DE19931848A1

DE19931848A1 - Astigmatische Komponenten zur Reduzierung des Wabenaspektverhältnisses bei EUV-Beleuchtungssystemen

Info

Publication number: DE19931848A1
Application number: DE19931848A
Authority: DE
Inventors: Joerg Schultz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2001-01-11
Also published as: KR20010049723A; US6507440B1; DE50014128D1; EP1067437A3; JP2001051199A; EP1067437B1; EP1067437A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, insbesondere für die Lithographie mit Wellenlängen 6 193 nm, welches ein Feld mit einem Aspektverhältnis, das nicht 1:1 ist, beleuchtet, DOLLAR A umfassend DOLLAR A eine Lichtquelle; DOLLAR A einen Feldspiegel oder eine Feldlinse; DOLLAR A optische Komponenten zur Transformierung der Lichtquelle in sekundäre Lichtquellen. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die sekundären Lichtquellen in tangentiale und sagittale sekundäre Lichtquellen aufgespalten werden. DOLLAR A Dies führt dazu, daß bei Verwendung einer Wabenplatte die Feldwaben ein kleineres Aspektverhältnis als das Aspektverhältnis des Feldes aufweisen können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, insbesondere ein solches für die Lithographie also beispielsweise VUV und EUV-Lithographie mit Wellenlängen kleiner gleich 193 nm, welches ein Feld mit einem Aspektverhältnis, das nicht gleich 1 : 1 ist, beleuchtet, wobei das Beleuchtungssystem wenigstens eine Lichtquelle, einen Feldspiegel oder eine Feldlinse sowie optische Komponenten zur Transformierung der Lichtquelle in sekundäre Lichtquellen umfaßt.

Um die Strukturbreiten für elektronische Bauteile noch weiter reduzieren zu können, insbesondere in den Submikron-Bereich, ist es erforderlich, die Wellenlänge des für die Mikrolithographie eingesetzten Lichtes zu verringern.

Denkbar ist bei Wellenlängen kleiner als 193 nm beispielsweise die Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen wie sie aus der US 5339346 bekannt geworden ist.

Neben der Beleuchtung gemäß der US 5339346, die mindestens vier paarweise symmetrisch zur Quelle angeordnete Spiegelfacetten benötigt, kann man Beleuchtungssysteme vorsehen, die beispielsweise mit Hilfe von reflektiven Wabenplatten zur homogenen Beleuchtung des Ringfeldes eines Belichtungsobjektives arbeiten. Solche Systeme haben den Vorteil, daß das Feld eines Objektives mit möglichst wenigen Reflektionen homogen beleuchtet wird, des weiteren eine feldunabhängige Ausleuchtung der Pupille bis zu einem bestimmten Füllgrad gewährleistet ist.

Reflektive Wabenplatten für EUV-Beleuchtungssysteme sind aus der US 5581605 bekannt geworden.

Der Offenbarungsgehalt sämtlicher vorgenannter Schriften US 5 339 346 sowie US 55 581 605 wird in vorliegender Anmeldung vollumfänglich mit aufgenommen.

Bei vielen EUV-Beleuchtungssystemen stellt sich das Problem, daß eine Ausleuchtung eines Feldes mit großem Aspektverhältnis erfolgen soll, beispielsweise einem x-y-Seitenverhältnis von 17,5 : 1.

Bei einem derart ungünstigen Aspektverhältnis des auszuleuchtenden Feldes ist bei Verwendung einer Wabenplatte für eine gleichmäßige Ausleuchtung eine hohe Anzahl von Waben, die selbst ein großes Aspektverhältnis aufweisen, erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Beleuchtungssystem, insbesondere für die EUV-Lithographie, anzugeben, das einen einfachen Aufbau aufweist und bei dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Teil der Komponenten zur Transformierung der Lichtquellen in sekundäre Lichtquellen derart geformt sind, daß sie eine anamorphotische Wirkung hervorrufen. Dies führt dazu, daß die sekundären Lichtquellen in tangentiale und sagittale sekundäre Linienquellen aufgespalten werden.

Durch diese Aufspaltung ist es möglich, Waben zu verwenden, die ein geringeres Aspektverhältnis als das Aspektverhältnis des Feldes aufweisen. Als Lichtquellen für EUV-Beleuchtungssysteme werden derzeit diskutiert:
Laser-Plasma-Quellen
Pinch-Plasma-Quellen
Synchrotron-Strahlungsquellen

Bei Laser-Plasma-Quellen wird ein intensiver Laserstrahl auf ein Target (Festkörper, Gasjet, Tröpfchen) fokussiert. Durch die Anregung wird das Target so stark erhitzt, daß ein Plasma entsteht. Dieses emittiert EUV- Strahlung.

Typische Laser-Plasma-Quellen weisen eine kugelförmige Abstrahlung auf, d. h. einen Abstrahlwinkelbereich von 4 π sowie einen Durchmesser von 50 µm-200 µm.

Bei Pinch-Plasma-Quellen wird das Plasma über elektrische Anregung erzeugt.

Pinch-Plasma-Ouellen lassen sich als Volumenstrahler (∅ = 1.00 mm) beschreiben, die in 4 π abstrahlen, wobei die Abstrahlcharakteristik durch die Quellgeometrie gegeben ist.

Bei Synchrotronstrahlungsquellen kann man derzeit drei Arten von Quellen unterscheiden:

- Bending-Magneten
- Wiggler
- Undulatoren

Bei Bending-Magnet-Quellen werden die Elektronen durch einen Bending- Magneten abgelenkt und Photonen-Strahlung emittiert.

