DE102017210190A1

DE102017210190A1 - Optisches Element

Info

Publication number: DE102017210190A1
Application number: DE102017210190.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Degünther
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Zur Erzeugung eines Beleuchtungssettings aus einem Beleuchtungsstrahl ist ein optisches Element (15; 15‘) mit einem maximalen Durchmesser von höchstens 10 cm und einer strahlungsreflektierenden Oberfläche, welche einen Beleuchtungsstrahl mit Beleuchtungsstrahlung (12) in ein Beleuchtungssetting mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung transformiert, vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Erzeugung eines Beleuchtungssettings aus einem Beleuchtungsstrahl. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Strahlformungsoptik, eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem mit einem derartigen optischen Element. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines entsprechenden optischen Elements zur Erzeugung eines Beleuchtungssettings. Schließlich betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements sowie ein verfahrensgemäß hergestelltes Bauelement.
Eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie ist beispielsweise aus der DE 10 2013 223 935 A1 bekannt.
Es besteht fortwährend Bedarf, ein Beleuchtungssystem für eine derartige Projektionsbelichtungsanlage zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein optisches Element gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, zur Aufspaltung eines Beleuchtungsstrahls mit Beleuchtungsstrahlung in ein Beleuchtungssetting mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung ein optisches Element mit einem maximalen Durchmesser von höchstens 10 cm zu verwenden.
Durch die kompakte Ausbildung des optischen Elements, welches auch als pupillenformendes Element bezeichnet wird, wird die Anordnung desselben im Strahlengang der Beleuchtungsoptik erheblich vereinfacht.
Der maximale Durchmesser des optischen Elements, insbesondere dessen Substrats, welches eine strahlungsreflektierende Oberfläche trägt, beträgt insbesondere höchstens 5 cm, insbesondere höchstens 3 cm, insbesondere höchstens 2 cm, insbesondere höchstens 1 cm, insbesondere höchstens 5 mm, insbesondere höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 2 mm.
Die Gesamtfläche der strahlungsreflektierenden Oberfläche des optischen Elements beträgt vorzugsweise höchstens 80 cm², insbesondere höchstens 20 cm², insbesondere höchstens 5 cm², insbesondere höchstens 1 cm², insbesondere höchstens 0,5 cm², insbesondere höchstens 0,2 cm², insbesondere höchstens 0,1 cm².
Das optische Element ist damit wesentlich kleiner als ein üblicherweise zur Erzeugung eines Beleuchtungssettings verwendeter Feldfacettenspiegel. Das optische Element behindert somit eine steile Faltung des Strahlengangs so gut wie überhaupt nicht. Dies ist insbesondere für die Auslegung des Beleuchtungssystems mit einer hohen Transmission vorteilhaft.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die strahlungsreflektierende Oberfläche zwei, vier oder mehr Teilbereiche auf, welche derart ausgebildet sind, dass sie bei Beaufschlagung der gesamten strahlungsreflektierenden Oberfläche mit einem Ausgabestrahl mit Beleuchtungsstrahlung zur Aufspaltung desselben in separate, nicht überlappende Teilstrahlen führen. Hierbei kann die Anzahl der Teilstrahlen gerade der Anzahl der Teilbereiche entsprechen. Alternativ hierzu ist es möglich, dass zwei oder mehr Teilbereiche zur Ausbildung ein und desselben Teilstrahls führen.
Die Teilstrahlen weisen insbesondere eine vorgegebene Divergenz und/oder ein vorgegebenes Intensitätsprofil auf.
Die Teilbereiche weisen jeweils eine glatte, insbesondere eine stetig differenzierbare Oberflächenform auf.
Die Anzahl der Teilbereiche beträgt vorzugsweise höchstens zwanzig, insbesondere höchstens zehn.
Das optische Element hat somit einen relativ einfachen Aufbau.
Als Teilbereich wird insbesondere jeweils die maximale Ausdehnung eines einfach zusammenhängenden Bereichs auf der strahlungsreflektierenden Oberfläche mit einer stetig differenzierbaren Oberflächenform verstanden.
Das optische Element bildet ein pupillenformendes Element und kann damit als Ersatz für einen Feldfacettenspiegel dienen. Im Vergleich zu einem Feldfacettenspiegel mit einer Vielzahl separater Feldfacetten weist das erfindungsgemäße optische Element einen wesentlich einfacheren Aufbau auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist jeder der Teilbereiche jeweils mit mindestens einem weiteren Teilbereich eine gemeinsame Kante auf. Die Teilbereiche grenzen mit anderen Worten aneinander an. Jeder der Teilbereiche ist vorzugsweise direkt benachbart zu mindestens einem weiteren Teilbereich angeordnet.
Eine Senkrechtprojektion der Gesamtheit der strahlungsreflektierenden Oberfläche des optischen Elements, das heißt der Vereinigung der strahlungsreflektierenden Oberflächen der Teilbereiche, ist insbesondere einfach zusammenhängend ausgebildet. Sie ist insbesondere nicht fraktioniert ausgebildet.
Im Bereich der Kanten kann die Oberfläche jeweils einen Knick oder sogar einen Sprung aufweisen. Sie kann insbesondere im Bereich der Kanten nicht-differenzierbar, insbesondere unstetig, ausgebildet sein. Bevorzugt ist eine stetige Ausbildung der Oberfläche. Hierdurch können Abschattungseffekte vermieden werden.
