DE4342424A1 - Beleuchtungseinrichtung für eine Projektions-Mikrolithographie- Belichtungsanlage - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung für eine Projektions-Mikrolithographie- Belichtungsanlage

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Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für eine Projektions-Mikrolithographie-Belichtungsanlage für die wahlweise Bereitstellung verschiedener Beleuchtungsarten.
Aus EP 0 486 316, EP 0 496 891, EP 0 500 393 und US 5 208 629 sind derartige Beleuchtungseinrichtungen für die symmetrische schiefe Beleuchtung mit zwei oder vier Lichtbündeln bekannt. Es sind jeweils Verstellmöglichkeiten vorgesehen: Bei EP 0 486 316 ist die Geometrie der Quadrupolbeleuchtung verstellbar durch verstellbare Lichtleiter (Fig. 12, 13) oder Linsen (Fig. 17) oder Linsenarrays (Fig. 35) und Fig. 38 zeigt die Anordnung verschiedener Linsenraster auf einem Revolver, mit zwei und vier Lichtbündeln und konventionellem einfachen Lichtbündel. Letzteres ist auch bei EP 0 496 891 Anspruch 13 vorgesehen. Nach Anspruch 12 sind Winkel und Abstand der Quadrupolbeleuchtung einstellbar und in Anspruch 14 ist ein umschaltbarer elektrooptischer Filter zur Darstellung der verschiedenen Beleuchtungsarten angegeben. Auch EP 0 500 393 hat in Fig. 16 einen Revolver für verschiedene Beleuchtungsarten.
Die genannten EP-Schriften sehen vor, das von einem einzigen Kollektor erfaßte Licht einer Lichtquelle mit bekannten Mitteln in 1, 2 oder 4 Lichtflüsse aufzuteilen, um die gewünschte Zahl sekundärer Lichtquellen zu erhalten.
Lediglich EP 0 500 393 sieht alternativ die Anordnung von zwei Lampen (Fig. 12) vor. Die Lichtflecke sind stets kreisförmig oder quadratisch. US 5 208 629 Fig. 80 sieht auch vier partiell ringförmige sekundäre Lichtquellen vor, ohne über deren Erzeugung oder Verstellung etwas anzugeben.
EP 0 297 161 erfaßt das Licht einer Lichtquelle mit zwei gegenüberliegenden Kollektoren und leitet es über Spiegel in die Pupillenebene. Verstellmöglichkeiten und andere als konventionelle Beleuchtung sind nicht vorgesehen. Die Anordnung weist einen Glasstab auf und ein spezielles Filter, das wahlweise unmittelbar am Reticle oder am Ausgang des Glasstabs angeordnet werden kann.
In keiner der oben genannten Schriften ist von der Möglichkeit des Scanning bei der Belichtung die Rede, mit Ausnahme der US-Schrift, wo die Ansprüche 16 und 62 eine rotierende schiefe Beleuchtung - mit einem rotierenden Lichtfleck - vorsehen.
Derartiges ist auch in S. T. Yang et al. SPIE 1264 (1990), Seiten 477-485 vorgesehen und in US 3 770 340 für kohärente (Laser-) Beleuchtung und beliebige Abbildungen beschrieben.
Eine Beleuchtungseinrichtung für die Mikrolithographie nach EP 0 266 203 sieht die Aufspaltung des Lichts einer Lichtquelle in mehrere Lichtflüsse, deren simultanes Scanning, und die gegenseitige Überlagerung vor (Abstract, Anspruch 1). Dies dient der Unterdrückung von Störungen durch kohärentes Licht (vgl. Anspruch 2). Die Aufspaltung in Lichtflüsse erfolgt verlustarm durch geometrische Strahlenteilung (Fig. 4a-d).
