdischarge-produced plasma) oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, laser-produced plasma) handeln. Auch eine Strahlungsquelle, die auf einem Synchrotron oder auf einem freien Elektronenlaser (FEL) basiert, ist für die Strahlungsquelle 2 einsetzbar. Informationen zu einer derartigen Strahlungsquelle findet der Fachmann beispielsweise aus der US 6,859,515 B2 . EUV-Strahlung 16, die von der Strahlungsquelle 2 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Ein entsprechender Kollektor ist aus der EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor 17 propagiert die EUV-Strahlung 16 durch eine Zwischenfokusebene 18, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 19 trifft. Der Feldfacettenspiegel 19 ist ein erster Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik 4. Der Feldfacettenspiegel 19 weist eine Vielzahl von Einzelspiegeln 26 auf, die in der 1 nicht dargestellt sind. Der Feldfacettenspiegel 19 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die zur Objektebene 6 optisch konjugiert ist.
Die EUV-Strahlung 16 wird nachfolgend auch als Beleuchtungsstrahlung, Beleuchtungslicht oder Abbildungslicht bezeichnet.
Nach dem Feldfacettenspiegel 19 wird die EUV-Strahlung 16 von einem Pupillenfacettenspiegel 20 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 20 ist ein zweiter Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik 4. Der Pupillenfacettenspiegel 20 ist in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die zur Zwischenfokusebene 18 und zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist oder mit dieser Pupillenebene zusammenfällt. Der Pupillenfacettenspiegel 20 hat eine Mehrzahl von Pupillenfacetten 37. Mit Hilfe der Pupillenfacetten 37 des Pupillenfacettenspiegels 20 und einer nachfolgenden abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 21 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs bezeichneten Spiegeln 22, 23 und 24 werden durch nachfolgend noch näher beschriebene Einzelspiegel-Gruppen 34 (vgl. 2 und 3) des Feldfacettenspiegels 19, welche jeweils eine Gruppen-Reflexionsfläche 36 aufweisen, gebildete Feldfacetten 38 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der letzte Spiegel 24 der Übertragungsoptik 21 ist ein Spiegel für streifenden Einfall („Grazing Incidence-Spiegel“).
Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen ist in der 1 ein kartesisches xyz-Koordinatensystem als globales Koordinatensystem für die Beschreibung der Lageverhältnisse von Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 eingezeichnet. Hierbei ist die z-Richtung jeweils parallel zur optischen Achse, das heißt zur zentralen Hauptstrahlrichtung ausgerichtet. Die x-Richtung verläuft in 1 senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein. Die y-Richtung ist in der 1 nach rechts laufend dargestellt. Sie ist im Bereich der Objektebene 6 parallel zur Verlagerungsrichtung des Objekthalters 8 und im Bereich der Bildebene 12 parallel zur Verlagerungsrichtung des Waferhalters 14.
3 zeigt Details des prinzipiellen Aufbaus einer Einzelspiegel-Gruppe 34 des Feldfacettenspiegels 19 in einer stark schematischen Darstellung. Die Gruppen-Reflexionsfläche 36 der Einzelspiegel-Gruppen ist zeilen- und spaltenweise unterteilt in ein Raster aus Einzelspiegeln 26 mit Einzelspiegel-Reflexionsflächen 35. Die Einzelspiegel-Reflexionsflächen 35 der individuellen Einzelspiegel 26 sind plan und weisen keine Krümmung auf. Die Einzelspiegel-Reflexionsflächen 35 sind jeweils durch eine EUV-reflektierende Beschichtung, insbesondere eine mehrlagige Beschichtung, gebildet. Eine Einzelspiegel-Zeile 27 weist eine Mehrzahl der direkt nebeneinander liegenden Einzelspiegel 26 auf. In einer Einzelspiegel-Zeile 27 können mehrere zehn bis mehrere hundert der Einzelspiegel 26 vorgesehen sein. Im Beispiel nach 3 sind die Einzelspiegel 26 quadratisch. Auch andere Formen von Einzelspiegeln, die eine möglichst lückenlose Belegung der Reflexionsfläche 20 ermöglichen, können eingesetzt sein. Derartige alternative Einzelspiegel-Formen sind aus der mathematischen Theorie der Parkettierung bekannt.
