DE102013204443A1

DE102013204443A1 - Optische Baugruppe zur Lichtleitwerterhöhung

Info

Publication number: DE102013204443A1
Application number: DE102013204443.7A
Authority: DE
Inventors: Ingo Sänger; Christoph Hennerkes
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-10-02
Also published as: WO2014139815A1; JP2016517027A; EP2972587B1; CN105143981A; TWI618987B; KR102257178B1; TW201502712A; EP2972587C0; US9678432B2; KR20150129761A; CN105143981B; JP6680536B2; US20150355552A1; EP2972587A1

Abstract

Eine optische Baugruppe (13) dient zur simultanen Lichtleitwerterhöhung einer Nutz-Emission (12) einer Lichtquelle (2) mit einem ursprünglichen lichtleitwert kleiner als 0,1 mm2 für ein Beleuchtungssystem (5) für die Projektionslithografie. Die optische Baugruppe (13) ist so ausgeführt, dass eine Erhöhung des Lichtleitwertes um mindestens einen Faktor 10 resultiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe zur simultanen Lichtleitwerterhöhung der Nutz-Emission einer Lichtquelle mit einem Lichtleitwert kleiner als 0,1 mm². Ferner betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsoptik mit einer derartigen optischen Baugruppe, ein optisches System mit einer derartigen Beleuchtungsoptik, ein Beleuchtungssystem mit einer derartigen Beleuchtungsoptik und eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen optischen System.
Komponenten für die EUV-Projektionslithografie sind bekannt aus der US 2003/0002022 A1 , der DE 10 2009 025 655 A1 , der US 6,700,952 und der US 2004/0140440 A .
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Baugruppe zur simultanen Lichtleitwerterhöhung der Nutz-Emission einer Lichtquelle mit einem Lichtleitwert kleiner als 0,1 mm² zu schaffen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine optische Baugruppe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Beim Lichtleitwert handelt es sich um das kleinste Volumen eines Phasenraums, der 90% der Lichtenergie einer Emission einer Lichtquelle enthält. Hierzu entsprechende Definitionen des Lichtleitwertes finden sich in der EP 1 072 957 A2 und der US 6 198 793 B1 , in denen angegeben ist, dass der Lichtleitwert durch Multiplikation der Beleuchtungsdaten x, y und NA² erhalten ist, wobei x und y die Felddimensionen sind, die ein beleuchtetes Beleuchtungsfeld aufspannen und NA die numerische Apertur der Feldbeleuchtung. Bei der simultanen Lichtleitwerterhöhung, die durch die optische Baugruppe herbeigeführt wird, erfolgt die Erhöhung des Lichtleitwertes für die gesamte, die optische Baugruppe beaufschlagende Nutz-Emission gleichzeitig, also zu einem gegebenen Zeitpunkt. Eine sequentielle Lichtleitwerterhöhung, beispielsweise durch Verwendung eines Ablenk-Scanspiegels, stellt keine simultane Lichtleitwerterhöhung dar. Bei der sequentiellen Lichtleitwerterhöhung liegt zu einem gegebenen Zeitpunkt die Nutz-Emission mit nicht erhöhtem Lichtleitwert vor, wobei sich die Lichtleitwerterhöhung ausschließlich aufgrund der im Zeitverlauf ablenkenden Wirkung des Ablenk-Scanspiegels ergibt. Beim Beleuchtungssystem, für das die optische Baugruppe geeignet sein soll, für die Projektionslithographie handelt es sich um eine Lichtquelle sowie um eine nachgelagerte Beleuchtungsoptik zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes. Probleme, die aufgrund einer nur punktuellen Füllung einer Beleuchtungs-Pupille durch die Lichtquelle mit dem kleinen ursprünglichen Lichtleitwert, der auch als Ausgangs-Lichtleitwert bezeichnet ist, auftreten, sind durch den Einsatz der erfindungsgemäßen optischen Baugruppe reduziert oder sogar ganz eliminiert. Bei der Lichtquelle mit dem sehr kleinen Lichtleitwert kann es sich um eine Synchrotron-Strahlungsquelle oder um eine Strahlungsquelle auf Basis eines Freien-Elektronen-Lasers (FEL) handeln. Auch noch kleinere Lichtleitwerte der Lichtquelle als 0,1 mm² sind möglich, beispielsweise ein Lichtleitwert kleiner als 0,01 mm², wobei sich dann entsprechende Vorteile aufgrund der lichtleitwerterhöhenden Wirkung der optischen Baugruppe ergeben. Die optische Baugruppe kann der Lichtquelle direkt nachgeordnet werden. Die optische Baugruppe kann also die erste Komponente beinhalten, die die Emission der Lichtquelle nach deren Austritt aus der Lichtquelle beeinflusst.
Ein Medium mit Streufunktion nach Anspruch 2 hat sich als besonders geeignet zur Lichtleitwerterhöhung herausgestellt. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um Streupartikel oder um Streustrukturen auf einem Substrat handeln.
Ein Streupartikelgenerator nach Anspruch 3 führt zu einer vorteilhaft großen Lichtleitwerterhöhung aufgrund der streuenden Wirkung der Streupartikel. Bei den Streupartikeln kann es sich um Streutröpfchen handeln. Alternativ können Gasmoleküle oder ein Gas als Streupartikel dienen. Grundsätzlich sind auch Festkörper-Streupartikel möglich. Die Streupartikel können aus einem Material mit einem Brechungsindex n sein, für den gilt: n 1. Der Brechungsindex n kann größer sein als 1 (n > 1) und kann sehr deutlich größer sein als 1 (n >> 1). Eine Flugbahn der Streupartikel kann senkrecht auf einer Emissionsrichtung der Lichtquelle stehen. Dies sorgt für gut beherrschbare Wechselwirkungsverhältnisse zwischen den Streupartikeln und der Emission der Lichtquelle. Soweit die Lichtquelle gepulst betrieben wird, kann der Streupartikelgenerator synchronisiert mit der Lichtquelle arbeiten.
