DE102013203364A1

DE102013203364A1 - Reflektierende Beschichtung mit optimierter Dicke

Info

Publication number: DE102013203364A1
Application number: DE102013203364.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Endres; Hartmut Enkisch; Stig Bieling
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-09-11
Also published as: US10146136B2; WO2014131796A1; EP2962158A1; US20160048083A1; JP2016513291A; JP6412511B2; EP2962158B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für eine optische Anordnung, insbesondere für eine EUV-Lithographieanlage, umfassend: mindestens ein optisches Element, welches mindestens eine, bevorzugt eine Mehrzahl von optischen Oberflächen aufweist, an denen eine für die Beleuchtungsstrahlung einer Lichtquelle reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, sowie eine Aktuatoreinrichtung zur Ausrichtung der mindestens einen optischen Oberfläche unter mindestens zwei Winkelstellungen im Strahlengang der Lichtquelle. Die Beschichtung weist entweder eine Dicke (dOPT1) auf, bei der ein aus einer dickenabhängigen Reflektivität (R1, R2) der reflektierenden Beschichtung bei den mindestens zwei Winkelstellungen gebildeter Mittelwert (1/2(R1 + R2)) maximiert ist, oder die reflektierende Beschichtung weist eine Dicke (dOPT2) auf, bei der die größte durch eine Dickentoleranz der Beschichtung hervorgerufene Änderung (max(ΔR1/R1, ΔR2/R2)) der Reflektivität (R1, R2) bei den jeweiligen Winkelstellungen minimiert ist, oder die reflektierende Beschichtung (18) weist eine Dicke (dO2) auf, bei der die Reflektivität (R1, R2) der Beschichtung (18) in den mindestens zwei Winkelstellungen gleich groß ist. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage, mit einem solchen Beleuchtungssystem sowie zugehörige Verfahren zur Dickenoptimierung bzw. zum Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für eine optische Anordnung, insbesondere für eine EUV-Lithographieanlage, umfassend: mindestens ein optisches Element, welches mindestens eine, bevorzugt eine Mehrzahl von optischen Oberflächen aufweist, an denen eine für die Beleuchtungsstrahlung einer Lichtquelle reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, sowie eine Aktuatoreinrichtung zur Ausrichtung der mindestens einen optischen Oberfläche in mindestens zwei Winkelstellungen. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage, mit einem solchen Beleuchtungssystem, ein Verfahren zum Optimieren der Dicke einer reflektierenden Beschichtung einer optischen Oberfläche eines solchen optischen Elements, sowie ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung mit einer optimierten Dicke.
Reflektierende optische Elemente (Spiegel) für die Mikrolithographie, speziell für die EUV-Lithographie, weisen eine reflektierende Beschichtung auf, deren Schicht-Design sehr genau auf die zu erwartende Betriebswellenlänge und die zu erwartenden Einfallswinkel abgestimmt werden muss, um eine akzeptable Reflektivität zu gewährleisten, da solche Spiegel auch im idealen Fall nur eine Reflektivität von typischer Weise weniger als ca. 70% aufweisen.
Der Einfallswinkel bzw. die Einfallswinkelverteilung der Strahlung an einer optischen Oberfläche hängt von der Ausrichtung der optischen Oberfläche im Strahlengang (relativ zur Lichtquelle) ab. In Beleuchtungssystemen von Projektionsbelichtungsanlagen werden häufig optische Elemente in Form von Facettenspiegeln verwendet, die eine Mehrzahl von Facetten-Elementen aufweisen, deren optische Oberflächen relativ zum einfallenden Strahlengang in unterschiedlichen Winkelstellungen ausrichtbar sind. Typischer Weise können hierbei mehrere (mindestens zwei) Schaltstellungen gewählt werden, bei denen die Strahlung unter zwei (oder mehr) unterschiedlichen Winkeln bzw. (schmalen) Winkelverteilungen auftrifft. Eine für die jeweilige Ausrichtung bzw. Schaltstellung optimale Schichtdicke der reflektierenden Beschichtung, bei welcher die Reflektivität maximal ist, ist hierbei im Allgemeinen für eine andere Winkelstellung nicht optimal. Zudem besteht das Problem, dass die Herstellung von Schichten bzw. von Beschichtungen für EUV-Spiegel aufwändig ist, so dass die beim Fertigungsprozess erhaltene Schichtdicke aufgrund von Fertigungs-Schwankungen nicht exakt mit der gewünschten Soll-Schichtdicke übereinstimmt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem, eine optische Anordnung, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage, ein Verfahren zum Optimieren der Dicke einer reflektierenden Beschichtung sowie ein Verfahren zum Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung anzugeben, bei denen der Einfluss von Fertigungsfehlern auf die Reflektivität möglichst gering ist.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Beleuchtungssystem der eingangs genannten Art, bei dem die reflektierende Beschichtung entweder eine Dicke aufweist, bei der ein aus einer dickenabhängigen Reflektivität der Beschichtung bei den mindestens zwei Winkelstellungen gebildeter Mittelwert maximiert ist oder bei dem die Beschichtung eine Dicke aufweist, bei der eine maximale durch eine Dickentoleranz der Beschichtung hervorgerufene Änderung der Reflektivität bei den jeweiligen Winkelstellungen minimiert ist, oder bei dem die reflektierende Beschichtung eine Dicke aufweist, bei der die Reflektivität der Beschichtung in den mindestens zwei Winkelstellungen gleich groß ist.
Bei optischen Oberflächen, welche in mindestens zwei (z. B. diskreten) Schalt- bzw. Winkelstellungen betrieben werden, bei denen aufgrund eines unterschiedlichen Einfallswinkels bzw. einer unterschiedlichen Einfallswinkel-Verteilung der auftreffenden Beleuchtungsstrahlung eine unterschiedliche Abhängigkeit der Reflektivität von der Beschichtungs-Dicke gegeben ist, muss im Allgemeinen für die zu verwendende Dicke der reflektierenden Beschichtung ein Kompromiss gefunden werden, der bei allen Winkelstellungen eine akzeptable Reflektivität sicherstellt. Ein Kriterium für die Wahl einer geeigneten Dicke für die reflektierende Beschichtung stellt die möglichst weitgehende Unabhängigkeit der Reflektivität gegenüber fertigungsbedingten Dickenänderungen bzw. Dickenschwankungen dar. Hierbei ist zu beachten, dass auch geringe Dickenschwankungen im Sub-Nanometer-Bereich bereits zu erheblichen Veränderungen der Reflektivität führen können.
Bei der reflektierenden Beschichtung handelt es sich typischer Weise um eine Mehrlagen-Beschichtung, welche die reflektierende Wirkung durch Interferenzeffekte erzielt. Unter der zu optimierenden Dicke der reflektierenden Beschichtung wird im Sinne dieser Anmeldung nicht die Gesamtdicke des Schichtstapels verstanden, welcher auf ein Substrat aufgebracht wird, um die reflektierende Wirkung zu erreichen, sondern vielmehr die Dicke, die durch eine Anzahl N von Untereinheiten gebildet wird, die in einer periodischen oder nahezu periodischen Abfolge angeordnet sind und die jeweils eine erste Schicht aus einem hoch brechenden und eine zweite Schicht aus einem niedrig brechenden Material aufweisen. Zur Vereinfachung wird davon ausgegangen, dass die Dicke der reflektiven Beschichtung gegeben ist durch d = N·d_U, wobei du die Dicke einer jeweiligen Untereinheit bezeichnet. Bei der Dicke d_U der Untereinheit bzw. der Dicke d der reflektierenden Beschichtung bleiben funktionelle Schichten unberücksichtigt, die in der Beschichtung vorhanden sein können und z. B. als Diffusionsbarrieren wirken.
