DE102015224522A1

DE102015224522A1 - Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsanlage und Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems

Info

Publication number: DE102015224522A1
Application number: DE102015224522.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Degünther; Vladimir Davydenko; Dirk Jürgens; Thomas Korb
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: WO2017097601A1; JP2018538576A; US20180284622A1; JP6694508B2; DE102015224522B4; US10539883B2

Abstract

Ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsanlage (10) hat eine Bildebene (66), in der eine Maske (14) anordenbar ist, und eine erste Objektebene (OP1), die zu der Bildebene (66) optisch konjugiert ist. Eine erste Beleuchtungsoptik (42, 50, 52, 58) beleuchtet die erste Objektebene so mit erstem Projektionslicht (301), dass das erste Projektionslicht in der Bildebene eine erste Beleuchtungswinkelverteilung hat. Eine zweite Beleuchtungsoptik (42', 51, 70, 72) beleuchtet eine zweite Objektebene, die ebenfalls zu der Bildebene (66) optisch konjugiert ist, so mit zweitem Projektionslicht (302), dass das zweite Projektionslicht in der Bildebene eine zweite Beleuchtungswinkelverteilung hat, die sich von der ersten Beleuchtungswinkelverteilung unterscheidet. Ein optischer Integrator (52), ist ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslichts (301) angeordnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsanlage. Derartige Anlagen werden dazu verwendet, eine Maske mit einem Muster aus feinen Strukturen auf eine lichtempfindliche Oberfläche abzubilden. Bei der Oberfläche handelt es sich typischerweise im Falle einer Projektionsbelichtungsanlage um einen Photolack und im Falle einer Maskeninspektionsanlage um einen elektronischen Photodetektor. Die Erfindung betrifft insbesondere Probleme bei der Abbildung von Masken, die Overlay Marker enthalten.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Integrierte elektrische Schaltkreise und andere mikrostrukturierte Bauelemente werden üblicherweise hergestellt, indem auf ein geeignetes Substrat, bei dem es sich z.B. um einen Silizium-Wafer handeln kann, mehrere strukturierte Schichten aufgebracht werden. Zur Strukturierung der Schichten werden diese zunächst mit einem Photolack (resist) bedeckt, der empfindlich ist für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches, z. B. Licht im tiefen ultravioletten (DUV, deep ultraviolet), vakuumultravioletten (VUV, vacuum ultraviolet) oder extremen ultravioletten (EUV, extreme ultraviolet) Spektralbereich. Anschließend wird der so beschichtete Wafer in einer Projektionsbelichtungsanlage belichtet. Dabei wird eine Maske mit einem Muster aus Strukturen von einem Beleuchtungssystem beleuchtet und auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs abgebildet. Da der Betrag des Abbildungsmaßstabs dabei im Allgemeinen kleiner als 1 ist, werden derartige Projektionsobjektive gelegentlich auch als Reduktionsobjektive bezeichnet.
Nach dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer einem Ätzprozess unterzogen, wodurch die Schicht entsprechend dem Muster auf der Maske strukturiert wird. Der noch verbliebene Photolack wird dann von den verbleibenden Teilen der Schicht entfernt. Dieser Prozess wird so oft wiederholt, bis alle Schichten auf den Wafer aufgebracht sind.
Um das Muster auf der Maske optimal auf den Photolack abbilden zu können, wird die Maske in der Regel mit einer speziell an das Muster angepassten Beleuchtungswinkelverteilung beleuchtet. Unter dem Begriff der Beleuchtungswinkelverteilung versteht man die Verteilung der Richtungen der Lichtstrahlen, wenn sie auf die Maske auftreffen.
Der Beleuchtungswinkelverteilung in der Maskenebene entspricht eine Ortsverteilung in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems, die mit der Maskenebene in einer Fourier-Beziehung steht. Zur Beschreibung der Beleuchtungswinkelverteilung in der Maskenebene wird deswegen häufig auf die korrespondierende Ortsverteilung in der Pupillenebene zurückgegriffen. Bei einem annularen Beleuchtungssetting wird beispielsweise in der Pupillenebene ein ringförmiger Bereich ausgeleuchtet. Für die Beleuchtungswinkelverteilung bedeutet dies, dass das Projektionslicht auf die einzelnen Feldpunkte ausschließlich schräg auftrifft. Die auftretenden Winkel sind dabei durch die inneren und äußeren Radien des in der Pupille ausgeleuchteten Ringes festgelegt. Bei einer Multipolbeleuchtung werden nur einzelne voneinander getrennte Pole in der Pupillenebene des Beleuchtungssystems beleuchtet. Das einem Pol zugeordnete Projektionslicht trifft in diesem Fall unter vergleichsweise großen Winkeln auf die Maske auf, die sich aber nur wenig voneinander unterscheiden.
Eine Schwierigkeit bei der lithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente besteht darin, die Strukturen benachbarter Schichten exakt zueinander auszurichten. Ähnliche Probleme stellen sich, wenn die Strukturen innerhalb einer einzelnen Schicht durch Mehrfachbelichtung (engl. Multiple Exposure) erzeugt werden. Dann müssen die Strukturen, die durch einen ersten Belichtungsschritt definiert wurden, sehr genau zu den Strukturen ausgerichtet sein, die durch einen zweiten Belichtungsschritt definiert wurden.
Der Überlagerungsversatz (engl. Overlay) ist ein Maß dafür, wie genau sich die mit verschiedenen Masken erzeugten Strukturen innerhalb eines Bauelements zueinander anordnen lassen. Vor allem bei den inzwischen häufig eingesetzten Verfahren zur Mehrfachbelichtung hat sich der tolerierbare Überlagerungsversatz in den letzten Jahren stark verringert.
Um die in mehreren Belichtungsschritten auf dem Wafer erzeugten Strukturen besser zueinander ausrichten zu können, werden auf den Masken häufig Overlay Marker angeordnet. Die Overlay Marker können sich außerhalb oder innerhalb der abzubildenden Strukturen befinden und bestehen meist aus Anordnungen von vergleichsweise groben Linien, deren Breite typischerweise bei Wellenlängen im DUV und VUV Spektralbereich in der Größenordnung von 1 µm liegt. Üblicherweise bildet man die Overlay Marker eines Belichtungsschritts exakt über den Overlay Markern ab, die in einem vorausgehenden Belichtungsschritt mit einer anderen Maske definiert wurden. Aus einer nach der Belichtung stattfindenden Messung der relativen Lage der Overlay Marker kann festgestellt werden, ob der Overlay so klein ist, dass der Wafer weiter prozessiert werden kann, oder ob die zulässigen Toleranzen überschritten sind, was gelegentlich durch Nachjustierungen im nachfolgenden Prozessschritten korrigiert werden kann.
Bei der Abbildung der Overlay Marker auf die lichtempfindliche Schicht kann es allerdings zu Problemen kommen, weil die Linien, aus denen der Overlay Marker besteht, in den meisten Fällen eine deutlich größere Teilung (engl. pitch) haben und damit weiter voneinander beabstandet sind als die Linien der eigentlichen Maskenstruktur. Der Einfachheit halber werden im Folgenden die Linien der Overlay Marker wegen ihrer größeren Teilung als "gröbere (engl. coarse) Linien" und die Linien der eigentlichen Maskenstruktur als "feinere Linien" bezeichnet, obwohl es auf die Breite der Linien in diesem Zusammenhang nicht direkt ankommt.
Wie oben bereits erwähnt wurde, lassen sich die Maskenstrukturen nur dann optimal abbilden, wenn sie mit Licht beleuchtet werden, das eine an die Maskenstrukturen angepasste Beleuchtungswinkelverteilung hat. Für die gröberen Linien der Overlay Marker gilt dies ebenso; sie werden häufig optimal abgebildet, wenn sie mit einem konventionellen Beleuchtungssetting beleuchtet werden, bei dem das Licht unter kleinen Winkeln von allen Seiten auf die Maske auftrifft. In der Pupille wird dann eine zentrale Kreisscheibe ausgeleuchtet. Sehr schmale parallele Linien, wie sie häufig in den Maskenstrukturen auftreten, erfordern hingegen häufig ein Dipolsetting, bei dem das Licht nur von zwei gegenüberliegenden Seiten unter relativ großen Einfallswinkeln auf die Maske auftrifft.
Werden die gröberen Linien der Overlay Marker mit einem Dipolsetting beleuchtet, so führt dies zu einer sehr geringen Tiefenschärfe bei der Abbildung der Overlay Marker. Der Grund hierfür liegt darin, dass wegen der größeren Teilung die auftretenden Beugungswinkel klein sind. Dadurch wird das bei einem Dipolsetting schräg einfallende Projektionslicht kaum abgelenkt. Jeder Beleuchtungspol erzeugt deswegen ein extrem nicht-telezentrisches Bild, d.h. die Strahlenbündel, die auf die lichtempfindliche Schicht auftreffen, verlaufen nicht achsparallel, sondern sind stark geneigt. Entsprechend gering ist die Schärfentiefe, denn kleinste axiale Verlagerungen der lichtempfindlichen Schicht führen dann zu einem deutlichen lateralen Versatz des Bildes. Die Folge davon ist eine deutliche Verrundung der Kanten in den Bildern der Overlay Marker. Dadurch wird es schwierig, die Orte der Linien mit der erforderlichen Genauigkeit zu bestimmen.
Ein weiteres Problem bei der Abbildung von Overlay Markern besteht darin, dass sich Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs unterschiedlich auf die Abbildung der gröberen Linien der Overlay Marker einerseits und der feineren Linien der eigentlichen Maskenstruktur andererseits auswirken.
