DE102013202278A1

DE102013202278A1 - Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102013202278A1
Application number: DE201310202278
Authority: DE
Inventors: Ingo Sänger; Christoph Hennerkes
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche für den Betrieb im EUV ausgelegt ist, mit wenigstens einem ersten optischen Element (110, 210, 310), welches derart angeordnet ist, dass ein Einfallswinkel von im Betrieb des optischen Systems auf dieses Element auftreffender elektromagnetischer Strahlung im Bereich von 50° bis 75° liegt, wobei die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach dem ersten optischen Element (110, 210, 310) maximal 60% der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf das erste optische Element (110, 210, 310) beträgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
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 Projektiqonsobjektivs 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.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsbelichtungsanlagen, d. h. bei Wellenlängen von z. B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Die Erzeugung des EUV-Lichtes kann hierbei mittels einer auf einer Plasma-Anregung basierenden EUV-Lichtquelle erfolgen. Diese EUV-Lichtquelle weist z. B. einen CO₂-Laser zur Erzeugung von Infrarotstrahlung (mit einer Wellenlänge von λ ≈ 10.6 μm) auf, welche über eine Fokussieroptik fokussiert wird, durch eine in einem Kollektorspiegel vorhandene Öffnung hindurch tritt und auf ein mittels einer Targetquelle erzeugtes und einer Plasmazündungsposition zugeführtes Targetmaterial gelenkt wird. Die Infrarotstrahlung heizt das Targetmaterial derart auf, dass dieses in einen Plasmazustand übergeht und EUV-Strahlung abgibt, welche über den Kollektorspiegel auf einen Zwischenfokus fokussiert wird und durch diesen Zwischenfokus in eine nachfolgende Beleuchtungseinrichtung eintritt. Der von der Projektionsbelichtungsanlage genutzte Spektralbereich kann beispielsweise λ ≈ 13.6 ± 0.5 nm betragen.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist jedoch, dass durch den Kollektorspiegel neben der gewünschten EUV-Strahlung auch elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlängen, insbesondere DUV- oder VUV-Strahlung (z. B. mit Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 400 nm) gesammelt und in dem Zwischenfokus zusammengeführt wird, von wo aus diese Strahlung ebenfalls in die Beleuchtungseinrichtung eintritt. Diese unerwünschte elektromagnetische Strahlung z. B. im DUV- oder VUV-Bereich kann über die EUV-Spiegel zusätzlich zu dem eigentlichen EUV-Beleuchtungslicht zu dem mit dem Photoresist beschichteten Wafer gelenkt werden, wo sie zwar zur Belichtung des Photoresists, jedoch infolge der „falschen” Wellenlänge nicht zur Abbildung der gewünschten Strukturen beiträgt. Dies führt zu einer Verschlechterung des Abbildungskontrasts.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welches eine Reduzierung der Belastung des optischen Systems mit elektromagnetischer Strahlung im DUV- oder VUV-Bereich ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche für den Betrieb im EUV ausgelegt ist, weist auf:

– wenigstens ein erstes optisches Element, welches derart angeordnet ist, dass ein Einfallswinkel von im Betrieb des optischen Systems auf dieses Element auftreffender elektromagnetischer Strahlung im Bereich von 50° bis 75° liegt;
– wobei die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach dem ersten optischen Element maximal 60% der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf das erste optische Element beträgt.

Das erste optische Element kann insbesondere wie im Weiteren noch näher erläutert in Reflexion betrieben werden. Die Erfindung geht hierbei zunächst von der Überlegung aus, dass der Brewsterwinkel für unerwünschte elektromagnetische DUV-Strahlung abhängig von der Wellenlänge beispielsweise im Bereich von 57° ± 5° liegen kann. Grundsätzlich wird hierbei der Brewsterwinkel durch die Brechzahl des Spiegelmaterials bzw. der Beschichtung bestimmt. Diese Brechzahl liegt für EUV-Strahlung bei typischen Beschichtungen (z. B. MoSi-Vielfachschichten) in der Nähe von 1, wodurch sich für EUV-Strahlung ein Brewsterwinkel von 45° ergibt, was wiederum für die besagte EUV-Strahlung eine signifikante s-p-Aufspaltung bei Reflexion unter einem Einfallswinkel etwa im Bereich von 45° ± 5° zur Folge hat.