Wiggler-Quellen umfassen zur Ablenkung des Elektrons bzw. eines Elektronenstrahles einen sogenannten Wiggler, der eine Vielzahl von aneinandergereihten abwechselnd gepolten Magnetpaaren umfaßt. Durchläuft ein Elektron einen Wiggler, so wird das Elektron einem periodischen, vertikalen Magnetfeld ausgesetzt; das Elektron oszilliert dementsprechend in der horizontalen Ebene. Wiggler zeichnen sich weiter dadurch aus, daß keine Kohärenzeffekte auftreten. Die mittels eines Wigglers erzeugte Synchrotronstrahlung ähnelt der eines Bending-Magneten und strahlt in einen horizontalen Raumwinkel ab. Sie weist im Gegensatz zum Bending-Magneten einen um die Anzahl der Pole des Wigglers verstärkten Fluß auf.

Der Übergang von Wiggler-Quellen zu Undulator-Quellen ist fließend.

Bei Undulator-Quellen werden die Elektronen im Undulator einem Magnetfeld mit kürzerer Periode und geringerem Magnetfeld der Ablenkpole als beim Wiggler ausgesetzt, so daß Interferenz-Effekte der Synchrotronstrahlung auftreten. Die Synchrotronstrahlung weist aufgrund der Interferenzeffekte ein diskontinuierliches Spektrum auf und strahlt sowohl horizontal wie vertikal in ein kleines Raumwinkelelement ab; d. h. die Strahlung ist stark gerichtet.

Mit Vorteil ist vorgesehen, daß die Komponenten zur Transformation der Lichtquelle in sekundäre Lichtquellen wenigstens einen Spiegel oder eine Linse umfassen, der bzw. die in Rasterelemente gegliedert ist.

Zum Ausleuchten der Platte mit Rasterelementen kommt vorteilhafterweise eine Kollektoreinheit zum Einsatz, die an die jeweilige Quelle angepaßt ist.

Dabei werden sammelnde, zerstreuende oder Elemente mit anamorphotischer Wirkung in der Kollektoreinheit eingesetzt.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Rasterelemente des Spiegels oder der Linse zur Erzeugung sekundärer Lichtquellen derart geformt sind, daß jedes Rasterelement eine anamorphotische Wirkung aufweist, beispielsweise indem die Rasterelemente des ersten Spiegels zylinderförmig oder toroidförmig ausgebildet sind.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kollektoreinheit eine anamorphische Wirkung besitzt und damit die Lichtquelle in eine sekundäre Lichtquelle abbildet, die in eine tangentiale und sagittale Lichtquelle aufgespalten ist.

Handelt es sich bei dem auszuleuchtenden Feld um ein solches in Rechteckform oder ein Ringsegment, so werden die Rasterelemente vorteilhafterweise rechteckförmig ausgestaltet. Da die Rasterelemente in die Feldebene abgebildet werden, werden sie auch als Feldwaben bezeichnet.

Bei einer Ausführungsform mit sehr großen Aspektverhältnissen des auszuleuchtenden Feldes, beispielsweise einem x-y-Seitenverhältnis von 17,5 : 1 ist mit Vorteil vorgesehen, daß das Aspektverhältnis der zylinder- bzw. toroidförmigen Feldwaben kleiner ist, z. B. 2 : 1, bevorzugt 4 : 1.

Mit Vorteil ist vorgesehen, in Abhängigkeit der im Beleuchtungssystem eingesetzten Feldspiegel bzw. Feldlinse(n) die Feldwaben auf dem ersten Spiegel bzw. der Linse derart anzuordnen, daß die Bilder der sekundären Lichtquellen, die im folgenden als "Teilpupillen" bezeichnet werden, in der Austrittspupille des Beleuchtungssystems weitgehend gleichmäßig verteilt sind.

Hierzu wird zunächst die Rasterung der Teilpupillen in der Austrittspupille des Beleuchtungssystems vorgegeben. Anschließend werden zur Bestimmung der Lage der Feldwaben auf der Feldwabenplatte die Schwerstrahlen der Teilpupillen durch die Feldlinse bzw. Feldlinsen hindurch bis zur Wabenebene gerechnet. Die Richtung der Schwerstrahlen ist so vorgegeben, daß sie die Retikelebene in der Mitte schneiden. Ihr Durchstoßpunkt mit der Wabenebene bestimmt die Position der Feldwaben. Bei dieser Art der Bestimmung der Position der Feldwaben ist die Nebenbedingung einzuhalten, daß der Abstand der Teilpupillen in der vorgegebenen Rasterung so gewählt wird, daß sich die Feldwaben nicht überlappen.

Aufgrund optischer Abbildungsfehler der Feldlinsenabbildung, z. B. Verzeichnung, werden die Feldwaben unsymmetrisch auf der Feldwabenplatte angeordnet sein.

Um den durch die unsymmetrische Anordnung der Waben hervorgerufenen Intensitäts-Tilt in der Pupillenausleuchtung zu kompensieren, ist mit Vorteil vorgesehen, die Reflektivitäten der Waben entsprechend anzupassen.

Möglich ist auch, die Kollektoreinheit entsprechend anzupassen.

