WO2015124262A1 - Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen projektionsbelichtungsanlage und verfahren zum betreiben eines solchen - Google Patents

Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen projektionsbelichtungsanlage und verfahren zum betreiben eines solchen Download PDF

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WO2015124262A1
WO2015124262A1 PCT/EP2015/000222 EP2015000222W WO2015124262A1 WO 2015124262 A1 WO2015124262 A1 WO 2015124262A1 EP 2015000222 W EP2015000222 W EP 2015000222W WO 2015124262 A1 WO2015124262 A1 WO 2015124262A1
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WO
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light
array
target surface
optical elements
pattern
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PCT/EP2015/000222
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Markus DEGÜNTHER
Vladimir Davydenko
Thomas Korb
Johannes Eisenmenger
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD

Definitions

  • the invention relates to an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus which comprises a pulsed light source and a DMD or another array of optical elements which can be digitally switched between two switching positions.
  • Integrated electrical circuits and other microstructured devices are typically fabricated by depositing a plurality of patterned layers onto a suitable substrate, which is usually a silicon wafer.
  • a suitable substrate which is usually a silicon wafer.
  • the layers are first covered with a resist which is suitable for light of a specific wavelength range, for example light in the deep ultraviolet (DUV, deep ultraviolet), vacuum ultraviolet (VUV, vacuum ultraviolet) or extreme ultraviolet (EUV, extreme ultraviolet) Spectral range, is sensitive.
  • the thus coated wafer is exposed in a projection exposure apparatus.
  • a pattern of diffractive structures, which is arranged on a mask is imaged onto the photoresist with the aid of a projection objective. Since the amount of the image scale is generally is less than 1, such projection lenses are sometimes referred to as reduction lenses.
  • the wafer After developing the photoresist, the wafer is subjected to an etching process, whereby the layer is patterned on the mask in accordance with the pattern. The remaining one
  • Photoresist is then removed from the remaining portions of the layer. This process is repeated until all layers are applied to the wafer.
  • a lighting system which additionally has a digitally switchable micromirror array.
  • This micromirror array is imaged onto the light entrance facets of an optical integrator with the aid of an objective.
  • EP 13194135.3 entitled "Illumination System of a Micrographic Projection Exposure ⁇ pparatus", the content of which is hereby made the subject of the present application.
  • the array does not contain micromirrors, but other switchable optical elements, e.g. Liquid crystal cells, as used in LCDs.
  • the object of the invention is to provide an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus, which allows a larger target area to be uniformly illuminated with the aid of an array of optical elements that can be switched between two switching positions in a particularly simple manner.
  • this object is achieved by an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus which has a light source which is set up to produce a (in particular periodic) sequence of light pulses.
  • a light source which is set up to produce a (in particular periodic) sequence of light pulses.
  • an array of optical elements is arranged, which are digitally switchable between two switching positions.
  • an adjustable light deflection optics is arranged, which is adapted to deflect incident light with different deflection angles.
  • a control device controls the
  • the target surface is never fully illuminated at any given time, but only partially soaked.
  • the relatively long times between successive light pulses are used to adjust the light deflection optics and, if necessary, also to switch the optical elements of the array to another switching position.
  • the desired light distribution on the target surface is built up successively similar to the time division multiplexing.
  • the overall intensity distribution then arises through integration over time.
  • the illumination angle distribution in the mask plane (and thus also in the image planes of the projection objective that are optically conjugate thereto) is predetermined by the temporally integrated spatial distribution of the projection light in the pupil surface. If the target area illuminated by the array is the pupil area or a surface conjugate thereto, or at least determines its illumination, the illumination angle distribution can be successively combined during the exposure from a plurality of individual distributions by the inventive successive illumination of the pupil area.
  • the adjustable light deflection optics may be any optical element that can deflect incident light in different directions.
  • Reflective optical elements such as tiltable planar mirrors or rotating polygon mirrors, or refractive optical elements, such as tiltable or rotating wedge elements, are particularly suitable.
  • the light deflecting optics and the controller are arranged such that a first light pattern that is illuminable on the target surface prior to a change in the deflection angles does not overlap with a second light pattern that is illuminable on the target surface after the deflection angles have changed. In this way it is ensured that a maximum target area can be covered by the successive illumination of the light field with a predetermined number of light pulses. Under a light pattern in this context, the amount of all illuminated areas understood; between the illuminated areas remaining dark areas are thus not part of the light pattern.
  • first light pattern and the second light pattern on the target field so that envelopes (i.e., outer contours) of the two light patterns do not overlap.
  • the two light patterns can thus be arranged, for example, in a row next to one another or in a two-dimensional arrangement in a predetermined grid on the target surface. In this way, larger target areas can be illuminated by the array very quickly.
  • Such control of the light deflecting optics and the optical elements of the array is particularly useful when unavoidable gaps between the optical elements are not transferred to the target surface or are so small that they can be tolerated.
  • the light deflection optics then only slightly offset the light patterns between two light pulses, so that the envelopes of the light patterns overlap considerably. Although the light patterns themselves overlap, virtually any (even multi-level) intensity distributions on the target surface can be illuminated by the array after time integration.
  • the distance between two adjacent optical elements of the array along a reference direction is greater than the maximum dimension of the two optical elements along the reference direction.
  • the first and second light patterns may then be interlaced so that the second light pattern on the target surface illuminates gaps that can not be illuminated by the first light pattern. Such gaps can arise in particular when in the light path between the array and the target surface a lens is arranged which images the array onto the target surface.
  • the light source may be a laser configured to produce projection light having a center wavelength of 150 nm and 250 nm.