Eine Ausführung des Streupartikelgenerators nach Anspruch 4 verringert die Anforderungen an die Rohpartikelgeneration. Die Streupartikel-Zerstreueinrichtung kann als Laser ausgeführt sein, insbesondere als Nd:YAG-Laser. Die durch die Streupartikel-Zerstreueinrichtung gebildeten Streupartikel können in Form eines Plasmas vorliegen. Soweit ein Laser als Streupartikel-Zerstreueinrichtung zum Einsatz kommt, kann dessen Laserstrahlung in Gegenrichtung zur Flugbahn der Rohpartikel eingestrahlt werden. Die Rohpartikel-Generationseinrichtung und die Streupartikel-Zerstreueinrichtung können synchronisiert so arbeiten, dass eine zerstreuende Wechselwirkung optimiert wird. Diese Synchronisation kann bei einem gepulsten Betrieb der Lichtquelle mit einer Synchronisation des Streupartikelgenerators mit der Lichtquelle abgestimmt sein.
Eine Auffangeinrichtung nach Anspruch 5 sorgt für eine kontrollierte Entsorgung der erzeugten Streupartikel nach deren Wechselwirkung zur Lichtleitwerterhöhung. Die Auffangrichtung kann Teil eines Kreislaufsystems für das Streupartikelmaterial sein. Die Auffangeinrichtung kann eine Einheit zur Generation eines elektromagnetischen Ablenkfeldes aufweisen.
Eine strukturtragende optische Komponente als Teil der lichleitwerterhöhenden optischen Baugruppe nach Anspruch 6 ist im Aufbau und im Betrieb vergleichsweise einfach. Die lichtleitwerterhöhenden Strukturen können eine typische Dimension aufweisen, die im Bereich einer Wellenlänge der Nutz-Emission der Lichtquelle liegt oder geringer als diese Wellenlänge ist. Die die lichtleitwerterhöhenden Strukturen tragende optische Komponente kann eine erste optische Komponente, insbesondere ein erster Umlenkspiegel, im Emissionsstrahlengang nach der Lichtquelle sein. Die lichtleitwerterhöhenden Strukturen können während des Betriebs der Lichtquelle durch deren Wechselwirkung mit der lichtleitwerterhöhenden optischen Komponente erzeugt werden.
Eine Antriebseinrichtung nach Anspruch 7 vermeidet, dass immer dieselbe Beaufschlagungsregion der optischen Komponente mit der Emission der Lichtquelle beaufschlagt wird. Eine thermische Belastung der optischen Komponente wird damit reduziert. Zudem ergibt sich eine erwünschte Mittelung über den lichtleitwerterhöhenden Effekt aufgrund der Streuung an den Strukturen der optischen Komponente. Bei der Verlagerung durch die Antriebseinrichtung kann es sich um eine periodische Verlagerung handeln. Freiheitsgrade der Verlagerung können in Form einer Translation, in Form einer Rotation oder auch in Form einer Vibration vorliegen.
Eine entsprechende Antriebseinrichtung zur Reduzierung einer Punkt- beziehungsweise Flächenbelastung einer Beaufschlagung der optischen Komponente mit der Emission der Lichtquelle, insbesondere mit einer EUV-Emission, kann auch dann genutzt werden, wenn die optische Komponente keine lichtleitwerterhöhende Struktur enthält.
Eine periodische bzw. aperiodische Verlagerung nach Anspruch 8 kann beispielsweise durch gezielte Ausnutzung einer Unwucht der optischen Komponente und/oder der Antriebseinrichtung, gegebenenfalls in Verbindung mit einer geeigneten Lagerung, herbeigeführt werden. Die Unwucht kann eine periodische Verlagerung herbeiführen. Die Lagerung kann eine aperiodische Lagerung herbeiführen.
Eine Ausführung nach Anspruch 9 vereinfacht eine Strahlführung nach der lichtleitwerterhöhenden optischen Komponente. Alternativ zu dieser Ausführung, bei der sich die Haupt-Umlenkrichtung nicht ändert, kann die optische Komponente zusätzlich einen Scan-Betrieb vollführen, also auch eine sequentielle Lichtleitwerterhöhung herbeiführen.
Eine Gestaltung nach Umlenkspiegel nach Anspruch 10 kann zusätzlich zur Bündelführung genutzt werden. Die lichtleitwerterhöhende optische Komponente kann als NI- oder als GI-Spiegel ausgeführt sein. Bei einem NI-(Normale Inzidenz, normal incidence)Spiegel handelt es sich um einen Spiegel mit einem Einfallswinkel, der kleiner ist als 45°, insbesondere kleiner ist als 35° und auch noch kleiner sein kann, beispielsweise kleiner sein kann als 20°, als 15° oder als 10°. Ein GI-(streifender Einfall, grazing incidence)Spiegel ist ein Spiegel für streifenden Einfall mit einem Einfallswinkel größer als 60°. Bei einem GI-Spiegel oder bei einem NI-Spiegel mit einem Einfallswinkel nahe der senkrechten Inzidenz kann eine Polarisationsbeeinflussung der Nutz-Emission praktisch vernachlässigt werden. Ein GI-Spiegel erfährt zudem eine geringere thermische Belastung bei der Beaufschlagung mit einer Nutz-Emission. Bei der lichtleitwerterhöhenden optischen Komponente kann es sich alternativ um eine Transmissionskomponente handeln.