Eine Einzelspiegel-Spalte 28 hat, je nach Ausführung des Feldfacettenspiegels 19 und der Einzelspiegel-Gruppe 34, ebenfalls eine Mehrzahl der Einzelspiegel 26. Pro Einzelspiegel-Spalte 28 sind beispielsweise einige zehn oder einige hundert der Einzelspiegel 26 vorgesehen.
In x-Richtung hat die Reflexionsfläche 25 des Feldfacettenspiegels 19 eine Erstreckung von x₀. In y-Richtung hat die Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels 19 eine Erstreckung von y₀.
Der gesamte Feldfacettenspiegel 19 hat eine x₀/y₀-Erstreckung, die je nach Ausführung beispielsweise 300 mm × 300 mm oder 600 mm × 600 mm beträgt.
Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen ist in der 3 ein kartesisches uvw-Koordinatensystem als lokales Koordinatensystem der Einzelspiegel-Gruppe 34 eingezeichnet. In der 3 verläuft die u-Achse horizontal nach rechts parallel zu den Einzelspiegel-Zeilen 27. Die v-Achse läuft in der 3 nach oben parallel zu den Einzelspiegel-Spalten 28. Die w-Achse steht senkrecht auf der Zeichenebene der 3 und läuft aus dieser heraus.
Die y-Richtung des globalen Koordinatensystems nach 1, also die Verlagerungsrichtung für das Retikel 7 und den Wafer 13, und die v-Richtung des lokalen Koordinatensystems nach 3, also die Spaltenrichtung des Einzelspiegel-Arrays, verlaufen vorzugsweise nicht parallel zueinander. Die Einzelspiegel 26 sind insbesondere gegen die zur Verlagerungsrichtung des Objekthalters 8 beziehungsweise des Waferhalters 14 parallelen y-Richtung verdreht. Hierunter sei verstanden, dass die Einzelspiegel 26 jeweils rechteckige Reflexionsflächen 35 aufweisen, deren Seiten einen Winkel b von mindestens 10° mit der y-Richtung einschließen. Der Winkel b kann insbesondere 45° betragen.
Je nach Ausführung des Feldfacettenspiegels 19 haben die Einzelspiegel 26 u/v-Erstreckungen im Bereich von 10 μm × 10 μm bis beispielsweise 2 mm × 2 mm. Die Einzelspiegel 26 weisen insbesondere Einzelspiegel-Reflexionsflächen 35 mit einer Fläche von höchstens 10^–6 m², insbesondere höchstens 10^–8 m², insbesondere höchstens 10^–10 m² auf. Sie sind somit derart ausgebildet, dass ein von ihnen reflektierter Anteil der Beleuchtungsstrahlung 16 jeweils einen Abschnitt des Objektfeldes 5 beleuchtet, dessen Fläche höchstens 1%, insbesondere höchstens 1‰, insbesondere höchstens 0,1‰ der Fläche des gesamten Objektfeldes 5 beträgt. Die Einzelspiegel 26 weisen insbesondere identische Abmessungen auf. Sie sind vorzugsweise rechteckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet, das heißt sie weisen jeweils eine rechteckige, insbesondere quadratische Einzelspiegel-Reflexionsfläche 35 auf. Allgemein ist die Einzelspiegel-Reflexionsfläche 35 derart ausgebildet, dass die Gruppen-Reflexionsfläche 36 der Einzelspiegel-Gruppe 34 damit parkettierbar ist. Hierbei beträgt der Abstand zwischen zwei benachbarten Einzelspiegeln 26 derselben Einzelspiegel-Gruppe 34 höchstens 100 μm, insbesondere höchstens 50 μm, vorzugsweise höchstens 10 μm. Die Parkettierung der Gruppen-Reflexionsfläche 36 mit Einzelspiegeln 26 ist somit im Wesentlichen lückenlos, das heißt dicht. Abgesehen von den Abständen zwischen zwei benachbarten Einzelspiegeln 26 sind die Gruppen-Reflexionsflächen 36 insbesondere zusammenhängend ausgebildet. Die Gruppen-Reflexionsflächen 36 sind abgesehen von den Abständen zwischen benachbarten Einzelspiegeln 26 insbesondere einfach zusammenhängend, das heißt nullhomotop ausgebildet.