  • the invention also provides a method for
  • a lighting system of a microlithographic projection exposure apparatus comprising the steps of: a) directing a sequence of light pulses onto an array of optical elements that are digitally switchable between two switch positions, the array illuminating a target area; b) deflecting the light directed from the array onto the target surface by different deflection angles through an adjustable light deflection optic arranged in the light path between the array and the target surface, wherein a change in the deflection angles occurs between two consecutive light pulses.
  • At least one of the optical elements of the array can switch between two light pulses. As a result, a wide variety of intensity distributions can be generated on the target surface after temporal integration.
  • a first light pattern illuminated before a change in the deflection angle of the array on the target surface preferably does not overlap with a second light pattern illuminated on the target surface after the deflection angle has changed from the array.
  • the first light pattern and the second light pattern may be arranged on the target field such that envelopes of the two light patterns do not overlap.
  • first light pattern and the second light pattern may be interlaced. This is particularly useful when the distance between adjacent optical elements of the array along a reference direction is greater than the maximum dimension of an optical element along the reference direction.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified perspective view of a microlithographic projection exposure apparatus
  • FIGS. 2 a to 2 b parts of an illumination system according to the invention in a schematic perspective illustration at different times during a scanning process
  • FIG. 3 shows a part of a lighting system according to the invention according to another embodiment in a representation similar to FIGS. 2a to 2d, in which a micromirror array is imaged by an objective onto the target surface;
  • Figure 4 is a schematic representation for explaining a
  • FIG. 1 shows, in a highly schematized perspective view, a projection exposure apparatus 10 which is suitable for the lithographic production of microstructured components.
  • the projection exposure apparatus 10 includes a light source LS adapted to produce projection light having a center wavelength of 193 nm, and an illumination system 12 incorporating that of the
  • Light source LS generated projection light directed to a mask 14 and there illuminates a narrow, rectangular in the illustrated embodiment, the illumination field 16.
  • Other illumination field shapes e.g. Ring segments, are also considered.
  • a projection lens 20 which includes a plurality of lenses LI to L4, on a photosensitive layer 22.
  • Layer 22 which may be, for example, a photoresist, is applied on a wafer 24 or another suitable substrate and is located in the image plane of the projection objective 20. Since the projection objective 20 generally has a magnification .beta ⁇ 1, the structures 18 within the illumination field 16 are reduced in size to a projection field 18 '. In the illustrated projection exposure apparatus 10, the mask 14 and the wafer 24 are moved during projection along a direction indicated by Y. The ratio of the movement speeds is equal to the magnification ⁇ of the projection objective 20. If the projection objective 20 inverts the image (ie, ⁇ ⁇ 0), the Traversing movements of the mask 14 and the wafer 24 in opposite directions, as indicated in Figure 1 by arrows AI and A2. In this way, the illumination field 16 is guided in a scanning movement over the mask 14, so that even larger structured areas can be projected coherently onto the photosensitive layer 22.
  • the projection objective 20 inverts the image (ie, ⁇ ⁇ 0)
  • FIG. 2a shows parts of the illumination system 12 in a schematic perspective view.
  • a micromirror array 28 Arranged on a support 26 is a micromirror array 28 which contains a multiplicity of micromirrors 30. Each micromirror 30 can be switched between two switching positions digitally.
  • the micromirrors 30 are distributed over the surface of the micromirror array 28 in a regular two-dimensional arrangement.
  • the micromirror array 28 may, in particular, be a DMD (digital mirror device), which is usually realized as a microelectromechanical component (MEMS, microelectromechanical system).
  • MEMS microelectromechanical component
  • a tilting mirror 32 Arranged in the light path behind the micromirror array 28 is a tilting mirror 32, which can be tilted about two orthogonal tilting axes 34, 36 with the aid of actuators (not shown).
  • the tilting mirror 32 is located in the optical light path. between the micromirror array 28 and a target surface 38, which may be, for example, the light entrance facets of an optical integrator or a pupil surface of the illumination system 12.
  • the tilting mirror 32 is shown in a first tilted position.
  • the projection light 40 reflected by the micromirror array 28 becomes so directed the target surface 38 that there in a first region 42a, a light pattern 44a is formed.
  • the light pattern 44a depends on the position of the micromirrors 30 in the micromirror array 28.
  • the light pattern 44a in the first region 42a can thus be changed.
  • the light pattern 44a is generated in the first region 42a during one or more successive light pulses emitted by the light source LS.
  • the light pulses are emitted by the light source LS typically at a frequency of a few kHz, wherein the duration t of the light pulses in relation to the period T is small (t / T «1). Accordingly long are the time intervals between the light pulses during which no projection light 40 passes through the illumination system 12.
  • These long time intervals between the light pulses are used according to the invention to tilt the tilting mirror 32 by one or both tilting axes 34, 36 and thereby to convert them into a second tilted position.
  • a second region 42b is illuminated, as illustrated in FIG. 2b.
  • at least one micromirror 30 of the micromirror array 28 can be switched over.
  • the light pattern 44b generated on the second area 42b will thus generally differ from the light pattern 44a with which the target area 38 was previously illuminated in the first area 42a.
  • the two Areas 42a, 42b preferably directly adjoin one another, so that the light patterns 44a, 44b at least substantially seamlessly merge into one another on the target surface 38.
  • the tilt mirror 32 is again tilted about at least one of the pivot axes 34, 36 by means of the actuators during another time interval between two successive light pulses and thus into a third tilt position transferred.
  • the projection light 40 reflected by the micromirror array 28 illuminates a third area 42c with a third light pattern 44c on the target area 38 during the next light pulse. If the third light pattern 44c is to differ from the second light pattern 44b, the micromirrors 30 of the micromirror array 28 are also at least partially switched over at the same time.
  • such an adjustment of the tilting mirror 32 and the micromirror 30 is repeated again in order to produce a fourth light pattern 44d in the target area 38 in a fourth area 42d.