Bei ausgedehnten Quellen ist es von Vorteil, zur Vermeidung von Verschmierungen bei der Retikelausleuchtung einen zweiten Spiegel vorzusehen, der ebenfalls in Rasterelemente, die auch als Pupillenwaben bezeichnet werden, aufgegliedert ist.

Um mit Hilfe der Pupillenwaben eine gute Überlagerung der Feldwabenbilder zu erhalten, ist mit Vorteil vorgesehen, die Pupillenwaben zylinderförmig auszubilden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, daß die Pupillenwaben am Ort oder zwischen den sagittalen und tangentialen sekundären Lichtquellen sitzen.

Feld- und Pupillenwaben werden so angeordnet und ausgerichtet, daß zwischen jeweils einer Feld- und einer Pupillenwabe ein Lichtweg hergestellt wird; die Überlagerung der Bilder der Feldwaben in der Retikelebene erreicht wird und die Teilpupillen in der Austrittspupille des Beleuchtungssystems weitgehend gleichmäßig verteilt sind. Bezüglich des Verfahrens zur Anordnung der Feld- und Pupillenwaben wird auf die anhängigen Anmeldungen EP 99106348.8, eingereicht am 2.03.1999, mit dem Titel "Beleuchtungssystem, insbesondere für die EUV-Lithographie", US-Serial No. 09/305,017, eingereicht am 04.05.1999 mit dem Titel "Illumination system particularly for EUV-Lithography" sowie PCT/EP99/02999, eingereicht am 04.05.1999, mit dem Titel "Beleuchtungssystem, insbesondere für die EUV- Lithographie" der Anmelderin verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.

Vorteilhafterweise sind die Feldspiegel oder Feldlinse(n) des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems derart ausgebildet, daß die sagittale und die tangentiale Blendenebene in die Austrittspupille des Beleuchtungssystems abgebildet wird.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Abbildungen beispielhaft beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 den Verlauf der Lichtstrahlen einer Feldwabe, die in der Geometrie der auszuleuchtenden Fläche entspricht und die plan ausgebildet ist.

Fig. 2 die Lichtstrahlen einer zylinderförmigen Wabe mit anamorphotischer Wirkung.

Fig. 3 den y-Schnitt durch ein System mit Lichtquelle, Kollektorspiegel, Zylinderwabenplatte.

Fig. 4 den x-Schnitt durch das System gemäß Fig. 3 mit Lichtquelle, Kollektor, Zylinderwabenplatte.

Fig. 5 das sagittale Strahlenbündel eines Systems mit Lichtquelle, Kollektorspiegel, zentraler quadratischer Zylinderwabe.

Fig. 6 das tangentiale Strahlenbündel eines Systems gemäß Fig. 5.

Fig. 7, 8 die Ausleuchtung des Rechteckfeldes in der vorläufigen Bildebene einer Anordnung gemäß Fig. 5.

Fig. 9 die Pupillenausleuchtung in der Feldmitte eines Systems gemäß Fig. 5.

Fig. 10 das sagittale Strahlenbündel eines Systems Quelle, Kollektorspiegel, zentrale Zylinderwabe mit einem Seitenverhältnis 4 : 1.

Fig. 11 das tangentiale Strahlenbündel eines Systems gemäß Fig. 10.

Fig. 12, 13 die Ausleuchtung des Rechteckfeldes eines Systems gemäß Fig. 10.

Fig. 14 die Pupillenausleuchtung in der Feldmitte eines Systems gemäß Fig. 10.

Fig. 15 den Verlauf der Randstrahlen mit NA = 0,025 einer Ausgestaltung mit Aspektverhältnis 4 : 1 eines rückwärts gerechneten Systems.

Fig. 16 Strahldurchstoßpunkte eines rückwärts gerechneten Strahlgitters in der Wabenebene in einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Fig. 15.

Fig. 17 die Pupillenausleuchtung eines Systems mit gleichmäßiger Verteilung der Feldwaben.

Fig. 18 die Pupillenausleuchtung eines Systems mit ungleichmäßiger Verteilung der Feldwaben.

Fig. 19 die Verteilung der 4 : 1 Waben, die zu einer Pupillenausleuchtung gemäß Fig. 18 führen.

Fig. 20 die Randstrahlen vom Retikel bis zur Eintrittspupille eines Systems Lichtquelle, Kollektor, Zylinderwabenplatte, Feldlinse, Eintrittspupille des Abbildungsobjektives.

Fig. 21 den Verlauf der Sagittalstrahlen für ein System gemäß Fig. 20.

Fig. 22 den Verlauf der Tangentialstrahlen für ein System gemäß Fig. 20.

Fig. 23 die Ausleuchtung des Retikels mit einem Beleuchtungssystem gemäß Fig. 20.

Fig. 24 Intensitätsschnitte parallel zur y-Achse eines Systems gemäß Fig. 20.

Fig. 25 die integrale Scanenergie eines Systems gemäß Fig. 20.

Fig. 26, 27 die Ausleuchtung eines Rechteckfeldes in der vorläufigen Bildebene eines Systems mit astigmatischem Kollektorspiegel und Planfacetten-Wabenkondensor bzw. Planfacetten- Wabenplatte.

Fig. 28 die Pupillenausleuchtung eines Systems gemäß den Fig. 26 bis 27 in der Feldmitte.