Ausgehend von dieser Überlegung liegt der Erfindung nun insbesondere das Konzept zugrunde, den Einfallswinkel an dem ersten optischen Element zum einen im Bereich des Brewsterwinkels der unerwünschten DUV-Strahlung und zum anderen möglichst entfernt von dem Brewsterwinkel der erwünschten EUV-Strahlung zu wählen. Die erfindungsgemäße Wahl des Einfallswinkels im Bereich von 50° bis 75° hat zur Folge, dass das erste optische Element für die erwünschte EUV-Strahlung infolge des vergleichsweise großen Abstandes vom für diese Wellenlänge relevanten Brewsterwinkel keine signifikante s-p-Aufspaltung bewirkt, hingegen für die – unerwünschte – DUV-Strahlung infolge der vergleichsweise großen Nähe zum für diese Wellenlänge relevanten Brewsterwinkel eine starke s-p-Aufspaltung erzielt wird. Wird nun das besagte erste optische Element wie im Weiteren noch näher erläutert in Reflexion betrieben, kann so bereits eine signifikante Eliminierung der p-polarisierten Komponente der DUV- bzw. VUV-Strahlung dahingehend, dass dieser Anteil mangels Reflexion an dem ersten optischen Element nicht mehr im optisch genutzten Strahlengang verbleibt, erreicht werden.
Die Erfindung kann sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage realisiert werden. Des Weiteren kann die Erfindung auch zumindest teilweise in der Strahlzuführung bzw. in der Lichtquelleneinheit der Projektionsbelichtungsanlage realisiert werden, wobei es sich bei dem ersten optischen Element insbesondere, wie im Weiteren ebenfalls noch erläutert, um den Kollektorspiegel der Lichtquelleneinheit handeln kann.
Gemäß einer Ausführungsform liegt der Einfallswinkel von im Betrieb des optischen Systems auf das erste optische Element auftreffender elektromagnetischer Strahlung im Bereich von 55° bis 65°.
Gemäß einer Ausführungsform ist die im Betrieb des optischen Systems auf das erste optische Element auftreffende EUV-Strahlung unpolarisiert. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass in weiteren Ausführungsformen auch polarisierte EUV-Strahlung auf das erste optische Element treffen kann (sei es infolge Verwendung einer polarisierten EUV-Lichtquelle oder auch infolge einer nachträglichen Polarisationseinstellung in Verbindung mit einer unpolarisierten Lichtquelle). Infolge der erfindungsgemäßen signifikanten Abweichung des Einfallswinkels von dem für EUV geltenden Brewsterwinkel (von ca. 45°) wird auch in diesem Falle im Wesentlichen keine unerwünschte Beeinflussung der EUV-Strahlung erzielt.