  • the target surface 38 was thus completely covered with light patterns 44a to 44d over a period of at least four light pulses.
  • the resolution of the light pattern over the entire target area 38 will be a value four times the resolution that can be generated by the micromirror array 28 on the target area 38 at a given time. If a plurality of light pulses illuminate one of the regions 42a to 42d, then it is also possible to switch over only the micromirrors 30, but not the tilting mirror 32, during the time intervals between these successive light pulses. In this way, different intensity levels can be generated within the regions 42a to 42d after temporal integration.
  • FIG. 3 shows, in a schematic perspective view similar to FIGS. 2 a to 2 d, another exemplary embodiment of a lighting system according to the invention.
  • the objective 46 images the micromirror array 28 onto the target surface 38.
  • actuators 48, 50 for the tilting mirror 32 and a control device 52 are shown.
  • the control device 50 controls the light source LS, the actuators 48, 50 and the micromirror array 28 and thus ensures the necessary synchronization between the light pulses generated by the light source LS on the one hand and the adjustment processes of the tilting mirror 32 and the micromirrors 30.
  • FIG. 4 With the help of the arrangement shown in Figure 3 is also a control can be realized in which the light pattern on the target surface are entangled in one another, as illustrated in Figure 4 '.
  • FIG. 4 four light distributions are shown on the micromirror array 28 at four different points in time;
  • the micromirror array 28 has only four micromirrors 30.
  • the micromirrors 30 are separated from one another by larger non-reflecting regions 54.
  • the dimensions of the micromirrors 30 along a reference direction for example, the X direction, are not larger than the distances between adjacent micromirrors 30 along this reference direction.
  • the actuators 48, 50 for the tilting mirror 32 are controlled by the control device 52 in such a way that the light patterns 44a to 44d are interlaced with one another.
  • the areas 42a to 42d, which after each adjustment of the tilting Mirror 32 are illuminated on the target surface 38, are offset only by the width of the image 30 'of a micro mirror 30 to each other, whereby the envelopes of the areas 42a to 42d each overlap significantly. Due to the successive pivoting of the regions 42a to 42d, the target surface 38 is completely illuminated after time integration, as indicated below in FIG.
  • micromirrors 30 in the light patterns 44a and 44d which are tilted into the "off position” and therefore indicated in black, adjoin one another in their temporally integrated intensity distribution, as shown below in FIG. 4, at their corners.
  • pivoting the light pattern with the help of the tilting mirror 32 can thus be achieved that even with a picture of the micromirror array 28 by means of the lens 46 on the target surface 38, an intensity distribution can be generated, which is free of images of the non-reflective regions 54 ,

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Abstract

Ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (10) weist eine Lichtquelle (LS) auf, die zur Erzeugung einer Abfolge von Lichtpulsen eingerichtet ist. Im Lichtweg zwischen der Lichtquelle (LS) und einer Zielfläche (38) ist ein Array (28) von optischen Elementen (30) angeordnet, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind. Eine im Lichtweg zwischen dem Array (28) und der Zielfläche (38) angeordnete verstellbare Lichtablenkungsoptik (32) ist dazu eingerichtet, auftreffendes Licht mit unterschiedlichen Ablenkwinkeln abzulenken. Eine Steuereinrichtung (52) steuert die Lichtablenkungsoptik (32) so an, dass eine Änderung der Ablenkwinkel zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen erfolgt.

Description

BELEUCHTUNGSSYSTEM EINER
MIKROLITHOGRAPHISCHEN PROJEK IONSBELICHTUNGSA LAGE UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN' EINES SOLCHEN
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, das eine gepulst betriebene Lichtquelle und ein DMD {digital mirror device) oder ein anderes Array von optischen Elementen umfasst, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Integrierte elektrische Schaltkreise und andere mikrostruktu- rierte Bauelemente werden üblicherweise hergestellt, indem auf ein geeignetes Substrat, bei dem es sich meist um einen Silizium-Wafer handelt, mehrere strukturierte Schichten aufgebracht werden. Zur Strukturierung der Schichten werden diese zunächst mit einem Photolack (resist) bedeckt, der für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches, z.B. Licht im tiefen ultravioletten (DUV, deep ultraviolet) , vakuumultravioletten (VUV, vacuum ultraviolet) oder extremen ultravioletten (EUV, extreme ultraviolet) Spektralbereich, empfindlich ist. Anschließend wird der so beschichtete Wafer in einer Projektionsbelichtungsanlage belichtet. Dabei wird ein Muster aus beugenden Strukturen, das auf einer Maske angeordnet ist, auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs abgebildet. Da der Betrag des Abbildungsmaßstabs dabei im Allge- meinen kleiner als 1 ist, werden derartige Projektionsobjektive gelegentlich auch als Reduktionsobjektive bezeichnet.
Nach dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer einem Ätz- prozess unterzogen, wodurch die Schicht entsprechend dem Mus- ter auf der Maske strukturiert wird. Der noch verbliebene
Photolack wird dann von den verbleibenden Teilen der Schicht entfernt. Dieser Prozess wird so oft wiederholt, bis alle Schichten auf den Wafer aufgebracht sind.
Im Stand der Technik sind Beleuchtungssysteme bekannt, die Spiegelarrays verwenden, um die Pupillenebene des Beleuchtungssystems variabel ausleuchten zu können. Beispiele hierfür finden sich in der EP 1 262 836 AI, US 2006/0087634 AI, US 7,061,582 B2, WO 2005/026843 A2 und WO 2010/006687 AI. Im Allgemeinen handelt es sich dabei um Spiegelarrays, bei denen die Spiegel über einen bestimmten Winkelbereich hinweg kontinuierlich verkippt werden können.
