WO2009046920A1 - Vorrichtung zur erzeugung einer multipol-beleuchtung in einer arbeitsebene, insbesondere für lithografische anwendungen - Google Patents

Vorrichtung zur erzeugung einer multipol-beleuchtung in einer arbeitsebene, insbesondere für lithografische anwendungen Download PDF

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WO2009046920A1 PCT/EP2008/008327 EP2008008327W WO2009046920A1 WO 2009046920 A1 WO2009046920 A1 WO 2009046920A1 EP 2008008327 W EP2008008327 W EP 2008008327W WO 2009046920 A1 WO2009046920 A1 WO 2009046920A1
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lens
substrate
working plane
multipole illumination
substrates
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Dirk Hauschild
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Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • G03F7/70091—Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
    • G03F7/70108—Off-axis setting using a light-guiding element, e.g. diffractive optical elements [DOEs] or light guides

Definitions

  • the present invention relates to a device for producing a multipole illumination in a working plane, in particular for lithographic applications.
  • Such devices are known and used in lithography to produce fine structures more accurately, because a multipole illumination allows illumination from different directions.
  • Prior art devices mostly comprise diffractive structures. These have the disadvantage that losses occur due to a light component propagating in the zeroth order and that the light components used for the illumination may undergo a change in their polarization.
  • the problem underlying the present invention is to provide a device of the kind which is constructed more effectively.
  • the device comprises at least one substrate having at least one refractive structure through which light can pass, wherein the structure is formed such that at least in one direction a multi-pole illumination can arise in the working plane.
  • the device can be made more effective.
  • the device comprises two substrates, each of which is designed such that at least in one direction a multi-pole illumination in the working plane can arise, the directions in which the different substrates contribute to the generation of a multipole illumination can, are different from each other, in particular perpendicular to each other.
  • the two substrates may be displaceable in such a way that the intensity ratio of the individual poles of the multipole illumination relative to one another can thereby be changed.
  • the intensity of vertical and horizontal dipoles can be chosen as desired, so that the lithographic structures to be produced can be suitably illuminated even when oblique incidence of light.
  • the structure comprises at least one lens, in particular a cylindrical lens, or at least one lens array, in particular a cylindrical lens array.
  • the structure is designed as a free-form surface.
  • the at least one lens in the middle has a curvature which is not equal to zero, in particular only slightly smaller than that of the edge of the lens.
  • the shape of the lens may correspond, for example, to that of a circular cylinder lens whose center has been cut out, in which case the remaining parts without the center have been joined. However, no cutting process needs to be used for this, but the lenses can be designed as free-form surfaces.
  • Fig. 1 is a schematic side view of an embodiment of a device according to the invention with schematically drawn beam paths;
  • FIG. 2a shows a detail according to the arrow IIa in FIG. 1, which shows one of the cylindrical lenses of the device according to FIG. 1;
  • FIG. 2a shows a detail according to the arrow IIa in FIG. 1, which shows one of the cylindrical lenses of the device according to FIG. 1;
  • FIG. 2b shows a schematic sketch to illustrate the shape of the cylindrical lens according to FIG. 2a;
  • Fig. 3 is a schematic side view of another
  • FIG. 4 shows a view of the device according to the arrow IV in FIG. 3;
