WO2015124270A1 - 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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Markus DEGÜNTHER
Vladimir Davydenko
Thomas Korb
Johannes Eisenmenger
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    • G03F7/70116—Off-axis setting using a programmable means, e.g. liquid crystal display [LCD], digital micromirror device [DMD] or pupil facets

Definitions

  • the invention relates to an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus comprising a pulsed light source and a e.g. in MEMS technology manufactured array of optical elements, which are digitally switchable between two switch 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. To pattern the layers, they are first covered with a resist that is resistant to light of a certain wavelength range, e.g. Light in the deep ultraviolet (DUV, deep ultraviolet), vacuum ultraviolet (VUV, vacuum ultraviolet) or extreme ultraviolet (EUV, extreme ultraviolet) spectral range is sensitive. Subsequently, the thus coated wafer is exposed in a projection exposure apparatus. In this case, 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 magnification factor is generally less than 1, such proj ective objectives are sometimes referred to as reduction objectives.
  • the wafer After development of the photoresist, the wafer is subjected to an etching process, whereby the layer is coated in accordance with the pattern. is structured on the mask. The remaining photoresist is then removed from the remaining parts of the layer. This process is repeated until all layers are applied to the wafer.
  • lighting systems which use mirror arrays in order to illuminate the pupil plane of the illumination system variable. Examples of this can be found in EP 1 262 836 A1, US 2006/0087634 A1, US 2010/0060873 A1, US 2010/0277708 A1, US Pat. No. 7,061,582 B2, WO 2005/026843 A2 and WO 2010/006687 A1. In general, these are mirror arrays in which the mirrors can be tilted continuously over a certain angle range.
  • a lighting system which additionally has a digitally switchable micromirror array.
  • This micromirror array is imaged by means of a lens onto the light entrance facets of an optical integrator.
  • EP 13194135.3 entitled "Illumination System of a Micrographic Projection Exposure ⁇ pparatus", the content of which is the subject of the present application ,
  • a lighting system with a micro-mirror array is known, however, that is not digitally switched between two positions, but con ⁇ continuously be tilted ⁇ over a larger tilt angle.
  • the micromirror array is used to adjust the illumination setting and is synchronized with the light source such that a change in the illumination setting can take place between two light pulses.
  • a temporal multiplex operation of two light sources is known from US 5,880,817 and US 2007/0181834 AI.
  • the object of the present invention is to provide a lighting system which includes an array of optical elements which are digitally switchable between two switching positions, and which has particularly stable optical properties.
  • an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus with a light source which is set up to generate a sequence of light pulses.
  • the illumination system further comprises an array of optical elements that are digitally switchable between two switch positions.
  • a control device of the illumination system is adapted to control the optical elements so that they change their switching position only between two successive light pulses and maintain their switching position during the light pulses.
  • the invention is based on the recognition that the optical elements of the array should be synchronized with the light source so that changes in the switching position take place exclusively in the time intervals between successive light pulses. Since the light pulses are usually short and the switching process also extends over a certain time interval, it is difficult to perform the switching operation within a light pulse at a given time. This would be the prerequisite for obtaining defined conditions in the illumination of the mask.
  • the invention takes a different approach by basically avoiding such switching operations during a light pulse. This always clearly determines which ment of the optical elements is assigned to a specific light pulse.
  • the control device can be set up to control the optical elements in such a way that the switching position of at least one of the optical elements is identical during two or more successive light pulses. If the number of light pulses during which the switching position is the same during the illumination of a mask is different for different optical elements, different brightness levels can be generated integrated on a target area illuminated by the array over time. The number of light pulses may be e.g. be made dependent on measurements or simulations of the intensity on the target surface or in an optically conjugate surface.
  • the optical elements move between the switch positions.
  • the invention is not restricted to arrays with micromirrors, since similar problems can also occur with other arrays with digitally switchable optical elements.
  • the optical elements can be tiltable wedge prisms or liquid crystal cells, as they are known from LCDs.
  • a lens may be arranged at ⁇ , which images the array to the target surface.
  • the target surface can be, in particular, the light entry facets of an optical integrator which has a Variety of secondary light sources generated in a pupil plane of the illumination system.