Zur Erzeugung einer hohen Reflektivität müssen die Untereinheiten bzw. deren Dicken du so dimensioniert sein, das die an den unterschiedlichen Untereinheiten stattfindenden Reflektionen sich mit gleicher Phase konstruktiv überlagern. Da man auf diesen Interferenzeffekt angewiesen ist, muss die Schichtdicke bzw. die Summe der Dicken der Einzelschichten einer jeweiligen Untereinheit so genau wie möglich auf den zu erwartenden Einfallswinkel (bzw. die zu erwartende Einfallswinkelverteilung) und die Wellenlänge (bzw. die zu erwartende Wellenlängenverteilung) der Beleuchtungsstrahlung abgestimmt werden, um die Bragg-Bedingung zu erfüllen. Die Reflektivität der Beschichtung lässt sich durch eine Steigerung der Anzahl N von Untereinheiten (Schichtpaaren) nicht beliebig steigern, d. h. die Reflektivität erreicht bei einem Wert von ca. 60% bzw. ca. 70% einen Grenzwert. Die Anzahl N der Untereinheiten wird hierbei in der Regel so gewählt, dass durch die Hinzunahme von weiteren Untereinheiten die Reflektivität nicht mehr gesteigert werden kann. Für die Optimierung der Reflektivität kann die Dicke du einer jeweiligen Untereinheit oder auch die Gesamt-Dicke d = N·d_U der Beschichtung einer jeweiligen reflektierenden Oberfläche geeignet gewählt werden. Für die oben beschriebene Wahl der Dicke der reflektierenden Beschichtung ist lediglich relevant, dass die dickenabhängige Reflektiviät bei den mindestens zwei Winkelstellungen bekannt ist und von derselben Ausgangsgröße (d_U bzw. N·d_U) ausgegangen wird.
Die Gesamtdicke des Schichtstapels ist demgegenüber von weiteren Gegebenheiten abhängig (Kosten, Rauhigkeiten, ...), bzw. davon, ob ein Schichtstapel mit der jeweiligen Gesamtdicke noch sinnvoll ist (ab einer gewissen Dicke der Beschichtung sind Absorptionseffekte so groß, dass die einfallende Beleuchtungsstrahlung nicht mehr austreten kann). Die Gesamtdicke der Beschichtung wird auch so groß gewählt, dass diese für die Lebensdauer des optischen Elements ausreichend ist, sollte die Umgebung der Beschichtung so aggressiv sein, dass die Schichten der Beschichtung mit der Zeit abgetragen werden (z. B. durch Sputtern oder dergleichen).
Die Schichtdicke der reflektierenden Beschichtung kann hierbei gemäß dem ersten oben angegebenen Kriterium so gewählt werden, dass die über die jeweiligen Einfallswinkel (in den entsprechenden Winkelstellungen) gemittelte Reflektivitätskurve optimiert wird, d. h. es wird ein Optimum für das Funktional <R(d, AOI)>_AOI gesucht, wobei d die Dicke und AOI „angle of incidence” das Einfallswinkelspektrum bezeichnet, das bei diskreten Kipp-Winkelstellungen der optischen Oberflächen typischer Weise einen diskontinuierlichen Verlauf aufweist. Das Funktional <R(d, AOI)>_AOI bezeichnet das arithmetische Mittel der Reflektivität bei den einzelnen Schalt- bzw. Winkelstellungen. Der arithmetische Mittelwert stellt typischer Weise ein geeignetes Maß für die Optimierung dar, wenn die zwei oder mehr Winkel- bzw. Schaltstellungen gleich wichtig sind bzw. gleich häufig genutzt werden.
In einer Ausführungsform ist der aus der dickenabhängigen Reflektivität gebildete Mittelwert ein über die mindestens zwei Winkelstellungen gewichteter Mittelwert, wobei die Gewichtung der Winkelstellungen von der Position der optischen Oberfläche auf dem optischen Element abhängig ist. Je nach Position der optischen Oberfläche bzw. Facette eines Facettenelements im Beleuchtungsstrahlengang kann eine der Schaltstellungen ggf. häufiger für die Formung der Beleuchtungspupille verwendet werden als andere Schaltstellungen. Daher kann es günstig sein, wenn in dieser Schaltstellung die optische Oberfläche bzw. Facette eine gegenüber den anderen Schaltstellungen erhöhte Reflektivität aufweist, was durch ein höheres Gewicht bei der Bestimmung des Mittelwerts berücksichtigt werden kann. Auch ist die Auswirkung einer Veränderung der Reflektivität einer jeweiligen Facette bzw. optischen Oberfläche auf Fehler im Belichtungsprozess ggf. in den jeweiligen Schaltstellungen unterschiedlich, so dass eine Veränderung der Reflektivität bei einer bestimmten Schaltstellung ggf. eher akzeptiert werden kann als bei anderen Schaltstellungen, was ebenfalls durch eine entsprechende Gewichtung bei der Bestimmung des Mittelwerts berücksichtigt werden kann.
Alle diese von der Position der jeweiligen Facette bzw. optischen Oberfläche und der jeweiligen Schaltstellung abhängigen Faktoren können durch den gewichteten Mittelwert berücksichtigt werden, d. h. es wird bei der Bildung des Funktionals eine (facettenabhängige) Gewichtungsfunktion f(AOI) eingeführt, so dass für das Funktional gilt: <f(AOI)·R(d, AOI)>_AOI. Die Gewichtungsfunktion f(AOI) kann z. B. berücksichtigen, wie lange die optische Oberfläche beim Betrieb des Beleuchtungssystems voraussichtlich in der jeweiligen Schalt- bzw. Winkelstellung betrieben wird. Dies hängt z. B. davon ab, wie lange das Beleuchtungssystem in einem jeweiligen Beleuchtungsmodus betrieben wird (relativ zur Betriebsdauer in den anderen Beleuchtungsmodi). Zusätzlich oder alternativ können Schaltstellungen, bei denen eine Veränderung der Reflektivität eine vergleichsweise kleine Auswirkung auf das Gesamtsystem hat, mit einem geringeren Gewicht bewertet werden als Schaltstellungen, bei denen die Veränderung der Reflektivität größere Auswirkungen auf die Fehler im Belichtungsprozess aufweist.
Das Auffinden des Optimums der Dicke entspricht hierbei dem Auffinden derjenigen Dicke d_OPT1, bei welcher die Ableitung des entsprechenden Funktionals nach der Dicke d eine Nullstelle aufweist. Wird diese Ableitung bei gleicher Gewichtung für genau zwei Winkelstellungen bestimmt (d. h. als arithmetisches Mittel), weisen bei der optimalen Dicke d_OPT1 die Ableitungen bezüglich der Dicke d in den beiden Schaltstellungen den gleichen Betrag, aber ein entgegen gesetztes Vorzeichen auf. In diesem Fall ist somit die Sensitivität der Reflektivität im Bezug auf fertigungsbedingte Schichtdickenschwankungen, d. h. Abweichungen von der optimalen Dicke d_OPT1, für beide Winkelstellungen gleich groß.
Sind zum Zeitpunkt der Herstellung der Beschichtung die durch den Fertigungsprozess auftretenden (maximalen) Schichtdickenschwankungen bzw. Schichtdickentoleranzen bereits bekannt, so kann die Dicke der Beschichtung so gewählt werden, dass die durch die vorgegebenen Toleranzen hervorgerufenen Änderungen der Reflektivität sich bei allen Winkelstellungen möglichst wenig auswirken. Um dies zu erreichen, kann als optimale Schichtdicke d_OPT2 diejenige Schichtdicke gewählt werden, bei der die größte bzw. maximale (relative) Änderung der Reflektivität möglichst klein bzw. minimal ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des Einflusses von Fertigungsfehlern auf die Reflektivität besteht darin, für die Beschichtung eine Dicke zu wählen, bei der die die Reflektivitäten in den mindestens zwei Winkelstellungen gleich groß sind. Diese Art der Festlegung der Dicke ist besonders einfach und führt ebenfalls zu einer deutlichen Verringerung der Sensitivität der Reflektivität von der Dickentoleranz.
Es versteht sich, dass die drei oben angegebenen Kriterien im Allgemeinen zu unterschiedlichen optimalen Schichtdicken führen. Wenn die (maximalen) Fertigungstoleranzen vor dem Aufbringen einer Beschichtung bekannt sind, ist es in der Regel günstiger, das zweite Kriterium zu verwenden. In allen drei Fällen kann aber im Vergleich zu anderen Möglichkeiten für die Festlegung der Schichtdicke (z. B. durch die Maximierung der Reflektivität für einen über die Winkelstellungen gemittelten Einfallswinkel) eine deutliche Verringerung der Sensitivität gegenüber Fertigungsschwankungen erreicht werden.