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Beleuchtungseinrichtung für eine Projektions- Mikrolithographie-Belichtungsanlage für die wahlweise Bereitstellung verschiedener Beleuchtungsarten einschließlich konventioneller Beleuchtung mit einstellbarem Kohärenzfaktor σ, Ringfeldbeleuchtung und symmetrischer schiefer Beleuchtung aus zwei oder vier Richtungen, die bei großer Universalität hohen Wirkungsgrad bei der Ausnutzung der Lichtquelle mit guter Veränderbarkeit ohne Austausch von Teilen vereinigt und eine gute Abbildungsqualität ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Beleuchtungseinrichtung, in der alle Merkmale des Anspruchs 1 kombiniert sind. Zum einen kann dadurch auf wechselbare optische Elemente in Schiebern, Revolvern oder dergleichen verzichtet werden, die ohnehin nur eine eng begrenzte Auswahl zulassen oder extensive Umbauarbeiten erfordern, zum andern wird die Lichtquelle für alle Beleuchtungsarten gut ausgenutzt.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Ansprüche 2-9. Die Ringsegmentform der Lichtflüsse erlaubt schon durch rein radiales Verstellen außer einer exakten Ringfeldbeleuchtung bei engerer Stellung die klassische Beleuchtung, eventuell mit einer klinen "central obscuration", bei teilweise in der Pupillenebene überlappenden Lichtflüssen und bei weiter Stellung die symmetrische schiefe Beleuchtung. Letztere wird zwar üblicherweise mit kreisförmigen sekundären Lichtquellen gemacht, die Form spielt aber im Detail keine Rolle, vgl. US 5 208 629 mit partiell ringförmigen sekundären Lichtquellen.
Als Lichtquelle ist auch ein Laser geeignet, der mit einem geometrischen Strahlteiler kombiniert wird.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnung.
Fig. 1a zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung seitlich;
Fig. 1b zeigt das selbe in Aufsicht;
Fig. 1c zeigt den Querschnitt der Austrittsflächen der Lichtleiter der Fig. 1a und b;
Fig. 2 zeigt schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 zeigt die sekundären Lichtquellen in der Pupillenebene des Zwischenabbildungssystems
  • a) konventionell,
  • b) Ringfeld
  • c) Quadrupol.
In Fig. 1a) und in Fig. 1b) ist eine Quecksilber- Kurzbogenlampe als Lichtquelle (1) dargestellt, von deren Lichtfluß vier Kollektoren (21-24) jeweils einen großen Raumwinkelbereich erfassen, so daß ein Großteil des Lichts den vier Lichtleitern (31-34) zugeführt wird. Die Lichtleiter (31-34) sind als Querschnittswandler ausgebildet, deren Austrittsflächen ringsegmentförmig sind, wie in Fig. 1c) dargestellt. Zur weitgehenden Homogenisierung der Lichtintensität über die Austrittsflächen sind die Lichtleiter (31-34) z. B. aus statistisch durchmischten Einzelfasern zusammengesetzt. Auch kann ihr Eingangsquerschnitt an die Lichtverteilung angepaßt sein.
Alternativ kann die Beleuchtung der Lichtleiter (31-34) auch durch einen Laser mit Strahlaufweitungsoptik und Pyramidenspiegel als geometrischen Strahlteiler realisiert werden. Der Laser ist dann z. B. ein im UV emittierender Excimer-Laser.
An die Austrittsflächen der vier Lichtleier (31-34) schließen sich je eine Einheit aus einer Relaisoptik (41- 44), einem ersten Umlenkspiegel (511-514) und einem zweiten Umlenkspiegel (521-524) an. Diese Einheiten einschließlich der verbundenen Enden der flexibel ausgeführten Lichtleiter (31-34) sind durch Stellantriebe (541-544) jeweils radial und azimutal verstellbar bzw. scanbar. Eine Steuerung (100) kontrolliert die Stellantriebe (541-544).
