DE102013209042A1

DE102013209042A1 - Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102013209042A1
Application number: DE201310209042
Authority: DE
Inventors: Ingo Sänger; Christoph Hennerkes
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2014-05-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche für den Betrieb im EUV ausgelegt ist, mit wenigstens einer ersten periodischen Gitterstruktur (110, 210, 410) aus elektrisch leitfähigem Material, wobei die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach der ersten periodischen Gitterstruktur (110, 210, 410) maximal 60% der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf die erste periodische Gitterstruktur (110, 210, 410) beträgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsbelichtungsanlagen, d. h. bei Wellenlängen von z. B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Die Erzeugung des EUV-Lichtes kann hierbei mittels einer auf einer Plasma-Anregung basierenden EUV-Lichtquelle erfolgen. Diese EUV-Lichtquelle weist z. B. einen CO₂-Laser zur Erzeugung von Infrarotstrahlung (mit einer Wellenlänge von λ ≈ 10.6 μm) auf, welche über eine Fokussieroptik fokussiert wird, durch eine in einem Kollektorspiegel vorhandene Öffnung hindurch tritt und auf ein mittels einer Targetquelle erzeugtes und einer Plasmazündungsposition zugeführtes Targetmaterial gelenkt wird. Die Infrarotstrahlung heizt das Targetmaterial derart auf, dass dieses in einen Plasmazustand übergeht und EUV-Strahlung abgibt, welche über den Kollektorspiegel auf einen Zwischenfokus fokussiert wird und durch diesen Zwischenfokus in eine nachfolgende Beleuchtungseinrichtung eintritt. Der von der Projektionsbelichtungsanlage genutzte Spektralbereich kann beispielsweise λ ≈ 13.6 ± 0.5 nm betragen.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist jedoch, dass durch den Kollektorspiegel neben der gewünschten EUV-Strahlung auch elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlängen, insbesondere DUV- oder VUV-Strahlung (z. B. mit Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 400 nm) gesammelt und in dem Zwischenfokus zusammengeführt wird, von wo aus diese Strahlung ebenfalls in die Beleuchtungseinrichtung eintritt. Diese unerwünschte elektromagnetische Strahlung z. B. im DUV- oder VUV-Bereich kann über die EUV-Spiegel zusätzlich zu dem eigentlichen EUV-Beleuchtungslicht zu dem mit dem Photoresist beschichteten Wafer gelenkt werden, wo sie zwar zur Belichtung des Photoresists, jedoch infolge der „falschen” Wellenlänge nicht zur Abbildung der gewünschten Strukturen beiträgt. Dies führt zu einer Verschlechterung des Abbildungskontrasts.
Aus EP 1 582 894 B1 ist u. a. der Einsatz von Drahtgitterpolarisatoren zur Erzeugung z. B. einer tangentialen oder einer radialen Polarisationsverteilung bekannt. Solche Drahtgitterpolarisatoren weisen eine Anordnung von metallischen Drahtelementen auf einem Substrat auf. Dabei verläuft die Transmissionsrichtung bzw. -achse jeweils senkrecht zu den metallischen Drahtelementen, wohingegen auf den Drahtgitterpolarisator auftreffendes Licht mit zu den Drahtelementen paralleler Polarisationsrichtung absorbiert oder reflektiert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welches eine Reduzierung der Belastung des optischen Systems mit elektromagnetischer Strahlung im DUV- oder VUV-Bereich ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein erfindungsgemäßes optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche für den Betrieb im EUV ausgelegt ist, weist auf:

– wenigstens eine erste periodische Gitterstruktur aus elektrisch leitfähigem Material;
– wobei die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach der ersten periodischen Gitterstruktur maximal 60% der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf die erste periodische Gitterstruktur beträgt.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einem optischen System einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage den unerwünschten Anteil an elektromagnetischer Strahlung im DUV- oder VUV-Bereich dadurch zu reduzieren, dass unter Einsatz einer periodischen Gitterstruktur aus elektrisch leitfähigem Material der hohe Wellenlängenunterschied zwischen der erwünschten elektromagnetischen EUV-Strahlung einerseits und der unerwünschten elektromagnetischen DUV- oder VUV-Strahlung andererseits ausgenutzt wird.