Bei einer Ausführungsform beträgt ein Differenzwinkel zwischen jeweils zwei der (in der Regel diskreten) (Kipp-)Winkelstellungen mindestens 1°, bevorzugt mindestens 2°, insbesondere mindestens 3°. Um die Ausleuchtung der nachfolgenden Optik (bei einem Wabenkondensor z. B. dem Pupillenfacettenspiegel) möglichst flexibel einstellen zu können, ist eine möglichst große Variation der Winkelstellungen bzw. der Kippwinkel gewünscht. Eine starke Veränderung des Einfallswinkels beim Schalten zwischen den mindestens zwei unterschiedlichen Winkelstellungen ist zwar unerwünscht, lässt sich aber typischer Weise zumindest bei manchen der optischen Oberflächen des optischen Elements nicht bzw. nur schwer vermeiden. Die Optimierung kann für eine Mehrzahl von (diskreten) Kipp-Winkelstellungen vorgenommen werden, die deutlich (d. h. mindestens 1°) voneinander getrennt sein können.
Die optischen Oberflächen können mittels einer Aktuatoreinrichtung zwischen den unterschiedlichen Winkelstellungen bewegt werden. Die Aktuatoreinrichtung kann z. B. in Form eines Piezo-Aktuators ausgebildet sein, um eine Verkippung der optischen Oberfläche zu bewirken. Die unterschiedlichen Winkelstellungen können aber auch durch Drehung eines jeweiligen Facetten-Elements um eine Rotationsachse eingestellt werden, beispielsweise auf die in der DE 10 2009 054 888 A1 beschriebene Art und Weise. Es versteht sich, dass die Aktuatoreinrichtung in der Regel eine kontinuierliche Drehung bzw. Verkippung der optischen Oberflächen ermöglicht. Insbesondere bei einem (Feld-)Facettenspiegel werden aber typischer Weise nur bestimmte, diskrete Winkelstellungen genutzt, die mit der Aktuatoreinrichtung eingestellt werden und für welche die Reflektivität optimiert werden muss. Für die zwischen diesen Winkelstellungen liegenden Zwischenwerte ist eine solche Optimierung in der Regel nicht erforderlich.
In der Regel kann einer diskreten Kipp-Winkelstellung ein diskreter Einfallswinkel zugeordnet werden, da die Einfallswinkelverteilung um den diskreten Einfallswinkel im Vergleich zur Differenz zwischen den (diskreten) Einfallswinkeln bei den unterschiedlichen Schaltstellungen sehr schmal ist. In diesem Fall wird das oben beschriebene Funktional <f(AOI)·R(d, AOI)>_AOI zu einer Summe über die dickenabhängigen Reflektivitäten bei den unterschiedlichen Kipp-Winkelstellungen, denen jeweils genau ein Einfallswinkel zugeordnet ist. Es versteht sich aber, dass das Funktional <f(AOI)·R(d, AOI)>_AOI nicht zwingend in Form einer Summe vorliegen muss, sondern im Allgemeinen ein Integral darstellt, bei dem die Gewichtungsfunktion f(AOI) ggf. abschnittsweise (d. h. für bestimmte Einfallswinkelbereiche) verschwindet. Im oben beschriebenen Fall kann die Gewichtungsfunktion f(AOI) als Summe von Delta-Funktionen (ggf. mit jeweils einem Gewichtungsfaktor) dargestellt werden, was dem diskreten Fall (Summenbildung) entspricht.
In einer weiteren Ausführungsform variiert die Dicke der reflektierenden Beschichtung in Abhängigkeit von der Position an der optischen Oberfläche, und zwar typischer Weise in Abhängigkeit vom jeweiligen (ortsabhängigen) Einfallswinkel bzw. vom jeweiligen (ortsabhängigen) Einfallswinkelspektrum. In diesem Fall wird einer Winkel- bzw. Kippstellung nicht ein diskreter Einfallswinkel zugeordnet, sondern die Dicke der reflektierenden Beschichtung wird in Abhängigkeit von der Position an der optischen Oberfläche optimiert, wodurch sich typischer Weise eine ortsabhängig variierende Dicke der Beschichtung einstellt.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Beleuchtungssystem eine Lichtquelle zur Erzeugung von Beleuchtungsstrahlung auf, deren Wellenlängenspektrum bei einer Betriebswellenlänge des Beleuchtungssystems eine maximale Intensität aufweist. Die Reflektivität der Beschichtung in einer jeweiligen Winkelstellung wird typischer Weise für einen diskreten Einfallswinkel optimiert, ggf. kann aber auch eine Optimierung über eine (schmale) Einfallswinkelverteilung bei der jeweiligen Winkelstellung erfolgen (s. o.). Die Reflektivität der Beschichtung hängt zusätzlich von der Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung ab, welche auf die optische Oberfläche trifft. Im einfachsten Fall kann die Bestimmung der Reflektivität bei den einzelnen Winkelstellungen für die Betriebswellenlänge erfolgen, bei der die Intensität der Beleuchtungsstrahlung maximal ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element als Facettenspiegel ausgebildet und die optischen Oberflächen sind an Facetten-Elementen des Facettenspiegels gebildet. In Beleuchtungssystemen werden zur Einstellung von unterschiedlichen Beleuchtungs-Settings zur Erzeugung von unterschiedlichen Beleuchtungspupillen (Winkelverteilungen) des Beleuchtungssystems, z. B. Dipol-Beleuchtung etc. häufig Facetten-Spiegel eingesetzt, deren Facetten-Elemente zwischen unterschiedlichen Winkelstellungen umgeschaltet werden können. Typischer Weise werden hierbei zwei Facettenspiegel verwendet, bei denen durch ein Umschalten zwischen den Schaltzuständen der Facetten-Elemente des im Strahlengang ersten Facettenspiegels die Zuordnung zu den Facetten-Elementen des im Strahlengang nachfolgenden Facettenspiegels in Abhängigkeit vom gewünschten Beleuchtungs-Setting variiert werden kann.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine optische Anordnung, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Substrats, umfassend: ein Beleuchtungssystem, das wie oben beschrieben ausgebildet ist. Das Beleuchtungssystem dient der Ausleuchtung eines vorgegebenen Beleuchtungsfeldes, an dem eine Maske („reticle”) angeordnet ist, welche durch ein nachfolgendes Projektionsobjektiv in verkleinertem Maßstab auf ein lichtempfindliches Substrat abgebildet wird.
Bei einer Ausführungsform wird für die Bestimmung der dickenabhängigen Reflektivität der reflektierenden Beschichtung des optischen Elements bzw. der optischen Oberfläche bei den mindestens zwei Winkelstellungen über das von der Lichtquelle erzeugte und von den weiteren optischen Elementen der optischen Anordnung gefilterte Wellenlängenspektrum gemittelt. In einer optischen Anordnung z. B. in Form einer EUV-Lithographieanlage gibt es eine Mehrzahl von optischen Elementen (Spiegeln), die jeweils wie ein Spektralfilter für die auftreffende Beleuchtungsstrahlung wirken. Das ursprünglich vergleichsweise breite Spektrum der Lichtquelle wird daher von Reflektion zu Reflektion an einem jeweiligen optischen Element schmäler. Für die Optimierung der Schichtdicke kommt es typischer Weise auf die Wellenlängenverteilung an, welche aus der optischen Anordnung austritt, d. h. im Falle einer EUV-Lithographieanlage auf die spektrale Verteilung die am lichtempfindlichen Substrat bzw. dem Wafer ankommt. Für die Optimierung der Schichtdicke eines jeweiligen optischen Elements sollte daher sowohl die Verteilung des Strahlungsspektrums der Lichtquelle als auch die spektrale Filterwirkung der anderen optischen Elemente (im Strahlengang vor und nach dem zu optimierenden optischen Element) berücksichtigt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einem Verfahren zum Optimieren einer Dicke einer reflektierenden Beschichtung einer optischen Oberfläche eines optischen Elements für ein Beleuchtungssystem einer optischen Anordnung, insbesondere für ein Beleuchtungssystem einer EUV-Lithographieanlage, umfassend: Bestimmen einer dickenabhängigen Reflektivität der Beschichtung in mindestens zwei Winkelstellungen, unter denen die optische Oberfläche im Beleuchtungsstrahlengang einer Lichtquelle ausrichtbar ist, sowie entweder Bestimmen einer Dicke für die Beschichtung, bei der ein aus der dickenabhängigen Reflektivität bei den mindestens zwei Winkelstellungen gebildeter Mittelwert maximiert wird, oder Bestimmen einer Dicke für die Beschichtung, bei der die maximale durch eine Dickentoleranz der Beschichtung hervorgerufene Änderung der dickenabhängigen Reflektivität bei den jeweiligen Winkelstellungen minimiert wird, oder Bestimmen einer Dicke für die Beschichtung, bei der die Reflektivität in den mindestens zwei Winkelstellungen gleich groß ist.