  • Fig. 7 shows schematically a third intensity distribution in a working plane.
  • the cylinder axes of the cylindrical lenses 2 extend in the Y direction or in the plane of the drawing of FIG. 1.
  • the surfaces 4 of the cylindrical lenses 2 are not formed as cutouts from a circular cylinder jacket, but as a free-form surface with a deviating from a circular cylindrical surface shape (see Fig. 2a).
  • Fig. 2b shows a typical surface 5 of a circular cylinder.
  • the surface 4 of the cylindrical lens 2 may be composed of two edge portions 6, 7 of the surface 5.
  • the surface 4 thus corresponds to the surface 5 with the middle section 8 removed and adjoining edge sections 6, 7.
  • the surface 4 thus has an upper half 9 and a lower half 10, which correspond to the edge sections 6, 7.
  • the exit surface of the substrate 1 provided with the cylindrical lenses 2 is not produced by cutting and joining parts having a circular-cylindrical cross-section, but can be freely formed with corresponding manufacturing methods. See, for example, WO 94/09389.
  • a multipole illumination To generate a multipole illumination, light, for example collimated laser light 11, strikes the substrate from the left in FIG. 1.
  • the light passing through the upper halves 9 is deflected at different angles than the light passed through the lower halves 10.
  • Fig. 1 are exemplary partial beams 12 a, 12 b, which have passed through the upper halves 9, and Sub-beams 13a, 13b shown, which have passed through the lower halves 10 therethrough.
  • the lens 3 superimposes all sub-beams 12a, 12b passed through the upper halves 9 in a first area 14 and all sub-beams 13a, 13b passed through the lower halves 10 in a second area 15 of a working plane 16. These illuminated areas 14, 15 are spaced apart in the X direction.
  • FIGS. 3 and 4 schematically show a structure in which a first substrate 1 and a second substrate 17 are arranged side by side in the X-direction.
  • the second substrate 17 corresponds to the first substrate 1 except for the fact that it is rotated by 90 ° with respect to the Z direction.
  • the cylinder axes of the cylindrical lenses 18 thus extend in the X direction or in the drawing plane of FIG. 4.
  • illuminated areas 14, 15 which are spaced apart from each other in the X direction can be generated after appropriate superposition by the lens 3 in the working plane 16.
  • illuminated areas 19, 20 which are spaced apart from each other in the Y direction can be generated after appropriate superposition by the lens 3 in the working plane 16.
  • the laser light 1 1 strikes both a part of the first substrate 1 and an approximately equal part of the second substrate 17 illuminated areas 14, 15, 19, 20 in the working plane 16 have approximately the same intensity.
  • FIG. 5 shows by way of example such an intensity distribution in a working plane 16 that can be generated with a device according to FIGS. 3 and 4.
  • This intensity distribution can be regarded as multipole illumination, wherein the illuminated areas 14, 15, 19, 20 correspond to the poles of the multipole illumination.
  • substrate holders 21, 22 can be seen, which support the substrates 1, 17 in such a way that they can be displaced in the X direction, as indicated by the arrow 23 in FIG. 3.
  • the intensity ratio of the regions 14, 15 on the one hand and the regions 19, 20 on the other hand to each other can be changed.
  • the substrates 1, 17 can be moved upward in FIG. 3 such that the laser light 11 strikes the second substrate 17 only, but not the first substrate 1.
  • FIG. 6 schematically illustrates such a state in which the regions 14, 15 have a very low intensity and the regions 19, 20 have a very high intensity.
  • the substrates 1, 17 can also be moved downward in FIG. 3 such that the laser light 1 1 impinges only on the first substrate 1, but not on the second substrate 17.
  • FIG. 7 schematically illustrates such a state the areas 14, 15 have a very high intensity and the areas 19, 20 have a very low intensity.

