EP1485759A2 - Gitterelement zum filtern von wellenlängen = 100nm - Google Patents

Gitterelement zum filtern von wellenlängen = 100nm

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EP1485759A2
EP1485759A2 EP03708203A EP03708203A EP1485759A2 EP 1485759 A2 EP1485759 A2 EP 1485759A2 EP 03708203 A EP03708203 A EP 03708203A EP 03708203 A EP03708203 A EP 03708203A EP 1485759 A2 EP1485759 A2 EP 1485759A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
individual
grating
lattice
elements
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03708203A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Heidemann
Karlfried Osterried
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of EP1485759A2 publication Critical patent/EP1485759A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70575—Wavelength control, e.g. control of bandwidth, multiple wavelength, selection of wavelength or matching of optical components to wavelength
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G02B27/4222—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant in projection exposure systems, e.g. photolithographic systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4233—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application
    • G02B27/4244—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application in wavelength selecting devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1838—Diffraction gratings for use with ultraviolet radiation or X-rays
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/7015—Details of optical elements
    • G03F7/70158—Diffractive optical elements

Definitions

  • Grating element for filtering wavelengths ⁇ 100 nm
  • the invention relates to a grating element for filtering wavelengths ⁇ 100 nm with a large number of individual grating elements, the individual grating elements having grating lines, resulting in a grating periodicity.
  • EUV lithography is one of the most promising future lithography techniques. Wavelengths in the range of 11-14 nm, in particular 13.5 nm, are currently being discussed as wavelengths for EUV lithography at a numerical one
  • the image quality in EUV lithography is determined on the one hand by the projection lens and on the other hand by the lighting system.
  • the illumination system is intended to provide the most uniform possible illumination of the field plane in which the structure-bearing mask, the so-called reticle, is arranged.
  • the projection lens forms the field level in one
  • Image plane the so-called wafer plane, in which a light-sensitive object is arranged.
  • Projection exposure systems for EUV lithography are designed with reflective optical elements.
  • the shape of the field of an EUV projection exposure system is typically that of a ring field with a high aspect ratio of 2 mm (width) x 22-26 mm (arc length).
  • the projection systems are usually operated in scanning mode.
  • EUV projection exposure systems reference is made to the following publications:
  • illumination systems for wavelengths ⁇ 100 nm The problem with illumination systems for wavelengths ⁇ 100 nm is that the light sources of such illumination systems emit radiation which can lead to undesired exposure of the light-sensitive object in the wafer plane of the projection exposure system and, in addition, optical components of the exposure system, such as the multilayer mirrors, are thereby heated ,
  • Transmission filters for example made of zircon, are used in lighting systems for wavelengths ⁇ 100 nm to filter out the unwanted radiation.
  • Such filters have the disadvantage of high light losses. Furthermore, they can be very easily destroyed by thermal stress.
  • Grating elements for example reflection gratings, in particular echelette gratings with an overall efficiency of close to 60%, have been known for some time from monochromator construction for synchrotron radiation sources, and there is good experience in particular even at very high fluxes.
  • Surface normals ⁇ describes the diffraction angle with respect to the surface normals ⁇ and the wavelength ⁇ .
  • a grating element can then be used for spectral filtering in a lighting system for wavelengths ⁇ 100 nm if the individual diffraction orders and the wavelengths are clearly separated from one another.
  • the lattice element can also be constructed from a large number of individual lattices with a continuously changing lattice constant.
  • the individual gratings are then preferably designed as blaze gratings, which are optimized for maximum efficiency in a diffraction order.
  • Blaze grids are known, for example, from Lexikon der Optik, edited by Heinz Hagerborn, pages 48-49. They are characterized by an almost triangular furrow profile.
  • a disadvantage of a grating element which is made up of a large number of individual gratings is that if the same blaze angle is used for the different individual gratings in the convergent beam path, the angle divergence of the incident beams results in a very different diffraction efficiency, for example in the I. Order; i.e. ⁇ (1), depending on the point of impact.
  • Grids are designed with a different blaze depth, depending on the location the blaze depth differences of the different individual grids are very large, which requires a very complex production.
  • the object of the invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art, in particular to provide an easy-to-produce grating element which separates the 0th and 1st diffraction orders and also provides a grating element in the convergent beam path which is independent of the angle of incidence Rays of the beam bundle have a largely uniform diffraction efficiency, so that a largely homogeneous intensity distribution behind a diaphragm plane is formed in an illumination system when using such a grating element.
  • the above object is achieved in that the individual grating elements are arranged one behind the other on a curved surface relative to the plane spanned by the grating element in the direction of the rays of a bundle of rays which impinges on the grating element.
  • the curved surface is generally a surface with a constant curvature, the curvature of the surface not being spherical, but increasing with a decreasing angle of incidence.
  • the curved support surface is a curved surface approximated by a continuous polygon. This has the advantage that flat individual grids can be used, which require little manufacturing effort.
  • they are arranged one behind the other on a curved surface
  • Individual grids each have variable grid periods. This results in an even better separation of the 0th and 1st diffraction orders. If you determine an average line density of the single grid element of G, the line density on the individual grids varies around Ag and Ag in the range of 40 lines / mm ⁇ Ag ⁇ 200 lines / mm. It is preferred if the individual grid elements, as described above for individual grid elements arranged on a continuous polygon, each have a flat grid surface, comprising the grid lines.
  • the individual grid elements each have an aspherical grid surface, comprising the grid lines, as a result of which the required variation in the line density can be reduced.
  • the grating lines of a single grating element can be curved.
  • the curvature of the support surface on which the individual grating elements are arranged is preferably selected so that the blaze angle of the individual grating elements designed as a blaze grating varies so little that the diffraction efficiency deviates only slightly from the maximum blaze efficiency.
  • the invention also provides an illumination system with such a grating element.
  • the lighting system comprises an object plane and a field plane, at least one grating element according to the invention and at least one physical diaphragm in a diaphragm plane which is arranged downstream of the grating element in the beam path from the object plane to the field plane.
  • a largely homogeneous intensity distribution that is, in the field facet plane downstream of the physical aperture in the beam path achieved homogeneous illumination.
  • the at least one physical diaphragm in the lighting system serves to prevent false light other than the desired diffraction order, in particular the 0th diffraction order, from reaching the lighting system with wavelengths well above 100 nm.
  • the at least one physical diaphragm preferably blocks the light of the 0th diffraction order and the further diffraction orders apart from the desired diffraction order, which is preferably the 1st diffraction order.
  • the beams after the physical diaphragm have wavelengths in the range from 7 to 25 nm.
  • the lighting system can comprise a collector unit, the convergent light bundle being directed onto the grating element.
  • the focus of the light beam for an nth diffraction order of the grating element is particularly preferably at the location of the physical aperture or in the vicinity of the physical aperture, where
  • 1.
  • the invention also provides a projection exposure system with such a lighting system and a method for
  • Figure 1 arrangement of a grating element with individual grids and diaphragm arranged one behind the other in the beam path of the collector unit of an illumination system
  • FIGS. 4a and 4b representation of a blaze grating to derive the blaze depth and the blaze angle
  • FIG. 5 diffraction efficiency for grating elements designed as blaze gratings and consisting of different materials
  • a grating element 1 is shown with a plurality of individual grids 9.1, 9.2, 9.3 in the beam path of an illumination system.
  • the individual grids 9.1, 9.2, 9.3 are arranged one behind the other in the beam direction.
  • the light from the light source 3 is collected by a collecting component, the collector 5.
  • the collector 5 is an ellipsoidal mirror, which generates an image of the light source 3.
  • a plurality of partial diaphragms 7.1, 7.2 arranged in front of the physical diaphragm 7.3 can already be used to filter out undesired radiation in order to match the heat load on the physical diaphragm 7.3 with "the circular opening, which is located in the focal plane of the desired diffraction order, here the +1 order 16
  • the screens 7.1, 7.2 can also be cooled, which is not shown.
  • the grid element 1 can also be cooled, for example by cooling on the rear side.
