WO2019145126A1

WO2019145126A1 - Beleuchtungsoptik für die projektionslithographie

Info

Publication number: WO2019145126A1
Application number: PCT/EP2019/050057
Authority: WO
Inventors: Stig Bieling; Markus DEGÜNTHER
Original assignee: Carl Zeiss Smt Gmbh
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2019-08-01
Also published as: DE102018201010A1; US20200341385A1; US10948828B2

Abstract

Eine Beleuchtungsoptik für die Projektionslithographie dient zur Beleuchtung eines Objektfeldes längs eines Beleuchtungslicht-Strahlengangs.Die Beleuchtungsoptik hat einen optischen Stab (19) mit stirnseitigen Ein-und Austrittsflächen (18, 20). Der optische Stab (19) ist so gestaltet, dass Beleuchtungslicht an Mantelwänden des optischen Stabs (19) durch mehrfache innere Totalreflexion gemischt und homogenisiert wird. Ein optisches Stabausleuchtungs-Vorgabeelement (16) ist im Beleuchtungslicht-Strahlengang dem optischen Stab (19) vorgeordnet und dient zur Vorgabe einer Ausleuchtung der Eintrittsfläche (18) mit einer über die Eintrittsfläche (18) vorgegebenen Verteilung einer Beleuchtungsintensität und gleichzeitig einer Beleuchtungswinkelverteilung. Die vorgegebene Beleuchtungsintensitäts-Verteilung weicht über die Eintrittsfläche (18) von einer homogenen Verteilung ab. Es resultiert eine Beleuchtungsoptik mit einem optischen Stab, bei der ein vorgegebenes Beleuchtungssetting mit geringeren Beleuchtungslicht-Verlusten eingestellt werden kann.

Description

Beleuchtungsoptik für die Projektionslithographie

Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Pa- tentanmeldung DE 10 2018 201 010.2 in Anspruch, deren Inhalt durch Be- zugnahme hierin aufgenommen wird.

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik für die Projektionslithogra- phie. Ferner betrifft die Erfindung ein optisches System mit einer derarti- gen Beleuchtungsoptik, ein Beleuchtungssystem mit einem derartigen opti- schen System und eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Beleuchtungssystem.

Eine Beleuchtungsoptik der eingangs genannten Art ist bekannt aus der DE 195 20 563 Al . Weitere Beleuchtungsoptiken sind bekannt aus der WO 2005/006079 Al, der WO 2003/046663A2, der DE 10 2007 055 443 A, der US 7,209,218 A, der US 2003/0038931 A, der US 6,704,092 A, der WO 2009/024 164 A und der JP 2007/27240 A.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsoptik mit einem optischen Stab zum Mischen und Homogenisieren des Beleuch- tungslichts so weiterzubilden, dass ein vorgegebenes Beleuchtungssetting mit geringeren Beleuchtungslicht- Verlusten eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfmdungsgemäß gelöst durch eine Beleuchtungsoptik mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Erfmdungsgemäß wurde erkannt, dass es zur verlustarmen Anpassung ei- ner Ausleuchtung eines optischen Stabes erforderlich ist, nicht nur eine Beleuchtungswinkelverteilung am Stabeintritt einzustellen, sondern auch eine Beleuchtungsintensitätsverteilung über die Stab-Eintrittsf äche. Zu sätzlich wurde erkannt, dass es möglich ist, den Stab eintrittsseitig mit Be- leuchtungsrichtungen zu beleuchten, die nicht mit denjenigen des ge- wünschten Beleuchtungssettings übereinstimmen, sofern darauf geachtet wird, derartige, an sich nicht zum gewünschten Beleuchtungssetting pas- sende Stabeintritts- Strahlrichtungen an den richtigen Positionen der Stab- Eintrittsfläche einzustrahlen. Das optische Stabausleuchtungs- Vorgabeele- ment kann diffraktiv oder auch refraktiv/diffraktiv ausgeführt sein. Auf- grund des optischen Stabausleuchtungs-Vorgabeelements wird das in den Stab eintretende Beleuchtungslicht effektiv zur Bereitstellung des ge- wünschten Beleuchtungssettings genutzt. Bei einer gegebenenfalls noch nachfolgenden Korrekturblende in einer Beleuchtungs-Pupillenebene wird dann nur noch wenig oder sogar gar kein Licht mehr geblockt.

Bei einer Ausführung nach Anspruch 2 ergibt sich eine besonders gute Ef- fektivität bei der Bereitstellung des gewünschten Beleuchtungssettings.

Eine Anordnung des optischen Stabausleuchtungs-Vorgabeelements nach Anspruch 3 führt zu einer vorteilhaften Spezialisierung der Wirkung dieses Stabausleuchtungs-Vorgabeelements auf einen Beleuchtungswinkel.

Ein Intensitäts- Vorgabeelement nach Anspruch 4 sorgt insbesondere dann, wenn das optische Stabausleuchtungs- Vorgabeelement ausschließlich auf den Beleuchtungswinkel wirkt, für die Intensitätsabhängigkeit zur Vorgabe des Beleuchtungssettings. Das Intensitäts-Vorgabeelement kann diffraktiv ausgeführt sein. Eine Beleuchtungsintensitäts- Verteilung auf dem opti- schen Stabausleuchtungs- Vorgabeelement kann durch das Intensitäts- Vor- gabeelement gezielt inhomogen ausgeführt sein und eine Feinstruktur be- ziehungsweise Parzellierung beinhalten, die aus der Stabgeometrie folgt. Diese Feinstruktur kann über vom Intensitäts- Vorgabeelement erzeugte Beugungsordnungen erzeugt werden. Die Beleuchtungsintensitäts-Ver- teilung auf dem optischen Stabausleuchtungs- Vorgabeelement kann Abbil- dungsfehler einer Einkoppeloptik zur Einkopplung des Beleuchtungslichts in die Eintrittsfläche Vorhalten.

