DE102015209453A1

DE102015209453A1 - Pupillenfacettenspiegel

Info

Publication number: DE102015209453A1
Application number: DE102015209453.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Gehrke; Thomas Fischer; Martin Endres
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-11-24
Also published as: TW201641960A; WO2016188810A1

Abstract

Ein Pupillenfacettenspiegel (10) weist Facetten (11) mit unterschiedlichen Krümmungsradien auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pupillenfacettenspiegel für eine Beleuchtungsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage sowie eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Pupillenfacettenspiegel. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Krümmungsradien von Facetten eines Pupillenfacettenspiegels. Weiterhin betrifft die Erfindung ein optisches System und eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements und ein verfahrensgemäß hergestelltes Bauelement.
Aus der WO 2009/074211 A1 ist eine Korrekturvorrichtung bekannt, mittels der über eine Querkoordinate quer zu einer Verlagerungsrichtung eines bei der Projektionsbelichtung verlagerten Objektes innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen eine uniforme Intensitätsverteilung in einem Beleuchtungsfeld einstellbar ist. Eine derartige Korrekturvorrichtung wird auch als UNICOM bezeichnet. UNICOMs sind außerdem bekannt aus der EP 0 952 491 A2 sowie der DE 10 2012 205 886 A1 .
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsoptik mit einem entsprechenden UNICOM weiterzubilden. Diese Aufgabe wird durch einen Pupillenfacettenspiegel gelöst, dessen Facetten unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich hierdurch Dosisschwankungen im Objektfeld, welche sich auch durch Quellfluktuationen verursachte Verschiebungen des Beleuchtungsfeldes im Bereich des UNICOMs zurückführen lassen, verringern lassen.
Es wurde insbesondere erkannt, dass Quellfluktuationen, das heißt Ortsvariationen des Plasmas und/oder andere räumliche Schwankungen der Strahlungsquelle, zu einer Verschiebung des Beleuchtungsfeldes in der UNICOM-Ebene führen und damit zu Schwankungen der Strahlungsdosis, welche das Objektfeld erreicht. Diese Schwankungen werden von Energiesensoren, welche im optischen Pfad vor dem UNICOM angeordnet sind, nicht erfasst. Es kann somit zu Dosisfehlern kommen.
Weiter wurde erkannt, dass sich die durch derartige Quellfluktuationen verursachten Dosisfehler reduzieren, insbesondere minimieren lassen, dadurch, dass die Facetten des Pupillenfacettenspiegels mit unterschiedlichen Krümmungsradien versehen werden. Es ist insbesondere möglich, die Krümmungsradien der Pupillenfacetten derart zu wählen, dass die Feldverschiebung, welche sich aus der Summe der Verschiebungen sämtlicher Einzelkanäle in der UNICOM-Ebene ergibt, reduziert, insbesondere minimiert wird.
Die Krümmungsradien der Pupillenfacetten können insbesondere derart gewählt werden, dass sie die Dosisschwankungen im Objektfeld, welche durch eine Verschiebung der einzelnen Beleuchtungskanäle aufgrund von Quellfluktuationen verursacht werden, zumindest teilweise kompensieren.
Die Facetten des Pupillenfacettenspiegels sind insbesondere monolithisch ausgebildet.
Die Facetten des Pupillenfacettenspiegels sind insbesondere starr, das heißt nichtverlagerbar ausgebildet. Hierdurch wird der konstruktive Aufbau des Pupillenfacettenspiegels erleichtert.
Der erfindungsgemäße Pupillenfacettenspiegel weist insbesondere ein vorbestimmtes, insbesondere ein nach einem nachfolgend noch näher beschriebenen Verfahren optimiertes Design, das heißt eine Anordnung einer Vielzahl von Pupillenfacetten mit vorgegebenen, unterschiedlichen Krümmungsradien auf. Das Design des Pupillenfacettenspiegels kann hierbei insbesondere an die Details der vorgesehenen Strahlungsquelle oder der vorgesehenen Strahlungsquellen des Beleuchtungssystems und/oder an die Designdaten der Beleuchtungsoptik, insbesondere des ersten Facettenspiegels, welcher das Bild der Strahlungsquelle aus einem Zwischenfokus auf die Pupillenfacetten abbildet, angepasst sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung unterscheiden sich mindestens zwei Krümmungsradien der Facetten um mindestens 1%. Das Verhältnis des größten Krümmungsradius R_max zum kleinsten Krümmungsradius R_min sämtlicher Facetten des Pupillenfacettenspiegels R_max:R_min beträgt insbesondere mindestens 1,01, insbesondere mindestens 1,02, insbesondere mindestens 1,03, insbesondere mindestens 1,04.
R_max:R_min beträgt insbesondere höchstens 1,2, insbesondere höchstens 1,1.