Die Einzelspiegel-Gruppen 34 umfassen jeweils mindestens 16 Einzelspiegel 26. Sie umfassen insbesondere mindestens 64, insbesondere mindestens 144 Einzelspiegel 26. Die Einzelspiegel-Gruppen 34 weisen einen Abstand auf, welcher mindestens doppelt so groß ist wie der Abstand zweier Einzelspiegel 26 derselben Einzelspiegel-Gruppe 34. Der Abstand zwischen benachbarten Einzelspiegel-Gruppen 34 kann insbesondere mindestens fünfmal, insbesondere mindestens zehnmal so groß sein wie der Abstand zweier Einzelspiegel 26 derselben Einzelspiegel-Gruppe 34.
Da wie aus 2 ersichtlich ist, Einzelspiegel 26 aus unterschiedlichen Einzelspiegel-Gruppen 34 zur Reflexionsfläche einer Feldfacette 38 beitragen, kann diese unzusammenhängend ausgebildet sein. Die Feldfacette 38 kann insbesondere durch Einzelspiegel 26 gebildete reflektierende Bereiche und durch die Zwischenräume zwischen Einzelspiegel-Gruppen 34 gebildete nicht reflektierende Bereiche umfassen. Durch die Abstände zwischen benachbarten Einzelspiegel-Gruppen 34 wird die Anordnung der Signalleitungen 30 am Feldfacettenspiegel 19 erleichtert.
Die Einzelspiegel 26 können so geformt sein, dass sie eine bündelnde Wirkung für das Beleuchtungslicht 16 haben. Eine derartige bündelnde Wirkung der Einzelspiegel 26 ist besonders beim Einsatz einer divergenten Beleuchtung des Feldfacettenspiegels 19 mit dem Beleuchtungslicht 16 von Vorteil.
Jeder der Einzelspiegel 26 ist zur individuellen Ablenkung von auftreffendem Beleuchtungslicht 16 jeweils mit einem Aktor beziehungsweise Aktuator 29 verbunden, wie in der 3 anhand zweier in einer Ecke links unten der Reflexionsfläche 36 angeordneten Einzelspiegel 26 gestrichelt angedeutet und näher in der 4 anhand eines Ausschnitts einer Einzelspiegel-Zeile 27 dargestellt. Die Aktuatoren 29 sind auf der einer reflektierenden Seite der Einzelspiegel 26 abgewandten Seite jedes der Einzelspiegel 26 angeordnet. Die Aktuatoren 29 können beispielsweise als Piezo-Aktuatoren ausgeführt sein. Ausgestaltungen derartiger Aktuatoren sind vom Aufbau von Mikrospiegel-Arrays her bekannt. Die Einzelspiegel-Gruppen 34 sind insbesondere als mikro-elektromechanisches System (MEMS) ausgebildet.
Die Aktuatoren 29 einer Einzelspiegel-Zeile 27 sind jeweils über Signalleitungen 30 mit einem Zeilen-Signalbus 31 verbunden. Jeweils einem der Zeilen-Signalbusse 31 ist eine Einzelspiegel-Zeile 27 zugeordnet. Die Zeilen-Signalbusse 31 der Einzelspiegel-Zeilen 27 sind ihrerseits mit einem Haupt-Signalbus 32 verbunden. Letzterer steht mit einer Steuereinrichtung 33 des Feldfacettenspiegels 19 in Signalverbindung. Die Steuereinrichtung 33 ist insbesondere zur reihenweise, also zeilen- oder spaltenweise gemeinsamen Ansteuerung der Einzelspiegel 26 ausgeführt. Auch innerhalb der Einzelspiegel-Zeilen 27 und der Einzelspiegel-Spalten 28 ist eine individuelle Ansteuerung der Einzelspiegel 26 möglich.
Jeder der Einzelspiegel 26 ist individuell unabhängig um zwei senkrecht aufeinander stehende Kippachsen verkippbar, wobei eine erste dieser Kippachsen parallel zur u-Achse und die zweite dieser beiden Kippachsen parallel zur v-Achse verläuft. Die beiden Kippachsen liegen in den Einzel-Reflexionsflächen 35 der jeweiligen Einzelspiegel 26.