Das Verfahren wird typischer Weise vor einem nachfolgenden Beschichtungsvorgang angewandt, bei dem die Beschichtung auf ein Substrat bzw. auf eine optische Oberfläche aufgebracht wird. Für die Durchführung der zweiten Alternative des Verfahrens ist es erforderlich, dass die beim Herstellungsprozess auftretende Dickentoleranz bekannt ist bzw. abgeschätzt werden kann.
Bei einer Variante des Verfahrens wird zur Bildung des Mittelwerts eine Gewichtung über die mindestens zwei Winkelstellungen vorgenommen, wobei die Gewichtung der Winkelstellungen von der Position der jeweils zu optimierenden optischen Oberfläche (bzw. der jeweiligen Spiegelfacette) auf dem optischen Element abhängig ist. Wie weiter oben dargestellt wurde, kann für die Gewichtung beispielsweise der (erwartete) Anteil des Betriebsdauer der optischen Oberfläche in der jeweiligen Schaltstellung und/oder der Einfluss einer Änderung der Reflektivität in der jeweiligen Schaltstellung auf die Fehler beim Belichtungsprozess berücksichtigt werden.
Bei einer Variante beträgt ein Differenzwinkel zwischen jeweils zwei der Winkelstellungen mindestens 1°, bevorzugt mindestens 2°, insbesondere mindestens 3°. Typischer Weise wird das oben beschriebene Verfahren angewendet, indem für mehrere diskrete Winkelstellungen eine dickenabhängige Reflektivitätskurve bestimmt bzw. berechnet (simuliert) wird. Die entsprechenden Einfallswinkel der Beleuchtungsstrahlung bei den jeweiligen Winkelstellungen sollten zwar möglichst wenig voneinander abweichen, dies lässt sich aber aufgrund der Erfordernisse des Beleuchtungssystems z. B. im Hinblick auf den Bauraum in der Regel nicht für alle Spiegelfacetten realisieren. Die oben beschriebene Schichtdicken-Optimierung ist umso wichtiger, je größer die Einfallswinkel sind bzw. je größer die Differenz zwischen den Einfallswinkeln bei den unterschiedlichen Winkelstellungen ausfällt.
Bei einer Variante wird die Dicke der reflektierenden Beschichtung in Abhängigkeit von der Position an der optischen Oberfläche bestimmt. In diesem Fall wird die Reflektivität der reflektierenden Beschichtung durch geeignete Wahl der Dicke für jeden Punkt der optischen Oberfläche einzeln optimiert, wobei das an dem jeweiligen Ort vorliegende Einfallswinkelspektrum für die Optimierung berücksichtigt wird. Hierdurch ergibt sich typischer Weise eine reflektierende Beschichtung mit einer ortsabhängig über die reflektierende Oberfläche variierenden Dicke.
In einer weiteren Variante wird die dickenabhängige Reflektivität der reflektierenden Beschichtung der mindestens einen optischen Oberfläche des optischen Elements bei den mindestens zwei Winkelstellungen über das von der Lichtquelle erzeugte und von den weiteren optischen Elementen der optischen Anordnung gefilterte Wellenlängenspektrum gemittelt. Durch die Mittelung über die wellenlängenabhängige Intensitätsverteilung, welche aus der optischen Anordnung austritt und z. B. im Falle einer EUV-Lithographieanlage am Wafer ankommt, kann die Genauigkeit bei der Schichtdickenoptimierung erhöht werden.
Ein letzter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer reflektierenden Beschichtung an einer optischen Oberfläche eines optischen Elements für ein Beleuchtungssystem einer optischen Anordnung, insbesondere für ein Beleuchtungssystem einer EUV-Lithographieanlage, umfassend: Aufbringen der Beschichtung auf die optische Oberfläche mit einer Dicke, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt wird. Das Aufbringen der Beschichtung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wobei typischer Weise eine Abscheidung eines jeweiligen Schichtmaterials aus der Gasphase erfolgt, z. B. durch CVD („chemical vapor deposition”) oder durch PVD („physical vapor deposition”). Die Beschichtung weist hierbei in der Regel eine Mehrzahl von Schichtpaaren mit alternierenden Brechungsindizes auf, deren Schichtdicken auf die Betriebswellenlänge bzw. auf die wellenlängenabhängige Intensitätsverteilung sowie auf den Einfallswinkel bzw. das Einfallswinkelspektrum abgestimmt sind. Für einen vorgegebenen Einfallswinkel kann auch eine geringe Variation der Schichtdicke der Einzelschichten bzw. der Gesamtdicke zu einer nicht unerheblichen Veränderung der Reflektivität der Beschichtung führen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage mit einem Beleuchtungssystem, in dem zwei Facettenspiegel angeordnet sind,
2a, b schematische Darstellungen eines Facetten-Elements in zwei unterschiedlichen Winkelstellungen,
3 eine schematische Darstellung einer auf das Facetten-Element von 2a, b aufgebrachten reflektierenden Beschichtung,
4a eine schematische Darstellung von dickenabhängigen Reflektivitätskurven für die beiden Winkelstellungen von 2a, b sowie für eine weitere Winkelstellung,
4b eine Darstellung analog 4a mit zwei Reflektivitätskurven für die beiden Winkelstellungen,
4c eine Darstellung analog 4b mit einer weiteren Reflektivitätskurve, welche den Mittelwert der beiden Reflektivitätskurven bildet,
4d eine Darstellung der relativen Änderung der Reflektivität in Abhängigkeit von einer vorgegebenen fertigungsabhängigen Dickentoleranz.
In 1 ist schematisch eine EUV-Lithographieanlage 1 gezeigt. Diese weist eine EUV-Lichtquelle 2 zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf, die in einem EUV-Wellenlängenbereich unter 50 nm, insbesondere zwischen ca. 5 nm und ca. 15 nm eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV-Lichtquelle 2 kann beispielsweise in Form einer Plasma-Lichtquelle zur Erzeugung eines laserinduzierten Plasmas oder als Synchrotron-Strahlungsquelle ausgebildet sein. Insbesondere im ersteren Fall kann wie in 1 gezeigt ein Kollektor-Spiegel 3 verwendet werden, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 2 zu einem Beleuchtungsstrahl 4 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 4 weist ein Wellenlängenspektrum auf, das in einem schmalbandigen Wellenlängenbereich um eine Betriebswellenlänge λ_B konzentriert ist, bei der die EUV-Lithographieanlage 1 betrieben wird. Zur Selektion der Betriebswellenlänge λ_B bzw. zur Auswahl des schmalbandigen Wellenlängenbereichs kann ggf. ein (nicht gezeigter) Monochromator verwendet werden.
Der Beleuchtungsstrahl 4 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 10, welches im vorliegenden Beispiel fünf reflektierende optische Elemente 12 bis 16 aufweist. Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Maske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung 4 auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 4 und formt einen Projektionsstrahl 5, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 20 eingestrahlt wird, welches vier weitere optische Spiegel-Elemente 21 bis 24 aufweist, um eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W zu erzeugen. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z. B. Silizium, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird.
Das zweite und das dritte reflektierende Element 13, 14 im Beleuchtungssystem 10 sind im vorliegenden Fall als Facettenspiegel ausgebildet und weisen eine Mehrzahl von Facetten-Elementen in Form von Mikrospiegeln auf, die in einer Rasteranordnung angeordnet sind. In 1 sind beispielhaft für jedes optische Element 13, 14 vier Facetten-Elemente mit ihren entsprechenden ersten bzw. zweiten optischen Oberflächen 13a–d, 14a–d gezeigt, an denen der Beleuchtungsstrahl 4 bzw. ein jeweiliges Teilbündel reflektiert wird. Das erste optische Element 13 wird auch als Feld-Rasterelement bezeichnet und dient der Erzeugung von sekundären Lichtquellen in dem Beleuchtungssystem 10. Das zweite optische Element 14 ist am Ort der vom ersten optischen Element 13 erzeugten sekundären Lichtquellen angeordnet und wird auch als Pupillen-Rasterelement 14 bezeichnet.