Ideal wäre es somit, wenn man die Overlay Marker mit einem anderen Beleuchtungssetting beleuchten könnte als die übrigen Maskenstrukturen. In herkömmlichen Beleuchtungssystemen hat jedoch das Projektionslicht an allen Orten im Beleuchtungsfeld die gleiche Beleuchtungswinkelverteilung. Es wurden aber bereits Beleuchtungssysteme vorgeschlagen, bei denen sich die Beleuchtungswinkelverteilung in gewissen Grenzen feldabhängig, d.h. in Abhängigkeit vom Ort im Beleuchtungsfeld, einstellen lässt.
So ist aus der US 2013/0114060 A1 ein Beleuchtungssystem bekannt, bei dem ein optischer Integrator eine Vielzahl von sekundären Lichtquellen erzeugt, die gemeinsam eine Feldebene ausleuchten, in der eine verstellbare Feldblende angeordnet ist. Diese Feldebene wird von einem Feldblendenobjektiv auf die Maske abgebildet. Bilder der Eintrittsfacetten des optischen Integrators überlagern sich dabei in der Feldebene und somit auch auf der Maske. Dadurch wird eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung der Maske erzielt. Um die Beleuchtungswinkelverteilung feldabhängig einstellen zu können, befinden sich in einer Feldebene vor dem optischen Integrator sehr viele kleine optische Modulatoren, mit denen sich die Verteilung des Projektionslichts auf den Eintrittsfacetten des optischen Integrators verlustfrei verändern lassen. Da jede Eintrittsfacette die Maske aus einer anderen Richtung beleuchtet, lässt auf diese Weise die Beleuchtungswinkelverteilung auf der Maske feldabhängig einstellen.
Einen noch flexibleren Ansatz ermöglicht das Beleuchtungssystem, das aus der WO 2015/074746 A1 bekannt ist. Um die Lichtverteilung auf den Eintrittsfacetten des optischen Integrators besser beeinflussen zu können, werden dort Mikrospiegel eines digitalen Spiegelarrays (DMD, Digital Micromirror Device) auf die Eintrittsfacetten abgebildet. Dadurch lassen sich – allerdings unter Inkaufnahme von geringen Lichtverlusten – praktisch beliebige Feldabhängigkeiten der Beleuchtungswinkelverteilung einstellen.
Beiden Ansätzen ist gemein, dass die Eintrittsfacetten des optischen Integrators hochaufgelöst und variabel ausgeleuchtet werden müssen. Da die Eintrittsfacetten sehr klein sind, ist es technologisch anspruchsvoll, dort mit der erforderlichen Präzision variable Intensitätsverteilungen zu erzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Beleuchtungssystems anzugeben, mit dem sich mit vergleichsweise einfachen Mitteln Overlay Marker oder andere vergleichsweise grobe Strukturen besser abbilden lassen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsanlage mit einer Bildebene, in der eine Maske anordenbar ist, einer ersten Objektebene, die zu der Bildebene optisch konjugiert ist, und mit einer ersten Beleuchtungsoptik, die dazu eingerichtet ist, die erste Objektebene so mit erstem Projektionslicht zu beleuchten, dass das erste Projektionslicht in der Bildebene eine erste Beleuchtungswinkelverteilung hat. Das Beleuchtungssystem hat außerdem eine zweite Objektebene, die ebenfalls zu der Bildebene optisch konjugiert ist. Eine zweite Beleuchtungsoptik ist dazu eingerichtet, die zweite Objektebene so mit zweitem Projektionslicht zu beleuchten, dass das zweite Projektionslicht in der Bildebene eine zweite Beleuchtungswinkelverteilung hat, die sich von der ersten Beleuchtungswinkelverteilung unterscheidet. Ferner weist das Beleuchtungssystem einen optischen Integrator auf, der ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslichts angeordnet ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es für eine winkelmäßig optimierte Beleuchtung der Overlay Marker ausreicht, eine zweite Objektebene mit zweitem Projektionslicht und einer gewünschten Beleuchtungswinkelverteilung auszuleuchten, die zwar auf die Bildebene abgebildet wird, aber ohne Mitwirkung des optischen Integrators. Dementsprechend ist es auch nicht nötig, die Intensitätsverteilung auf einer sehr großen Zahl von Eintrittsfacetten des optischen Integrators zu variieren, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist.
Im Prinzip ist es natürlich möglich, neben der zweiten Objektebene noch eine dritte oder weitere Objektebenen vorzusehen, die ebenfalls auf die Bildebene abgebildet und so beleuchtet werden, dass das auf die weiteren Objektebenen auftreffende Projektionslicht auf der Maske unterschiedliche Beleuchtungswinkelverteilungen hat. Um die Overlay Marker optimal abzubilden, genügt es jedoch in aller Regel, wenn genau eine zweite Objektebene vorhanden ist, von der das zweite Projektionslicht so abgestrahlt wird, dass es in der Bildebene, in der sich die Maske befindet, die für die Abbildung der Overlay Marker optimale Beleuchtungswinkelverteilung hat.
Wenn die Eintrittsfacetten des optischen Integrators in herkömmlicher Weise gleichmäßig von dem ersten Projektionslicht beleuchtet werden, wird das gesamte von dem Beleuchtungssystem beleuchtbare Beleuchtungsfeld auf der Maske von dem ersten Projektionslicht beleuchtet. An den Orten, an denen sich die Overlay Marker befinden, trifft dann nicht nur das zweite Projektionslicht, sondern auch das erste Projektionslicht auf. Durch das winkelmäßig an die Overlay Marker optimierte zweite Projektionslicht wird deren Abbildung jedoch so verbessert, die Bilder der Overlay Marker nicht mehr signifikant gegenüber den Bildern der übrigen Maskenstrukturen versetzt sind. Dann lässt sich aus der Vermessung der Bilder der Overlay Marker auf die Lage der Bilder der Maskenstrukturen zurückschließen.
Der optische Integrator, der nur im Lichtweg des ersten Projektionslichts angeordnet ist, hat üblicherweise die Eigenschaft, dass eine Intensitätsverteilung des ersten Projektionslichts auf dem optischen Integrator die erste Beleuchtungswinkelverteilung festlegt. Üblicherweise weist der optische Integrator ein optisches Rasterelement, z. B. eine Fliegenaugenlinse, auf. Angeordnet ist der optische Integrator vorzugsweise in einem Lichtweg des ersten Projektionslichts zwischen einer Pupillenformungseinrichtung, die ein diffraktives optisches Element oder ein Mikrospiegelarray aufweisen kann, und der ersten Objektebene. Der optische Integrator kann jedoch auch reflektiv ausgebildet sein, wie dies bei Beleuchtungssystemen zwingend ist, die für Lichtwellenlängen im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV) ausgelegt sind. Der optische Integrator umfasst dann einen oder zwei Facettenspiegel mit einer Vielzahl von Spiegelfacetten.
Die zweite Beleuchtungswinkelverteilung des zweiten Projektionslichts, das für die Abbildung der Overlay Marker vorgesehen ist, unterscheidet sich erfindungsgemäß von der ersten Beleuchtungswinkelverteilung des ersten Projektionslichts, das für die Abbildung der übrigen Maskenstrukturen vorgesehen ist. Im Prinzip können sich die beiden Beleuchtungswinkelverteilungen teilweise überlappen.
Vorzugsweise jedoch überlappen sich die Beleuchtungswinkelverteilungen des ersten und des zweiten Projektionslichts auf der Maske nicht. Beleuchtungswinkel der ersten Beleuchtungsverteilung treten dann nicht in der zweiten Beleuchtungswinkelverteilung auf, und umgekehrt treten Beleuchtungswinkel der zweiten Beleuchtungswinkelverteilung nicht in der ersten Beleuchtungswinkelverteilung auf. Solche vollkommenen unterschiedlichen Beleuchtungswinkelverteilungen sind vor allem dann zweckmäßig, wenn die Overlay Marker mit einem konventionellen Setting mit kleinen Einfallswinkel beleuchtet werden sollen, während die übrigen Maskenstrukturen mit einem annularen oder einem Multipol-Beleuchtungssetting beleuchtet werden sollen. In solchen Fällen sind alle Beleuchtungswinkel der ersten Beleuchtungswinkelverteilung betragsmäßig größer als ein Grenzwinkel, und alle Beleuchtungswinkel der zweiten Beleuchtungswinkelverteilung sind betragsmäßig kleiner als der Grenzwinkel.
In der Regel überdecken die Overlay Marker nur einen sehr kleinen Teil der gesamten Maske. Da das zweite Projektionslicht ausschließlich die Overlay Marker beleuchten soll, genügt es deswegen, wenn durch das erste Projektionslicht in der Bildebene ein Beleuchtungsfeld beleuchtbar ist und durch das zweite Projektionslicht zu einem gegebenen Zeitpunkt nur ein oder mehrere Teilbereiche des Beleuchtungsfeldes, nicht aber das gesamte Beleuchtungsfeld beleuchtet wird. Die zweite Beleuchtungsoptik ist dann vorzugsweise so festlegbar, dass der Teilbereich einen Overlay Marker überdeckt, der sich auf der Maske befindet.