Die Vorteile einer Beleuchtungsoptik nach Anspruch 11 entsprechen denjenigen, die vorstehend im Zusammenhang mit der lichtleitwerterhöhenden optischen Baugruppe bereits diskutiert wurden.
Ein Zwischenfokus nach Anspruch 12 erleichtert eine Unterdrückung unerwünschter Sekundäremissionen, insbesondere von Fremdpartikeln, der Lichtquelle beziehungsweise des Streupartikelgenerators im Strahlengang der Nutz-Emission. Zwischen einem Wechselwirkungsvolumen, innerhalb dem die Streupartikel mit der Lichtquellen-Emission Wechselwirken, und dem Zwischenfokus kann ein Kollektor angeordnet sein. Hierbei kann es sich um einen GI-Kollektor, also zum Beispiel um einen Kollektor mit Spiegeln für streifenden Einfall, und insbesondere um einen Wolter-Kollektor handeln. Der Zwischenfokus kann von einer optischen Achse beabstandet sein, die vorgegeben ist von einer nach der Wechselwirkung mit der optischen Baugruppe nicht umgelenkten Emission der Lichtquelle. Eine derartige Beabstandung des Zwischenfokus von der optischen Achse einer nicht umgelenkten Emission der Lichtquelle hat sich zur Verbesserung einer Separation der Nutz-Emission von nicht nutzbaren Emissionsanteilen der Lichtquelle als besonders geeignet herausgestellt. Der Abstand des Zwischenfokus von der optischen Achse einer nach dem Wechselwirkungsvolumen nicht umgelenkten Emission der Lichtquelle kann größer sein als 5 cm und kann größer sein als 10 cm. Für die nicht genutzte Emission kann eine Strahlfalle vorgesehen sein.
Die Vorteile eines optischen Systems nach Anspruch 13, eines Beleuchtungssystems nach Anspruch 14 und einer Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 15 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die optische Baugruppe und die Beleuchtungsoptik bereits erläutert wurden. Bei der Lichtquelle kann es sich um eine EUV-Lichtquelle mit einem Nutz-Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 30 nm handeln. Die Projektionsbelichtungsanlage kann insbesondere zur Herstellung eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauteils, insbesondere eines Halbleiterchips, genutzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 schematisch Hauptkomponenten einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie;
2 eine Ausführung einer optischen Baugruppe zur simultanen Lichtleitwerterhöhung der Nutz-Emission einer Lichtquelle der Projektionsbelichtungsanlage, enthaltend einen Streupartikelgenerator;
3 und 4 Varianten einer Ausführung der Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe nach 2;
5 eine weitere Variante der Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe mit einem Streupartikelgenerator, aufweisend eine Rohpartikel-Generationseinrichtung und eine Streupartikel-Zerstreuungseinrichtung;
6 eine weitere Variante der Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe mit einem Streupartikelgenerator, einer Auffangeinrichtung für erzeugte Streupartikel und einen nachgeordneten Kollektor zur Erzeugung eines Zwischenfokus der Nutz-Emission;
7 und 8 weitere Varianten einer Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe mit einem Kollektor zur Zwischenfokus-Erzeugung;
9 eine weitere Ausführung einer optischen Baugruppe zur simultanen Lichtleitwerterhöhung der Nutz-Emission der Lichtquelle der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 mit einer angetriebenen optischen Komponente, die lichtleitwerterhöhende Strukturen trägt;
10 eine um 45° im Uhrzeigersinn gedrehte Ausschnittsvergrößerung aus 9;
11 und 12 weitere Varianten einer reflektierenden angetriebenen optischen Komponente mit lichtleitwerterhöhenden Strukturen;
13 in einer zu 10 ähnlichen Darstellung eine Ausschnittsvergrößerung nach 12; und
14 eine Ausführung einer transmissiven angetriebenen optischen Komponente mit lichtleitwerterhöhenden Strukturen.
1 zeigt schematisch eine Beleuchtungsoptik 1, eine Lichtquelle 2 und eine abbildende Optik beziehungsweise Projektionsoptik 3 einer Projektionsbelichtungsanlage 4 der EUV-Mikrolithografie. Ein Beleuchtungssystem 5 der Projektionsbelichtungsanlage 4 hat neben der Beleuchtungsoptik 1, die zur Beleuchtung eines Objektfeldes 6 der Projektionsbelichtungsanlage dient, die Projektionsoptik 3 zur Abbildung des Objektfeldes 6, das in einer Objektebene liegt, in ein Bildfeld 7 in einer Bildebene. Neben dem Beleuchtungssystem 5 und der EUV-Lichtquelle 2 hat die Projektionsbelichtungsanlage 4 insbesondere noch eine Mehrzahl mechanischer Komponenten, Halter 8, 9 für ein in der Objektebene angeordnetes, in der 1 gestrichelt dargestelltes Retikel 10 und für einen in der Bildebene angeordneten, in der 1 gestrichelt dargestellten Wafer 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 10 auf eine lichtempfindliche Schicht des im Bereich des Bildfeldes 7 in der Bildebene angeordneten Wafers 11.
Die abbildende Optik 3 ist als katoptrische Optik mit einer Mehrzahl von Spiegeln ausgeführt, von denen in der 1 schematisch zwei Spiegel M1, M2, dargestellt sind. Die abbildende Optik 3 hat in der Regel eine größere Anzahl von Spiegeln beispielsweise vier, sechs oder acht Spiegel.