In Fig. 1 ist der Lichtverlauf von einer Feldwabe 1, deren Wabenform der Feldausdehnung entspricht, zum Retikel 3 gezeigt. Die Wabe fokussiert das aufgenommene Lichtbüschel in die Blendenebene und erzeugt eine sekundäre Lichtquelle 5. Die Aperturverteilung am Ort der sekundären Lichtquelle 5 entspricht dabei der Feldausleuchtung. Die Feldwaben 1 können plan realisiert sein, wenn die Lichtstrahlen mit der geforderten Konvergenz auf die Feldwaben 1 treffen.

Der Abbildungsmaßstab zwischen Waben und Feld ist durch das Verhältnis der Abstände sekundäre Lichtquelle 5 - Feld 3 und Wabe 1 - sekundäre Lichtquelle 5 gegeben.

Fig. 2 zeigt den Lichtverlauf ausgehend von einer erfindungsgemäß ausgebildeten Feldwabe 6 mit anamorphotischer Wirkung zum Retikel 3.

Mit Feldwaben mit anamorphotischer Wirkung 6 kann für die tangentiale Abbildung (y-Richtung) und für die sagittale Abbildung (x-Richtung) ein unterschiedlicher Abbildungsmaßstab eingestellt werden. Dadurch wird die sekundäre Lichtquelle in eine tangentiale 7 und eine sagittale Linienquelle 9 aufgespalten.

Das Aspektverhältnis der Feldwabe wird dabei deutlich reduziert. Die Feldwaben können zylinderförmig realisiert sein, wenn die sagittalen oder die tangentialen Lichtstrahlen mit der geforderten Konvergenz auf die Feldwaben 6 treffen.

Ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem kann folgende Einzelkomponenten aufweisen:

- eine Kollektoreinheit, z. B. für eine Laserplasmaquelle
- Ellipsoidspiegel, der das beispielsweise von einer Laser-Plasma-Quelle abgestrahlte Licht sammelt und die Quelle auf eine sekundäre Lichtquelle abbildet,
- einen Zylinderwaben-Kondensor bzw. eine Zylinderwabenplatte, der bzw. die aus einer Vielzahl von Zylinderwaben besteht, die das kollimierte Lichtbüschel in Teilbündel zerlegt und die Teilbündel in der Retikelebene überlagert. Die Zylinderwaben sind in einer Ausführungsform der Erfindung im x-Schnitt plan und weisen im y- Schnitt eine zerstreuende Wirkung auf. Bei einer derartigen Ausführungsform liegen am Ort der sekundären Lichtquelle des Kollektorspiegels die sagittalen sekundären Linienquellen. Durch die zerstreuende Wirkung in y-Richtung kommen die tangentialen sekundären Linienquellen zwischen sagittalen sekundären Lichtquellen und Feld zum Liegen. Die Waben werden dabei so ausgerichtet, daß ihre Bilder in der Retikelebene zur Überlagerung kommen. Diesbezüglich wird auf die anhängigen Anmeldungen EP 99106348.8, eingereicht am 2.03.1999, mit dem Titel "Beleuchtungssystem, insbesondere für die EUV-Lithographie", US-Serial No. 09/305,017, eingereicht am 04.05.1999 mit dem Titel "Illumination system particularly for EUV-Lithography" sowie PCT/EP99/02999, eingereicht am 04.05.1999, mit dem Titel "Beleuchtungssystem, insbesondere für die EUV-Lithographie" der Anmelderin verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.

Neben den zuvor beschriebenen Komponenten weist ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem eine oder mehrere Feldspiegel auf. Vorliegend wird die Feldlinse aus zwei grazing incidence Toroidspiegeln gebildet, die das Ringfeld formen, die Scan-Uniformität einstellen und die Austrittspupille des Beleuchtungssytems in die Eintrittspupille des Objektivs abbilden.

In den Fig. 3 und 4 sind die Abkürzungen eingezeichnet, wie sie in der nachfolgenden Systemableitung verwendet werden. Zur besseren Darstellung ist das System linear aufgezogen. Fig. 3 zeigt die tangentiale Abbildung, Fig. 4 die sagittale Abbildung.

Bei Vorgabe der nachfolgenden Größen

- Ringfeld: R = 100 mm, Segment = 60°, Feldhöhe ± 3.0 mm. Dies entspricht einem Rechteckfeld von 105 mm × 6 mm,
- Apertur am Retikel: NA_Ret = 0.025,
- Apertur an der Quelle: NA_Quelle = 0.999,
- d₁ = 100.0 mm,
- Baulänge L = d₃ + d₄ = 1400 mm,
- Anzahl der Waben, die in einer x-Zeile Platz finden: 4
- in einer ersten Ausführungsform:
Aspektverhältnis der Waben (x/y) = 1
in einer zweiten Ausführungsform:
Aspektverhältnis der Waben (x/y) = 4.0

gilt für die sagittale Abbildung, wobei der Kollektorspiegel, da die Facetten in x-Richtung plan sind, durch die sagittale Abbildung bestimmt wird:

Für die tangentiale Abbildung gilt:

Setzt man die Designvorhaben für die obigen Formeln ein, so ergeben sich alle Systemparameter ohne Feldlinse bzw. Feldspiegel. Sowohl für die quadratischen als auch für die rechteckigen 4 : 1 Waben (Seitenverhältnis x : y = 4 : 1) wird im folgenden der gleiche Kollektorteil und x-Schnitt verwendet.

Sagittale Abbildung:

Tangentiale Abbildung für quadratische Waben:

Tangentiale Abbildung für 4 : 1 Waben:

In einer ersten Ausführungsform wird ein System mit quadratischen Waben (Waben mit Aspektverhältnis 1 : 1) betrachtet.