  • the rear cooling device 8 of the grid element 1 with a large number of individual grids 9.1 arranged one behind the other , 9.2, 9.3 is preferably a liquid cooling device with inlet and outlet 10.1, 10.2.
  • the grating element 1 and the physical diaphragm 7.3 make it possible to achieve the 0th order, which comprises all wavelengths of the light source, in an illumination system which has an optical Element according to the invention and a subordinate aperture 7.3 includes blocking completely. In addition, all higher orders except the +1. Order blocked.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a lattice element according to the invention with a multiplicity of individual lattices which are arranged on a curved support surface is to be specified below.
  • the same components as in FIG. 1 are assigned a reference number increased by 100.
  • Shown is a collimated bundle of light 100 which starts from the light source not shown in FIG. 2 and is taken up by the entire grating element according to the invention.
  • the two marginal rays 102, 104 and the center ray 106 are shown.
  • the virtual intermediate image focus Z of the light source (not shown in FIG. 2), which is generated by the collector, also not shown, is shown.
  • the origin of a right-angled coordinate system is defined in the x, y and z directions.
  • This coordinate system is shown in Figure 2. All the sizes given in Table 1 below are based on this. Overall, the exemplary embodiment according to FIG. 2 comprises 18 individual grid elements. Embodiments with fewer than 18 individual gratings are also possible, for example with 10, 7 or 5 individual gratings, without departing from the spirit of the invention.
  • the position of the individual grid elements, of which in FIG. 2 The individual grating elements 109.1, 109.2, 109.17, 109.18 are shown in Table 1 below in the x and y directions with reference to the coordinate system in the intermediate image focus Z in the 0th diffraction order.
  • the center beam 106 of the light bundle 100 falls with the coordinate axis in x
  • Each grating element takes a partial light bundle 100.1 of the total emanating from the light source
  • Each partial light bundle comprises a lower edge beam 104.1, as well as an upper edge beam 102.1 and a center beam 106.1.
  • ⁇ denotes the angle of incidence of a beam, here the center beam 106.1 of the incident partial light bundle 100.1 with respect to the normal 111.1 of the single grating element 109.1, which is perpendicular to the grating surface, ß the angle of reflection in the diffraction order, here the +1.
  • Diffraction order of a diffracted beam here the diffracted center beam 106.1 of the partial light bundle 100.1 compared to the normal 111.1.
  • the focus 113 of the +1. Diffraction order diffracted light bundle comes to rest in the aperture plane 107.3.
  • the origin of the x, y, z coordinate system is defined by the virtual intermediate image focus Z as described in FIG.
  • the angle ⁇ denotes the angle of reflection of a diffracted beam of the partial light bundle, here the center beam 106.1.
  • angles ⁇ and ⁇ are given for the lower and upper marginal ray and the center ray of a partial light bundle incident on the respective individual grating element, the angle ⁇ denotes the angle of inclination of the respective individual grating with respect to the x-axis of the coordinate system given by the virtual intermediate image focus.
  • the individual grids are arranged inclined on a continuous poly-train, i.e. the edges of adjacent individual grids adjoin one another directly, so that when a light bundle 100 grazes, mutual shading of the partial light bundles is not possible.
  • Edges of adjacent single grids are shown for single grids 109.1 and 109.2.
  • the blaze angle ⁇ and the grid line density G in lines / mm are given for the exemplary embodiment according to Table 1 with 18 individual grids.
  • the blaze angle is defined in FIGS. 4a and 4b.
  • the physical diaphragm 107.3 arranged downstream of the grating element 101 is also shown in FIG. In the diaphragm plane of the physical diaphragm 107.3 lies that of the + 1st diffraction order of the individual grating elements 109.1,
  • the width of the 18 individual grids arranged on a base or support plate 115 decreases with a decreasing angle of incidence ⁇ of 51.25 mm for the first point itter 109.1 to 18.03 mm for the 18th single grid 109.18.
  • the base plate 115 can be cooled.
  • the base plate 115 spans a plane E on which is inclined by an angle ⁇ Mittei with respect to the x coordinate axis.
  • the individual grid elements are arranged on a curved surface K of the carrier plate 115.
  • the curved support surface is a continuous polygon, without limitation.
  • the position coordinates x, y and the angles .phi., .Alpha., The blaze angle .epsilon. And the lattice constant G are given in the respective columns for each individual lattice. Furthermore, the angle of inclination ⁇ of the respective individual grid element is given. Since the individual grid elements are flat in the exemplary embodiment shown, only an angle of inclination ⁇ is required to characterize the position of the individual grid element on the curved support surface.
  • the position coordinates x, y and the angles ⁇ ,, the blaze angle ⁇ and the lattice constant G are one for three points
  • Specified single grid namely the two boundary points of the single grid in the x direction and the center position of the respective single grid in the x direction.
  • the edge points correspond to the points of incidence of the edge rays of the respective partial light bundle and the center position corresponds to the point of impact of the central beam of the respective light bundle.
  • Table 1 Grid element with individual grids arranged on a continuous polygon
  • a grid element according to the invention comprises a total of 8 individual grids.
  • the grid element with 8 individual grids is extended over a total length of 521.5 mm in the X direction.
  • the 8 single grids are flat single grid elements that are arranged next to each other on a continuous polygon.
  • the angle of inclination ⁇ of the flat grid surfaces to the X-axis increases continuously and almost linearly from 12.4 ° for the first element to 13.6 ° for the eighth element.
  • the angle of incidence ⁇ drops from 83.8 ° for the first element to 69.4 ° for the eighth element.
  • the mean blaze angle ⁇ of each of the individual elements is constant at 1.21 ° and has a minimum variation of ⁇ 0.2% and a maximum variation ⁇ 7.9% over the area of the individual elements.
  • the average furrow density of the single element increases continuously from 374 L / mm for the first element to 1160 LJmm for the eighth element, whereby the largely linear variation of the furrow density dG / dX over the area of 1.1 mm " ' ' for the first element up to 7.1 m ⁇ r1 is continuously increasing.
  • the focal point of the 1st diffraction order on the diaphragm surface is> 14 mm or> Y, mm
  • the blaze efficiency calculated for this reflection layer in the first diffraction order increases continuously from 65.7% for the first element to 68.1% for the fourth element and then drops to 56.8% for the eighth element.
  • this lattice element with a total of 8 individual lattices consists in the fact that only a small number of 8 individual lattice elements is required, the mean blaze angle on all individual elements is constant and therefore the lattice axes of all individual elements using the same technological process (eg mechanical lattice division or holographic) Exposure with subsequent ion beam etching) can be generated, all individual elements are used in a blaze arrangement the, so that the diffraction efficiency is 64.9% on average, the efficiency only varies by +3.2 / - 8.1%, so that a largely homogeneous intensity distribution over the cross-section of the light beam passing through the aperture is achieved, and the separation of those through the aperture with an aperture diameter of, for example, 2 mm and used in the further lighting system with wavelengths between 13.0 and 14.0 nm from the radiation emitted by the source with other wavelengths with an intensity ratio of> 1000/1.
  • each individual grating of the grating element is designed as a blaze grating.
  • FIG. 4a shows a blaze grating with an approximately triangular furrow profile.
  • the reference numeral 200 designates the beam striking the single grating designed as a blaze grating, for example the single grating 209.1, with the grating period P; 202 the beam reflected on the grating in the 0th order and 204 the beam diffracted in the + 1st order, 206 the in the 1st order and 208 the in the +2. Order diffracted beam.
  • B denotes the blaze depth and P the grating period.
  • ⁇ ( ⁇ - ß) / 2 with the diffraction geometry shown
  • the x-dependence of the diffraction efficiency is determined by the x-dependence of the angle of incidence ⁇ and the blaze angle ⁇ .
  • FIG. 6 shows an EUV projection exposure system with a grating element according to the invention. All components that are identical to components in the previous figures have a reference number increased by 2000.