Ein auf eine jeweilige optische Oberfläche 13a–d des ersten optischen Elements 13 auftreffendes Teilbündel des Beleuchtungsstrahls 4 wird an dieser auf eine optische Oberfläche 14a–d des zweiten optischen Elements 14 umgelenkt. Die optischen Oberflächen 13a–d des ersten optischen Elements 13 können rechteckig sein und ein Aspektverhältnis (x:y) von z. B. 20:1 aufweisen, wobei die X-Richtung senkrecht zur Zeichenebene von 1 verläuft.
Jede der ersten optischen Oberflächen 13a–d des ersten optischen Elements 13 kann im vorliegenden Beispiel um eine zur X-Richtung parallele Achsrichtung verkippt werden. Zusätzlich kann eine jeweilige optische Oberfläche 13a–d ggf. auch um eine weitere Achse verkippbar sein, die in der XZ-Ebene (Zeichenebene) liegt. Auf diese Weise kann die Richtung, unter welcher der Beleuchtungsstrahl 4 auf die optische Oberfläche 13a–d auftrifft, eingestellt werden. Durch die Verkippung kann insbesondere auch die Zuordnung zwischen den optischen Oberflächen 13a–d des ersten optischen Elements 13 und den optischen Oberflächen 14a–d des zweiten optischen Elements 14 verändert werden, um eine gewünschte Beleuchtungsverteilung (Beleuchtungspupille bzw. Winkelverteilung) am Ort der beleuchteten Objekts M zu erzeugen.
Für die Auswahl eines jeweiligen Beleuchtungsmodus („setting”), welcher einer gewünschten Beleuchtungspupille entspricht, kann eine unterschiedliche Zuordnung zwischen den optischen Oberflächen 13a–d des ersten optischen Elements 13 und den optischen Oberflächen 14a–d des zweiten optischen Elements 14 gewählt werden, wie dies beispielsweise in der US 6658084B2 der Anmelderin beschrieben ist, auf welche vollumfänglich Bezug genommen wird. Je nachdem, welche Schaltstellungen für die optischen Oberflächen 13a–d des ersten optischen Elements 13 gewählt werden, werden die jeweiligen Teilbündel des Beleuchtungsstrahls 4 auf unterschiedliche optische Oberflächen 14a–d des zweiten optischen Elements 14 gelenkt, um das jeweils gewünschte Beleuchtungs-Setting, z. B. annulare Beleuchtung oder Dipol-Beleuchtung, zu realisieren. In der Regel wird bei einem jeweiligen Beleuchtungsmodus bzw. bei einem vorgegebenen Zeitpunkt eine 1:1 Zuordnung zwischen den optischen Oberflächen 13a–d des ersten optischen Elements 13 und den optischen Oberflächen 14a–d des zweiten optischen Elements 14 gewählt. Es kann aber ggf. auch eine Zuordnung dergestalt erfolgen, dass zwei oder mehr der optischen Oberflächen 13a–d des ersten optischen Elements 13 einer einzigen optischen Oberfläche 14a–d des zweiten optischen Elements 14 zugeordnet werden, um unterschiedliche Beleuchtungs-Moden einzustellen. Details diesbezüglich finden sich in der US 2009/0041182 A1 der Anmelderin, auf die vollumfänglich Bezug genommen wird.
2a, b zeigen stellvertretend für alle Facetten-Elemente des ersten optischen Elements 13 ein einzelnes Facetten-Element 19 mit einer zugehörigen optischen Oberfläche 13a und mit einer zugeordneten Aktuatoreinrichtung 17, welche zur Ausrichtung des Facetten-Elements 19 im Beleuchtungsstrahlengang 4 dient. Die Aktuatoreinrichtung 17 kann zur Verkippung des Facetten-Elements 19 bzw. der optischen Oberfläche 13a ausgebildet sein, ggf. kann diese aber auch zur Drehung des Facetten-Elements um eine Rotationsachse dienen, wie dies z. B. in der DE 10 2009 054 888 A1 der Anmelderin dargestellt ist, auf die vollumfänglich Bezug genommen wird. Die Aktuatoreinrichtung 17 steht über eine (nicht gezeigte) Signalleitung mit einer (nicht gezeigten) zentralen Steuereinrichtung in signaltechnischer Verbindung, um die den jeweiligen optischen Oberflächen 13a–d, 14a–d zugeordneten Aktuatoreinrichtungen 17 unabhängig voneinander anzusteuern. Die Ansteuerung mehrerer oder aller Aktuatoreinrichtungen 17 kann hierbei synchron oder nacheinander erfolgen, um zwischen unterschiedlichen Beleuchtungs-Settings umzuschalten.
In 2a ist das Facetten-Element 19 des ersten Facettenspiegels 13 in einer ersten mittels der Aktuatoreinrichtung 17 eingestellten Kipp-Winkelstellung α₁ = 73° gezeigt, bei dem die Flächennormale der optischen Oberfläche 13a relativ zum auftreffenden Teilbündel des Beleuchtungsstrahls 4 unter einem Einfallswinkel β₁ = 17° angeordnet ist. In 2b ist das Facetten-Element 19 hingegen in einer zweiten Kipp-Winkelstellung α₂ = 77° gezeigt, bei welcher die Flächennormale der optischen Oberfläche 13a unter einem Einfallswinkel β₂ = 13° zum einfallenden Teilbündel des Beleuchtungsstrahls 4 ausgerichtet ist. Es versteht sich, dass die optische Oberfläche 13a mittels der Aktuatoreinrichtung 17 auch in mehreren weiteren Kipp-Winkelstellungen betrieben werden kann, die zwischen den beiden in 2a, b gezeigten Winkelstellungen α₁, α₂ liegen, die in einer Ebene senkrecht zu einer Dreh- bzw. Kippachse des Facetten-Elements 19 gemessen werden, die in 2a, b senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist und im vorliegenden Beispiel die Mittenachse der optischen Oberfläche 13a bildet. In der Ruhestellung, bei welcher die Aktuatoreinrichtung 17 keine Kraft auf das Facetten-Element 19 ausübt, kann der Winkel, unter dem das Facetten-Element 19 ausgerichtet ist, z. B. bei α₀ = 90° liegen (in 2a, b nicht gezeigt).
Da ein auf eine jeweilige optische Oberfläche 13a–d des ersten optischen Elements 13 auftreffendes Teilbündel des Beleuchtungsstrahls 4 auf eine optische Oberfläche 14a–d des zweiten optischen Elements 14 umgelenkt werden soll (und nicht teilweise zwischen die optischen Oberflächen 14a–d) sind typischer Weise nur wenige (diskrete) Winkelstellungen α₁, α₂, ..., α_N der ersten optischen Oberflächen 13a–d sinnvoll und werden im Betrieb des Beleuchtungssystems 10 mittels der Steuereinheit eingestellt. In 2a, b ist die Richtung der einfallenden Beleuchtungsstrahlung 4 in den beiden Winkelstellungen α₁, α₂ identisch. Es versteht sich aber, dass bei den optischen Oberflächen 14a–d des zweiten optischen Elements 14 in einer jeweiligen Schaltstellung die Richtung der einfallenden Beleuchtungsstrahlung 4 und somit der Einfallswinkel von der jeweiligen Winkelstellung α₁, α₂ der bei einem bestimmten Beleuchtungsmodus der jeweiligen optischen Oberfläche 14a–d zugeordneten optischen Oberfläche 13a–d des ersten optischen Elements 13 abhängig ist, was bei der Optimierung selbstverständlich berücksichtigt werden muss.
Um die Beleuchtungsstrahlung 4 an einer jeweiligen optischen Oberfläche 13a–d, 14a–d der optischen Elemente 13, 14 zu reflektieren, ist auf diese eine reflektierende Beschichtung 18 aufgebracht, die in 3 beispielhaft für das Facetten-Element 19 von 2a, b dargestellt ist. Die reflektierende Beschichtung 18 ist eine Mehrlagen-Beschichtung und weist eine Mehrzahl von Untereinheiten 25 auf, die jeweils zwei Einzelschichten 26, 27 aufweisen, die aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen. Wird EUV-Strahlung bei einer Wellenlänge λ_B im Bereich von 13,5 nm verwendet, so bestehen die Einzelschichten 26, 27 üblicherweise aus Molybdän und Silizium. Abhängig von der Betriebswellenlänge λ_B sind andere Materialkombinationen wie z. B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B₄C ebenfalls möglich.