Die Fig. 5 bis 9 zeigen den sich für einen Aufbau Quelle 20, Kollektorspiegel 22, Wabenplatte mit quadratischen Zylinderwaben 24 ergebenden Strahlenverlauf und Ausleuchtungen. Gleiche Bauteile wie in den Fig. 1 bis 4 werden mit denselben Bezugsziffern belegt. Die betrachtete Lichtquelle in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ist eine Laser- Plasma-Lichtquelle, ohne Beschränkung hierauf. Denkbar sind auch andere Lichtquellen wie beispielsweise Pinch-Plasma- oder Synchrotron- Strahlungsquellen. Speziell für den Fall der betrachteten Laser-Plasma- Lichtquelle ist die Kollektoreinheit als sammelnder Kollektorspiegel 22 ausgebildet. Für die anderen Lichtquellen ist eine jeweils an die Quelle angepaßte Kollektoreinheit vorgesehen.

Fig. 5 zeigt ein sagittales Strahlenbündel 26, das die Zylinderwabe in der Mitte der Wabenplatte ausleuchtet. Die sammelnde Wirkung im Sagittalschnitt wird allein durch den Kollektorspiegel 22 aufgebracht. Der x-Schnitt der Waben 24 ist plan. Die sagittale sekundäre Lichtquelle 9 liegt dicht bei der Feldwabe.

Fig. 6 zeigt ein tangentiales Strahlenbündel 28, das die Zylinderwabe in der Mitte der Wabenplatte ausleuchtet. Der y-Schnitt der Waben wirkt zerstreuend, so daß die tangentiale sekundäre Lichtquelle 7 zum Feld bzw. Retikel 3 hin verschoben wird. Dadurch verringert sich der Waben-Abbildungsmaßstab.

Die Fig. 7-8 zeigen die Ausleuchtung des Rechteckfeldes (105.5 mm × 6.0 mm) 30 in der vorläufigen Bildebene bei Verwendung der zuvor niedergelegten Designdaten, und Fig. 9 die Pupillenausleuchtung 32 für einen Punkt in der Feldmitte. In den Fig. 7-8 wird auf eine vorläufige Bildebene Bezug genommen, da die Betrachtung zunächst ohne Feldspiegel bzw. Feldlinse erfolgt. Die Strahlwinkel sind auf den Schwerstrahl bezogen. Entsprechend der Wabenverteilung ergibt sich ein quadratisches Gitter von sekundären Lichtquellen. Die sekundären Lichtquellen sind in y-Richtung in die Länge gezogen, da die Lichtquelle in die sagittale und tangentiale Bildebene unterschiedlich groß abgebildet wird.

Die Fig. 10 bis 14 zeigen die sich für den Aufbau 20 Quelle, Kondensor mit 4 : 1 Zylinderwaben 34 (Waben mit Aspektverhältnis 4 : 1) ergebenden Strahlverlauf und Ausleuchtung.

Fig. 10 zeigt ein sagittales Strahlenbündel 26. Es ergibt sich die gleiche Konfiguration wie bei den quadratischen Waben gemäß Fig. 5.

Fig. 11 zeigt ein tangentiales Strahlenbündel 28. Im Vergleich zu den quadratischen Waben ist die zerstreuende Wirkung der Zylinderwabe geringer.

In den Fig. 12 bis 13 ist die Ausleuchtung des Rechteckfeldes 30 (106 mm × 6 mm) in der vorläufigen Bildebene dargestellt. Fig. 14 zeigt die Pupillenausleuchtung 32 für einen Punkt in der Feldmitte. Die Strahlwinkel sind auf den Schwerstrahl bezogen. Entsprechend der Wabenverteilung ergeben sich zwei um die halbe Seitenlänge verschobene Gitter von sekundären Lichtquellen. Die sekundären Lichtquellen sind in y-Richtung leicht elliptisch, da die Lichtquelle in die sagittale und tangentiale Bildebene unterschiedlich groß abgebildet wird.

Anhand der nachfolgenden Abbildungen soll der Einfluß der Feldlinse 50 und das Verfahren der Rückwärtsrechnung zur Bestimmung der Lage der Feldwaben auf der Feldwabenplatte bzw. der Zylinderwabenplatte näher beschrieben werden. Die Feldlinse bzw. der Feldspiegel erfüllt im EUV- Beleuchtungssystem insbesondere die nachfolgenden Aufgaben:

- Umwandlung des Rechteckfeldes in ein Ringfeld.
- Einstellen der Telezentrie-Bedingung, d. h. Abbilden der Austrittspupille des Beleuchtungssystems in die Eintrittspupille des Objektives.
- Korrektur der Scan-Uniformität.

Durch die Aufspaltung in eine sagittale und eine tangentiale Blendenebene muß die Feldlinse bzw. der Feldspiegel 50 beide Blendenebenen in die Austrittspupille des Beleuchtungssystems abbilden. Sind die Feldspiegel 50 bereits als grazing incidence Spiegel ausgebildet, so weisen sie bereits eine Toroid-Grundform auf. Wie zuvor erläutert, bildet die Feldlinse bzw. der Feldspiegel die sekundären Lichtquellen 7, 9 in die Austrittspupille des Beleuchtungssystems, die vorliegend mit der Eintrittspupille des nachfolgenden Projektionsobjektivs zusammenfällt, ab.