Vorzugsweise ist mittels der Aktuatoren 29 auch eine individuelle Verlagerung der Einzelspiegel 26 in w-, beziehungsweise z-Richtung möglich. Die Einzelspiegel 26 sind also separat voneinander ansteuerbar längs einer Normalen auf die Reflexionsfläche 36 verlagerbar. Hierdurch kann die Topographie der Reflexionsfläche 36 insgesamt verändert werden.
Prinzipiell ist es auch möglich, einen Teil der Einzelspiegel 26 starr, das heißt nichtverlagerbar auszubilden. Allgemein sind zumindest einige der Einzelspiegel 26 verlagerbar. Vorzugsweise sind sämtliche Einzelspiegel 26 verlagerbar.
Die Feldfacetten 38 des Feldfacettenspiegels 19 sind den Pupillenfacetten 37 des Pupillenfacettenspiegels 20 zur Ausbildung von Beleuchtungskanälen zur Beleuchtung des Objektfeldes 5 mit bestimmten Einfallswinkeln jeweils individuell zuordenbar.
Die Feldfacetten 38 umfassen eine Vielzahl von separaten Einzelspiegeln 26. Die Einzelspiegel 26 einer Feldfacette 38 können zu unterschiedlichen Einzelspiegel-Gruppen 34 gehören.
Die Anzahl der Einzelspiegel 26 einer Feldfacette 38 liegt im Bereich von 1 bis 10⁶, insbesondere im Bereich von 10² bis 10⁴.
Die Einzelspiegel 26 sind individuell zwischen mindestens zwei Kippstellungen verkippbar ausgebildet. Hierbei trägt die von den jeweiligen Einzelspiegeln 26 reflektierte Beleuchtungsstrahlung 16 in der ersten Kippstellung zu einer Gesamtintensität der Beleuchtungsstrahlung 16 des jeweiligen Beleuchtungskanals im Objektfeld 5 bei. Es kann mehrere erste Kippstellungen geben, in denen die Beleuchtungsstrahlung 16 über verschiedene Pupillenfacetten 37 zum Objektfeld 5 geführt wird. In der zweiten Kippstellung der Einzelspiegel 26 wird die von den jeweiligen Einzelspiegeln 26 reflektierte Strahlung 16 nicht zum Objektfeld 5 geleitet und trägt somit nicht zur Gesamtintensität der Beleuchtungsstrahlung 16 des jeweiligen Beleuchtungskanals im Objektfeld 5 bei. Es ist somit mit anderen Worten möglich, sämtliche Einzelspiegel 26 einer Feldfacette 38 zur Führung der Beleuchtungsstrahlung 16 von der Strahlungsquelle 2 zum Objektfeld 5 zu verwenden oder einzelne der Einzelspiegel 26 auszuschalten. Hierdurch ist es möglich, die Gesamtintensität der einzelnen Strahlungskanäle im Bereich des Objektfeldes 5 durch Verkippung einer geeigneten Auswahl von Einzelspiegeln 26 an einen vorgegebenen Wert anzupassen. Hierdurch kann die Uniformität jedes einzelnen Strahlungskanals verbessert werden. Es ist insbesondere möglich, die Feldabhängigkeit der Pupille zu verringern.
Die scanintegrierte Intensität im Bereich der Objektebene 6 ergibt sich durch Integration der Intensität des Beleuchtungslichts 16 entlang der Verlagerungsrichtung des Objekthalters 8, also durch Integration über die y-Koordinate, über den ausgeleuchteten Bereich der Objektebene 6. Die scanintegrierte Intensität ist die relevante Größe für die Quantifizierung der Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung der Objektebene 6. Der Wert der scanintegrierten Intensität hängt von der Position senkrecht zur Verlagerungsrichtung in der Objektebene 6 ab, also von der x-Koordinate. Neben der totalen scanintegrierten Intensität, also dem Integral über die gesamte Intensität des Beleuchtungslichts 16 in der Objektebene 6, kann auch eine scanintegrierte Intensität definiert werden, welche nur das Beleuchtungslicht 16 umfasst, welches über eine bestimmte Feldfacette 38 des Feldfacettenspiegels 19 geführt wurde.