Bei Projektionsanlagen vom Scanner-Typ bewegen sich die Maske und die lichtempfindliche Oberfläche während der Beleuchtung synchron. Die Overlay Marker wandern dadurch gemeinsam mit der Maske entlang der Scanrichtung durch das Beleuchtungsfeld, das vom ersten und vom zweiten Projektionslicht ausgeleuchtet wird. Das zweite Projektionslicht soll dabei aber nur die sich mit der Maske bewegenden Teilbereiche beleuchten, in denen sich die Overlay Marker befinden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Beleuchtungsoptik deswegen dazu eingerichtet, auf der zweiten Objektebene eine Intensitätsverteilung zu erzeugen, die sich entlang einer zur zweiten Objektebene parallelen Verfahrrichtung synchron mit der Maske bewegt. Diese sich bewegende Intensitätsverteilung wird auf die Bildebene, in der sich die Maske befindet, abgebildet und läuft synchron mit dieser mit. Der einen Overlay Marker überdeckende Teilbereich kann somit synchron mit dem Overlay Marker mitwandern, so dass dieser winkelmäßig optimal beleuchtet wird, während das erste Projektionslicht mit der ersten Beleuchtungswinkelverteilung (auch) auf die übrigen Maskenstrukturen fällt. Diese Maskenstrukturen können in konventioneller Weise feldunabhängig mit dem ersten Projektionslicht beleuchtet werden. Die erste Beleuchtungsoptik ist dann dazu eingerichtet, auf der ersten Objektebene während eines Scanvorgangs eine ortsfeste Intensitätsverteilung zu erzeugen.
Um die sich bewegende Intensitätsverteilung auf der zweiten Objektebene zu erzeugen, können verkippbare Spiegel die zweite Objektebene mit Lichtflecken beleuchten. Durch Verkippen der Spiegel bewegen sich die Lichtflecken in der gewünschten Weise synchron mit der Maske.
Eine noch genauere und schärfer begrenzte Intensitätsverteilung lässt sich in der zweiten Objektebene erzeugen, wenn dort eine Modulatoroberfläche eines Raumlichtmodulators (engl. Spatial Light Modulator, SLM) angeordnet ist, auf der ein Modulationsmuster erzeugbar ist, das sich synchron mit der Bewegung der Maske verändert. Ein solcher Raumlichtmodulator kann beispielsweise als digitales Mikrospiegelarray (DMD) oder als LCD-Panel ausgebildet sein. Die Modulatoroberfläche kann dann gleichmäßig oder nur in Teilbereichen beleuchtet werden, und das Modulationsmuster entsteht dadurch, dass einzelne Pixel des Raumlichtmodulators in eine "Aus"-Stellung gebracht werden.
Um die Lichtverluste möglichst klein zu halten, können die beiden vorstehend genannten Ansätze miteinander kombiniert werden. Ein weiterer Raumlichtmodulator ist dann dazu eingerichtet, auf der Modulationsoberfläche eine grobe Intensitätsverteilung zu erzeugen, die sich synchron mit der Bewegung der Maske entlang der Verfahrrichtung verändert. Der die Modulatoroberfläche bildende Raumlichtmodulator erzeugt dann aus der groben Intensitätsverteilung ein entlang der Verfahrrichtung sich bewegendes hochaufgelöstes Intensitätsmuster, dessen Bild in der Maskenebene genau die Overlay Marker auf der Maske überdeckt.
Der weitere Raumlichtmodulator kann dabei auch die Funktion haben, von einer Lichtquelle erzeugtes Projektionslicht in das erste und das zweite Projektionslicht aufzuteilen. Bei einem Ausführungsbeispiel richtet der weitere Raumlichtmodulator einen Teil des auftreffenden Projektionslichts als erstes Projektionslicht ortsaufgelöst auf den optischen Integrator, um die erste Beleuchtungswinkelverteilung einzustellen. Gleichzeitig richtet er einen Teil des auftreffenden Projektionslichts als zweites Projektionslicht auf die zweite Objektebene, um dort eine Intensitätsverteilung zu erzeugen, die sich synchron mit der Maske bewegt und auf die Overlay Marker abgebildet wird. Dadurch lässt sich die winkelmäßig unterschiedliche Beleuchtung der Overlay Marker mit besonders einfachen Mitteln realisieren.
Die zweite Beleuchtungswinkelverteilung des zweiten Projektionslichts, das die Overlay Marker beleuchtet, kann in herkömmlicher Weise eingestellt werden. Im Strahlengang des zweiten Projektionslichts kann beispielsweise eine Streuscheibe, ein diffraktives optisches Element, eine Fliegenaugenlinse oder ein anderes refraktives optisches Rasterelement angeordnet sein. Streuende Strukturen können insbesondere direkt auf der Modulatoroberfläche des Raumlichtmodulators vorgesehen sein, um dem zweiten Projektionslicht die gewünschte zweite Beleuchtungswinkelverteilung aufzuprägen. Wenn die zweite Beleuchtungswinkelverteilung variierbar sein soll, so können die vorstehend beispielhaft aufgezählten optischen Elemente in Austauschhaltern aufgenommen sein, so dass sie rasch und werkzeugfrei gegen Elemente ausgetauscht werden können, die eine andere Winkelverteilung erzeugen. Auch die Verwendung eines Raumlichtmodulators kommt selbstverständlich in Betracht.
Eine sich synchron mit der Maske bewegende Intensitätsverteilung auf der zweiten Objektebene lässt sich auch ohne einen Raumlichtmodulator realisieren. So kann in der zweiten Objektebene beispielsweise eine Oberfläche eines Trägers angeordnet sein, der ein Muster aus reflektierenden oder streuenden Strukturen trägt und der entlang der Verfahrrichtung verfahrbar ist. Wird diese Oberfläche mit dem zweiten Projektionslicht beleuchtet, so können nur diejenigen Bereiche, die reflektierende oder streuende Strukturen tragen, das zweite Projektionslicht auf die Bildebene richten. Die Bilder dieser Bereiche wandern dann während des Verfahrens des Trägers synchron mit der Maske mit.
Um das erste Projektionslicht mit dem zweiten Projektionslicht zusammenzuführen, kann ein Einkoppelelement vorgesehen sein, das zwischen der ersten und der zweiten Objektebene einerseits und der Bildebene andererseits angeordnet ist. Bei diesem Einkoppelelement kann es sich beispielsweise um eine Linse, ein Prisma oder ein Spiegel handeln. Vorzugsweise ist das Einkoppelelement in oder in der Nähe einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems so angeordnet, dass das erste Projektionslicht die Pupillenebene außerhalb des Einkoppelelements durchtritt. Möglich ist dies dann, wenn die erste und die zweite Beleuchtungswinkelverteilung sich nicht überlappen, weil dann das erste und das zweite Projektionslicht die Pupillenebene an unterschiedlichen Orten durchtritt.
Besonders günstig ist es, wenn das Einkoppelelement im Lichtweg des ersten Projektionslichts zwischen einer verstellbaren Feldblende und der Bildebene angeordnet ist. Das erste Projektionslicht hat dann bereits die gewünschte Beleuchtungswinkelverteilung und durchsetzt daher bei nicht-konventionellen Beleuchtungssettings nur einen Bereich der Pupillenebene.
Wenn das Beleuchtungssystem ein Objektiv umfasst, das mehrere optische Elemente aufweist und die Feldblende auf die Bildebene abbildet, so kann mindestens eines dieser optischen Elemente ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslicht liegen. Das zweite Projektionslicht wird mit anderen Worten innerhalb des Objektivs, und zwar vorzugsweise in dessen Pupillenebene, in den Strahlengang des ersten Projektionslicht eingekoppelt.
Falls eine individuelle Beleuchtung der Overlay Marker oder anderer gröberer Strukturen nicht erwünscht ist, so kann das Einkoppelelement entfernt oder gegen ein optisch neutrales Element ausgetauscht werden, um die Ausbreitung des ersten Projektionslichts nicht zu behindern. Wird beispielsweise in die Pupillenebene ein Planspiegel eingeführt, der das zweite Projektionslicht in den Strahlengang des Objektivs einkoppelt, so kann bei Bedarf der Spiegel gegen eine durchsichtige Planplatte aus Glas ausgetauscht werden.
Ein die eingangs gestellte Aufgabe lösendes Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Projektionsanlage umfasst die folgenden Schritte:

a) Anordnen einer Maske in einer Bildebene des Beleuchtungssystems;
b) Beleuchten einer ersten Objektebene, die zu der Bildebene optisch konjugiert ist, mit erstem Projektionslicht derart, dass das erste Projektionslicht in der Bildebene eine erste Beleuchtungswinkelverteilung hat;
c) Beleuchten einer zweiten Objektebene, die sich von der ersten Objektebene unterscheidet und ebenfalls zu der Bildebene optisch konjugiert ist, mit zweitem Projektionslicht derart, dass das zweite Projektionslicht in der Bildebene eine zweite Beleuchtungswinkelverteilung hat, die sich von der ersten Beleuchtungswinkelverteilung unterscheidet;
d) Überlagern eines Bildes der ersten Objektebene und eines Bildes der zweiten Objektebene in der Bildebene,

Die eingangs genannten Bemerkungen zu den Vorteilen und zu vorteilhaften Ausführungsbeispielen gelten hier entsprechend.
Insbesondere kann das erste Projektionslicht in der Bildebene ein Beleuchtungsfeld beleuchten und das zweite Projektionslicht zu einem gegebenen Zeitpunkt nur einen oder mehrere Teilbereiche des Beleuchtungsfeldes, nicht aber das gesamte Beleuchtungsfeld beleuchten. Der Teilbereich kann dabei beispielsweise einen Overlay Marker oder andere gröbere Strukturen überdecken, die sich auf der Maske befinden.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Maske entlang einer Scanrichtung verfahren. Synchron mit der Bewegung der Maske wird eine Intensitätsverteilung, die von dem zweiten Projektionslicht in der zweiten Objektebene erzeugt wird, entlang einer zur zweiten Objektebene parallelen Verfahrrichtung verfahren. Eine Intensitätsverteilung, die von dem ersten Projektionslicht in der ersten Objektebene erzeugt wird, kann dabei ortsfest bleiben.
In der zweiten Objektebene kann eine Modulatoroberfläche eines Raumlichtmodulators angeordnet sein, wobei auf der Modulatoroberfläche ein Modulationsmuster erzeugt wird, das synchron mit der Bewegung der Maske verändert wird.
