DE102013226567A1

DE102013226567A1 - Projektionsbelichtungsanlage für die mikrolithographie mit einem schaltbaren deflektor

Info

Publication number: DE102013226567A1
Application number: DE201310226567
Authority: DE
Inventors: Johannes Wangler; Markus Degünther; Manfred Maul; Axel Scholz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-03-06
Also published as: DE102014226256A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Lichtquelle, einem Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines Retikels und einem Projektionsobjektiv zur Abbildung des Retikels auf einen Wafer, wobei die Projektionsbelichtungsanlage mindestens einen schaltbaren Deflektor (2) umfasst, der ein unter einer ersten Richtung (3) einfallendes Lichtbündel in einer zweiten Richtung (4) abgibt, wobei der Winkel θ zwischen erster und zweiter Richtung mit einer Schaltgeschwindigkeit von kleiner oder gleich 1 µs einstellbar ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Lichtquelle, einem Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines Retikels und einem Projektionsobjektiv zur Abbildung des Retikels auf einem Wafer.
STAND DER TECHNIK
Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie zur Herstellung von mikro- oder nanostrukturierten Bauteilen in der Elektrotechnik oder der Mikrostrukturtechnik sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die 4 zeigt schematisch eine derartige Projektionsbelichtungsanlage mit einer Lichtquelle 101, die üblicherweise einen Laser aufweist, aber durch verschiedenste elektromagnetische Strahlungen gebildet werden kann. Folglich wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung unter Licht ganz allgemein elektromagnetische Strahlung verstanden, die zum Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt werden kann. Das Licht wird in einem Beleuchtungssystem 102 aufbereitet, um ein Retikel 103, welches Strukturen aufweist, die abgebildet werden sollen, homogen zu beleuchten. Das Projektionsobjektiv 104 bildet die Strukturen des Retikels 103 in verkleinernder Weise auf einen Wafer 105 ab, um dort mittels eines photoempfindlichen Lacks die entsprechenden Strukturen zu bilden.
Angesichts der immer kleiner werdenden Strukturen, die erzeugt werden sollen, besteht ein Bedarf dahingehend, dass geeignete optische Abbildungsverfahren bzw. Verfahren zur Beleuchtung entwickelt werden, um mit ausreichender Präzision und Genauigkeit die Strukturen zu erzeugen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bzw. ein Verfahren zum Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitzustellen, mittels denen in einfacher und effektiver Weise Mikro- oder Nanostrukturen durch mikrolithographische Verfahren erzeugt werden können, wobei eine höchstmögliche Präzision der abgebildeten Strukturen erreicht werden soll.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass in einer Projektionsbelichtungsanlage schaltbare Deflektoren, bei denen ein einfallendes Lichtbündel in einer Richtung abgegeben werden kann, die sich von der Richtung, in der es auf den Deflektor gestrahlt worden ist, unterscheidet, so dass die beiden Richtungen einen Winkel zueinander einschließen, vorteilhaft eingesetzt werden können, um die oben genannten Aufgaben zu erfüllen. Insbesondere gilt dies, wenn der Winkel zwischen erster und zweiter Richtung mit einer hohen Schaltgeschwindigkeit bzw. niedrigen Schaltzeiten geschaltet werden kann, da dadurch viele Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich der Beleuchtung eines Retikels bzw. der Abbildung eines Retikels gegeben sind. Unter Schaltzeit wird hierbei die Zeitspanne zwischen zwei unterschiedlichen Schaltzuständen, also zwei unterschiedlichen Winkeln zwischen dem einfallenden Lichtstrahl und dem abgegebenen Lichtstrahl verstanden. Entsprechend gibt die Schaltgeschwindigkeit die Anzahl von Schaltvorgängen pro Zeiteinheit an.
Insbesondere kann ein derartiger schaltbarer Deflektor vorteilhaft eingesetzt werden, wenn die Schaltzeiten ≤ 1 µs, insbesondere ≤ 500 ns, insbesondere ≤ 100 ns und vorzugsweise ≤ 10 ns sind. Insbesondere sind kleine Schaltzeiten von einigen Nanosekunden vorteilhaft. Derartige schaltbare Deflektoren sind beispielsweise in der EP 1 793 269 A1 bzw. der US 7,548,375 B2 beschrieben, deren Offenbarung durch Verweis vollständig hierin mit aufgenommen wird.