Die Kanten können im Allgemeinen gekrümmt ausgebildet sein. Sie können grundsätzlich auch geradlinig ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die strahlungsreflektierende Oberfläche des optischen Elements als Freiformfläche ausgebildet. Zumindest einzelne der Teilbereiche können als Freiformfläche ausgebildet sein. Vorzugsweise sind sämtliche der Teilbereiche als Freiformfläche ausgebildet.
Hierdurch wird die Flexibilität der Pupillenformung, insbesondere der Transformation des Ausgabestrahls in ein Beleuchtungssetting mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung verbessert.
Die einzelnen Teilbereiche können insbesondere eine gekrümmte Oberfläche aufweisen. Sie können insbesondere konkav oder konvex gekrümmt ausgebildet sein. Sie können auch im Hinblick auf eine Schnittebene konkav und im Hinblick auf eine hiervon verschiedene Schnittebene konvex ausgebildet sein.
Die Teilbereiche sind insbesondere nicht fokussierend ausgebildet. Sie führen insbesondere nicht zu einem Abbild der Strahlungsquelle auf den Facetten eines Pupillenfacettenspiegels.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Substrat monolithisch ausgebildet. Es kann insbesondere aus einem einzigen Block hergestellt sein. Vorzugsweise sind die Teilbereiche jeweils aus separaten Blöcken hergestellt und anschließend zum Substrat zusammengefügt.
Bei dem Beleuchtungssetting, welches mit Hilfe des optischen Elements erzeugbar ist, kann es sich insbesondere um eine Auswahl aus folgender Liste handeln: Dipol-Setting, insbesondere x-Dipol- oder y-Dipol-Setting, Quadrupol-Setting, Quasar-Setting, annulares Setting. Es kann sich auch um ein sogenanntes Freiformsetting handeln. Bei einem derartigen Freiformsetting wird die Intensitätsverteilung in der Pupille mit Hilfe eines Source-Mask-Optimierungsalgorithmus berechnet. Ein entsprechendes Freiformsetting kann eine nahezu beliebige Intensitätsverteilung in der Pupille aufweisen. Es kann vorzugsweise eine Punktsymmetrie aufweisen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Strahlformungsoptik für ein Projektionsbelichtungssystem zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine Strahlformungsoptik mit mindestens einem strahlführenden Element zur Aufweitung eines Beleuchtungsstrahls und einem optischen Element gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst.
Das strahlführende Element ist insbesondere derart ausgebildet, dass es einen Beleuchtungsstrahl mit einem vorgegebenen Lichtleitwert so weit aufweitet, dass die strahlungsreflektierende Oberfläche des optischen Elements vollständig mit dem aufgeweiteten Beleuchtungsstrahl ausleuchtbar ist. Der Beleuchtungsstrahl wird vom strahlführenden Element insbesondere von einem Faktor von mindestens 1,1, insbesondere mindestens 1,2, insbesondere mindestens 1,5, insbesondere mindestens 2, insbesondere mindestens 5, insbesondere mindestens 10 aufgeweitet.
Das strahlführende Element kann außerdem zur Reduzierung des sogenannten Speckle-Kontrasts dienen. Es kann insbesondere einen Hohlwellenleiter umfassen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage zu verbessern.
Diese Aufgaben werden durch eine Beleuchtungsoptik beziehungsweise ein Beleuchtungssystem mit einem optischen Element gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus denen des optischen Elements.
Die Beleuchtungsoptik umfasst genau einen Facettenspiegel. Anders ausgedrückt ist der Wabenkondensor der erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik einstufig ausgelegt. Er kann insbesondere starr ausgebildet sein. Er braucht insbesondere keinerlei aktive Elemente aufzuweisen. Dies führt zu einer erheblichen Vereinfachung seines Aufbaus.
Bei dem Facettenspiegel handelt es sich insbesondere funktional gesehen um einen Pupillenfacettenspiegel. Der Facettenspiegel ist insbesondere im Strahlengang nach dem optischen Element angeordnet. Er kann insbesondere im Strahlengang zwischen dem optischen Element und dem Objektfeld, in welchem ein abzubildendes Retikel angeordnet wird, angeordnet sein. Hierbei können die Abstände vom Facettenspiegel zum optischen Element und zum Objektfeld im Wesentlichen gleich sein. Sie unterscheiden sich vorzugsweise um höchstens einen Faktor 2, insbesondere höchstens einen Faktor 1,5, insbesondere höchstens einen Faktor 1,1.
Durch einen größeren Abstand zwischen dem optischen Element und dem Facettenspiegel kann der benötigte Ablenkwinkel am optischen Element verringert werden. Der maximale Ablenkwinkel der Beleuchtungsstrahlung am optischen Element beträgt insbesondere höchstens 30°, insbesondere höchstens 20°, insbesondere höchstens 10°.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das optische Element austauschbar im Strahlengang der Beleuchtungsoptik angeordnet. Es kann insbesondere justierbar, insbesondere verkippbar und/oder verschiebbar im Strahlengang der Beleuchtungsoptik angeordnet sein. Hierdurch ist ein Fein-Tuning und/oder eine Kompensation von einer Drift des Beleuchtungsstrahls möglich.
Zur Anordnung des optischen Elements im Strahlengang der Beleuchtungsoptik kann insbesondere eine Halte- und Wechseleinrichtung dienen.
Die Wechseleinrichtung kann ein oder mehrere Wechselräder aufweisen.