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Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung einer Multipol-Beleuchtung in einer Arbeitsebene (16), insbesondere für lithografische Anwendungen, umfassend mindestens ein Substrat (1, 17) mit mindestens einer refraktiven Struktur, durch die Licht hindurch treten kann, wobei die Struktur derart ausgebildet ist, dass zumindest in einer Richtung (X, Y) eine Meh rpol-Beleuchtung in der Arbeitsebene (16) entstehen kann.

Description

„Vorrichtung zur Erzeugung einer Multipol-Beleuchtung in einer Arbeitsebene, insbesondere für lithografische Anwendungen"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Multipol-Beleuchtung in einer Arbeitsebene, insbesondere für lithografische Anwendungen.
Derartige Vorrichtungen sind bekannt und werden in der Lithografie verwendet, um feine Strukturen exakter herstellen zu können, weil eine Multipol-Beleuchtung eine Beleuchtung aus unterschiedlichen Richtungen ermöglicht. Vorrichtungen aus dem Stand der Technik umfassen zumeist diffraktive Strukturen. Diese haben den Nachteil, dass Verluste aufgrund eines in nullter Ordnung propagierenden Lichtanteils auftreten und dass die zur Beleuchtung verwendeten Lichtanteile unter Umständen eine Änderung ihrer Polarisation erfahren .
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs Art, die effektiver aufgebaut ist.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs Art gemäß Anspruch 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens ein Substrat mit mindestens einer refraktiven Struktur umfasst, durch die Licht hindurch treten kann, wobei die Struktur derart ausgebildet ist, dass zumindest in einer Richtung eine Mehrpol-Beleuchtung in der Arbeitsebene entstehen kann. Durch die Verwendung einer refraktiven Struktur kann die Vorrichtung effektiver gestaltet werden. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zwei Substrate umfasst, die jeweils derart ausgebildet sind, dass zumindest in einer Richtung eine Mehrpol-Beleuchtung in der Arbeitsebene entstehen kann, wobei die Richtungen, in denen die unterschiedlichen Substrate zur Erzeugung einer Multipol- Beleuchtung beitragen können, unterschiedlich zueinander sind, insbesondere senkrecht zueinander sind.
Dabei können die beiden Substrate derart verschiebbar sein, dass dadurch das Intensitätsverhältnis der einzelnen Pole der Multipol- Beleuchtung zueinander verändert werden kann. Damit kann beispielsweise die Intensität vertikaler und horizontaler Dipole beliebig gewählt werden, so dass die zu erzeugenden lithografischen Strukturen auch bei schrägem Lichteinfall geeignet ausgeleuchtet werden können.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Struktur mindestens eine Linse, insbesondere eine Zylinderlinse, oder mindestens ein Linsenarray, insbesondere ein Zylinderlinsenarray, umfasst.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Struktur als Freiformfläche ausgebildet ist.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die mindestens eine Linse in der Mitte eine Krümmung aufweist, die ungleich null ist, insbesondere nur unwesentlich kleiner als diejenige des Randes der Linse ist. Die Form der Linse kann beispielsweise derjenigen einer Kreiszylinderlinse entsprechen, deren Mitte herausgeschnitten wurde, wobei dann die verbliebenden Teile ohne die Mitte zusammengefügt wurden. Allerdings muss dafür kein Schneidprozess verwendet werden, sondern die Linsen können als Freiformflächen gestaltet sein. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schematisch eingezeichneten Strahlengängen;
Fig. 2a ein Detail gemäß dem Pfeil IIa in Fig. 1 , das eine der Zylinderlinsen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zeigt;
Fig. 2b eine schematische Skizze zur Verdeutlichung der Form der Zylinderlinse gemäß Fig. 2a;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer weiteren
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß dem Pfeil IV in Fig. 3;
Fig. 5 schematisch eine erste Intensitätsverteilung in einer Arbeitsebene;
Fig. 6 schematisch eine zweite Intensitätsverteilung in einer Arbeitsebene;
Fig. 7 schematisch eine dritte Intensitätsverteilung in einer Arbeitsebene.
In einigen der Figuren ist zur besseren Übersichtlichkeit ein kartesisches Koordinatensystem eingezeichnet. -A-
Eine aus Fig. 1 ersichtliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ein erstes Substrat 1 , auf dessen Austrittsfläche beziehungsweise in Fig. 1 rechten Seite ein Array von Zylinderlinsen 2 vorgesehen ist, und eine als Feldlinse dienende Linse 3, die in positiver Z-Richtung hinter dem ersten Substrat 1 angeordnet ist. Die Zylinderachsen der Zylinderlinsen 2 erstrecken sich in Y-Richtung beziehungsweise in die Zeichenebene der Fig. 1 hinein.