  • the EUV projection exposure system comprises a light source 2003, a collecting optical component, a so-called collector 2005, which, as a nested collector according to German patent application DE-A-10102934, filed on January 23, 2001 at the German Patent Office for the applicant, the disclosure content of which is fully is included in the present application.
  • the collector 2005 maps the light source 2003 lying in the object plane of the lighting system into an image of the light source or a secondary light source 2004 in or in the vicinity of a diaphragm plane 2007.3.
  • the light source 2003 which can be, for example, a laser plasma source or a plasma discharge source, is arranged in the object plane of the lighting system; that comes in the image plane of the lighting system
  • Image of the primary light source to lie on which is also referred to as a secondary light source.
  • Additional apertures 2007.1, 2007.2 are arranged between grating element 2001 and the physical aperture 2007.3 in order to block the light of undesired wavelengths, in particular wavelengths greater than 30 nm.
  • the focus of the 1st order comes to lie in the plane of the aperture 2007.3, i.e. the light source 2003 is by collector and grating spectral filter in the -1.
  • Diffraction order mapped almost stigmatically in the plane of aperture 2007.3.
  • the representation in all other diffraction orders is not stigmatic.
  • the illumination system of the projection system comprises an optical system 2020 for shaping and illuminating the field level 2022 with an annular field.
  • the optical system comprises two facet mirrors 2029.1, 2029.2 and two imaging mirrors 2030.1, 2030.2 and a field-forming grazing ineidence Mirror 2032. Additional apertures 2007.4, 2007.5, 2007.6, 2007.7 are arranged in the optical system 2020 to suppress false light.
  • the first facet mirror 2029.1 the so-called field facet mirror, generates a multiplicity of secondary light sources in or in the vicinity of the plane of the second facet mirror 2029.2, the so-called pupil facet mirror. Since a homogenization of the intensity distribution in and behind the aperture plane of the physical aperture 2007.3 is achieved with the grating element according to the invention, a largely homogeneous intensity distribution, ie. H. homogeneous illumination is achieved.
  • the following imaging optics images the pupil facet mirror 2029.2 in the exit pupil 2034 of the illumination system, which comes to rest in the entry pupil of the projection objective 2026.
  • the angles of inclination of the individual facets of the first and second facet mirrors 2029.1, 2029.2 are designed such that the images of the individual field facets of the first facet mirror 2029.1 overlap in the field plane 2022 of the illumination system and thus a largely homogenized illumination of the structure-bearing mask, which is in this field plane 2022 comes to rest, is made possible.
  • the segment of the ring field is formed by the grazing incidence mirror 2032, which operates under grazing incidence.
  • a double faceted lighting system is disclosed, for example, in US Pat. No. 6,198,793, imaging and field-shaping components in PCT / EP / 00/07258. The content of the disclosure of these documents is fully incorporated into the present application.
  • the structure-bearing mask arranged in the field plane 2022 which is also referred to as a reticle, is imaged into the image plane 2028 of the field plane 2022 with the aid of a projection objective 2026.
  • the projection lens 2026 is a 6-mirror projection lens, such as in the US application
  • the object to be exposed for example a wafer, is arranged in the image plane 2028.
  • the invention provides for the first time an optical element with which it is possible to select undesired wavelengths directly after the primary light source, with an arrangement on a curved support surface of a plurality of individual gratings, for example on a continuous polygon, homogenizing the intensity distribution in which is reached and behind the aperture level of a physical aperture in an illumination system.
  • the manufacture of the grating element is greatly simplified since the blaze angle differences on the different grids are minimized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gitterelement zum Filtern von Wellenlängen ≤ 100 nm mit einer Vielzahl von Einzelgitterelementen, wobei die Einzelgitterelemente Gitterli­nien, ergebend eine Gitterperiodizität, aufweisen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelgitterelemente in Rich­tung der Strahlen eines Strahlbüschels, das auf das Gitterelement auftrifft, hinter­einander auf einer gekrümmten Trägerfläche relativ zu der durch das Gitterele­ment aufgespannten Ebene angeordnet sind.

Description

Gitterelement zum Filtern von Wellenlängen < 100 nm
Die Erfindung betrifft ein Gitterelement zum Filtern von Wellenlängen < 100 nm mit einer Vielzahl von Einzelgitterelementen, wobei die Einzelgitterelemente Gitter- linien, ergebend eine Gitterperiodizität, aufweisen.
Um die Strukturbreiten für elektronische Bauteile noch weitere reduzieren zu können, insbesondere in den Submikron-Bereich, ist es erforderlich, die Wellenlänge des für die Mikrolithographie eingesetzten Lichtes zu verringern. Denkbar ist die Verwendung von Licht mit Wellenlängen kleiner 100nm, beispielsweise die Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen, die sogenannte EUV-Lithographie.
Die EUV-Lithographie ist eine der vielversprechendsten zukünftigen Lithographietechniken. Als Wellenlängen für die EUV-Lithographie werden derzeit Wellenlän- gen im Bereich 11 - 14 nm, insbesondere 13,5 nm diskutiert bei einer numerischen
Apertur von 0,2 -0,3. Die Bildqualität in der EUV-Lithographie wird bestimmt einerseits durch das Projektionsobjektiv, andererseits durch das Beleuchtungssystem. Das Beleuchtungssystem soll eine möglichst gleichförmige Ausleuchtung der Feldebene, in der die strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel, angeord- net ist, zur Verfügung stellen. Das Projektionsobjektiv bildet die Feldebene in eine
Bildebene, die sogenannte Waferebene ab, in der ein lichtsensitives Objekt angeordnet ist. Projektionsbelichtungsanlagen für die EUV-Lithographie sind mit reflek- tiven optischen Elementen ausgeführt. Die Form des Feldes einer EUV-Projek- tionsbelichtungsanlage ist typischerweise die eines Ringfeldes mit einem hohen Aspektverhältnis von 2 mm (Breite) x 22 - 26 mm (Bogenlänge). Die Projektionssysteme werden üblicherweise im Scanning Mode betrieben. Betreffend EUV- Projektionsbelichtungsanlagen wird auf die nachfolgenden Veröffentlichungen verwiesen:
W.Ulrich, S.Beiersdörfer, H.J.Mann, "Trends in Optical Design of Projection Len- ses for UV- and EUV-Lithography" in Soft-X-Ray and EUV Imaging Systems, W.M.Kaiser, R.H.Stulen (Hrsg), Proceedings of SPIE, Vol.4146 (2000), Seiten 13- 24 und
M.Antoni, W.Singer, J.Schultz, J.Wangler, I.Escudero-Sanz, B.Kruizinga, "lllumina- tion Optics Design for EUV-Lithography" in Soft X Ray and EUV Imaging Systems,
W.M.Kaiser, R.H.Stulen (Hrsg), Proceedings of SPIE, Vol.4146 (2000), Seiten 25- 34
deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufge- nommen wird.
Bei Beleuchtungssystemen für Wellenlängen < 100 nm besteht das Problem, daß die Lichtquellen derartiger Beleuchtungssysteme Strahlung emittiert, die zu einer unerwünschten Belichtung des lichtsensitiven Objektes in der Waferebene des Projektionsbelichtungssystems führen kann und zudem optische Komponenten des Belichtungssystemes, wie beispielsweise die Multilayer-Spiegel hierdurch erwärmt werden.
Zum Ausfiltern der unerwünschten Strahlung werden in Beleuchtungssystemen für Wellenlängen < 100 nm Transmissionsfilter, beispielsweise aus Zirkon, verwandt.
Derartige Filter haben den Nachteil hoher Lichtverluste. Des weiteren können sie sehr leicht durch Wärmebelastung zerstört werden.