Während nämlich die erfindungsgemäß eingesetzte periodische Gitterstruktur wie im Weiteren näher beschrieben bei geeigneter Auslegung für die unerwünschte elektromagnetische DUV- oder VUV-Strahlung als Drahtgitterpolarisator wirkt und somit die parallel zur Strukturrichtung polarisierte Komponente dieser DUV- oder VUV-Strahlung unmittelbar unterdrückt, bleibt die periodische Gitterstruktur hinsichtlich der erwünschten elektromagnetischen EUV-Strahlung im Wesentlichen ohne schwächenden Einfluss, da die Wellenlänge von besagter EUV-Strahlung (z. B. etwa 13.5 nm) wesentlich kleiner als die Strukturbreite der erfindungsgemäßen periodischen Gitterstruktur (welche ja „passend” zur DUV- oder VUV-Strahlung gewählt wurde) ist, weshalb in Bezug auf die elektromagnetische EUV-Strahlung keine polarisierende Wirkung nach dem Prinzip des Drahtgitterpolarisators gegeben ist. Dabei wird hier und im Folgenden unter „Strukturrichtung” diejenige Richtung verstanden, in welcher sich die elektrisch leitfähigen Bereiche (bzw. Drähte oder Linien) der Gitterstruktur erstrecken, wobei diese Bereiche senkrecht zur Strukturrichtung mit Abstand voneinander aneinandergereiht sind.
Die Erfindung macht sich hinsichtlich der Reduzierung des Anteils unerwünschter elektromagnetischer DUV- und VUV-Strahlung den Umstand zu Nutze, dass die erfindungsgemäß ausgenutzte Wirkung der periodischen Gitterstruktur als Drahtgitterpolarisator noch über einen vergleichsweise großen Wellenlängenbereich eintritt, so dass bei geeigneter Wahl der Strukturbreite (z. B. in der Größenordnung von 100 nm bis 200 nm) eine weitgehende Eliminierung unerwünschter elektromagnetischer DUV- und VUV-Strahlung über einen vergleichsweise großen Wellenlängenbereich z. B. von 100 nm bis 400 nm erzielt werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass infolge der bei der erfindungsgemäßen Ausnutzung der Wirkung der periodischen Gitterstruktur als Drahtgitterpolarisator erzielten unmittelbaren Unterdrückung der unerwünschten elektromagnetischen DUV- oder VUV-Strahlung der betreffende unterdrückte Strahlungsanteil – anders als etwa bei der Verwendung von Beugungsgittern – nicht noch im optischen System verbleibt und somit weitere Maßnahmen wie z. B. die Verwendung von Strahlfallen (zwecks Vermeidung, dass ein zunächst weggebeugter Strahlungsanteil doch noch zum Retikel bzw. Wafer gelangt) entbehrlich sind.
Die Erfindung kann grundsätzlich sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage realisiert werden. Des Weiteren kann die Erfindung auch zumindest teilweise in der Strahlzuführung bzw. in der Lichtquelleneinheit der Projektionsbelichtungsanlage realisiert werden, wobei die erste periodische Gitterstruktur insbesondere, wie im Weiteren ebenfalls noch erläutert, auf dem Kollektorspiegel der Lichtquelleneinheit ausgebildet sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist die erste periodische Gitterstruktur bzw. die zweite periodische Gitterstruktur jeweils zueinander benachbarte elektrisch leitfähige Bereiche auf, welche eine mittlere Strukturbreite d (entsprechend der Dicke der elektrisch leitfähigen Bereiche bzw. Drähte) im Bereich von 20 nm bis 200 nm aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche für den Betrieb im EUV ausgelegt ist, mit:

– wenigstens einer ersten periodischen Gitterstruktur aus elektrisch leitfähigem Material;
– wobei die erste periodische Gitterstruktur zueinander benachbarte elektrisch leitfähige Bereiche aufweist, welche eine mittlere Strukturbreite d im Bereich von 20 nm bis 200 nm aufweisen.

Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System ferner eine zweite periodische Gitterstruktur auf, welche in Lichtausbreitungsrichtung nach der ersten periodischen Gitterstruktur angeordnet ist. Insbesondere wenn die auf die erste periodische Gitterstruktur auftreffende DUV- bzw. VUV-Strahlung bereits zumindest teilweise polarisiert ist, ist ggf. aber auch bereits die erste periodische Gitterstruktur ausreichend, um die unerwünschte DUV- bzw. VUV-Strahlung hinreichend zu unterdrücken.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach der zweiten periodischen Gitterstruktur maximal 20%, insbesondere maximal 10%, der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf die zweite periodische Gitterstruktur.