Die Oberflächen 4 der Zylinderlinsen 2 sind nicht als Ausschnitte aus einem Kreiszylindermantel ausgebildet, sondern als Freiformfläche mit von einer Kreiszylinderfläche abweichender Gestalt (siehe Fig. 2a). Fig. 2b zeigt eine typische Oberfläche 5 eines Kreiszylinders. Die Oberfläche 4 der Zylinderlinse 2 kann aus zwei Randabschnitten 6, 7 der Oberfläche 5 zusammengesetzt sein. Die Oberfläche 4 entspricht somit der Oberfläche 5 mit entferntem mittleren Abschnitt 8 und aneinander gesetzten Randabschnitten 6, 7. Die Oberfläche 4 weist somit eine obere Hälfte 9 und eine untere Hälfte 10 auf, die den Randabschnitten 6, 7 entsprechen.
Die mit den Zylinderlinsen 2 versehene Austrittsfläche des Substrats 1 wird jedoch nicht durch Ausschneiden und Zusammenfügen von Teilen mit kreiszylindrischem Querschnitt hergestellt, sondern kann mit entsprechenden Herstellungsverfahren frei geformt werden. Siehe dazu beispielsweise die WO 94/09389.
Zur Erzeugung einer Multipol-Beleuchtung trifft auf das Substrat von links in Fig. 1 Licht, beispielsweise kollimiertes Laserlicht 1 1 . Das durch die oberen Hälften 9 hindurch getretene Licht wird unter anderen Winkeln abgelenkt, als das durch die unteren Hälften 10 hindurch getretene Licht. In Fig. 1 sind beispielhaft Teilstrahlen 12a, 12b, die durch die oberen Hälften 9 hindurch getreten sind, und Teilstrahlen 13a, 13b eingezeichnet, die durch die unteren Hälften 10 hindurch getreten sind.
Die Linse 3 überlagert sämtliche durch die oberen Hälften 9 hindurch getretenen Teilstrahlen 12a, 12b in einem ersten Bereich 14 und sämtliche durch die unteren Hälften 10 hindurch getretenen Teilstrahlen 13a, 13b in einem zweiten Bereich 15 einer Arbeitsebene 16. Diese ausgeleuchteten Bereiche 14, 15 sind in X-Richtung voneinander beabstandet.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und Fig. 4 sind gleiche oder funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 .
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen schematisch einen Aufbau, bei dem ein erstes Substrat 1 und ein zweites Substrat 17 in X-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Das zweite Substrat 17 entspricht dem ersten Substrat 1 bis auf die Tatsache, dass es um 90° hinsichtlich der Z-Richtung gedreht ist. Die Zylinderachsen der Zylinderlinsen 18 erstrecken sich somit in X-Richtung beziehungsweise in die Zeichenebene der Fig. 4 hinein.
Durch das erste Substrat 1 können nach entsprechender Überlagerung durch die Linse 3 in der Arbeitsebene 16 in X-Richtung voneinander beabstandete ausgeleuchtete Bereiche 14, 15 erzeugt werden. Durch das zweite Substrat 17 können nach entsprechender Überlagerung durch die Linse 3 in der Arbeitsebene 16 in Y-Richtung voneinander beabstandete ausgeleuchtete Bereiche 19, 20 erzeugt werden.
Dabei trifft in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel das Laserlicht 1 1 sowohl auf einen Teil des ersten Substrats 1 , als auch auf einen etwa gleich großen Teil des zweiten Substrats 17. Damit werden die ausgeleuchteten Bereiche 14, 15, 19, 20 in der Arbeitsebene 16 etwa die gleiche Intensität aufweisen.
Fig. 5 zeigt beispielhaft eine derartige Intensitätsverteilung in einer Arbeitsebene 16, die mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 und Fig. 4 erzeugt werden kann. Es entstehen in der Arbeitsebene vier ausgeleuchtete Bereiche 14, 15, 19, 20, die kreuzförmig angeordnet sind, wobei ein mittlerer Bereich nicht beleuchtet ist. Diese Intensitätsverteilung kann als Multipol-Beleuchtung angesehen werden, wobei die ausgeleuchteten Bereiche 14, 15, 19, 20 den Polen der Multipol-Beleuchtung entsprechen.
Aus Fig. 3 und Fig. 4 sind schematisch Substrathalterungen 21 , 22 ersichtlich, die die Substrate 1 , 17 derart haltern, dass sie in X- Richtung verschiebbar sind, wie durch den Pfeil 23 in Fig. 3 angedeutet ist. Durch entsprechendes Verschieben der Substrate 1 , 17 kann das Intensitätsverhältnis der Bereiche 14, 15 einerseits und der Bereiche 19, 20 andererseits zueinander verändert werden.
Beispielsweise können die Substrate 1 , 17 so nach oben in Fig. 3 verschoben werden, dass das Laserlicht 1 1 nur noch auf das zweite Substrat 17 auftrifft, nicht jedoch auf das erste Substrat 1 . Fig. 6 verdeutlicht schematisch einen derartigen Zustand, bei dem die Bereiche 14, 15 eine sehr geringe Intensität und die Bereiche 19, 20 eine sehr hohe Intensität aufweisen.
Andererseits können die Substrate 1 , 17 auch so nach unten in Fig. 3 verschoben werden, dass das Laserlicht 1 1 nur noch auf das erste Substrat 1 auftrifft, nicht jedoch auf das zweite Substrat 17. Fig. 7 verdeutlicht schematisch einen derartigen Zustand, bei dem die Bereiche 14, 15 eine sehr hohe Intensität und die Bereiche 19, 20 eine sehr geringe Intensität aufweisen.