Bei der Licht- beziehungsweise Strahlungsquelle 2 handelt es sich um eine EUV-(Extremes Ultraviolett)Lichtquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Lichtquelle 2 handelt es sich um eine kohärente Lichtquelle. Ein für die EUV-Projektionsbelichtung genutztes Wellenlängenband beziehungsweise ein Ziel-Wellenlängenbereich der EUV-Strahlung 8 liegt beispielsweise bei 13,5 nm ±1 nm, kann aber auch beispielsweise im Bereich zwischen 5 nm und 8 nm liegen. Die EUV-Strahlung 12 wird nachfolgend auch als Beleuchtungs- und Abbildungslicht oder als Nutz-Emission bezeichnet. Auch ein anderer Ziel-Wellenlängenbereich, beispielsweise zwischen 5 nm und 17 nm, ist möglich. Eine Bandbreite des genutzten EUV-Wellenlängenbandes kann größer sein als 0,1 nm und kann insbesondere zwischen 0,1 nm und 2 nm liegen. Eine typische Bandbreite der genutzten EUV-Strahlung 12 beträgt 1% der Mittelwellenlänge. Bei der Lichtquelle 2 handelt es sich um eine Synchrotronquelle oder um eine Quelle auf Basis eines freien Elektronenlasers (FEL). Die Lichtquelle 2 hat einen Lichtleitwert, der kleiner ist als 10^–7m²rad² oder 0,1 mm². Der Lichtleitwert ist das kleinste Volumen des Phasenraums, welcher 90% der Lichtenergie enthält. Eine Wellenlängen-Bandbreite der Lichtquelle 2 kann sehr viel größer sein als die Bandbreite des genutzten EUV-Wellenlängenbandes und kann beispielsweise bei 0,1 gm liegen.
Der Lichtquelle 2 ist im Strahlengang der Nutz-Emission 12 nachgeordnet eine optische Baugruppe 13 zur simultanen Lichtleitwerterhöhung der Nutz-Emission 12 der Lichtquelle 2. Die optische Baugruppe 13 ist in der 1 lediglich schematisch angedeutet. Ausführungen der optischen Baugruppe 13 werden nachfolgend anhand der 2 ff. noch erläutert. Der optischen Baugruppe 13 kann ein Umlenkspiegel für die Nutz-Emission 12 nachgeordnet sein, wie nachfolgend ebenfalls noch erläutert wird.
Die erzeugte EUV-Strahlung 12 mit dem erhöhten Lichtleitwert propagiert durch eine Zwischenfokusebene 14, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 15 mit Feldfacetten 16 trifft, die vom Beleuchtungslicht 12 beaufschlagt werden. Die Feldfacetten 16 sind bogenförmig, können aber auch rechteckig gestaltet sein. Auch eine andere Form der Feldfacetten 16 ist möglich.
In der Zwischenfokusebene 14 hat die EUV-Strahlung einen Zwischenfokus Z, das heißt, einen Ort kleinster transversaler Ausdehnung.
Die vom Feldfacettenspiegel 15 reflektierte EUV-Strahlung 12 ist aus einer Vielzahl von Ausleuchtungskanälen, also von Strahlungs-Teilbündeln, aufgebaut, wobei jedes Teilbündel von einer bestimmten Feldfacette 16 reflektiert wird. Jedes Teilbündel trifft wiederum auf eine dem Teilbündel über den Ausleuchtungskanal zugeordnete Pupillenfacette 17 eines Pupillenfacettenspiegels 18.
Die Pupillenfacetten 17 sind auf einer gemeinsamen Trägerplatte 19 des Pupillenfacettenspiegels 18 angeordnet. Der Pupillenfacettenspiegel ist in einer Beleuchtungs-Pupillenebene 20 angeordnet. Die Pupillenfacetten 17 sind rund ausgeführt. Alternativ ist auch eine hexagonale oder rechteckige Ausführung der Pupillenfacetten 17 möglich. Die Pupillenfacetten 17 sind dicht gepackt angeordnet. Mit dem Feldfacettenspiegel 15 werden am Ort der Pupillenfacetten 17 des Pupillenfacettenspiegels 18 sekundäre Lichtquellen als Bilder des Zwischenfokus Z in der Zwischenfokusebene 14 erzeugt. Der Pupillenfacettenspiegel 18 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 1 angeordnet, die mit einer Pupillenebene 21 der Projektionsoptik 3 zusammenfallt oder zu dieser optisch konjugiert ist. Eine Intensitätsverteilung der EUV-Strahlung 12 auf dem Pupillenfacettenspiegel 17 ist daher direkt korreliert mit einer Beleuchtungswinkelverteilung einer Beleuchtung des Objektfeldes 6 in der Objektebene und einer Beleuchtung des Bildfeldes 7 in der Bildebene.
Mithilfe des Pupillenfacettenspiegels 18 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer schematisch angedeuteten Übertragungsoptik 22 werden die Feldfacetten 16 des Feldfacettenspiegels 15 in das Objektfeld 6 abgebildet. Auch Ausführungen der Projektionsbelichtungsanlage 4 sind möglich, bei denen die Beleuchtungs-Pupillenebene 20 mit der Projektionsoptik-Pupillenebene 21 zusammenfällt. In einem solchen Fall kann auf die Übertragungsoptik 22 auch verzichtet werden.
Die lichtleitwerterhöhende optische Baugruppe 13 kann alternativ zur vorstehend erläuterten Feldfacetten/Pupillenfacetten-Anordnung auch mit einem anderen Beleuchtungskonzept, insbesondere für die Projektionsbelichtung, kombiniert werden. Ein Beispiel für ein solches weiteres Beleuchtungskonzept ist ein spekularer Reflektor, der beispielsweise beschrieben ist in der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978 .