Die Krümmungsradien R können insbesondere mindestens 500 mm, insbesondere mindestens 1000 mm, insbesondere mindestens 2000 mm betragen.
Es hat sich ergeben, dass mit derartigen Unterschieden der Krümmungsradien der Facetten eine weitgehende Kompensation der durch Quellfluktuationen verursachten Feldverschiebungen in der UNICOM-Ebene möglich ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen jeweils mindestens 100, insbesondere mindestens jeweils 200, insbesondere mindestens jeweils 300, insbesondere mindestens jeweils 400, insbesondere mindestens jeweils 500 Facetten denselben Krümmungsradius auf.
Hierdurch wird die Herstellung des Pupillenfacettenspiegels erleichtert.
Der Pupillenfacettenspiegel kann insgesamt mindestens 1000, insbesondere mindestens 1200, insbesondere mindestens 1400, insbesondere mindestens 1600, insbesondere mindestens 1800, insbesondere mindestens 2000 Pupillenfacetten aufweisen. Die Gesamtzahl der Pupillenfacetten beträgt insbesondere höchstens 10000, insbesondere höchstens 8000, insbesondere höchstens 6000, insbesondere höchstens 4000, insbesondere höchstens 2000.
Durch eine derart große Anzahl von Pupillenfacetten ist es möglich, eine Vielzahl unterschiedlicher Beleuchtungssettings einzustellen, das heißt die Einfallswinkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung auf das Objektfeld je nach Bedarf flexibel zu wählen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bilden die Facetten eine Mehrzahl von unterschiedlichen Gruppen, wobei die Facetten der unterschiedlichen Gruppen unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen. Die Facetten derselben Gruppe weisen jeweils denselben Krümmungsradius auf.
Hierdurch wird zum einen die Herstellung der Pupillenfacetten erleichtert. Außerdem wird hierdurch die Optimierung der Zuordnung der Pupillenfacetten zu einem bestimmten Krümmungsradius erleichtert.
Die Anzahl der Gruppen der Facetten mit unterschiedlichen Krümmungsradien beträgt insbesondere zwei, drei, vier, fünf oder mehr. Sie beträgt insbesondere höchstens zwanzig, insbesondere höchstens zehn.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird außerdem durch eine Beleuchtungsoptik mit einem entsprechenden Pupillenfacettenspiegel gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus denen des Pupillenfacettenspiegels.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Krümmungsradien der zweiten Facetten derart gewählt, dass eine Teilmenge der zweiten Facetten eine Brennweite aufweist, welche geringer ist als ihr Abstand zur Korrekturebene (UNICOM-Ebene).
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Teilmenge der zweiten Facetten eine Bildweite auf, welche größer ist als ihr Abstand zur UNICOM-Ebene.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Teilmenge der zweiten Facetten eine Bildweite auf, welche im Wesentlichen ihrem Abstand zur UNICOM-Ebene entspricht.
Mit anderen Worten sind die Krümmungsradien der Pupillenfacetten so gewählt, dass ein Teil derselben die Feldfacetten in eine Ebene vor der UNICOM-Ebene abbildet. Es ist auch möglich, dass ein Teil der Pupillenfacetten die ersten Facetten in eine Ebene hinter der UNICOM-Ebene abbildet. Eine Abbildung der Feldfacetten in die UNICOM-Ebene ist ebenso möglich. Vorzugsweise sind die Krümmungsradien der zweiten Facetten derart gewählt, dass eine erste Teilmenge der zweiten Facetten eine Bildweite aufweist, welche geringer ist als ihr Abstand zur UNICOM-Ebene und eine zweite Teilmenge der zweiten Facetten eine Bildweite aufweist, welche größer ist als ihr Abstand zur UNICOM-Ebene. Dies ermöglicht eine gegenseitige Kompensation von quellfluktuations-verursachten Feldverschiebungen in oder relativ zur UNICOM-Ebene.
Zusätzlich hierzu kann eine dritte Teilmenge der zweiten Facetten eine Bildweite aufweisen, welche in etwa ihrem Abstand zur UNICOM-Ebene entspricht.
Aufgrund einer endlichen Ausdehnung des Pupillenfacettenspiegels und/oder einer verkippten Anordnung desselben relativ zur UNICOM-Ebene ist eine genaue Übereinstimmung der Bildweite mit dem Abstand zur UNICOM-Ebene nicht oder zumindest nicht für sämtliche Facetten derselben Gruppe möglich. Im Folgenden sei unter einer Übereinstimmung der Bildweite der Facetten einer Gruppe mit ihrem Abstand zur UNICOM-Ebene verstanden, dass mindestens eine Facetten in dieser Gruppe existiert, deren Bildweite um weniger als 1%, insbesondere weniger als 0,5%, insbesondere weniger als 0,3%, insbesondere weniger als 0,2%, insbesondere weniger als 0,1% von ihrem Abstand zur UNICOM-Ebene abweicht.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems ergeben sich ebenfalls aus denen des Pupillenfacettenspiegels.