Gemäß einer Ausführungsform ist im optisch genutzten Strahlengang nach dem ersten optischen Element für elektromagnetische EUV-Strahlung die Bedingung
erfüllt, wobei I_s,E und I_p,E die Intensität der s-polarisierten bzw. p-polarisierten Komponente der EUV-Strahlung nach dem ersten optischen Element bezeichnen. Mit anderen Worten bewirkt das erste optische Element für die im optischen System erwünschte elektromagnetische EUV-Strahlung keine oder nur eine geringe s-p-Aufspaltung (d. h. S- und p-polarisierte Komponente der EUV-Strahlung sind – im Falle von unpolarisiert auf das erste optische Element auftreffender EUV-Strahlung – bezogen auf den optisch genutzten Strahlengang nach dem ersten optischen Element weiterhin im Wesentlichen gleichermaßen stark vorhanden). Dies kann gerade dadurch erreicht werden, dass der Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung am ersten optischen Element vom Brewsterwinkel für die erwünschte EUV-Strahlung relativ weit entfernt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist im optisch genutzten Strahlengang nach dem ersten optischen Element für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm (d. h. DUN- bzw. VUV-Strahlung) die Bedingung
erfüllt, wobei I_s,D und I_p,D die Intensität der s-polarisierten bzw. p-polarisierten Komponente der DUV- bzw. VUV-Strahlung nach dem ersten optischen Element bezeichnen. Durch dieses Kriterium kommt zum Ausdruck, dass nach dem ersten optischen Element die s-polarisierte Komponente der DUV- bzw. VUV-Strahlung weitgehend noch im optisch genutzten Strahl enthalten ist, wohingegen die p-polarisierte Komponente zumindest weitgehend unterdrückt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste optische Element ein reflektives optisches Element. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass in weiteren Ausführungsformen das erste optische Element grundsätzlich auch in Transmission betrieben sein kann.
Das erste optische Element kann insbesondere ein Facettenspiegel, weiter insbesondere ein Feldfacettenspiegel oder ein Pupillenfacettenspiegel sein. In weiteren Ausführungsformen kann das erste optische Element auch ein Kollektorspiegel einer Lichtquelleneinheit der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System im optischen Strahlengang nach dem ersten optischen Element ein zweites optisches Element auf, welches derart angeordnet ist, dass die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach dem zweiten optischen Element maximal 20% der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf das zweite optische Element beträgt. Insbesondere wenn die auf das erste optische Element auftreffende DUV- bzw. VUV-Strahlung bereits zumindest teilweise polarisiert ist, ist ggf. aber auch bereits das o. g. erste optische Element (bzw. bereits eine einzige Reflexion unter dem für DUV- bzw. VUV-Strahlung geltenden Brewsterwinkel) ausreichend, um die unerwünschte DUV- bzw. VUV-Strahlung hinreichend zu unterdrücken.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zweite optische Element derart angeordnet, dass ein Einfallswinkel von im Betrieb des optischen Systems auf dieses Element auftreffender elektromagnetischer Strahlung im Bereich von 50° bis 75° liegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zweite optische Element derart angeordnet, dass eine Komponente der elektromagnetischen Strahlung, welche beim Auftreffen auf das erste optische Element s-polarisiert ist, beim Auftreffen auf das zweite optische Element p-polarisiert in Bezug auf die optische Wirkfläche des zweiten optischen Elements ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird das zweite optische Element in Transmission betrieben. Das zweite optische Element kann insbesondere zumindest bereichsweise eine kegelabschnittsförmige Geometrie aufweisen. Des Weiteren kann das zweite optische Element eine Zirkonfolie aufweisen.
Die Erfindung betrifft ferner auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei die Projektionsbelichtungsanlage ein erfindungsgemäßes optisches System mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips;
2–7 schematische Darstellungen zur Erläuterung unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der Erfindung; und
8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Realisierung der Erfindung in einer beispielhaften, für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
8 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisierbar ist.
Gemäß 8 tritt in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 1 Licht einer Lichtquelleneinheit 1, welche eine Plasmalichtquelle und einen Kollektorspiegel aufweist, über einen Zwischenfokus 3 in eine Beleuchtungseinrichtung 10 ein. In der Beleuchtungseinrichtung 10 trifft das Licht zunächst auf einen Feldfacettenspiegel 11 und wird von diesem auf einen Pupillenfacettenspiegel 12 gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 12 sind (jeweils optional) ein erster Teleskopspiegel 13 und ein zweiter Teleskopspiegel 14 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 15 angeordnet. Der Umlenkspiegel 15 (welcher nicht auf die lediglich beispielhaft dargestellte gekrümmte Geometrie beschränkt ist und in weiteren Ausführungsformen auch als Planspiegel ausgestaltet sein kann) lenkt die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld 16 in der Objektebene OP eines umfassenden Projektionsobjektivs 20. Das Projektionsobjektiv 20 kann lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) vier, sechs oder acht Spiegel aufweisen, von denen in 8 nur ein Spiegel M1 dargestellt ist. Am Ort des Objektfeldes 16 ist eine reflektive strukturtragende Maske angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs 20 auf ein Bildfeld 25 in einer Bildebene IP abgebildet wird, in welcher sich ein mit Photoresist beschichteter Wafer befindet.