2 zeigt eine Ausführung der optischen Baugruppe 13 zur simultanen Lichtleitwerterhöhung der Nutz-Emission 12 der Lichtquelle 2. Die optische Baugruppe 13 führt zur Erhöhung des Lichtleitwertes um mindestens einen Faktor 10. Als simultane Lichtleitwerterhöhung wird dabei eine Lichtleitwerterhöhung bezeichnet, die die Nutz-Emission 12 selbst zu einem gegebenen Zeitpunkt tatsächlich aufweist. Eine sequentielle Lichtleitwerterhöhung, die beispielsweise über einen Scanspiegel erzeugt werden kann, über den die Nutz-Emission 12 abgelenkt wird, ist keine simultane Lichtleitwerterhöhung.
Die optische Baugruppe 13 hat einen Streupartikelgenerator 23 zur Erzeugung von Streupartikeln 24. Die Streupartikel 24 Wechselwirken in einem Wechselwirkungsvolumen 25 mit der Emission der Lichtquelle 2 zur Lichtleitwert-Erhöhung der Nutz-Emission 12.
Bei den Streupartikeln 24 handelt es sich bei der Ausführung nach 2 um Streutröpfchen. Alternativ kann es sich bei den Streupartikeln um Gasmoleküle oder um ein Plasma handeln. Die Streupartikel 24 sind aus einen Material, dessen Brechungsindex n vom Wert 1 abweicht. Eine Flugbahn 26 der Streupartikel 24 vom Streupartikelgenerator 23 hin zum Wechselwirkungsvolumen 25 kann senkrecht zu einer Emissionsrichtung 27 der Lichtquelle 2 sein.
Bei den Streupartikeln 24 kann es sich um Metallpartikel, insbesondere um Metalltröpfchen, handeln. Materialbeispiele sind Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zinn (Sn), Molybdän (Mo), Silizium (Si) oder Ruthenium (Ru) oder Mischungen beziehungsweise Legierungen dieser Metalle.
Durch Streuung an den Streupartikeln 24 erhöht sich der Lichtleitwert der Nutz-Emission 12 um mindestens einen Faktor 10. Die Lichtleitwerterhöhung kann deutlich größer sein, beispielsweise um mindestens einen Faktor 25, um mindestens einen Faktor 50, um mindestens einen Faktor 100, um mindestens einen Faktor 250, um mindestens einen Faktor 500, um mindestens einen Faktor 1000 oder auch um weitere Größenordnungen.
Die lichtleitwerterhöhte Nutz-Emission 12 wird bei der Ausführung nach 2 komplett von einem Umlenkspiegel 28 umgelenkt. Die Nutz-Emission 12 wird dann in den Zwischenfokus Z überführt, was in der 2 nicht dargestellt ist.
3 zeigt eine Variante der optischen Baugruppe 13, wobei dort der Streupartikelgenerator 23 weggelassen ist. Komponenten, die in den nachfolgend beschriebenen Figuren denjenigen entsprechen, die in Bezug auf die bereits diskutierten Figuren schon erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen beschrieben.
Bei der Ausführung nach 3 ist ein selektiver Umlenkspiegel 29 Teil der optischen Baugruppe 13 zur Lichtleitwerterhöhung. Der selektive Umlenkspiegel 29 ist im Strahlengang der Nutz-Emission 12 nach dem Wechselwirkungsvolumen 25 angeordnet. Umgelenkt wird ein zentraler Divergenzanteil der Nutz-Emission 12. Aus der insgesamt aufgrund der Lichtleitwerterhöhung erzeugten Divergenz wird also ein zentraler Teil eines Strahlenbündels der Nutz-Emission 12 durch den selektiven Umlenkspiegel 29 umgelenkt und somit selektiert. Dieser zentrale Divergenzanteil, der dann die eigentliche Nutz-Emission 12 darstellt, wird dann in den Zwischenfokus Z überführt. Vom selektiven Umlenkspiegel 29 nicht umgelenkte Strahlanteile 30 werden kontrolliert entsorgt, beispielsweise geblockt oder einer anderweitigen Verwendung, beispielsweise einer nicht näher erläuterten Lichtquellen-Überwachungseinrichtung, zugeführt.
4 zeigt eine Variante einer Strahlführung der Nutz-Emission 12, die alternativ zur Ausführung nach 2 zum Einsatz kommen kann. Im Unterschied zum Umlenkspiegel 28 nach 2, der als Spiegel für normale Inzidenz (Normal Incidence-Spiegel, NI-Spiegel) ausgeführt ist und eine Umlenkung mit einem Einfallswinkel im Bereich von 35° durchführt, ist bei der Ausführung nach 4 dem Wechselwirkungsvolumen 25 ein Umlenkspiegel 31 für streifenden Einfall (Gracing Incidence-Spiegel, GI-Spiegel) mit einen Einfallswinkel größer als 60° nachgeordnet. Die vom GI-Spiegel 31 umgelenkte Nutz-Emission 12 wird anschließend in den Zwischenfokus Z überführt. Mithilfe eines GI-Spiegels ist eine im Wesentlichen polarisationserhaltende Umlenkung der Nutz-Emission 12 möglich.
5 zeigt eine weitere Variante der Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe 13. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 4 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Der Streupartikelgenerator 23 hat bei der Ausführung nach 5 neben einer Rohpartikel-Generationseinrichtung 32 eine Streupartikel-Zerstreueinrichtung 33.