Eine Anordnung des optischen Stabausleuchtungs-Vorgabeelements nach Anspruch 5 hat sich bewährt.

Ein Axicon nach Anspruch 6 ermöglicht eine insbesondere zusätzliche Formung einer Beleuchtungsintensitäts-Verteilung auf dem optischen Sta- bausleuchtungs-Vorgabeelement. Das Axicon kann als Zoom- Axicon aus- gebildet sein.

Eine Pupillen-Korrekturblende nach Anspruch 7 ermöglicht eine abschlie- ßende Feinkorrektur des vorgegebenen Beleuchtungssettings.

Ein Wechselhalter nach Anspruch 8 ermöglicht eine Anpassung der Wir- kungen des optischen Stabausleuchtungs-Vorgabeelements und/oder des Intensitäts- Vorgabeelements an eine gewünschte Beleuchtungswinke lver- teilung beziehungsweise ein gewünschtes Beleuchtungssetting. Anstelle eines Wechselns des jeweiligen Vorgabeelement kann dieses auch zwi- schen einer Korrekturstellung und einer Neutralstellung ein- und ausgefah- ren werden, sodass eine jeweilige Position des Wechselhalters möglich ist, bei der keines der zugeordneten Vorgabeelemente eine optische Wirkung hat.

Ein Wechselhalterantrieb nach Anspruch 9 ermöglicht einen automatisier- ten Betrieb des jeweiligen Wechselhalters. Der Wechselhalterantrieb kann mit einer zentralen Steuereinrichtung der Beleuchtungsoptik in Signalver- bindung stehen.

Die Vorteile eines optischen Systems nach Anspruch 10, eines Beleuch- tungssystems nach Anspruch 11 sowie einer Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 12 entsprechen denjenigen, die vorstehend unter Bezug- nahme auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik bereits erläutert wur- den. Das Beleuchtungssystem kann eine DUV(deep ultraviolet, tiefes Ult raviolett)- Lichtquelle aufweisen.

Mit der Projektionsbelichtungsanlage kann insbesondere ein mikro- bezie- hungsweise nano strukturiertes Bauteil, besonders ein Halbleiterchip, bei- spielsweise ein Speicherchip, hergestellt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Übersicht einer Mikrolithografie-

Projektionsbelichtungsanlage in einem Meridionalschnitt;

Fig. 2 schematisch und perspektivisch beispielhafte Subbündel von Beleuchtungslicht der Projektionsbelichtungsanlage im Verlauf zwischen einer Fichtquelle und einem opti- schen Stabausleuchtungs- V orgabeelement;

Fig. 3 in einer zu Fig. 2 ähnlichen Darstellung einen angedeute- ten Strahlverlauf eines Subbündels des Beleuchtungslichts zwischen dem optischen Stabausleuchtungs-Vorgabeele- ment und einem optischen Stab der Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage;

Fig. 4 perspektivisch den optischen Stab zur Verdeutlichung der

Lage von Koordinatenachsen eines kartesischen xyz- Koordinatensy stems ;

Fig. 5 schematisch in einem Strahlrichtungs-Diagramm mit den kartesischen Koordinaten x, y zugeordneten Strahlrich- tungs-Komponenten k_x, k_y Verhältnisse bei der Einkopp- lung eines Beleuchtungsstrahls in den Stab, der an allen vier Mantelwänden des Stabs reflektiert wird;

Fig. 6 in einem Diagramm gemäß Fig. 5 einen Vergleich zwi- schen einem gewünschten Beleuchtungssetting (45°-Dipol) und den Strahlrichtungen bei den vier Reflexionen gemäß Fig. 5;

Fig. 7 und 8 in zu den Fig. 5 und 6 ähnlichen Darstellungen die Ver- hältnisse bei einer Einkoppel- Strahlrichtung in den opti- schen Stab, die derart ist, dass der Beleuchtungsstrahl nur von einer oberen und einer unteren Mantelwand des opti- schen Stabes reflektiert wird; Fig. 9 eine schematische Darstellung des optischen Stabes sowie einer aufgefächerten Austrittsflächen-Ebene, die zur Er- mittlung jeweils erlaubter Einkoppel- Strahlrichtungen und der jeweiligen Einkoppel- Strahlrichtung zugeordneter er- laubter Einkoppelorte auf der Stab-Eintrittsfläche, also zur Ermittlung einer Vorgabe einer Ausleuchtung der Eintritts- fläche hinsichtlich einer über die Eintrittsfläche vorliegen- den Beleuchtungsintensität und gleichzeitig einer über die Eintritts fläche vorliegenden Beleuchtungswinkelverteilung herangezogen werden kann;

Fig.10 ein weiteres beispielhaftes Beleuchtungssetting, welches in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik nach Austritt aus dem optischen Stab vorliegen soll;

Fig.11 eine Ortsausleuchtung des optischen Stabausleuchtungs- Vorgabeelements, die in Zusammenwirkung mit einer von diesem optischen Stabausleuchtungs-Vorgabeelement aus- gehenden Beleuchtungswinkelverteilung zum Beleuch- tungssetting nach Fig. 10 führt;

Fig.12 bis 17 zu den Fig. 10 und 11 ähnliche Darstellungen von Soll- Beleuchtungssettings sowie zugeordnete Soll-Ortsaus- leuchtungen des optischen Stabausleuchtungs-Vorgabe- elements, die zusammenwirkend mit vom optischen Sta- bausleuchtungs- Vorgabeelement dann jeweils ausgehen- den Beleuchtungswinkelverteilungen zu diesem Soll- Beleuchtungssetting führen; und Fig.18 und 19 beispielhaft zwei Ausführungen einer Aperturblende, die in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik im Beleuch- tungslicht- Strahlengang nach dem optischen Stab angeord- net sein kann. Zur Verdeutlichung von Lagebeziehungen ist in der Zeichnung ein kartesi- sches xyz-Koordinatensystem angegeben. In der Fig. 1 verläuft die x-Ach- se senkrecht zur Zeichenebene aus dieser heraus. Die y-Achse verläuft in der Fig. 1 nach oben. Die z-Achse verläuft in der Fig. 1 nach links.

Eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage 1 hat ein Beleuch- tungssystem mit einer Beleuchtungsoptik 2 zur Ausleuchtung eines defi- nierten Beleuchtungs- beziehungsweise Objektfelds 3 am Ort eines Objekts beziehungsweise Retikels 4, welches eine für die Produktion mikrostruktu- rierter beziehungsweise mikroelektronischer Halbleiterbauelemente zu pro- jizierende Vorlage darsteht. Das Retikel 4 wird von einem nicht dargestell- ten Retikelhalter gehalten.

Als Lichtquelle 5 für Beleuchtungslicht des Beleuchtungssystems dient ein Laser im tiefen Ultraviolett (DUV). Hierbei kann es sich um einen ArF- Excimer-Laser handeln. Auch andere DUV-Quellen sind möglich.

Ein Strahlaufweiter 6, beispielsweise eine aus der DE-A 41 24 311 bekann- te Spiegelanordnung, dient zur Kohärenzreduktion und zur Erzeugung ei- nes aufgeweiteten, kolimierten, rechteckigen Querschnitts eines Strahls des Beleuchtungslichts 7.

Ein erstes diffraktives optisches Rasterelement (DOE) 8 ist in einer Ob- jektebene eines Kondensors 9 angeordnet. Dieses DOE 8 wird nachfolgend auch als Intensitäts-Vorgabelelement bezeichnet. Der Kondensor 9 hat ein Axicon-Paar 10 und eine Linse 11 mit positiver Brennweite. Der Abstand der Axicon-Elemente des Axicon-Paars 10 zueinander sowie die Position der Linse 11 sind längs einer optischen Achse 12 der Beleuchtungsoptik 2 verstellbar, wie in der Fig. 1 durch Doppelpfeile 13, 14 angedeutet. Der Kondensor 9 stellt daher eine Zoom-Optik dar.

In einer Austritts-Pupillenebene 15 des Kondensors 9 ist ein weiteres dif- fraktives und/oder refraktives optisches Rasterelement (ROE) 16 angeord- net. Soweit das Rasterelement 16 diffraktiv ausgeführt ist, kann es bei- spielsweise als computergeneriertes Hologramm (CGH) ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich zur Ausgestaltung als diffraktives optisches Element kann das ROE 16 refraktiv ausgeführt sein, beispielsweise als re- fraktives optisches Rasterelement, insbesondere als Mikrolinsen-Array. Obwohl auch eine diffraktive Ausführung möglich ist, wird das Rasterele- ment 16 nachfolgend als ROE bezeichnet.

Mit dem ersten DOE 8 wird am Ort des ROE 16 eine definierte Intensitäts- Verteilung in der Pupillenebene 15 eingestellt. Hierdurch wird ein vorgege- benes sogenanntes Beleuchtungssetting, also eine definierte Verteilung von Beleuchtungswinkeln über das Objektfeld 3, erzeugt. Das erste DOE 8 stellt daher ein Beleuchtungswinkel-Vorgabeelement zur Vorgabe einer Beleuchtungswinkelverteilung über das Objektfeld 3 dar.

Eine dem ROE 16 nachgeordnete Einkoppeloptik 17 überträgt das Be- leuchtungslicht auf eine stirnseitige Eintrittsfläche 18 eines transparenten optischen Stabes in Form eines Glasstabes 19. Der Stab 19 mischt und ho- mogenisiert das Beleuchtungslicht durch mehrfache innere Reflexion an den Mantelwänden des Stabs 19. Unmittelbar an einer der Eintritts fläche 18 gegenüberliegenden, stirnseitigen Austrittsfläche 20 des Stabs 19 liegt eine Zwischenfeldebene, in der ein Retikel-Masking- System (REMA) 21, eine verstellbare Feldblende, angeordnet ist. Mit dem ROE 16 wird unter anderem die Querschnittsform des Beleuch- tungsstrahls 7 an die Rechteckform der Eintrittsfläche 18 des Stabs 19 an- gepasst.

Das ROE 16 wird nachfolgend auch als optisches Stabausleuchtungs- Vorgabeelement bezeichnet. Das ROE 16 dient zur Vorgabe einer Aus- leuchtung der Eintrittsfläche 18 des Stabes 19 mit dem Beleuchtungslicht 7. Diese Vorgabe der Ausleuchtung der Eintrittsfläche 18 ist so, dass hier- über eine Verteilung der Beleuchtungsintensität und gleichzeitig der Be- leuchtungswinkelverteilung über die Eintrittsfläche 18 vorgegeben wird. Die vorgegebene Beleuchtungsintensitäts- Verteilung über die Eintrittsflä- che 18 weicht von einer homogenen Verteilung ab, was nachfolgend noch näher erläutert wird.