Zusätzlich zu den Einzelschichten 26, 27 kann eine reflektive Beschichtung auch Zwischenschichten zur Verhinderung von Diffusion sowie eine Deckschicht zur Verhinderung von Oxidation bzw. Korrosion beinhalten, die in 3 nicht gezeigt sind und die für die Optimierung der Dicke d nicht berücksichtigt werden. Die Oberseite des Facetten-Elements 19 wird im Folgenden als optische Oberfläche 13a bezeichnet, auch wenn genau genommen die reflektierende Beschichtung 18 als Ganzes die Reflexion der EUV-Strahlung bewirkt. Beim Material des Facetten-Elements 19, auf welches die Mehrlagen-Beschichtung 18 aufgebracht ist, kann es sich um ein metallisches Material handeln, z. B. um Ruthenium, es kann ggf. aber auch ein so genanntes Nullausdehnungs-Material, z. B. ULE^®, Zerodur^®, etc. verwendet werden.
Die Dicken der Einzelschichten der Beschichtung 18 sind hierbei so auf die Betriebs-Wellenlänge λ_B der Beleuchtungsstrahlung (und den jeweiligen Einfallswinkel) abgestimmt, dass die Beschichtung 18 eine möglichst große Reflektivität für die Beleuchtungsstrahlung 4 aufweist. Vereinfachend wird nachfolgend angenommen, dass die reflektierende Beschichtung 18 eine Anzahl N von Untereinheiten 25 mit jeweils zwei Einzelschichten 26, 27 aufweist, d. h. es gilt d = N·d_U, wobei d_U die Dicke der jeweiligen Untereinheit 25 (d. h. die Summe der Dicken der hoch und niedrig brechenden Einzelschichten 26, 27) bezeichnet. Die maximale Reflektivität wird typischer Weise erzielt, wenn die Dicke d_U der Untereinheiten 25 im Hinblick auf den Einfallswinkel und die verwendete Wellenlänge λ_B (bzw. das verwendete Wellenlängenspektrum) die Bragg-Bedingung erfüllt. Der Einfallswinkel beeinflusst hierbei die optische Weglänge, welche die Beleuchtungsstrahlung 4 in der Beschichtung 18 bzw. in deren Einzelschichten 26, 27 zurücklegt, so dass die Reflektivität auch vom Einfallswinkel abhängig ist.
4a zeigt die Abhängigkeit der Reflektivität R von der Dicke d der Beschichtung 18 für die erste Winkelstellung α₁ (erste Reflektivitätskurve R₁) sowie für die zweite Winkelstellung α₂ (zweite Reflektivitätskurve R₂) von 2a, b. Wie deutlich zu erkennen ist, weisen die beiden Reflektivitätskurven R₁, R₂ im hier betrachteten Dickenbereich zwischen ca. 7,05 nm und ca. 7,2 nm eine gegenläufige Abhängigkeit von der Dicke d auf, d. h. die erste Reflektivitätskurve R₁ weist am unteren Rand des dargestellten Dickenintervalls (bei ca. 7,05 nm) ein Reflektivitäts-Maximum auf, während die zweite Reflektivitätskurve R₂ am oberen Rand des dargestellten Dickenintervalls (bei ca. 7,2 nm) ein Reflektivitäts-Maximum besitzt. Somit kann die Reflektivität R der Beschichtung 18 bei einer vorgegebenen Dicke d nicht für beide Winkelstellungen α₁, α₂ gleichzeitig maximiert werden.
Eine Möglichkeit zur Festlegung einer Dicke für die Beschichtung 18, bei der in beiden Winkelstellungen α₁, α₂ noch eine akzeptable Reflektivität R erzielt wird, besteht darin, zunächst die dickenabhängige Reflektivitätskurve R_αM für den Mittelwert der beiden Winkel α₁, α₂ zu bestimmen, d. h. im vorliegenden Fall für α_M = ½(α₁ + α₂) = 15° und diejenige Dicke d_O1 für die Beschichtung zu wählen, bei der die Reflektivitätskurve R_αM ein Maximum aufweist. Dieses Maximum liegt im vorliegenden Beispiel bei einer Dicke d_O1 von 7,1242 nm.
Problematisch bei einer solchen Festlegung ist es jedoch, dass bei einem Beschichtungsprozess zum Aufbringen der reflektierenden Beschichtung 18 auf die optische Oberfläche 13a fertigungsbedingte Dickentoleranzen auftreten, so dass die tatsächliche Dicke der Beschichtung 18 in der Regel von der Soll-Dicke d_O1 von 7,1242 nm abweicht. Wird die Soll-Schichtdicke d_O1 beim Beschichtungsprozess nicht genau getroffen, kann dies ggf. zu einer erheblichen Verringerung der Reflektivität R führen. Für das in 4a gezeigte Beispiel liegt die relative Änderung der Reflektivität ΔR/R bei einer relativen Dickentoleranz Δd/d_O1 von 0,1% bei 4%, d. h. eine vergleichsweise geringe Abweichung der Dicke von der Soll-Dicke d_O1 führt bereits zu einer erheblichen Reduzierung der Reflektivität R.
Wie weiter oben dargestellt wurde, kann die Reflektivität R der Beschichtung 18 nicht für beide Winkelstellungen α₁, α₂ gleichzeitig maximiert werden. Allerdings sollte für die Beschichtung 18 eine Dicke gewählt werden, bei der Abweichungen von der Soll-Dicke bzw. relative Dickentoleranzen, die fertigungsbedingt bei Aufbringen der Beschichtung 18 entstehen, einen möglichst kleinen Einfluss auf die Reflektivität bzw. die relative Änderung der Reflektivität haben.
Eine solche Möglichkeit zur Wahl einer optimierten Dicke ist in 4b dargestellt. Dort wird eine Dicke d_O2 für die Beschichtung 18 gewählt, bei der die Reflektivitäten R₁, R₂ für die beiden Winkelstellungen α₁, α₂ gleich groß sind, wobei die Dicke d_O2 im vorliegenden Fall bei 7,1444 nm liegt, bei der gilt: R₁ = R₂. Die Wahl des Schnittpunkts der Reflektivitätskurven R₁, R₂ zur Festlegung der Dicke führt bereits zu einer deutlichen Verringerung der Sensitivität der Reflektivität von der Dickentoleranz. Bei einer relativen Dickentoleranz Δd/d_O2 von 0,1% liegt die relative Änderung ΔR/R der Reflektivität bei nur noch ca. 2,12%.
Nachfolgend werden anhand von 4c und 4d zwei weitere Möglichkeiten für die Wahl der Dicke der Beschichtung 18 beschrieben, mit denen der Einfluss von Fertigungsschwankungen weiter reduziert werden kann. Bei dem in 4c dargestellten Kriterium zur Festlegung der Dicke der Beschichtung 18 wird zunächst aus den beiden Reflektivitätskurven R₁, R₂ ein Mittelwert R_M = ½(R₁ + R₂) gebildet, der in 4c durch eine gestrichelte Kurve dargestellt ist. Dieser dickenabhängige Mittelwert R_M wird optimiert, d. h. es wird diejenige Dicke d_OPT1 bestimmt, bei welcher die Reflektivitätskurve R_M ein Maximum aufweist. Im vorliegenden Beispiel ist dies bei d_OPT1 = 7,1504 nm der Fall. Bei einer vorgegebenen Dickentoleranz Δd/d von 0,1% liegt bei dieser Wahl für die Dicke der Beschichtung die relative Änderung der Reflektivität ΔR/R bei nur noch ca. 1,74%.