Bei der Strahlungsquelle handelt es sich insbesondere um eine EUV-Strahlungsquelle, insbesondere um eine Plasmaquelle. Alternative Strahlungsquellen sind ebenso möglich. Der Einfachheit halber wird im Folgenden dennoch zum Teil von Plasmaquellen oder vom Plasma der Strahlungsquelle gesprochen. Dies sei nicht einschränkend verstanden. Die erfindungsgemäße Idee ist problemlos auf alternative Strahlungsquellen übertragbar.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Krümmungsradien der zweiten Facetten derart gewählt, dass sich für mindestens zwei Beleuchtungskanäle Dosisschwankungen im Objektfeld, welche durch Quellfluktuationen verursacht werden, zumindest teilweise kompensieren.
Die Krümmungsradien der zweiten Facetten sind insbesondere derart gewählt, dass sich bei mindestens einem vorgegebenen Beleuchtungssetting die über sämtliche Beleuchtungskanäle gemittelten Dosisschwankungen zumindest teilweise kompensieren. Sie sind mit anderen Worten derart gewählt, dass es zu einer Reduktion, insbesondere einer Minimierung der Gesamt-Dosisschwankung im Objektfeld kommt. Die Gesamt-Dosisschwankung im Objektfeld kann insbesondere auf Werte unterhalb eines vorgegebenen zulässigen Maximalwerts von 10 %, insbesondere von 5 %, insbesondere von 3 %, insbesondere von 1 %, reduziert werden.
Die Krümmungsradien der zweiten Facetten sind insbesondere derart gewählt, dass die Gesamt-Dosisschwankung bei einer vorgegebenen Auswahl an Beleuchtungssettings reduziert, insbesondere minimiert wird. Es kann insbesondere sichergestellt werden, dass die Gesamt-Dosisschwankung im Objektfeld für sämtliche der vorgegebenen Beleuchtungssettings höchstens so groß ist wie ein vorgegebener Maximalwert.
Diese Angaben beziehen sich jeweils auf mechanische Schwankungen der Strahlungsquelle innerhalb eines vorgegebenen maximalen Schwankungsbereichs. Der Schwankungsbereich der Strahlungsquelle kann ausgehend von einer Nominalposition beispielsweise bis zu 1 mm, bis zu 2 mm oder bis zu 3 mm in jede Richtung betragen.
Der Schwankungsbereich der Strahlungsquelle kann in jede Raumrichtung dieselbe Erstreckung aufweisen. Er kann auch anisotrop sein, das heißt in unterschiedliche Raumrichtungen unterschiedliche Erstreckungen aufweisen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Auslegung eines Pupillenfacettenspiegels, insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung der Krümmungsradien von Facetten eines Pupillenfacettenspiegels anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit folgenden Schritten gelöst:

– Vorgabe eines Beleuchtungssystems gemäß der vorhergehenden Beschreibung,
– Vorgabe einer Anzahl unterschiedlicher Beleuchtungssettings mit Beleuchtungskanälen,
– Vorgabe einer diskreten Anzahl unterschiedlicher Krümmungsradien der zweiten Facetten,
– Bestimmen eines Zusammenhangs einer Verlagerung von Bildern der ersten Facetten im Bereich einer Korrekturebene mit Schwankungen der Strahlungsquelle in Abhängigkeit der Krümmungsradien der zweiten Facetten,
– Bestimmen einer über alle Beleuchtungskanäle gemittelten Feldverschiebung im Bereich der und/oder relativ zur Korrekturebene für die unterschiedlichen Beleuchtungssettings,
– Minimierung einer Meritfunktion, welche gewichtete Anteile der Feldverschiebungen aufgrund von Schwankungen der Strahlungsquelle in unterschiedlichen Raumrichtungen umfasst, in Abhängigkeit von einer Zuordnung der zweiten Facetten zu unterschiedlichen Krümmungsradien.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Krümmungsradien der Facetten des Pupillenfacettenspiegels derart zu bestimmen, dass die Beleuchtung des Objektfeldes möglichst insensitiv im Hinblick auf Schwankungen der Strahlungsquelle ist. Hierdurch kann insbesondere die Stabilität der Beleuchtung des Objektfeldes verbessert werden.
Bezüglich der unterschiedlichen Krümmungsradien kann zunächst lediglich vorgegeben werden, wie viel diskrete, unterschiedliche Krümmungsradien überhaupt vorgesehen sind. Prinzipiell ist es auch möglich, konkrete Werte für die Krümmungsradien vorzugeben. Im ersten Fall werden die konkreten Werte der Krümmungsradien bei der Minimierung der Meritfunktion bestimmt.