  • the sequence of light pulses will be periodic.
  • the invention is also applicable to such light sources, in which the light pulses are not or not strictly periodically emitted.
  • the light source may be a laser adapted to produce projection light and a center wavelength of between 150 nm and 250 nm.
  • the invention can also be used for shorter center wavelengths, for example for center wavelengths in the EUV spectral range.
  • the illumination system has a further light source, which is set up to generate further light pulses.
  • the further light pulses are generated offset in time to the light pulses of a light source.
  • the array is set up to couple light pulses of the one light source in a first switching position of the optical elements and light pulses of the further light source into a common beam path of the illumination system in a second switching position of the optical elements. In this way, two light sources can be coupled into the beam path, without thereby increasing the input-side optical conductivity of the illumination system.
  • Array of digitally switchable optical elements has the advantage that it requires very little space and has very short switching times as a result of the small moving masses.
  • the invention further provides a method for operating an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus comprising the following steps: a) providing an array of optical elements which can be digitally switched between two switching positions; b) generating a sequence of light pulses; c) changing the switching position of the optical elements at least twice between two successive light pulses.
  • the optical elements preferably maintain their switching position during the light pulses.
  • the array can be imaged onto a target surface using a lens.
  • the array couples light pulses of the one light source into a first switching position of the optical elements and, in the case of a second switching position of the optical elements, couples light pulses of a further light source into a common beam path.
  • the invention also provides an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus having a first light source arranged to generate a sequence of first light pulses, and a second light source adapted to produce a light source. Sequence of second light pulses is arranged, which are emitted offset in time to the first light pulses.
  • a control device is set up to control an array of optical elements which can be switched over digitally between two switch positions so that exclusively light pulses of one light source and, in a second switch position of the optical elements, only light pulses of the further light source in a first switching position of the optical elements one common beam path of the lighting system are coupled.
  • the invention further provides a method for operating an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus, comprising the steps of: a) generating a sequence of first light pulses with a first light source; b) generating a sequence of second light pulses having a second light source that are offset in time from the first light pulses; c) driving an array of optical elements, which are digitally switchable between two switching positions, such that in a first switching position of the optical elements only light pulses of the one
  • Light source and in a second switching position of the optical elements only light pulses of the further light source are coupled into a common beam path of the illumination system.
  • Figure 1 is a greatly simplified perspective view of a microlithographic Proj edictionsbelichtungs- anläge
  • FIG. 3 shows a graph in which the angular position of a micro-mirror in dependence on the light pulses over time is plotted;
  • FIG. 4 shows parts of an illumination system according to the invention according to another embodiment in a representation similar to FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a graph corresponding to FIG. 3 for the exemplary embodiment shown in FIG.
  • FIG. 1 shows, in a highly schematic perspective illustration, a projection exposure apparatus 10 which is suitable for the lithographic production of microstructured components.
  • the projection exposure apparatus 10 includes an illumination system 12 having a light source LS adapted to produce projection light having a center wavelength of 193 nm.
  • the illumination system 12 directs the projection light generated by the light source LS on a mask 14 and illuminates there a narrow, in the illustrated embodiment rectangular illumination ⁇ field 16 from.
  • Other illumination field shapes, eg ring segments, are also possible.
  • Structures 18 lying on the mask 14 within the illumination field 16 are imaged onto a light-sensitive layer 22 with the aid of a projection objective 20 which contains a plurality of lenses LI to L4.
  • 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
  • the mask 14 and the wafer 24 are moved during projection along a direction indicated by Y. If the projection objective 20 inverts the image (ie, ⁇ ⁇ 0), the traversing movements of the mask 14 and of the wafer 24 proceed in opposite directions, as shown in FIG. 1 by arrows AI and A2 is indicated. 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.
  • parts of the illumination system 12 according to the invention are shown schematically in a perspective view.
  • the illumination system 12 comprises a carrier 26 for a micromirror array 28, to which the light source LS directs projection light 30 directly or via further optical elements (not shown).
  • the micromirror array 28 which can be realized as a DMD (digital mirror device), contains a regular arrangement of micromirrors 32, which can each be switched over digitally between two switching positions.