Ein weiterer Raumlichtmodulator kann auf der Modulationsoberfläche die zweite Intensitätsverteilung derart erzeugen, dass sie sich synchron mit der Bewegung der Maske entlang der Verfahrrichtung verändert.
Der weitere Raumlichtmodulator kann Projektionslicht in das erste und das zweite Projektionslicht aufteilen. Insbesondere kann der weitere Raumlichtmodulator das erste Projektionslicht auf den optischen Integrator richten.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist in der zweiten Objektebene eine Oberfläche eines Trägers angeordnet, der ein Muster aus reflektierenden oder streuenden Strukturen trägt und der entlang der Verfahrrichtung verfahren wird.
Das erste Projektionslicht und das zweite Projektionslicht können von einem Einkoppelelement zusammengeführt werden, dass zwischen der ersten und der zweiten Objektebene einerseits und der Bildebene anderseits angeordnet ist. Das Einkoppelelement kann in oder in der Nähe einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems angeordnet sein, wobei das erste Projektionslicht die Pupillenebene außerhalb des Einkoppelelements durchtritt. Insbesondere kann das Einkoppelelement ein Spiegel oder ein Prisma aufweisen.
Das erste Projektionslicht und das zweite Projektionslicht können zwischen einer verstellbaren Feldblende und einer Bildebene zusammengeführt werden. Falls ein Objektiv mit mehreren optischen Elementen die Feldblende auf die Bildebene abbildet, kann mindestens ein optisches Element ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslichts angeordnet sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
1 eine stark vereinfachte perspektivische Darstellung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage;
2 einen schematischen Meridionalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem;
3 eine Draufsicht auf ein in der 2 gezeigtes Mikrolinsen-Array;
4 eine perspektivische vereinfachte Darstellung auf ein in der 2 gezeigtes Mikrospiegel-Array;
5 eine perspektivische Darstellung der Maske und zweier Lichtbündel, die auf Maskenstrukturen beziehungsweise einen Overlay Marker gerichtet sind;
6 eine schematische Darstellung wichtiger optischer Komponenten des in der 2 gezeigten Beleuchtungssystems;
7 eine Draufsicht auf ein Einkoppelelement entlang der optischen Achse des Beleuchtungssystems;
8a bis 8d Draufsichten auf einen vom zweiten Projektionslicht beleuchteten Raumlichtmodulator zu verschiedenen Zeitpunkten während eines Scanvorgangs;
9 eine an die 2 angelehnte Darstellung eines Beleuchtungssystems gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, bei dem ein Träger mit darauf aufgebrachten reflektierenden Strukturen auf die Maske abgebildet und synchron mit dieser verfahren wird;
10 ein Flussdiagramm, in dem wichtige Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt sind.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Grundlegender Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage
Die 1 zeigt in einer stark schematisierten perspektivischen Darstellung eine Projektionsbelichtungsanlage 10, die für die lithographische Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente geeignet ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 enthält ein Beleuchtungssystem 12, das auf einer Maske 14 ein schmales, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ringsegmentförmiges Beleuchtungsfeld 16 ausleuchtet. Andere Beleuchtungsfeldformen, z. B. Rechtecke, kommen selbstverständlich ebenfalls in Betracht.
Innerhalb des Beleuchtungsfeldes 16 liegende Strukturen 18 auf der Maske 14 werden mit Hilfe eines Projektionsobjektivs 20, das mehrere Linsen 21 und ggf. weitere optische Elemente enthält, auf eine lichtempfindliche Schicht 22 abgebildet. Die lichtempfindliche Schicht 22, bei der es sich z.B. um einen Photolack handeln kann, ist auf einem Wafer 24 oder einem anderen geeigneten Substrat aufgebracht und befindet sich in der Bildebene des Projektionsobjektivs 20. Da das Projektionsobjektiv 20 im allgemeinen einen Abbildungsmaßstab |β|< 1 hat, werden die innerhalb des Beleuchtungsfeldes 16 liegenden Strukturen 18 verkleinert auf ein Projektionsfeld 16' abgebildet.
Bei der dargestellten Projektionsbelichtungsanlage 10 werden die Maske 14 und der Wafer 24 während der Projektion entlang einer mit Y bezeichneten Scanrichtung verfahren. Das Verhältnis der Verfahrgeschwindigkeiten ist dabei gleich dem Abbildungsmaßstab β des Projektionsobjektivs 20. Falls das Projektionsobjektiv 20 das Bild invertiert (d.h. β < 0), verlaufen die Verfahrbewegungen der Maske 14 und des Wafers 24 gegenläufig, wie dies in der 1 durch Pfeile A1 und A2 angedeutet ist. Auf diese Weise überstreicht das Beleuchtungsfeld 16 scannerartig die sich bewegende Maske 14, so dass auch größere strukturierte Bereicht zusammenhängend auf die lichtempfindliche Schicht 22 projiziert werden können.
2. Beleuchtungssystem
Die 2 zeigt das Beleuchtungssystem 12 in einem meridionalen Schnitt. Dem Beleuchtungssystem 12 wird linear polarisiertes Projektionslicht 30 von einer Lichtquelle 31 zugeführt, die außerhalb eines Gehäuses 32 angeordnet und somit nicht Bestandteil des Beleuchtungssystems 12 ist. Das von der Lichtquelle erzeugte Projektionslicht 30 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Wellenlänge von λ = 193 nm; andere Wellenlängen wie 248 nm oder 157 nm sind ebenfalls möglich.
Zwischen der Lichtquelle 31 und dem Beleuchtungssystem 12 kann das Projektionslicht 30 über Umlenkspiegel in Röhren geführt sein (nicht dargestellt), die eine Strahlübertragungseinrichtung (engl. beam delivery) bilden.
Im Beleuchtungssystem 12 ist eingangsseitig ein Strahlaufweiter 33 angeordnet, der das Projektionslicht 30 aufweitet und im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Linsen 34, 35 umfasst. Im Strahlengang dahinter befindet sich ein Strahlhomogenisierer 36, der eine erste Wabenplatte W1 und eine zweite Wabenplatte W2 umfasst und das Projektionslicht 30 mischt.
Auf den Strahlhomogenisierer 36 folgt ein erster Kondensor 38. Im Lichtweg hinter dem Kondensor 38 ist ein Mikrolinsen-Array 40 angeordnet, dessen Aufbau in der 3 in einer Draufsicht gezeigt ist. Das Mikrolinsen-Array 40 umfasst eine Vielzahl von sphärischen Mikrolinsen ML mit quadratischen Umfangsflächen, so dass das Mikrolinsen-Array 40 das auftreffende Projektionslicht 30 in eine Vielzahl einzelner konvergierender Strahlenbündel aufteilt, von denen eines in der 2 mit LB1 bezeichnet ist.
Im Lichtweg hinter dem Mikrolinsen-Array 39 ist eine Pupillenformungseinrichtung PFE angeordnet, die ein Mikrospiegel-Array MMA mit mehreren Mikrospiegeln 42 umfasst. Die 4 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung eine Draufsicht auf das Mikrospiegel-Array MMA. Je nach Stellung der Mikrospiegel 42 werden auftreffende Lichtbündel LB1, LB2 in unterschiedliche Richtungen abgelenkt. Die Mikrospiegel 42 stellen somit Lichtablenkungselemente dar, deren Ablenkwinkel individuell und kontinuierlich variierbar sind. Zu diesem Zweck ist das Mikrospiegel-Array MMA mit einer Steuereinrichtung 43 verbunden, die ihrerseits mit einer übergeordneten Zentralsteuerung 45 der Projektionsbelichtungsanlage 10 kommuniziert.
Die Pupillenformungseinrichtung PFE umfasst ferner ein Prisma 46 mit zwei geneigten Flächen 48a, 48b, an denen das in das Prisma eintretende Projektionslicht 30 durch Totalreflexion reflektiert wird. Das Prisma 46 hat die Aufgabe, das Projektionslicht 30 auf das Mikrospiegel-Array MMA und davon reflektiertes Licht zurück in den Strahlengang zu richten.
Das Mikrospiegel-Array MMA teilt das Projektionslicht 30 in erstes Projektionslicht 301 und zweites Projektionslichts 302 auf. Zu diesem Zweck umfasst das Mikrospiegel-Array MMA eine erste Gruppe von Mikrospiegeln 42, die das auftreffende Projektionslicht 30 in Richtung auf einen zweiten Kondensor 50 richten. Eine andere und zahlenmäßig deutlich kleinere zweite Gruppe von Mikrospiegeln 42 richtet das Licht auf einen dritten Kondensor 51. Die Mikrospiegel 42 der zweiten Gruppe können dabei eine andere winkelmäßige Neutralstellung haben als die Mikrospiegel 42 der ersten Gruppe, da sich die von den beiden Gruppen erzeugten Ablenkwinkel deutlich voneinander unterscheiden.
Im Folgenden wird zunächst der Lichtweg des ersten Projektionslichts 301 weiter mit Bezug auf die 2 erläutert.
a) Erstes Projektionslicht
Der zweite Kondensor 50, auf den das erste Projektionslicht 301 fällt, bewirkt, dass die von dem Mikrospiegel-Array MMA erzeugte Verteilung von Ablenkwinkeln in eine Ortsverteilung auf der Eintrittsfläche eines optischen Integrators 52 umgewandelt wird. Der optische Integrator 52 umfasst, ähnlich wie der Strahlhomogenisierer 34, zwei Platten 54a, 54b mit Fliegenaugenlinsen 55, wobei jedes Paar einander zugewandter Fliegenaugenlinsen 55 einen optischen Kanal definiert, der eine sekundäre Lichtquelle erzeugt. Die sekundären Lichtquellen befinden sich in einer Pupillenebene 56 des Beleuchtungssystems 12, die mit einer vorderen Brennebene eines vierten Kondensors 58 zusammenfällt. In einer hinteren Brennebene des vierten Kondensors 58 befindet sich eine Zwischenfeldebene, in der eine verstellbare Feldblende 62 angeordnet ist und die im Folgenden als erste Objektebene OP1 bezeichnet wird. Die erste Objektebene OP1 wird mit Hilfe eines Feldblendenobjektivs 64, das Linsen 65a, 65b umfasst, auf eine Bildebene abgebildet, in der die Maske 14 angeordnet ist und die deswegen im Folgenden als Maskenebene 66 bezeichnet wird.
