DE102013219057A1

DE102013219057A1 - Facettenspiegel für eine Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102013219057A1
Application number: DE102013219057.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Patra; Markus Degünther
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2015-03-26
Also published as: JP6423419B2; US20160170308A1; TW201527893A; JP2016533514A; US9823577B2; WO2015040160A1; TWI563347B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Facettenspiegel 100, insbesondere zum Einsatz als optische Komponente in einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithografie, mit mindestens zwei Spiegelmodulen 105, welche Einzelspiegel 110 und Spiegelmoduloberflächen 129 sowie zumindest einseitig einen nicht-reflektierenden Randbereich 120 und einen Modulrand 121 aufweisen, wobei benachbarte Einzelspiegel 110 in den Spiegelmodulen 105 einen Abstand voneinander aufweisen, der geringer als die halbe Breite des nicht-reflektierenden Randbereichs 120 ist und die mindestens zwei benachbarten Modulränder 121 benachbarter Spiegelmodule 105 um eine Höhe längs zur Flächennormalen 135 einer der beiden Spiegelmoduloberflächen 129 versetzt zueinander angeordnet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Facettenspiegel, insbesondere zum Einsatz als optische Komponente in einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithografie.
Stand der Technik
Facettenspiegel sind bekannt aus der WO 2012/130768 A2 . Bei diesen Facettenspiegeln handelt es sich um Spiegel-Arrays. Diese Facettenspiegel umfassen eine Vielzahl von Spiegel-Elementen, bei denen die Gesamtheit der Spiegel-Elemente eine Parkettierung einer Gesamt-Reflexionsfläche des Spiegel-Arrays bildet, und wobei das Spiegel-Array derart modular als Kachel-Element ausgebildet ist, dass die Parkettierung der Gesamt-Reflexionsfläche durch eine Kachelung mehrerer derartiger Spiegel-Arrays darstellbar ist.
Ein Problem derartiger Facettenspiegel stellt ein möglicherweise nicht-reflektierender Randbereich dieser Spiegel-Arrays dar. Ein solcher nicht-reflektierender Randbereich kann entweder aufgrund des Herstellungsverfahrens, aufgrund der elektrischen oder anderweitigen Ansteuerung der Spiegel-Arrays notwendig sein oder der mechanischen Stabilität des Spiegelarray dienen. Ein solcher nicht-reflektierender Randbereich führt zu Abschattungen des einfallenden – „stromaufwärts“ – und/oder des reflektierten – „stromabwärts“ – Lichts. Diese Abschattungen führen entweder zu einem Lichtverlust bzw. einer effektiven Reduzierung der Reflektivität, welcher insbesondere bei EUV-Lithographiesystemen unerwünscht ist und sich daraus ergibt, dass ein Teil des einfallenden Lichts auf den nicht-reflektierenden Randbereich trifft und somit nicht reflektiert wird, oder zu einer Vergrößerung des Volumens der Einhüllenden des mit Licht gefüllten Phasenraums, welches wiederum negative Auswirkungen auf die Uniformität der Feldausleuchtung und/oder die Homogenität der Pupillenfüllung haben kann. Diese Volumenvergrößerung ergibt sich dadurch, dass die nicht-reflektierenden Randbereiche dazu führen, dass es hinter dem Spiegelarray – stromabwärts – Bereiche gibt, die aufgrund der Abschattungen unbeleuchtet sind. Diese unbeleuchteten Bereiche können zu unbeleuchteten Pupillenbereichen führen, wodurch die Pupillenfüllung negativ beeinflusst wird, oder das Retikelfeld wird aufgrund dieser Abschattungen nicht gleichmäßig ausgeleuchtet.
Des Weiteren sind aus der WO 2009/132756 A1 Facettenspiegel mit makroskopischen, aus einem Stück bestehenden Feldfacetten, welche mit Korrekturfacetten zur Korrektur der Uniformität der Feldausleuchtung kombiniert sind, bekannt. Die Korrekturfacetten können dabei entsprechend einer Ausführungsform im Abschattungsbereich eines anderen Facettenspiegels liegen. Im Gegensatz zur WO 2009/132756 A1 wird bei der vorliegenden Erfindung der Abschattungsbereich gezielt vermieden bzw. stark minimiert.
Des Weiteren sind aus der US 2009/0324170 A1 Stufenspiegel zur Reduktion der Kohärenz bekannt. Die Stufen solcher Stufenspiegel führen unterschiedliche Phasenverschiebungen ein, wodurch die Kohärenz des einfallenden Lichts reduziert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Facettenspiegel der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die genannten Abschattungen zumindest teilweise verringert werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Facettenspiegel mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine gezielte höhenversetzte Anordnung der oben genannten Spiegel-Arrays zur Reduktion der Abschattungsbereiche verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Facettenspiegel zum Einsatz als optische Komponente in einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithografie gelöst, wobei der Facettenspiegel mindestens zwei Spiegelmodule aufweist. Die Spiegelmodule weisen Einzelspiegel auf, wobei die Spiegelmodule Spiegelmoduloberflächen aufweisen. Die Spiegelmodule haben einen zumindest einseitig einen nicht-reflektierenden Randbereich und einen Modulrand. Benachbarte Einzelspiegel weisen innerhalb der Spiegelmodule einen Abstand voneinander auf, der geringer als die halbe Breite des nicht-reflektierende Randbereichs ist, wobei mindestens zwei benachbarte Modulränder benachbarter Spiegelmodule um eine Höhe längs zur Flächennormalen einer der beiden Spiegelmoduloberflächen versetzt zueinander angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Facettenspiegel derart ausgestaltet, dass sich während des Betriebes der Randbereich eines Spiegelmoduls im Abschattungsbereich des auf den Facettenspiegel einfallenden oder des vom Facettenspiegel ausfallenden Lichts befindet. Dadurch werden die Abschattungsbereiche minimiert.
Gemäß einer Ausführungsform hat der Facettenspiegel einen mindestens einseitigen Randbereich der Breite d. Die mindestens zwei benachbarten Modulränder der benachbarten Spiegelmodule sind um eine Höhe h längs zur Flächennormalen der ersten Spiegelmoduloberfläche versetzt zueinander angeordnet. Während des Betriebes fällt Licht unter dem Winkel α auf den Facettenspiegel, wobei gilt: 0.5·d/tan(α) < h < 1.5·d/tan(α), wobei der Winkel α der Winkel zwischen der Flächennormalen der ersten Spiegelmoduloberfläche und einer in eine Ebene, die senkrecht zu den benachbarten, zueinander höhenversetzt angeordneten Modulrändern ist, projizierten Komponente des einfallenden Lichts ist. Wird die Höhe h < d/tan(α) gewählt, so vergrößert sich der Abschattungsbereich im Vergleich zur theoretisch optimalen Lösung. Wird die Höhe h > d/tan(α) gewählt, so werden vergrößert sich der Abschattungsbereich und die Abschattung erstreckt sich auch auf den reflektierenden Teil der Spiegelmoduloberfläche des benachbarten Spiegelmodules, was zu unerwünschtem Lichtverlust führt. Daher ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die Höhe h in dem Intervall 0.5·d/tan(α) < h < 1.5·d/tan(α) liegt.
Gemäß einer Ausführungsform gilt für die Höhe h > 100µm. Bei einer zu geringen Höhe von beispielsweise h < 100µm ist der Effekt der Minimierung der Abschattung durch die nicht-reflektierenden Randbereiche zu gering. Gemäß einer Ausführungsform gilt für die Höhe h: 100µm < h < 10mm. Bei einer zu großen Höhe von beispielsweise h > 10mm erstreckt sich die Abschattung nicht nur auf den nicht-reflektierenden Randbereich, sondern auch auf die Spiegelmoduloberfläche des benachbarten Spiegelmodules, was zu unerwünschtem Lichtverlust führt. Die tatsächlich zu wählende Höhe hängt allerdings von der Breite d des nicht-reflektierenden Randbereiches sowie dem Winkel α ab.
