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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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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.
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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.
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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 ,
DE 10 2004 011 733 A1 und
DE 10 2008 054 844 B4 verwiesen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche in vergleichsweise einfacher Weise eine flexible Variation der in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Polarisationsverteilung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage umfasst:
- – wenigstens eine Spiegelanordnung, welche eine Mehrzahl von zur Variation des Umlenkwinkels von auftreffendem Licht unabhängig voneinander verstellbaren Spiegelelementen aufweist; und
- – wenigstens zwei reflektierende Seitenflächen, welche derart angeordnet sind, dass ein an einem Spiegelelement der Spiegelanordnung reflektiertes Lichtbündel auf einen Ort in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung durch Variation des Umlenkwinkels auf über unterschiedliche der reflektierenden Seitenflächen führenden Strahlwegen lenkbar ist;
- – wobei den reflektierenden Seitenflächen jeweils wenigstens ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element zugeordnet ist, so dass der Polarisationszustand des Lichtbündels auf den Strahlwegen unterschiedlich beeinflusst wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in der Beleuchtungseinrichtung den einzelnen, in der Pupillenebene erzeugten Beleuchtungsspots jeweils unterschiedliche (aus einer endlichen Anzahl voneinander verschiedener Polarisationszustände ausgewählte) Polarisationszustände dadurch zuzuweisen, dass wenigstens zwei reflektierende Seitenflächen vorgesehen und diesen reflektierenden Seitenflächen unterschiedliche polarisationsbeeinflussende optische Elemente zugeordnet werden. Infolgedessen kann eine Variation des Polarisationszustandes für einen jeweiligen Beleuchtungsspot in der Pupillenebene dadurch erfolgen, dass durch Variation des Umlenkwinkels eines oder mehrerer Spiegelelemente der Spiegelanordnung zwischen unterschiedlichen der vorstehend genannten Strahlwege bzw. reflektierenden Seitenflächen und damit auch unterschiedlichen polarisationsbeeinflussenden optischen Elementen „umgeschaltet” wird.
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Dabei nimmt die Erfindung hinsichtlich der Spiegelanordnung ein sich in der Regel ergebendes Erfordernis der Bereitstellung größerer Umlenkwinkel bzw. Kippwinkel der einzelnen Spiegelelemente in Kauf, um im Ergebnis die flexible Bereitstellung unterschiedlicher Polarisationsverteilungen in der Pupillenebene mittels des erfindungsgemäßen Konzepts erreichen zu können. Hierbei macht sich die Erfindung jedoch zugleich auch zunutze, dass der in der Praxis für die einzelnen Spiegelelemente der Spiegelanordnung erforderliche Kippwinkelbereich ohnehin (d. h. auch in einer herkömmlich ausgestalteten Beleuchtungseinrichtung mit einer Spiegelanordnung, jedoch ohne die erfindungsgemäß ausgestalteten reflektierenden Seitenflächen) im Hinblick auf zu berücksichtigende mechanische Toleranzen in der Regel vergrößert sein muss. Quantitativ kann dies beispielsweise bedeuten, dass der besagte Kippwinkelbereich der einzelnen Spiegelelemente der Spiegelanordnung in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung nur etwa doppelt (und nicht etwa dreimal) so groß wie in einer herkömmlichen Beleuchtungseinrichtung ausgelegt sein muss, da bei letzterer ebenfalls eine Vergrößerung des Kippwinkelbereichs im Hinblick auf die dort ebenfalls anfallenden mechanischen Toleranzen vorzusehen ist.
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Im Ergebnis wird durch die Erfindung mit besonders geringem Aufwand eine flexible Umschaltung hinsichtlich der an jeweils einem festen Ort in der Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Polarisationszustände und damit des insgesamt erzeugten polarisierten Beleuchtungssettings erzielt.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier reflektierende Seitenflächen auf.