Alternativ hierzu ist es möglich, das Ausfiltern mit Gitterelementen, die beispiels- weise eine Vielzahl von Einzelgittem mit einer dem Einzelgitter zugeordneten Gitterperiode aufweisen, vorzunehmen. Bei einer derartigen Methode wird der Umstand ausgenutzt, daß mit Hilfe einer dem Gitterelement im Strahlengang nachge- ordneten Blende insbesondere Licht der 0. Beugungsordnung, das einen erheblichen Anteil Strahlung mit Wellenlängen, die nicht der Nutzwellenlänge, beispiels- weise im Bereich 7 bis 25 nm, entsprechen, ausgefiltert werden kann. Gitterelemente, beispielsweise Reflexionsgitter, insbesondere Echelette-Gitter mit einer Gesamteffizienz nahe 60 % sind schon länger aus dem Monochromatorbau für Synchrotronstrahlungsquellen bekannt, wobei gute Erfahrungen insbesondere auch bei sehr hohen Flüssen vorliegen.
Das Verhalten an Beugungsgittern wird durch die Gittergleichung
n — = sin α sinß P
mit der Gitterperiode p, der Beugungsordnung n, dem Einfallswinkel bezüglich der
Oberflächennormalen α dem Beugungswinkel bezüglich der Oberflächennormalen ß und der Wellenlänge λ beschrieben.
Betrachtet man konvergente oder divergente Strahlung, so muß die optische Wir- kung des Gitters beachtet werden.
Betreffend den Einsatz von Beugungsgittern in Monochromatoren wird auf die nachfolgenden Druckschriften verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird:
H.Petersen, C.Jung, C.Hellwig, W.B.Peatman, W.Gudat : "Review of plane grating focusing for soft x-ray monochromators", Rev.Sci. Instrum. 66(1), January 1995
- M.V.R.K.Murty: "Use of convergent and divergent illumination with plane gratings", Journal of the Optical Society of America, Vol.52, No.7, July 1962, S.768-773
T.Oshio, E.lshiguro, R.lwanaga: "A theory of new astigmatism- and coma- free spectrometer, Nuclear Instruments and Methods 208 (1993) 297-301 Ein Gitterelement kann in einem Beleuchtungssystem für Wellenlängen < 100 nm dann zur spektralen Filterung verwandt werden, wenn die einzelnen Beugungsordnungen und die Wellenlängen deutlich voneinander getrennt sind.
Dies ist im fokussiertem Strahl am einfachsten. Dort liegt im Brennpunkt ein Fokus oder Lichtquellenbild mit begrenztem Durchmesser vor. Allerdings muß man für den fokussierten Strahl eine gewisse Apertur wählen, um nicht zu lange Baulängen zu erhalten. Für Strahlbüschel mit höherer Apertur wird allerdings das Gitterdesign schwieriger, oder man erhält größere Aberrationen.
Erfüllt man das Erfordernis der Trennung der einzelnen Beugungsordnungen, so ergeben sich kompliziert aufgebaute Gitterelemente, beispielsweise mit einer sich kontinuierlich ändernden Gitterkonstante oder einer Anordnung auf einer gebogenen Fläche. Derartige Gitter können nur mit sehr großem Aufwand hergestellt werden.
Alternativ kann man das Gitterelement auch aus einer Vielzahl von Einzelgittern mit sich kontinuierlich ändernden Gitterkonstante aufbauen.
Die Einzelgitter sind dann bevorzugt als Blaze-Gitter ausgelegt, die auf eine maximale Effizienz in einer Beugungsordnung optimiert sind. Blaze-Gitter sind beispielsweise aus Lexikon der Optik, herausgegeben von Heinz Hagerborn, Seiten 48 - 49 bekannt. Sie zeichnen sich durch ein annähernd dreieckförmiges Furchenprofil aus.
Nachteilig an einem Gitterelement, das aus einer Vielzahl von Einzelgittem aufgebaut ist, ist, daß, falls derselbe Blaze-Winkel für die unterschiedlichen Einzelgitter im konvergenten Strahlengang verwandt wird, aufgrund der Winkeldivergenz der auftreffenden Strahlen sich eine stark unterschiedliche Beugungseffizienz, bei- spielsweise in der I .Ordnung; d.h. η (1), je nach Auftreffpunkt ergibt. Werden die
Gitter je nach Lage mit einer unterschiedlichen Blaze-Tiefe ausgebildet, so sind die Blaze-Tiefen-Differenzen der unterschiedlichen Einzelgitter sehr groß, was eine sehr aufwendige Fertigung bedingt.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, die Nachteile des Standes der Technik zu ü- berwinden, insbesondere ein leicht herzustellendes Gitterelement anzugeben, das die 0. und 1. Beugungsordnung trennt und auch im konvergenten Strahlengang ein Gitterelement zur Verfügung stellt, das unabhängig vom Auftreffwinkel der Strahlen des Strahlbüschels eine weitgehend gleichmäßige Beugungseffizienz aufweist, so daß in einem Beleuchtungssystem bei Einsatz eines derartigen Git- terelementes eine weitgehend homogene Intensitätsverteilung hinter einer Blendenebene ausgebildet wird.
Gelöst wird die obengenannte Aufgabe dadurch, daß die Einzelgitterelemente in Richtung der Strahlen eines Strahlbüschels, das auf das Gitterelement auftrifft, hintereinander auf einer gekrümmten Fläche relativ zu der durch das Gitterelement aufgespannten Ebene angeordnet sind. Die gekrümmte Fläche ist im allgemeinen eine Fläche mit stetiger Krümmung, wobei die Krümmung der Fläche nicht sphärisch ist, sondern mit abnehmendem Einfallswinkel zunimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die gekrümmte Trägerfläche eine durch einen stetigen Polygonzug angenäherte gekrümmte Fläche. Dies hat den Vorteil, daß ebene Einzelgitter verwendet werden können, die einen geringen Herstellungsaufwand erfordern.
Bevorzugt weisen die hintereinander auf einer gekrümmten Fläche angeordneten
Einzelgitter jeweils variable Gitterperioden auf. Hierdurch wird eine noch bessere Trennung der 0. und 1. Beugungsordnung erreicht. Legt man eine mittlere Liniendichte des Einzelgitterelementes von G fest, so variiert die Liniendichte auf den Einzelgittern um Ag und Ag liegt im Bereich 40 Linien/mm ≤ Ag ≤ 200 Li- nien/mm. Bevorzugt ist es, wenn die Einzelgitterelemente, wie zuvor für auf einem stetigen Polygonzug angeordnete Einzelgitterelemente beschrieben, je eine ebene Gitteroberfläche, umfassend die Gitterlinien, aufweisen.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, daß die Einzelgitterelemente je eine asphärische Gitteroberfläche, umfassend die Gitterlinien, aufweisen, wodurch die erforderliche Variation der Liniendichte reduziert werden kann.
Um die astigmatische Verwaschung des Zwischenbildes, die generell durch die Beugung des konvergenten Strahlbüschels an Plangittern hervorgerufen wird, zu verhindern, können die Gitterlinien eines Einzelgitterelementes gekrümmt sein.
Die Krümmung der Trägerfläche, auf der die Einzelgitterelemente angeordnet sind, ist bevorzugt so gewählt, daß der Blaze-Winkel der als Blaze-Gitter ausge- führten Einzelgitterelemente so wenig variiert, daß die Beugungseffizienz nur geringfügig von der maximalen Blaze-Effizienz abweicht.
Neben dem erfindungsgemäßen Gitterelement stellt die Erfindung auch ein Beleuchtungssystem mit einem solchen Gitterelement zur Verfügung. Das Beleuch- tungssystem umfaßt eine Objektebene und eine Feldebene, mindestens ein erfindungsgemäßes Gitterelement sowie mindestens eine physikalische Blende in einer Blendenebene, die dem Gitterelement im Strahlengang von der Objektebene zur Feldebene nachgeordnet ist.
In einem Beleuchtungssystem mit zwei facettierten optischen Elementen, wie beispielsweise in der US 6,198,793 oder der US 6,438,199 offenbart, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird, wird insbesondere in der der physikalischen Blende im Strahlengang nachgeord- neten Feldfacettenebene eine weitgehend homogene Intensitätsverteilung, d. h. eine homogene Ausleuchtung erzielt. Die mindestens eine physikalische Blende im Beleuchtungssystem dient dazu, zu vermeiden, daß Fehllicht anderer als der gewünschten Beugungsordnung, insbesondere der 0. Beugungsordnung, mit Wellenlängen weit oberhalb von 100 nm in das Beleuchtungssystem gelangt. Bevorzugt blockt die mindestens eine physikali- sehe Blende das Licht der 0. Beugungsordnung und der weiteren Beugungsordnungen außer der gewünschten Beugungsordnung, die bevorzugt die 1. Beugungsordnung ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn durch die Kombination von Gitter und physikalischer Blende die Strahlen nach der physikalischen Blende Wellenlängen im Be- reich von 7 bis 25 nm aufweisen.