Gemäß einer Ausführungsform verlaufen die erste periodische Gitterstruktur und die zweite periodische Gitterstruktur zueinander orthogonal.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste periodische Gitterstruktur bzw. die zweite periodische Gitterstruktur eine lineare Gitterstruktur mit konstanter Strukturrichtung.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die erste periodische Gitterstruktur bzw. die zweite periodische Gitterstruktur eine sich in einer in Bezug auf eine vorgegebene Achse (z. B. eine optische Systemachse des optischen Systems oder eine Elementachse des jeweiligen, die Gitterstruktur tragenden optischen Elements) radialen oder azimutalen Richtung erstreckende Gitterstruktur.
Gemäß einer Ausführungsform liegt der Einfallswinkel von im Betrieb des optischen Systems auf die erste periodische Gitterstruktur und/oder auf die zweite periodische Gitterstruktur auftreffender elektromagnetischer Strahlung betragsmäßig im Bereich von 0° bis 20°.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste periodische Gitterstruktur und die zweite periodische Gitterstruktur auf einem gemeinsamen optischen Element ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform verlaufen die erste periodische Gitterstruktur und die zweite periodische Gitterstruktur in unterschiedlichen Ebenen. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass in weiteren Ausführungsformen die erste periodische Gitterstruktur und die zweite periodische Gitterstruktur auch in ein- und derselben Ebene angeordnet sein können.
Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen der ersten periodischen Gitterstruktur und der zweiten periodischen Gitterstruktur eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste periodische Gitterstruktur und/oder die zweite periodische Gitterstruktur auf einem Spiegel ausgebildet. Dieser Spiegel kann insbesondere ein Facettenspiegel, weiter insbesondere ein Feldfacettenspiegel oder ein Pupillenfacettenspiegel, sein. Des Weiteren kann der Spiegel auch ein Kollektorspiegel einer Lichtquelleneinheit der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist im Betrieb des optischen Systems auf die erste periodische Gitterstruktur auftreffende EUV-Strahlung unpolarisiert. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass in weiteren Ausführungsformen auch polarisierte EUV-Strahlung auf die erste periodische Gitterstruktur treffen kann (sei es infolge Verwendung einer polarisierten EUV-Lichtquelle oder auch infolge einer nachträglichen Polarisationseinstellung in Verbindung mit einer unpolarisierten Lichtquelle), da auch in diesem Falle im Wesentlichen keine unerwünschte Beeinflussung der EUV-Strahlung stattfindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist im optisch genutzten Strahlengang nach der ersten periodischen Gitterstruktur für elektromagnetische EUV-Strahlung die Bedingung
erfüllt, wobei I_s,E die Intensität der s-polarisierten Komponente der EUV-Strahlung und I_p,E die Intensität der p-polarisierten Komponente der EUV-Strahlung nach der ersten periodischen Gitterstruktur bezeichnet. Mit anderen Worten bewirkt die erste periodische Gitterstruktur für die im optischen System erwünschte elektromagnetische EUV-Strahlung keine oder nur eine geringe s-p-Aufspaltung (d. h. s- und p-polarisierte Komponente der EUV-Strahlung sind – im Falle von unpolarisiert auf die erste periodische Gitterstruktur auftreffender EUV-Strahlung – bezogen auf den optisch genutzten Strahlengang nach der ersten periodischen Gitterstruktur weiterhin im Wesentlichen gleichermaßen stark vorhanden).
Gemäß einer Ausführungsform ist im optisch genutzten Strahlengang nach der ersten periodischen Gitterstruktur für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm die Bedingung
erfüllt, wobei I_s,D die Intensität der s-polarisierten Komponente und I_p,D die Intensität der p-polarisierten Komponente der elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm nach der ersten periodischen Gitterstruktur bezeichnet. Durch dieses Kriterium kommt zum Ausdruck, dass nach der ersten periodischen Gitterstruktur die s-polarisierte Komponente der DUV- bzw. VUV-Strahlung weitgehend noch im optisch genutzten Strahl enthalten ist, wohingegen die p-polarisierte Komponente zumindest weitgehend unterdrückt ist.