  • the micromirror array 28 is connected to a control device 34 via a signal connection indicated by dashed lines.
  • the micro mirror array 28 alstrei ⁇ Bendes projection light 30 is directed by deflection via a planar folding mirror 36 through a lens 38 onto a target surface 40, which is berType be, for example, the 0- an optical integrator can act.
  • the Whether ⁇ tively 38 has the effect that the micro-mirror array is mapped onto the target surface 28 40th This way can with Help the micromirror array 28, the target surface 40 are variably illuminated.
  • FIG. 3 shows a graph in which the intensity of the projection light 30 (right ordinate) generated by the light source LS and the angular position of one of the micromirrors 32
  • the light source LS generates light pulses 4-21 to 42-3 of duration At and with a period T, where At / T ⁇ 1. Between two successive light pulses 42, therefore, relatively no time passes Pro illumination edictionslicht the illumination system 12 passes.
  • the pulse frequency of the light source LS is typically of the order of a few kHz.
  • the relatively long time interval between successive light pulses 42 is used to switch the respective micromirror 32 several times between its two switching positions, which correspond to angles a on and a 0ff, respectively.
  • a need for cooling is generally because a (albeit smaller) absorbers part of light incident on the micro Spie ⁇ gel 32 energetic projection light 30 from the reflective coating of the micro mirrors 32 brewed and converted into heat. Cooling via micromirror 32 alone via the carrier 26 can therefore not be sufficient for the cooling. Cooling by convection is particularly effective when the ambient air is moved and from the micromirrors 32 changing their switch position.
  • FIG. 4 shows, in a representation similar to FIG. 2, another embodiment in which micromirror array 28 is used to generate first light pulses generated by a first light source LSI and second light pulses generated by a second light source LS2 be entangled in the manner of a time-multiplexing so that behind the micromirror array 28, the projection light 30 is directed with twice the pulse rate to the subsequent optical elements of the illumination system 12.
  • the control unit 34 controls the micromirror array 28 such that in a first switching position the micromirrors 32 exclusively the first light pulses of the first light source LSI and in a second switching position of the micromirrors 32 exclusively the second light pulses of the second light source LS2 in a common Coupling the beam path of the illumination system.
  • the first and second light pulses strike exactly from the same direction, but with a pulse frequency that is doubled in comparison with the pulse frequency of each individual light source LSI, LS2.
  • T2 T1 emitted second light pulses
  • the control device 34 controls the relevant mirror 32 so that it is in its first switching position during the first light pulses 42-1, 42-2, 42-3, which corresponds to the angle ai.
  • the micromirror is in its second switching position, which corresponds to the tilt angle a2.
  • the micromirror 32 is repeatedly switched between its two switching positions between two light pulses 42-1, 42-2, 42-3, 52-1, 52-2 which originate from different light sources LSI, LS2, to improve cooling by the surrounding air.

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Abstract

Ein Beleuchtungssystem einer lithographischen Projektionsbelichtungsanlage (12) umfasst eine Lichtquelle (LS; LS 1, LS 2), die zur Erzeugung einer Abfolge von Lichtpulsen (42-1 bis 42-3; 42-1, 42-2, 52-1, 52-2) eingerichtet ist. Ferner umfasst das Beleuchtungssystem ein Array (28) von optischen Elementen (32), die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind. Eine Steuereinrichtung (34) steuert die optischen Elemente (32) so an, dass sie nur zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen ihre Schaltstellung ändern und während der Lichtpulse ihre Schaltstellung beibehalten.