Zur Erzeugung eines konvergenten Lichtbündels kann das Beleuchtungssystem eine Kollektoreinheit umfassen, wobei das konvergente Lichtbündel auf das Gitterelement gelenkt wird.
Besonders bevorzugt kommt der Fokus des Lichtbündels für eine n.-te Beugungsordnung des Gitterelementes am Ort der physikalischen Blende oder in der Nähe der physikalischen Blende zum Liegen, wobei | n | = 1 ist.
Um eine zu große Wärmelast auf der physikalischen Blende in der Blendenebene oder auf nachfolgenden optischen Elementen zu vermeiden, kann ein Teil der nicht gewünschten Strahlung durch weitere Blenden im Beleuchtungssystem herausgefiltert werden. Neben dem Beleuchtungssystem stellt die Erfindung auch eine Projektionsbelich- tungsanlage mit einem derartigen Beleuchtungssystem sowie ein Verfahren zur
Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen zur Verfügung.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben werden.
Es zeigen: Figur 1 Anordnung eines Gitterelementes mit im Strahlengang der Kollektoreinheit eines Beleuchtungssystems hintereinander angeordneten Einzelgittern und Blende
Figur 2 Ausführungsbeispiel der Erfindung mit 18 Einzelgitterelementen
Figur 3 Prinzipskizze zur Herleitung der charakterisierten Größen des Aus
führungsbeispiels gemäß Figur 2
Figuren 4a und 4b Darstellung eines Blaze-Gitters zur Herleitung der Blaze-Tiefe bzw. des Blaze-Winkels
Figur 5 Beugungseffizienz für als Blaze-Gitter ausgebildete Gitterelemente bestehend aus unterschiedlichen Materialien
Figur 6 EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen
Beleuchtungssystem.
In Figur 1 ist ein Gitterelement 1 mit einer Vielzahl von Einzelgittern 9.1 , 9.2, 9.3 im Strahlengang eines Beleuchtungssystem gezeigt. Die Einzelgitter 9.1 , 9.2, 9.3 sind in Strahlrichtung hintereinander angeordnet. Das Licht der Lichtquelle 3 wird von einer sammelnden Komponente, dem Kollektor 5 gesammelt. Der Kollektor 5 ist in diesem Beispiel ein ellipsoidförmiger Spiegel, welcher ein Bild der Lichtquelle 3 erzeugt. Das kollimierte Lichtbüschel mit einer Apertur von etwa NA = 0.1 hinter dem Kollektor 5 wird über das Gitterelement im streifenden Einfall so abgelenkt, daß in oder in der Nähe der Blendenebenen der physikalischen Blende 7.3 das vom Gitter durch Beugung in der +1. Beugungsordnung erzeugte Zwischenbild der Lichtquelle zum Liegen kommt. Durch mehrere vor der physikalischen Blende 7.3 angeordneten Teilblenden 7.1 , 7.2 kann bereits nicht gewünschte Strahlung herausgefiltert werden, um die Wärmelast auf der physikalischen Blende 7.3 mit "der kreisförmigen Öffnung, welche sich in der Fokusebene der gewünschten Beugungsordnung, hier der +1. Ordnung 16, befindet, zu verringern. Die Blenden 7.1 , 7.2 können zusätzlich gekühlt werden, was nicht dargestellt ist. Auch das Gitterelement 1 kann gekühlt sein, beispielsweise durch eine rückseitige Kühlung. Die rückseitige Kühleinrichtung 8 des Gitterelementes 1 mit einer Vielzahl von hintereinander angeordneten Einzelgitter 9.1 , 9.2, 9.3 ist bevorzugt eine Flüssigkühleinrichtung mit Zu- und Ab- lauf 10.1 , 10.2. Durch das Gitterelement 1 und die physikalische Blende 7.3 gelingt es, die O.Ordnung, die sämtliche Wellenlängen der Lichtquelle umfaßt, in einem Beleuchtungssystem, das ein optisches Element gemäß der Erfindung sowie eine diesem nachgeordnete Blende 7.3 umfaßt, vollständig zu blocken. Darüber hinaus werden auch alle höheren Ordnungen außer der +1. Ordnung blockiert.
Nachfolgend soll ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gitterelementes mit einer Vielzahl von Einzelgittern, die auf einer gekrümmten Trägerfläche angeordnet sind, angegeben werden. Gleiche Bauteile wie in Figur 1 sind mit einer um 100 erhöhten Bezugsziffer belegt. Dargestellt ist ein kollimiertes Lichtbüschel 100, das von der in Figur 2 nicht dargestellten Lichtquelle ausgeht und von dem gesamten erfindungsgemäßen Gitterelement aufgenommen wird. Dargestellt sind die beiden Randstrahlen 102, 104 und der Mittenstrahl 106. Des weiteren dargestellt ist der virtuelle Zwischenbildfokus Z der in Figur 2 nicht dargestellten Lichtquelle, der durch den ebenfalls nicht dargestellten Kollektor erzeugt wird. Im Zwi- schenbildfokus Z wird der Ursprung eines rechtwinkligen Koordinatensystem in x-, y- und z-Richtung definiert. Dieses Koordinatensystem ist in Figur 2 dargestellt. Hierauf sind alle in der nachfolgenden Tabelle 1 angegebenen Größen bezogen. Insgesamt umfaßt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 18 Einzelgitterelemente. Es sind auch Ausführungsbeispiele mit weniger als 18 Einzelgittern möglich, beispielsweise mit 10, 7 oder 5 Einzelgittern, ohne daß vom Gedanken der Erfindung abgewichen wird. Die Lage der Einzelgitterelemente, von denen in Figur 2 die Einzelgitterelemente 109.1 , 109.2, 109.17, 109.18 dargestellt sind, sind in nachfolgender Tabelle 1 in x- und y-Richtung mit Bezug auf das Koordinatensystem im Zwischenbildfokus Z in der 0. Beugungsordnung angegeben.
Der Mittenstrahl 106 des Lichtbüschels 100 fällt mit der Koordinatenachse in x-
Richtung für y = 0 des Koordinatensystems im Zwischenbildfokus Z zusammen. Des weiteren in Figur 2 eingezeichnet sind die Winkel α , φ und ψ für das erste
Einzelgitterelement 109.1 , die in Figur 3 nochmals detaillierter dargestellt. Gleiche Bauteile wie in Figur 2 tragen dieselben Bezugsziffern. Jedes Gitterelement nimmt ein Teillichtbüschel 100.1 des gesamten von der Lichtquelle ausgehenden
Lichtbüschels 100 auf. Jedes Teillichtbüschel umfasst einen unteren Randstrahl 104.1, sowie einen oberen Randstrahl 102.1 sowie einen Mittenstrahl 106.1. α bezeichnet den Einfallswinkel eines Strahls, hier des Mittenstrahls 106.1 des einfallenden Teilichtbüschels 100.1 gegenüber der Normalen 111.1 des Einzelgitter- elementes 109.1 , die senkrecht auf der Gitteroberfläche steht, ß den Ausfallswinkel in die Beugungsordnung, hier die +1. Beugungsordnung eines gebeugten Strahls, hier des gebeugten Mittenstrahls 106.1 des Teillichtbüschels 100.1 gegenüber der Normalen 111.1. Der Fokus 113 des in die +1. Beugungsordnung gebeugten Lichtbüschels kommt in der Blendenebene 107.3 zum Liegen. Der Ur- sprung des x, y, z - Koordinatensystems wird wie in Figur 2 beschrieben durch den virtuellen Zwischenbildfokus Z definiert.