Die Spiegelmodule umfassen mindestens 2 × 2 auf einem Raster angeordnete Einzelspiegel, wobei beispielsweise auch 10 × 10, 20 × 50, 100 × 100 oder 1000 × 1000 Einzelspiegel auf einem Spiegelmodul sein können. Die Einzelspiegel weisen eine Größe im Bereich von 10µm–10mm auf, wobei die Größen beispielsweise 10µm, 50µm, 100µm, 200µm, 500µm, 1mm, 5mm oder 10mm betragen können. Solche Spiegelarrays mit derart kleinen Spiegeln werden auch als Mikrospiegelarrays oder als MEMS-Spiegelmodule („micro-electro-mechanical systems“) bezeichnet. Der nicht-reflektierende, zumindest einseitige Randbereich kann eine Breite d im Bereich von 10µm–50mm, beispielsweise 10µm, 50µm, 100µm, 1mm, 10mm, 20mm, betragen. Die Höhe h kann beispielsweise im Bereich 10µm–50mm liegen oder h > 10µm, >100µm, > 1mm oder >10mm betragen oder im Intervall 0.5·d/tan(α) < h < 1.5·d/tan(α) liegen. Bei einer zu geringen Höhe von beispielsweise h < 100µm ist der Effekt der Minimierung der Abschattung durch die nicht-reflektierenden Randbereiche zu gering. Bei einer zu großen Höhe von beispielsweise h > 10mm erstreckt sich die Abschattung nicht nur auf den nicht-reflektierenden Randbereich, sondern auch auf die Spiegelmoduloberfläche des benachbarten Spiegelmodules, was zu unerwünschtem Lichtverlust führt. Die tatsächlich zu wählende Höhe hängt allerdings von der Breite d des nicht-reflektierenden Randbereiches sowie dem Winkel α ab.
Gemäß einer Ausführungsform liegt bei dem Facettenspiegel das Verhältnis der Breiten des stromaufwärts liegenden und des stromabwärts liegenden Abschattungsbereiches in einem Bereich zwischen 1:10 und 1:2 oder zwischen 2:1 und 10:1. Diese Breite des Abschattungsbereiches kann beispielsweise die Breite des Abschattungsbereichs senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung sein.
Gemäß einer Ausführungsform des Facettenspiegels sind die Spiegelmodule in Richtung des einfallenden Lichts absteigend, also in negativer z-Richtung, angeordnet. Die positive z-Richtung zeigt jeweils von der Spiegelmoduloberfläche weg. Durch eine solche Anordnung wird der stromaufwärts liegende Abschattungsbereich reduziert, was zu einer Erhöhung der effektiven Reflektivität führt.
Gemäß einer Ausführungsform des Facettenspiegels sind die Spiegelmodule in Richtung der einfallenden Lichts aufsteigend, also in positiver z-Richtung, angeordnet. Durch eine solche Anordnung wird der stromabwärts liegende Abschattungsbereich reduziert. Eine derartige Reduktion dieser Abschattungsbereiche hat den vorteilhaften Effekt, dass die Uniformität der Ausleuchtung des Retikelfeldes verbessert wird. Zusätzlich ist der Phasenraum hinter dem Facettenspiegel durch diese Abschattungsbereiche weniger stark „durchlöchert“, also der Verlust an Phasenraum hinter dem Facettenspiegel minimal. Dies führt dazu, dass beispielsweise die Pupillenfüllung optimiert wird, was wiederum die Einstellbarkeit von Beleuchtungssettings verbessert. Gemäß einer Ausführungsform des Facettenspiegels sind die Spiegelmodule in Richtung einer Diagonalen der Spiegelmodule aufsteigend, also in Richtung des einfallenden Lichts in positiver z-Richtung, oder absteigend, also in Richtung der einfallenden Lichts in negativer z-Richtung, angeordnet. Dadurch werden die Abschattungsbereiche stromabwärts beziehungsweise stromaufwärts für die nicht-reflektierenden Randbereiche entlang der Modulränder, die entlang x als auch entlang y ausgerichtet sind, minimiert. Dabei verläuft die Diagonale in der durch die Modulränder eines Moduls aufgespannten Ebene derart, dass die Winkel zwischen den Modulrändern und der Diagonalen beispielsweise bei einem Spiegelmodul mit quadratischer Außenform jeweils einen 45°-Winkel betragen. Es ist diejenige der beiden möglichen Diagonalen relevant, die betragsmäßig die größere Projektion der Richtung des einfallenden Lichts auf sich aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform des Facettenspiegels sind die Spiegelmoduloberflächen der Spiegelmodule parallel zueinander orientiert.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Spiegelmodule Mikrospiegelarrays, welche auch als MEMS-Spiegelmodule („micro-electro-mechanical systems“) bezeichnet werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Facettenspiegels sind die Spiegelmodule auf einer Kugeloberfläche oder einer Ellipsoidoberfläche angeordnet. Dabei kann entweder die Spiegelmoduloberfläche derart orientiert sein, dass sich eine bestmögliche Übereinstimmung mit einer Kugeloberfläche oder einer Ellipsoidoberfläche ergibt, oder die Mittelpunkte der Module können auf der gewünschten Oberfläche liegen.
Gemäß einer Ausführungsform des Facettenspiegels sind die Einzelspiegel der Spiegelmodule kippbar.
Gemäß einer Ausführungsform ist der nicht-reflektierende Randbereich nicht parallel zur Flächennormalen der Spiegelmoduloberfläche orientiert, sondern, beispielsweise aus Herstellungsgründen, zum Modulrand 121, 221, 321, 421, 521 hin abgeschrägt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der nicht-reflektierende Randbereich parallel zur Flächennormalen der Spiegelmoduloberfläche orientiert, wobei der nicht-reflektierende Randbereich, beispielsweise aus Herstellungsgründen, höhenversetzt zur Spiegelmoduloberfläche ist.
Die Erfindung umfasst zudem ein Beleuchtungssystem mit einem erfindungsgemäßen Facettenspiegel.
Insbesondere kann der Facettenspiegel ein Feldfacettenspiegel sein. Ein Feldfacettenspiegel besteht aus Feldfacetten und ist zur Objektebene optisch konjugiert angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist der erfindungsgemäße Facettenspiegel derart ausgestaltet, dass die Höhe h derart gewählt, dass die stromabwärts liegenden Abschattungsbereiche, welche zu Abschattungen bei der Ausleuchtung der Objektebene führen können, minimiert werden, sodass die Ausleuchtung des Retikelfeldes möglichst homogen ist.