Description

BELEUCHTUNGSSYSTEM EINER
MIKROLITHOGRAPHISCHEN PROJEKTIONSBELICHTUNGSANLAGE UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES SOLCHEN
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanlage , das eine gepulst betriebene Lichtquelle und ein z.B. in MEMS-Technologie hergestelltes 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 Proj ektionsbelichtungsanlage 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 Allgemeinen kleiner als 1 ist, werden derartige Proj ektionsobj ek- tive 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 2010/0060873 AI, US 2010/0277708 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-Ärray aufweist. Dieses Mikrospiegel-Array wird mit Hilfe eines Objektivs auf die Lichteintrittsfacetten eines optischen Integrators abgebildet. Ein ähnliches, aber anders angesteuertes Beleuchtungssystem ist aus der am 22.11.2013 eingereich- ten europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen EP 13194135.3 mit dem Titel "Illumination System of a Micro- lithgraphic Projection Exposure Äpparatus" bekannt, deren Inhalt zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Aus der EP 2 202 580 AI ist ein Beleuchtungssystem mit einem Mikrospiegel-Array bekannt, dass allerdings nicht digital zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar ist, sondern kon¬ tinuierlich über einen größeren Kippwinkelbereich verkippbar■ ist. Das Mikrospiegel-Array wird zur Einstellung des Beleuch- tungssettings verwendet und ist so mit der Lichtquelle syn- chronisiert, dass ein Wechsel des Beleuchtungssettings zwischen zwei Lichtpulsen stattfinden kann. Ein zeitlicher Multiplexbetrieb zweier Lichtquellen ist aus der US 5,880,817 und der US 2007/0181834 AI bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungs- System bereitzustellen, das ein Array von optischen Elementen enthält, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind, und das besonders stabile optische Eigenschaften hat.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanlage mit einer Lichtquelle, die zur Erzeugung einer Abfolge von Lichtpulsen eingerichtet ist. Das Beleuchtungssystem weist ferner ein Array von optischen Elementen auf, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind. Eine Steuereinrichtung des Beleuchtungssystems ist dazu eingerichtet, die optischen Elemente so anzusteuern, dass sie nur zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen ihre SchaltStellung ändern und während der Lichtpulse ihre Schaltstellung beibehalten.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die optischen Elemente des Arrays so mit der Lichtquelle synchronisiert sein sollten, dass Änderungen der Schaltstellung ausschließlich in den Zeitintervallen zwischen aufeinander folgenden Lichtpulsen stattfinden. Da die Lichtpulse in der Regel kurz sind und der Schaltvorgang sich ebenfalls über eine gewisses Zeitintervall hinweg erstreckt, ist es schwierig, den Schaltvorgang innerhalb eines Lichtpulses zu einem vorgegebenen Zeitpunkt durchzuführen. Dies wäre die Voraussetzung dafür, definierte Verhältnisse bei der Beleuchtung der Maske zu erhalten. Die Erfindung geht einen anderen Weg, indem solche Schaltvorgänge während eines Lichtpulses grundsätzlich vermieden werden. Dadurch ist stets eindeutig festgelegt, welcher Einstel- lung der optischen Elemente ein bestimmter Lichtpuls zuzuordnen ist.
Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die optischen Elemente so anzusteuern, dass die SchaltStellung min- destens eines der optischen Elemente während zwei oder mehr aufeinander folgenden Lichtpulsen gleich ist. Wenn die Zahl von Lichtpulsen, während derer die SchaltStellung gleich ist, während der Beleuchtung einer Maske bei unterschiedlichen optischen Elementen unterschiedlich ist, können auf einer von dem Array ausgeleuchteten Zielfläche über die Zeit integriert unterschiedliche Helligkeitsstufen erzeugt werden. Die Zahl der Lichtpulse kann dabei z.B. von Messungen oder Simulationen der Intensität auf der Zielfläche oder in einer dazu optisch konjugierten Fläche abhängig gemacht werden. Bei einem Ausführungsbeispiel bewegen sich die optischen Elemente zwischen den Schaltstellungen. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die optischen Elemente so anzusteuern, dass sich die SchaltStellung zwischen den zwei oder mehr aufeinander folgenden Lichtpulsen 2 · n, n = 1, 2, 3, Mal än- dert. Durch das Ändern der Schaltstellung bewegen sich die optischen Elemente, was die Bewegung der die optischen Elemente umgebenden Luft (oder eines anderen Gases) und damit die Kühlung der optischen Elemente fördert.