Die Erfindung betrifft ferner auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei die Projektionsbelichtungsanlage ein erfindungsgemäßes optisches System mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips;
2–5 schematische Darstellungen zur Erläuterung unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der Erfindung; und
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Realisierung der Erfindung in einer beispielhaften, für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
6 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften, für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisierbar ist.
Gemäß 6 tritt in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 1 Licht einer Lichtquelleneinheit 2, welche eine Plasmalichtquelle und einen Kollektorspiegel aufweist, über einen Zwischenfokus 3 in eine Beleuchtungseinrichtung 10 ein. In der Beleuchtungseinrichtung 10 trifft das Licht zunächst auf einen Feldfacettenspiegel 11 und wird von diesem auf einen Pupillenfacettenspiegel 12 gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 12 sind (jeweils optional) ein erster Teleskopspiegel 13 und ein zweiter Teleskopspiegel 14 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 15 angeordnet. Der Umlenkspiegel 15 (welcher nicht auf die lediglich beispielhaft dargestellte gekrümmte Geometrie beschränkt ist und in weiteren Ausführungsformen auch als Planspiegel ausgestaltet sein kann) lenkt die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld 16 in der Objektebene OP eines umfassenden Projektionsobjektivs 20.
Das Projektionsobjektiv 20 kann lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) sechs Spiegel aufweisen, von denen in 6 nur ein Spiegel M1 dargestellt ist. Am Ort des Objektfeldes 16 ist eine reflektive strukturtragende Maske angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs 20 auf ein Bildfeld 25 in einer Bildebene IP abgebildet wird, in welcher sich ein mit Photoresist beschichteter Wafer befindet.
Die Erfindung ist grundsätzlich nicht auf die in 6 dargestellte Ausgestaltung einer Projektionsbelichtungsanlage 1 begrenzt und auch in Projektionsbelichtungsanlagen anderer Bauweise, beispielsweise unter Verwendung eines Freier-Elektronen-Lasers als Lichtquelle, vorteilhaft realisierbar.
1 dient zunächst zur Erläuterung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips. Gemäß der stark vereinfachten schematischen Darstellung von 1 trifft auf eine periodische Gitterstruktur 110 mit der Strukturbreite d (entsprechend der Breite bzw. Dicke der die Gitterstruktur ausbildenden elektrisch leitfähigen Bereiche) elektromagnetische Strahlung von stark unterschiedlicher Wellenlänge. Bei der periodischen Gitterstruktur 110 gemäß 1 handelt es sich (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) um eine lineare Gitterstruktur mit konstanter (in 1 durch einen Doppelpfeil symbolisierter) Strukturrichtung.
Dabei handelt es sich bei der im oberen Abschnitt von 1 auf die periodische Gitterstruktur 110 auftreffenden elektromagnetischen Strahlung um elektromagnetische DUV- oder VUV-Strahlung, deren Wellenlänge in der Größenordnung der Strukturbreite d liegt oder auch größer ist, wobei diese elektromagnetische DUV- oder VUV-Strahlung z. B. Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweisen kann.
Bei der im unteren Abschnitt von 1 auf die periodische Gitterstruktur 110 auftreffenden elektromagnetischen Strahlung handelt es sich hingegen um elektromagnetische EUV-Strahlung (mit Wellenlängen kleiner als 30 nm, insbesondere z. B. 13.5 nm). Des Weiteren wird in 1 (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) davon ausgegangen, dass die jeweilige, auf die periodische Gitterstruktur 110 auftreffende elektromagnetische Strahlung unpolarisiert ist, was dadurch angedeutet wird, dass vor dem Auftreffen auf die periodische Gitterstruktur 110 jeweils beide zueinander senkrecht polarisierten Komponenten (s- und p-Polarisation) eingezeichnet sind.
Während die periodische Gitterstruktur 110 nun auf die auftreffende elektromagnetische DUV- oder VUV-Strahlung als Drahtgitterpolarisator mit der Folge wirkt, dass bezogen auf die Lichtausbreitungsrichtung (z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) im Wesentlichen nur noch die senkrecht zur (in y-Richtung verlaufenden) Strukturrichtung polarisierte Komponente (d. h. die in x-Richtung polarisierte Komponente) vorhanden ist, bleibt die periodische Gitterstruktur 110 hinsichtlich der elektromagnetischen EUV-Strahlung ohne polarisierende bzw. abschwächende Wirkung oder weist eine wesentlich geringere abschwächende Wirkung auf. Im Ergebnis ergibt sich somit im Hinblick auf die erfindungsgemäße Anwendung in einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage eine polarisierende bzw. intensitätsabschwächende Wirkung nur für die in einer solchen Projektionsbelichtungsanlage unerwünschte elektromagnetische DUV- bzw. VUV-Strahlung, wohingegen die in der Projektionsbelichtungsanlage erwünschte elektromagnetische EUV-Strahlung nicht nennenswert geschwächt wird.