Das DOE 8, also das Intensitäts-Vorgabeelement, dient zur Vorgabe einer Beleuchtungsintensitäts-Verteilung auf dem ROE 16, also auf dem opti- schen Stabausleuchtungs-Vorgabeelement.

Dem REMA 21 nachgeordnet ist ein Kondensor 22. In einer Austritts- Pupillenebene 23 des Kondensors 22 kann ein Blenden-Wechselhalter 24 mit einer Mehrzahl von Blenden beziehungsweise Filtern angeordnet sein, von denen in der Fig. 1 zwei Blenden 25, 26 dargestellt sind. Der Blenden- Wechselhalter 24 trägt die verschiedenen Blenden nach Art eines Blenden- karussells. Zum Blendenwechsel wird das Karussell um eine Antriebswelle 27 eines Antriebsmotors 28 angetrieben, der mit einer zentralen Steuerein- richtung 28a der Projektionsbelichtungsanlage 1 in Signalverbindung steht. Die Blenden des Blenden-Wechselhalters 24 sind in eine gerade Anzahl von separaten Blendenabschnitten unterteilt. Bei den Blendenabschnitten kann es sich um das Beleuchtungslicht vollständig blockende Blenden, um das Beleuchtungslicht um einen vorgegebenen Anteil schwächende Grau- filter oder um das Beleuchtungslicht linear polarisierende Polarisationsfil- ter handeln.

Der dem Stab 19 nachgeordneten Pupillenebene 23 ist ein weiterer Kon- densor mit Linsengruppen 29, 30 nachgeordnet. Zwischen den beiden Lin- sengruppen 29, 30 ist ein 90 °-Umlenkspiegel 31 für das Beleuchtungslicht angeordnet. Der Kondensor 22 sowie der weitere Kondensor mit den bei- den Linsengruppen 29, 30 bilden ein Objektiv 31a, das die Zwischenfeld- ebene des REMA 21 auf das Retikel 4 abbildet. Die Pupillenebene 23 stellt eine interne Pupillenebene dieses Objektivs 31a dar.

Ein Projektionsobjektiv 32 bildet das Objektfeld 3, das in einer Objektebe- ne 33 liegt, in ein Bildfeld 34 in einer Bildebene 35 ab. Das Bildfeld 34 ist Teil der Oberfläche eines zu belichtenden Wafers 36, der mit einer für das Beleuchtungslicht empfindlichen Beschichtung versehen ist. Der Wafer 36 wird von einem nicht dargestellten Waferhalter gehalten. Bei der Projekti- onsbelichtung werden das Retikel 4 und der Wafer 36 synchron zueinander gescannt. Auch eine intermittierende Verlagerung der Halter des Retikels 4 und des Wafers 36, ein sogenannter Stepper-Betrieb, ist möglich.

Die verschiedenen bündelführenden beziehungsweise bündelformenden Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 sind mit Ausnahme des Umlenkspiegels 31 als refraktive Komponenten angedeutet. Genauso kann es sich auch um katadioptrische oder um reflektive Komponenten handeln.

Die Wirkungen des DOE 8 einerseits und des ROE 16 andererseits werden nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert. Die Fig. 2 zeigt einen Strahlengang ausgewählter Subbündel des Beleuch- tungslichts 7 zwischen der Lichtquelle 5 und dem ROE 16. Die Fig. 3 zeigt wiederum den Strahlengang eines ausgewählten Subbündels des Beleuch- tungslichts 7 zwischen dem ROE 16 und der Eintrittsfläche 18 des opti- schen Stabs 19.

Von einem Punkt einer Emissionsfläche 37 der Lichtquelle 5 geht in der Fig. 2 beispielhaft ein Subbündel 7a des Beleuchtungslichts 7 mit einer geringen Ausgangsdivergenz aus und trifft auf das DOE 8 im Bereich eines vergleichsweise gering ausgedehnten Auftreffflecks 38. Ein weiteres Sub- bündel 7b des Beleuchtungslichts 7 ist in der Fig. 2 ausgehend von einem Punkt des DOE 8 dargestellt. In einem Fernfeld 39 dieses weiteren Sub- bündels ergibt sich aufgrund der diffraktiven Wirkung des DOE 8 eine In- tensitäts-Unterstruktur, die zur Vorgabe einer Strukturierung einer Aus- leuchtung des ROE 16 genutzt werden kann. Das ROE 16 ist entsprechend in einem Fernfeld des DOE 8 angeordnet.

Zwischen dem DOE 8 und dem ROE 16 ist das Zoom- Axicon-Paar 10 an- geordnet, welches in der Fig. 2 durch eine Linse angedeutet ist.

Die Ortsausleuchtung des ROE 16, die in der Fig. 2 rechts veranschaulicht ist, ergibt sich als Kombination der Wirkungen der Divergenz der Licht- quelle 5, des DOE 8 und des Axicon-Paars 10.

Fig. 11 zeigt beispielhaft diese Ausleuchtung des ROE 16 nach Fig. 2 stär- ker im Detail. Beleuchtet werden vier teilkreisförmige Beleuchtungsregio- nen 39, 40, 41, 42, die in den vier Quadranten des ROE 16 angeordnet sind. Innerhalb dieser vier Beleuchtungsregionen 39 bis 42 ist eine Beleuch- tungsintensität charakteristisch in intensivere und weniger intensive Parzel- len aufgeteilt. Bei 43 ist in der Fig. 11 eine intensivere Parzelle und bei 44 eine weniger intensive Parzelle bezeichnet. Eine Beleuchtungsintensität des ROE 16 ist in der Fig. 11 durch eine rechts angegebene Intensitätsskala in willkürlichen Einheiten angegeben.