Über den Einkoppelspiegel (6) wird das von den vier Umlenkspiegeln (521-524) kommende Licht auf die Eintrittsfläche (71) eines Glasstabs (7) abgebildet. Diese Eintrittsfläche (71) liegt in einer Pupillenebene P der Beleuchtungsanordnung und jede der vier Einheiten kann je nach Stellung der Stellantriebe (541-544) jeweils Teile eines Quadranten dieser Eintrittsfläche ausleuchten. Die vier von den Kollektoren (21-24) erfaßten Lichtströme werden also hier geometrisch zusammengesetzt zu einer effektiven sekundären Lichtquelle.
Bei der Austrittsfläche (72) des Glasstabs (7) befindet sich eine Feldebene F in der ein Reticle-Masking-System (8), also eine verstellbare Blende, angeordnet ist. Mit dem Stellmittel (81) wird das Reticle-Masking-System bedarfsgemäß verstellt.
Das Reticle-Masking-System (8) an dieser Stelle erspart gegenüber bekannten Lösungen den Aufwand für die Bereitstellung einer zusätzlichen Feldebene nur für das Reticle-Masking-System.
Das folgende Zwischenabbildungssystem (9) ist ein Objektiv mit einer Pupillenebene P (93), davor dem Inter-Masking- System (91) und danach einer symbolisch dargestellten Strahlumlenkung (93), bestehend aus einem Planspiegel, welcher in bekannter Weise einen kompakteren Gesamtaufbau ermöglicht. Es folgt das zu beleuchtende Reticle (10) in der Feldebene F.
Das folgende Projektionsobjektiv und der zu belichtende Wafer sind bekannt und nicht dargestellt.
Numerische Apertur und Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs bzw. die Größe seiner Pupille sind jedoch für die geometrischen Daten der Beleuchtungseinrichtung entscheidend und legen dessen erforderlichen Bereich der numerischen Apertur fest.
Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der vor dem Glasstab (7) angeordneten Baugruppe. Lichtquelle (1) und Kollektoren (21, 23) sind wie oben ausgeführt. Die Lichtleiter (31, 33) sind starr, z. B. Glasstäbe. An ihrem Ende sind Verschlüsse (311, 331) vorgesehen, danach folgen Relaisoptiken (41, 43)
Die Scanspiegel (531, 533) sind am Ort der Hinterblende der Relaisoptiken (41, 43) angeordnet und sind einteilig, klein und leicht.
Die Scanspiegel (531, 533) sind um die Symmetrieachse der Anordnung, d. h. die optische Achse des Glasstabs (7), azimutal drehbar und um ihre zur Zeichenebene senkrechte Mittelachse kippbar. Ein Einkoppelspiegel (6) mit bedarfsweise gestalteten Quadranten dient wiederum zur Abbildung auf die Eintrittsfläche (71) des Glasstabs (7)
Durch die kleine und leichte Bauart der Scanspiegel (531, 533) eignen sich diese besonders für ein schnelles Scanning. Die Antriebseinheiten dafür sind nicht dargestellt, ihre Ausführung ist bekannt.
Zu den dargestellten zwei Gruppen für die Erzeugung von zwei sekundären Lichtquellen können analog Fig. 1a und b zwei weitere Gruppen um 90° um die optische Achse gedreht angeordnet werden. Die Form der sekundären Lichtquellen wird dem Bedarf entsprechend festgelegt und durch die Form der Lichtleiter (31, 33) erzeugt.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung nach den Beispielen der Fig. 1 und Fig. 2, aber auch vielfältige Abwandlungen dieser Beispiele, hat als entscheidende Eigenschaft, daß in der Pupillenebene (93) des Zwischenabbildungssystems (9) sekundäre Lichtquellen unterschiedlichster Form und Dimension erzeugt werden können, und zwar in Kombination der in jedem Quadranten (oder bei nur zwei Teilsystemen in jedem Halbkreis) bereitgestellten und am Ausgang der Lichtleiter (31-34) erzeugten Form (insbesondere Ringsegmentform) des Lichtflusses verbunden mit der radialen und azimutalen Verstellung, die durch die Steuerung (100) beliebig eingestellt werden kann.