Gemäß einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist der erfindungsgemäße Facettenspiegel ein Pupillenfacettenspiegel. Ein Pupillenfacettenspiegel besteht aus Pupillenfacetten und ist entweder in der Eintrittspupillenebene der Projektionsoptik oder in einer hierzu optisch konjugierten Ebene angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems sind die Spiegelmodule des zumindest einen Facettenspiegels Mikrospiegelarrays, welche auch als MEMS-Spiegelmodule („micro-electro-mechanical systems“) bezeichnet werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Beleuchtungssystem einen Wabenkondensor, der einen Feldfacettenspiegel und einen Pupillenfacettenspiegel umfasst, wobei der Feldfacettenspiegel und/oder der Pupillenfacettenspiegel einen erfindungsgemäßen Facettenspiegel umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Beleuchtungssystem einen spekularen Reflektor, wobei der erfindungsgemäße Facettenspiegel ein bündelformender Facettenspiegel zur Ausleuchtung des spekularen Reflektors ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Beleuchtungssystem derart ausgestaltet, dass der Lichtleitwert maximiert und/oder der Phasenraum in Lichtausbreitungsrichtung hinter dem Facettenspiegel zusammenhängend ausgeprägt ist. Das Phasenraumvolumen ergibt sich aus dem Produkt aus der Größe eines Objektfeldes und dem Quadrat der numerischen Apertur der Projektionsoptik. Der Lichtleitwert ist das Volumen des Phasenraumes, in dem die Intensität ungleich Null ist. Auf Grund der Abschattungsbereiche werden Bereiche des Phasenraums nicht ausgeleuchtet, wodurch sich negative Auswirkungen auf die Uniformität der Feldausleuchtung und/oder die Homogenität der Pupillenfüllung ergeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Beleuchtungssystem derart ausgestaltet, dass der Lichtverlust aufgrund der nicht-reflektierenden Randbereiche minimiert wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Facettenspiegels; und
2 eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Facettenspiegels; und
3 eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Facettenspiegels; und
4 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Facettenspiegels; und
5 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Facettenspiegels; und
6 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine Projektionsbelichtungsanlage; und
7 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine Projektionsbelichtungsanlage; und
8 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch einen Facettenspiegel entsprechend dem Stand der Technik; und
9 eine schematische Darstellung der Ausleuchtung des Retikelfeldes unter Verwendung eines Facettenspiegels entsprechend dem Stand der Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
8 zeigt einen Facettenspiegel 800, wie beispielsweise aus der WO 12130768 A2 bekannt. Die Spiegelmodule 805 weisen Einzelspiegel 810 auf. Am Rand der Spiegelmodule 805 befindet sich ein nicht-reflektierender Randbereich 820. Fällt Licht 825 schräg auf den Facettenspiegel 800, so ergeben sich Abschattungsbereiche 840, 845. Bei benachbarten Spiegelmodulen 805, die in ein und derselben Ebene angeordnet sind, tragen jeweils beide aneinander grenzende nicht-reflektierende Bereiche 820 benachbarter Spiegelmodule 805 zu den Abschattungsbereichen bzgl. des einfallenden – stromaufwärts – 845 und des reflektierten bzw. ausfallenden – stromabwärts – 840 Lichts bei. Dies hat zwei negative Auswirkungen. Zum einen geht aus Sicht der Lichtquelle aufgrund der Abschattungsbereiche 845 Licht verloren. Zum anderen gibt es aus Sicht des Empfängers, also stromabwärts liegende, Bereiche auf dem Facettenspiegel 800, die aufgrund der Abschattungsbereiche 840 während des Betriebes unbeleuchtet bleiben.
9 zeigt eine dieser negativen Auswirkungen dieser Abschattungsbereiche. Die in 8 stromabwärts gezeigten Abschattungsbereiche 840 führen im Falle eines Beleuchtungssystems umfassend einen Wabenkondensor, bei dem die Feldfacetten aus Einzelspiegeln 810 bestehen, wobei mehrere benachbarte Einzelspiegel 810 einen Ausleuchtungskanal bilden, der das Retikelfeld vollständig ausleuchtet, zu Abschattungsbereichen 940 im Retikelfeld 980, wenn innerhalb des Ausleuchtungskanals ein nicht-reflektierender Randbereich 820 vorliegt. An diesen Abschattungsbereichen 840 ist die Intensität des Retikelfeldes 980 zumindest herabgesetzt. Dies hat den nachteiligen Effekt, dass die Uniformität der Ausleuchtung des Retikelfeldes 980 verschlechtert wird. Dieser Nachteil tritt nur beim Wabenkondensor, nicht jedoch bei einem Beleuchtungssystem 702 umfassend einen spekularen Reflektor 764, bei dem die Retikelausleuchtung ohnehin aus vielen kleinen, getrennten Bereichen zusammengesetzt wird, auf. Zusätzlich ist der Phasenraum hinter dem Facettenspiegel 800 durch die Abschattungsbereiche 840 stark „durchlöchert“ und nicht mehr zusammenhängend ausgeprägt. Die Einhüllende des genutzten Phasenraumvolumens ist damit größer als das genutzte Phasenraumvolumen, also des Phasenraumvolumens, indem die Intensität des Beleuchtungslichts 670 nicht verschwindet. Analog ist der Phasenraum vor dem Facettenspiegel 800 durch die Abschattungsbereiche 845 stark „durchlöchert“ und damit nicht zusammenhängend. Dadurch wird die effektive Reflektivität herabgesetzt. Ebenfalls werden dadurch ungenutzte Bereiche im Phasenraum eingeführt, was dazu führt, dass beispielsweise die minimale Pupillenfüllung vergrößert und damit für viele Anwendungen verschlechtert wird. Die beiden letztgenannten Nachteile treten sowohl bei einem Wabenkondensor als auch bei einem Beleuchtungssystem umfassend einen spekularen Reflektor auf.
Hätten die horizontale und die vertikale Achse in 9 denselben Maßstab, so wären die Abschattungsbereiche 940 von orthogonal zueinander ausgerichteten nicht-reflektierenden Modulrandbereichen aus 8 auch in 9 unter einem Winkel von 90° zueinander orientiert.
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Facettenspiegel 100 zum Einsatz als optische Komponente in einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithografie. Der Facettenspiegel 100 weist nur beispielhaft drei Spiegelmodule 105 auf. Die Spiegelmodule 105 weisen Einzelspiegel 110, die einzeln verkippbar sind, auf und haben Spiegelmoduloberflächen 129. Die Spiegelmoduloberfläche 129 verläuft dabei durch die Mittelpunkte aller Einzelspiegel 110 des entsprechenden Spiegelmoduls 105. Dies ermöglicht eine Beschreibung der Orientierung der Spiegelmodule 105, die unabhängig von einer möglichen Kippstellung der verstellbaren Einzelspiegel ist. Am Rand der Spiegelmodule 105 befindet sich ein nicht-reflektierender Randbereich 120 und ein Modulrand 121, wobei der Modulrand 121 als eindimensionaler Rand des nicht-reflektierenden Randbereiches 120 zu verstehen ist. Um unabhängig von einer möglichen Kippstellung der Einzelspiegel einen einfallenden Strahl 125 von einem ausfallenden bzw. reflektierten Strahl 130 räumlich trennen zu können, treffen die einfallenden Strahlen 125 nicht senkrecht auf die Spiegelmoduloberfläche 129. Daher treffen die einfallenden Strahlen 125 unter einem Winkel α zur Flächennormalen 135 auf den Facettenspiegel 100. Der Ausfallswinkel hängt dagegen von der Stellung des Einzelspiegels 110 ab. Es gibt daher einen minimalen und einen maximalen Ausfallswinkel. In der Abbildung sind exemplarisch Spiegelmodule mit jeweils zwei Randbereichen der Breite d gezeigt. Es können auch vier Randbereiche vorliegen, wobei die anderen beiden Randbereiche an den parallel zur Zeichenebene verlaufenden Modulrändern liegen. Benachbarte Einzelspiegel 110 in den Spiegelmodulen 105 haben einen Abstand voneinander, der geringer als die Breite, insbesondere die halbe Breite, des nicht-reflektierende Randbereichs 120 ist. Fällt nun Licht 125 auf den Facettenspiegel 100 unter einem Winkel α zur Flächennormalen 135 dieser Spiegelmoduloberflächen 129 ein, so ergeben sich die Abschattungsbereiche 140, 145. Da die Spiegelmoduloberflächen 129 benachbarter Spiegelmodule 105, nicht in ein und derselben Ebene angeordnet sind, tragen nicht beide nicht-reflektierenden Bereiche 120 benachbarter Spiegelmodule 105, zumindest nicht vollständig, zu den Abschattungsbereichen bzgl. des einfallenden – stromaufwärts – 145 und des reflektierten bzw. ausfallenden – stromabwärts – 140 Lichts bei. Solche Abschattungen können zwei negative Auswirkungen haben. Zum einen geht aus Sicht der Lichtquelle aufgrund der Abschattungsbereiche 145 Licht verloren, d. h. die effektive Reflektivität des Beleuchtungssystems 602, 702 verringert sich. Zum anderen gibt es aus Sicht des Empfängers, also stromabwärts liegenden, Bereiche auf dem Facettenspiegel 100, die aufgrund der Abschattungsbereiche 140 während des Betriebes unbeleuchtet bleiben.