Die Parzellierung 43, 44 folgt aus der Geometrie des optischen Stabes 19.

Eine Feinstrukturierung im Fernfeld 39, über die die Parzellierung 43, 44 herbeigeführt werden kann, wird über verschiedene Beugungsordnungen des DOE 8 erzeugt.

Die Beleuchtungsintensitäts-Verteilung über die Beleuchtungsregionen 39 bis 42 auf dem ROE 16 kann Abbildungsfehler der Einkoppeloptik 17 bei der Einkopplung in den optischen Stab 19 Vorhalten.

Das DOE 8 ist zum Austausch durch mindestens ein weiteres DOE 45 (vergleiche Fig. 1) über einen DOE- Wechselhalter 46 mit Wechselhalteran- trieb mit Antriebsmotor 47 zum Drehen des DOE-Wechselhalter-Karus- sells um eine Antriebswelle 48 ausgeführt. Hierüber lässt sich die Wirkung des DOEs an gewünschte Vorgaben, beispielsweise zur Anpassung an ein gewünschtes Beleuchtungssetting, einstellen. Es ist auch eine Stellung des DOE- Wechselhalters 47 möglich, bei der kein DOE im Strahlengang des Beleuchtungslichts 7 wirkt.

Entsprechend hat die Beleuchtungsoptik 2 einen ROE- Wechselhalter 49 zum Austausch des ROE 16 gegen mindestens ein weiteres ROE 50. Ein Antriebsmotor 51 sowie eine Antriebswelle 52 des ROE- Wechselhalters 49 entsprechen denjenigen Komponenten, die vorstehend im Zusammenhang mit dem DOE- Wechselhalter 46 beschrieben wurden. Es ist auch eine Stel- lung des ROE- Wechselhalters 49 möglich, bei der kein ROE im Strahlen- gang des Beleuchtungslichts 7 wirkt.

Fig. 3 verdeutlicht eine Abstrahlwinkelcharakteristik des ROE 16. Darge- stellt ist beispielhaft ein Subbündel des Beleuchtungslicht 7, welches von einem Punkt der Beleuchtungsregion 40 ausgeht. Die Abstrahlwinkelcha- rakteristik des ROE 16 ist so, dass das abgestrahlte Subbündel das Be- leuchtungslicht 7 in zwei Ab Strahlquadranten 53, 54 eines insgesamt ange- nähert rechteckigen Ab Strahlquerschnitts 55 abstrahlt. Ein x/y-Aspektver- hältnis des Abstrahlquerschnitts 55 entspricht dem x/y- Aspektverhältnis der Eintrittsfläche 18 des optischen Stabes 19.

Die Einkoppeloptik 17, die in der Fig. 3 wiederum durch eine Linse ange- deutet ist, überträgt die Abstrahlwinkelcharakteristik, die vom ROE 16 er- zeugt wird, in eine Beleuchtungsintensitätsverteilung an der Eintrittsfläche 18 des Stabes 19. Den beiden ausgeleuchteten Ab Strahlquadranten 53, 54 entsprechen dann Eintrittsflächenabschnitte 56, 57 der Eintritts fläche 18, die mit dem Beleuchtungslicht 7 aus Richtung des in der Fig. 3 betrachte - ten Emissionspunktes vom ROE 16 beaufschlagt werden.

Von jedem Emissionspunkt auf den Beleuchtungsregionen 39 bis 42 des ROE 16 kann eine andere Abstrahlcharakteristik erzeugt werden. Die Vor- schrift, von welchen Emissionspunkten des ROE 16 welche Abstrahlwin- kelcharakteristik emittiert werden soll, damit das gewünschte Beleuch- tungssetting resultiert, wird nachfolgend erläutert.

Ein derartiges gewünschtes Beleuchtungssetting 58, welches aufgrund der Ab Strahlcharakteristik nach den Fig. 2, 3 und 11 resultiert, ist in der Fig. 10 dargestellt. Dieses Beleuchtungssetting 58 ist ein Dipolsetting mit zwei teilkreisförmigen Beleuchtungspolen 59, 60, die im ersten und dritten Quadranten der Intensitätsverteilung im Bereich der Pupillenebene 23 an- geordnet sind, die in der Fig. 10 dargestellt ist. Zu beachten ist, dass die Ortsverteilung der Ausleuchtung des ROE 16 nach Fig. 11 mit vier Be- leuchtungsregionen 39 bis 42 dieses Dipol-Beleuchtungssetting 58 mit zwei Beleuchtungspolen 59, 60 erzeugt, ohne dass es notwendig ist, bei- spielsweise zwei Pole abzublocken, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Erreicht wird dies durch die gezielte Kombination aus Ortsaus- leuchtung und Abstrahlwinkelcharakteristik des ROE 16.