Die Erfindung ist grundsätzlich nicht auf die in 8 dargestellte Ausgestaltung einer Projektionsbelichtungsanlage 1 begrenzt und auch in Projektionsbelichtungsanlagen anderer Bauweise, beispielsweise unter Verwendung eines Freier-Elektronen-Lasers als Lichtquelle, vorteilhaft realisierbar.
1 dient zunächst zur Erläuterung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips. Gemäß 1 trifft auf ein reflektierendes optisches Element 110 elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen, wobei der in 1 gestrichelt eingezeichnete Strahl die unerwünschte elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im DUV- oder VUV-Bereich (insbesondere im Bereich von 100 nm bis 400 nm) symbolisiert, und wobei der in 1 durchgehend eingezeichnete Strahl die EUV-Strahlung (mit Wellenlängen kleiner als 30 nm, insbesondere z. B. 13.5 nm) repräsentiert.
Die geometrische Anordnung bzw. der optische Strahlengang sind gemäß 1 so gewählt, dass die elektromagnetische Strahlung unter einem Winkel auf das optische Element 110 auftrifft, welcher dem Brewsterwinkel α_B,1 für die vergleichsweise langwellige und damit unerwünschte elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im DUV- oder VUV-Bereich entspricht oder zumindest angenähert ist und sich somit von dem (in 1 ebenfalls zu Vergleich eingezeichneten) Brewsterwinkel α_B,2 für die erwünschte EUV-Strahlung signifikant unterscheidet. Dabei liegt erfindungsgemäß der Einfallswinkel der auf das Element 110 auftreffenden elektromagnetischen Strahlung im Bereich von 50° bis 75°.
Die Wahl eines solchen, vom Brewsterwinkel α_B,2 für die erwünschte EUV-Strahlung relativ weit entfernten Einfallswinkels hat nun zur Folge, dass für die erwünschte EUV-Strahlung keine signifikante s-p-Aufspaltung erhalten wird (wie in 1 dadurch angedeutet ist, dass auch nach der Reflexion an dem optischen Element 110 für die EUV-Strahlung beide Polarisationszustände eingezeichnet sind). Für die unerwünschte DUV-Strahlung ergibt sich jedoch infolge der Nähe des Einfallswinkels zum für die DUV-Strahlung relevanten Brewsterwinkel eine starke s-p-Aufspaltung und damit eine signifikante Eliminierung der p-polarisierten Komponente dahingehend, dass dieser Anteil mangels Reflexion an dem ersten optischen Element 110 nicht mehr im optisch genutzten Strahlengang verbleibt (wie in 1 dadurch angedeutet ist, dass für die DUV-Strahlung nach der Reflexion an dem optischen Element 110 nur der s-polarisierte Zustand eingezeichnet ist).
Das erfindungsgemäß ausgenutzte Konzept der Ausnutzung unterschiedlicher Brewsterwinkel für DUV- bzw. VUV-Strahlung einerseits und EUV-Strahlung andererseits wird im Weiteren unter Bezugnahme auf 6 und 7 näher erläutert.