Im Weiteren werden mögliche Realisierungen des vorstehend anhand von 1 beschriebenen Prinzips unter Bezugnahme auf 2–5 erläutert.
Die zuvor beschriebene periodische Gitterstruktur 110 kann insbesondere auf einem reflektierenden optischen Element bzw. Spiegel aufgebracht werden, was z. B. lithographisch erfolgen kann. Dabei können die elektrisch leitfähigen Bereiche der periodischen Gitterstruktur 110 z. B. aus Gold (Au), Kupfer (Cu) oder aus einem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material bestehen. Des Weiteren können die elektrisch leitfähigen Bereiche zur Ausbildung der periodischen Gitterstruktur 110 auch mit einem beliebigen anderen geeigneten Verfahren aufgebracht werden. Ein weiteres geeignetes Verfahren umfasst z. B. die Aufbringung von Schichtsystemen nach Anbringung bzw. Auflegen einer netzförmigen Maske und ist aus DE 10 2011 083 855 B3 (siehe dort 1) bekannt.
Hinsichtlich der Dimensionierung der die periodische Gitterstruktur 110 ausbildenden elektrisch leitfähigen Bereiche ist zu beachten, dass die letztlich erzielte Reflektivität für elektromagnetische Strahlung der unterschiedlichen Wellenlängenbereiche nicht nur durch die Strukturbreite d bzw. Dicke der elektrisch leitfähigen Bereiche bzw. Drähte bestimmt wird, sondern auch durch die Dichte bzw. den Abstand dieser Bereiche oder Drähte voneinander, wobei ein relativ geringer Abstand der Drähte (z. B. ein Abstand, welcher mit der Dicke bzw. Strukturbreite d übereinstimmt) zwar zu einer vergleichsweise guten Polarisatorwirkung, aber auch zu einer vergleichsweise geringen Reflektivität und somit zu einem hohen Lichtverlust im EUV-Wellenlängenbereich führt. Vorzugsweise wird somit die periodische Gitterstruktur 110 hinsichtlich Dicke der elektrisch leitfähigen Bereich (Drähte, Linien) bzw. Strukturbreite einerseits und Abstand bzw. Dichte dieser Bereiche andererseits so ausgestaltet, dass sich ein guter Kompromiss hinsichtlich der erreichten Polarisationswirkung (und damit hinsichtlich der Eliminierung der unerwünschten elektromagnetischen DUV- und VUV-Strahlung) bei zugleich noch akzeptabler EUV-Reflektivität ergibt.
Hinsichtlich des Einfallswinkels bzw. Einfallswinkelspektrums der auf die erfindungsgemäße periodische Gitterstruktur auftreffenden elektromagnetischen Strahlung ist insofern ein möglichst senkrechter Strahlungseinfall (z. B. mit einem Einfallswinkel relativ zum Lot auf die Reflexionsfläche von betragsmäßig bis zu 20°) vorteilhaft, da hierdurch zum einen unerwünschte Abschattungseffekte vermieden und zum anderen eine unerwünschte Variation der effektiven Breite bzw. des effektiven Abstandes der elektrisch leitfähigen Bereiche (Drähte, Linien) in der erfindungsgemäßen periodischen Gitterstruktur 110 in Abhängigkeit vom Einfallswinkel minimiert werden.
Wie zuvor anhand von 1 beschrieben kann bereits durch Einsatz einer einzigen erfindungsgemäßen periodischen Gitterstruktur 110 aufgrund der Eliminierung der parallel zur Strukturrichtung polarisierten Strahlungskomponente der elektromagnetischen DUV- und VUV-Strahlung eine signifikante Unterdrückung dieser unerwünschten DUV- und VUV-Strahlung erreicht werden (um z. B. etwa 50% im Falle ursprünglich – d. h. vor Auftreffen auf die periodische Gitterstruktur 110 – unpolarisierter Strahlung, bei ursprünglich polarisierter Strahlung sogar um mehr als 50%).