Die Erfindung ist nicht auf Arrays mit Mikrospiegeln be- schränkt, da auch bei anderen Arrays mit digital umschaltbaren optischen Elementen ähnliche Probleme auftreten können. So kann es sich bei den optischen Elementen beispielsweise um verkippbare Keilprismen oder um Flüssigkristallzellen handeln, wie sie aus LCDs bekannt sind. Zwischen dem Array und einer Zielfläche kann ein Objektiv an¬ geordnet sein, welches das Array auf die Zielfläche abbildet. Bei der Zielfläche kann es sich insbesondere um die Lichteintrittsfacetten eines optischen Integrators handeln, der eine Vielzahl von sekundären Lichtquellen in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems erzeugt.
Im Allgemeinen wird die Abfolge der Lichtpulse periodisch sein. Die Erfindung ist aber auch bei solchen Lichtquellen anwendbar, bei denen die Lichtpulse nicht oder nicht streng periodisch emittiert werden.
Bei der Lichtquelle kann es sich insbesondere um einen Laser handeln, der für die Erzeugung von Projektionslicht und einer Mittenwellenlänge zwischen 150 nm und 250 nm eingerichtet ist. Im Prinzip ist die Erfindung jedoch auch für kürzere Mittenwellenlängen, etwa für Mittenwellenlängen im EUV- Spektralbereich, einsetzbar.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Beleuchtungssystem eine weitere Lichtquelle auf, die zur Erzeugung von weiteren Lichtpulsen eingerichtet ist. Die weiteren Lichtpulse werden dabei zeitlich versetzt zu den Lichtpulsen der einen Lichtquelle erzeugt. Das Array ist dazu eingerichtet, in einer ersten SchaltStellung der optischen Elemente Lichtpulse der einen Lichtquelle und in einer zweiten Schaltstellung der op- tischen Elemente Lichtpulse der weiteren Lichtquelle in einen gemeinsamen Strahlengang des Beleuchtungssystems einzukop- peln. Auf diese Weise können zwei Lichtquellen in den Strahlengang eingekoppelt werden, ohne dass sich dadurch der ein- gangsseitige Lichtleitwert des Beleuchtungssystems erhöht. Im Vergleich zu herkömmlichen schaltbaren Einkoppelelementen wie Kippspiegel oder rotierenden Prismen hat ein. Array aus digital schaltbaren optischen Elementen den Vorteil, dass es sehr wenig Bauraum benötigt und in Folge der kleinen zu bewegenden Massen sehr kurze Schaltzeiten hat. Auf diese Weise lässt sich somit die effektive Pulsrate des Beleuchtungssystems und damit die für die Belichtung der lichtempfindlichen Schicht zur Verfügung stehende Lichtmenge verdoppeln. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanlage mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Arrays von optischen Elementen, die zwischen zwei SchaltStellungen digital umschaltbar sind; b) Erzeugen einer Abfolge von Lichtpulsen; c) Mindestens zweimaliges Ändern der SchaltStellung der optischen Elemente zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen . Die optischen Elemente behalten während der Lichtpulse vorzugsweise ihre Schaltstellung bei. Das Array kann mit Hilfe eines Objektivs auf eine Zielfläche abgebildet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel koppelt das Array in einer ersten Schaltstellung der optischen Elemente Lichtpulse der ei- nen Lichtquelle und bei einer zweiten Schaltstellung der optischen Elemente Lichtpulse einer weiteren Lichtquelle in einen gemeinsamen Strahlengang ein.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanlage mit einer ersten Lichtquelle, die zur Erzeugung einer Abfolge von ersten Lichtpulsen eingerichtet ist, und mit einer zweiten Lichtquelle, die zur Erzeugung einer . Abfolge von zweiten Lichtpulsen eingerichtet ist, die zeitlich versetzt zu den ersten Lichtpulsen emittiert werden. Eine Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Array von optischen Elementen, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind, so anzusteuern, dass in einer ersten Schaltstellung der optischen Elemente ausschließlich Lichtpulse der einen Lichtquelle und in einer zweiten Schaltstellung der optischen Elemente ausschließlich Lichtpulse der weiteren Lichtquelle in einen gemeinsamen Strahlengang des Beleuchtungssystems eingekoppelt werden .