Die Verstellung kann dabei auch während der Belichtung erfolgen (Scanning).
In Fig. 3a-c sind dafür Beispiele angegeben. Die Bilder zeigen die Lichtbündel in der Pupillenebene (93). Angegeben ist der relative Radius σ bezogen auf den Radius der Pupille des Projektionsobjektivs unter Berücksichtigung des Abbildungsmaßstabs σ wird auch als Kohärenzgrad der Beleuchtung bezeichnet.
Fig. 3a zeigt eine klassische Beleuchtung mit dem relativ geringen σ = 0,3 und einer "central obscuration" von 0,1. Die zentrale Abschattung ist vielfach gewollt, um zentral Justier- und Meßstrahlengänge anordnen zu können.
Die sekundäre Lichtquelle setzt sich aus den Anteilen der vier Quadranten zusammen, in denen jeweils ringsegment­ förmige Lichtflecke (201-204) mit innerem Radius entsprechend σ = 0,1 und äußerem Radius entsprechend σ = 0,3 sowie mit Azimutwinkel 90° als Bilder der entsprechend geformten Enden der Lichtleiter (31-34) liegen. Ohne eine Scanbewegung wird so unmittelbar eine konventionelle Beleuchtung erzeugt, bei der viel Licht von der Lichtquelle (1) erfaßt wird und nichts davon unnötig ausgeblendet wird.
Fig. 3b zeigt in gleicher Darstellung wie Fig. 3a eine Ringfeldbeleuchtung. Die gleichen Lichtflecke (201-204) sind nun radial nach außen verschoben und werden azimutal gescant, d. h. während der Belichtungszeit über ihren jeweiligen Quadranten hinwegbewegt, so daß im zeitlichen Mittel eine Ringfeldbeleuchtung, deren azimutale Homogenität durch den Verlauf der Scanbewegung beeinflußbar ist, erzeugt wird.
Es ist sofort ersichtlich, daß durch Kombination der Beleuchtung nach Fig. 3a und 3b z. B. eine klassische Beleuchtung mit großem σ, z. B. 0,5 bis 0,7 erreicht werden kann, wenn eine radiale Verstellung und ein azimutaler Scan innerhalb der Belichtungszeit kombiniert werden. Auch eine Ringfeldbeleuchtung mit größerer Differenz zwischen innerem und äußerem Radius wird so möglich.
Fig. 3c ist ein Beispiel für die symmetrische schiefe Beleuchtung, ausgeführt als Quadrupolbeleuchtung. In ihrer einfachsten Form geht diese aus der Ringfeldbeleuchtung Fig. 3b durch weglassen der Azimutalbewegung hervor. Typisch werden hier randnahe Lichtflecke (größtes σ ≈ 0,9) benötigt. Die genaue Form der Lichtflecke ist bei der Quadrupolbeleuchtung nicht erheblich (vgl. US 5 208 629). Größe und auch die Form der Quadrupol-Lichtflecke können jedoch durch radiale und azimutale Bewegung während der Belichtungszeit dem Bedarf angepaßt werden.
Hingewiesen sei auch auf die Möglichkeit, verlustfrei eine Dipolbeleuchtung zu realisieren, indem je zwei benachbarte Lichtflecke (201, 202) und (203, 204) azimutal an die Grenze der Quadranten gestellt werden und sich so vereinigen.
Die gezeigte Form der Lichtflecke (201-204) ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, sie kann beliebig abgewandelt werden. Es ist auch möglich, ihre Form durch zusätzliche Blenden, insbesondere mit den Verschlüssen (311-341) vereinigt, zu beeinflussen, obwohl dadurch Lichtverluste hingenommen werden müssen.
