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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Axikonsystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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In der Beleuchtungseinrichtung ist zur Erzeugung unterschiedlicher Beleuchtungskonfigurationen der Einsatz von Axikonsystemen bekannt, welche insbesondere zwei in ihrer Relativposition entlang der optischen Systemachse verstellbare Axikonelemente aufweisen können, über welche durch radiale Umverteilung der Lichtintensität unterschiedliche Austrittslichtverteilungen (insbesondere sogenannte annulare Beleuchtungssettings mit ringförmiger Intensitätsverteilung in der Pupillenebene) erzeugt werden können.
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Eine schematische Darstellung von Aufbau und Funktionsweise eines herkömmlichen Axikonsystems ist in 3a, b gegeben. Demnach weist ein bekanntes Axikonsystem ein erstes Axikonelement 310 mit einer planen, zur (in z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem verlaufenden) Lichtausbreitungsrichtung senkrechten (gegebenenfalls auch leicht gekrümmt verlaufenden) Lichteintrittsfläche 310a und einer konkav konischen Lichtaustrittsfläche 310b, sowie ein zweites Axikonelement 320 mit einer konvex konischen Lichteintrittsfläche 320a und einer planen, zur Lichtausbreitungsrichtung senkrechten (gegebenenfalls auch leicht gekrümmt verlaufenden) Lichtaustrittsfläche 320b auf. Durch Verstellung der Relativposition entlang der optischen Systemachse bzw. Lichtausbreitungsrichtung (d. h. in z-Richtung) kann der Abstand zwischen der Lichtaustrittsfläche 310b des ersten Axikonelements 310 und der Lichteintrittsfläche 320a des zweiten Axikonelements 320 stufenlos eingestellt (und insbesondere bis auf Null reduziert) werden, wodurch sich für dieselbe Eingangslichtverteilung I1 unterschiedliche Ausgangslichtverteilungen I2, I3, ... einstellen lassen.
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Hierbei tritt nun in der Praxis das Problem auf, dass durch im Material der Axikonelemente 310, 320 auftretende Doppelbrechungseffekte und die hierdurch bedingte Verzögerung der Polarisationszustand des Beleuchtungslichtes (insbesondere ein gegebenenfalls gezielt eingestelltes polarisiertes Beleuchtungssetting) in unerwünschter Weise beeinflusst werden kann. Mit „Verzögerung” (auch als „Retardierung” bezeichnet) wird die Differenz der optischen Wege zweier orthogonaler (senkrecht zueinander stehender) Polarisationszustände bezeichnet.
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Die genannten Doppelbrechungseffekte können insbesondere durch spannungsinduzierte Doppelbrechung im Material der Axikonelemente verursacht werden, wobei diese spannungsinduzierte Doppelbrechung wiederum durch Defekte innerhalb des Materials, mechanische Fassungen der Axikonelemente oder auch (als gravitationsinduzierte Spannungsdoppelbrechung) durch das vergleichsweise hohe Eigengewicht der Axikonelemente und die hierdurch eingetragenen mechanischen Spannungen induziert sein kann.
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Eine weitere Ursache für eine unerwünschte Retardierung innerhalb des Axikonsystems kann daraus resultieren, dass die Axikonelemente aufgrund ihrer typischerweise am Eintritt der Beleuchtungseinrichtung im Bereich hoher optischer Lasten erfolgenden Anordnung und zur Vermeidung von Kompaktierungseffekten in der Regel aus kubisch kristallinem Material wie z. B. Kalziumfluorid (CaF2) hergestellt sind. In solchen kubisch kristallinen Materialien tritt bekanntermaßen der Effekt der sogenannten intrinsischen Doppelbrechung (IDB) in Abhängigkeit von dem Kristallschnitt bzw. der Lichtausbreitungsrichtung relativ zu den kristallographischen Achsen im kubisch kristallinen Material auf. Wenngleich etwa in Kalziumfluorid die IDB-bedingte Verzögerung für sich entlang der [111]-Richtung oder entlang der [100]-Richtung ausbreitendes Licht verschwindet, kann auch bei Herstellung der Axikonelemente aus [111]- bzw. [100]-Kristallschnitt eine IDB-bedingte Verzögerung z. B. aus Dejustageeffekten resultieren und somit einen zusätzlichen störenden Beitrag zu der insgesamt resultierenden Gesamtretardierung in der Beleuchtungseinrichtung liefern.