Die Wechseleinrichtung kann auch ein Magazin mit unterschiedlichen optischen Elementen aufweisen, welche je nach Bedarf in den Strahlengang der Beleuchtungsoptik hineingeschoben werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Anzahl (n_PF) der Einzelspiegel des Facettenspiegels um mindestens einen Faktor 10 größer als die Anzahl (n_Tb) der unterschiedlichen Teilbereiche des optischen Elements, n_PF:n_Tb ≥ 10. Es gilt insbesondere: n_PF:n_Tb ≥ 20, insbesondere n_PF:n_Tb ≥ 50, insbesondere n_PF:n_Tb ≥ 100.
Die einzelnen Teilbereiche des optischen Elements dienen insbesondere jeweils zur Ausleuchtung einer Mehrzahl von Einzelspiegeln des Facettenspiegels. Die von den unterschiedlichen Teilbereichen erzeugten Teilstrahlen weisen im Bereich des Facettenspiegels jeweils insbesondere einen Strahlquerschnitt auf, welcher zur Ausleuchtung einer Vielzahl von Einzelspiegeln des Facettenspiegels geeignet ist. Der Strahldurchmesser der Teilstrahlen im Bereich des Facettenspiegels ist insbesondere mindestens zehnmal, insbesondere mindestens zwanzigmal, insbesondere mindestens fünfzigmal so groß wie die mittlere strahlungsreflektierende Fläche der Einzelspiegel des Facettenspiegels.
Das Beleuchtungssystem umfasst neben der vorhergehend beschriebenen Beleuchtungsoptik eine Strahlungsquelle zur Erzeugung des Beleuchtungsstrahls mit Beleuchtungsstrahlung. Bei der Strahlungsquelle handelt es sich insbesondere um eine kohärente Strahlungsquelle, beispielsweise eine Synchrotronstrahlungsquelle oder einen Freie Elektronen Laser (FEL).
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das optische Element derart ausgebildet, dass es den von der Strahlungsquelle emittierten Beleuchtungsstrahl derart zum Facettenspiegel führt, dass eine vorbestimmte Fläche auf dem Facettenspiegel mit Beleuchtungsstrahlung mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung beaufschlagt wird. Die ausgeleuchtete Fläche kann hierbei mehrere disjunkte Teilflächen umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der auf das optische Element auftreffende Beleuchtungsstrahl eine Divergenz auf, welche höchstens so groß ist wie eine maximale Ablenkung des Beleuchtungsstrahls durch das optische Element. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Beleuchtungssetting tatsächlich zumindest im Wesentlichen durch das optische Element definiert wird. Im Falle einer großen Divergenz des Beleuchtungsstrahls relativ zur Strahlablenkung durch das optische Element würde das Beleuchtungssetting zumindest zu einem nicht unwesentlichen Anteil von der Divergenz beeinflusst werden.
Das Beleuchtungssystem kann frei von Zwischenbildern sein. Der Facettenspiegel ist insbesondere nicht in einer zu einer Zwischenfokusebene konjugierten Ebene angeordnet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines optischen Elements gemäß der vorhergehenden Beschreibung zur Erzeugung eines Beleuchtungssettings.
Die Vorteile einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem optischen Element gemäß der vorhergehenden Beschreibung, eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements mit einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage und eines entsprechend hergestellten Bauelements ergeben sich aus denen des optischen Elements.
Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:
1 schematisch die wesentlichen Komponenten einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie,
2 eine schematische Ansicht eines pupillenformenden optischen Elements gemäß einer ersten Variante,
3 schematische Darstellung eines pupillenformenden Elements gemäß einer Alternative.
Im Folgenden wird zunächst der allgemeine Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage 4 beschrieben. Diese Beschreibung ist rein exemplarisch zu verstehen. Sie ist insbesondere nicht einschränkend. Variationen im Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 4 sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein alternativer Aufbau eines Beleuchtungssystems 5 mit einer Synchrontron-basierten Strahlungsquelle 2 ist beispielsweise aus der DE 10 2013 223 935 A1 bekannt, die hiermit vollständig als Bestandteil der vorliegenden Anmeldung in diese integriert ist.
1 zeigt schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage 4 für die EUV-Mikrolithographie mit einer Beleuchtungsoptik 1, einer Strahlungsquelle 2 und einer abbildende Optik, die im Folgenden als Projektionsoptik 3 bezeichnet wird. Ein Beleuchtungssystem 5 der Projektionsbelichtungsanlage 4 umfasst neben der Beleuchtungsoptik 1, die zur Beleuchtung eines Objektfeldes 6 der Projektionsbelichtungsanlage dient, die Strahlungsquelle 2. Die Projektionsoptik 3 dient zur Abbildung des Objektfeldes 6, das in einer Objektebene liegt, in ein Bildfeld 7 in einer Bildebene. Neben dem Beleuchtungssystem 5 und der Strahlungsquelle 2 hat die Projektionsbelichtungsanlage 4 insbesondere noch eine Mehrzahl mechanischer Komponenten, Halter 8, 9 für ein in der Objektebene angeordnetes, in der 1 gestrichelt dargestelltes Retikel 10 und für einen in der Bildebene angeordneten, in der 1 gestrichelt dargestellten Wafer 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 10 auf eine lichtempfindliche Schicht des im Bereich des Bildfeldes 7 in der Bildebene angeordneten Wafers 11.
Die abbildende Optik 3 ist als katoptrische Optik mit einer Mehrzahl von Spiegeln ausgeführt, von denen in der 1 schematisch zwei Spiegel M1, M2, dargestellt sind. Die abbildende Optik 3 hat in der Regel eine größere Anzahl von Spiegeln beispielsweise vier, sechs oder acht Spiegel.