Die Streupartikel-Zerstreueinrichtung 33 ist so ausgeführt, dass in der Rohpartikel-Generationseinrichtung 32 zunächst erzeugte Rohpartikel 34 zu den Streupartikeln 24 zerstreut werden. Bei der Streupartikel-Zerstreueinrichtung 33 handelt es sich bei der Ausführung nach 5 um einen Laser, insbesondere um einen Nd:YAG-Laser. Die Rohpartikel 34 können in Form von Flüssigkeitströpfchen vorliegen. Unter Einwirkung der Streupartikel-Zerstreueinrichtung 33 können die Rohpartikel 34 in eine Vielzahl kleinerer Streupartikel 24 zerstreut werden, was durch Verdampfen oder auch durch Plasmaerzeugung geschehen kann. Ein Wechselwirkungsvolumen, in dem die Streupartikel-Zerstreueinrichtung 33 die Rohpartikel 32 in die Streupartikel 24 überführt, kann in der Flugbahn 26 der Rohrpartikel 34 vor dem Wechselwirkungsvolumen 25 liegen. Alternativ kann das Wechselwirkungsvolumen der Zerstreueinrichtung 33 mit dem Wechselwirkungsvolumen 25, in dem die Streupartikel 24 mit der EUV-Strahlung 12 Wechselwirken, zusammenfallen. Der Laser kann in Gegenrichtung zur Flugbahn 26 der Rohpartikel 34 (vergleiche Richtungspfeil 35 in der 5) eingestrahlt werden.
6 zeigt eine weitere Variante einer Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe 13. Komponenten, die in Bezug auf die 1 bis 5 und insbesondere in Bezug auf die 2 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe 13 nach 6 hat eine Auffangeinrichtung 36 für die erzeugten Streupartikel 24 in deren Flugbahn 26 nach dem Wechselwirkungsvolumen 25. Die Auffangeinrichtung 36 kann als Auffangbecken ausgeführt sein. Die Auffangeinrichtung 36 kann mit dem Streupartikelgenerator 23 über einen nicht dargestellten Kreislauf in Fluidverbindung stehen, sodass das Streupartikel-Material nach einer erstmaligen Wechselwirkung im Wechselwirkungsvolumen 25 wieder verwendet werden kann. Die Auffangeinrichtung 36 kann eine Einheit zur Generation eines elektromagnetischen Ablenkfeldes zur Ablenkung geladener Streupartikel 24 aufweisen.
Bei der Ausführung nach 6 ist zwischen dem Wechselwirkungsvolumen 25 und dem Zwischenfokus Z in der Zwischenfokusebene 14 ein Kollektorspiegel 37 angeordnet. Dieser bildet das Wechselwirkungsvolumen 25 in den Zwischenfokus Z ab. Ein Strahlengang der Nutz-Emission 12 nach dem Zwischenfokus Z liegt in einer Vakuumkammer 38. Im Bereich des Zwischenfokus Z kann eine Durchtrittsöffnung oder ein Durchtrittsfenster in der Vakuumkammer 38 vorliegen.
Bei der Ausführung nach 6 ist der Kollektor 37 als Kollektor mit einem Einfallswinkel kleiner als 60° und insbesondere kleiner als 45° ausgeführt, ist also als Kollektor für im Wesentlichen normalen Einfall (Normal Incidence-Kollektor, NI-Kollektor) ausgeführt.
Die 7 und 8 zeigen weitere Ausführungen der Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe 13 mit Varianten des Kollektors 37. Dieser ist bei den Ausführungen nach den 7 und 8 als Wolter-Kollektor ausgeführt. Beispiele von Wolter-Kollektoren finden sich auf den Internetseiten www.x-ray-optics.de und den dort angegebenen Referenzen.
Bei der Strahlführung nach 7 liegt der Zwischenfokus Z auf einer optischen Achse 39 einer nach dem Wechselwirkungsvolumen 25 nicht umgelenkten Emission der Lichtquelle 2.
Bei der Ausführung nach 8 liegt ein Abstand A zwischen dem Zwischenfokus Z und dieser optischen Achse 39 der nach dem Wechselwirkungsvolumen 25 nicht umgelenkten Emission der Lichtquelle 2 vor. Bei der Ausführung nach 8 ist es also möglich, beispielsweise eine Wand der Vakuumkammer 38 als Strahlfalle 40 für die nicht umgelenkte Emission der Lichtquelle 2 auszuführen.
Anhand der 9 bis 14 werden nachfolgend weitere Varianten einer Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe 40 beschrieben die anstelle der Ausführungen der Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe 13 zum Einsatz kommen können. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die optische Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe 40 nach 9 hat eine als Umlenkspiegel ausgeführte optische Komponente 41 zur lichtleitwerterhöhenden Beeinflussung, in der Ausführung nach 9 zur lichtleitwerterhöhenden Umlenkung, der EUV-Strahlung 12 der Lichtquelle 2. Die optische Komponente 41 hat lichtleitwerterhöhende Strukturen 42, die in der Ausschnittsvergrößerung nach 10 schematisch dargestellt sind. Die Strukturen 42 haben eine typische Ausdehnung, die kleiner oder gleich der Wellenlänge der Nutz-Emission 12 ist. Es ergibt sich eine streuende Wirkung der Strukturen 42 für die Nutz-Emission 12, was zu einer Divergenzerhöhung und damit zu einer simultanen Lichtleitwerterhöhung führt. Für die Größenordnung der Lichtleitwerterhöhung gilt, was vorstehend im Zusammenhang mit der Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe 13 bereits erläutert wurde.
Die Strukturierung durch die Strukturen 42 kann als periodische oder aperiodische Oberflächenstrukturierung gestaltet sein.
Die optische Komponente 41 wirkt mit einer Antriebseinrichtung 43 zur Verlagerung der optischen Komponente in einer Haupt-Reflexionsebene 44 der optischen Komponente 41 zusammen (vergleiche Doppelpfeil 45 in der 9). Die Antriebseinrichtung 43 treibt eine periodische Translations-Verlagerung der optischen Komponente 41 an. Bei der Antriebseinrichtung 43 kann es sich um eine Vibrationseinrichtung zur Erzeugung der Verlagerung 45 handeln. Bei der optischen Komponente 41 handelt es sich um eine erste Umlenkeinrichtung, nämlich um einen ersten Spiegel, im Emissions-Strahlengang nach der Lichtquelle 2.