1 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Facettenspiegels 100, bei dem die Abschattungsbereiche 145 für das einfallende Licht 125 stark reduziert sind. Diese Reduktion wird dadurch erreicht, dass der durch das einfallende Licht 125 am benachbarten Modul 105 entstehende Schatten zumindest teilweise auf den nicht-reflektierenden Randbereich 120 eines benachbarten Spiegelmodules trifft. Bei dem in 1 dargestellten Koordinatensystem liegt die z-Achse parallel zur Flächennormalen 135 und die x-Achse liegt entlang eines parallel zur Zeichenebene liegenden Modulrandes. In dem rechtshändigen Koordinatensystem zeigt die y-Achse folglich in die Zeichenebene hinein. Das Licht 125 fällt in der 1 derart ein, dass die Lichtrichtung in eine Komponente mit positiver x-Richtung und in eine Komponente mit negativer z-Richtung vektoriell zerlegt werden kann. Die positive z-Richtung zeigt jeweils von der Spiegelmoduloberfläche weg. Die Spiegelmodule sind nun gerade so angeordnet, dass ein in positiver x-Richtung angrenzendes Spiegelmodul 105 um eine Höhe h in negativer z-Richtung versetzt angeordnet ist. Neben der gewünschten Reduzierung des Abschattungsbereiches 145 – stromaufwärts –, was zu einer vorteilhaften Reduktion des Lichtverlustes bzw. einer effektiven Erhöhung der Reflektivität führt, ergibt sich eine Vergrößerung des Abschattungsbereiches 140 – stromabwärts –, was zu einem erhöhten Verlust an Phasenraumvolumen führt. Eine Minimierung des Abschattungsbereiches 145 ergibt sich bei der in 1 dargestellten Ausführungsform, wenn die Bedingung h = d/tan(α) erfüllt ist. Dabei ist d durch die Breite des Randbereiches 120 gegeben, welcher im Schattenbereich 145 des einfallenden Lichtes liegt. Wird die Höhe vergrößert, so geraten Reflexionsflächen 115 einiger am Rand des benachbarten, teilweise abgeschatteten Spiegelmoduls 105 angeordnete Einzelspiegel 110 zumindest teilweise in den Schattenbereich, was dazu führt, dass diese nicht mehr vollständig ausgeleuchtet werden und damit nicht mehr vollständig zur Retikelausleuchtung beitragen. Wird die Höhe h < d/tan(α) gewählt, so vergrößert sich der Abschattungsbereich 145 im Vergleich zur theoretisch optimalen Lösung. Daher ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn die Höhe h in dem Intervall 0.5·d/tan(α) < h < 1.5·d/tan(α) liegt.
Gilt für die Höhe die Bedingung h > 1.5·d/tan(α), so kann es hilfreich sein, die Spiegelmodule 105 zueinander seitlich derart zu versetzen, dass ihr Abstand vergrößert wird, d.h. in positiver x-Richtung angrenzende Spiegelmodule 105 sind in positiver x-Richtung versetzt anzuordnen. Dies verringert den Anteil der Reflexionsflächen 115, die zumindest teilweise im Schattenbereich liegen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Spiegelmodule 105 sowohl seitlich – in x-Richtung – zueinander versetzt als auch höhenversetzt – in z-Richtung – zueinander angeordnet.
In einem Ausführungsbeispiel besteht das Spiegelmodul 105 aus 100 x 100 Einzelspiegeln 110. Die Einzelspiegel 105 weisen eine Größe von 400µm × 400µm auf. Der beidseitig vorliegende, nicht-reflektierende Randbereich 120 hat eine Breite d von 100µm. Bei einem Einfallswinkel α von 10° ergibt sich ein Höhenversatz h von ungefähr 567µm. Bei einem Einfallswinkel von 70° ergibt sich ein Höhenversatz h von ungefähr 36µm.
Damit ist ein Facettenspiegel 100 zum Einsatz als optische Komponente in einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithografie, wobei der Facettenspiegel 100 mindestens zwei Spiegelmodule 105 aufweist, wobei die Spiegelmodule 105 Einzelspiegel 110 aufweisen, wobei die Spiegelmodule 105 Spiegelmoduloberflächen 129 aufweisen, wobei die Spiegelmodule 105 zumindest einseitig einen nicht-reflektierenden Randbereich 120 und einen Modulrand 121 aufweisen, wobei benachbarte Einzelspiegel 110 in den Spiegelmodulen 105 einen Abstand voneinander aufweisen, der geringer als die halbe Breite des nicht-reflektierende Randbereichs 120 ist, wobei die mindestens zwei benachbarten Modulränder 121 benachbarter Spiegelmodule 105 um eine Höhe längs zur Flächennormalen 135 einer der beiden Spiegelmoduloberflächen 129 versetzt zueinander angeordnet sind, gezeigt.
Damit ist ebenfalls ein Facettenspiegel 100 gezeigt, bei dem die Spiegelmoduloberflächen 129 der Spiegelmodule 105 parallel zueinander orientiert sind.
2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des erfindungsgemäßen Facettenspiegels 200. Im Gegensatz zur in 1 gezeigten und diskutierten Geometrie fällt das Licht 225 nicht innerhalb einer Ebene, die von der Flächennormalen 235 und einem Modulrand 221 aufgespannt ist, ein. Der Modulrand 221 ist wiederum als eindimensionaler Rand des nicht-reflektierenden Randbereiches 220 zu verstehen. Stattdessen fällt das Licht nun „windschief“ ein, also nicht innerhalb einer der durch das eingezeichnete (x, y, z)-Koordinatensystem aufgespannten Ebenen wie die (x, z)- oder (y, z)-Ebene. Hierbei liegen die x-Achse parallel zu einem ersten Modulrand 221, die y-Achse parallel zu einem zweiten, orthogonal zum ersten Modulrand 221 ausgerichteten Modulrand 221 und die z-Achse parallel zur Flächennormalen 235 der Spiegelmoduloberfläche 229. In einer weiteren Ausführung sind die Modulränder 221 nicht orthogonal zueinander und damit die Spiegelmodule 205 nicht quadratisch, wie in 2 dargestellt, oder rechteckig, sondern rautenförmig. Dieses Koordinatensystem ist das lokale Koordinatensystem des Facettenspiegels 200. Das „windschief“ einfallende Licht 225 kann nun vektoriell in eine „projizierte“ Komponente 226 zerlegt werden, die in eine Ebene, die von der Flächennormalen 235 und dem Modulrand 221, der parallel zur x-Achse orientiert ist, aufgespannt ist, projiziert ist. Um den Abschattungsbereich – stromaufwärts – zu minimieren, wird die Höhe h, um die zwei benachbarte Module gegeneinander in z-Richtung versetzt sind, derart gewählt, dass die eingangs genannte Bedingung h = d/tan(α) erfüllt ist, wobei α der Winkel zwischen der Flächennormalen 235 und der projizierten Komponente des einfallenden Lichts 226 ist.