5 zeigt die scanintegrierte Intensität I(x) des Beleuchtungslichts, welches über eine bestimmte Feldfacette 38 geführt worden ist, für den Grenzfall, dass die Größe der Einzelspiegels 26 gegen Null geht und keinerlei Lücken in der Parkettierung des Feldfacettenspiegels 19 vorhanden sind. Dieses entspricht einem EUV-Beleuchtungssystem nach dem Stand der Technik, in dem jede Feldfacette durch ein monolithisches Bauelement realisiert worden ist. Da die zur Feldfacette 38 zugehörige Pupillenfacette 37 diese Feldfacette in das Objektfeld 5 abbildet, ergibt sich als scanintegrierte Intensität im Wesentlichen ein zur Intensität des Beleuchtungslichts 16 auf der Feldfacette 38 ähnlicher Verlauf. Der Intensitätsverlauf des Beleuchtungslichts 16 auf dem Feldfacettenspiegel 19 hängt hauptsächlich von der Lichtquelle 2 und dem Kollektor 17 ab und ist räumlich nicht konstant, so dass sich beispielhaft in willkürlichen Einheiten der in 5 dargestellt Verlauf ergibt. Die scanintegrierten Intensität des Beleuchtungslichts, welches über eine bestimmte Feldfacette 38 geführt worden ist, ist daher als Funktion von x nicht konstant, aber im wesentlichen glatt.
In einem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem mit endlich großen Einzelspiegeln 26 kommt es sowohl auf Grund der nicht perfekt lückenlosen Belegung der Reflexionsfläche 36 mit Einzelspiegeln 26 als auch durch die leicht zueinander verkippten benachbarten Einzelspiegel 26 zu einem leicht gezackten Verlauf von I(x) als Funktion von x. Zusätzlich kommt es, wo immer die Feldfacette 38 über den Rand einer Einzelspiegel-Gruppe 34 hinausgeht, auf Grund der dort vorhandene Lücke zwischen zwei Einzelspiegel-Gruppen 34 zu einem lokalen Einbruch von I(x). Dieses ist in 6 als durchgezogene Linie dargestellt. Zum Vergleich ist als gestrichelte Linie die Kurve aus 5 ebenfalls eingezeichnet.
Durch Ausschalten einiger Einzelspiegel 26 der Feldfacette 38 kann die Situation erreicht werden, die in 7 dargestellt ist. An den Orten x, an denen es nicht durch eine Lücke zwischen zwei Einzelspiegel-Gruppen 34 zu einem Intensitätseinbruch kommt, wird durch Ausschalten geeigneter Einzelspiegel 26 so viel scanintegrierte Intensität weggenommen, wie der Tiefe des stärksten lokalen Intensitätseinbruchs in 6 entspricht. Auf Kosten von Lichtverlust kann also die Gleichförmigkeit der Ausleuchtung des Kanals, der durch eine Pupillenfacette 37 und eine Feldfacette 38 gebildet wird, verbessert werden. Primär korrigiert wird der Effekt von Lücken zwischen zwei Einzelspiegel-Gruppen 34. Nach dieser Art von Korrektur ergibt sich ein leicht gezackter Verlauf, welcher im wesentlichen der Form der Kurve in 6 folgt, jedoch einen negativen Offset besitzt, das heißt, weniger Beleuchtungslicht 16 zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 beiträgt.
Auch nach der in 7 dargestellten Korrektur ist I(x) noch stark von der x-Koordinate abhängig, und zwar auf Grund der Ungleichförmigkeit der Ausleuchtung des Feldfacettenspiegels 19, im wesentlich auf die Eigenschaften der Lichtquelle 2 und des Kollektors 17 zurückführbar. Diese Abhängigkeit von I(x) kann reduziert werden, in dem weitere Einzelspiegel 26 ausgeschaltet werden, so dass sich, bis auf kleinere Abweichungen, ein im wesentlich konstanter Wert für die scanintegrierte Intensität I(x) als Funktion von x ergibt. Dieses ist in 8 dargestellt. Dieses geht allerdings auf Kosten eines signifikanten Verlustes an Beleuchtungslicht 16. Die erreichbare Gleichförmigkeit wird dadurch begrenzt, dass nur ganze Einzelspiegel 26 ausgeschaltet werden können. Tragen entlang des Scans, also bei der Berechnung von I(x) für festes x, für eine Feldfacette 38 typischerweise N Einzelspiegel 26 bei, so ergibt sich ein typischerweise erreichbarer relativer Gleichförmigkeitsfehler von 1 / (2 N) für das scanintegrierte Intensitätsprofil des Beleuchtungslichtes 16, welches über eine bestimmte Pupillenfacette 37 und die zugehörige Feldfacette 38 geführt wurde.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Beleuchtung des Objektfeldes 5 mit der vorhergehend beschriebenen Beleuchtungsoptik 4 beschrieben. Zunächst wird das abzubildende Retikel 7, welches allgemein eine zu beleuchtende Struktur bildet, im Objektfeld 5 der Beleuchtungsoptik 4 bereitgestellt. Sodann wird ein Beleuchtungssetting mit Beleuchtungskanälen einer bestimmten Intensitäts- und Einfallswinkelverteilung eingestellt, wobei je nach Auslegung des Retikels 7 zwischen drei unterschiedlichen Betriebsmodi der Beleuchtungsoptik gewählt wird.