Der Winkel φ bezeichnet den Winkel eines einfallenden Strahls, bspw. des Mittenstrahls 106.1 des Teillichtbüschels gegenüber der Koordinatenachse in x- Richtung bei y = 0. Der Winkel ψ bezeichnet den Neigungswinkel des Einzelgitterelements, hier des Einzelgitterelements 109.1 gegenüber der x- Koordinatenachse bei y = 0. Der Winkel χ bezeichnet den Ausfallswinkel eines gebeugten Strahls des Teillichtbüschels, hier des Mittenstrahls 106.1. Es gelten nachfolgende Zusammenhänge: α = 90° - ψ - φ und ß = 90° - χ + ψ
Die so definierten Winkel α , φ und ψ sind für sämtliche Einzelgitterelemente des gesamten hieraus zusammengesetzten Gitterelementes in Tabelle 1 angegeben.
Die Winkel α und φ sind jeweils für den unteren und oberen Randstrahl sowie den Mittenstrahl eines auf das jeweilige Einzelgitterelement einfallenden Teillichtbüschels angegeben, der Winkel ψ bezeichnet den Neigungswinkel des jeweiligen Einzelgitters gegenüber der x-Achse des durch den virtuellen Zwischenbildfokus gegebenen Koordinatensystems.
Die Einzelgitter sind, wie aus Figur 3 hervorgeht, geneigt auf einem stetigen Poly- zug angeordnet, d.h. die Kanten benachbarter Einzelgitter grenzen direkt aneinander an, so daß bei streifendem Einfall eines Lichtbüschels 100 eine gegenseiti- ge Abschattung der Teillichtbüschel nicht möglich ist. Das Aneinanderstoßen der
Kanten benachbarter Einzelgitter ist für die Einzelgitter 109.1 und 109.2 gezeigt. Neben den Lagekoordinaten x und y sowie den Winkelkoordinaten, φ , α und ψ sind für das Ausführungsbeispiel gemäß Tabelle 1 mit 18 Einzelgitter der Blaze- Winkel ε sowie die Gitterliniendichte G in Linien/mm angegeben.
Der Blaze-Winkel ist in den Figuren 4a und 4b definiert.
Des weiteren in Figur 3 dargestellt ist die dem Gitterelement 101 nachgeordnete physikalische Blende 107.3. In der Blendenebene der physikalischen Blende 107.3 liegt das von der +1.Beugungsordnung der Einzelgitterelemente 109.1 ,
109.2, 109.17, 109.18 erzeugte Zwischenbild 113 der in Figur 3 nicht dargestellten Lichtquelle.
Die Breite der auf einer Basis- oder Trägerplatte 115 angeordneten 18 Einzelgitter verringert sich mit abnehmendem Einfallswinkel α von 51 ,25 mm für das 1. Ein- zeig itter 109.1 auf 18,03 mm für das 18. Einzelgitter 109.18. Die Basisplatte 115 kann gekühlt sein. Die Basisplatte 115 spannt eine Ebene E auf die gegenüber der x-Koordinatenachse um einen Winkel ψMittei geneigt ist. Bezüglich dieser Ebene E sind die Einzelgitterelemente auf einer gekrümmten Fläche K der Trägerplatte 115 angeordnet. Die Einzelgitterelemente sind gegenüber der Ebene E um einen Winkel ψ' = ψMittei - ψ geneigt. Bei der gekrümmten Trägerfläche handelt es vorliegend um einen stetigen Polygonzug ohne Beschränkung hierauf. Für das in Figur 3 gezeigte Ausführungsbeispiel sind in Tabelle 1 für jedes Einzelgitter die Lagekoordinaten x, y sowie die Winkel φ , α , der Blaze-Winkel ε und die Gitterkonstante G in den jeweiligen Spalten angegeben. Des weiteren angegeben ist der Neigungswinkel ψ des jeweiligen Einzelgitterelementes. Da die Einzelgitterelemente im dargestellten Ausführungsbeispiel plan sind, ist lediglich die Angabe eines Neigungswinkels ψ zur Charakterisierung der Lage des Einzelgitterelementes auf der gekrümmten Trägerfläche erforderlich. Die Lagekoordinaten x, y sowie die Winkel φ , , der Blaze-Winkel ε und die Gitterkonstante G sind für je drei Punkte eines
Einzelgitters angegeben, nämlich den beiden Randpunkten des Einzelgitters in x- Richtung sowie die Mittenposition des jeweiligen Einzelgitters in x-Richtung. Die Randpunkte entsprechen den Auftreffpunkten der Randstrahlen des jeweiligen Teillichtbüschels und die Mittenposition dem Auftreffpunkt des Mittenstrahls des jeweiligen Lichtbüschels. Die Position des Zwischenbildes in der -
1.Beugungsordnung liegt bei x = 54,654 mm und in y-Richtung bei y = 208,885 mm
Tabelle 1 : Gitterelement mit auf einem stetigen Polygonzug angeordneten Einzelgittern
In einem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst ein Gitterelement gemäß der Erfindung insgesamt 8 Einzelgitter.
Das Gitterelement mit 8 Einzelgittern ist über eine Gesamtlänge von 521.5 mm in X- Richtung ausgedehnt. Die 8 Einzelgitter sind ebenen Einzelgitterelementen, die auf einem stetigen Polygonzug nebeneinander angeordnet sind.
Der Neigungswinkel ψ der ebenen Gitterflächen zur X-Achse steigt kontinuierlich und nahezu linear von 12.4° für das erste Element bis auf 13.6° für das achte Element an. Der Einfallswinkel α sinkt von 83.8° für das erste Element auf 69.4° für das achte Element. Der mittlere Blazewinkel ε von jedem der Einzelelemente liegt konstant bei 1.21° und weist eine minimale Variation von ± 0.2% und eine maximale Variation ± 7.9% übe die Fläche der Einzelelemente auf.
Die mittlere Furchendichte des Einzelelements steigt kontinuierlich von 374 L/mm für das erste Element auf 1160 LJmm für das achte Element an, wobei die weitgehend lineare Variation der Furchendichte dG/dX über die Fläche von 1.1 mm"'' für das erste Element bis zu 7.1 mιτr1 kontinuierlich zunimmt.
Mit einem derartigen Gitterelement mit insgesamt 8 Einzelgittern wird im Zusammenwir ken mit dem Kollektorspiegelelement ein punktförmiges, spektral zerlegtes Bild der Lichtquelle in der Blendenfläche bei der Wellenlänge von λ=13.5 nm erzeugt. Die mini- malen Abstände der in 0. und 2. Beugungsordnung erzeugten Bilder der Quelle vom
Fokuspunkt der 1. Beugungsordnung auf der Blendenfläche betragen >14 mm bzw. >Y, mm
Die Einzelgitterelemente werden z.B. mit einer Ruthenium-Reflexionsschicht belegt, die von allen bekannten Metallschichten für λ =13.5 nm die höchste Reflektivität aufweist.
Die für diese Reflexionsschicht berechnete Blazeeffizienz in 1. Beugungsordnung steigl kontinuierlich von 65.7% für das erste Element auf 68.1% für das vierte Element und fällt dann auf 56.8% für das achte Element ab.
Der besondere Vorteil dieses Gitterelements mit insgesamt 8 Einzelgittern bestehen darin, dass nur eine kleine Anzahl von 8 Einzelgitterelemente benötigt wird, der mittlere Blazewinkel auf allen Einzelelementen konstant ist und daher die Gitterfu- chen aller Einzelelemente mit dem gleichen technologischen Verfahren (z.B. mechanische Gitterteilung oder holographische Belichtung mit anschließendem lonenstrahlät- zen) erzeugt werden können, alle Einzelelemente in Blazeanordnung verwendet wer- den, so daß die Beugungseffizienz im Mittel 64.9% beträgt, die Effizienz nur um +3.2 / - 8.1 % variiert, so daß eine weitgehend homogene Intensitätsverteilung über den Querschnitt des durch die Blende tretenden Lichtbündels ereicht wird, und die Trennung der durch die Blende mit einem Öffnungsdurchmesser von z.B. 2 mm tre- tenden und im weiteren Beleuchtungssystem verwendeten Strahlung mit Wellenlängen zwischen 13.0 und 14.0 nm von der von der Quelle mit anderen Wellenlängen emittierten Strahlung mit einem Intensitätsverhältnis von > 1000/1 erfolgen kann.