Damit ist ein erfindungsgemäßer Facettenspiegel 200 gezeigt, der einen mindestens einseitigen Randbereich der Breite d hat, wobei die mindestens zwei benachbarten Modulränder 221 der benachbarten Spiegelmodule 220 um eine Höhe h längs zur Flächennormalen 235 der ersten Spiegelmoduloberfläche 229 versetzt zueinander angeordnet sind, wobei während des Betriebes Licht 225 unter dem Winkel α auf den Facettenspiegel 200 einfällt, wobei gilt: 0.5·d/tan(α) < h < 1.5·d/tan(α), wobei der Winkel α der Winkel zwischen der Flächennormalen 235 der ersten Spiegelmoduloberfläche 229 und einer in eine Ebene, die senkrecht zu den benachbarten, zueinander höhenversetzt angeordneten Modulrändern 221 ist, projizierten Komponente 226 des einfallenden Lichts 225.
Eine solche Ausführungsform mit „windschief“ zu den Modulrändern 221 einfallendem Licht 225 kann vorteilhaft sein, da in diesem Fall die Abbildungen der Abschattungsbereiche 140, 840 – stromabwärts – aus 1 in das Retikelfeld 980 nicht parallel zur Scanrichtung des Retikelfeldes 980 orientiert sind. Solche parallel zur Scanrichtung liegenden Abschattungen 140, 840 – stromabwärts – wären kritisch für die Uniformität des ausgeleuchteten Retikelfeldes 980. Daher sind bei der Auslegung die Spiegelmodule, wie in 2 dargestellt, relativ zum einfallenden Licht 225 verdreht anzuordnen, sodass die Einfallsebene des Lichts 225 nicht parallel zu einem der Modulränder 221 liegt. Solche verdreht eingebauten Mikrospiegelarrays werden in der DE 10 2012 207 866.5 beschrieben.
Eine solche Ausführungsform mit „windschief“ zu den Modulrändern 221 einfallendem Licht 225 kann insbesondere auch dann auftreten, wenn das einfallende Licht 225 an verschiedenen Orten auf dem Facettenspiegel 200 nicht parallel zueinander auftritt. Diese kann insbesondere dann auftreten, wenn die Beleuchtung des Facettenspiegels 200 über einen Zwischenfokus 612, 712 erfolgt.
3 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des erfindungsgemäßen Facettenspiegels 300. Der Unterschied zu 2 besteht darin, dass in 3 die projizierte Komponente 326 kleiner ist als die projizierte Komponente 226 in 2, d.h. das Licht 325 fällt „windschiefer“ bzw. sogar „maximal windschief“, ein. Mit „maximal windschief“ wird hier der Fall bezeichnet, dass die Projektion des einfallenden Lichtes auf die x-Achse betragsmäßig denselben Wert hat wie die Projektion auf die y-Achse. Das führt dazu, dass im Gegensatz zu 2 der Höhenversatz h nicht nur entlang einer Richtung benachbarte Module betrifft – siehe „Treppe“ in 2 nur in x-Richtung –, sondern zusätzliche Abstufungen entlang der y-Richtung vorteilhaft sein können – siehe „Treppe“ in 3 in x-y-Richtung. Dadurch werden die Abschattungsbereiche 145, 845 – stromaufwärts – für die nicht-reflektierenden Randbereiche entlang der Modulränder 321, die entlang x als auch entlang y ausgerichtet sind, minimiert. Die erfindungsgemäß vorteilhafte Höhe h bestimmt sich auch bei dieser Ausführungsform mittels der Formel 0.5·d/tan(α) < h < 1.5·d/tan(α), wobei der Winkel α der Winkel zwischen der Flächennormalen 335 der ersten Spiegelmoduloberflächen 329 und einer in eine Ebene, die senkrecht zu den benachbarten, zueinander höhenversetzt angeordneten Modulrändern 321 ist, projizierten Komponente 326 des einfallenden Lichts 325.
Damit ist ein Facettenspiegel 300 gezeigt, bei dem die Spiegelmodule 305 in Richtung der Diagonalen der Spiegelmodule 305 aufsteigend, d.h. in positiver z-Richtung, oder absteigend, d.h. in negativer z-Richtung, angeordnet sind.
4 zeigt einen Facettenspiegel 400, der derart ausgeführt ist, dass der Abschattungsbereich 440 – stromabwärts – minimiert wird. Das Licht 425 fällt in der 4 derart ein, dass die Lichtrichtung in eine Komponente mit positiver x-Richtung und in eine Komponente mit negativer z-Richtung vektoriell zerlegt werden kann. Die Spiegelmodule sind nun gerade so angeordnet, dass ein in positiver x-Richtung angrenzendes Spiegelmodul 405 um eine Höhe h in positiver z-Richtung versetzt angeordnet ist. Dabei ist d durch die Breite des Randbereiches 420 gegeben, welcher im Schattenbereich 440 des ausfallenden Lichtes 430 liegt. Neben der gewünschten Reduzierung des Abschattungsbereiches 440 – stromabwärts – ergibt sich eine Vergrößerung des Abschattungsbereiches 445 – stromaufwärts. Eine Minimierung des Abschattungsbereiches 440 ergibt sich bei der in 4 dargestellten Ausführungsform, wenn die Bedingung h = d/tan(α) erfüllt ist.
Eine derartige Reduktion der Abschattungsbereiche 440 hat den vorteilhaften Effekt, dass die Uniformität der Ausleuchtung des Retikelfeldes verbessert wird. Zusätzlich ist der Phasenraum hinter dem Facettenspiegel 400 durch die Abschattungsbereiche 440 weniger stark „durchlöchert“, also der Verlust an Phasenraum hinter dem Facettenspiegel 400 minimal. Dies führt dazu, dass beispielsweise die Pupillenfüllung optimiert wird, was wiederum die Einstellbarkeit von Beleuchtungssettings verbessert.
Bei den Ausführungsbeispielen in 1 und 4 beträgt das Verhältnis der Breiten des stromaufwärts liegenden 140, 440, d.h. für das einfallende Licht 125, 425 relevanten, und des stromabwärts liegenden 140, 440, d.h. für das reflektierte Licht 130, 430 relevanten, Abschattungsbereichs 1:3 bei 1 bzw. 3:1 bei 4. Diese Verhältnisse können bei verschiedenen vorteilhaften Ausführungsformen entsprechend der Bedingung 0.5·d/tan(α) < h < 1.5·d/tan(α) variieren, beispielsweise in den Bereichen 1:10 bis 1:2 oder 2:1 bis 10:1.
Damit ist ein Facettenspiegel 100, 400 gezeigt, bei dem das Verhältnis der Breiten des stromaufwärts liegenden 140, 440, d.h. für das einfallende Licht 125, 425 relevanten, und des stromabwärts liegenden 140, 440, d.h. für das reflektierte Licht 130, 430 relevanten, Abschattungsbereichs zwischen 1:10 und 1:2 oder zwischen 2:1 und 10:1 liegt. Diese Breite des Abschattungsbereiches kann beispielsweise der Breite des Abschattungsbereiches in x-Richtung in 1 entsprechen oder aber die Breite des Abschattungsbereiches senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung 125 bzw. 130 sein.