6a zeigt den Verlauf des Reflexionsgrades sowohl für s-polarisierte als auch für p-polarisierte DUV-Strahlung (im Beispiel mit einer Wellenlänge von etwa 193 nm), welcher sich durch Berechnung mittels der Fresnelschen Formeln für eine beispielhafte Brechzahl n ≅ 1.56 (entsprechend einer Grenzfläche Luft – Quarz) ergibt. 6b zeigt analog den Verlauf des Reflexionsgrades sowohl für s-polarisierte als auch für p-polarisierte EUV-Strahlung (mit einer Wellenlänge von etwa 13.5 nm) gemäß Berechnung mittels der Fresnelschen Formeln (ebenfalls beispielhaft für n ≅ 1.56). Gemäß 6a wird für die DUV-Strahlung eine maximale s-p-Aufspaltung beim Wert des Brewsterwinkels (von etwa 57°) erzielt, wobei diese s-p-Aufspaltung auch noch für einen Einfallswinkel im Bereich bis etwa 70° ebenfalls noch stark ausgeprägt ist (so dass je nach dem Design des optischen Systems wie z. B. der Beleuchtungseinrichtung der Einfallswinkel auch in einem solchen Bereich gewählt werden kann).
Wenngleich die Erfindung im vorstehend beschriebenen Beispiel für eine beispielhafte Brechzahl von n ≅ 1.56 erläutert wurde, ist das erfindungsgemäße Prinzip auf einen breiten Wellenlängenbereich anwendbar, da sich die Brechzahl zumindest in einem signifikanten Wellenlängenbereich nur geringfügig langsam ändert.
Die Erfindung macht sich weiter zunutze, dass grundsätzlich für einen beliebigen Einfallswinkel das auf das jeweiligen optische Element vorhandene Mehrfachschichtsystem so optimiert werden kann, dass für diesen Einfallswinkel eine akzeptable Reflektivität für EUV-Strahlung (z. B. im Bereich von 50% bis 80%) erzielt wird.
7 zeigt als Ergebnis einer Optimierung der reflektierenden Schicht (im Ausführungsbeispiel einem Mo-Si-Vielfachschichtsystem) einen modifizierten Verlauf des Reflexionsgrades, wenn die reflektierende Schicht (im Ausführungsbeispiel ein Mo-Si-Vielfachschichtsystem) auf maximale Reflektivität für einen vorgebbaren Einfallswinkel ausgelegt wird. Durch Abstimmung der Schichtdicken (konstruktive Interferenz im Falle einer Reflexion an den verschiedenen Schichtlagen) wird im Ausführungsbeispiel eine Optimierung der Reflektivität für einen Einfallswinkel von 65° erzielt (wobei sich hier das Maximum im Reflexionsgrad sowohl für die s-polarisierte als auch für die p-polarisierte Komponente ergibt). Dieser Wert des Einfallswinkels ist lediglich beispielhaft gewählt und kann in weiteren Ausführungsbeispielen auch bei einem anderen Wert, vorzugsweise im Bereich von 55° bis 75°, liegen.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen zu 1 deutlich wird kann bereits mit einem in geeigneter Geometrie eingesetzten optischen Element 110 eine signifikante Unterdrückung der unerwünschten elektromagnetischen Strahlung mit Wellenlängen im DUV- oder VUV-Bereich (um z. B. etwa 50% im Falle ursprünglich – d. h. vor Auftreffen auf das optische Element 110 – unpolarisierter Strahlung, bei ursprünglich polarisierter Strahlung sogar um mehr als 50%) erzielt werden.
Bei Hinzunahme eines weiteren, ebenfalls in geeigneter Geometrie eingesetzten zweiten optischen Elements (welches insbesondere ebenfalls reflektiv ausgestaltet sein kann) kann nun eine noch stärkere und gegebenenfalls nahezu vollständige Eliminierung der unerwünschten elektromagnetischen Strahlung mit Wellenlänge im DUV- oder VUV-Bereich erzielt werden, wobei hier das Prinzip „gekreuzter Polarisatoren” ausgenutzt wird, welches in 3 anhand einer vereinfachten Darstellung in Transmission veranschaulicht ist.