Wie nun in 2 angedeutet, lässt sich durch Einsatz einer weiteren periodischen Gitterstruktur mit vorzugsweise zur ersten periodischen Gitterstruktur orthogonaler Strukturierung auch der in Lichtausbreitungsrichtung nach der ersten periodischen Gitterstruktur zunächst noch verbleibende Anteil an unerwünschter elektromagnetischer DUV- und VUV-Strahlung unterdrücken, wobei das Prinzip gekreuzter Polarisatoren ausgenutzt werden kann.
In der schematischen Darstellung von 2 trifft sowohl (mit durchgezogener Linie dargestellte) EUV-Strahlung als auch (mit gestrichelter Linie dargestellte) DUV- und VUV-Strahlung zunächst auf eine erste periodische Gitterstruktur 210 und dann auf eine zweite periodische Gitterstruktur 220, wobei die erste und die zweite periodische Gitterstruktur 210, 220 zueinander orthogonal verlaufen bzw. orthogonale Strukturrichtungen aufweisen. Wie in 2 angedeutet verbleibt von der ursprünglich unpolarisiert auf die erste periodische Gitterstruktur 210 auftreffenden DUV- und VUV-Strahlung nach Reflexion an einem die erste periodische Gitterstruktur 210 tragenden Spiegel im Wesentlichen nur noch die senkrecht zur Strukturrichtung der ersten periodischen Gitterstruktur polarisierte (im Beispiel s-polarisierte) Strahlungskomponente, wobei diese nach Reflexion an einem die zweite periodische Gitterstruktur 220 tragenden Spiegel ebenfalls unterdrückt ist.
Hingegen erfährt die im Beispiel ebenfalls unpolarisiert auf die erste polarisierende Struktur 210 auftreffende EUV-Strahlung keine Schwächung und ist nach Reflexion an dem die zweite polarisierende Struktur 220 tragenden Spiegel weiterhin unpolarisiert im optisch genutzten Strahlengang vorhanden.
Unter Bezugnahme auf 3 kann es sich beispielsweise bei dem die erste polarisierende Struktur 210 tragenden Spiegel um einen Feldfacettenspiegel 311 oder ein Spiegelelement des Feldfacettenspiegels 311 und bei dem die zweite polarisierende Struktur 220 tragenden Spiegel aus 2 um einen Pupillenfacettenspiegel 312 bzw. ein Spiegelelement des Pupillenfacettenspiegels 312 handeln.
In weiteren Ausführungsformen kann es sich unter erneuter Bezugnahme auf 3 bei dem die erste polarisierende Struktur 210 tragenden Spiegel aus 2 auch um den Kollektorspiegel 301 handeln.
Dabei kann in einer Ausführungsform die Geometrie des Kollektorspiegels 301 gerade so gewählt werden, dass bei der in den Zwischenfokus gelenkten Strahlung der Einfallwinkel auf dem Kollektorspiegel einem Wert entspricht, bei dem sich eine signifikante s-p-Aufspaltung für die unerwünschte DUV-Strahlung ergibt (wobei der Einfallwinkel auf dem Kollektorspiegel z. B. im Bereich von 55° bis 65° liegen kann).
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung periodischer Strukturen mit konstant linearer Strukturrichtung der elektrisch leitfähigen Bereiche (Drähte, Linien) beschränkt. In weiteren Ausführungsformen können auch periodische Gitterstrukturen eingesetzt werden, in welchen die elektrisch leitfähigen Strukturen in einer (bezogen auf eine vorgegebene Achse) radialen oder azimutalen Richtung periodisch angeordnet sind. Lediglich beispielhaft ist hierzu in 4a, b jeweils ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in welchem jeweils eine periodische Gitterstruktur 410 mit sich in radialer Richtung erstreckenden elektrisch leitfähigen Bereichen (Drähte, Linien) und eine weitere periodische Gitterstruktur 420 mit sich in azimutaler Richtung erstreckenden (d. h. in Form von Ringen angeordneten) elektrisch leitfähigen Bereichen eingesetzt werden.