Damit ist ein Facettenspiegel 100, 400 gezeigt, bei dem sich während des Betriebes der Randbereich 120, 420 eines Spiegelmoduls 105, 405 im Abschattungsbereich 140, 440 des auf den Facettenspiegel 100, 400 einfallenden 125, 425 oder ausfallenden 130, 430 Lichts befindet.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen Facettenspiegel 100, 200, 300, 400 beschränkt, bei dem die Spiegelmoduloberflächen 129, 229, 329, 429 der Spiegelmodule 105, 205, 305, 405 parallel zueinander orientiert sind. 5 zeigt einen Facettenspiegel 500, bei dem die Spiegelmoduloberflächen 529 relativ zueinander verkippt sind. So sind in 5 die Spiegelmodule 505 um eine Normale zur Zeichenebene gegeneinander gedreht. Auch bei einer solchen Anordnung kann das erfindungsgemäße Prinzip der Minimierung der Abschattungsbereiche des einfallenden 545 oder des reflektierten 540 Lichts angewendet werden. Betrachtet man ein erstes und ein benachbartes zweites Spiegelmodul 505, so wird in diesem Fall der Höhenversatz h längs zur Flächennormalen 535 des ersten Spiegelmodules 505 zwischen den benachbarten Modulrändern 520 der beiden Spiegelmodule 505 betrachtet. Die Spiegelmodule 505 des Facettenspiegels 500 können beispielsweise auch derart angeordnet sein, dass entweder die Modulmittelpunkte auf einer Kugeloberfläche oder auf einer Ellipsoidoberfläche liegen oder aber die Spiegelmoduloberflächen 529 der Spiegelmodule 505 annähernd eine Kugeloberfläche oder eine Ellipsoidoberfläche ausbilden.
Damit ist ein Facettenspiegel 500 gezeigt, bei dem die Spiegelmodule 505 auf einer Kugeloberfläche oder einer Ellipsoidfläche angeordnet sind.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungen eines erfindungsgemäßen Facettenspiegels 100, 200, 300, 400, 500 sind bevorzugt in den im Folgenden beschriebenen Projektionsbelichtungsanlagen einsetzbar.
6 zeigt einen aus der WO 2012/130768 A2 bekannten schematischen Schnitt einer Projektionsbelichtungsanlage 601 für die Mikrolithographie. Die Projektionsbelichtungsanlage 601 umfasst eine Strahlungsquelle 603 und ein Beleuchtungssystem 602 zur Belichtung eines Objektfeldes 690. Das Beleuchtungssystem 602 weist einen sogenannten Wabenkondensor auf, der aus Feldfacetten 613a und Pupillenfacetten 614a besteht. Belichtet wird hierbei ein in der Objektebene 606 angeordnetes und in der 6 nicht dargestelltes reflektierendes Retikel, das eine mit der Projektionsbelichtungsanlage 601 zur Herstellung mikro- beziehungsweise nanostrukturierter Halbleiter-Bauelemente zu projizierende Struktur trägt. Die Projektionsoptik 607 dient zur Abbildung des Objektfeldes 690 in ein Bildfeld 608 in einer Bildebene 609. Abgebildet wird die Struktur auf dem Retikel auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 608 in der Bildebene 609 angeordneten Wafers, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Das Retikel und der Wafer werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 601 in der y‘-Richtung gescannt. Mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 601 wird wenigstens ein Teil des Retikels auf einen Bereich einer lichtempfindlichen Schicht auf dem Wafer zur lithographischen Herstellung eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements, zum Beispiel eines Mikrochips abgebildet. Je nach Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 601 als Scanner oder als Stepper werden das Retikel und der Wafer zeitlich synchronisiert in der y‘-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb oder schrittweise im Stepperbetrieb verfahren. Bei der Strahlungsquelle 603 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5nm und 30nm. Es kann sich dabei um eine Plasmaquelle, beispielsweise um eine GDPP-Quelle – Plasmaerzeugung durch Gasentladung, Gas Discharge Produced Plasma –, oder um eine LPP-Quelle – Plasmaerzeugung durch Laser, Laser Produced Plasma – handeln. Auch andere EUV-Strahlungsquellen, beispielsweise solche, die auf einem Synchrotron oder auf einem Free Electron Laser – Freie Elektronenlaser, FEL – basieren, sind möglich. EUV-Strahlung 670, die von der Strahlungsquelle 603 ausgeht, wird von einem Kollektor 611 gebündelt. Nach dem Kollektor 611 propagiert die EUV-Strahlung 670 durch eine Zwischenfokusebene 612, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 613 mit einer Vielzahl von Feldfacetten 613a trifft. Der Feldfacettenspiegel 613 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 604 angeordnet, die zur Objektebene 606 optisch konjugiert ist. Nach dem Feldfacettenspiegel 613 wird die EUV-Strahlung 670 von einem Pupillenfacettenspiegel 614 mit einer Vielzahl von Pupillenfacetten 614a reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 614 liegt entweder in der Eintrittspupillenebene der Projektionsoptik 607 oder in einer hierzu optisch konjugierten Ebene. Der Feldfacettenspiegel 613 und der Pupillenfacettenspiegel 614 sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln aufgebaut. Dabei kann die Unterteilung des Feldfacettenspiegels 613 in Einzelspiegel derart sein, dass jede der Feldfacetten 613a, die für sich das gesamte Objektfeld 690 ausleuchten, durch genau einen der Einzelspiegel repräsentiert wird. Alternativ ist es möglich, zumindest einige oder alle der Feldfacetten 613a durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel aufzubauen. Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung der den Feldfacetten 613a jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 614a des Pupillenfacettenspiegels 614, die jeweils durch einen einzigen Einzelspiegel oder durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel gebildet sein können. Die EUV-Strahlung 670 trifft auf die beiden Facettenspiegel 613, 614 unter einem Einfallswinkel, gemessen normal zur Spiegelfläche, die durch die entsprechenden Mittelpunkte der Einzelspiegel 613a bzw. 614a verläuft, auf, der kleiner oder gleich 25° sein kann. Auch eine Beaufschlagung unter streifendem Einfall – grazing incidence – ist möglich, wobei der Einfallswinkel größer oder gleich 70° sein kann. Der Pupillenfacettenspiegel 614 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 604 angeordnet, die eine Pupillenebene der Projektionsoptik 607 darstellt beziehungsweise zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 607 optisch konjugiert ist.
Mithilfe des Pupillenfacettenspiegels 614 werden die Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 613 einander überlagernd in das Objektfeld 690 abgebildet. Optional kann eine abbildende optische Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 680 wie in 6 dargestellt vorhanden sein. In diesem Fall werden mithilfe des Pupillenfacettenspiegels 614 und der abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 680 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs für die EUV-Strahlung 670 bezeichneten Spiegeln 616, 617 und 618 die Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 613 einander überlagernd in das Objektfeld 690 abgebildet. Der letzte Spiegel 618 der Übertragungsoptik 680 ist ein Spiegel für streifenden Einfall – "Grazing incidence Spiegel". Das Beleuchtungslicht 670 wird von der Strahlungsquelle 603 hin zum Objektfeld 690 über eine Mehrzahl von Ausleuchtungskanälen geführt. Jedem dieser Ausleuchtungskanäle ist eine Feldfacette 613a des Feldfacettenspiegels 613 und eine dieser nachgeordnete Pupillenfacette 614a des Pupillenfacettenspiegels 614 zugeordnet. Die Einzelspiegel 613a des Feldfacettenspiegels 613 und die Einzelspiegel 614a des Pupillenfacettenspiegels 614 können aktuatorisch verkippbar sein, sodass ein Wechsel der Zuordnung der Pupillenfacetten 614a zu den Feldfacetten 613a und entsprechend eine geänderte Konfiguration der Ausleuchtungskanäle erreicht werden können. Die Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 613 können aktuatorisch verkippbar sein, sodass eine geänderte Konfiguration der Ausleuchtungskanäle bei konstanter Zuordnung der Pupillenfacetten 614a zu den Feldfacetten 613a erreicht werden kann.