Wie der in der 2 gezeigte Strahlengang zeigt, legt die örtliche Intensitätsverteilung in der Pupillenebene 56 die Beleuchtungswinkelverteilung des ersten Projektionslichts 301 in der ersten Objektebene OP1 und in der dazu optisch konjugierten Maskenebene 66 fest. Da jeder Lichtfleck auf der Eintrittsfläche des optischen Integrators 52 zu einer korrespondierenden Intensitätsverteilung in der Pupillenebene 56 führt, lässt sich die Beleuchtungswinkelverteilung des ersten Projektionslichts 301 in der Maskenebene 66 durch Verändern der von den Mikrospiegeln 42 erzeugten Ablenkwinkel variieren.
Die Winkelverteilung der in der Pupillenebene 56 erzeugten sekundären Lichtquellen legt hingegen die Intensitätsverteilung des ersten Projektionslichts in der ersten Objektebene OP1 und damit auch die maximalen Abmessungen des Beleuchtungsfeldes 16 entlang der X- und Y-Richtung fest. In der XZ-Ebene (d. h. der Papierebene der 2) haben die sekundären Lichtquellen deswegen eine große numerische Apertur, während in der zur Scanrichtung parallelen YZ-Ebene die sekundären Lichtquellen eine deutlich kleinere numerische Apertur haben. Auf diese Weise entsteht die Schlitzform des Beleuchtungsfeldes 16 in der Maskenebene 66.
b) Zweites Projektionslicht
Das zweite Projektionslicht 302 wird nach Durchtritt durch den dritten Kondensor 51 über zwei plane Umlenkspiegel 68, 69 auf einen Raumlichtmodulator 70 gerichtet, der als DMD (Digital Micromirror Device) ausgebildet ist. Der Raumlichtmodulator 70 umfasst eine sehr große Zahl mikroskopisch kleiner Mikrospiegel 72, die um eine Kippachse verkippbar sind und lediglich zwei unterschiedliche Kippstellungen einnehmen können. Die Oberflächen der Mikrospiegel 72 bilden eine Modulatoroberfläche 74, die in einer zweiten Objektebene OP2 angeordnet ist. Die Objektebene OP2 wird über eine Linse 76 und die Linse 65b des Feldblendenobjektivs 64 auf die Maskenebene 66 abgebildet.
Um das erste Projektionslicht 301 und das zweite Projektionslicht 302 zusammenzuführen, befindet sich im Feldblendenobjektiv 64 eine transparente Glasplatte 78, deren zentraler Bereich eine reflektierende Beschichtung 80 trägt. Diese bildet einen Spiegel, der sich im Lichtweg des ersten Projektionslichts 301 in der Nähe einer Pupillenebene 82 des Feldblendenobjektivs 64 befindet und damit zwischen der verstellbaren Feldblende 62 und der Maskenebene 66 angeordnet ist.
3. Funktion des Beleuchtungssystems
Im Folgenden wird die Funktion des Beleuchtungssystems 12 mit Bezug auf die 5 bis 8 näher erläutert.
a) Unterschiedliche Beleuchtungssettings
Die 5 zeigt die Maske 14 schematisch in einer perspektivischen Darstellung. Man erkennt, dass auf der Maske 14 zwei unterschiedliche Strukturtypen unterschieden werden können. Bei einem ersten Strukturtyp bestehen die Strukturen aus sehr feinen und dicht zueinander beabstandeten Linien, die sich entlang der Scanrichtung Y oder entlang der hierzu senkrechten Richtung X erstrecken können. Der Einfachheit halber sind diese Strukturen des ersten Strukturtyps in der 5 als engmaschiges Gitter dargestellt und werden im Folgenden als Maskenstrukturen 181 bezeichnet.
Ein zweiter Strukturtyp umfasst breitere und weiter voneinander beabstandete Strukturen, die in Gruppen über die Oberfläche der Maske 14 verteilt sind. Diese Gruppen bilden Overlay Marker 84, weswegen die Strukturen des zweiten Strukturtyps im Folgenden als Overlaystrukturen 182 bezeichnet werden. Die Overlay Marker 84 können selbstverständlich auch in anderen Orten, und zwar insbesondere außerhalb der Maskenstrukturen 181, angeordnet sein und sowohl Overlaystrukturen, die sich entlang der Scanrichtung Y erstrecken, als auch senkrecht hierzu angeordnete Overlaystrukturen aufweisen.
In der 5 ist schematisch eine erste Pupille 261 für ein Strahlenbündel dargestellt, das in einem Punkt des Beleuchtungsfeldes 16 konvergiert, an dem sich Maskenstrukturen 181 befinden. Es wird unterstellt, dass sich die in orthogonalen Richtungen erstreckenden und sehr feinen Maskenstrukturen 181 am besten bei Beleuchtung mit einem annularen Beleuchtungssetting auf die lichtempfindliche Schicht 22 abgebildet werden. In der ersten Pupille 261 ist deswegen ein ringförmiger Bereich 281 ausgeleuchtet.
Neben der ersten Pupille 261 ist eine zweite Pupille 262 für ein Strahlenbündel gezeigt, das zu einem späteren Zeitpunkt in einem Punkt des Beleuchtungsfeldes 16 konvergiert, an dem sich Overlaystrukturen 182 befinden. Da diese relativ grob sind, werden sie am besten auf die lichtempfindliche Schicht 22 abgebildet, wenn sie mit einem konventionellen Beleuchtungssetting beleuchtet werden. In der zweiten Pupille 262 befindet sich deswegen zusätzlich zu dem ringförmigen Bereich 281 ein kreisscheibenförmiger Bereich 282, der ebenfalls von Projektionslicht durchsetzt wird.
Da sich die Maske 14 während des Scanvorgangs unter dem Beleuchtungsfeld 16 entlang der Scanrichtung Y hindurchbewegt, wandern auch die Overlay Marker 84 entlang der Scanrichtung Y durch das feststehende Beleuchtungsfeld 16 hindurch. Dazwischen liegen Zeiträume, an denen sich keine Overlay Marker 64 im Beleuchtungsfeld 16 befinden. Das Beleuchtungssystem 12 muss deswegen so gesteuert werden, dass Strahlenbündel mit der zweiten Pupille 262 zumindest zeitweilig entlang der Scanrichtung Y durch das Beleuchtungsfeld 16 geführt werden und dabei den Overlay Markern 64 folgen.
Wie diese Steuerung durchgeführt wird, wird im Folgenden anhand der 6 bis 8 erläutert.
b) Steuerung
Die 6 zeigt schematisch für die Funktion wichtige Komponenten des in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiels. Das Mikrospiegel-Array MMA stellt im Beleuchtungssystem 12 zusammen mit dem Prisma 46 die Pupillenformungseinrichtung PFE dar, mit der die Ausleuchtung der Pupillenebene 56 durch das erste Projektionslicht 301 festgelegt wird. Der zweite Kondensor 50 stellt zwischen der Ebene des Mikrospiegel-Arrays MMA einerseits und dem optischen Integrator 52 andererseits eine Fourier-Beziehung her, so dass sich die mit Hilfe der Mikrospiegel 42 eingestellten Winkel des ersten Projektionslichts 301 in Orte auf dem optischen Integrator 52 übersetzen. In der 6 ist dies daran erkennbar, dass sich zwei unter dem gleichen Winkel von dem Mikrospiegel-Array MMA ausgehende Strahlenbündel auf dem optischen Integrator 52 am gleichen Ort überlagern.
Gleichzeitig stellt das Mikrospiegel-Array MMA aber auch einen Strahlteiler dar, der das einfallende Projektionslicht 30 in das erste Projektionslicht 301 und das zweite Projektionslicht 302 aufteilt. Zwei mit 42' bezeichneten Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays MMA sind so orientiert, dass sie das auftreffende Projektionslicht 30 nicht auf den zweiten Kondensor 50, sondern über den Umlenkspiegel 68 auf den dritten Kondensor 51 richten.
Wie in der 6 außerdem erkennbar ist, kann durch Verstellen dieser beiden Mikrospiegel 42' der Ort beeinflusst werden, an dem das zweite Projektionslicht 302 auf den Raumlichtmodulator 70 auftrifft. Der dritte Kondensor 51 stellt auch in diesem Fall eine Fourier-Beziehung her zwischen der Ebene, in der die Mikrospiegel 42 des Mikrospiegel-Arrays MMA angeordnet sind, und der zweiten Objektebene OP2, in der die Mikrospiegel 72 des Raumlichtmodulators 70 angeordnet sind. Der dritte Kondensor 51 kann, genauso wie auch der zweite Kondensor 50 kann, ersatzlos entfallen; in diesem Fall würde das zweite Projektionslicht 302 nicht kollimiert auf den Raumlichtmodulator 70 fallen.
In der 6 ist im Zusammenhang mit der 2 erkennbar, dass die Mikrospiegel 72 des Raumlichtmodulators 70 in ihrer "Ein"-Stellung so sägezahnartig angeordnet sind, dass das zweite Projektionslicht 302 vollständig in Richtung der Linse 76 und der Glasplatte 78 und damit auf die Maske 14 gerichtet wird. Die optische Achse OA2, die durch die Linsen 76 und 65b festgelegt wird, verläuft infolge der sägezahnartigen Anordnung der Mikrospiegel 72 senkrecht zur Modulationsoberfläche 74. Die Intensitätsverteilung auf der Modulationsoberfläche 74 wird dadurch unverzerrt auf die Maskenebene 66 abgebildet.