Durch die Abbildung der zentralen Wabe sind die Freiheitsgrade beim Design der Feldlinse ausgeschöpft. Damit die Mittenstrahlen der restlichen Waben die optische Achse in der Retikelebene schneiden, können diese nach Festlegung des Designs gekippt angeordnet werden.

Fig. 15 zeigt einen Teil des Beleuchtungssystems aufgetragen entgegen der Lichtrichtung: Retikel 3, Feldspiegel 50, tangentiale sekundäre Lichtquelle 7, Wabenplatte 34. Das Design der verwendeten Feldlinse bzw. des Feldspiegels wurde in Vorwärtsrichtung bestimmt, indem die zentrale Wabe so abgebildet wurde, daß sich das vorgegebene Ringfeld ergibt und das Bild der tangentialen und sagitalen sekundären Lichtquellen in der Mitte der Austrittspupille liegt. Werden nun der Mittenstrahl und die beiden Randstrahlen ausgehend von der Retikelebene 3 entgegen der Lichtrichtung durchgerechnet, so zeigt sich, daß die Abstände der tangentialen sekundären Lichtquellen untereinander unterschiedlich groß sind. Dementsprechend liegt der Auftreffpunkt des Mittenstrahls auf der Wabenplatte nicht zwischen den Auftreffpunkten der Randstrahlen.

Rechnet man ein ganzes Strahlengitter mit NA = 0,025 ausgehend von der Retikelebene rückwärts, so zeigt Fig. 16, daß die Durchstoßpunkte auf gebogenen Linien 57 liegen, deren Abstände zudem verzeichnet sind.

Bei der Anordnung der Feldwaben ist es vorteilhaft, daß bei einem Aspektverhältnis von 4 : 1 das Gesamtgitter durch zwei Rechteck-Gitter erzeugt wird, die in x-Richtung um eine halbe Seitenlänge und in y-Richtung um eine ganze Seitenlänge verschoben sind. Diese Maßnahme führt zu einer gleichmäßigen Verteilung der sekundären Lichtquellen in der Blendenebene des Beleuchtungssystems. Die Waben sollen dabei die gesamte beleuchtete Fläche in der Wabenebene abdecken. Die Kippwinkel der Waben werden so eingestellt, daß die Mittenstrahlen die Retikelebene auf der optischen Achse schneiden. Betrachtet man sich die für eine derartige Anordnung ergebende Pupillenausleuchtung für einen Punkt in der Mitte der Retikelebene - wie in Fig. 17 gezeigt - so ist die Lage der Teilpupillen aufgrund der Pupillenaberrationen der Feldlinse in y-Richtung verzeichnet. In positiver y- Richtung werden die Teilpupillen zusammengedrängt, in negativer Richtung auseinandergezogen.

Um eine gleichmäßige Verteilung der Teilpupillen in der Austrittspupille des Beleuchtungssystems zu erreichen, wird eine Rückwärtsrechnung durchgeführt. Ziel der Rückwärtsrechnung ist es, daß die Feldwaben so angeordnet werden, daß die Bilder der sekundären Lichtquellen in der Austrittspupille des Beleuchtungssytems, die vorliegend mit der Eintrittspupille des Objektives zusammenfällt, weitgehend gleichmäßig verteilt sind.

Zunächst wird eine Rasterung von Teilpupillen, das sind vorliegend die Bilder der sekundären Lichtquellen, in der Austrittspupille des Beleuchtungssystems vorgegeben. Anschließend wird zur Bestimmung der Lage der Feldwaben auf der Feldwabenplatte bzw. Zylinderwabenplatte der Schwerstrahl der Teilpupillen durch die Feldlinse hindurch bis zur Wabenebene, d. h. bis zur Feldwabenplatte, gerechnet, wobei der Durchstoßpunkt der Schwerstrahlen mit dieser Ebene die Position der Feldwaben bestimmt. Die Richtung der rückwärts gerechneten Schwerstrahlen ist durch den Ort der Teilpupille und dadurch gegeben, daß die Schwerstrahlen durch die Mitte der Retikelebene laufen.

Legt man die in Fig. 18 dargestellte Pupillenausleuchtung für die Feldmitte zugrunde, so ergibt sich die in Fig. 19 dargestellte Verteilung der 4 : 1-Waben 34 mit anamorphotischer Wirkung. Während die Waben 34 in y-Richtung im unteren Teil der Wabenplatte dicht gepackt sind, nimmt ihr Abstand nach oben zu. Dadurch entstehen Lücken zwischen den Waben in y-Richtung, die zu einem Wirkungsgrad von η ≈ 60% führen. Der Wabenanordnung ist die rotationssymmetrische Beleuchtung des Kollektorspiegels als Höhenlinienprofil überlagert. Durch die unsymmetrische Anordnung der Waben in y-Richtung ist ein Intensitäts-Tilt in der Pupillenausleuchtung zu erwarten. Er kann kompensiert werden, indem man die Reflektivitäten der Waben entsprechend anpaßt. Möglich ist auch, die Quelle und Kollektoreinheit so zu gestalten, daß sich trotz der verzerrten Wabenanordnung eine symmetrische Pupillenausleuchtung ergibt.

Nachfolgend sollen in den Fig. 20 bis 25 die Lichtstrahlverläufe sowie die Intensitäten für ein Gesamtsystem Laser-Plasma-Quelle 20, Kollektor 22, Zylinderwaben-Kondensor 100, Feldlinse 50, Projektionsobjektiv dargestellt werden.