Im ersten Betriebsmodus (entsprechend 8) werden zumindest einige Beleuchtungskanäle durch Verkippung einer Anzahl an Einzelspiegeln 26 in die zweite Kippstellung derart angepasst, dass sämtliche Beleuchtungskanäle eine scanintegrierte Intensität I(x) aufweisen, welche ortsabhängig um höchstens 1 / N von einem globalen Mittelwert abweicht, wobei N die Anzahl der Einzelspiegel 26 ist, welche an einem Ort x zur scanintegrierten Intensität I(x) des Beleuchtungskanals beiträgt. Unter globaler Mittelwert wird hierbei der Mittelwert von I(x) über das gesamte Objektfeld 5 verstanden. Der Anzahl N der beitragenden Einzelspiegel liegt typischerweise zwischen 3 und 100, insbesondere zwischen 5 und 20. Dies ermöglicht es, Retikel 7 zu verwenden, welche nicht speziell an eine Feldabhängigkeit der Pupille angepasst sind. Nachteilig ist jedoch die verringerte Gesamtintensität des Beleuchtungslichts 16, welches zur Beleuchtung des Objektfeldes 5 beiträgt, und damit die Verringerung des Durchsatzes der Projektionsbelichtungsanlage 1.
Im zweiten Betriebsmodus (entsprechend 6) werden sämtliche Einzelspiegel 26 jedes der Beleuchtungskanäle in die erste Kippstellung verkippt, in welcher sie zur Intensität dieses Beleuchtungskanals beitragen. Dies führt üblicherweise zu einer Feldabhängigkeit der Pupille, und zwar sowohl auf kurzen als auch auf langen Längenskalen bezüglich der x-Koordinate. Die Effekte der Feldabhängigkeit können vollständig durch eine geeignete Auslegung des Retikels 7 kompensiert werden. Die Feldabhängigkeit auch auf kurzen Längenskalen impliziert jedoch, dass die Berechnung der notwendigen Retikelkorrekturparameter an sehr vielen Stützstellen geschehen muss, was den Rechenaufwand signifikant erhöht. Vorteilhaft ist jedoch, dass sämtliches Beleuchtungslicht 16 zur Beleuchtung des Objektfeldes 5 beiträgt, wodurch der Durchsatz der Lithographieanlage 1 maximal wird.
Im dritten Betriebsmodus (entsprechend 7) werden zumindest einige Beleuchtungskanäle durch Verkippung einer Anzahl an Einzelspiegeln 26 in die zweite Kippstellung derart angepasst, dass sämtliche Beleuchtungskanäle eine scanintegrierte Intensität I(x) aufweisen, welche ortsabhängig um höchstens 1 / N von einem lokalen Mittelwert abweicht, wobei N die Anzahl der Einzelspiegel 26 ist, welche an einem Ort x zur scanintegrierten Intensität I(x) des Beleuchtungskanals beiträgt. Unter lokalem Mittelwert wird der Mittelwert von I(x) verstanden, der sich durch Mittelung über einen Bereich von x-Koordinaten ergibt, der einige male die x-Ausdehnung des Bildes eines Einzelspiegels 26 in der Objektebene 6 beträgt. Dies ermöglicht es, Retikel 7 zu verwenden, welche zwar an eine langreichweitige Feldabhängigkeit, nicht aber an eine kurzreichweitige Feldabhängigkeit der Pupille angepasst sind. Die Berechnung der notwendigen Retikelkorrekturparameter muss daher nur an wenigen Stützstellen erfolgen. Bei einer geeigneten Anordnung der Feldfacetten 38 und der zugehörigen Pupillenfacetten 37 kann oftmals erreicht werden, dass die Gesamtfeldabhängigkeit so gering ist, dass keine feldabhängige Kompensation der Strukturen auf dem Retikel 7 erforderlich ist. Die Anzahl der Einzelspiegel, welche ausgeschaltet werden müssen, ist viel geringer als im zweiten Betriebsmodus. Der Aufwand der Auslegung eines Retikels ist gegenüber dem zweiten Betriebsmodus signifikant verringert, während der Durchsatzverlust zwar etwas höher als im zweiten Betriebsmodus, aber viel kleiner als im ersten Betriebsmodus ist.