Ein derartiger schaltbarer Deflektor kann beispielsweise zur Specklereduktion verwendet werden, indem der schaltbare Deflektor so eingesetzt wird, dass er ein optisches Streuelement, wie ein diffraktives optisches Element in zeitlicher Abfolge örtlich unterschiedlich beleuchtet, so dass eine Überlagerung einer Vielzahl unabhängiger Specklemuster erfolgt und somit erzeugte Specklemuster durch Vermischung homogenisiert bzw. ausgelöscht werden. Beispielsweise können bei einer Projektionsbelichtungsanlage, die im Pulsbetrieb mit Laserpulsen mit Pulsdauern von 30 bis 200 ns betrieben wird, bei einem schaltbaren Deflektor, der eine Schaltzeit kleiner 10 ns, beispielsweise 2 ns aufweist, innerhalb eines Laserpulses mehrere Specklemuster erzeugt werden, die sich dann entsprechend überlagern und so verwischt werden.
Darüber hinaus kann ein entsprechend schaltbarer Deflektor selbst als optisches Streuelement verwendet werden, wenn der schaltbare Deflektor so hergerichtet ist, dass er im Strahlengang mindestens ein Lichtbündel in zeitlicher Abfolge zufällig bzw. stochastisch verteilt in unterschiedliche Richtungen ablenkt. Beispielsweise kann ein bestimmter Bereich von Ablenkungen vorgegeben sein, innerhalb dem der schaltbare Deflektor durch Zufallsschaltung unterschiedliche Strahlablenkungen erzeugt. Somit können beispielsweise im Bereich einer Belichtungszeit von 10 ms und Schaltzeiten im Nanosekundenbereich die Wirkungen einer Streuscheibe erzielt werden.
Darüber hinaus kann ein entsprechend schaltbarer Deflektor auch zusammen mit einem Mehrfachspiegelfeld, einem sogenannten multi mirror array MMA, betrieben werden. Diese Mehrfachspiegelanordnungen umfassen eine Vielzahl von kleinen Spiegeln, die verstellbar angeordnet sind. Die Verstellung der Spiegel kann abgestimmt auf die Ablenkung eines Strahls durch einen schaltbaren Deflektor oder umgekehrt gesteuert werden. Insbesondere kann zeitlich synchron die Einstellung der Spiegel der Mehrfachspiegelanordnung und der Ablenkung des Strahls eines schaltbaren Deflektors vorgenommen werden, so dass ein entsprechender Lichtstrahl in geeigneter Richtung auf die jeweiligen Spiegel einer Mehrfachspiegelanordnung trifft.
Darüber hinaus kann ein schaltbarer Deflektor auch so eingesetzt werden, dass er im Strahlengang mindestens ein Lichtbündel auf einen Wabenkondensor richtet und diesen in unterschiedlichen Richtungen beleuchtet.
Ganz allgemein kann ein entsprechender schaltbarer Deflektor zur Einstellung von Beleuchtungsgrößen, insbesondere zur Einstellung der Telezentrie, der Polarisation, der Elliptizität und/oder Uniformität verwendet werden.
Darüber hinaus ist es möglich, dass der schaltbare Deflektor als ein Schalter für mehrere Lichtquellen verwendet wird, wenn nämlich der schaltbare Deflektor so angeordnet wird, dass mehrere Lichtquellen aus unterschiedlichen Richtungen den Deflektor beleuchten, wobei der Deflektor das Licht in einer einzigen Richtung abgibt. Werden nun die Lichtquellen gepulst nacheinander betrieben, so kann der schaltbare Deflektor so geschaltet werden, dass er jeweils das einfallende Licht in die Ausgangsrichtung ablenkt, so dass insgesamt die Pulszahl eines derartigen Systems erhöht werden kann.
Ferner kann ein entsprechender schaltbarer Deflektor zur Ausleuchtung eines Pupillenbereichs oder eines Feldbereichs im Strahlengang eingesetzt werden, wobei der entsprechende Pupillenbereich oder Feldbereich zeitlich nacheinander Punkt für Punkt entsprechend ausgeleuchtet wird.