Um ein Gitterelement 100 mit optimaler Beugungseffizienz η (+1) in der +1.Ordnung zu erhalten, wird bei einem erfindungsgemäßen Gitterelement bevorzugt jedes Einzelgitter des Gitterelementes als Blaze-Gitter ausgebildet.
In Figur 4a ist ein Blaze-Gitter mit annähernd dreieckförmigen Furchenprofil gezeigt. Die Bezugsziffer 200 bezeichnet den auf das als Blaze-Gitter ausgelegte Einzelgitter, beispielsweise das Einzelgitter 209.1, mit der Gitterperiode P auftreffenden Strahl; 202 den am Gitter in die O.Ordnung reflektierten und 204 den in die +1.Ordnung gebeugten Strahl, 206 den in die -1.Ordnung und 208 den in die +2. Ordnung gebeugten Strahl. Für den Blaze-Winkel ergibt sich in Abhängigkeit von der zuvor genannten Größen die nachfolgende Gleichung:
arctan * P
Hierbei bezeichnet B die Blaze-Tiefe und P die Gitterperiode. In Figur 4b ist ist mit der dargestellten Beugungsgeometrie ε = (α - ß)/2
die Bedingung gegeben, dass der mit dem Winkel α gegenüber der Gitternorma¬
len einfallende Strahl 200 mit der zum Blaze-Winkel ε gehörenden Blazeeffizienz
unter dem Beugungswinkel ß gegenüber der Gitternormalen 211 in den Strahl in Richtung auf das Blendenzentrum 113 in Figur 3 gebeugt wird. Die Gittergleichung nimmt unter dieser Blaze-Bedingung die Form:
n * λ / p = sin (α) - sin (α - 2 ε) = sin (θ/2 + ε) - sin (θ/2 - ε)
an, wobei θ = α + ß
den Ablenkwinkel zwischen Strahl 200 und Strahl 204 bezeichnet.
Wie Figur 5 zeigt, hängt die Beugungseffizienz in der +1. Ordnung η (+1) von der
Position X auf dem Gitterelement und von den verwendeten Materialien der Gitteroberfläche bzw. der auf das Gitter aufgebrachten Reflexionsschicht ab. Die x- Abhängigkeit der Beugungseffizienz wird von der x-Abhängigkeit des Einfallswin- kels α sowie des Blaze-Winkels ε bestimmt.
In Figur 5 bezeichnet Bezugsziffer 1000 die Beugungseffizienz η (-1) bei einer Wellenlänge von λ = 13,5 nm für Ruthenium, Bezugsziffer 1002 für Palladium, Bezugsziffer 1004 für Rhodium und Bezugsziffer 1006 für Gold.
Wie aus Figur 5 hervorgeht, ist mit Ruthenium die höchste Effizienz von 0,7 zu erreichen. Eine Beschichtung aus Palladium oder Rhodium, die bessere Langzeiteigenschaften aufweist, weist aber nur eine um 3 % schlechtere Effizienz η (-1) von 0,67 auf. Gold wird üblicherweise bei Synchrotrongittern verwendet, hat aber, wie aus der Kurve 1006 hervorgeht, bei λ = 13,5 nm eine deutlich schlechtere
Effizienz als die vorgenannten Materialien. In Figur 6 ist eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Gitterelement gezeigt. Sämtliche Bauteile, die identisch mit Bauteilen in den vorangegangenen Figuren sind, tragen eine um 2000 erhöhte Bezugsziffer. Die EUV-Projektionsbelichtungsanlage umfaßt eine Lichtquelle 2003, ein sammelnde optische Komponente, einen sog. Kollektor 2005, der als genesteter Kollektor gemäß der deutschen Patentanmeldung DE-A-10102934, eingereicht am 23.01.2001 , beim Deutschen Patentamt für die Anmelderin, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung miteingeschlossen wird, ausgebildet ist. Der Kollektor 2005 bildet die in der Objektebene des Beleuchtungs- systemes liegende Lichtquelle 2003 in ein Bild der Lichtquelle oder eine sekundäre Lichtquelle 2004 in oder in der Nähe einer Blendenebene 2007.3 ab.
Vorliegend ist die Lichtquelle 2003, die beispielsweise eine Laser-Plasma-Quelle oder eine Plasma-Entladungsquelle sein kann, in der Objektebene des Beleuch- tungssystems angeordnet; in der Bildebene des Beleuchtungssystems kommt das
Bild der primären Lichtquelle zum Liegen, die auch als sekundäre Lichtquelle bezeichnet wird.
Zwischen Gitterelement 2001 und der physikalischen Blende 2007.3 sind zusätzli- ehe Blenden 2007.1 , 2007.2 angeordnet, um das Licht ungewünschter Wellenlängen, insbesondere Wellenlängen größer als 30 nm, abzublocken. Erfindungsgemäß kommt in der Ebene der Blende 2007.3 der Fokus der -I .Ordnung zu Liegen, d.h. die Lichtquelle 2003 wird durch Kollektor und Gitterspektralfilter in der -1. Beugungsordnung nahezu stigmatisch in die Ebene der Blende 2007.3 abgebildet. Die Abbildung in alle anderen Beugungsordnungen ist nicht stigmatisch.
Des weiteren umfaßt das Beleuchtungssystem des Projektionssystems ein optisches System 2020 zur Formung und Ausleuchtung der Feldebene 2022 mit einem ringförmigen Feld. Das optische System umfaßt als Mischeinheit zur homo- genen Ausleuchtung des Feldes zwei Facettenspiegel 2029.1 , 2029.2 sowie zwei abbildende Spiegel 2030.1 , 2030.2 und einen feldformenden grazing-ineidence Spiegel 2032. Im optischen System 2020 sind zusätzliche Blenden 2007.4, 2007.5, 2007.6, 2007.7 zur Unterdrückung von Fehllicht angeordnet.
Der erste Facettenspiegel 2029.1 , der sogenannte Feldfacettenspiegel, erzeugt eine Vielzahl von sekundären Lichtquellen in oder in der Nähe der Ebene des zweiten Facettenspiegels 2029.2, dem sogenannten Pupillenfacettenspiegel. Da mit dem erfindungsgemäßen Gitterelement eine Homogenisierung der Intensitätsverteilung in und hinter der Blendenebene der physikalischen Blende 2007.3 erreicht wird, wird auch auf dem Feldfacettenspiegel 2029.1 eine weitgehend homo- gene Intensitätsverteilung, d. h. eine homogene Ausleuchtung erreicht. Die nachfolgende Abbildungsoptik bildet den Pupillenfacettenspiegel 2029.2 in die Austrittspupille 2034 des Beleuchtungssystems ab, welche in der Eintrittspupille des Projektionsobjektives 2026 zum Liegen kommt. Die Neigungswinkel der einzelnen Facetten der ersten und zweiten Facettenspiegel 2029.1 , 2029.2 sind dabei so ausgelegt, daß sich die Bilder der einzelne Feldfacetten des ersten Facettenspiegels 2029.1 in der Feldebene 2022 des Beleuchtungssystems überlagern und somit eine weitgehend homogenisierte Ausleuchtung der strukturtragenden Maske, welche in dieser Feldebene 2022 zum Liegen kommt, ermöglicht wird. Das Segment des Ringfeldes wird über den unter streifenden Einfall betriebenen feldfor- menden grazing-incidence Spiegel 2032 ausgebildet.
Ein doppelt facettiertes Beleuchtungssystem ist beispielsweise in dem US-Patent US-B-6198793 offenbart, abbildende und feldformende Komponenten in der PCT/EP/00/07258. Der Offenbarungsgehalt dieser Schriften wird vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen.