Es ergab sich jedoch, dass die Gesamtuniformität, das heißt die scanintegrierte Gesamtintensität nach Summation der scanintegrierten Intensität über sämtliche Feldfacetten 38, bei einer entsprechenden Auslegung des Retikels 7 dennoch gewährleistet werden kann. Hierzu kann ausgenutzt werden, dass je nach exakter Wahl der Einzelspiegel 26, welche ausgeschaltet werden, das Vorzeichen der Abweichung der tatsächlichen scanintegrierten Intensität eines Beleuchtungskanals vom gewünschten Wert verändert werden. Dies erlaubt es, die scanintegrierte Gesamtintensität genauer als die scanintegrierte Intensität eines Beleuchtungskanals zu korrigieren.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik 4 ermöglicht somit sowohl die Verwendung von Retikeln 7, welche an eine Feldabhängigkeit der Pupille speziell angepasst sind, ohne dass ein Teil der Strahlung 16 durch Ausschalten von Einzelspiegeln 26 verloren geht, das heißt nicht zur Abbildung des Retikels 7 in das Bildfeld 11 genutzt werden kann, als auch die Verwendung von Retikeln 7, welche nicht an eine Feldabhängigkeit der Pupille angepasst sind, ohne dass es zu Problemen aufgrund von Intensitätsunterschieden zwischen unterschiedlichen Beleuchtungskanälen, insbesondere zu Problemen aufgrund mangelnder Uniformität einzelner Beleuchtungskanäle, kommt.
Zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauteils wird der Wafer 13, auf den zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, bereitgestellt und anschließend zumindest ein Abschnitt des Retikels 7 mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 auf denselben projiziert. Anschließend wird die mit der Beleuchtungsstrahlung 16 belichtete lichtempfindliche Schicht auf dem Wafer 13 entwickelt. Bei dem mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauteil handelt es sich beispielsweise um einen Halbleiterchip.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009600 A1 [0002]
DE 102009045694 A1 [0002]
US 6859515 B2 [0021]
EP 1225481 A [0021]

Claims

Beleuchtungsoptik (4) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie zur Führung von Beleuchtungsstrahlung (16) von einer Strahlungsquelle (2) hin zu einem Beleuchtungsfeld (5) umfassend – einen Feldfacettenspiegel (19) mit einer Mehrzahl von Feldfacetten (38) und – einen Pupillenfacettenspiegel (20) mit einer Mehrzahl von Pupillenfacetten (37), – wobei die Feldfacetten (38) den Pupillenfacetten (37) zur Ausbildung von Beleuchtungskanälen zur Beleuchtung eines Objektfeldes (5) mit einem bestimmten Einfallswinkel jeweils individuell zuordenbar sind, – wobei zumindest einige der Feldfacetten (38) eine Vielzahl von separaten Einzelspiegeln (26) aufweisen mit Einzelspiegel-Reflexionsflächen (35), – wobei zumindest einige der Einzelspiegel (26) der jeweiligen Feldfacette (38) individuell zwischen mindestens zwei Kippstellungen verkippbar ausgebildet sind, – wobei die von den jeweiligen Einzelspiegeln (26) reflektierte Beleuchtungsstrahlung (16) in einer ersten Kippstellung zu einer Gesamtintensität der Beleuchtungsstrahlung (16) des jeweiligen Beleuchtungskanals im Objektfeld (5) beiträgt, und – wobei die von den jeweiligen Einzelspiegeln (26) reflektierte Beleuchtungsstrahlung (16) in einer zweiten Kippstellung nicht zur Beleuchtungsstrahlung (16) des jeweiligen Beleuchtungskanals im Objektfeld (5) beiträgt, – sodass die Gesamtintensität der einzelnen Beleuchtungskanäle im Bereich des Objektfeldes (5) durch Verkippung einer geeigneten Anzahl von Einzelspiegeln (26) an einen vorgegebenen Wert anpassbar ist.