Wie in 2 (sowie zusätzlich in der vereinfachten Darstellung in Transmission gemäß 3) schematisch dargestellt ist, verbleibt nach dem ersten optischen Element 210 von der (gestrichelt eingezeichneten) unerwünschten elektromagnetischen Strahlung mit Wellenlänge im DUV- oder VUV-Bereich von den beiden ursprünglich vorhandenen und schematisch angedeuteten Komponenten (mit s- bzw. p-Polarisation) nur eine Komponente (nämlich die mit s-Polarisation), welche dann im optisch genutzten Strahlengang nach dem zweiten optischen Element 220 nahezu vollständig unterdrückt ist.
Hierbei wird wie in 2 angedeutet die Geometrie der dreidimensionalen Anordnung aus erstem und zweitem optischen Element 210, 220 so gewählt, dass die an dem ersten optischen Element 210 reflektierte s-polarisierte Komponente der elektromagnetischen DUV-Strahlung in Bezug auf das zweite optische Element 220 p-polarisiert ist und somit an diesem zweiten optischen Element 220 unterdrückt bzw. nicht reflektiert wird. Dabei kann lediglich beispielhaft die Einfallsebene an dem ersten optischen Element 210 der x-y-Ebene entsprechen, wohingegen die Einfallsebene an dem zweiten optischen Element 220 der y-z-Ebene (oder auch der x-z-Ebene) entsprechen kann.
Unter Bezugnahme auf 4 kann es sich beispielsweise bei dem ersten reflektierenden optischen Element 210 aus 2 um einen Feldfacettenspiegel 411 oder ein Spiegelelement des Feldfacettenspiegels 411 und bei dem zweiten optischen Element 220 aus 2 um einen Pupillenfacettenspiegel 412 bzw. ein Spiegelelement des Pupillenfacettenspiegels 412 handeln. Hierbei wird analog zu 2 die Geometrie der dreidimensionalen Anordnung des ersten und zweiten optischen Elements so gewählt, dass die an dem jeweils ersten optischen Element reflektierte s-polarisierte Komponente der elektromagnetischen DUV-Strahlung in Bezug auf das zweite optische Element p-polarisiert ist und somit an diesem zweiten optischen Element unterdrückt (bzw. nicht reflektiert) wird. Dabei kann lediglich beispielhaft die Einfallsebene an dem ersten optischen Element der x-y-Ebene entsprechen, wohingegen die Einfallsebene an dem zweiten optischen Element der x-z-Ebene (oder auch der y-z-Ebene) entsprechen kann.
In weiteren Ausführungsformen kann es sich unter erneuter Bezugnahme auf 4 bei dem ersten optischen Element 210 aus 2 auch um den Kollektorspiegel 401 handeln. Hierbei kann die Geometrie des Kollektorspiegels 401 gerade so gewählt werden, dass der Einfallwinkel der in den Zwischenfokus gelenkten Strahlung wiederum einem Wert entspricht, bei dem sich wie vorstehend beschrieben eine signifikante s-p-Aufspaltung für die unerwünschte DUV-Strahlung ergibt (wobei der Einfallwinkel z. B. im Bereich von 55° bis 65° liegen kann).