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Gemäß einer Ausführungsform sind wenigstens zwei reflektierende Seitenflächen einander paarweise gegenüberliegend angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind wenigstens zwei reflektierende Seitenflächen parallel zueinander angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens eines der polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente aus einem optisch aktiven Material, insbesondere kristallinem Quarz mit zur optischen Systemachse paralleler optischer Kristallachse, hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens eines der polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente aus einem linear doppelbrechenden Material mit zur optischen Systemachse senkrechter optischer Kristallachse hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens eines der polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente auf der jeweils zugeordneten reflektierenden Seitenfläche angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Spiegelelemente in einem Winkelbereich verstellbar, welcher wenigstens den Bereich von –4° bis +4°, insbesondere wenigstens den Bereich von –8° bis +8°, und weiter insbesondere wenigstens den Bereich von –12° bis +12°, umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die reflektierenden Seitenflächen in einem Winkel von betragsmäßig maximal 10°, insbesondere maximal 5°, zur optischen Systemachse angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung ein felddefinierendes optisches Element (FDE) auf, wobei die reflektierenden Seitenflächen in einem Winkel von betragsmäßig maximal 5°, insbesondere maximal 3°, weiter insbesondere maximal 1° zu einer Verbindungslinie zwischen einem Rand der optischen Wirkfläche des FDE und einem Rand der optischen Wirkfläche der Spiegelanordnung angeordnet sind.
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Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage sowie ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung;
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2–3 schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktion einer in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung vorhandenen Spiegelanordnung; und
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4–5 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Im Weiteren wird zunächst unter Bezugnahme auf 1 ein prinzipieller Aufbau einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 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, weiter insbesondere weniger als 200 nm, ausgelegt. Die Lichtquelleneinheit 1 kann also alternativ z. B. auch einen F2-Laser für eine Arbeitswellenlänge von 157 nm aufweisen.
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Die Beleuchtungseinrichtung 10 weist eine optische Einheit 11 auf, die insbesondere in für sich bekannter Weise eine Umlenkeinrichtung in Form einer Spiegelanordnung (MMA) 200 zur Variation des in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung erzeugten Beleuchtungssettings sowie 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.
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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) vorgesehen sein kann. 3 zeigt eine von der Prinzipskizze aus 2 insoweit etwas abweichende Darstellung von Spiegelanordnung 200 und FDE 300, als diese hinsichtlich der Dimensionierung stärker den tatsächlichen Größen- bzw. Seitenverhältnissen angepasst ist.
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Im Weiteren wird das erfindungsgemäße Konzept unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen von 4a, b und 5 erläutert.
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Im Ausführungsbeispiel wird die Beleuchtungseinrichtung 11 aus 1 mit vier paarweise einander gegenüberliegenden, sowie auch paarweise zueinander parallelen, reflektierenden Seitenflächen 101–104 ausgestattet mit der Folge, dass ein und derselbe Ort in der Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung über insgesamt fünf verschiedene Strahlwege erreichbar ist. Von diesen Strahlwegen führen vier Strahlwege über jeweils eine der betreffenden reflektierenden Seitenflächen 101–104, wohingegen der fünfte Strahlweg auf direktem Wege (d. h. ohne Einbezug einer der reflektierenden Seitenflächen 101–104) von einem Spiegelelement 200a zur Pupillenebene bzw. zu dem darin befindlichen FDE 300 verläuft.
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In 4a, b sind infolge der Schnittansicht in der y-z-Ebene nur zwei der reflektierenden Seitenflächen 101, 102 sowie auf den zugehörigen Strahlwegen verlaufende Teilstrahlen S1 und S2, sowie auch der auf direktem Wege von der Spiegelanordnung 200 zur Pupillenebene gelangende Teilstrahl S3 erkennbar. Hingegen ist die relative Anordnung der reflektierenden Seitenflächen 101–104 in der (einen Schnitt in der x-y-Ebene darstellenden) 5 gezeigt.
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Wie aus 4b und 5 ersichtlich werden nun erfindungsgemäß den reflektierenden Seitenflächen 101–104 jeweils voneinander verschiedene polarisationsbeeinflussende optische Elemente 111–114 zugeordnet, welche im konkreten Ausführungsbeispiel (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) unmittelbar an der betreffenden reflektierenden Seitenfläche 101–104 angebracht sind. Diese polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente 111–114 unterscheiden sich in ihrer polarisationsbeeinflussenden Wirkung voneinander und können insbesondere unterschiedliche Polarisationsdrehwinkel für hindurchtretendes Licht bereitstellen. In einem konkreten Ausführungsbeispiel können diese Polarisationsdrehwinkel für auf das betreffende polarisationsbeeinflussende optische Element 111–114 auftreffendes, linear polarisiertes Licht z. B. 0°, 45°, 90° bzw. 135° betragen.