Auch die Beleuchtungsoptik 1 kann als katoptrische Optik ausgebildet sein. Bei der Strahlungsquelle 2 handelt es sich um eine Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 2 handelt es sich um eine kohärente Strahlungsquelle. Ein für die EUV-Projektionsbelichtung genutztes Wellenlängenband beziehungsweise ein Ziel-Wellenlängenbereich der EUV-Strahlung 12 liegt beispielsweise bei 13,5 nm ± 1 nm, kann aber auch beispielsweise im Bereich zwischen 5 nm und 8 nm liegen. Die EUV-Strahlung 12 wird auch als Beleuchtungs- und Abbildungslicht oder als Nutz-Emission bezeichnet. Auch ein anderer Ziel-Wellenlängenbereich, beispielsweise zwischen 5 nm und 17 nm, ist möglich. Eine Bandbreite des genutzten EUV-Wellenlängenbandes kann größer sein als 0,1 nm und kann insbesondere zwischen 0,1 nm und 2 nm liegen. Eine typische Bandbreite der genutzten EUV-Strahlung 12 beträgt 1 % der Mittelwellenlänge.
Bei der Strahlungsquelle 2 handelt es sich um eine Synchrotronquelle oder um eine Quelle auf Basis eines freien Elektronenlasers (FEL). Die Strahlungsquelle 2 hat einen Lichtleitwert, der kleiner ist als 10^–7m² oder 0,1 mm². Der Lichtleitwert 2 ist das kleinste Volumen des Phasenraums, welcher 90% der Lichtenergie enthält. Eine Wellenlängen-Bandbreite der Strahlungsquelle 2 kann sehr viel größer sein als die Bandbreite des genutzten EUV-Wellenlängenbandes und kann beispielsweise bei 0,1 µm liegen.
Der Strahlungsquelle 2 ist im Strahlengang der Nutz-Emission 12 nachgeordnet eine optische Baugruppe 13 zur Lichtleitwerterhöhung der Nutz-Emission 12 der Strahlungsquelle. Die optische Baugruppe 13 ist in der 1 lediglich schematisch angedeutet. Die optische Baugruppe 13 kann insbesondere als Hohlwellenleiter zur Füh- rung der EUV-Strahlung 12 ausgeführt sein. Sie kann Streustrukturen aufweisen, was dazu führt, dass sich am Austritt des Hohlwellenleiters viele verschiedene Einzelstrahlen der EUV-Strahlung 12 überlagern. Dies kann zu einer Reduzierung eines Speckle-Kontrastes und zur Vermeidung von Speckle-Mustern führen.
Der optischen Baugruppe 13 kann eine in der 1 nicht dargestellte Strahlformungsoptik und/oder eine Auskoppeloptik und/oder eine Umlenkoptik, insbesondere ein Umlenkspiegel für die EUV-Strahlung 12, nachgeordnet sein. Für Details der Strahlformungsoptik und der Auskoppeloptik sei wiederum auf die DE 10 2013 223 935 A1 verwiesen.
Die erzeugte EUV-Strahlung 12 mit dem erhöhten Lichtleitwert propagiert durch eine Zwischenfokusebene 14, bevor sie auf ein pupillenformendes optisches Element („Pupil Defining Element“, PDE) 15 trifft, die Zwischenfokusebene 14 kann im Strahlengang der Nutz-Emission vor der optischen Baugruppe 13 angeordnet sein. In der Zwischenfokusebene 14 hat die EUV-Strahlung einen Zwischenfokus Z, das heißt, einen Ort kleinster transversaler Ausdehnung.
Je nach Ausführung der Beleuchtungsoptik 1 kann auf die Bildung eines derartigen Zwischenfokus Z auch verzichtet werden.
Anstelle eines reellen Fokus kann durch Strahlaufweiten auch ein imaginärer Fokus entstehen.
Auf einen Feldfacettenspiegel mit einer Vielzahl von Feldfacetten, deren Form an die Form des auszuleuchtenden Objektfeldes 6 angepasst ist, kann beim erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem 5 verzichtet werden.
Die vom PDE 15 reflektierte EUV-Strahlung 12 umfasst eine Mehrzahl von Teilstrahlen 31 _i, welche von unterschiedlichen Teilbereichen 16 _i reflektiert werden. Jede Teilstrahl 31 _i leuchtet einen bestimmten Bereich 32 _i auf einem dem PDE 15 nachgeordneten Facettenspiegel 18 aus. Die Teilstrahlen 31 _i leuchten insbesondere Bereiche 32 _i auf dem Facettenspiegel 18 aus, welche eine Vielzahl von Einzelfacetten 17 umfassen. Die Einzelfacetten 17 können jeweils eine Kontur aufweisen, welche der des Objektfeldes 6 entspricht.
Funktionell gesehen bildet der Facettenspiegel 18 einen Pupillenfacettenspiegel. Die Einzelfacetten 17 werden manchmal auch als Pupillenfacetten bezeichnet. Von der Seite der Strahlungsquelle 2 her betrachtet bilden die Einzelfacetten 17 jedoch auch Feldfacetten.