In weiteren Ausführungsformen kann es sich unter Bezugnahme auf 2 und 8 bei dem ersten optischen Element 210 oder dem zweiten optischen Element 220 aus 2 auch um einen in Lichtausbreitungsrichtung nach dem Pupillenfacettenspiegel angeordneten (insbesondere unter streifendem Einfall, engl.: „grazing incidence”, betriebenen) Spiegel handeln, sofern die auftretenden Strahlwinkel auf dem jeweiligen Spiegel nicht zu weit vom Brewster-Winkel entfernt sind und noch eine hinreichende Polarisationsaufspaltung für die DUV- bzw. VUV-Strahlung vorliegt. In noch weiteren Ausführungsformen können das erste und ggf. zweite optische Element auch optische Elemente (z. B. Spiegel) innerhalb des Projektionsobjektivs 20 der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 gemäß 8 sein.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem es sich bei dem ersten optischen Element 501 wiederum um den Kollektorspiegel der Lichtquelleneinheit der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 handelt, wobei jedoch ein zweites optisches Element 550 in Transmission betrieben wird und kegelabschnittsförmig ausgebildet ist (wobei die Anordnung von 5 rotationssymmetrisch in Bezug auf die z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem zu verstehen ist). Dieses konusförmige bzw. kegelabschnittsförmige optische Element 550 befindet sich gemäß 5 in Lichtausbreitungsrichtung nach dem Zwischenfokus 503 und übernimmt im Ausführungsbeispiel von 5 die Funktion des „zweiten Polarisators” in der o. g. Anordnung aus gekreuzten Polarisatoren. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist das kegelabschnittsförmige optische Element 550 aus einer Zirkonfolie hergestellt, welche eine lediglich beispielhafte Dicke im Bereich von einigen 10 μm, insbesondere z. B. 50 μm, aufweisen kann.
Dabei symbolisiert in 5 analog zu 1 der gestrichelt eingezeichnete Strahl die unerwünschte elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im DUV- oder VUV-Bereich (z. B. mit Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 400 nm), wohingegen der in 5 durchgehend eingezeichnete Strahl die EUV-Strahlung (mit einer Wellenlänge kleiner als 30 nm, insbesondere z. B. etwa 13.5 nm) repräsentiert.
Wie in 5 angedeutet ergibt sich für die von dem Kollektorspiegel 501 ausgehende elektromagnetische Strahlung am Zwischenfokus 503 zumindest für die DUV-Strahlung – infolge der signifikanten s-p-Aufspaltung für die unerwünschte DUV-Strahlung – in guter Näherung ein tangentialer Polarisationszustand. Darüber hinaus kann wie ebenfalls in 5 angedeutet durch entsprechende Wahl des Einfallswinkels gegebenenfalls auch für die EUV-Strahlung bereits infolge der Reflexion am Kollektorspiegel 501 ein tangentialer Polarisationszustand erzeugt werden (falls dieser etwa in einem hochaperturigen System etwa im Projektionsobjektiv gewünscht ist). Hierzu kann beispielsweise ein Einfallswinkel von 50° gewählt werden, da dieser Wert wie aus 6a, b ersichtlich sowohl für DUV-Strahlung als auch für EUV-Strahlung eine signifikante s-p-Aufspaltung ergibt.
Mit anderen Worten kann im Rahmen der Erfindung der Einfallswinkel an dem ersten optischen Element bzw. dem Kollektorspiegel 501 auch so gewählt werden, dass zwar weiterhin eine signifikante s-p-Aufspaltung für die unerwünschte DUV-Strahlung, jedoch zusätzlich als gewünschter Nebeneffekt auch eine gewünschte Polarisation der EUV-Strahlung erzielt wird. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass im Allgemeinen die von dem ersten optischen Element bzw. dem Kollektorspiegel 501 gemäß 5 ausgehende EUV-Strahlung auch noch einen p-polarisierten Anteil aufweisen kann.
Die von dem ersten optischen Element 501 bzw. dem Kollektorspiegel auf das konusförmige bzw. kegelabschnittsförmige optische Element 550 auftreffende DUV-Strahlung wird, da der Einfallswinkel an der zweiten Komponente 550 wiederum im Wesentlichen dem Brewsterwinkel für die DUV-Strahlung entspricht, in ihrer s-polarisierten Komponente an dem Element 550 reflektiert, wobei lediglich eine gegebenenfalls im optisch genutzten Strahlengang nach dem ersten optischen Element 501 noch vorhandene p-polarisierte Komponente in das Material des Elements 550 eindringt und (infolge der geringen Dicke z. B. der Zirkonfolie) durch dieses transmittiert wird.