Beleuchtungsoptik (4) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichförmigkeit der einzelnen Beleuchtungskanäle im Bereich des Objektfeldes (5) durch Verkippung einer geeigneten Anzahl von Einzelspiegeln (26) an einen vorgegebenen Wert anpassbar ist.
Beleuchtungsoptik (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspiegel-Reflexionsflächen (35) derart ausgebildet sind, dass ein von ihnen reflektierter Anteil der Beleuchtungsstrahlung (16) jeweils einen Objektfeld-Abschnitt beleuchtet, dessen Fläche höchstens 1% der Fläche des gesamten Objektfeldes (5) beträgt.
Beleuchtungsoptik (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Einzelspiegel (26) eines Beleuchtungskanals, welche zur Beleuchtung des Objektfeldes (5) an einer bestimmten Koordinate senkrecht zu einer Verlagerungsrichtung eines Objekthalters (8) beitragen, im Bereich von 1 bis 10² liegt.
Beleuchtungsoptik (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspiegel (26) in Einzelspiegel-Gruppen (34) von mindestens 16 Einzelspiegeln (26) angeordnet sind.
Beleuchtungsoptik (4) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspiegel (26) aus unterschiedlichen Einzelspiegel-Gruppen (34) einen Abstand aufweisen, welcher mindestens doppelt so groß ist wie ein Abstand zweier Einzelspiegel (26) derselben Einzelspiegel-Gruppe (34).
Beleuchtungsoptik (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspiegel (26) der Feldfacetten (38) als mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildet sind.
Verfahren zur Beleuchtung eines Objektfeldes (5) mit einer Beleuchtungsoptik (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Beleuchtungsoptik (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – Bereitstellen einer zu beleuchtenden Struktur (7) im Objektfeld (5) der Beleuchtungsoptik (4), – Einstellen eines Beleuchtungssettings mit Beleuchtungskanälen mit einer bestimmten Intensitäts- und Einfallswinkelverteilung, – wobei je nach Auslegung der zu beleuchtenden Struktur (7) zwischen mindestens zwei unterschiedlichen Betriebsmodi gewählt wird, – dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsmodi aus den folgenden Betriebsmodi ausgewählt werden: – einige Beleuchtungskanäle werden durch Verkippung einer Anzahl an Einzelspiegeln (26) in die zweite Kippstellung derart angepasst, dass die scanintegrierte Intensität aller Beleuchtungskanäle ortsabhängig um höchstens 15% vom örtlichen Mittelwert des jeweiligen Beleuchtungskanals über das Objektfeld 5 abweicht, – einige Beleuchtungskanäle werden durch Verkippung einer Anzahl an Einzelspiegeln (26) in die zweite Kippstellung derart angepasst, dass die scanintegrierte Intensität aller Beleuchtungskanäle ortsabhängig um höchstens 15% vom Mittelwert des jeweiligen Beleuchtungskanals, gemittelt über einen Bereich des fünffachen Durchmessers des Bildes eines Einzelspiegels auf dem Objektfeld (5) abweicht, – sämtliche Einzelspiegel (26) jedes der Beleuchtungskanäle werden in die erste Kippstellung verkippt, in welcher sie zur Intensität dieses Beleuchtungskanals beitragen.
Beleuchtungssystem (3) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie mit – einer Beleuchtungsoptik (4) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und – einer Strahlungsquelle (2).
Optisches System umfassend – eine Beleuchtungsoptik (4) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und, – eine Projektionsoptik (10) zur Projektion eines Objektfeldes (5) in ein Bildfeld (11).
Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie mit – einem Beleuchtungssystem (3) gemäß Anspruch 9 und, – einer Projektionsoptik (10) zur Projektion eines Objektfeldes (5) in ein Bildfeld (11).
Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauteils umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, – Bereitstellen eines Retikels (7), das abzubildende Strukturen aufweist, – Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) gemäß Anspruch 11, – Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels (7) auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht des Substrats mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).
Bauteil hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 12.