Es resultieren unterschiedliche Beleuchtungssettings, die sich in der Verteilung der Beleuchtungswinkel des Beleuchtungslichts 670 über das Objektfeld 690 unterscheiden.
Ein erfindungsgemäßer Facettenspiegel 100, 200, 300, 400, 500 kann bevorzugt in einem vorstehend beschriebenen Beleuchtungssystem 602, welches einen Wabenkondensor umfasst, insbesondere als Feldfacettenspiegel 613 und/oder Pupillenfacettenspiegel 614 eingesetzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform weist ein Beleuchtungssystem 602, welches einen Wabenkondensor umfasst, dessen Feldfacettenspiegel 613 und dessen Pupillenfacettenspiegel 614 einen erfindungsgemäßen Facettenspiegel 100, 200, 300, 400, 500 umfassen. Dabei weist der als Feldfacettenspiegel 613 verwendete erfindungsgemäße Facettenspiegel 100, 200, 300, 500 in Richtung des einfallenden Lichtes 125, 225, 325, 525 absteigend, d.h. in negativer z-Richtung angeordnete Spiegelmodule 105, 205, 305, 505 auf, wobei die für den Feldfacettenspiegel 613 relevante z-Richtung, wie die in 6 am Feldfacettenspiegel 613 eingezeichneten Achsen x und z zeigen, parallel zur Flächennormalen 135, 235, 335, 535 des Feldfacettenspiegels 613 orientiert ist und von dessen Spiegelmoduloberfläche 129, 229, 329, 529 weg zeigt. Zudem weist der als Pupillenfacettenspiegel 614 verwendete erfindungsgemäße Facettenspiegel 100, 200, 300, 400, 500 in Richtung des einfallenden Lichtes 125, 225, 325, 425, 525 aufsteigend, also in positiver z-Richtung angeordnete Spiegelmodule 105, 205, 305, 405, 505 auf, wobei die für den Pupillenfacettenspiegel 614 relevante z-Richtung, wie die in 6 am Pupillenfacettenspiegel 614 eingezeichneten Achsen x und z zeigen, parallel zur Flächennormalen 135, 235, 335, 435, 535 des Pupillenfacettenspiegels 614 orientiert ist und von dessen Spiegelmoduloberfläche 129, 229, 329, 429, 529 weg zeigt. Eine solche Ausführungsform reduziert, wie ausführlich in der Beschreibung von 1 und 4 beschrieben, sowohl den Abschattungsbereich 145, 445, 545 (siehe 1) des auf den Feldfacettenspiegel 613 einfallenden Lichtes 125, 225, 325, 425, 525 – stromaufwärts – als auch den Abschattungsbereich 140, 440, 540 (siehe 4) des vom Pupillenfacettenspiegel 614 reflektierten Lichtes 130, 230, 330, 430, 530 – stromabwärts. Daraus ergeben sich die vorstehend diskutierten Vorteile beider Ausführungsformen: geringer Lichtverlust durch die „absteigende“ Ausführung des Feldfacettenspiegels 613 sowie geringerer Phasenraumverlust hinter dem Pupillenfacettenspiegel 614 durch „aufsteigende“ Ausführung des Pupillenfacettenspiegels 614. Dabei können die Winkel α, unter denen das Licht auf den Feldfacettenspiegels 613 und/oder den Pupillenfacettenspiegel 614 einfällt, unterschiedlich und im „normal incidence“-Bereich von 5°–30° oder im „grazing incidence“-Bereich von 70°–90° sein.
7 zeigt eine aus der US 2011001947 AA bekannte Projektionsbelichtungsanlage 701 mit einer alternativen Beleuchtungsoptik eines Beleuchtungssystems 702. EUV-Strahlung 770, die von der Strahlungsquelle 703 ausgeht, wird von einem Kollektor 711 gebündelt. Nach dem Kollektor 711 propagiert die EUV-Strahlung 770 durch eine Zwischenfokusebene 712, bevor sie auf einen bündelformenden Facettenspiegel 763 trifft, der zur gezielten Ausleuchtung eines spekularen Reflektors 764 dient. Mittels des bündelformenden Facettenspiegels 763 und des spekularen Reflektors 764 wird die EUV-Strahlung 770 so geformt, dass die EUV-Strahlung 770 in der Objektebene 706 das Objektfeld 790 ausleuchtet, wobei in einer dem Retikel nachgeordneten Pupillenebene 765 der Projektionsoptik 707 eine vorgegebene, beispielsweise homogen ausgeleuchtete, kreisförmig berandete Pupillen-Beleuchtungsverteilung, also ein entsprechendes Beleuchtungssetting, resultiert. Die Wirkung des spekularen Reflektors 764 ist detailliert beschrieben in der US 2006/0132747 A1 . Eine Reflexionsfläche des spekularen Reflektors 764 ist in Einzelspiegel unterteilt. Je nach den Beleuchtungsanforderungen werden diese Einzelspiegel des spekularen Reflektors 764 zu Einzelspiegel-Gruppen, also zu Facetten des spekularen Reflektors 764, gruppiert. Jede Einzelspiegel-Gruppe bildet einen Ausleuchtungskanal, der das Retikelfeld jeweils für sich nicht vollständig ausleuchtet. Erst die Summe aller Ausleuchtungskanäle führt zu einer vollständigen und homogenen Ausleuchtung des Retikelfeldes. Sowohl die Einzelspiegel des spekularen Reflektors 764 als auch die Facetten des bündelformenden Facettenspiegels 763 können aktuatorisch verkippbar sein, sodass unterschiedliche Feld- und Pupillenausleuchtungen einstellbar sind.
Ein erfindungsgemäßer Facettenspiegel 100, 200, 300, 400, 500 kann bevorzugt in einem vorstehend beschriebenen Beleuchtungssystem 702, welches einen spekularen Reflektor 764 umfasst, insbesondere als bündelformender Facettenspiegel 763, eingesetzt werden.
Entsprechend den Ausführungen in 1 und 4 kann erfindungsgemäß entweder die effektive Reflektivität optimiert werden, was bei einem Beleuchtungssystem 702 umfassend einen spekularen Reflektor 764 attraktiver ist, oder der Phasenraumverlust hinter dem Facettenspiegel 400 bzw. die damit einhergehende Uniformität der Retikelfeldausleuchtung 980 optimiert werden, was für einen Wabenkondensor attraktiver sein kann. Die Wahl der Art der Höhenversetzung, z.B. „auf-„ oder „absteigende“ Ausführung, sowie die betragsmäßige Wahl der Höhe h, beim Wabenkondensor hängt jedoch vom speziellen Design des Wabenkondensors ab.
Bei einem Beleuchtungssystem 702 umfassend einen bündelformender Facettenspiegel 763 und einen spekularen Reflektor 764 ist es besonders vorteilhaft, wenn die Spiegelmodule 105 des bündelformenden Facettenspiegels 763 in Richtung des einfallenden Lichts 125 absteigend, also in negativer z-Richtung, wie die in 7 am bündelformenden Facettenspiegel 763 eingezeichneten Achsen x und z zeigen, angeordnet. Die positive z-Richtung zeigt jeweils von der Spiegelmoduloberfläche 129 weg. Durch eine solche Anordnung wird der stromaufwärts liegende Abschattungsbereich 145 reduziert, was zu einer Erhöhung der effektiven Reflektivität führt.