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanlage mit den folgenden Schritten: a) Erzeugen einer Abfolge von ersten Lichtpulsen mit einer ersten Lichtquelle; b) Erzeugen einer Abfolge von zweiten Lichtpulsen mit einer zweiten Lichtquelle, die zeitlich versetzt zu den ersten Lichtpulsen sind; c) Ansteuern eines Arrays von optischen Elementen, die zwischen zwei SchaltStellungen digital umschaltbar sind, derart, dass in einer ersten Schaltstellung der optischen Elemente ausschließlich Lichtpulse der einen
Lichtquelle und in einer zweiten Schaltstellung der optischen Elemente ausschließlich Lichtpulse der weiteren Lichtquelle in einen gemeinsamen Strahlengang des Beleuchtungssystems eingekoppelt werden.
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- anläge;
Figur 2 Teile eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems in einer schematischen perspektivischen Darstellung; Figur 3 einen Graphen, in dem die Winkelstellung eines Mik- rospiegels in Abhängigkeit von den Lichtpulsen über der Zeit aufgetragen ist;
Figur 4 Teile eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems gemäß einem anderen Ausführungsbeispiels in einer an die Figur 2 angelehnten Darstellung;
Figur 5 einen der Figur 3 entsprechenden Graphen für das in der Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Figur 1 zeigt in einer stark schematisierten perspektivischen Darstellung eine Proj ektionsbelichtungsanlage 10, die für die lithographische Herstellung mikrostrukturierter Bauteile geeignet ist. Die Proj ektionsbelichtungsanlage 10 enthält ein Beleuchtungssystem 12 mit einer Lichtquelle LS, die zur Erzeugung von Projektionslicht mit einer Mittenwellenlänge von 193 nm eingerichtet ist. Das Beleuchtungssystem 12 richtet das von der Lichtquelle LS erzeugte Projektionslicht auf eine Maske 14 und leuchtet dort ein schmales, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckförmiges Beleuchtungs¬ feld 16 aus. 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 lichtemp- findliche 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 Projektionsfeld 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 Proj ektionsobj ektivs 20. Falls das Projektionsobjektiv 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. In der Figur 2 sind Teile des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems 12 schematisch in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Das Beleuchtungssystem 12 umfasst einen Träger 26 für ein Mikrospiegel-Array 28, auf das die Lichtquelle LS Projektionslicht 30 direkt oder über nicht dargestellte wei- tere optische Elemente richtet. Das Mikrospiegel-Array 28, das als DMD (digital mirror device) realisiert sein kann, enthält eine regelmäßige Anordnung von Mikrospiegeln 32, die jeweils zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind. Zu diesem Zweck ist das Mikrospiegel-Array 28 über eine gestrichelt angedeutete Signalverbindung mit einer Steuereinrichtung 34 verbunden. Auf das Mikrospiegel-Array 28 auftrei¬ bendes Projektionslicht 30 wird nach Umlenkung über einen planen Faltungsspiegel 36 über ein Objektiv 38 auf eine Zielfläche 40 gerichtet, bei der es sich zum Beispiel um die 0- berfläche eines optischen Integrators handeln kann. Das Ob¬ jektiv 38 bewirkt dabei, dass das Mikrospiegel-Array 28 auf die Zielfläche 40 abgebildet wird. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Mikrospiegel-Arrays 28 die Zielfläche 40 variabel ausgeleuchtet werden.
Die Figur 3 zeigt einen Graphen, in dem die Intensität des von der Lichtquelle LS erzeugten Projektionslichts 30 (rechte Ordinate) und die Winkelstellung eines der Mikrospiegel 32
(linke Ordinate) über der Zeit t aufgetragen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird unterstellt, dass die Lichtquelle LS Lichtpulse 4-21 bis 42-3 der Dauer At und mit einer Periode T erzeugt, wobei At/T « 1. Zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen 42 vergeht somit relativ viel Zeit, in der kein Pro ektionslicht das Beleuchtungssystem 12 durchtritt. Die Pulsfrequenz der Lichtquelle LS liegt typischerweise in der Größenordnung von einigen kHz.