Die optische Komponente 41 lenkt die EUV-Nutzstrahlung 12 etwa um 90° um, wird also mit einem Einfallswinkel im Bereich von 45° mit der EUV-Emtission der Lichtquelle 2 beaufschlagt. Auch andere Einfallswinkel beispielsweise im Bereich zwischen 10° und 70° sind möglich.
11 zeigt eine Variante mit einem noch größeren Einfallswinkel der EUV-Strahlung 12 auf der optischen Komponente 41. Bei der Ausführung nach 11 ist die optische Komponente 41 als GI-Spiegel mit den lichtleitwerterhöhenden Streustrukturen 42 ausgeführt. Die Antriebseinrichtung 43 kann neben der Verlagerung 45 in der Haupt-Reflexionsebene 44 alternativ oder zusätzlich eine Verlagerung 46 senkrecht zur Haupt-Reflexionsebene 44 herbeiführen, wie in der 11 durch einen Doppelpfeil 46 veranschaulicht. Zusätzlich zur simultanen Lichtleitwerterhöhung kann dann auch eine sequentielle Lichtleitwerterhöhung der Nutz-Emission 12 herbeigeführt werden. Neben einer reinen Translation-Verlagerung ist auch ein Verschwenken der optischen Komponente 41 durch die Antriebseinrichtung 43 möglich.
Aufgrund der Verlagerung 45 und/oder 46 variiert eine Beaufschlagungsfläche auf der optischen Komponente 41, die mit der Nutz-Emission 12 der Lichtquelle 2 beaufschlagt ist. Dies kann zur Verringerung einer Punktbelastung auf der optischen Komponente 41 durch die EUV-Strahlung 12 und/oder zur Mittelung einer durch die jeweils beaufschlagten Strukturen 42 erzeugten Lichtleitwerterhöhung genutzt werden.
Die Strukturen 42 können so gestaltet sein, wie beispielsweise aus der DE 10 2009 047 316 A1 bekannt ist.
Die Verlagerung 45 und/oder die Verlagerung 46 können als periodische oder als aperiodische Verlagerung ausgeführt sein.
Die Strukturen 42 stellen statische Strukturen dar. Eine Richtungsbeeinflussung der EUV-Strahlung 12 durch die Strukturen 42 kann alternativ oder zusätzlich zu einer Streuwirkung auch durch Reflexion und/oder durch Beugung erfolgen.
12 und 13 zeigen eine weitere Variante der Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe 40 mit einer strukturierten, lichtleitwerterhöhenden optischen Komponente 47, die anstelle der optischen Komponente 41 nach den 9 und 11 zum Einsatz kommen kann.
Die optische Komponente 47 ist als Zylinder mit Längsachse 48 ausgeführt, die senkrecht auf der Zeichenebene der 12 steht. Die Antriebseinrichtung 43 sorgt für eine Umdrehung der Lichtleitwerterhöhungskomponente 47 um eine Drehachse, die mit der Längsachse 48 zusammenfällt (vergleiche Richtungspfeil 48a). Reflektiert wird die Nutz-Emission 12 der Lichtquelle 2 an einer Mantelwand 49 der Lichtleitwerterhöhungskomponente 47. Diese Mantelwand 49 trägt, wie in der vergrößerten Darstellung nach 13 schematisch sichtbar, wiederum die Streu-Strukturen 42. An der Mantelwand 49 findet eine streifende Reflexion der Nutz-Emission 12 statt.
Die Lichtleitwerterhöhungs-Komponente 47 kann als Hohl- oder als Vollzylinder ausgeführt sein.
Die Verlagerungen 45 bei der Ausführung nach 11 und 48a bei der Ausführung nach 12 sind jeweils so, dass sich eine Haupt-Umlenkrichtung der optischen Komponenten 41 beziehungsweise 47 nicht ändert.
Zusätzlich zu einer über die Strukturen aufgrund der Streuung erzeugten simultanen Lichtleitwerterhöhung kann bei der Lichtleitwerterhöhungs-Komponente 47 eine sequentielle Lichtleitwerterhöhung durch zusätzliche Vibrationsbeaufschlagung der Mantelwand 49 erzeugt werden. Eine derartige Vibrations-Beaufschlagung kann durch Herbeiführen oder Tolerieren einer gezielten Unwucht der Lichtleitwerterhöhungs-Komponente 47 erzeugt werden.
14 zeigt eine weitere Ausführung der optischen Lichtleitwerterhöhungs-Baugruppe 40. Diese hat eine optische Komponente 50, die als für die Nutz-Emission 12 transmissive Komponente ausgeführt ist. Eine Eingangsfläche der Lichtleitwerterhöhungs-Komponente 50 trägt wiederum die Streu-Strukturen 42 zur Lichtleitwerterhöhung. Alternativ oder zusätzlich kann eine Austrittsfläche 51 derartige Strukturen 42 tragen, was in der 14 nicht dargestellt ist.
Über die Antriebseinrichtung 43 erfolgt eine Verlagerung 52 der transmissiven Lichtleitwerterhöhungs-Komponente 50 parallel zur Eintritts- beziehungsweise Austrittsfläche. Die von der transmissiven Lichtleitwerterhöhungs-Komponente 50 in ihrem Lichtleitwert vergrößerte Nutz-Emission 12 wird nach dem Durchgang durch die Komponente 50 in den Zwischenfokus Z überführt.