Die Zylinderwabenplatte wurde wie zuvor beschrieben mit 4 : 1 Feldwaben 34 in verzeichneter Anordnung ausgeführt.

Die in Fig. 20 dargestellten Randstrahlen 104, 106 des Gesamtsystems treffen sich auf dem Retikel 3 und sind bis zur Eintrittspupille des Objektivs 102 dargestellt. Sie verlaufen erst nach der Feldlinse 50 symmetrisch zum Mittenstrahl 108. Dadurch ist der Kollektor 22 asymmetrisch zur optischen Achse ausgeleuchtet. Die "Abstrahlkeule" der Quelle sollte zur Kompensation entsprechend ausgerichtet werden.

In Fig. 21 ist ein Fan von Sagittal-Strahlen gezeigt, der die zentrale Zylinder- Wabe (0,0) 34 des Zylinderwaben-Kondensors trifft. Die Strahlen leuchten den Ring auf dem Retikel mit der korrekten Orientierung aus und treffen sich in der Eintrittspupille des Objektivs 102.

Fig. 22 zeigt einen Fan von Tangential-Strahlen, der die zentrale Wabe 34 trifft. Die Strahlen leuchten den Ring entlang der y-Achse aus und treffen sich in der Eintrittspupille des Objektivs 102.

In Fig. 23 ist die Ausleuchtung des Retikels mit dem Ringfeld 30 (R = 100 mm, Segment = 60°, Feldhöhe ± 3.0 mm) dargestellt.

Fig. 24 zeigt Intensitätsschnitte parallel zur y-Achse bei x = 0.0, 15.0, 30.0 und 45.0. Die maximale Intensität nimmt zum Feldrand leicht ab, vorliegend von 100% auf 92%. Die y-Breite der Intensitätsverteilungen bleibt nahezu konstant (± 3.0 mm). Am Feldrand ist sie aufgrund der Geometrie des Ringes um 15% größer.

In Fig. 25 ist die für den Lithographie-Prozeß entscheidende integrale Scanenergie, d. h. die Integration der Intensität entlang des Scanweges gezeigt. Die integrale Scanenergie variiert zwischen 95% und 105%. Die Uniformity beträgt ± 5.0%. Die Uniformitätseinbuße ist zum Teil durch die Geometrie des Rings bedingt, da der Scanweg um 15% ansteigt. Durch das Design der Feldlinse konnte bereits ein Teil dieses Anstiegs durch ein Absenken der absoluten Intensität zum Feldrand kompensiert werden.

Alternativ oder gleichzeitig hierzu kann ein homogener Verlauf der Scan- Uniformität auch dadurch erreicht werden, daß man die Reflektivitäten der einzelnen Waben entsprechend einstellt.

Die bislang dargestellten Beleuchtungssysteme haben als besondere Lichtquelle eine Plasma-Licht-Quelle mit einem Quelldurchmesser von 50 µm aufgewiesen, ohne daß die Erfindung hierauf beschränkt ist. Bei derart gering ausgedehnten Lichtquellen kann man auf Pupillenwaben verzichten. Die Wabenabbildung erfolgt wie bei einer Lochkamera. Bei Quellen mit größeren Durchmessern müssen die Feldwaben mit Hilfe von Pupillenwaben auf das Feld abgebildet werden. Ohne die Pupillenwaben würde es zu einer Verschmierung der Retikelausleuchtung kommen. Im Fall der Zylinderwaben ist die Pupillenebene in eine sagittale und in eine tangentiale Blendenebene mit linienförmigen sekundären Lichtquellen aufgespalten. Statt rotationssymmetrischer Waben müssen Zylinderwaben als Pupillenwaben verwendet werden. Kritisch ist vor allem die Ausleuchtung der schmalen Feldseite. Durch Zylinderwaben in der tangentialen Pupillenebene können die Feldwabenbilder in y-Richtung korrekt überlagert werden.

Eine fertigungstechnisch bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die anamorphotische Wirkung auf den Kollektorspiegel zu übertragen. Dies ermöglicht es, mit Planfacetten bei gleichzeitig reduziertem Aspektverhältnis zu arbeiten. Der x-Schnitt des Kollektorspiegels bildet die Quelle in den sagittalen Fokus, der y-Schnitt in den tangentialen Fokus, ab. Die Systemableitung erfolgt zunächst für den x-Schnitt. Dieser legt den Abstand Kollektor - Wabenplatte und Wabenplatte - Retikel fest. Beim y-Schnitt müssen diese geometrischen Randbedingungen berücksichtigt werden.

Die Fig. 26 bis 27 zeigen die Ausleuchtung des Rechteckfeldes (106 mm × 6 mm) in der vorläufigen Bildebene einer Anordnung mit einem Kollektorspiegel, der eine anamorphotische Wirkung aufweist. Dabei wurden quadratische Feldwaben verwendet.

In Fig. 28 ist die Pupillenausleuchtung in der Feldmitte dargestellt. Die Strahlwinkel sind auf den Schwerstrahl bezogen. Entsprechend der Wabenverteilung ergibt sich ein quadratisches Gitter von sekundären Lichtquellen.