In dem Graphen der Figur 3 ist erkennbar, dass das relativ lange Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Lichtpulsen 42 dazu genutzt wird, den betreffenden Mikrospiegel 32 mehrfach zwischen seinen zwei Schaltstellungen umzuschalten, denen Winkeln aon bzw. a0ff entsprechen. Während der Lichtpulse 42 befindet sich der betreffede Mikrospiegel 32 jedoch stets in einer definierten Schaltstellung, nämlich während der ersten beiden Lichtpulse 42-1 und 42-2 in einer Schaltstellung, in der Licht auf die Zielfläche 40 gerichtet wird (α = αοη) , und während des dritten Lichtpulses 42-3 in einer zweiten Schaltstellung, in der kein Licht auf die Zielfläche 40 gerichtet wird (a = aoff) .
Durch das mehrfache Ändern der SchaltStellung zwischen aufeinander folgenden Lichtpulsen 42-1 bis 42-3 wird die Bewegung der die Mikrospiegel 32 umgebenden Luft (oder eines anderen Gases) und damit die Kühlung der Mikrospiegel 32 geför- dert. Ein Bedarf nach Kühlung besteht im Allgemeinen deswegen, weil ein (wenn auch kleiner) Teil des auf die Mikrospie¬ gel 32 auftreffenden energiereichen Projektionslichts 30 von der reflektierenden Beschichtung der Mikrospiegel 32 absor- biert und in Wärme umgewandelt wird. Eine Kühlung über Mikro- spiegel 32 allein über den Träger 26 kann deswegen für die Kühlung nicht ausreichend sein. Besonders effektiv ist die Kühlung durch Konvektion, wenn die umgebende Luft und von den ihre Schaltstellung ändernden Mikrospiegeln 32 bewegt wird.
Die Figur zeigt 4 in einer an die Figur 2 angelehnten Darstellung ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem das Mikrospiegel-Array 28 dazu verwendet wird, erste Lichtpulse, die von einer ersten Lichtquelle LSI erzeugt werden, und zweite Lichtpulse, die von einer zweiten Lichtquelle LS2 erzeugt werden, in der Art eines Zeit-Muliplexens so zu verschränken, dass hinter dem Mikrospiegel-Array 28 das Projektionslicht 30 mit der doppelten Pulsfrequenz auf die nachfolgenden optischen Elemente des Beleuchtungssystems 12 gerichtet wird. Zu diesem Zweck steuert die Steuereinheit 34 das Mikrospiegel-Array 28 so an, dass in einer ersten SchaltStellung die Mikrospiegel 32 ausschließlich die ersten Lichtpulse der ersten Lichtquelle LSI und in einer zweiten Schaltstellung der Mikrospiegel 32 ausschließlich die zweiten Lichtpulse der zweiten Lichtquelle LS2 in einen gemeinsamen Strahlengang des Beleuchtungssystems einkoppeln.
Am Faltungsspiegel 36 treffen damit exakt aus der gleichen Richtung die ersten und zweiten Lichtpulse auf, jedoch mit einer Pulsfrequenz, die im Vergleich zu der Pulsfrequenz je- der einzelnen Lichtquelle LSI, LS2 verdoppelt ist.