Für die auf das konusförmige bzw. kegelabschnittsförmige optische Element 550 auftreffende EUV-Strahlung ist der Einfallwinkel signifikant verschieden vom Brewsterwinkel (von ca. 45°), so dass diese EUV-Strahlung im Wesentlichen ohne s-p-Aufspaltung (d. h. je nach dem Polarisationszustand der auf das Element 550 auftreffenden EUV-Strahlung entweder mit s- und p-polarisierten Anteilen oder auch gegebenenfalls – wie oben beschrieben sowie in 5 angedeutet – nur noch s-polarisiert) durch das Element 550 transmittiert wird.
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.

Claims

Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche für den Betrieb im EUV ausgelegt ist, mit: • wenigstens einem ersten optischen Element (110, 210, 310), welches derart angeordnet ist, dass ein Einfallswinkel von im Betrieb des optischen Systems auf dieses Element auftreffender elektromagnetischer Strahlung im Bereich von 50° bis 75° liegt; • wobei die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach dem ersten optischen Element (110, 210, 310) maximal 60% der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf das erste optische Element (110, 210, 310) beträgt.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel von im Betrieb des optischen Systems auf das erste optische Element (110, 210, 310) auftreffender elektromagnetischer Strahlung im Bereich von 55° bis 65° liegt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im optisch genutzten Strahlengang nach diesem ersten optischen Element (110, 210, 310) für elektromagnetische EUV-Strahlung die Bedingung
erfüllt ist, wobei I_s,E die Intensität der s-polarisierten Komponente der EUV-Strahlung und I_p,E die Intensität der p-polarisierten Komponente der EUV-Strahlung nach dem ersten optischen Element (110, 210, 310) bezeichnet.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des optischen Systems auf das erste optische Element (110, 210, 310) auftreffende EUV-Strahlung unpolarisiert ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten optischen Element (110, 210, 310) für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm die Bedingung
erfüllt ist, wobei I_s,D die Intensität der s-polarisierten Komponente und I_p,D die Intensität der p-polarisierten Komponente der elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 100nm bis 400 nm nach dem ersten optischen Element (110, 210, 310) bezeichnet.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (110, 210, 310) ein reflektives optisches Element ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element ein Facettenspiegel, insbesondere ein Feldfacettenspiegel (11, 411) oder ein Pupillenfacettenspiegel (12, 412), ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element ein Kollektorspiegel (401, 501) einer Lichtquelleneinheit (2) der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses im optischen Strahlengang nach dem ersten optischen Element (210, 310) ein zweites optisches Element (220, 320, 550) aufweist, welches derart angeordnet ist, dass die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach dem zweiten optischen Element (220, 320, 550) maximal 20% der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf das zweite optische Element (220, 320, 550) beträgt.
Optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach dem zweiten optischen Element (220, 320, 550) maximal 20%, insbesondere maximal 10% der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf das erste optische Element (210, 310) beträgt.
Optisches System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (220, 320, 550) derart angeordnet ist, dass ein Einfallswinkel von im Betrieb des optischen Systems auf dieses Element (220, 320, 550) auftreffender elektromagnetischer Strahlung im Bereich von 50° bis 75° liegt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (220, 320) derart angeordnet ist, dass eine Komponente der elektromagnetischen Strahlung, welche beim Auftreffen auf das erste optische Element (210, 310) s-polarisiert ist, beim Auftreffen auf das zweite optische Element (210, 310) p-polarisiert in Bezug auf die optische Wirkfläche des zweiten optischen Elements (210, 310) ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (550) in Transmission betrieben ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (550) zumindest bereichsweise eine kegelabschnittsförmige Geometrie aufweist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (550) eine Zirkonfolie aufweist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage (1), mit einer Beleuchtungseinrichtung (10) und einem Projektionsobjektiv (20), wobei die Projektionsbelichtungsanlage (1) ein optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist; • Bereitstellen einer Maske, die abzubildende Strukturen aufweist; • Bereitstellen einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 16, und • Projizieren wenigstens eines Teils der Maske auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).