Bei dem in 4d dargestellten Kriterium zur Festlegung der Dicke der Beschichtung 18 wird zunächst eine relative Dickentoleranz Δd/d bei einer jeweiligen Dicke d vorgegeben, die im vorliegenden Beispiel bei 0,1% liegt. Anhand der bekannten Reflektivitätskurven R₁, R₂ wird die dieser Dickentoleranz Δd/d zugehörige relative Änderung der Reflektivität ΔR₁/R₁, ΔR₂/R₂ bei den beiden Winkelstellungen α₁, α₂ bestimmt. Nachfolgend wird das Minimum derjenigen Kurve aufgesucht, welche das Maximum der Änderung der Reflektivität ΔR₁/R₁, ΔR₂/R₂ bei den beiden Winkelstellungen α₁, α₂ darstellt, d. h. es wird derjenige Wert für die Dicke d_OPT2 bestimmt, bei dem der Wert max(ΔR₁/R₁, ΔR₂/R₂) minimal wird. Im vorliegenden Beispiel ergibt sich für die nach diesem Kriterium bestimmte Dicke d_OPT2 = 7,1512 nm. Bei dieser Dicke liegt die relative Änderung der Reflektivität ΔR/R bei nur 1,70% und ist somit noch geringer als bei der gemäß 4c bestimmten Dicke d_OPT1.
Für die im Zusammenhang mit 4d beschriebene Festlegung der Dicke d_OPT2 der Beschichtung 18 ist es erforderlich, die (relativen) Fertigungstoleranzen zu kennen bzw. diese zu bestimmen. Die Fertigungstoleranzen hängen unter anderem von der Art des für das Aufbringen der Beschichtung 18 verwendeten Beschichtungsprozesses sowie von den verwendeten Beschichtungsparametern ab. Sind die Fertigungstoleranzen nicht bekannt, kann eine Schätzung durchgeführt werden. Es versteht sich, dass die Abweichung Δd der Dicke d von der Soll-Dicke in 3 zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt ist. In der Regel wird die gemessene Reflektivitätsänderung einer über die Oberfläche 13a konstanten Abweichung Δd der Soll-Dicke d zugeordnet. Es versteht sich aber, dass die hier beschriebene Optimierung der Dicke der Beschichtung 18 ggf. auch ortsabhängig erfolgen kann, d. h. für jeden Punkt der Oberfläche 13a wird das jeweils dort auftreffende Einfallswinkelspektrum berücksichtigt, wodurch sich typischer Weise eine Beschichtung 18 mit einer über die Oberfläche 13a variierenden Dicke ergibt.
Sowohl das im Zusammenhang mit 4c als auch das im Zusammenhang mit 4d dargestellte Verfahren lässt sich auf für den Fachmann unmittelbar ersichtliche Weise auf mehr als zwei Winkelstellungen α₁, α₂, ... α_N (N > 2) verallgemeinern, während dies bei dem in Zusammenhang mit 4b beschriebenen Verfahren nicht ohne weiteres möglich ist, da bei mehr als zwei Winkelstellungen im Allgemeinen kein gemeinsamer Schnittpunkt der Reflektivitätskurven erhalten wird. Um eine möglichst flexible Ausleuchtung der nachfolgenden Optik zu ermöglichen, ist es günstig, wenn die Differenz der einzelnen Kipp-Winkel α₁, α₂, ... nicht zu gering ist. Dies ist typischer Weise der Fall, wenn der Differenzwinkel |α_a – α_b| zwischen zwei der Winkelstellungen α_a, α_b bei mindestens 1°, bevorzugt bei mindestens 2°, insbesondere bei mindestens 3° liegt. Allerdings sollten sich die jeweiligen Einfallswinkel in den unterschiedlichen Winkelstellungen nicht zu stark voneinander unterscheiden. Je größer der Einfallswinkel bzw. je größer die Differenz zwischen den Einfallswinkeln auf die jeweilige optische Oberfläche 13a–d, 14a–d in den unterschiedlichen Winkelstellungen α₁, α₂, ... ist, desto wichtiger ist die oben beschriebene Optimierung der Dicke d der Beschichtung 18.
Es versteht sich, dass die jeweilige Reflektivität R₁, R₂ der Beschichtung 18 bei den beiden Winkelstellungen α₁, α₂ von der Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 4 abhängig ist, welche auf die optische Oberfläche 13a–d, 14a–d auftrifft. Im einfachsten Fall kann die Reflektivität bei den einzelnen Winkelstellungen α₁, α₂ für die Betriebswellenlänge λ_B bestimmt werden, bei der die Intensität der Beleuchtungsstrahlung maximal ist. Zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Festlegung des Soll-Werts für die Dicke der Beschichtung 18 kann über die Einfallswinkel AOI, aber auch über das Wellenlängenspektrum der Beleuchtungsstrahlung 4 gemittelt werden, d. h. die Reflektivität ergibt sich als <<f(AOI)·g(λ)·R(d, AOI, λ)>_AOI >_λ.
Der Gewichtungsfaktor g(λ) im zu optimierenden Funktional bezieht sich hierbei auf das Wellenlängenspektrum, welches nach der Wirkung aller optischer Elemente 12 bis 16, M, 21 bis 24 der EUV-Lithographieanlage 1 im Zielgebiet auf dem Wafer W ankommt. Für die Gewichtung g(λ) wird somit das Wellenlängenspektrum der Lichtquelle 2 sowie die spektrale Filterung der von dieser bereit gestellten Beleuchtungsstrahlung 4 an allen optischen Elementen 12 bis 16, M, 21 bis 24 der EUV-Lithographieanlage 1 berücksichtigt, die eine spektrale Filterung vornehmen.
Die Gewichtung über das Einfallswinkelspektrum f(AOI) kann erfolgen, um die Tatsache zu berücksichtigen, dass bei einem vorgegebenen Kipp-Winkel das Einfallswinkelspektrum nicht diskret ist. Es versteht sich, dass unter der Annahme eines einzigen (diskreten) Einfallswinkels bei einer jeweiligen Winkelstellung α₁, α₂ das Funktional bei der Mittelung über die Einfallswinkel AOI einer Summe der Reflektivitäten bei den jeweiligen Kipp-Winkelstellungen α₁, α₂ entspricht, wobei für jede Winkelstellung α₁, α₂ ggf. ein unterschiedlicher Gewichtungsfaktor zu berücksichtigen ist.
Die Gewichtungsfunktion f(AOI) unterscheidet sich typischer Weise für die jeweiligen optischen Oberflächen 13a–d, 14a–d und kann sowohl im diskreten als auch im kontinuierlichen Fall die Tatsache berücksichtigen, dass ein Einfallswinkel bzw. Einfallswinkelbereich, der einem ersten Kipp-Winkel α₁ zugeordnet ist, im Betrieb des Beleuchtungssystems 4 weniger häufig genutzt wird als ein Einfallswinkel bzw. ein Einfallswinkelbereich, der einem zweiten Kipp-Winkel α₂ zugeordnet ist. Auch kann die Gewichtungsfunktion f(AOI) die Tatsache berücksichtigen, dass eine Änderung der Reflektivität der Beschichtung 18 sich abhängig vom Einfallswinkel (und der jeweiligen optischen Oberfläche 13a–d, 14a–d) unterschiedlich stark auf Fehler im Belichtungsprozess der EUV-Lithographieanlage 1 auswirkt.
Da die Winkelstellungen bzw. die Einfallswinkel der Beleuchtungsstrahlung 4 im Allgemeinen von der Position der jeweiligen optischen Oberfläche 13a–d, 14a–d im Beleuchtungsstrahlengang abhängig sind, kann bei der Herstellung eines jeweiligen optischen Elements 13, 14 eine Beschichtung 18 mit einer individuell optimierten Dicke d_OPT1, d_OPT2, d_O2 auf die jeweiligen optischen Oberflächen 13a–d, 14a–d der einzelnen Facetten-Elemente 19 aufgebracht werden. Sind die einzelnen Winkelstellungen für mehrere oder ggf. für alle Facetten-Elemente 19 gleich, kann auf die zugehörigen optischen Oberflächen 13a–d, 14a–d eine Beschichtung 18 mit identischer Dicke d_OPT1, d_OPT2, d_O2 aufgebracht werden. In diesem Fall kann der Beschichtungsprozess für die entsprechende Anzahl von Facetten-Elementen 19 parallel bzw. gleichzeitig erfolgen.