Fig. 5 verdeutlicht, wie sich die Richtung eines in den optischen Stab 19 einfallenden Beleuchtungsstrahls mit einem Richtungsvektor k_xo, k_yo bei der Reflexion an den vier Mantelwänden des optischen Stabes 19 ändert (Richtungsvektor 61). Der Strahl fällt in die Eintrittsfläche 18 zunächst so ein, dass seine Strahlrichtung sowohl eine positive x- als auch eine positive y-Richtungskomponente hat. Nach Reflexion an der ersten Mantelwand wird die x-Komponente der Strahlrichtung umgekehrt, wohingegen die y- Komponente erhalten bleibt (Richtungsvektor 62). Bei der zweiten Refle- xion an der zweiten Mantelwand wird nun die y-Richtung umgekehrt, nicht aber die x-Richtung, sodass der Richtungsvektor 63 resultiert. Die dritte Reflexion kehrt wiederum die x-Richtung um, nicht aber die y-Richtung, sodass der Richtungsvektor 64 resultiert. Die vierte Reflexion überführt den Richtungsvektor 64 wieder in den Richtungsvektor 61. Sofern der mit dem Richtungsvektor 61 einfallende Strahl genau vier Reflexionen (oder ein ganzzahliges Vielfaches dieser Reflexionsanzahl) an den inneren Man- telwänden des Stabs 19 erfährt, verlässt er die Austrittsfläche 20 also mit exakt der gleichen Richtung wie beim Eintritt in die Eintritts fläche 18. Fig. 6 verdeutlicht, wie viele Reflexionen ein solcher Strahl mit einfallen- dem Richtungsvektor 61 mit positiver k_x- und positiver k_y-Komponente an den Mantelflächen des optischen Stabes erfahren darf, damit ein in diesem Fall gewünschtes 45°-Dipol-Beleuchtungssetting mit ausgeleuchteten Quadranten I und III resultiert. Im Vergleich mit der Fig. 5 wird deutlich, dass ein derart mit dem Richtungsvektor 61 in den Stab einfallender Be- leuchtungsstrahl entweder nicht an den Mantelwänden reflektiert werden darf oder eine gerade Anzahl von Reflexionen an den Mantelwänden des Stabs 19 erfahren darf, damit der Beleuchtungsstrahl entweder eine Strahl- richtung hat, die zum Quadranten I (Richtung s vektor 61) oder eine Strahl- richtung hat, die zum Quadranten III (Richtungsvektor 63) des Wunsch- Beleuchtungssettings passt. Ungerade Anzahlen von Reflexionen an den Mantelwänden des Stabes würden zu nicht zum Wunsch-Beleuchtungsset- ting passenden Richtungsvektoren 62 oder 64 führen.

Fig. 7 und 8 zeigen die Verhältnisse, bei denen der Beleuchtungsstrahl mit einem Richtungsvektor 65 mit positiver x- und positiver y-Komponente der Strahlrichtung so einfällt, dass er nur von der oberen beziehungsweise der unteren Mantelwand des Stabes 19 reflektiert wird. Hier wird der Rich- tungsvektor bei einer ersten Reflexion in einen Richtungsvektor 66 mit umgekehrten y- Vorzeichen und gleichbleibendem x- Vorzeichen überführt und bei der nachfolgenden Reflexion wieder in sich selbst, also in den Richtungsvektor 65 überführt. Entsprechend ergibt sich, dass bei einer sol- chen Situation (Reflexion nur an gegenüberliegende Mantelflächen) zum Erreichen des Wunschsettings entweder keine Reflexion oder eine ge- radzahlige Anzahl von Reflexionen erlaubt ist. Eine ungeradzahlige Anzahl von Reflexionen würde zum unerwünschten Richtungsvektor 66 führen. Anhand der Fig. 8 wird deutlich, dass auch ein zunächst in einer in Bezug auf das Wunschsetting nicht gewünschten Strahlrichtung in den optischen Stab einfallender Beleuchtungsstrahl (Richtungsvektor 67) bei ungeradzah- liger Anzahl von Reflexionen an den Mantelwänden des Stabes 19 zu ei- nem gewünschten Richtung s vektor 68 (Situation bei ausschließlicher Re- flexion an gegenüberliegenden Mantelwänden des Stabes) oder auch zu einem gewünschten Richtungsvektor 65 (bei Reflexion auch an anderen Mantelwänden des Stabes) führen kann.

Fig. 9 zeigt eine Anordnung, mit der entschieden werden kann, zu welcher Strahlrichtung des Beleuchtungslichts 7 am Eintritt in den Stab 19 Ab- schnitte der Eintrittsfläche 18 gehören, die mit dem Beleuchtungslicht be- aufschlagt werden können, damit das gewünschte Beleuchtungssetting re- sultiert. Dargesteht ist dies in der Fig. 9 für genau eine Strahlrichtung 69 des Beleuchtungslichts 7. Diese Strahlrichtung schneidet eine Austrittsebe- ne 70, in der die Austrittsfläche 20 hegt, in einem Punkt x_s, y_s. Betrachtet wird hierbei derjenige Strahl mit der Strahlrichtung 69, der durch das Zent- rum der Eintrittsfläche 18 verläuft.

Die Austrittsebene 70 ist unterteilt in xy-Koordinaten-Parzellen P,_.j, deren Fläche genauso groß ist wie die Austrittsfläche 20, und die die Austritts- ebene 70 lückenlos parkettieren. Die Koordinaten x, y in jeder der Koordi- naten-Parzellen P,_.j stehen für Strahlrichtungen genau eines Typs von Re- flexionen an den Mantelwänden des optischen Stabs 19.

Die Austrittsfläche 20 ist gleichzeitig die Koordinaten-Parzelle Po,o. Strah- len des Beleuchtungslichts 7 mit einer Strahlrichtung, deren Durchstoß- punkt in der Parzelle Po,o endet, erfahren keine Reflexion an den Mantel- wänden des Stabs 19. Alle Strahlen mit der Strahlrichtung 69 treffen, sofern eine Ablenkung auf- grund der Reflexion an den Mantelwänden unberücksichtigt bleibt, auf die Austrittsebene 70 in einem Auftreffbereich 71, der in der Fig. 9 gestrichelt dargestellt ist. Dieser Auftreffbereich 71 liegt in den Parzellen Ri_,i, Pi_,2, P_2,i und P_2,2. Der Punkt x_s, y_s liegt selbst in der Parzelle Ri,i, also in einer Par- zelle mit exakt zwei Reflexionen an den Stab-Mantelwänden.