Die diskutierten (x‘, y‘, z‘)-Koordinatensysteme der Projektionsbelichtungsanlagen 601 in 6 und 701 in 7 unterscheiden sich von den (x, y, z)-Koordinatensystemen des Facettenspiegels 100, 200, 300, 400, 500, 800 und sind nicht identisch.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300, 400, 500, 800: Facettenspiegel
105, 205, 305, 405, 505, 805: Spiegelmodule
110, 210, 310, 410, 510, 810: Einzelspiegel
115, 215, 315, 415, 515: Reflexionsfläche
120, 220, 320, 420, 520, 820: Randbereich
121, 221, 321, 421, 521: Modulrand
125, 225, 325, 425, 525, 825: einfallendes Licht
226, 326: projizierten Komponente des einfallenden Lichts
129, 229, 329, 429, 529,: Spiegelmoduloberfläche
130, 230, 330, 430, 530, 830: reflektiertes Licht
135, 235, 335, 435, 535: Flächennormale
140, 440, 540, 840, 940: Abschattungsbereich – stromabwärts
145, 445, 545, 845: Abschattungsbereich – stromaufwärts
601, 701: Projektionsbelichtungsanlage
602, 702: Beleuchtungssystem
603, 703: Strahlungsquelle
604: Beleuchtungsoptik
606, 706: Objektebene
607, 707: Projektionsoptik
608: Bildfeld
609, 709: Bildebene
611, 711: Kollektor
612, 712: Zwischenfokusebene
613: Feldfacettenspiegel
613a: Feldfacetten
614: Pupillenfacettenspiegel
614a: Pupillenfacetten
616, 617, 618: Spiegel der Übertragungsoptik
670, 770: EUV-Strahlung
680: Übertragungsoptik
690, 790: Objektfeld
763: bündelformender Facettenspiegel
764: spekularer Reflektor
765: Pupillenebene
980: Retikelfeld

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/130768 A2 [0002, 0067]
WO 2009/132756 A1 [0004, 0004]
US 2009/0324170 A1 [0005]
WO 12130768 A2 [0043]
DE 102012207866 [0055]
US 2011001947 AA [0072]
US 2006/0132747 A1 [0072]

Claims

Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) zum Einsatz als optische Komponente in einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithografie, dadurch gekennzeichnet, dass – der Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) mindestens zwei Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) aufweist, – wobei die Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) Einzelspiegel (110, 210, 310, 410, 510, 810) aufweisen, – wobei die Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) Spiegelmoduloberflächen (129, 229, 329, 429, 529) aufweisen, – wobei die Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) zumindest einseitig einen nicht-reflektierenden Randbereich (120, 220, 320, 420, 520, 820) und einen Modulrand (121, 221, 321, 421, 521) aufweisen, – wobei benachbarte Einzelspiegel (110, 210, 310, 410, 510, 810) in den Spiegelmodulen (105, 205, 305, 405, 505, 805) einen Abstand voneinander aufweisen, der geringer als die halbe Breite des nicht-reflektierende Randbereichs (120, 220, 320, 420, 520, 820) ist, – wobei mindestens zwei benachbarte Modulränder (121, 221, 321, 421, 521) benachbarter Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) um eine Höhe längs zur Flächennormalen (135, 235, 335, 435, 535) einer der beiden Spiegelmoduloberflächen (129, 229, 329, 429, 529) versetzt zueinander angeordnet sind.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß Anspruch 1, derart ausgestaltet, dass sich während des Betriebes ein Randbereich (120, 220, 320, 420, 520, 820) eines Spiegelmoduls (105, 205, 305, 405, 505, 805) im Abschattungsbereich (145, 445, 545, 845) des auf den Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) einfallenden (125, 225, 325, 325, 425, 525, 825) Lichts befindet.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß Anspruch 1, derart ausgestaltet, dass sich während des Betriebes ein Randbereich (120, 220, 320, 420, 520, 820) eines Spiegelmoduls (105, 205, 305, 405, 505, 805) im Abschattungsbereich (140, 440, 540, 840, 940) des vom Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) reflektierten (130, 230, 330, 330, 430, 530, 830) Lichts befindet.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens einseitige Randbereich die Breite d hat und die mindestens zwei benachbarten Modulränder (121, 221, 321, 421, 521) der benachbarten Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) um eine Höhe h längs zur Flächennormalen (135, 235, 335, 435, 535) der Spiegelmoduloberfläche (129, 229, 329, 429, 529) von einem Spiegelmodul (105, 205, 305, 405, 505, 805) versetzt zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebes Licht (125, 225, 325, 325, 425, 525, 825) unter dem Winkel α auf die Spiegelmoduloberfläche (129, 229, 329, 429, 529) des Spiegelmoduls (105, 205, 305, 405, 505, 805) einfällt, wobei gilt: 0.5·d/tan(α) < h < 1.5·d/tan(α), wobei der Winkel α der Winkel zwischen der Flächennormalen (135, 235, 335, 435, 535) der Spiegelmoduloberfläche (129, 229, 329, 429, 529) des Spiegelmoduls (105, 205, 305, 405, 505, 805) und einer in eine Ebene, die senkrecht zu den benachbarten, zueinander höhenversetzt angeordneten Modulrändern (121, 221, 321, 421, 521) ist, projizierten Komponente (125, 226, 326, 325, 425, 525, 825) des einfallenden Lichts (125, 225, 325, 325, 425, 525, 825), ist.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Höhe h > 100µm ist.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis der Breiten des stromaufwärts liegenden (140, 440, 540, 840, 940) und des stromabwärts liegenden (145, 445, 545, 845) Abschattungsbereichs zwischen 1:10 und 1:2 liegt.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der Ansprüche 1–4, wobei das Verhältnis der Breiten des stromaufwärts liegenden (140, 440, 540, 840, 940) und des stromabwärts liegenden (145, 445, 545, 845) Abschattungsbereiches zwischen 2:1 und 10:1 liegt.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) in Richtung des einfallenden Lichts (125, 225, 325, 425, 525, 825) in negativer z-Richtung versetzt angeordnet sind, wobei die z-Richtung parallel zu einer der Flächennormalen (135, 235, 335, 435, 535) orientiert ist und von der Spiegelmoduloberfläche (129, 229, 329, 429, 529) weg zeigt.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) in Richtung der einfallenden Lichts (125, 225, 325, 425, 525, 825) in positiver z-Richtung versetzt angeordnet sind, wobei die z-Richtung parallel zu einer der Flächennormalen (135, 235, 335, 435, 535) orientiert ist und von der Spiegelmoduloberfläche (129, 229, 329, 429, 529) weg zeigt.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) in Richtung der Diagonalen der Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) aufsteigend, d.h. in positiver z-Richtung, oder absteigend, also in negativer z-Richtung, angeordnet sind, wobei die z-Richtung parallel zu einer der Flächennormalen (135, 235, 335, 435, 535) orientiert ist und von der Spiegelmoduloberfläche (129, 229, 329, 429, 529) weg zeigt.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spiegelmoduloberflächen (129, 229, 329, 429, 529) der Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) parallel zueinander orientiert sind.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei die Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) auf einer Kugeloberfläche oder einer Ellipsoidoberfläche angeordnet sind.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einzelspiegel (110, 210, 310, 410, 510, 810) kippbar sind.
Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spiegelmodule (105, 205, 305, 405, 505, 805) der Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) Mikrospiegelarrays umfassen.
Beleuchtungssystem (602) mit einem Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Beleuchtungssystem (602) gemäß Anspruch 15, wobei der Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) ein Feldfacettenspiegel (613) ist.
Beleuchtungssystem (602) gemäß Anspruch 15, wobei der Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) ein Pupillenfacettenspiegel (614) ist.
Beleuchtungssystem (702) umfassend einen spekularen Reflektor 764 und einen bündelformenden Facettenspiegel 763, welcher den spekularen Reflektor 764 ausleuchtet, wobei der bündelformende Facettenspiegel 763 ein Facettenspiegel (100, 200, 300, 400, 500, 800) gemäß einem der Ansprüche 1–13 ist.