Ferner ist es denkbar, den schaltbaren Deflektor so im Strahlengang einzusetzen, dass er so geschaltet werden kann, dass er zur Korrektur einer Wellenfrontdeformation eingesetzt wird. Wird beispielsweise die Abweichung einer Wellenfront von der gewünschten Wellenfront berechnet oder ermittelt, so kann durch den schaltbaren Deflektor mindestens ein Teil eines Strahlenbündels so abgelenkt werden, dass er der Wellenfrontdeformation entgegenwirkt. In dieser Weise kann ein schaltbarer Deflektor als schaltbares asphärisches optisches Korrekturelement eingesetzt werden.
Beispielsweise kann der schaltbare Deflektor zur Korrektur von Veränderungen durch Alterung und/oder Erwärmung von optischen Elementen, also zur Kompensation von sogenannten lifetime- oder lense-heating-Effekten eingesetzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
1 den Einsatz eines schaltbaren Deflektors beim Zusammenwirken mit einer Mehrfachspiegelanordnung;
2 den Einsatz eines schaltbaren Deflektors als Schalter für mehrere Lichtquellen;
3 den Einsatz eines schaltbaren Deflektors zur Specklereduktion; und in
4 den Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Erfindung ist allerdings nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung die Verwendung eines schaltbaren Deflektors 2 zusammen mit einer Mehrfachspiegelanordnung aus einer Vielzahl von Spiegeln 5, die auch als multi mirror array MMA bezeichnet wird. Ein schematisch linienhaft dargestellter Lichtstrahl 1, der auf den schaltbaren Deflektor im Strahlengang trifft, wird durch den schaltbaren Deflektor um einen Winkel Ө zum abgelenkten Strahl 4 abgelenkt, der sich in seiner Ausbreitungsrichtung von der Ausbreitungsrichtung 3 des ursprünglich eingestrahlten Strahls unterscheidet. Entsprechend kann durch den schaltbaren Deflektor der Lichtstrahl den Kippwinkeln der Spiegel 5 der Mehrfachspiegelanordnung nachgeführt werden.
Die 2 zeigt die Verwendung eines schaltbaren Deflektors 20 als Schalter für mehrere Lichtquellen 10, 11, 12. Die Lichtquellen 10, 11, 12 können beispielsweise mehrere Laser für eine Projektionsbelichtungsanlage sein, die ihre wiederum schematisch als Linien dargestellten Lichtstrahlen in unterschiedlichen Richtungen auf den schaltbaren Deflektor 20 abgeben. Die Laserlichtquelle 10 erzeugt einen Lichtstrahl 21 und die Laserlichtquellen 11 und 12 erzeugen entsprechende Laserlichtstrahlen 22, 23, die in unterschiedlichen Richtungen auf den schaltbaren Deflektor 20 treffen. Der schaltbare Deflektor gibt die entsprechenden Lichtstrahlen unter Änderung der Strahlrichtung als Laserlichtstrahl 24 aus, wobei die Laserlichtstrahlen 21, 23, 22 in zeitlicher Abfolge auf den schaltbaren Deflektor 20 in gepulster Form treffen. So wird zunächst der Laserlichtstrahl 21 von der Laserlichtquelle 10 für eine bestimmte Pulsdauer erzeugt, während der die Laserlichtquellen 11 und 12 ausgeschaltet sind. Nach der Pulsdauer der Laserlichtquelle 10 schaltet die Laserlichtquelle 12 für eine weitere Pulsdauer an und erzeugt den Laserlichtstrahl 22. Danach wird die Laserlichtquelle 11 geschaltet und erzeugt einen Laserlichtstrahl 23 für eine Pulsdauer, während der die Laserlichtquellen 10 und 12 ausgeschaltet sind. Entsprechend der Schaltreihenfolge der Laserlichtquellen 10 bis 12 wird der schaltbare Deflektor 20 geschaltet, um die auftreffenden Laserlichtstrahlen 21, 22, 23 in den Ausgangslaserlichtstrahl 24 abzubeugen. Dadurch kann die Pulsrate deutlich erhöht werden.