Die Ringsegmentform ist der Geometrie der Beleuchtungseinrichtung besonders angepaßt, da sie bei dem mittleren Radius der sekundären Lichtquelle, der zugleich der mittlere Radius der Ringsegmente ist, exakt gleichmäßige radiale Lichtverteilung im Lichtfleck ergibt. Auch bei anderer Lage ist die Lichtverteilung noch gleichmäßiger als z. B. mit einem gescanten runden Fleck (der nicht sehr klein ist). Auch kann dann eine klassische Beleuchtung ohne Scanning exakt realisiert werden.
Als Lichtmischeinrichtung eignet sich bei einer erfindungsgemäßen Anordnung ein Glasstab (7) besser als ein Wabenkondensor, da sein enger Querschnitt eine kompaktere Bauform erlaubt, vgl. Fig. 2, wo die Scan-Spiegel (531, 533) neben dem Glasstab (7) angeordnet sind.
Zur Kompaktheit bei guter Qualität trägt es auch bei, wenn ein Reticle-Masking-System (8) nicht wie üblich in einer extra dafür geschaffenen Zwischen-Feldebene angeordnet ist, sondern in der Feldebene unmittelbar hinter dem Glasstab (7) realisiert ist.
Die Steuerung (100) für die Stelltriebe (541-544) der radialen und azimutalen Bewegung wird zweckmäßig in die Steuerung bekannter Art des Gesamtsystems integriert und generiert programmgesteuert abhängig von der Strukturierung des jeweiligen Reticles die vorgegebenen optimalen Abläufe der Erzeugung der sekundären Lichtquellen.

Claims (11)

1. Beleuchtungseinrichtung für eine Projektions- Mikrolithographie-Belichtungsanlage für die wahlweise Bereitstellung verschiedener Beleuchtungsarten einschließlich konventioneller Beleuchtung mit einstellbarem Kohärenzfaktor (σ), Ringfeldbeleuchtung und symmetrischer schiefer Beleuchtung aus zwei oder vier Richtungen
  • - mit einer Lichtquelle (1),
  • - mit Mitteln (21-24) zum getrennten Erfassen von Lichtflüssen aus zwei oder vier Raumwinkelbereichen des von der Lichtquelle (1) emittierten Lichtflusses,
  • - mit Mitteln (31-34) zum Formen oder Ausblenden der erfaßten Lichtflüsse,
  • - mit einer Spiegelanordnung (511-514, 521-524, 531, 533; 6) zur Abbildung der Lichtflüsse auf Sektoren einer Pupillenebene (93), die fouriertransformiert zur Reticleebene für das abzubildende Reticle (10) ist,
  • - mit Verstellmitteln (541-544) derart, daß die Bilder der Lichtflüsse in der Pupillenebene (93) radial und azimutal verschoben werden können.
2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen (21-24) oder die Mittel zum Formen (31-34) oder Ausblenden der erfaßten Lichtflüsse Lichtleiter (31-34) enthalten.
3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellmittel (541-544) die Lage der Ausgänge der Lichtleiter (31-34) verstellen.
4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellmittel (541-544) Teile der Spiegelanordnung (511-533) verstellen.
5. Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spiegelanordnung (511-533, 6) und der Reticleebene (10) ein Glasstab (7) angeordnet ist.
6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem Austrittsende (72) des Glasstabs (7) ein variables Maskierungssystem (8) angeordnet ist.
7. Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder der Lichtflüsse in der Pupillenebene (93) so dimensioniert sind, daß sie ohne Scanningbewegung geeignet sind für die symmetrische schiefe Beleuchtung oder für die konventionelle Beleuchtung.
8. Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Verändern der Größe der Bilder der Lichtflüsse in der Pupillenebene vorgesehen sind.
9. Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Verändern der Form der Lichtflüsse vorgesehen sind.
10. Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtflüsse in Ringsegmentform gebracht werden.
11. Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser ist und die Mittel zum getrennten Erfassen von Lichtflüssen einen geometrischen Strahlteiler enthalten.
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