Aus der WO 2012/100791 AI ist ein Beleuchtungssystem bekannt, das zusätzlich ein digital schaltbares Mikrospiegel-Array aufweist. Dieses Mikrospiegel-Array wird mit Hilfe eines Ob- jektivs auf die Lichteintrittsfacetten eines optischen Integrators abgebildet. Ein ähnliches, aber anders angesteuertes Beleuchtungssystem ist aus der am 22.11.2013 eingereichten europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen EP 13194135.3 mit dem Titel "Illumination System of a Micro- lithgraphic Projection Exposure Äpparatus" bekannt, deren Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Bei der Verwendung von digital schaltbaren Mikrospiegel- Arrays in Beleuchtungssystemen ist die Zahl der benötigten Mikrospiegel im Allgemeinen so hoch, dass sie nicht von einer einzigen mikromechanischen Komponente bereitgestellt werden kann. Deswegen wurde in der bereits erwähnten europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen EP 13194135.3 vorgeschlagen, mehrere kleinere Mikrospiegel-Arrays nebeneinander auf einem Träger anzuordnen und so mit Hilfe einer speziellen Abbildungsoptik auf die Zielfläche abzubilden, dass die Bilder der einzelnen Arrays nahtlos auf der Zielfläche aneinander angrenzen.
Ähnliche Probleme ergeben sich, wenn in dem Beleuchtungssystem das Array keine Mikrospiegel enthält, sonders anders schaltbare optische Elemente, z.B. Flüssigkristallzellen, wie sie in in LCDs eingesetzt werden.
Ein weiteres Problem beim Einsatz von Arrays mit schaltbaren optischen Elementen besteht darin, dass gelegentlich die optischen Elemente relativ weit voneinander beabstandet sind. Wird ein solches Array auf eine Zielfläche abgebildet, so entstehen entsprechend große Lücken zwischen den Bildern der optischen Elemente, was häufig unerwünscht ist.
Aus der US 6,624,880 B2, der US 2011/0134407 AI und der US 7,957,055 B2 sind Proj ektionsbelichtungsanlagen bekannt, bei dem ein Beleuchtungssystem keine herkömmlichen Masken, sondern ein Mikrospiegel-Array ausleuchtet, das die Funktion der Maske übernimmt. Solche Anlagen werden häufig auch als "maskenlos" bezeichnet. Die US 2011/0240611 AI beschreibt eine Proj ektionsbelichtungsanlage, bei der ein eindimensionales Mikrospiegel-Array dazu verwendet wird, direkt auf dem Wafer Material abzutragen. Aus der US 2012/0081685 AI ist ein Beleuchtungssystem bekannt, bei dem die Polarisationsrichtung des Lichts zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen umgeschaltet werden kann. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanlage anzugeben, mit dem sich auf besonders einfache Weise mit Hilfe eines Ar- rays von optischen Elementen, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind, eine größere Zielfläche gleichmäßig ausleuchten lässt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanlage gelöst, das eine Lichtquelle aufweist, die zur Erzeugung einer (insbesondere periodischen) Abfolge von Lichtpulsen eingerichtet ist. Im Lichtweg zwischen der Lichtquelle und einer Zielfläche ist ein Array von optischen Elementen angeordnet, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind. Im Lichtweg zwischen dem Array und der Zielfläche ist eine verstellbare Lichtablenkungsoptik angeordnet, die dazu eingerichtet ist, auftreffendes Licht mit unterschiedlichen Ab- lenkwinkeln abzulenken. Eine Steuereinrichtung steuert die
Lichtablenkungsoptik so an, dass eine Änderung der Ablenkwinkel zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen erfolgt.
Erfindungsgemäß wird somit die Zielfläche zu einem gegebenen Zeitpunkt nie vollständig, sondern nur teilweise ausgeleuch- tet. Die relativ langen Zeiten zwischen aufeinander folgenden Lichtpulsen werden dazu genutzt, die Lichtablenkungsoptik zu verstellen und bei Bedarf auch die optischen Elemente des Ar- rays in eine andere Schaltstellung umzuschalten. Auf diese Weise wird die gewünschte Lichtverteilung auf der Zielfläche sukzessive ähnlich wie beim Zeitmultiplexen aufgebaut. Die Gesamtintensitätsverteilung entsteht dann durch Integration über die Zeit. Durch Umschalten wenigstens eines der optischen Elemente des Arrays zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen kann auf jedem in der Zielfläche ausgeleuchteten Bereich ein anderes Lichtmuster erzeugt werden.
In Beleuchtungssystemen ist ein solcher sukzessiver Aufbau einer Intensitätsverteilung auf einer Zielfläche in der Regel tolerierbar, da der Fotolack die darauf auftreffende Intensi- tat ebenfalls integriert. Seine chemischen Eigenschaften verändert der Fotolack erst dann, wenn die während der gesamten Belichtung aufintegrierte Intensität (gelegentlich auch Dosis genannt) einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
In einem Beleuchtungssystem ist deswegen die Beleuchtungswinkelverteilung in der Maskenebene (und somit auch in der optisch hierzu konjugierten Bildebenen des Projektionsobjektivs) durch die zeitlich aufintegrierte Ortsverteilung des Projektionslichts in der Pupillenfläche vorgegeben ist. Wenn die vom Array ausgeleuchtete Zielfläche die Pupillenfläche oder eine hierzu konjugierte Fläche ist oder zumindest deren Ausleuchtung bestimmt, so kann durch die erfindungsgemäße sukzessive Ausleuchtung der Pupillenfläche die Beleuchtungswinkelverteilung sukzessive während der Belichtung aus mehreren Einzelverteilungen zusammengesetzt werden.