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Zur Reduzierung des negativen Einflusses der intrinsischen Doppelbrechung in Fluoridkristall-Linsen auf die optische Abbildung ist es z. B. aus
WO 02/093209 A2 u. a. bekannt, Fluoridkristall-Linsen des gleichen Kristallschnitts gegeneinander verdreht anzuordnen (sogenanntes „Clocking”) sowie zusätzlich auch mehrere Gruppen solcher Anordnungen mit unterschiedlichen Kristallschnitten (z. B. (aus (100)-Linsen und (111)-Linsen) miteinander zu kombinieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Axikonsystem, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welches eine Reduzierung unerwünschter Doppelbrechungseffekte und damit eine Verringerung des Beitrags des Axikonsystems zu einer unerwünschten Retardierung im jeweiligen optischen System ermöglicht.
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Ein erfindungsgemäßes Axikonsystem, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches im Betrieb eine Eingangslichtverteilung von entlang einer optischen Systemachse auf das Axikonsystem auftreffendem Licht in eine Ausgangslichtverteilung von aus dem Axikonsystem austretendem Licht durch in Bezug auf die optische Systemachse radiale Umverteilung der Lichtintensität umformt, weist auf:
- – ein erstes Axikonelement, welches eine erste Lichteintrittsfläche und eine erste Lichtaustrittsfläche aufweist; und
- – ein zweites Axikonelement, welches eine zweite Lichteintrittsfläche und eine zweite Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei das zweite Axikonelement relativ zu dem ersten Axikonelement entlang der optischen Systemachse verstellbar ist;
- – wobei die Lichteintrittsfläche des ersten Axikonelementes und/oder die Lichtaustrittsfläche des zweiten Axikonelementes ein Stufenprofil aufweist, in welchem wenigstens ein in Bezug auf die optische Systemachse radial äußerer Flächenabschnitt relativ zu wenigstens einem in Bezug auf die optische Systemachse radial inneren Flächenabschnitt in Lichtausbreitungsrichtung versetzt ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, unerwünschte Doppelbrechungseffekte und eine hierdurch bedingte Retardierung innerhalb des optischen Materials des Axikonsystems dadurch zu reduzieren, dass Bereiche in einem Axikonelement oder in beiden Axikonelementen, welche zur Erzielung der gewünschten Funktion (nämlich der Einstellung einer gewünschten Ausgangslichtverteilung durch radiale Umverteilung der Lichtintensität) nicht erforderlich sind, teilweise ausgespart bzw. weggelassen werden, mit der Folge, dass der innerhalb des optischen Materials des Axikonsystems vom Licht zurückzulegende Weg (und damit auch die durch besagte Doppelbrechungseffekte bedingte Retardierung) reduziert wird.
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Dabei geht die Erfindung insbesondere von der Überlegung aus, dass für das Funktionsprinzip des Axikonsystems letztlich nur die Übergangsbereiche zwischen dem (optisch dichteren) Material der Axikonelemente und dem (optisch dünneren) umgebenden Medium (z. B. Luft oder ein inertes Gas) im Bereich der schräg zur optischen Systemachse verlaufenden Grenzflächen (d. h. der Lichtaustrittsfläche des ersten Axikonelementes und der Lichteintrittsfläche des zweiten Axikonelementes) relevant sind, wohingegen die übrigen, z. B. im Wesentlichen senkrecht zur optischen Systemachse verlaufenden Grenzflächen (d. h. die Lichteintrittsfläche des ersten Axikonelementes und die Lichtaustrittsfläche des zweiten Axikonelementes) bzw. deren Positionen ohne Auswirkung auf die durch das Axikonsystem letztlich erzeugte Ausgangslichtverteilung sind. Insbesondere hat – sofern man Absorptionseffekte innerhalb des optischen Materials des Axikonsystems außer Acht lässt – eine Verkürzung der Materialstrecke innerhalb eines Axikonelements, welche das Licht vor bzw. nach einer solchen senkrecht zur optischen Systemachse verlaufenden Grenzfläche durchläuft, keinen Einfluss auf die durch das Axikonsystem erzeugte Ausgangslichtverteilung.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß die Lichteintrittsfläche des ersten Axikonelementes und/oder die Lichtaustrittsfläche des zweiten Axikonelementes ein Stufenprofil mit einer Mehrzahl von Stufen aufweisen, in welchem wenigstens ein in Bezug auf die optische Systemachse radial äußerer Flächenabschnitt relativ zu wenigstens einem in Bezug auf die optische Systemachse radial inneren Flächenabschnitt in Lichtausbreitungsrichtung versetzt ist, kann durch die in dieser Weise realisierte Stufengeometrie wie im Weiteren noch näher erläutert eine Materialeinsparung und somit eine signifikante Reduzierung des unerwünschten Einflusses von Doppelbrechungseffekten innerhalb des Axikonsystems erreicht werden.