Die in der Feldebene 2022 angeordnete strukturtragende Maske, die auch als Re- tikel bezeichnet wird, wird mit Hilfe eines Projektionsobjektives 2026 in die Bildebene 2028 der Feldebene 2022 abgebildet wird. Das Projektionsobjektiv 2026 ist ein 6-Spiegel-Projektionsobjektiv wie beispielsweise in der US-Anmeldung
60/255214 eingereicht am 13.12.2000 beim US-Patentamt für die Anmelderin bzw. der DE-A-10037870 offenbart, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird. In der Bildebene 2028 ist das zu belichtende Objekt, beispielsweise ein Wafer, angeordnet.
Mit der Erfindung wird erstmals ein optisches Element angegeben, mit dem es möglich ist, unerwünschte Wellenlängen direkt nach der primären Lichtquelle zu selektieren, wobei durch eine Anordnung auf einer gekrümmten Trägerfläche einer Vielzahl von Einzelgittern, beispielsweise auf einem stetigen Polygonzug, eine Homogenisierung der Intensitätsverteilung in der und hinter der Blendebene einer physikalischen Blende in einem Beleuchtungssystem erreicht wird. Außerdem wird die Fertigung des Gitterelements stark vereinfacht, da die Blaze-Winkel- Differenzen auf den verschiedenen Gittern minimiert werden.
Bezugszeichenliste
1 Gitterelement
2 Lichtquelle 5 Kollektor
7.1 , 7.2, 7.3
7.4, 7.5, 7.6
7.7 Blenden des Beleuchtungssystems
8 Kühleinrichtung 9.1 , 9.2, 9.3 Einzelgitter
10.1 , 10.2 Zu- und Ablauf der Kühleinrichtung
100, 100.1 kollimiertes Lichtbüschel bzw. Teillichtbüschel ausgehend von der Lichtquelle
101 Gittererelement 102, 102.1 oberer Randstrahl des von der Lichtquelle einfallenden Lichtbüschels bzw. Teillichtbüschels
104, 104.1 unterer Randstrahl des von der Lichtquelle einfallenden Lichtbüschels bzw. Teillichtbüschels
106, 106.1 Mittenstrahl des von der Lichtquelle einfallenden Lichtbüschels bzw. Teillichtbüschels
107.3 physikalische Blende
109.1 , 109.2
109.17
109.18 Einzelgitter 113 Zwischenbild
115 Basis- oder Trägerplatte
200 einfallender Strahl
202 in die 0. Ordnung gebeugter Strahl
204 in die 1. Ordnung gebeugter Strahl 1000, 1002
1004, 1006 Beugungseffizienz η (-1) für unterschiedliche Materialien 2001 Gitterelement
2003 Lichtquelle
2005 genesteter Kollektor
2007.1 ,
2007.2,
2007.3,
2007.4,
2007.5 Blenden des Beleuchtungssystems
2020 optisches System
2022 Feldebene
2026 Projektionsobjektiv
2028 Bildebene der Feldebene
2029.1 ,
2029.2 Facettenspiegel
2030.1 ,
2030.2 abbildende Spiegel
2032 feldformende Spiegel
2034 Austrittspupille des Beleuchtungssv
Z virtueller Zwischenbildfokus in der ( α Einfallswinkel eines Strahls gegenüber der Gitternormalen φ Winkel eines Strahls gegenüber der x-Koordinatenachse ψ Neigungswinkel eines Einzelgitters

Claims

Patentansprüche itterelement zum Filtern von Wellenlängen < 100 nm mit einer Vielzahl von Einzelgitterelementen (9.1, 9.2, 9.3, 109.1 , 109.2, 109.3, 109.17, 109.18), wobei die Einzelgitterelemente Gitterlinien, ergebend eine Gitterperiodizität aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgitterelemente (9.1, 9.2, 9.3, 109.1, 109.2, 109.3, 109.17, 109.18) in Richtung der Strahlen eines Lichtbüschels (100), das auf das Gitterelement (1 , 2001) auftrifft, hintereinander auf einer gekrümmten Trägerfläche relativ zu der durch das Gitterelement (1 , 2001) aufgespannten Ebene angeordnet sind.
Gitterelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Trägerfläche eine durch einen stetigen Polygonzug definierte ge- krümmte Fläche ist.
Gitterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterlinien der Einzelgitterelemente eine Liniendichte (G) aufweisen, die auf dem Einzelgitter um Ag variiert und Ag im Bereich 40 Linien/mm < Ag < 200 Linien/mm, bei einer Liniendichte der Einzelgitter im Bereich 400 Linien/mm < g < 2000 Linien/mm
Gitterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß auf jedes Einzelgitter die Strahlen eines Teillichtbüschel des von der Quelle ausgehenden Lichtbüschels unter Winkeln α auftreffen, und die auf das jeweilige Einzelgitter auftreffenden Winkel α um Δ variieren und Δα im Bereich Δα < 3°, bevorzugt < 2°, besonders bevorzugt < 1° liegt, bei Einfallswinkeln α auf die Einzelgitter im Bereich 85° < α 65°
5. Gitterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgitterelemente (9.1 , 9.2, 9.3, .109.1 , 109.2, 109.3, 109.17, 109.18) je eine ebene Gitteroberfläche, umfassend Gitterlinien, aufweisen.
6. Gitterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgitterelemente (9.1 , 9.2, 9.3, 109.1 , 109.2, 109.3, 109.17, 109.18) je eine asphärische Gitteroberfläche, umfassend Gitterlinien, aufweisen.
7. Gitterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterlinien gekrümmt ausgebildet sind.
8. Gitterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das auf das Gitterelement auftreffende Strahlbüschel ein konvergentes Strahlbüschel ist und die Einzelgitterelemente Blaze-Gitter sind.
9. Gitterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Blaze- Winkel ε der als Blaze-Gitter ausgelegten Einzelgitterelemente auf dem Einzelgitter um Δε variiert und Δε im Bereich Δε < 0,3°, bevorzugt Δε < 0,2 °, besonders bevorzugt Δε < 0,1° liegt, bei Blaze-Winkeln ε der Einzelgitter im Bereich 1 ,0 ° < ε < 1 ,6°
10. Gitterelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedes Einzelgitterelement (9.1, 9.2, 9.3, 109.1 , 109.2, 109.3; 109.17,
109.18) ein Teil des Strahlbüschels auftrifft und die Krümmung der Trägerfläche (115), auf der die Einzelgitterelemente angeordnet sind, derart gewählt ist, daß die Bildebene der als Blaze-Gitter ausgeführten Einzelgitterelemente für jeden Teil des konvergenten Strahlbüschels (100) weitgehend gleich ist.
1. Beleuchtungssystem für Wellenlängen < 100 nm mit 1.1 " einer Objektebene und einer Feldebene (2022), dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem umfaßt: 1.2 mindestens ein Gitterelement (2000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 1.3 mindestens eine physikalische Blende (2007.3) in einer Blendenebene, die dem Gitterelement im Strahlengang von der Objektebene zur Feldebene (2022) nachgeordnet ist.
12. Beleuchtungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder hinter der Blendenebene der physikalischen Blende (2007.3) im Strahlengang von der Objektebene zur Feldebene eine weitgehend homogene Intensitätsverteilung ausgebildet wird.
13. Beleuchtungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem einen ersten Facettenspiegel (2029.1) umfasst, der im Strahlengang von der Objektebene zur Feldebene der physikalischen Blende (2007.3) nachgeordnet ist und weitgehend homogen ausgeleuchtet wird.
14. Projektionsbelichtungsanlage zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen mit
14.1 einem Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 11-13
14.2 einer strukturtragenden Maske 14.3 einem Projektionsobjektiv (2026)
14.4 einem lichtsensitiven Objekt, wobei die strukturtragende Maske auf das lichtsensitive Objekt abgebildet wird. Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen, insbesondere Halbleiter-Bauteilen, mit einer Projektionsbelichtungsanlage gemäß Anspruch 14.
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