Die als Spiegel ausgeführten Komponenten der optischen Baugruppen 13 beziehungsweise 40 können, wie auch die anderen EUV-Spiegel der Optiken 1, 3, noch mit einer die Reflektivität steigernden Multilayer-Beschichtung versehen sein, wie dies grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die optischen Baugruppen 13 beziehungsweise 40, die vorstehend erläutert wurden, können auch in Kombination miteinander zur Lichtleitwerterhöhung der Nutz-Emission 12 zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist eine sequentielle Anordnung von Ausführungen der optischen Baugruppen 13 beziehungsweise 40 im Strahlengang der Nutz-Emission möglich.
Die Strukturen 42 können auch während des Betriebs der Lichtquelle 2 durch deren Wechselwirkung mit der optischen Komponente 41, 47 beziehungsweise 50 erzeugt werden.
Eine Bewegungsgeschwindigkeit der Verlagerungen 45 beziehungsweise 46 beziehungsweise 48a wird so gewählt, dass keine punktuelle Zerstörung der optischen Komponenten 41 beziehungsweise 47 beziehungsweise 50 auftritt. Alternativ kann gezielt ein gewisser Materialabtrag herbeigeführt werden, sodass die auf die optische Komponente 41; 47; 50 auftreffende EUV-Strahlung 12 die Streu-Strukturen 42 während des Betriebs erzeugt.
Zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauteils wird die Projektionsbelichtungsanlage 4 folgendermaßen eingesetzt: Zunächst werden das Retikel 7 und der Wafer bereitgestellt. Dann wird eine Struktur auf dem Retikel 10 auf eine lichtempfindliche Schicht des Wafers 11 mithilfe der Projektionsbelichtungsanlage 4 projiziert. Durch Entwicklung der lichtempfindlichen Schicht wird dann eine Mikrostruktur auf dem Wafer 11 und somit das mikro- beziehungsweise nanostrukturierte Bauteil erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2003/0002022 A1 [0002]
DE 102009025655 A1 [0002]
US 6700952 [0002]
US 2004/0140440 A [0002]
EP 1072957 A2 [0005]
US 6198793 B [0005]
US 2006/0132747 A1 [0040]
EP 1614008 B1 [0040]
US 6573978 [0040]
DE 102009047316 A1 [0067]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

www.x-ray-optics.de [0057]

Claims

Optische Baugruppe (13; 40) zur simultanen Lichtleitwerterhöhung einer Nutz-Emission (12) einer Lichtquelle (2) mit einem ursprünglichen Lichtleitwert kleiner als 0,1 mm² für ein Beleuchtungssystem (5) für die Projektionslithographie, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Baugruppe (13; 40) so ausgeführt ist, dass eine Erhöhung des Lichtleitwertes um mindestens einen Faktor 10 resultiert.
Optische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Baugruppe (13; 40) den Lichtleitwert durch Einführung eines Mediums (24; 42) mit Streufunktion erhöht.
Optische Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Baugruppe (13) einen Streupartikelgenerator (23) aufweist, der Streupartikel (24) erzeugt, wobei die Streupartikel (24) mit der Emission der Lichtquelle (2) zur Lichtleitwert-Erhöhung Wechselwirken.
Optische Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Streupartikelgenerator (23) eine Rohpartikel-Generationseinrichtung (32) und eine Streupartikel-Zerstreueinrichtung (33) aufweist, die so ausgeführt ist, dass in der Rohpartikel-Generationseinrichtung (32) zunächst erzeugte Rohpartikel (34) mittels der Streupartikel-Zerstreueinrichtung (33) zu den Streupartikeln (24) zerstreut werden.
Optische Baugruppe nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Auffangeinrichtung (36) für die erzeugten Streupartikel (24) in deren Flugbahn (26) nach deren Wechselwirkung mit der Emission der Lichtquelle (2).
Optische Baugruppe (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine optische Komponente (41; 47; 50) zur lichtleitwerterhöhten Beeinflussung der Emission der Lichtquelle (2), wobei die optische Komponente (41; 47; 50) lichtleitwerterhöhende Strukturen (42) trägt.
Optische Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente (41; 47; 50) mit einer Antriebseinrichtung (43) zur Verlagerung (45; 45, 46; 48a) der optischen Komponente (41; 47; 50) zusammenwirkt.
Optische Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (43) eine periodische und/oder aperiodische Verlagerung der Komponente (47) herbeiführt.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine angetriebene Verlagerung durch die Antriebseinrichtung (43) so ausgeführt ist, dass sich eine Haupt-Umlenkrichtung der optischen Komponente (41; 47) nicht ändert.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente (41; 47) als Umlenkspiegel ausgeführt ist.
Beleuchtungsoptik (1) mit einer optischen Baugruppe (13; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, zur Beleuchtung eines Objektfeldes (6), in dem ein mittels einer Projektionsbelichtungsanlage (4) abbildbares Objekt (10) anordenbar ist.
Beleuchtungsoptik nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Zwischenfokus (Z) einer Strahlführung der Nutz-Emission (12) der Lichtquelle (2) nach einer Wechselwirkung mit der optischen Baugruppe (13; 40).
Optisches System mit einer Beleuchtungsoptik (1) nach Anspruch 11 oder 12 und mit einer Projektionsoptik (3) zur Abbildung des Objektfeldes (6) in ein Bildfeld (7), in dem ein Wafer (11) anordenbar ist.
Beleuchtungssystem (5) mit einer Beleuchtungsoptik (1) nach Anspruch 11 oder 12 und mit einer Lichtquelle (2) mit einem Lichtleitwert kleiner als 0,1 mm².
Projektionsbelichtungsanlage (4) mit einem optischen System nach Anspruch 13 und mit einer Lichtquelle (2) mit einem Lichtleitwert kleiner als 0,1 mm².