Bei der verstellbaren Lichtablenkungsoptik kann es sich um jedes optische Element handeln, mit dem auftreffendes Licht in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden kann. In Betracht kommen insbesondere reflektierende optische Elemente wie verkippbare Planespiegel oder rotierende Polygonspiegel, oder auch refraktive optische Elemente wie beispielsweise verkippbare oder rotierende Keilelemente.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Lichtablenkungsoptik und die Steuereinrichtung so eingerichtet, dass sich ein vor einer Änderung der Ablenkwinkel von dem Array auf der Zielfläche ausleuchtbares erstes Lichtmuster nicht mit einem nach der Änderung der Ablenkwinkel von dem Array auf der Zielfläche ausleuchtbaren zweiten Lichtmuster überlappt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass durch die sukzessive Ausleuchtung des Lichtfeldes mit einer vorgegebenen Anzahl von Lichtpulsen eine maximale Zielfläche überstrichen werden kann. Unter einem Lichtmuster wird in diesem Zusammenhang die Menge aller beleuchteten Bereiche verstanden; die zwischen den be- leuchteten Bereichen verbleibenden dunklen Bereiche sind somit nicht Teil des Lichtmusters.
In Betracht kommt dabei, das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster so auf dem Zielfeld anzuordnen, dass sich Umhüllende (d.h. Außenkonturen) der beiden Lichtmuster nicht überlappen. Die beiden Lichtmuster können damit beispielsweise in einer Reihe nebeneinander oder in einer zweidimensionalen Anordnung in einem vorgegebenen Raster auf der Zielfläche angeordnet werden. Auf diese Weise können sehr rasch auch größere Zielflächen von dem Array ausgeleuchtet werden. Eine solche Steuerung der Lichtablenkungsoptik und der optischen Elemente des Arrays bietet sich vor allem dann an, wenn unvermeidbare Spalte zwischen den optischen Elementen nicht auf die Zielfläche übertragen werden oder so klein sind, dass sie toleriert werden können.
Sind solche Spalte hingegen untolerierbar groß, so ist es häufig günstiger, das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster ineinander zu verschränken. Die Lichtablenkungsoptik versetzt dann die Lichtmuster zwischen zwei Lichtpulsen vorzugsweise nur geringfügig, so dass sich die Umhüllenden der Lichtmuster erheblich überlappen. Wenn sich auch die Lichtmuster selbst überlappen, so können praktisch beliebige (auch mehrstufige) Intensitätsverteilungen auf der Zielfläche von dem Array nach zeitlicher Integration ausgeleuchtet werden.
Besonders zweckmäßig ist dies, wenn der Abstand zwischen zwei benachbarten optischen Elementen des Arrays entlang einer Bezugsrichtung größer ist als die maximale Abmessung der zwei optischen Elemente entlang der Bezugsrichtung. Das erste und das zweite Lichtmuster können dann so ineinander verschränkt werden, dass das zweite Lichtmuster auf der Zielfläche Lücken ausleuchtet, die von dem ersten Lichtmuster nicht beleuchtet werden können. Solche Lücken können insbesondere dann entstehen, wenn im Lichtweg zwischen dem Array und der Zielfläche ein Objektiv angeordnet ist, welches das Array auf die Zielfläche abbildet.
Bei der Lichtquelle kann es sich um einen Laser handeln, der für die Erzeugung von Projektionslicht mit einer Mittenwellenlänge von 150 nm und 250 nm eingerichtet ist.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum
Betreiben eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanlage mit folgenden Schritten: a) Richten einer Abfolge von Lichtpulsen auf ein Array von optischen Elementen, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind, wobei das Array eine Zielfläche ausleuchtet; b) Ablenken des von dem Array auf die Zielfläche gerichteten Lichts um unterschiedliche Ablenkwinkel durch eine im Lichtweg zwischen dem Array und der Zielfläche angeordnete verstellbare Lichtablenkungsoptik, wobei eine Änderung der Ablenkwinkel zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen erfolgt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen im Wesentlichen denen, die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems erläutert wurden.
Wenigstens eines der optischen Elemente des Arrays kann zwischen zwei Lichtpulsen umschalten. Dadurch lassen sich auf der Zielfläche unterschiedlichste Intensitätsverteilungen nach zeitlicher Integration erzeugen.
Ein vor einer Änderung der Ablenkwinkel von dem Array auf der Zielfläche ausgeleuchtetes erstes Lichtmuster überlappt sich vorzugsweise nicht mit einem nach der Änderung der Ablenkwinkel von dem Array auf der Zielfläche ausgeleuchteten zweiten Lichtmuster . Das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster können so auf dem Zielfeld angeordnet sein, dass Umhüllende der beiden Lichtmuster sich nicht überlappen.
Alternativ hierzu können das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster ineinander verschränkt sein. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Abstand zwischen benachbarten optischen Elementen des Arrays entlang einer Bezugsrichtung größer ist als die maximale Abmessung eines optischen Elements entlang der Bezugsrichtung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
Figur 1 eine stark vereinfachte perspektivische Darstellung einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungs- anlage;
Figuren 2a bis 2b Teile eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems in einer schematischen perspektivischen Darstellung zu verschiedenen Zeitpunkten während eines Scanvorgangs;
Figur 3 einen Teil eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel in einer an die Figuren 2a bis 2d angelehnten Darstellung, bei dem ein Mikrospiegel-Array von einem Objektiv auf die Zielfläche abgebildet wird;
Figur 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines
Ausführungsbeispiels, bei dem die von dem Mikrospiegel-Array hintereinander auf einer Spiegelfläche erzeugten Lichtmuster ineinander verschränkt sind. BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Figur 1 zeigt in einer stark schematisierten perspektivischen Darstellung eine Proj ektionsbelichtungsanlage 10, die für die lithographische Herstellung mikrostrukturierter Bau- teile geeignet ist. Die Proj ektionsbelichtungsanlage 10 enthält eine Lichtquelle LS, die zur Erzeugung von Projektionslicht mit einer Mittenwellenlänge von 193 nm eingerichtet ist, und ein Beleuchtungssystem 12, welches das von der
Lichtquelle LS erzeugte Projektionslicht auf eine Maske 14 richtet und dort ein schmales, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckförmiges Beleuchtungsfeld 16 ausleuchtet. Andere Beleuchtungsfeldformen, z.B. Ringsegmente, kommen ebenfalls in Betracht.