Dies illustriert der'in der Figur 5 gezeigte Graph. Die periodischen Abfolgen der ersten und zweiten Lichtpulse 42-1, 42- 2 bzw. 52-1, 52-2 sind durch unterschiedliche Schraffuren gekennzeichnet. Durch die Verschränkung der ersten mit der Pe- riode Tl emittierten Lichtpulse und der mit der Periode
T2 = Tl emittierten zweiten Lichtpulse erhält man eine Abfolge von Lichtpulsen mit einer effektiven Periode Teff = Tl/2 = T2/2. Die Steuereinrichtung 34 steuert den betreffenden Mik- rospiegel 32 so an, dass er sich während der ersten Lichtpulse 42-1, 42-2, 42-3 sich in seiner ersten Schaltstellung befindet, die dem Winkel ai entspricht. Während der zweiten Lichtpulse 52-1, 52-2 befindet sich der Mikrospiegel in sei- ner zweiten Schaltstellung, die dem Kippwinkel a2 entspricht.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Mikrospiegel 32 zwischen zwei aufeinander folgenden, aber von unterschiedlichen Lichtquellen LSI, LS2 stammenden Lichtpulsen 42-1, 42-2, 42-3, 52-1, 52-2 mehrfach zwischen seinen beiden Schaltstel- lungen umgeschaltet, um die Kühlung durch die umgebende Luft zu verbessern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projek- tionsbelichtungsanlage (10), mit a) einer Lichtquelle (LS; LSI, LS2), die zur Erzeugung einer Abfolge von Lichtpulsen (42-1, 42-2, 42-3, 52-, 52-2) eingerichtet ist, b) einem Array (28) von optischen Elementen (32), die zwischen zwei SchaltStellungen digital umschaltbar sind, c) einer Steuereinrichtung (34), die dazu eingerichtet ist, die optischen Elemente so anzusteuern, dass sie nur zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen ihre Schaltstellung ändern und während der Lichtpulse ihre Schaltstellung beibehalten .
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , bei dem die Steuereinrichtung (34) dazu eingerichtet ist, die optischen Elemente (32) so anzusteuern, dass die Schaltstellung mindestens eines der optischen Elemente während zwei oder mehr aufeinander folgenden Lichtpulsen gleich ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Steuereinrichtung (34) dazu eingerichtet ist, die optischen Elemente (32) so anzusteuern, dass die Zahl von Lichtpulsen, während derer die SchaltStellung gleich ist, während der Beleuchtung einer Maske (14) bei unter¬ schiedlichen optischen Elementen (32) unterschiedlich ist .
4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die optischen Elemente sich zwischen den Schaltstellungen bewegen, und bei dem Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die optischen Elemente so anzusteuern, dass sich die Schaltstellung zwischen den zwei oder mehr aufeinander folgenden Lichtpulsen 2 · n, n = 1, 2, 3, Mal ändert.
5. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Lichtweg zwischen dem Array (28) und einer Zielfläche (40) ein Objektiv (38) angeordnet ist, welches das Array auf die Zielfläche abbildet.
6. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer weiteren Lichtquelle (LS2), die zur Erzeugung von weiteren Lichtpulsen eingerichtet ist, wobei die weiteren Lichtpulse (52-1, 52-2) zu den
Lichtpulsen (42-1, 42-2, 42-3) der einen Lichtquelle zeitlich versetzt erzeugt werden, und wobei das Array (28) dazu eingerichtet ist, in einer ersten Schaltstellung der optischen Elemente (32) Lichtpulse der einen Lichtquelle und bei einer zweiten Schaltstellung der optischen Elemente Lichtpulse der weiteren Lichtquelle in einen gemeinsamen Strahlengang des Beleuchtungssystems (12) einzukoppeln .
7. Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems (12) einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanla- ge (10) , mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Arrays (28) von optischen E- lementen (32), die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind; b) Erzeugen einer Abfolge von Lichtpulsen (42-1, 42- 2, 42-3, 52-, 52-2); c) Ändern der Schaltstellung der optischen Elemente nur zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen, aber nicht während der Lichtpulse.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Schaltstellung mindestens eines der optischen Elemente (32) während zwei oder mehr aufeinander folgenden Lichtpulsen gleich ist .
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Zahl von Lichtpulsen, während derer die Schaltstellung gleich ist, während der Beleuchtung einer Maske (14) bei unterschiedlichen optischen Elementen (32) unterschiedlich ist .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die optischen Elemente sich zwischen den Schaltstellungen bewegen, und bei sich die Schaltstellung zwischen den zwei oder mehr aufeinander folgenden Lichtpulsen 2 · n, n = 1, 2, 3, Mal ändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem das Array (28) in einer ersten SchaltStellung der optischen Elemente (32) Lichtpulse (42-1, 42-2, 42-3) der einen Lichtquelle (LSI) und bei einer zweiten Schaltstellung der optischen Elemente (32) Lichtpulse (52-, 52-2) einer weiteren Lichtquelle (LS2) in einen gemeinsamen Strahlengang einkoppelt.
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