Die Einzelfacetten 17 sind auf einer gemeinsamen Trägerplatte 19 des Facettenspiegels 18 angeordnet. Der Facettenspiegel ist in einer Beleuchtungs-Pupillenebene 20 angeordnet. Die Einzelfacetten 17 sind rund ausgeführt. Alternativ ist auch eine hexagonale oder rechteckige Ausführung der Einzelfacetten 17 möglich. Die Einzelfacetten 17 sind dicht gepackt angeordnet. Mit dem PDE 15 wird ein Beleuchtungssetting erzeugt. Unter dem Beleuchtungssetting wird die Verteilung der Beleuchtungswinkel der Beleuchtung des Objektfeldes 6 in der Objektebene der Projektionsbelichtungsanlage 4 verstanden.
Der Facettenspiegel 18 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 1 angeordnet, die mit einer Pupillenebene 21 der Projektionsoptik 3 zusammenfällt oder zu dieser optisch konjugiert ist. Eine Intensitätsverteilung der EUV-Strahlung 12 auf dem Facettenspiegel 18 ist daher direkt korreliert mit einer Beleuchtungswinkelverteilung einer Beleuchtung des Objektfeldes 6 in der Objektebene und einer Beleuchtung des Bildfeldes 7 in der Bildebene.
Prinzipiell ist es auch möglich, den Facettenspiegel 18 beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 1 anzuordnen. Er ist vorzugsweise zumindest in der Nähe einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 1 angeordnet.
Mithilfe des Facettenspiegels 18 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer schematisch angedeuteten Übertragungsoptik 22 wird die EUV-Strahlung 12 zum Objektfeld 6 geführt. Auch Ausführungen der Projektionsbelichtungsanlage 4 sind möglich, bei denen die Beleuchtungs-Pupillenebene 20 mit der Projektionsoptik-Pupillenebene 21 zusammenfällt. In einem solchen Fall kann auf die Übertragungsoptik 22 auch verzichtet werden.
Im Folgenden werden weitere Details des PDE 15 sowie dessen Anordnung im Strahlengang des Beleuchtungssystems 5 beschrieben.
Aufgrund der Verwendung einer kohärenten Strahlungsquelle 2 kann der Aufbau der Beleuchtungsoptik 1 vereinfacht werden. Das erfindungsgenmäße Beleuchtungssystem 5 ermöglicht insbesondere eine flexible Formung der Ausleuchtung des Objektfeldes 6 ohne die Verwendung dynamischer, das heißt aktiv verlagerbarer Elemente. Das Beleuchtungssystem 5 ermöglicht insbesondere eine im Wesentlichen instantane Ausleuchtung des Objektfeldes 6, ohne dass der Beleuchtungsstrahl mit der EUV-Strahlung 12 scannend über das Objektfeld 5 geführt werden muss.
Das PDE 15 dient zur Erzeugung eines Beleuchtungssettings aus dem Beleuchtungsstrahl mit EUV-Strahlung 12. Es weist eine strahlungsreflektierende Oberfläche 33 auf, welche derart ausgebildet ist, dass der Beleuchtungsstrahl mit EUV-Strahlung 12 in ein vorgegebenes Beleuchtungssetting aufgespalten wird.
Bei dem in der 1 exemplarisch dargestellten Beleuchtungssetting handelt es sich um ein sogenanntes Dipol-, insbesondere ein y-Dipolsetting.
Alternativ hierzu kann der Beleuchtungsstrahl mittels dem PDE 15 auch in ein x-Dipolsetting, ein Quadrupolsetting, ein Quasar-Setting, ein annulares Setting oder ein anderes Setting transformiert werden.
Die strahlungsreflektierende Oberfläche 33 des PDE 15 ist insbesondere als Freiformfläche ausgebildet. Sie kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die auf dem Facettenspiegel 18 ausgeleuchteten Bereiche 32 _i jeweils eine inhomogene Intensitätsverteilung aufweisen. Prinzipiell können die Bereiche 32 _i gleichmäßig ausgeleuchtet sein. Die Einstellung der Intensitätsverteilung in den ausgeleuchteten Bereichen 32 _i ist bei vorgegebenen Eigenschaften des Beleuchtungsstrahls, insbesondere einer vorgegebenen Divergenz und Intensitätsverteilung desselben, mit Hilfe eines gezielten Designs der Teilbereiche 16 _i des PDE 15 möglich.
Das in den 1 und 2 exemplarisch dargestellte PDE 15 umfasst genau zwei Teilbereiche 16 ₁, 16 ₂. Dies ist zur Erzeugung eines Dipolsettings ausreichend. Gemäß weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Alternativen umfasst das PDE vier, sechs, acht oder mehr Teilbereiche 16 _i. Die Anzahl der Teilbereiche 16 _i beträgt vorzugsweise höchstens zwanzig, insbesondere höchstens zehn.
Die einzelnen Teilbereiche 16 _i haben jeweils eine glatte, stetig differenzierbare Oberfläche.
Die strahlungsreflektierenden Teilbereiche 16 _i des PDE 15 sind auf einem Substrat 34 angeordnet. Sie können insbesondere in Form von strahlungsreflektierenden Doppellagen auf das Substrat 34 aufgebracht sein.
Jeder der Teilbereiche 16 ₁, 16 ₂ des PDE 15 leuchtet jeweils einen Pol des Beleuchtungssettings aus. Der mittlere Ablenkwinkel des Beleuchtungsstrahls am PDE 15 zu den einzelnen Polen liegt im Bereich von 5° bis 30°, insbesondere im Bereich von 10° bis 20°.
Das Substrat 34 ist vorzugsweise monolithisch ausgebildet. Es kann mit in den Figuren nicht dargestellten Kühlelementen versehen und/oder an eine Kühleinrichtung angeschlossen sein.