Innerhalb des Beleuchtungsfeldes 16 liegende Strukturen 18 auf der Maske 14 werden mit Hilfe eines Projektionsobjektivs 20, das mehrere Linsen LI bis L4 enthält, auf eine lichtempfindliche Schicht 22 abgebildet. Die lichtempfindliche
Schicht 22, bei der es sich z.B. um einen Photolack handeln kann, ist auf einem Wafer 24 oder einem anderen geeigneten Substrat aufgebracht und befindet sich in der Bildebene des Projektionsobjektivs 20. Da das Projektionsobjektiv 20 im allgemeinen einen Abbildungsmaßstab |ß| < 1 hat, werden die innerhalb des Beleuchtungsfeldes 16 liegenden Strukturen 18 verkleinert auf ein Proj ektionsfeld 18' abgebildet. Bei der dargestellten Proj ektionsbelichtungsanlage 10 werden die Maske 14 und der Wafer 24 während der Projektion entlang einer mit Y bezeichneten Richtung verfahren. Das Verhältnis der Verfahrgeschwindigkeiten ist dabei gleich dem Abbildungsmaßstab ß des Projektionsobjektivs 20. Falls das Projektions- objektiv 20 das Bild invertiert (d. h. ß< 0), verlaufen die Verfahrbewegungen der Maske 14 und des Wafers 24 gegenläufig, wie dies in der Figur 1 durch Pfeile AI und A2 angedeutet ist. Auf diese Weise wird das Beleuchtungsfeld 16 in einer Scanbewegung über die Maske 14 geführt, so dass auch größere strukturierte Bereicht zusammenhängend auf die lichtempfindliche Schicht 22 projiziert werden können.
Die Figur 2a zeigt Teile des Beleuchtungssystems 12 in einer schematischen perspektivischen Darstellung. Auf einem Träger 26 ist ein Mikrospiegel-Array 28 angeordnet, das eine Viel- zahl von Mikrospiegeln 30 enthält. Jeder Mikrospiegel 30 ist digital zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar. Die Mikrospiegel 30 sind dabei in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung über die Fläche des Mikrospiegel-Arrays 28 verteilt . Bei dem Mikrospiegel-Array 28 kann es sich insbesondere um ein DMD (digital mirror device) handeln, das üblicherweise als mikro-elektromechanisches Bauelement (MEMS, micro- electromechanical System) realisiert ist.
Im Lichtweg hinter dem Mikrospiegel-Array 28 ist ein Kipp- spiegel 32 angeordnet, der mit Hilfe nicht dargestellter Ak- tuatoren um zwei orthogonale Kippachsen 34, 36 verkippbar ist. Der Kippspiegel 32 befindet sich im optischen Lichtweg . zwischen dem Mikrospiegel-Array 28 und einer Zielfläche 38, bei der es sich zum Beispiel um die Lichteintrittsfacetten eines optischen Integrators oder eine Pupillenfläche des Beleuchtungssystems 12 handeln kann.
In der Figur 2a ist der Kippspiegel 32 in einer ersten Kippstellung gezeigt. In dieser ersten Kippstellung wird das vom Mikrospiegel-Array 28 reflektierte Projektionslicht 40 so auf die Zielfläche 38 gerichtet, dass dort in einem ersten Bereich 42a ein Lichtmuster 44a entsteht. Das Lichtmuster 44a hängt dabei von der Stellung der Mikrospiegel 30 im Mikro- spiegel-Array 28 ab. Durch geeignete Ansteuerung der Mikrospiegel 30 kann somit das Lichtmuster 44a im ersten Bereich 42a verändert werden. Je mehr Mikrospiegel 30 im Mikrospie- gel-Array 28 enthalten sind, desto größer ist dabei die Ortsauflösung, mit der sich das Lichtmuster 44a einstellen lässt .
Beim Betrieb der Proj ektionsbelichtungsanlage wird das Lichtmuster 44a im ersten Bereich 42a während eines oder mehreren aufeinander folgenden Lichtpulsen erzeugt, die von der Lichtquelle LS emittiert werden. Die Lichtpulse werden dabei von der Lichtquelle LS typischerweise mit einer Frequenz von wenigen kHz emittiert, wobei die Dauer t der Lichtpulse im Verhältnis zur Periode T klein ist (t/T « 1) . Dementsprechend lang sind die Zeitintervalle zwischen den Lichtpulsen, während denen kein Projektionslicht 40 das Beleuchtungssystem 12 durchtritt .
Diese langen Zeitintervalle zwischen den Lichtpulsen werden erfindungsgemäß dazu genutzt, den Kippspiegel 32 um eine oder beide Kippachsen 34, 36 zu kippen und dadurch in eine zweite Kippstellung zu überführen. Auf diese Weise wird beim nächsten Lichtpuls auf der Zielfläche 38 ein zweiter Bereich 42b ausgeleuchtet, wie dies die Figur 2b illustriert. Im Zeitintervall zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen kann außerdem mindestens ein Mikrospiegel 30 des Mikrospiegel- Arrays 28 umgeschaltet werden. Das auf dem zweiten Bereich 42b erzeugte Lichtmuster 44b wird sich somit in der Regel von dem Lichtmuster 44a unterscheiden, mit dem zuvor im ersten Bereich 42a die Zielfläche 38 ausgeleuchtet wurde. Die beiden Bereiche 42a, 42b grenzen dabei vorzugsweise unmittelbar aneinander an, so dass auf der Zielfläche 38 auch die Lichtmuster 44a, 44b zumindest im Wesentlichen nahtlos ineinander ü- bergehen .