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Das Stufenprofil kann zur möglichst weitgehenden Einsparung von Material innerhalb des Axikonsystems bzw. zur effektiven Reduzierung unerwünschter Doppelbrechungseffekte wenigstens zwei Stufen, insbesondere wenigstens drei Stufen, weiter insbesondere wenigstens vier Stufen, und weiter insbesondere wenigstens fünf Stufen besitzen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Lichteintrittsfläche des ersten Axikonelementes und/oder die Lichtaustrittsfläche des zweiten Axikonelementes wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei, weiter insbesondere wenigstens vier, und weiter insbesondere wenigstens fünf senkrecht zur optischen Systemachse verlaufende Flächenabschnitte auf, welche relativ zueinander entlang der optischen Systemachse versetzt sind. Dabei kann mit zunehmender Anzahl von Flächenabschnitten eine zunehmende Einsparung von Material innerhalb des Axikonsystems und damit eine zunehmend effektive Reduzierung unerwünschter Doppelbrechungseffekte erzielt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die senkrechte Ausbildung dieser Flächenabschnitte beschränkt. In weiteren Ausführungsformen können die besagten Flächenabschnitte, in welche die Lichteintrittsfläche des ersten Axikonelementes und/oder die Lichtaustrittsfläche des zweiten Axikonelementes unterteilt sind, auch gekrümmt (insbesondere sphärisch gekrümmt) ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt ein in dem ersten Axikonelement entlang der optischen Systemachse auftretender maximaler Strahlweg und/oder ein in dem zweiten Axikonelement entlang der optischen Systemachse auftretender maximaler Strahlweg nicht mehr als 50%, insbesondere nicht mehr als 30%, weiter insbesondere nicht mehr als 10%, und weiter insbesondere nicht mehr als 5% der maximalen Länge des Axikonsystems bei Nullabstand der beiden Axikonelemente. Hierdurch wird ebenfalls der oben beschriebenen Erkenntnis Rechnung getragen, dass der entlang der optischen Systemachse innerhalb der Axikonelemente auftretende Strahlweg für die letzlich eingestellte Ausgangslichtverteilung nicht von Bedeutung ist und somit zur Materialeinsparung zwecks Reduzierung von Doppelbrechungseffekten grundsätzlich minimiert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Axikonelement und/oder das zweite Axikonelement aus einem kubisch kristallinen Material, insbesondere Kalziumfluorid (CaF2), hergestellt. In diesem Falle ist die Erfindung infolge der in dem kubisch kristallinen Material auftretenden und damit erfindungsgemäß reduzierten intrinsischen Doppelbrechung besondes wirkungsvoll. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern auch bei Herstellung der Axikonelemente aus einem anderen Material, z. B. einem optisch isotropen Material wie Quarzglas (SiO2), infolge der Reduzierung von spannungsinduzierter Doppelbrechung vorteilhaft.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das erste Axikonelement und/oder das zweite Axikonelement spannungsinduzierte Doppelbrechung auf, da in diesem Falle die Erfindung infolge der Reduzierung dieser spannungsinduzierten Doppelbrechung ebenfalls wirkungsvoll einsetzbar ist. Diese spannungsinduzierte Doppelbrechung kann insbesondere durch das Eigengewicht des ersten bzw. des zweiten Axikonelementes induziert sein.
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Gemäß einer Ausführungsform besitzt die Lichtaustrittsfläche des ersten Axikonelementes eine konkave konische Geometrie, und die Lichteintrittsfläche des zweiten Axikonelementes besitzt eine hierzu komplementäre konvexe konische Geometrie.
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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. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1a–b schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktion eines Axikonsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisiert werden kann; und
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3a–b schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktion eines herkömmlichen Axikonsystems.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Weiteren werden unter Bezugnahme auf 1a und 1b Aufbau und Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Axikonsystems in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung erläutert.
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Gemäß 1a, b weist ein erfindungsgemäßes Axikonsystem ein erstes Axikonelement 110 und ein zweites Axikonelement 120 auf, wobei (insoweit analog zum herkömmlichen Aufbau von 3) das erste Axikonelement 110 eine konkav konische Lichtaustrittsfläche 110b und das zweite Axikonelement 120 eine konvex konische Lichteintrittsfläche 120a aufweist. Die Axikonelemente 110, 120 sind in ihrer Relativposition entlang der (in z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem verlaufenden) Lichtausbreitungsrichtung bzw. entlang der optischen Systemachse zur Variation des Abstandes zwischen der Lichtaustrittsfläche 110b des ersten Axikonelements 110 und der Lichteintrittsfläche 120a des zweiten Axikonelements 120 stufenlos verstellbar, wodurch sich aus ein- und derselben Eingangslichtverteilung I1 unterschiedliche Ausgangslichtverteilungen I2, I3, ..., insbesondere unterschiedliche annulare Beleuchtungssettings, einstellen lassen.