Die beiden in der 6 oben dargestellten Mikrospiegel 42' des Mikrospiegel-Arrays MMA sind so orientiert, dass die davon reflektierten Lichtbündel Lichtflecken auf dem Raumlichtmodulator 70 ausleuchten, die sich an gegenüberliegenden Rändern der Modulatoroberfläche 74 befinden. Infolge der Abbildung durch die Linsen 76, 65b beleuchten diese Lichtbündel deswegen auch zwei Bereiche an den in X-Richtung gegenüberliegenden Rändern des Beleuchtungsfeldes 16.
Die Beleuchtungswinkelverteilung des zweiten Projektionslichts 302 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Aufrauhung der Oberflächen der Mikrospiegel 72 des Raumlichtmodulators 70 festgelegt. Wie in der 6 erkennbar ist, verlassen die kollimierten Strahlenbündel, die auf die Mikrospiegel 72 auftreffen, diese infolge der Streuung an der aufgerauten Oberfläche leicht divergierend. In der Pupillenebene des Objektivs, das durch die Linsen 76 und 65b gebildet wird und die der Pupillenebene 82 des Feldblendenobjektivs 64 entspricht, wird deswegen nur ein relativ kleiner zentraler Bereich vom zweiten Projektionslichts 302 ausgeleuchtet.
Erkennbar ist dies am besten in der 7, die eine Draufsicht auf die Glasplatte 78 parallel zur Z-Richtung, d. h. entlang der optischen Achse OP1, zeigt. Da die Glasplatte im Feldblendenobjektiv 64 schräg zur optischen Achse OP2 angeordnet ist, entlang der sich das zweite Projektionslicht 302 ausbreitet, überdeckt die reflektierende Beschichtung 80 einen elliptischen Bereich auf der Glasplatte 78. Bei Projektion entlang der optischen Achse OA1, entlang der sich das erste Projektionslicht 301 ausbreitet, erscheint der Bereich mit der reflektierenden Beschichtung 80 jedoch kreisrund, wie dies in der 7 erkennbar ist. Da die von den Mikrospiegeln 72 des Raumlichtmodulators 70 ausgehenden Lichtbündel nur schwach divergierend sind und sich die Glasplatte 78 in einer Pupillenebene befindet, hat der vom zweiten Projektionslicht 302 auf der reflektierenden Beschichtung 80 beleuchtete Bereich einen relativ kleinen Durchmesser.
Das erste Projektionslicht 301 durchsetzt auf der Glasplatte 78 einen ringförmigen Bereich, da auch der optische Integrator 52 mithilfe des Mikrospiegel-Array MMA ringförmig ausgeleuchtet wurde. Der Innendurchmesser des ringförmigen Bereichs ist so groß, dass die reflektierende Beschichtung 80 die Ausbreitung des ersten Projektionslichts 301 nicht behindert. Die pupillennahe Anordnung der Glasplatte 78 mit der reflektierenden Beschichtung 80 macht es somit möglich, einen durch den reflektierenden Bereich 80 gebildeten Spiegel im Strahlengang des ersten Projektionslichts 301 anzuordnen, ohne dass dessen Ausbreitung behindert wird.
In der 7 ist ferner erkennbar, dass die Bereiche, die dem ersten Projektionslicht 301 und vom zweiten Projektionslicht 302 auf der pupillennah angeordneten Glasplatte 78 ausgeleuchtet werden, den Bereichen 282, 283 in der zweiten Pupille 262 entsprechen, die in der 5 für das rechts dargestellte Strahlenbündel gezeigt ist. Wenn der zentrale Bereich 282 der zweiten Pupille 262 größer sein soll, so kann dies durch eine rauere reflektierende Oberfläche auf dem Mikrospiegel 74 des Raumlichtmodulators 70 erreicht werden. Alternativ hierzu ist z. B. es möglich, in den Strahlengang des zweiten Projektionslichts 302 eine Streuscheibe einzuführen, die das Winkelspektrum des zweiten Projektionslichts 302 vergrößert, wodurch sich der Außendurchmesser des zentralen Bereichs 282 in der zweiten Pupille 262 vergrößert.
Umgekehrt werden die Größe und die Abmessung des Rings 281 durch die Pupillenformungseinrichtung PFE festgelegt. Soll etwa der Innendurchmesser des Rings 281 verringert werden, so sind die Mikrospiegel 42 des Mikrospiegel-Array MMA so anzusteuern, dass sich die Breite des auf dem optischen Integrator 52 ausgeleuchteten Bereichs nach innen vergrößert.
Im Prinzip ist es auch möglich, den Raumlichtmodulator 70 durch einen festen Spiegel zu ersetzen. Da die Mikrospiegel 42 des Mikrospiegels-Arrays MMA um zwei Kippachsen kontinuierlich verkippbar sind, lassen sich die den Mikrospiegeln 42' zugeordneten Lichtflecken während eines Scanvorgangs kontinuierlich über die zweite Objektebene OP2 und damit über die Maskenebene 66 führen, um den sich bewegenden Overlay Markern 84 folgen zu können.
Die Funktion des Raumlichtmodulators 70 wird im Folgenden anhand der 8a bis 8d erläutert.
c) Raumlichtmodulator
Die 8a zeigt in einer Draufsicht die Modulatoroberfläche 74 des Raumlichtmodulators 70 mit den Mikrospiegeln 72. Es wird unterstellt, dass Mikrospiegel 72, die in weißer Farbe dargestellt sind, sich in einer „Aus“-Stellung befinden und somit auftreffendes zweites Projektionslicht 302 nicht in Richtung der Linse 76 und der Glasplatte 78 richten. Mit 16' ist ein Bereich angedeutet, der von den Linsen 76, 65b auf das Beleuchtungsfeld 16 in der Maskenebene 66 abgebildet wird.
Da in der 8a alle Mikrospiegel 72 sich in der „Aus“-Stellung befinden, würde selbst dann, wenn von den Spiegeln 42' Mikrospiegel-Arrays MMA zweites Projektionslicht 302 auf den Raumlichtmodulator 70 gerichtet würde, dieses auf die Maske 14 gelangen können. Zu diesem Zeitpunkt wird das Beleuchtungsfeld 16 somit ausschließlich vom ersten Projektionslicht 301 beleuchtet, das die in der 5 links durch die erste Pupille 261 illustrierte Beleuchtungswinkelverteilung hat.
Die 8b zeigt die Modulatoroberfläche 74 zu einem späteren Zeitpunkt, zu dem zwei Overlay Marker 84 in das Beleuchtungsfeld 16 eingetreten sind. Da diese Overlay Marker 84 zusätzlich vom zweiten Projektionslicht 302 mit einem konventionellen Beleuchtungssetting beleuchtet werden sollen, richten nun zwei oder mehr Mikrospiegel 42' des Mikrospiegel-Arrays 42 zweites Projektionslichts 302 auf die Modulatoroberfläche 72 des Raumlichtmodulators 70. In der 8b sind diese Lichtflecken grau dargestellt und mit 88 bezeichnet. Man erkennt, dass die Lichtflecken 88 eine annähernd kreisförmige Form haben, zu der auch Beugungseffekte beitragen können. Diese Form entspricht also den nicht der Form der Overlay Marker 84. Würden diese Lichtflecken 88 direkt über die Linsen 76, 65b die Maske 14 beleuchten, so würden die Bilder der Lichtflecken 88 über die Overlay Marker 84 hinausreichen und auch Maskenstrukturen 181 beleuchten, was unerwünscht ist.
Durch die hohe Ortsauflösung des Raumlichtmodulators 70 ist es möglich, in gewissen Grenzen beliebige Lichtmuster auf der Modulatoroberfläche 72 zu erzeugen, die optimal an die Abmessung der Overlay Marker 84 angepasst sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist unterstellt, dass die Overlay Marker 84 quadratisch und so groß sind, dass sie dem Bild von vier aneinander angrenzenden Mikrospiegeln 72' entsprechen. Diese vier Mikrospiegel 72' innerhalb eines der beiden Lichtflecken 88 werden von der Steuereinrichtung 45 so angesteuert, dass sie sich in der „Ein“-Stellung befinden und das zweite Projektionslicht 302 auf die Maske 14 richten. Alle anderen Mikrospiegel 72 bleiben weiterhin in der "Aus"-Stellung.
Die 8c und 8d illustrieren, wie die Positionen der Lichtflecken 88 einerseits und die Gruppen von Mikrospiegeln 72', die sich in der „Ein“-Stellung befinden, im Verlauf des Scanvorgangs entlang der Scanrichtung Y mitgeführt werden.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit weist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Raumlichtmodulator 70 nur relativ wenige Mikrospiegel 72 auf. Am Markt erhältliche Raumlichtmodulatoren 70 haben häufig viele Millionen Mikrospiegel 72. Entsprechend hoch ist die Ortsaufauflösung, mit der praktisch beliebige Intensitätsmuster des zweiten Projektionslichts 302 auf der Modulatoroberfläche 74 erzeugt und auf die Maske 14 abgebildet werden können.
4. Alternatives Ausführungsbeispiel
Die 9 zeigt in einer an die 2 angelehnten schematischen Darstellung ein Beleuchtungssystem 12 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. In der zweiten Objektebene OP2, die über die Linsen 76 und 65b auf die Maskenebene 66 abgebildet wird, befindet sich ein plattenförmiger Träger 90, der ein Muster aus reflektierenden Strukturen 92 trägt. Das Muster entspricht der Anordnung der Overlay Marker 84 auf der Maske 14 unter Berücksichtigung des Abbildungsmaßstabes des durch die Linsen 76, 65b gebildeten Objektivs. Der Träger 90 wird während des Scanvorgangs mit einer bei 100 angedeuteten Verfahreinrichtung entlang der mit einem Pfeil dargestellten Richtung verfahren. Auf diese Weise wird ebenfalls der Effekt eines laufenden, d. h. sich synchron mit der Bewegung der Maske verändernden, Intensitätsmusters erzielt.