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Hierzu können die polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente 111–114 beispielsweise aus optisch aktivem Material, insbesondere kristallinem Quarz mit zur optischen Systemachse OA paralleler Ausrichtung der optischen Kristallachse hergestellt sein, so dass sich für hindurchtretendes, linear polarisiertes Licht eine zur jeweils durchlaufenen Materialdicke proportionaler Polarisationsdrehwinkel ergibt, also die jeweiligen Dicken der polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente 111–114 im Hinblick auf die vorstehend genannten Polarisationsdrehwinkel entsprechend unterschiedlich zu wählen sind.
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In weiteren Ausführungsformen können die polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente 111–114 auch aus linear doppelbrechendem Material, beispielsweise aus Magnesiumfluorid (MgF2), Saphir (Al2O3) oder auch kristallinem Quarz (SiO2), jeweils mit zur optischen Systemachse OA senkrechter Ausrichtung der optischen Kristallachse, hergestellt sein.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 4b ergibt z. B. eine einfache Abschätzung, dass sich die Richtungen eines Lichtbündels beim Durchlaufen des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 112 (wie auch beim Durchlaufen des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 111) um bis zu etwa 6.5° unterscheiden können, also bis zu ca. 3.5° von einer „Mittelrichtung” abweichen können, was einen ausreichend geringen Wert darstellt, um eine hinreichend definierte Funktion der polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente 111–114 im Hinblick auf den jeweils eingestellten Polarisationszustand erzielen zu können.
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Wenngleich in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel vier reflektierende Seitenflächen 101–104 auf jeweils gegenüberliegenden Seiten innerhalb der Beleuchtungseinrichtung vorgesehen werden, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Vielmehr können in weiteren Ausführungsbeispielen auch weniger (d. h. nur zwei oder drei) oder auch mehr reflektierende Seitenflächen vorgesehen sein, wobei jeder dieser reflektierenden Seitenflächen jeweils ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element zugeordnet sein kann.
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Des Weiteren können (bei hinreichendem Abstand der jeweiligen reflektierenden Seitenfläche zur optischen Systemachse OA) auch einer oder mehreren der reflektierenden Seitenflächen jeweils zwei oder mehr polarisationsbeeinflussende optische Elemente zugeordnet sein, um eine entsprechend größere Anzahl an „erzeugbaren” Polarisationszuständen zur Ausbildung des jeweils gewünschten polarisierten Beleuchtungssettings zur Verfügung zu stellen. So können beispielsweise die durch die betreffenden polarisationsbeeinflussenden Elemente erzeugten Polarisationsdrehwinkel auch ein ganzzahliges Vielfaches von 22.5° betragen.
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Wenngleich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die reflektierenden Seitenflächen 101–104 jeweils exakt parallel zur optischen Systemachse OA verlaufen, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. So kann in weiteren Ausführungsbeispielen z. B. ein Winkel zwischen einer der erfindungsgemäß vorgesehenen reflektierenden Seitenfläche und der optischen Systemachse OA betragsmäßig bis zu 10° betragen.
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Ferner kann es in Ausführungsbeispielen der Erfindung auch vorteilhaft sein, die reflektierenden Seitenflächen bewusst nicht exakt parallel zur optischen Systemachse OA anzuordnen, sondern im Wesentlichen parallel (z. B. bis auf eine Abweichung von betragsmäßig maximal 5°) zu der Verbindungslinie zwischen einem Rand der optischen Wirkfläche der Spiegelanordnung 200 sowie einem Rand der optischen Wirkfläche des FDE 300, um die innerhalb des betreffenden, der jeweiligen reflektierenden Seitenfläche zugeordneten polarisationsbeeinflussenden Elements auftretenden Strahlwinkel zu minimieren.
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Die Erfindung ist ferner nicht auf die im Ausführungsbeispiel realisierte, unmittelbare Anbringung der polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente 111–114 an der jeweils zugeordneten reflektierenden Seitenfläche 101–104 beschränkt. So kann in weiteren Ausführungsbeispielen das betreffende polarisationsbeeinflussende optische Element 111–114 auch mit gewissem Abstand zur jeweiligen reflektierenden Seitenfläche 101–104 angeordnet sein, sofern sichergestellt ist, dass ein an der betreffenden reflektierenden Seitenfläche 101–104 reflektierter Lichtstrahl auch durch das jeweils zugeordnete polarisationsbeeinflussende optische Element 111–114 hindurchtritt.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- 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]
- DE 102008054844 B4 [0004]