Claims

Patentansprüche:
1 . Vorrichtung zur Erzeugung einer Multipol-Beleuchtung in einer Arbeitsebene (16), insbesondere für lithografische Anwendungen, umfassend
mindestens ein Substrat (1 , 17) mit mindestens einer refraktiven Struktur, durch die Licht hindurch treten kann, wobei die Struktur derart ausgebildet ist, dass zumindest in einer Richtung (X, Y) eine Mehrpol-Beleuchtung in der Arbeitsebene (16) entstehen kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei Substrate (1 , 17) umfasst, die jeweils derart ausgebildet sind, dass zumindest in einer Richtung (X, Y) eine Mehrpol-Beleuchtung in der Arbeitsebene (16) entstehen kann, wobei die Richtungen, in denen die unterschiedlichen Substrate (1 , 17) zur Erzeugung einer Multipol-Beleuchtung beitragen können, unterschiedlich zueinander sind, insbesondere senkrecht zueinander sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Substrate (1 , 17) derart verschiebbar sind, dass dadurch das Intensitätsverhältnis der einzelnen Pole der Multipol-Beleuchtung zueinander verändert werden kann.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur mindestens eine Linse, insbesondere eine Zylinderlinse (2, 18), oder mindestens ein Linsenarray, insbesondere ein Array von Zylinderlinsen (2, 18), umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderachsen der Zylinderlinsen (2) auf dem ersten Substrat (1 ) senkrecht zu den Zylinderachsen der Zylinderlinsen (18) auf dem zweiten Substrat (17) ausgerichtet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Substrate (1 , 17) derart nebeneinander angeordnet sind, dass Licht, das für die Multipolbeleuchtung verwendet wird, entweder durch das erste Substrat (1 ) oder durch das zweite Substrat (17) oder durch beide Substrate (1 , 17) hindurch treten kann.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Linse (3) umfasst, die derart hinter dem mindestens einen Substrat (1 , 17) angeordnet ist, dass sie durch die refraktive Struktur hindurch getretenes Licht zumindest teilweise in der Arbeitsebene (16) miteinander überlagern kann.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als Freiformfläche ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Linse in der Mitte eine Krümmung aufweist, die ungleich null ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der mindestens einen Linse in der Mitte nur unwesentlich kleiner als diejenige des Randes der Linse ist, insbesondere nur 10% kleiner als diejenige des Randes der Linse ist, vorzugsweise nur 5% kleiner als diejenige des Randes der Linse ist.
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