Nachdem das zweite Lichtmuster 44b während eines oder mehrerer Lichtpulse auf der Zielfläche 38 erzeugt wurde, wird während eines anderen Zeitintervalls zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen der Kippspiegel 32 erneut um mindestens eine der Schwenkachsen 34, 36 mit Hilfe der Aktuatoren verkippt und somit in eine dritte Kippstellung überführt. Dadurch leuchtet das von dem Mikrospiegel-Array 28 reflektierte Projektionslicht 40 beim nächsten Lichtpuls auf der Zielfläche 38 einen dritten Bereich 42c mit einem dritten Lichtmuster 44c aus. Falls das dritte Lichtmuster 44c sich von dem zweiten Lichtmuster 44b unterscheiden soll, werden gleichzeitig auch die Mikrospiegel 30 des Mikrospiegel-Arrays 28 zumindest teilweise umgeschaltet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wiederholt sich eine solche Verstellung des Kippspiegels 32 und der Mikrospiegel 30 nochmals, um in der Zielfläche 38 in einem vierten Bereich 42d ein viertes Lichtmuster 44d zu erzeugen.
Nach Verstellungen des Kippspiegels 32 während der Zeitintervalle zwischen zwei jeweils aufeinander folgenden Lichtpulsen wurde somit über einen Zeitraum von mindestens vier Lichtpulsen hinweg die Zielfläche 38 vollständig mit Lichtmustern 44a bis 44d überdeckt. Nach zeitlicher Integration ergibt sich somit für die Auflösung des Lichtmusters über der gesamten Zielfläche 38 ein Wert, der dem Vierfachen der Auflösung entspricht, der zu einem gegebenen Zeitpunkt vom Mikrospiegel- Array 28 auf der Zielfläche 38 erzeugt werden kann. Falls mehrere Lichtpulse einen der Bereiche 42a bis 42d ausleuchten, so besteht überdies die Möglichkeit, während der Zeitintervalle zwischen diesen aufeinander folgenden Lichtpulsen nur die Mikrospiegel 30, nicht aber den Kippspiegel 32 umzuschalten. Auf diese Weise lassen sich innerhalb der Bereiche 42a bis 42d nach zeitlicher Integration unterschiedliche Intensitätsstufen erzeugen. Stehen während der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht 22 insgesamt 40 Lichtpulse zur Verfügung, so können diese 40 Lichtpulse gleichmäßig auf die vier Bereiche 42a bis 42d verteilt werden. Für eden Bereich 42a bis 42d stehen dann 10 Lichtpulse zur Verfügung, was einer Abstufung von 10 unterschiedlichen LichtIntensitäten innerhalb jedes Bereichs 42a bis 42d entspricht. Dadurch können mit einem einfachen und relativ kleinen digitalen Mikrospie- gel-Array 28 größere zusammenhängende und mehrfach abgestufte Intensitätsverteilungen auf der Zielfläche 38 erzeugt werden. Dies ermöglicht nicht nur die präzise Einstellung von unterschiedlichen Beleuchtungswinkelverteilungen, sondern auch die Erzeugung von feldabhängigen Beleuchtungswinkelverteilungen, wie dies in der eingangs bereits erwähnten europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen EP 13194135.3 beschrieben ist. Die Auflösung des Lichtmusters auf dem optischen Integrator ist dabei so hoch, dass unterschiedliche Lichtmuster auf den kleinen Lichteintrittsfacetten des optischen Integra- tors erzeugt werden können. Da diese Lichtmuster direkt auf die Maske abgebildet werden, lassen sich somit auch feldabhängige Beleuchtungswinkelverteilungen erzeugen und die Abmessungen des Beleuchtungsfeldes 16 über die Ansteuerung des Mikrospiegel-Arrays 28 beeinflussen. Die Figur 3 zeigt in einer an die Figuren 2a bis 2d angelehnten schematischen perspektivischen Darstellung ein anderes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Beleuchtungs- System, bei dem im Lichtweg zwischen dem Mikrospiegel-Array 28 und der Zielfläche 38 ein als Einzellinse angedeutetes Objektiv 46 angeordnet ist. Das Objektiv 46 bildet das Mikrospiegel-Array 28 auf die Zielfläche 38 ab. Ferner sind in der Figur 3 Aktuatoren 48, 50 für den Kippspiegel 32 sowie eine Steuereinrichtung 52 dargestellt. Die Steuereinrichtung 50 steuert die Lichtquelle LS, die Aktuatoren 48, 50 und das Mikrospiegel-Array 28 an und stellt somit die notwendige Synchronisation zwischen den von der Licht- quelle LS erzeugten Lichtpulsen einerseits und den Verstellvorgängen des Kippspiegels 32 und der Mikrospiegel 30 sicher.
Mit Hilfe der in der Figur 3 gezeigten Anordnung lässt sich auch eine Ansteuerung realisieren, bei der die Lichtmuster auf der Zielfläche ineinander verschränkt sind, wie dies in der Figur 4 illustriert ist'. In der Figur 4 sind oben vier Lichtverteilungen auf dem Mikrospiegel-Array 28 zu vier unterschiedlichen Zeitpunkten gezeigt; der Einfachheit wurde hier unterstellt, dass das Mikrospiegel-Array 28 lediglich 4 Mikrospiegel 30 aufweist. Man erkennt, dass die Mikrospiegel 30 durch größere nicht reflektierende Bereiche 54 voneinander getrennt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen der Mikrospiegel 30 entlang einer Bezugsrichtung, zum Beispiel der X-Richtung, nicht größer sind als die Abstände zwischen benachbarten Mikrospiegeln 30 entlang dieser Bezugs- richtung.