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Im Unterschied zu dem herkömmlichen Axikonsystem von 3 sind jedoch die Lichteintrittsfläche 110a des ersten Axikonelements 110 und die Lichtaustrittsfläche 120b des zweiten Axikonelements 120 nicht jeweils in Form einer einzigen durchgehenden Fläche senkrecht zur optischen Systemachse ausgeführt, sondern weisen insofern ein Stufenprofil auf, als sowohl die Lichteintrittsfläche des ersten Axikonelements 110 als auch die Lichtaustrittsfläche des zweiten Axikonelements 120 in eine Mehrzahl von Flächenabschnitten 110a-1, 110a-2, 110a-3 bzw. 120b-1, 120b-2, 120b-3 unterteilt sind, wobei diese Flächenabschnitte jeweils relativ zueinander entlang der optischen Systemachse bzw. der z-Richtung versetzt sind.
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Wenngleich im Ausführungsbeispiel von 1a, b lediglich nur jeweils drei Flächenabschnitte bzw. Stufen für jedes der Axikonelemente 110, 120 eingezeichnet sind, kann zur möglichst effektiven Materialeinsparung und damit zur weiteren Reduzierung unerwünschter Doppelbrechungseffekte auch eine (ggf. wesentlich) höhere Anzahl von Stufen auf der Lichteintrittsfläche 110a des ersten Axikonelements 110 bzw. der Lichtaustrittsfläche 120b des zweiten Axikonelements 120 vorgesehen sein.
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2 zeigt in schematischer Darstellung eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 100, in welcher ein erfindungsgemäßes Axikonsystem zum Einsatz kommt. 2 zeigt insbesondere eine Lichtquelleneinheit 101, eine Beleuchtungseinrichtung 105, eine abzubildende Strukturen aufweisende Maske 125, ein Projektionsobjektiv 130 und ein zu belichtendes Substrat 140. Die Lichtquelleneinheit 101 umfasst als Lichtquelle einen DUV- oder VUV-Laser, beispielsweise einen ArF-Laser für 193 nm, einen F2-Laser für 157 nm, einen Ar2-Laser für 126 nm oder einen Ne2-Laser für 109 nm, und eine Strahlformungsoptik, welche ein paralleles Lichtbüschel erzeugt. Die Strahlen des Lichtbüschels weisen eine lineare Polarisationsverteilung auf, wobei die Schwingungsebenen des elektrischen Feldstärkevektors der einzelnen Lichtstrahlen in einheitlicher Richtung verlaufen.
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Das parallele Lichtbüschel trifft auf ein Divergenz erhöhendes optisches Element 111. Als Divergenz erhöhendes optisches Element 111 kann beispielsweise eine Rasterplatte aus diffraktiven oder refraktiven Rasterelementen eingesetzt werden. Jedes Rasterelement erzeugt ein Strahlenbüschel, dessen Winkelverteilung durch Ausdehnung und Brennweite des Rasterelementes bestimmt ist. Die Rasterplatte befindet sich in der Objektebene eines nachfolgenden Objektivs 112 oder in deren Nähe. Das Objektiv 112 ist ein Zoom-Objektiv, welches ein paralleles Lichtbüschel mit variablem Durchmesser erzeugt. Das parallele Lichtbüschel wird durch einen Umlenkspiegel 113 auf eine optische Einheit 114 gerichtet, die ein aus zwei Axikonelementen 110, 120 aufgebautes Axikonsystem gemäß der unter Bezugnahme auf 1a, b beschriebenen Ausführungsform aufweist. Durch das Zoom-Objektiv 112 in Verbindung mit dem Axikonsystem werden in einer Pupillenebene PP je nach Zoom-Stellung und Position der Axikonelemente 110, 120 unterschiedliche Beleuchtungskonfigurationen erzeugt. Auf die optische Einheit 114 folgt ein Retikel-Maskierungssystem (REMA) 118, welches durch ein REMA-Objektiv 119 auf die Struktur tragende Maske (Retikel) 125 abgebildet wird und dadurch den ausgeleuchteten Bereich auf dem Retikel 125 begrenzt. Die Struktur tragende Maske 125 wird mit dem Projektionsobjektiv 130 auf das lichtempfindliche Substrat 140 abgebildet. Zwischen einem letzten optischen Element 135 des Projektionsobjektivs 130 und dem lichtempfindlichen Substrat 140 kann sich eine Immersionsflüssigkeit 136 mit einem von Luft verschiedenen Brechungsindex befinden.
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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 02/093209 A2 [0008]
- DE 10322376 A1 [0009]
- US 2005/0146798 A1 [0009]
- US 7321465 B2 [0009]