Es versteht sich, dass anders als weiter oben dargestellt wurde nicht zwingend eine Beschichtung 18 mit über die optische Oberfläche 13a–d, 14a–d homogener Dicke d_OPT1, d_OPT2, d_O2 aufgebracht werden muss, sondern dass ggf. auch eine orstabhängige Optimierung der Dicke der Beschichtung 18 an einer jeweiligen optischen Oberfläche 13a–d, 14a–d erfolgen kann. Eine solche ortsabhängige Optimierung berücksichtigt den Umstand, dass das Einfallswinkelspektrum an einer jeweiligen optischen Oberfläche 13a–d, 14a–d ortsabhängig variieren kann.
Zwar wurde die Schichtdickenoptimierung im Zusammenhang mit einer EUV-Lithographieanlage beschrieben, es versteht sich aber, dass die oben beschriebenen Kriterien auch bei Beleuchtungssystemen in anderen optischen Anlagen vorteilhaft eingesetzt werden können, beispielsweise in Beleuchtungssystemen für die UV-Lithographie, sofern diese mit reflektierenden optischen Elementen ausgestattet sind, die in mehreren unterschiedlichen (insbesondere diskreten) Winkelstellungen betrieben werden. Auch wurden in der obigen Darstellung nur Kipp-Winkelstellungen α₁, α₂ bezüglich einer einzigen Kippachse berücksichtigt. Es versteht sich aber, dass für den Fall, dass die optischen Oberflächen 13a–d, 14a–d mit einer entsprechenden Aktuatoreinheit 17 auch um eine weitere, z. B. zur ersten senkrechte Kippachse gekippt werden kann, die entsprechenden Winkelstellungen um die weitere Kippachse ebenfalls bei der Dickenoptimierung berücksichtigt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009054888 A1 [0018, 0048]
US 6658084 B2 [0047]
US 2009/0041182 A1 [0047]

Claims

Beleuchtungssystem (10) für eine optische Anordnung, insbesondere für eine EUV-Lithographieanlage (1), umfassend: mindestens ein optisches Element (13, 14), welches mindestens eine, bevorzugt eine Mehrzahl von optischen Oberflächen (13a–d, 14a–d) aufweist, an denen eine für die Beleuchtungsstrahlung (4) einer Lichtquelle (2) reflektierende Beschichtung (18) aufgebracht ist, sowie eine Aktuatoreinrichtung (17) zur Ausrichtung der mindestens einen optischen Oberfläche (13a–d, 14a–d) in mindestens zwei Winkelstellungen (α₁, α₂), dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Beschichtung (18) entweder eine Dicke (d_OPT1) aufweist, bei der ein aus einer dickenabhängigen Reflektivität (R₁, R₂) der Beschichtung (18) bei den mindestens zwei Winkelstellungen (α₁, α₂) gebildeter Mittelwert (1/2(R₁ + R₂)) maximiert ist, oder dass die reflektierende Beschichtung (18) eine Dicke (d_OPT2) aufweist, bei der eine maximale durch eine Dickentoleranz (Δd/d) der Beschichtung (18) hervorgerufene Änderung (max(ΔR₁/R₁, ΔR₂/R₂)) der Reflektivität (R₁, R₂) bei den jeweiligen Winkelstellungen (α₁, α₂) minimiert ist, oder dass die reflektierende Beschichtung (18) eine Dicke (d_O2) aufweist, bei der die Reflektivität (R₁, R₂) der Beschichtung (18) in den mindestens zwei Winkelstellungen (α₁, α₂) gleich groß ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, bei dem der aus der dickenabhängigen Reflektivität (R₁, R₂) gebildete Mittelwert ein über die mindestens zwei Winkelstellungen (α₁, α₂) gewichteter Mittelwert ist, wobei die Gewichtung der Winkelstellungen (α₁, α₂) von der Position der optischen Oberfläche (13a–d, 14a–d) auf dem optischen Element (13, 14) abhängig ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Differenzwinkel (|α₁ – α₂|) zwischen jeweils zwei der Winkelstellungen (α₁, α₂) mindestens 1° beträgt.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke (d_OPT1, d_OPT2, d_O2) der reflektierenden Beschichtung (18) in Abhängigkeit von der Position an der optischen Oberfläche (13a–d, 14a–d) variiert.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Lichtquelle (2) zur Erzeugung von Beleuchtungsstrahlung (4), deren Wellenlängenspektrum bei einer Betriebswellenlänge (λ_B) des Beleuchtungssystems (10) eine maximale Intensität aufweist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Element als Facettenspiegel (13, 14) ausgebildet ist und die optischen Oberflächen (13a–d, 14a–d) an Facetten-Elementen (19) des Facettenspiegels (13, 14) gebildet sind.
Optische Anordnung, insbesondere EUV-Lithographieanlage (1) zur Belichtung eines Substrats (W), umfassend: ein Beleuchtungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Optische Anordnung nach Anspruch 7, bei dem die dickenabhängige Reflektivität (R₁, R₂) der Beschichtung (18) des optischen Elements (13) bei den mindestens zwei Winkelstellungen (α₁, α₂) über das von der Lichtquelle (2) erzeugte und von den weiteren optischen Elementen (12, 14 bis 16, M, 22 bis 24) der optischen Anordnung gefilterte Wellenlängenspektrum gemittelt ist.
Verfahren zum Optimieren einer Dicke (d_OPT1, d_OPT2, d_O2) einer reflektierenden Beschichtung (18) einer optischen Oberfläche (13a–d, 14a–d) eines optischen Elements (13, 14) für ein Beleuchtungssystem (10) einer optischen Anordnung, insbesondere für ein Beleuchtungssystem (10) einer EUV-Lithographieanlage (1), umfassend: Bestimmen einer dickenabhängigen Reflektivität (R₁, R₂) der reflektierenden Beschichtung (18) in mindestens zwei Winkelstellungen (α₁, α₂), in denen die optische Oberfläche (13a–d, 14a–d) im Beleuchtungsstrahlengang (4) einer Lichtquelle (2) ausrichtbar ist, sowie entweder Bestimmen einer Dicke (d_OPT1) für die reflektierende Beschichtung (18), bei der ein aus der dickenabhängigen Reflektivität (R₁, R₂) bei den mindestens zwei Winkelstellungen (α₁, α₂) gebildeter Mittelwert (1/2(R₁ + R₂)) maximiert wird, oder Bestimmen einer Dicke (d_OPT2) für die reflektierende Beschichtung (18), bei der die maximale durch eine herstellungsbedingte Dickentoleranz (Δd/d) der Beschichtung (18) hervorgerufene Änderung (max(ΔR₁/R₁, ΔR₂/R₂)) der dickenabhängigen Reflektivität (R₁, R₂) bei den jeweiligen Winkelstellungen (α₁, α₂) minimiert wird, oder Bestimmen einer Dicke (d_O2) für die reflektierende Beschichtung (18), bei der die Reflektivität (R₁, R₂) in den mindestens zwei Winkelstellungen (α₁, α₂) gleich groß ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem zur Bildung des Mittelwerts eine Gewichtung über die mindestens zwei Winkelstellungen (α₁, α₂) vorgenommen wird, wobei die Gewichtung der Winkelstellungen (α₁, α₂) von der Position der optischen Oberfläche (13a–d, 14a–d) auf dem optischen Element (13, 14) abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem ein Differenzwinkel (|α₁ – α₂|) zwischen jeweils zwei der Winkelstellungen (α₁, α₂) mindestens 1° beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Dicke (d_OPT1, d_OPT2, d_O2) der reflektierenden Beschichtung (18) in Abhängigkeit von der Position an der optischen Oberfläche (13a–d, 14a–d) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die dickenabhängige Reflektivität (R₁, R₂) der Beschichtung (18) bei den mindestens zwei Winkelstellungen (α₁, α₂) über das von der Lichtquelle (2) erzeugte und von den weiteren optischen Elementen (12, 14 bis 16, M, 22 bis 24) der optischen Anordnung gefilterte Wellenlängenspektrum gemittelt wird.
Verfahren zum Erzeugen einer reflektierenden Beschichtung (18) an einer optischen Oberfläche (13a–d, 14a–d) eines optischen Elements (13, 14) für ein Beleuchtungssystem (10), insbesondere für ein Beleuchtungssystem einer EUV-Lithographieanlage (1), umfassend: Aufbringen der Beschichtung (18) auf die optische Oberfläche (13a–d, 14a–d) mit einer Dicke (d_OPT1, d_OPT2, d_O2), die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 bestimmt ist.