Wie die Figur 4 in der Mitte illustriert, werden bei diesem Ausführungsbeispiel die Aktuatoren 48, 50 für den Kippspiegel 32 so von der Steuereinrichtung 52 angesteuert, dass die Lichtmuster 44a bis 44d ineinander verschränkt werden. Die Bereiche 42a bis 42d, die nach jeder Verstellung des Kipp- Spiegels 32 auf der Zielfläche 38 ausgeleuchtet werden, sind dabei lediglich um die Breite des Bildes 30' eines Mikrospie- gels 30 zueinander versetzt, wodurch sich die Umhüllenden der Bereiche 42a bis 42d jeweils erheblich überlappen. Durch die sukzessive Verschwenkung der Bereiche 42a bis 42d wird nach zeitlicher Integration die Zielfläche 38 vollständig ausgeleuchtet, wie dies unten in der Figur 4 angedeutet ist.
Die in die "Aus-Stellung" verkippten und deswegen schwarz angedeuteten Mikrospiegel 30 in den Lichtmustern 44a und 44d grenzen in der zeitlich integrierten Intensitätsverteilung, wie sie unten in der Figur 4 gezeigt ist, an ihren Ecken aneinander an. Durch das Verschwenken der Lichtmuster mit Hilfe des Kippspiegels 32 lässt sich somit erreichen, dass auch bei einer Abbildung des Mikrospiegel-Arrays 28 mit Hilfe des Objektivs 46 auf der Zielfläche 38 eine Intensitätsverteilung erzeugt werden kann, die frei von Bildern der nicht reflektierenden Bereiche 54 ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projek- tionsbelichtungsanlage (10), mit a) einer Lichtquelle (LS) , die zur Erzeugung einer Abfolge von Lichtpulsen eingerichtet ist, b) einer Zielfläche (38), c) einem im Lichtweg zwischen der Lichtquelle und der Zielfläche angeordnetem Array (28) von optischen Elementen (30), die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind, d) einer im Lichtweg zwischen dem Array und der
Zielfläche angeordneten verstellbaren Lichtablenkungsoptik (32), die dazu eingerichtet ist, auftreffendes Licht (40) mit unterschiedlichen Ablenkwinkeln abzulenken, und e) einer Steuereinrichtung (52), die dazu eingerichtet ist, die Lichtablenkungsoptik so anzusteuern, dass eine Änderung der Ablenkwinkel zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen erfolgt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung (52) dazu eingerichtet ist, wenigstens eines der optischen Elemente (30) des Arrays (28) zwischen zwei Lichtpulsen umzuschalten.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lichtablenkungsoptik (32) und die Steuereinrichtung (52) so eingerichtet sind, dass sich ein vor einer Änderung der Ablenkwinkel von dem Array (28) auf der Zielfläche (38) ausleuchtbares erstes Lichtmuster (44a bis 44d) nicht mit einem nach einer Änderung der Ablenkwinkel von dem Array auf der Zielfläche ausleuchtbaren zweiten Lichtmuster (44a bis 44d) überlappt.
4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, bei dem das erste Lichtmuster (44a bis 44d in Figuren 2a bis 2d) und das zweite Lichtmuster (44a bis 44d in Figuren 2a bis 2d) so auf dem Zielfeld angeordnet sind, dass sich Umhüllende der beiden Lichtmuster nicht überlappen.
5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, bei dem das erste Lichtmuster (44a bis 44d in Figur 4) und das zweite Lichtmuster (44a bis 44d in Figur 4) ineinander verschränkt sind.
6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, bei dem der Abstand zwischen zwei benachbarten optischen Elementen (30) des Arrays (28) entlang einer Bezugsrichtung (X) größer ist als die maximale Abmessung der zwei optischen Elemente (30) entlang der Bezugsrichtung.
7. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Lichtweg zwischen dem Array (28) und der Zielfläche (38) ein Objektiv (46) angeordnet ist, welches das Array auf die Zielfläche abbildet.
8. Verfahren zum Bebreiben eines Beleuchtungssystems (12) einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanla- ge (10), mit folgenden Schritten: a) Richten einer Abfolge von Lichtpulsen auf ein Array (28) von optischen Elementen (30), die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind, wobei das Array eine Zielfläche (38) ausleuchtet ; b) Ablenken des von dem Array auf die Zielfläche gerichteten Lichts um unterschiedliche Ablenkwinkel durch eine im Lichtweg zwischen dem Array und der Zielfläche angeordnete verstellbare Lichtablenkungsoptik (32), wobei eine Änderung der Ablenkwinkel zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem wenigstens eines der optischen Elemente (30) des Arrays (28) zwischen zwei Lichtpulsen umschaltet
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem sich ein vor einer Änderung der Ablenkwinkel von dem Array (28) auf der Zielfläche (38) ausleuchtbares erstes Lichtmuster (44a bis 44d in Figuren 2a bis 2d) nicht mit einem nach einer Änderung der Ablenkwinkel von dem Array auf der Zielfläche ausleuchtbaren zweiten Lichtmuster (44a bis 44d in Figuren 2a bis 2d) überlappt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster so auf dem Zielfeld angeordnet sind, dass Umhüllende der beiden Lichtmuster sich nicht überlappen.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das erste Lichtmuster (44a bis 44d in Figur 4) und das zweite Lichtmuster (44a bis 44d in Figur 4) ineinander verschränkt sind.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Abstand zwischen benachbarten optischen Elementen (30) des Arrays (28) entlang einer Bezugsrichtung (X) größer ist als die maximale Abmessung eines optischen Elements entlang der Bezugsrichtung.
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