Mit der Erfindung wird erstmals ein EUV-Beleuchtungssystem angegeben, bei der mit Hilfe von Komponenten mit anamorphotischer Wirkung das Waben- Aspektverhältnis reduziert werden kann. Insbesondere ermöglicht es die Erfindung erstmals ein Feld mit Aspektverhältnis größer als 1 : 1 mit Waben mit kleinerem Aspektverhältnis als das Feldaspektverhältnis auszuleuchten. Dies hat eine ganz erhebliche Vereinfachung der Fertigung der Wabenplatten zur Folge. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß aufgrund des geringeren Aspektverhältnisses von beispielsweise 4 : 1 oder 1 : 1 der einzelnen Feldwaben eine einfachere Packung auf der Feldwabenplatte möglich ist und damit die sekundären Lichtquellen leichter verteilt werden können im Vergleich zu einer reinen Spalten-Zeilen-Anordnung bei Waben mit großem Aspektverhältnis beispielsweise von 17,5 : 1.

Claims

1. Beleuchtungssystem, insbesondere für die Lithographie mit Wellenlängen 193 nm, welches ein Feld mit einem Aspektverhältnis, das nicht 1 : 1 ist, beleuchtet, umfassend

1. 1.1 eine Lichtquelle
2. 1.2 einen Feldspiegel oder eine Feldlinse
3. 1.3 optische Komponenten zur Transformierung der Lichtquelle in sekundäre Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, daß
4. 1.4 die sekundären Lichtquellen in tangentiale und sagittale sekundäre Lichtquellen aufgespalten werden.

2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem eine Kollektoreinheit umfaßt.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoreinheit eine anamorphotische Wirkung aufweist.

4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoreinheit mindestens einen Kollektorspiegel oder eine Kollektorlinse umfaßt.

5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorspiegel oder die Kollektorlinse eine anamorphotische Wirkung aufweist.

6. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoreinheit die Lichtquelle auf eine tangentiale und eine sagittale sekundäre Lichtquellen aufspaltet.

7. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten wenigstens einen Spiegel oder eine Linse umfassen, der bzw. die in Rasterelemente gegliedert ist.

8. Beleuchtungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterelemente des Spiegels oder der Linse plan ausgebildet sind.

9. Beleuchtungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterelemente des Spiegels oder der Linse derart geformt sind, daß sie anamorphotische Wirkung aufweisen.

10. Beleuchtungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterelemente des ersten Spiegels oder der Linse zylinder- und/oder toroidförmig zur Erzeugung einer anamorphotischen Wirkung ausgebildet sind.

11. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterelemente des ersten Spiegels oder Linse rechteckige Form aufweisen.

12. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Aspektverhältnis des auszuleuchtenden Feldes größer als 2 : 1, insbesondere 13 : 1, vorzugsweise 17, 5 : 1, ist.

13. Beleuchtungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterelemente des ersten Spiegels oder Linse ein Aspektverhältnis aufweisen, das kleiner als das Aspektverhältnis des Feldes ist.

14. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der zylinder- und/oder toroidförmigen Rasterelemente auf der Wabenplatte des ersten Spiegels, der in Rasterelemente gegliedert ist, dadurch bestimmt wird, daß sich in der Austrittspupille des Beleuchtungssystems eine vorgebene Verteilung der sekundären Lichtquellen bzw. Teilpupillen ergibt.

15. Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Verteilung in der Austrittspupille regelmäßig ist.

16. Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Rasterelemente auf der Wabenplatte desweiteren dadurch bestimmt wird, daß von jeder Teilpupille der Schwerstrahl rückwärts durch die Mitte der Retikelebene und durch den Feldspiegel bzw. die Feldlinse bis zur Wabenebene gerechnet wird und die Mittenlage der Feldwaben bestimmt.

17. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektivitäten der einzelnen Feldwaben sich unterscheiden.

18. Beleuchtungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektivität der einzelnen Feldwaben so eingestellt wird, daß sich für die Scan-Uniformität ein homogener Verlauf ergibt.

19. Beleuchtungssystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektivität der einzelnen Feldwaben zueinander so eingestellt wird, daß eine vorgegebene Intensitätsverteilung der einzelnen Teilpupillen erreicht wird.

20. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten einen zweiten Spiegel oder Linse umfassen, der in Rasterelemente gegliedert ist.

21. Beleuchtungssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterelemente des zweiten Spiegels oder Linse zylinderförmig oder toroidförmig ausgebildet sind.

22. Beleuchtungssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterelemente des zweiten Spiegels oder der zweiten Linse am Ort der oder zwischen sagittalen und tangentialen sekundären Lichtquellen angeordnet ist.

23. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Rasterelement des ersten Spiegels oder Linse ein Rasterelement des zweiten Spiegels oder Linse zugeordnet ist.

24. Beleuchtungssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterelemente des zweiten Spiegels oder Linse die Rasterelemente des ersten Spiegels oder Linse in die Retikelebene abbilden.

25. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1-24, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Feldspiegel oder Feldlinsen anamorphotische Wirkung aufweisen.

26. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldspiegel oder die Feldlinse derart ausgebildet ist, daß die sagittale und die tangentiale Blendenebene in die Austrittspupille des Beleuchtungssystems abgebildet wird.

27. EUV-Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie mit einem Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26, einer Maske, einem Projektionsobjektiv sowie einem lichtempfindlichen Objekt, insbesondere einem Wafer auf einem Trägersystem.

28. EUV-Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie gemäß Anspruch 27, ausgeführt als Scanning-System.

29. Verfahren zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente, insbesondere Halbleiterchips mit einer EUV- Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem der Ansprüche 27 bis 28.