Dabei befindet sich im Ausführungsbeispiel von 4a ebenfalls lediglich beispielhaft die erste periodische Gitterstruktur auf einem Kollektorspiegel 401, wohingegen sich die zweite periodische Gitterstruktur 420 auf einem Facettenspiegel 415 befindet. Selbstverständlich ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, so dass entsprechende periodische Gitterstrukturen 410, 420 mit der hier beschriebenen orthogonalen Ausgestaltung der Strukturrichtung in dem optischen System auch auf anderen optischen Elementen vorgesehen sein können. Die Ausführungsformen von 4a und 4b unterscheiden sich dadurch, dass die Anordnung der ersten bzw. zweiten periodischen Gitterstruktur 410, 420 in 4a und 4b vertauscht ist mit der Folge, dass auch die nach Reflexion an dem die jeweilige periodische Gitterstruktur tragenden Kollektorspiegel 401 reflektierte und zunächst noch im optisch genutzten Strahlengang verbleibende Komponente der elektromagnetischen DUV- und VUV-Strahlung in 4a und 4b die entgegengesetzte Polarisation aufweist.
In einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform kann in Abwandlung der Ausführungsform von 4a, b die teilweise polarisierende Wirkung des Kollektorspiegels 401 auf die unerwünschte DUV- und VUV-Strahlung auch unter Verzicht auf eine am Kollektorspiegel 401 vorgesehene erfindungsgemäße periodische Gitterstruktur und bereits infolge der Geometrie des Kollektorspiegels 401 erreicht werden. In diesem Falle wird die Geometrie des Kollektorspiegels 401 so gewählt, dass die unerwünschte elektromagnetische DUV- und VUV-Strahlung am Kollektorspiegel 401 unter dem für die betreffende Wellenlänge geltenden Brewster-Winkel reflektiert wird mit der Folge, dass die unmittelbar nach dem Kollektorspiegel 401 im Strahlengang noch verbleibende elektromagnetische DUV- und VUV-Strahlung bereits (entsprechend der schematischen Darstellung in 4a) tangential polarisiert ist. Dieser Brewster-Winkel kann beispielsweise im Bereich von 50° bis 75°, insbesondere im Bereich von 55° bis 65°, liegen.
In Ausführungsformen der Erfindung kann das die erste polarisierende Struktur tragende optische Element bzw. das die zweite polarisierende Struktur tragende optische Element zum Abtransport der durch die absorbierte Strahlung erzeugten Wärmeenergie gekühlt werden.
5 dient zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher ebenfalls zwei periodische Gitterstrukturen mit zueinander orthogonaler Strukturrichtung benutzt, diese jedoch an ein- und demselben optischen Element (z. B. einem Spiegel) realisiert werden. Diese beiden periodischen Gitterstrukturen bilden gemeinsam effektiv eine gekreuzte Struktur 550. Die beiden periodischen Gitterstrukturen können in ein- und derselben Ebene angeordnet und elektrisch leitend miteinander verbunden sein. In weiteren Ausführungsformen können die beiden periodischen Gitterstrukturen auch in unterschiedlichen Ebenen verlaufen und nicht elektrisch leitend miteinander verbunden sein. Im letzteren Falle können z. B. die beiden periodischen Gitterstrukturen in übereinanderliegenden, voneinander beabstandeten Ebenen räumlich getrennt sein, wobei sich zwischen den periodischen Gitterstrukturen beispielsweise eine geeignete elektrisch isolierende Schicht befinden kann. Bei Ausgestaltung der periodischen Gitterstrukturen als freitragende Schichten können die beiden periodischen Gitterstrukturen bzw. Ebenen auch über ein dazwischenliegendes Vakuum elektrisch voneinander isoliert sein.
In weiteren Ausführungsformen kann es sich unter Bezugnahme auf 2 und 6 bei dem die erste polarisierende Struktur 210 tragenden Spiegel oder bei dem die zweite polarisierende Struktur 220 tragenden Spiegel aus 2 auch um einen in Lichtausbreitungsrichtung nach dem Pupillenfacettenspiegel angeordneten Spiegel handeln. In noch weiteren Ausführungsformen können die die erste bzw. zweite polarisierende Struktur 210, 220 tragenden Spiegel auch Spiegel innerhalb des Projektionsobjektivs 20 der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 gemäß 6 sein.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z. B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1582894 B1 [0005]
DE 102011083855 B3 [0046]

Claims

Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche für den Betrieb im EUV ausgelegt ist, mit: • wenigstens einer ersten periodischen Gitterstruktur (110, 210, 410) aus elektrisch leitfähigem Material; • wobei die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach der ersten periodischen Gitterstruktur (110, 210, 410) maximal 60% der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf die erste periodische Gitterstruktur (110, 210, 410) beträgt.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste periodische Gitterstruktur (110, 210, 410) zueinander benachbarte elektrisch leitfähige Bereiche aufweist, welche eine mittlere Strukturbreite (d) im Bereich von 20 nm bis 200 nm aufweisen.
Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche für den Betrieb im EUV ausgelegt ist, mit: • wenigstens einer ersten periodischen Gitterstruktur (110, 210, 410) aus elektrisch leitfähigem Material; • wobei die erste periodische Gitterstruktur (110, 210, 410) zueinander benachbarte elektrisch leitfähige Bereiche aufweist, welche eine mittlere Strukturbreite (d) im Bereich von 20 nm bis 200 nm aufweisen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner eine zweite periodische Gitterstruktur (220, 420) aufweist, welche in Lichtausbreitungsrichtung nach der ersten periodischen Gitterstruktur (110, 210, 410) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität elektromagnetischer Strahlung, welche eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm aufweist, im optisch genutzten Strahlengang nach der zweiten periodischen Gitterstruktur (220, 420) maximal 20%, insbesondere maximal 10%, der Intensität dieser Strahlung vor dem Auftreffen auf die zweite periodische Gitterstruktur (220, 420) beträgt.
Optisches System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste periodische Gitterstruktur (110, 210, 410) und die zweite periodische Gitterstruktur (220, 420) zueinander orthogonal verlaufen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste periodische Gitterstruktur (110, 210) bzw. die zweite periodische Gitterstruktur (220) eine lineare Gitterstruktur mit konstanter Strukturrichtung ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste periodische Gitterstruktur (110, 210, 410) bzw. die zweite periodische Gitterstruktur (420) eine sich in einer in Bezug auf eine vorgegebene Achse radialen Richtung erstreckende Gitterstruktur oder eine sich in einer in Bezug auf eine vorgegebene Achse azimutalen Richtung erstreckende Gitterstruktur ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel von im Betrieb des optischen Systems auf die erste periodische Gitterstruktur (110, 210, 410) bzw. auf die zweite periodische Gitterstruktur (220, 420) auftreffender elektromagnetischer Strahlung betragsmäßig im Bereich von 0° bis 20° liegt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste periodische Gitterstruktur und die zweite periodische Gitterstruktur auf einem gemeinsamen optischen Element ausgebildet sind.
Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste periodische Gitterstruktur und die zweite periodische Gitterstruktur in unterschiedlichen Ebenen verlaufen.
Optisches System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten periodischen Gitterstruktur und der zweiten periodischen Gitterstruktur eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste periodische Gitterstruktur (110, 210, 410) bzw. die zweite periodische Gitterstruktur (220, 420) auf einem Spiegel ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Spiegel ein Facettenspiegel (415, 425), insbesondere ein Feldfacettenspiegel (311) oder ein Pupillenfacettenspiegel (312), ist.
Optisches System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Spiegel ein Kollektorspiegel (301, 401, 411) einer Lichtquelleneinheit (2) der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des optischen Systems auf die erste periodische Gitterstruktur (110, 210, 410) auftreffende EUV-Strahlung unpolarisiert ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im optisch genutzten Strahlengang nach der ersten periodischen Gitterstruktur (110, 210, 410) für elektromagnetische EUV-Strahlung die Bedingung
erfüllt ist, wobei I_s,E die Intensität der s-polarisierten Komponente der EUV-Strahlung und I_p,E die Intensität der p-polarisierten Komponente der EUV-Strahlung nach der ersten periodischen Gitterstruktur (110, 210, 410) bezeichnet.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im optisch genutzten Strahlengang nach der ersten periodischen Gitterstruktur (110, 210, 410) für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm die Bedingung
erfüllt ist, wobei I_s,D die Intensität der s-polarisierten Komponente und I_p,D die Intensität der p-polarisierten Komponente der elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 400 nm nach der ersten periodischen Gitterstruktur (110, 210, 410) bezeichnet.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage (1), mit einer Beleuchtungseinrichtung (10) und einem Projektionsobjektiv (20), wobei die Projektionsbelichtungsanlage (1) ein optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist; • Bereitstellen einer Maske, die abzubildende Strukturen aufweist; • Bereitstellen einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 19, und • Projizieren wenigstens eines Teils der Maske auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).