Das zweite Projektionslicht 302 wird bei diesem Ausführungsbeispiel von einer eigenen Lichtquelle 312 erzeugt und über einen Strahlaufweiter 332 und einen Umlenkspiegel 68 auf die reflektierenden Strukturen 92 gerichtet. Die Winkelverteilung des zweiten Projektionslichts 302 kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel durch Streueigenschaften der reflektierenden Strukturen 92 oder durch ein in den Lichtweg des zweiten Projektionslichts 302 eingeführtes winkelerzeugendes Element erzeugt werden. Als winkelerzeugende Element kommt insbesondere eine Streuscheibe, ein optischer Integrator oder ein computererzeugtes Hologramm (CHG, Computer Generated Hologram) in Betracht.
5. Wichtige Verfahrensschritte
Wichtige Schritte eines des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in dem Flussdiagramm der 10 dargestellt.
In einem ersten Schritt S1 wird eine Maske in einer Bildebene des Beleuchtungssystems angeordnet.
In einem zweiten Schritt S2 wird eine erste Objektebene mit erstem Projektionslicht beleuchtet, dass eine erste Beleuchtungswinkelverteilung hat.
In einem dritten Schritt S3 wird eine zweite Objektebene mit zweitem Projektionslicht beleuchtet, dass eine zweite Beleuchtungswinkelverteilung hat.
In einem vierten Schritt S4 werden Bilder der ersten Objektebene und der zweiten Objektebene in der Bildebene überlagert.
6. Wichtige Aspekte der Erfindung
Im Folgenden werden wichtige Aspekte der vorliegenden Erfindung in Sätzen zusammengefasst:

1. Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsanlage (10), mit: a) einer Bildebene (66), in der eine Maske (14) anordenbar ist, b) einer ersten Objektebene (OP1), die zu der Bildebene (66) optisch konjugiert ist, c) einer ersten Beleuchtungsoptik (42, 50, 52, 58), die dazu eingerichtet ist, die erste Objektebene so mit erstem Projektionslicht (301) zu beleuchten, dass das erste Projektionslicht in der Bildebene eine erste Beleuchtungswinkelverteilung hat, wobei die erste Beleuchtungsoptik einen optischen Integrator (52) aufweist, der ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslichts (301) angeordnet ist, d) einer zweiten Objektebene (OP2), die ebenfalls zu der Bildebene (66) optisch konjugiert ist, e) einer zweiten Beleuchtungsoptik (42', 51, 70, 72), die dazu eingerichtet ist, die zweite Objektebene so mit zweitem Projektionslicht (302) zu beleuchten, dass das zweite Projektionslicht in der Bildebene eine zweite Beleuchtungswinkelverteilung hat, die sich von der ersten Beleuchtungswinkelverteilung unterscheidet.
2. Beleuchtungssystem nach Satz 1, wobei eine Intensitätsverteilung des ersten Projektionslichts (301) auf dem optischen Integrator (52) die erste Beleuchtungswinkelverteilung festlegt.
3. Beleuchtungssystem nach einem der Sätze 1 oder 2, wobei der optische Integrator (52) ein optisches Rasterelement (54a, 54b) aufweist.
4. Beleuchtungssystem nach einem der Sätze 1 bis 3, wobei der optische Integrator (52) in einem Lichtweg des ersten Projektionslichts (301) zwischen einer Pupillenformungseinrichtung (PFE) und der ersten Objektebene (OP1) angeordnet ist.
5. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Sätze, wobei Beleuchtungswinkel der ersten Beleuchtungswinkelverteilung nicht in der zweiten Beleuchtungswinkelverteilung auftreten, und wobei Beleuchtungswinkel der zweiten Beleuchtungswinkelverteilung nicht in der ersten Beleuchtungswinkelverteilung auftreten.
6. Beleuchtungssystem nach Satz 5, wobei alle Beleuchtungswinkel der ersten Beleuchtungswinkelverteilung betragsmäßig größer als ein Grenzwinkel sind, und wobei alle Beleuchtungswinkel der zweiten Beleuchtungswinkelverteilung betragsmäßig kleiner als der Grenzwinkel sind.
7. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Sätze, wobei durch das erste Projektionslicht (301) in der Bildebene (66) ein Beleuchtungsfeld (16) beleuchtbar ist, und wobei durch das zweite Projektionslicht (302) zu einem gegebenen Zeitpunkt nur ein oder mehrere Teilbereiche des Beleuchtungsfeldes, nicht aber das gesamte Beleuchtungsfeld beleuchtet wird.
8. Beleuchtungssystem nach Satz 7, wobei die zweite Beleuchtungsoptik (42', 51, 70, 72) so ansteuerbar ist, dass der Teilbereich einen Overlay Marker (84) überdeckt, der sich auf der Maske (14) befindet.
9. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Sätze, wobei die zweite Beleuchtungsoptik (42', 51, 70, 72) dazu eingerichtet ist, auf der zweiten Objektebene (OP2) eine Intensitätsverteilung zu erzeugen, die sich entlang einer zur zweiten Objektebene parallelen Verfahrrichtung synchron mit der Maske (14) bewegt.
10. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Sätze, wobei die erste Beleuchtungsoptik (42, 50, 52, 58) dazu eingerichtet ist, auf der ersten Objektebene (OP1) eine ortsfeste Intensitätsverteilung zu erzeugen.
11. Beleuchtungssystem nach Satz 9, wobei in der zweiten Objektebene (OP2) eine Modulatoroberfläche (74) eines Raumlichtmodulators (70) angeordnet ist, auf der ein Modulationsmuster erzeugbar ist, das sich synchron mit der Bewegung der Maske (14) verändert.
12. Beleuchtungssystem nach Satz 11, mit einem weiteren Raumlichtmodulator (MMA), der dazu eingerichtet ist, auf der Modulatoroberfläche (74) eine Intensitätsverteilung zu erzeugen, die sich synchron mit der Bewegung der Maske (14) entlang der Verfahrrichtung verändert.
13. Beleuchtungssystem nach Satz 12, wobei der weitere Raumlichtmodulator (MMA) Projektionslicht (30) in das erste und das zweite Projektionslicht (301, 302) aufteilt.
14. Beleuchtungssystem nach Satz 12 oder 13, wobei der weitere Raumlichtmodulator (MMA) das erste Projektionslicht (301) auf den optischen Integrator (52) richtet.
15. Beleuchtungssystem nach Satz 9, wobei in der zweiten Objektebene (OP2) eine Oberfläche eines Trägers (90) angeordnet ist, der ein Muster aus reflektierenden oder streuenden Strukturen (82) trägt und der entlang der Verfahrrichtung verfahrbar ist.
16. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Sätze, wobei das erste Projektionslicht (301) und das zweite Projektionslicht (302) von einem Einkoppelelement (80) zusammengeführt werden, das zwischen der ersten und zweiten Objektebene (OP1, OP2) einerseits und der Bildebene (66) andererseits angeordnet ist.
17. Beleuchtungssystem nach Satz 16, wobei das Einkoppelelement (80) in oder in der Nähe einer Pupillenebene (82) des Beleuchtungssystems so angeordnet ist, dass das erste Projektionslicht (301) die Pupillenebene außerhalb des Einkoppelelements durchtritt.
18. Beleuchtungssystem nach Satz 16 oder 17, wobei das Einkoppelelement einen Spiegel (80) oder ein Prisma aufweist.
19. Beleuchtungssystem nach einem der Sätze 16 bis 18, wobei das Einkoppelelement (80) im Lichtweg des ersten Projektionslichts (301) zwischen einer verstellbaren Feldblende (62) und der Bildebene (66) angeordnet ist.
20. Beleuchtungssystem nach Satz 19, mit einem Objektiv (64), das mehrere optische Elemente (65a, 65b) aufweist und die Feldblende (62) auf die Bildebene (66) abbildet, wobei mindestens ein optisches Element (65a) ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslichts (301) liegt.
21. Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems (12) einer mikrolithographischen Projektionsanlage (10), umfassend die folgenden Schritte: a) Anordnen einer Maske (14) in einer Bildebene (66) des Beleuchtungssystems; b) Beleuchten einer ersten Objektebene (OP1), die zu der Bildebene optisch konjugiert ist, mit erstem Projektionslicht (301) derart, dass das erste Projektionslicht in der Bildebene eine erste Beleuchtungswinkelverteilung hat; c) Beleuchten einer zweiten Objektebene (OP2), die sich von der ersten Objektebene unterscheidet und ebenfalls zu der Bildebene (66) optisch konjugiert ist, mit zweitem Projektionslicht (302) derart, dass das zweite Projektionslicht in der Bildebene eine zweite Beleuchtungswinkelverteilung hat, die sich von der ersten Beleuchtungswinkelverteilung unterscheidet; d) Überlagern eines Bildes der ersten Objektebene und eines Bildes der zweiten Objektebene in der Bildebene, wobei das erste Projektionslicht in Schritt b) auf einen optischen Integrator (52) auftrifft, der ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslichts (301) angeordnet ist.
22. Verfahren nach Satz 21, wobei das erste Projektionslicht (301) in der Bildebene (66) ein Beleuchtungsfeld (16) beleuchtet, und wobei das zweite Projektionslicht (302) zu einem gegebenen Zeitpunkt nur einen oder mehrere Teilbereiche des Beleuchtungsfeldes (16), nicht aber das gesamte Beleuchtungsfeld beleuchtet.