Alternativ hierzu ist es möglich, die einzelnen Teilbereiche 16 _i jeweils aus einem einzelnen, separaten Substrat 34 auszubilden und anschließend zum PDE 15 zusammenzusetzen. Eine entsprechende Alternative ist beispielsweise exemplarisch in der 3 dargestellt.
Das Substrat 34 weist einen maximalen Durchmesser d_max von höchstens 10 cm, insbesondere höchstens 5 cm, insbesondere höchstens 3 cm, insbesondere höchstens 2 cm, insbesondere höchstens 1 cm, insbesondere höchstens 5 mm, insbesondere höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 2 mm auf.
Die strahlungsreflektierende Oberfläche des PDE 15 kann insgesamt kreisförmig ausgebildet sein beziehungsweise einen kreisförmigen Umfang aufweisen. Andere Formen sind ebenso möglich. In der 3 ist exemplarisch ein PDE 15‘ mit einem im Wesentlichen rechteckigen Umfang dargestellt. Das PDE 15‘ gemäß 3 umfasst zehn strahlungsreflektierende Teilbereiche 16 _i. Die in der Figur angegebene Nummerierung der Teilbereiche 16 _i ist willkürlich. Bei dem in der 3 dargestellten PDE 15‘ führen jeweils mehrere der Teilbereiche 16 _i zur Ausleuchtung eines einzigen, einfach zusammenhängenden Bereich 32 _i auf dem Facettenspiegel 18. Durch eine derart zusammengesetzte Ausbildung des PDE 15‘ ist es möglich, die Auswirkung eines Versatzes des Strahlprofils der von der Strahlungsquelle 2 emittierten EUV-Strahlung 12 auf die über das PDE 15‘ integrierte Winkelabstrahlung zu reduzieren. Dies ist insbesondere bei einer inhomogenen Ausleuchtung des PDE 15‘ von Vorteil. Durch eine derartige Ausbildung kann das Beleuchtungssystem 5 insbesondere robuster gegen mechanische Schwankungen der Strahlungsquelle 2 gemacht werden.
Der von der Strahlungsquelle 2 emittierte Beleuchtungsstrahl mit EUV-Strahlung 12 kann ein rotationssymmetrischer Strahl mit einer Gaußförmigen Intensitätsverteilung sein. Der auf das PDE 15 auftreffende Beleuchtungsstrahl mit EUV-Strahlung 12 weist beispielsweise eine radiale gaußförmige Intensitätsverteilung mit einem 1-Sigma-Radius von circa 1 mm auf. Diese Intensitätsverteilung kann mit Hilfe des PDE 15 in ein vorgegebenes Beleuchtungssetting mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung transformiert werden.
Um unterschiedliche Beleuchtungssettings aus einem Beleuchtungsstrahl mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung und Divergenz zu erzeugen, ist das PDE 15 vorzugsweise austauschbar im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 1 angeordnet. Das PDE 15 ist insbesondere mit einer in der 1 lediglich schematisch dargestellten Halte- und Wechseleinrichtung 35 im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 1 angeordnet.
Vorzugsweise ist das PDE 15 mit Hilfe der Halte- und Wechseleinrichtung 35 im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 1 justierbar, insbesondere verkippbar und/oder linear verlagerbar. Dies ermöglicht ein Feintuning, insbesondere eine Anpassung der Ausleuchtung des Objektfeldes 6 und/oder eine Kompensation von Schwankungen der Strahlungsquelle 2. Das PDE 15 kann insbesondere in Richtung eines Hauptstrahls der Beleuchtungsstrahlung und/oder senkrecht hierzu verlagerbar, insbesondere linear verlagerbar sein. Das PDE 15 kann einen, zwei, drei, vier, fünf oder sechs Verlagerungsfreiheitsgrade aufweisen.
Vorzugsweise weist auch die Strahlungsquelle 2 eine Justiereinrichtung auf, welche eine Justierung des von dieser emittierten Beleuchtungsstrahls ermöglicht.
Der Facettenspiegel 18 bildet einen einstufigen Wabenkondensor.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Facettenspiegel 18 frei von aktiven Elementen auszubilden. Die Einzelfacetten 17 sind insbesondere starr auf der Trägerplatte 19 angeordnet. Dies stellt eine signifikante technologische Vereinfachung dar. Trotzdem weist das Beleuchtungssystem 5 aufgrund des PDE 15 eine hohe Flexibilität auf.
Der Facettenspiegel 18 ist im Strahlengang des Beleuchtungssystems 5 in etwa mittig zwischen dem PDE 15 und dem Objektfeld 6 angeordnet. Der Abstand vom PDE 15 zum Facettenspiegel 18 ist mit anderen Worten im Wesentlichen gerade so groß wie der Abstand vom Facettenspiegel 18 zum Objektfeld 6.
Der Abstand zwischen dem PDE 15 und dem Facettenspiegel 18 liegt insbesondere im Bereich von 20 cm bis 2 m, insbesondere im Bereich von 30 cm bis 150 cm, insbesondere im Bereich von 40 cm bis 100 cm. Er kann insbesondere im Bereich von 50 cm bis 70 cm liegen.