Im in der Fig. 9 dargestellten Fall einer Kombination aus Soll-Beleuch- tungssetting und betrachteter Strahlrichtung 69 sind, wie vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 5 bis 8 erläutert, gerade Anzahlen von Refle- xionen an den Stab-Mantelwänden zulässig, führen also zu Strahlrichtun- gen des Beleuchtungslichts 7 beim Austritt aus der Austrittsfläche 20, die zum gewünschten Beleuchtungssetting passen. Alle Strahlen mit der Strahlrichtung 69, deren Durchstoßpunkte in der Schnittfläche des Auf- treffbereichs 71 mit der Parzelle Ri_,i liegen, sind daher Strahlrichtungen, die zum erlaubten Beleuchtungssetting beitragen. Das ROE 16 muss also so ausgelegt sein, dass Beleuchtungslicht 7 mit der Strahlrichtung 69 in den Eintrittsflächenabschnitt 57 der Eintritts fläche 18 eingestrahlt wird.

Entsprechendes gilt für die Schnittfläche zwischen dem Auftreffbereich 71 und der Parzelle P_{2 2}, die ebenfalls zu einer geradzahligen Anzahl von Re- flexionen des Beleuchtungslicht mit der Strahlrichtung 69 an den Mantel- wänden des Stabs 19 gehört. Diese Schnittfläche gehört zum Eintrittsflä- chenbereich 58.

Die beiden anderen, verbleibenden rechteckigen Eintrittsflächenabschnitte 72, 73 müssen zum Erreichen des Soll-Beleuchtungssettings nicht mit Be- leuchtungslicht der Strahlrichtung 69 beaufschlagt werden, da sie den Ko- ordinaten-Parzellen P_2,i und P_1.2 entsprechen, also zu Parzellen mit einer ungeradzahligen Anzahl von Reflexionen an den Stab-Mantelwänden ge- hören.

Die Betrachtung für die Strahlrichtung 69 kann nun für alle anderen Strahl- richtungen, die zum Soll-Beleuchtungssetting, beispielsweise zum Be- leuchtungssetting 58 gehören, wiederholt werden und auch für hierzu kom- plementäre Strahlrichtungen (vergleiche die Beleuchtungsregionen 40 und 42 des ROE 16, bei denen dann eine ungerade Anzahl von Reflexionen an den Stab-Mantelwänden zu gewünschten Beleuchtungsrichtungen führt, wie ebenfalls vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 5 bis 8 erläutert).

Bei derartigen, an sich nicht zum Beleuchtungssetting passenden Strahl- richtungen werden dann Schnittflächen des jeweiligen Auftreffbereichs mit den Koordinaten-Parzellen betrachtet, die zu Parzellen mit ungerader Re- flexionsanzahl gehören, beispielsweise die Parzellen Pi_,2 und P_2,i des vor- stehenden Beispiels. Würde beispielsweise die Strahlrichtung 69 nicht zu einer Strahlrichtung gehören, die im Beleuchtungssetting 58 vorkommt, würde sich die Aufteilung der Eintrittsfläche 18 in zu beleuchtende Ein- trittsflächenabschnitte und nicht zu beleuchtende Eintrittsflächenabschnitte genau umkehren und die Eintrittsflächenabschnitte 72, 73 wären zu be- leuchten, die Eintrittsflächenabschnitte 57 und 58 wären dann gerade nicht zu beleuchten.

Für die jeweiligen Orte x_s, y_s in der Austrittsebene 70 lässt sich als Funkti- on vom jeweiligen Abstrahlort p, q und der Strahlrichtung k_p, k_q, ausge- hend von diesem Ort p, q folgende Beziehung angeben:

Hierbei sind: x_s, y_s: die die Strahlrichtung im Bereich des Stabeintritts repräsentierenden Koordinaten des Durchstoßpunktes dieser Strahlrichtung in der Austritts- flächenebene 70;

p, q: Ortskoordinaten des ROE 16;

k_p, k_q: Abstrahlrichtungs-Vektorkomponenten des jeweiligen Strahls des Beleuchtungslichts 7, ausgehend vom Punkt p, q am ROE 16;

f: Brennweite der Einkoppeloptik 17;

L: Länge des Stabs 19, also Abstand zwischen der Eintrittsfläche 18 und der Austrittsfläche 20;

n_s: Brechungsindex des optischen Materials des Stabs 19.

Für die Koordinaten x_s, y_s gilt noch die erwähnte Nebenbedingung, dass für Strahlrichtungen am Stabeintritt, die zum gewünschten Beleuchtungsset- ting gehören, eine gerade Anzahl von Reflexionen an den Stab-Mantelwän- den erfolgen darf, und für die anderen Strahlrichtungen, die also nicht zum Beleuchtungssetting passen, eine ungeradzahlige Anzahl von Reflexionen an den Stab-Mantelwänden erfolgen muss.

Aus den obigen Formeln lässt sich eine Bedingung für eine Strukturierung des ROE 16 angeben. Die Fig. 12 bis 17 zeigen drei weitere Varianten von Dipol-Beleuchtungs- settings, jeweils mit Beleuchtungspolen 59, 60 mit unterschiedlichen An- ordnungspositionen innerhalb der Quadranten I und III sowie mit unter- schiedlichen azimutalen Erstreckungen. Diesen Beleuchtungssettings nach den Fig. 12, 14 und 16 sind in den Fig. 13, 15 und 17 die jeweiligen Orts- ausleuchtungen des ROE 16 in einer Darstellung zugeordnet, die derjeni- gen der Fig. 11 entspricht. Diese Ausleuchtungen sind wiederum mit einer Intensitätsskalierung versehen. Wie bei der Ortsausleuchtung des ROE 16 zur Erzeugung des Beleuchtungssettings 58 nach Fig. 10 ist es auch bei den Dipolsettings nach den Fig. 12, 14 und 16 so, dass die Ortsausleuchtung am ROE 16 nach den Fig. 13, 15 und 17 jeweils vier Beleuchtungsregionen aufweist.