23. Verfahren nach Satz 22, wobei der Teilbereich einen Overlay Marker (84) überdeckt, der sich auf der Maske (14) befindet.
24. Verfahren nach einem der Sätze 21 bis 23, wobei die Maske (14) entlang einer Scanrichtung (Y) verfahren wird, und wobei synchron mit der Bewegung der Maske (14) eine Intensitätsverteilung, die von dem zweiten Projektionslicht (302) in der zweiten Objektebene (OP2) erzeugt wird, entlang einer zur zweiten Objektebene parallelen Verfahrrichtung verfahren wird.
25. Verfahren nach einem der Sätze 21 bis 24, wobei eine Intensitätsverteilung, die von dem ersten Projektionslicht (301) in der ersten Objektebene (OP1) erzeugt wird, ortsfest bleibt.
26. Verfahren nach einem der Sätze 21 bis 25, wobei in der zweiten Objektebene (OP2) eine Modulatoroberfläche (74) eines Raumlichtmodulators (70) angeordnet ist, und wobei auf der Modulatoroberfläche (74) ein Modulationsmuster erzeugt wird, das synchron mit der Bewegung der Maske (14) verändert wird.
27. Verfahren nach Satz 26, wobei ein weiterer Raumlichtmodulator (MMA) auf der Modulationsoberfläche (74) die zweite Intensitätsverteilung derart erzeugt, dass sie sich synchron mit der Bewegung der Maske (14) entlang der Verfahrrichtung verändert.
28. Verfahren nach Satz 27, wobei der weitere Raumlichtmodulator (MMA) Projektionslicht (30) in das erste und das zweite Projektionslicht (301, 302) aufteilt.
29. Verfahren nach Satz 27 oder 28, wobei der weitere Raumlichtmodulator (70) das erste Projektionslicht (301) auf den optischen Integrator (52) richtet.
30. Verfahren nach Satz 24, wobei in der zweiten Objektebene (OP2) eine Oberfläche eines Trägers (90) angeordnet wird, der ein Muster aus reflektierenden oder streuenden Strukturen (92) trägt und der entlang der Verfahrrichtung verfahren wird.
31. Verfahren nach einem der Sätze 21 bis 30, wobei das erste Projektionslicht (301) und das zweite Projektionslicht (302) von einem Einkoppelelement (80) zusammengeführt werden, das zwischen der ersten und der zweiten Objektebene einerseits und der Bildebene (66) andererseits angeordnet ist.
32. Verfahren nach Satz 31, wobei das Einkoppelelement (80) in oder in der Nähe einer Pupillenebene (82) des Beleuchtungssystems angeordnet ist, und wobei das erste Projektionslicht (301) die Pupillenebene außerhalb des Einkoppelelements (80) durchtritt.
33. Verfahren nach Satz 31 oder 32, wobei das Einkoppelelement einen Spiegel (80) oder ein Prisma aufweist.
34. Verfahren nach einem der Sätze 21 bis 33, wobei das erste Projektionslicht (301) und das zweite Projektionslicht (302) zwischen einer verstellbaren Feldblende (62) und der Bildebene (66) zusammengeführt werden.
35. Verfahren nach Satz 34, wobei ein Objektiv (64) mit mehreren optischen Elementen (65a, 65b) die Feldblende (62) auf die Bildebene (66) abbildet, und wobei mindestens ein optisches Element (65a) ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslichts (301) liegt.
36. Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Projektionsanlage (10), umfassend die folgenden Schritte: a) Anordnen einer Maske (14) in einer Bildebene (66) des Beleuchtungssystems (12); b) Beleuchten einer ersten Objektebene (OP1) mit erstem Projektionslicht (301), das eine erste Beleuchtungswinkelverteilung hat; c) Beleuchten einer zweiten Objektebene (OP2) mit zweitem Projektionslicht (302), das eine zweite Beleuchtungswinkelverteilung hat; d) Überlagern eines Bildes der ersten Objektebene und eines Bildes der zweiten Objektebene in der Bildebene.
37. Verfahren nach Satz 36, wobei das erste Projektionslicht in Schritt b) auf einen optischen Integrator (52) auftrifft, der ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslichts (301) angeordnet ist.
38. Verfahren nach Satz 36 oder 37, mit den Merkmalen eines der Sätze 21 bis 35.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2013/0114060 A1 [0014]
WO 2015/074746 A1 [0015]

Claims

Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsanlage (10), mit: a) einer Bildebene (66), in der eine Maske (14) anordenbar ist, b) einer ersten Objektebene (OP1), die zu der Bildebene (66) optisch konjugiert ist, c) einer ersten Beleuchtungsoptik (42, 50, 52, 58), die dazu eingerichtet ist, die erste Objektebene so mit erstem Projektionslicht (301) zu beleuchten, dass das erste Projektionslicht in der Bildebene eine erste Beleuchtungswinkelverteilung hat, wobei die erste Beleuchtungsoptik einen optischen Integrator (52) aufweist, der ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslichts (301) angeordnet ist, d) einer zweiten Objektebene (OP2), die ebenfalls zu der Bildebene (66) optisch konjugiert ist, e) einer zweiten Beleuchtungsoptik (42', 51, 70, 72), die dazu eingerichtet ist, die zweite Objektebene so mit zweitem Projektionslicht (302) zu beleuchten, dass das zweite Projektionslicht in der Bildebene eine zweite Beleuchtungswinkelverteilung hat, die sich von der ersten Beleuchtungswinkelverteilung unterscheidet.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei Beleuchtungswinkel der ersten Beleuchtungswinkelverteilung nicht in der zweiten Beleuchtungswinkelverteilung auftreten, und wobei Beleuchtungswinkel der zweiten Beleuchtungswinkelverteilung nicht in der ersten Beleuchtungswinkelverteilung auftreten.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, wobei alle Beleuchtungswinkel der ersten Beleuchtungswinkelverteilung betragsmäßig größer als ein Grenzwinkel sind, und wobei alle Beleuchtungswinkel der zweiten Beleuchtungswinkelverteilung betragsmäßig kleiner als der Grenzwinkel sind.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das erste Projektionslicht (301) in der Bildebene (66) ein Beleuchtungsfeld (16) beleuchtbar ist, und wobei durch das zweite Projektionslicht (302) zu einem gegebenen Zeitpunkt nur ein oder mehrere Teilbereiche des Beleuchtungsfeldes, nicht aber das gesamte Beleuchtungsfeld beleuchtet wird.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, wobei die zweite Beleuchtungsoptik (42', 51, 70, 72) so ansteuerbar ist, dass der Teilbereich einen Overlay Marker (84) überdeckt, der sich auf der Maske (14) befindet.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Beleuchtungsoptik (42', 51, 70, 72) dazu eingerichtet ist, auf der zweiten Objektebene (OP2) eine Intensitätsverteilung zu erzeugen, die sich entlang einer zur zweiten Objektebene parallelen Verfahrrichtung synchron mit der Maske (14) bewegt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 6, wobei in der zweiten Objektebene (OP2) eine Modulatoroberfläche (74) eines Raumlichtmodulators (70) angeordnet ist, auf der ein Modulationsmuster erzeugbar ist, das sich synchron mit der Bewegung der Maske (14) verändert.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 7, mit einem weiteren Raumlichtmodulator (MMA), der dazu eingerichtet ist, auf der Modulatoroberfläche (74) eine Intensitätsverteilung zu erzeugen, die sich synchron mit der Bewegung der Maske (14) entlang der Verfahrrichtung verändert.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, wobei der weitere Raumlichtmodulator (MMA) Projektionslicht (30) in das erste und das zweite Projektionslicht (301, 302) aufteilt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei der weitere Raumlichtmodulator (MMA) das erste Projektionslicht (301) auf den optischen Integrator (52) richtet.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 6, wobei in der zweiten Objektebene (OP2) eine Oberfläche eines Trägers (90) angeordnet ist, der ein Muster aus reflektierenden oder streuenden Strukturen (82) trägt und der entlang der Verfahrrichtung verfahrbar ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Projektionslicht (301) und das zweite Projektionslicht (302) von einem Einkoppelelement (80) zusammengeführt werden, das zwischen der ersten und zweiten Objektebene (OP1, OP2) einerseits und der Bildebene (66) andererseits angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 12, wobei das Einkoppelelement (80) in oder in der Nähe einer Pupillenebene (82) des Beleuchtungssystems so angeordnet ist, dass das erste Projektionslicht (301) die Pupillenebene außerhalb des Einkoppelelements (80) durchtritt.
Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems (12) einer mikrolithographischen Projektionsanlage (10), umfassend die folgenden Schritte: a) Anordnen einer Maske (14) in einer Bildebene (66) des Beleuchtungssystems; b) Beleuchten einer ersten Objektebene (OP1), die zu der Bildebene optisch konjugiert ist, mit erstem Projektionslicht (301) derart, dass das erste Projektionslicht in der Bildebene eine erste Beleuchtungswinkelverteilung hat; c) Beleuchten einer zweiten Objektebene (OP2), die sich von der ersten Objektebene unterscheidet und ebenfalls zu der Bildebene (66) optisch konjugiert ist, mit zweitem Projektionslicht (302) derart, dass das zweite Projektionslicht in der Bildebene eine zweite Beleuchtungswinkelverteilung hat, die sich von der ersten Beleuchtungswinkelverteilung unterscheidet; d) Überlagern eines Bildes der ersten Objektebene und eines Bildes der zweiten Objektebene in der Bildebene, wobei das erste Projektionslicht in Schritt b) auf einen optischen Integrator (52) auftrifft, der ausschließlich im Lichtweg des ersten Projektionslichts (301) angeordnet ist.