Am Rand des ausgeleuchteten Objektfeldes 6 gibt es einen Bereich, in welchem die Intensität der EUV-Strahlung 12 auf Null abfällt. Die Intensität fällt im Randbereich insbesondere von einer mittleren Intensität auf Null ab. Diese Randbereichzone ist aufgrund der oben dargestellten Abstände zwischen dem PDE 15, dem Facettenspiegel 18 und dem Objektfeld 6 gerade in etwa so groß wie die Abmessungen des PDE 15. In dieser Zone ist die genaue Intensität der EUV-Strahlung 12 abhängig von der Ausleuchtung des PDE 15 sowie vom genauen Strahlprofil des Beleuchtungsstrahls. Dieser Randbereich ist daher für eine gezielte Ausleuchtung des Objektfeldes 6 nicht zu gebrauchen. Beleuchtungsstrahlung in diesem Bereich kann als Feldübermaß und somit als Verlust abgeschnitten werden. Hierfür kann eine in der Figur nicht dargestellte Blende dienen.
Dieser Randbereich ist vorzugsweise klein gegenüber der Ausdehnung des Nutzbereichs im Objektfeld. Er beträgt in Richtung einer Längserstreckung des Objektfeldes 6 vorzugsweise höchstens 5 %, insbesondere höchstens 3 %, insbesondere höchstens 2 %, insbesondere höchstens 1 % der Erstreckung des Objektfeldes 6 in dieser Richtung. In Richtung der kurzen Seite des Objektfeldes 6, welche üblicherweise parallel zu einer Verlagerungsrichtung des Retikels 10, welche auch als Scanrichtung bezeichnet wird, ausgerichtet ist, sind die erwähnten Intensitätsrampen weniger kritisch. Sie können sogar erwünscht sein. Durch einen graduellen Abfall des Intensitätsprofils parallel zur Scanrichtung kann die Systemstabilität verbessert werden. Wichtig ist in diesem Zusammenhang vor allem die zeitliche Stabilität der Intensitätsverteilung. Diese kann durch entsprechende Konditionierung des Beleuchtungsstrahls, beispielsweise mit Hilfe einer Strahlformungseinheit, im Zusammenspiel mit der Anordnung der einzelnen Teilbereiche 16 _i des PDE 15 sichergestellt werden.
Durch die geringen Abmessungen des PDE 15 wird insbesondere sichergestellt, dass die Intensitätsrampen der Ausleuchtung des Objektfeldes 6 ausreichend schmal sind.
Der auf das PDE 15 auftreffende Beleuchtungsstrahl mit EUV-Strahlung 12 weist eine Divergenz auf, welche höchstens so groß ist wie eine maximale Ablenkung desselben durch das PDE 15. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Beleuchtungssetting tatsächlich im Wesentlichen durch das PDE 15 definiert wird. Es ist zumindest näherungsweise unabhängig von der Divergenz des Beleuchtungsstrahls.
Das Beleuchtungssetting ist somit insbesondere im Wesentlichen unabhängig von schwer kontrollierbaren, variierenden Eigenschaften beziehungsweise Schwankungen der Strahlungsquelle 2.
Die strahlungsreflektierende Oberfläche des PDE 15 weist eine Gesamtfläche auf, welche wesentlich kleiner ist als die Gesamtfläche des Objektfeldes 6, insbesondere des ausgeleuchteten Bereichs auf dem Retikel 10. Die Gesamtfläche der strahlungsreflektierenden Oberfläche des PDE 15 beträgt insbesondere höchstens 10 %, insbesondere höchstens 5 %, insbesondere höchstens 3 %, insbesondere höchstens 2 %, insbesondere höchstens 1 %, insbesondere höchstens 0,5 %, insbesondere höchstens 0,3 %, insbesondere höchstens 0,2 %, insbesondere höchstens 0,1 % der Fläche des Objektfeldes 6.
Die Divergenz des auf das PDE 15 auftreffenden Strahls mit EUV-Strahlung 12 ist wesentlich kleiner als der maximale Ablenkwinkel der EUV-Strahlung 12 am PDE 15. Letzterer kann im Bereich von bis zu 10°, insbesondere bis zu 20°, insbesondere bis zu 30° liegen. Er liegt vorzugsweise im Bereich von 0° bis 12°. Das Verhältnis der Divergenz des auf das PDE 15 auftreffenden Beleuchtungsstrahls zum maximalen Ablenkwinkel desselben durch das PDE 15 beträgt insbesondere höchstens 1:20, insbesondere höchstens 1:50, insbesondere höchstens 1:100.

Im Folgenden wird exemplarisch eine parametrische Beschreibung der strahlungsreflektierenden Oberflächen der Teilbereiche 16 ₁, 16 ₂ angegeben. Die beiden Teilbereiche 16 _i lassen sich wie folgt beschreiben:

wobei die Parameter für die unterschiedlichen Teilbereiche 16 ₁, 16 ₂ die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte aufweisen:

Parameter	Teilbereich 16 ₁	Teilbereich 16 ₂
rx	0.48187E-03	0.19963E-03
ry	0.57749E-03	0.27874E-03
kx	–1632.95	–2.179.69
ky	–1645.08	–2634.48
c1	7.7226E-04	6.998E-04
c2	–1.1758E-01	1.1748E-01
c3	8.8135E-04	1.0039E-03
c4	5.3626E-07	–2.5812E-06
c5	–9.4123E-03	–7.1701E-03
Dezentrierung	–0.113	0.114
Kipp [deg]	8.62	7.53

Alle Angaben, soweit nicht anders angegeben, in Millimeter.
Abweichend von der in 2 exemplarisch dargestellten Alternative sind die beiden reflektierenden Teilbereiche 16 ₁, 16 ₂ bei diesem konkreten Beispiel erhaben, das heißt konvex.