Die 3 zeigt den Einsatz eines schaltbaren Deflektors 200 zur Specklereduktion. Bei der Anordnung wird der schaltbare Deflektor 200 vor einem diffraktiven optischen Element DOE 207 angeordnet, so dass der Lichtstrahl 201 um verschiedene Winkel abgelenkt werden kann und unter unterschiedlichen Winkeln auf das diffraktive, optische Element 207 trifft. So ist es möglich, dass abweichend von der ursprünglichen Einfallsrichtung 204 die Laserlichtstrahlen 202 und 203 erzeugt werden, die in unterschiedlichen Winkeln auf das diffraktive, optische Element 207 treffen. Entsprechend werden auch die gebeugten Strahlen 205 und 206 in unterschiedlichen Richtungen das diffraktive, optische Element 207 verlassen und in einer Pupillenebene 208 unterschiedliche Specklemuster 209 und 210 erzeugen. Durch einen schnellen Wechsel der Beugungswinkel für die abgestrahlten Strahlen 202 und 203 während eines Laserpulses eines Lasers, der als Lichtquelle für die Projektionsbelichtungsanlage arbeitet, können mehrere Specklemuster erzeugt werden, die zeitlich nacheinander entstehen, aber über die Pulsdauer von ca. 30 bis 200 Nanosekunden überlagert werden, so dass die Specklemuster durch Überlagerung homogenisiert und somit reduziert werden.
Obwohl die vorliegenden Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise vorgenommen werden können, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen vorgenommen werden können. Insbesondere offenbart die vorliegende Erfindung sämtliche Kombinationen aller vorgestellten Einzelmerkmale.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1793269 A1 [0007]
US 7548375 B2 [0007]

Claims

Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Lichtquelle, einem Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines Retikels und einem Projektionsobjektiv zur Abbildung des Retikels auf einen Wafer, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage mindestens einen schaltbaren Deflektor (2, 20, 200) umfasst, der ein unter einer ersten Richtung einfallendes Lichtbündel in einer zweiten Richtung abgibt, wobei der Winkel zwischen erster und zweiter Richtung mit einer Schaltzeit von kleiner oder gleich 1 µs einstellbar ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltgeschwindigkeit kleiner oder gleich 500 ns, insbesondere kleiner oder gleich 100 ns, vorzugsweise kleiner oder gleich 10 ns ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor (200) so hergerichtet ist, dass er ein optisches Streuelement in zeitlicher Abfolge örtlich unterschiedlich beleuchtet.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor so hergerichtet ist, dass er im Strahlengang mindestens ein Lichtbündel in zeitlicher Abfolge in einem vorgegebenen Bereich von zweiten Richtungen mit zufällig aus dem Bereich gewählten zweiten Richtungen abgibt.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor (2) so hergerichtet ist, dass er im Strahlengang mindestens ein Lichtbündel auf ein Mehrfachspiegelfeld richtet.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor so hergerichtet ist, dass er im Strahlengang mindestens ein Lichtbündel auf einen Wabenkondensor richtet.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtquellen (10, 11, 12) vorgesehen sind, die aus unterschiedlichen ersten Richtungen den Deflektor (20) beleuchten, wobei der Deflektor das Licht in einer einzigen zweiten Richtung (24) abgibt.
Verfahren zum Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Lichtquelle (101), einem Beleuchtungssystem (102) zur Beleuchtung eines Retikels und einem Projektionsobjektiv (104) zur Abbildung des Retikels auf einen Wafer, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein schaltbarer Deflektor (2, 20, 200) verwendet wird, der ein unter einer ersten Richtung einfallendes Lichtbündel in einer zweiten Richtung abgibt, wobei der Winkel zwischen erster und zweiter Richtung mit einer Schaltgeschwindigkeit von kleiner oder gleich 1 µs eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor zur Specklereduktion verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor als optisches Streuelement verwendet wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor zur Einstellung von Beleuchtungsgrößen, insbesondere von Telezentrie, Polarisation, Elliptizität und/oder Uniformität verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor zur Ausleuchtung eines Pupillenbereiches im Beleuchtungssystem verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor zur Ausleuchtung eines Feldbereichs im Projektionsobjektiv verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor so im Strahlengang verwendet wird, dass mindestens ein Teil eines Strahlenbündels zur Korrektur einer Wellenfrontdeformation abgelenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor so im Strahlengang verwendet wird, dass er als schaltbare asphärisches, optisches Korrekturelement wirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor so im Strahlengang verwendet wird, dass er zur Korrektur von Veränderung durch Alterung und/oder Erwärmung von optischen Elementen verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor (20) als Schalter für mehrere Lichtquellen (10, 11, 12) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Deflektor als Strahlhomogenisierer verwendet wird.