Die Fig. 18 und 19 zeigen Beispiele für die Filter beziehungsweise Blenden 25 und 26. Beim Filter 25 sind die Quadranten I und III transparent und die Quadranten II und IV opak oder blockend ausgeführt. Der Filter bezie- hungsweise die Blende 26 ergibt sich durch Rotation der Blende 25 um deren Zentrum um 90°. Bei der Blende 26 sind also die Quadranten I und

III opak beziehungsweise blockend ausgeführt und die Quadranten II und

IV transparent. Die Blenden 25, 26 dienen als Pupillen-Korrekturblenden.

Bei der mikrolithografischen Herstellung eines mikro- beziehungsweise nano strukturierten Bauelements wird zunächst der Wafer 36 zumindest abschnittsweise mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichtet. Dann wird eine Struktur auf dem Retikel 4 mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 auf den Wafer 36 projiziert. Sodann wird der belichtete Wafer 36 zur Ausbildung des mikro strukturierten Bauelements bearbeitet.

Claims

Patentansprüche

1. Beleuchtungsoptik (2) für die Projektions lithographie zur Beleuchtung eines Objektfeldes (3) längs eines Beleuchtungslicht-Strahlengangs, - mit einem optischen Stab (19)

— mit einer stirnseitigen Eintrittsfläche (18) für Beleuchtungs- licht (7) und

— mit einer gegenüberliegenden, stirnseitigen Austrittsfläche (20) für das Beleuchtungslicht (7),

- wobei der optische Stab (19) derart gestaltet ist, dass das Beleuch- tungslicht (7) an Mantelwänden des optischen Stabes (19) durch mehrfache innere Totalreflexion gemischt und homogenisiert wird, mit einem optischen Stabausleuchtungs-Vorgabeelement (16), welches im Beleuchtungslicht-Strahlengang dem optischen Stab (19) vorgeordnet ist, zur Vorgabe einer Ausleuchtung der Eintritts- fläche (18) mit einer über die Eintrittsfläche (18) vorgegebenen Verteilung

— einer Beleuchtungsintensität und gleichzeitig

— einer Beleuchtungswinkelverteilung,

- wobei die Ausleuchtungsvorgabe durch das optische Stabausleuch- tungs- Vorgabeelement (16) derart ist, dass die vorgegebene Be- leuchtungsintensitätsverteilung über die Eintrittsfläche (18) von ei- ner homogenen Verteilung abweicht.

2. Beleuchtungsoptik nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine

Ausführung des optischen Stabausleuchtungs- Vorgabeelements (16) derart, dass für eine bestimmte Strahlrichtung (69) des Beleuchtungs- lichts (7) bei der Einkopplung in die Eintrittsfläche (18) die vorgege- bene Beleuchtungsintensitätsverteilung so über die Eintrittsfläche (18) von einer homogenen Verteilung abweicht, dass Abschnitte (72, 73) der Eintrittsfläche (18) nicht mit Beleuchtungslicht (7) beaufschlagt werden.

3. Beleuchtungsoptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Stabausleuchtungs- Vorgabeelement (16) in einer Pu- pillenebene (15) der Beleuchtungsoptik (2) angeordnet ist.

4. Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein dem optischen Stabausleuchtungs-Vorgabeelement (16) vorgeordnetes Intensitäts- Vorgabeelement (8) zur Vorgabe einer Be- leuchtungsintensitäts- Verteilung auf dem optischen Stabausleuchtungs- Vorgabeelement (16).

5. Beleuchtungsoptik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Stabausleuchtungs-Vorgabeelement (16) in einem Fern- feld des Intensitäts- Vorgabeelements (8) angeordnet ist.

6. Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis5, gekennzeichnet durch ein Axicon (10) im Beleuchtungslicht-Strahlengang zwischen dem Intensitäts- Vorgabeelement (8) und dem optischen Stabausleuch- tungs- Vorgabeelement (16).

7. Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens eine Pupillen-Korrekturblende (25, 26) im Beleuch- tungslicht- Strahlengang nach dem optischen Stab (19).

8. Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Wechselhalter (46; 49) zum Austausch des Intensitäts- Vorgabeelements (8) und/oder des Stabausleuchtungs-Vorgabeele- ments (16) durch mindestens ein weiteres Vorgabeelement (45; 50).

9. Beleuchtungsoptik nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Wechselhalterantrieb (47; 51) zum angetriebenen Vorgabeelement-

Austausch.

10. Optisches System mit einer Beleuchtungsoptik nach einem der An- sprüche 1 bis 9 und mit einer Projektionsoptik (32) zur Abbildung des Objektfeldes (3) in ein Bildfeld (34).

11. Beleuchtungssystem mit einem optischen System nach Anspruch 10 und mit einer Lichtquelle (5).

12. Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem nach An- spruch 11 , einem Retikelhalter zum Halten eines Retikels (4) in einer Objektebene (33), einem Projektionsobjektiv (32) zur Abbildung des Objektfelds (3) in ein Bildfeld (34) in einer Bildebene (35) und mit ei- nem Waferhalter zum Halten eines Wafers (36) in der Bildebene.