Die Angaben zur Dezentrierung besagen, dass die Asphärenmittelpunkte nicht in der Mitte der die Halbkreise begrenzenden Sehnen liegen, sondern entsprechend der Angabe senkrecht dazu verschoben sind.
Die Kippwinkel (Kipp) geben an, um welchen Winkel die Normalen in den Asphärenmittelpunkten verkippt sind. Die Ebene, in der gekippt wird, ist die durch den auf das PDE 15 einfallenden und an diesem reflektierten Hauptstrahl der EUV-Strahlung 12 definierte Ebene.
Zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauteils wird die Projektionsbelichtungsanlage 4 folgendermaßen eingesetzt: Zunächst werden das Retikel 10 und der Wafer 11 bereitgestellt. Dann wird eine Struktur auf dem Retikel 10 auf eine lichtempfindliche Schicht des Wafers 11 mithilfe der Projektionsbelichtungsanlage 4 projiziert. Durch Entwicklung der lichtempfindlichen Schicht wird dann eine Mikrostruktur auf dem Wafer 11 und somit das mikro- beziehungsweise nanostrukturierte Bauteil erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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

DE 102013223935 A1 [0002, 0051, 0057]

Claims

Optisches Element (15; 15‘) zur Erzeugung eines Beleuchtungssettings aus einem Beleuchtungsstrahl mit Beleuchtungsstrahlung (12) mit 1.1. einem Substrat (34) mit einer strahlungsreflektierenden Oberfläche, 1.2. wobei das Substrat (34) einen maximalen Durchmesser (d_max) von höchstens 10 cm aufweist, und 1.3. wobei die strahlungsreflektierende Oberfläche derart ausgebildet ist, dass ein Beleuchtungsstrahl mit Beleuchtungsstrahlung (12) mit einem vorgegebenen Strahlquerschnitt und einer vorgegebenen Intensitätsverteilung über diesen Strahlquerschnitt in ein Beleuchtungssetting mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung aufgespalten wird.
Optisches Element (15; 15‘) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsreflektierende Oberfläche zwei, vier oder mehr Teilbereiche (16 _i) aufweist, welche derart ausgebildet sind, dass sie bei Beaufschlagung der gesamten strahlungsreflektierenden Oberfläche mit einem Beleuchtungsstrahl mit Beleuchtungsstrahlung (12) zur Aufspaltung desselben in separate, nichtüberlappende Teilstrahlen (31 _i) führen.
Optisches Element (15; 15‘) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Teilbereiche (16 _i) jeweils mit mindestens einem weiteren Teilbereich (16 _i) eine gemeinsame Kante aufweist.
Optisches Element (15; 15‘) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsreflektierende Oberfläche als Freiformfläche ausgebildet ist.
Strahlformungsoptik für ein Projektionsbelichtungssystem (4) umfassend 5.1. mindestens ein strahlführendes Element (13) zur Aufweitung eines Beleuchtungsstrahls um einen Faktor von mindestens 1,1 und 5.2. ein optisches Element (15; 15‘) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Beleuchtungsoptik (1) für eine Projektionsbelichtungsanlage (4) umfassend 6.1. ein optisches Element (15; 15‘) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6.2. einen Facettenspiegel (18) mit einer Vielzahl von Einzelspiegeln (17), 6.3. wobei der Facettenspiegel (18) im Strahlengang nach dem optischen Element (15; 15‘) angeordnet ist.
Beleuchtungsoptik (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (15; 15‘) austauschbar im Strahlengang angeordnet ist.
Beleuchtungsoptik (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (n_PF) der Einzelspiegel (17) des Facettenspiegels (18) um mindestens einen Faktor 10 größer ist als die Anzahl (n_Tb) der unterschiedlichen Teilbereiche (16 _i) des optischen Elements (15), n_PF:n_Tb ≥ 10.
Beleuchtungssystem (5) für eine Projektionsbelichtungsanlage (4) umfassend 9.1. eine Beleuchtungsoptik (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 und 9.2. eine Strahlungsquelle (2) zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahls mit Beleuchtungsstrahlung (12).
Beleuchtungssystem (5) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (15; 15‘) derart ausgebildet ist, dass es den von der Strahlungsquelle (2) emittierten Beleuchtungsstrahl mit Beleuchtungsstrahlung (12) derart zum Facettenspiegel (18) führt, dass eine vorbestimmte Fläche auf dem Facettenspiegel (18) mit Beleuchtungsstrahlung (12) mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung beaufschlagt wird.
Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der auf das optische Element (15; 15‘) auftreffende Beleuchtungsstrahl (12) eine Divergenz aufweist, welche höchstens so groß ist wie eine maximale Ablenkung des Beleuchtungsstrahls (12) durch das optische Element (15; 15‘).
Verwendung eines optischen Elements (15; 15‘) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Erzeugung eines Beleuchtungssettings.
Projektionsbelichtungsanlage (4) für die Mikrolithographie umfassend 13.1. eine Beleuchtungsoptik (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 und 13.2. eine Projektionsoptik (3) zur Abbildung eines Retikels (10) auf einen Wafer (11).
Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikro- oder nanostrukturierter Bauteile mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, – Bereitstellen eines Retikels (10), das abzubildende Strukturen aufweist, – Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (4) nach Anspruch 13, – Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels (10) auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (4).
Bauteil, das nach einem Verfahren gemäß Anspruch 14 hergestellt ist.