Im zweiten Fall wird lediglich die Zuordnung der einzelnen Facetten zu den bereits vorgegebenen Krümmungsradien ermittelt.
Bei der Bestimmung der über alle Beleuchtungskanäle gemittelten Feldverschiebung kann vorgesehen sein, die einzelnen Beleuchtungskanäle unterschiedlicher Beleuchtungssettings mit vorgegebenen Gewichtungsfaktoren zu gewichten. Hierdurch ist es insbesondere möglich, eine Auswahl von Beleuchtungskanälen mehr oder weniger stark zu gewichten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Meritfunktion jeweils Anteile der maximalen Feldverschiebungen in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Beleuchtungssettings, wobei unterschiedliche Raumrichtungen der Feldverschiebungen jeweils mit einem Gewichtungsfaktor gewichtet werden.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich durch eine unterschiedliche Gewichtung der Feldverschiebungen in den unterschiedlichen Raumrichtungen die Dosisstabilität im Objektfeld weiter verbessern lässt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei der Minimierung der Meritfunktion als Randbedingung vorgegeben, dass jeweils mindestens 20%, insbesondere mindestens 25%, insbesondere mindestens 30% der zweiten Facetten denselben Krümmungsradius aufweisen. Dies kann für die Herstellung des Pupillenfacettenspiegels vorteilhaft sein.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein optisches System für eine Projektionsbelichtungsanlage sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zu verbessern.
Auch diese Aufgaben werden durch Bereitstellung eines Pupillenfacettenspiegels gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus denen des Pupillenfacettenspiegels.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements sowie ein verfahrensgemäß hergestelltes Bauelement zu verbessern.
Die Vorteile ergeben sich aus den vorstehend bereits erläuterten. Weitere Vorteile, Details und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:
1 schematisch und in Bezug auf eine Beleuchtungsoptik im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie,
2 schematisch eine Ausschnittsvergrößerung aus dem Strahlengang der Beleuchtungsoptik zur Erläuterung der Erfindung und
3 schematisch ein Diagramm zur Verdeutlichung der Abhängigkeit der Feldverschiebung in der Korrekturebene in Abhängigkeit eines Krümmungsradius der Pupillenfacetten für den Fall, dass sämtliche Pupillenfacetten denselben Krümmungsradius aufweisen.
Im Folgenden werden zunächst die allgemeinen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 beschrieben. Für weitere Details der Projektionsbelichtungsanlage 1, insbesondere für weitere Details einer auch als UNICOM bezeichneten Korrekturvorrichtung 24, sei auf die DE 10 2012 205 886 A1 sowie die EP 2 240 830 B1 verwiesen, welche als Bestandteil der vorliegenden Erfindung vollständig in diese integriert sind.
Eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie dient zur Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten elektronischen Halbleiter-Bauelements. Eine Strahlungsquelle 2 emittiert zur Beleuchtung genutzte EUV-Strahlung im Wellenlängenbereich beispielsweise zwischen 5 nm und 30 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm oder weniger. Bei der Strahlungsquelle 2 kann es sich insbesondere um eine Plasmaquelle, beispielsweise um eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, gas discharge produced plasma) oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, laser produced plasma) handeln. Auch eine Strahlungsquelle, die auf einem Synchrotron basiert, ist für die Strahlungsquelle 2 einsetzbar. Informationen zu einer derartigen Strahlungsquelle findet der Fachmann beispielsweise in der US 6 859 515 B2 . Zur Beleuchtung und Abbildung innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird EUV-Beleuchtungslicht bzw. Beleuchtungsstrahlung in Form eines Abbildungslicht-Bündels 3 genutzt. Das Abbildungslicht-Bündel 3 durchläuft nach der Strahlungsquelle 2 zunächst einen Kollektor 4, bei dem es sich beispielsweise um einen genesteten Kollektor mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Mehrschalen-Aufbau oder alternativ um einen, dann hinter der Strahlungsquelle 2 angeordneten ellipsoidal geformten Kollektor handeln kann. Ein entsprechender Kollektor ist aus der EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor 4 durchtritt das EUV-Beleuchtungslicht 3 zunächst eine Zwischenfokusebene 5, was zur Trennung des Abbildungslicht-Bündels 3 von unerwünschten Strahlungs- oder Partikelanteilen genutzt werden kann. Nach Durchlaufen der Zwischenfokusebene 5 trifft das Abbildungslicht-Bündel 3 zunächst auf einen Feldfacettenspiegel 6 mit Feldfacetten 7.
Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen ist in der Zeichnung jeweils ein kartesisches globales xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Achse verläuft in der 1 senkrecht zur Zeichenebene und aus dieser heraus. Die y-Achse verläuft in der 1 nach rechts. Die z-Achse verläuft in der 1 nach oben.
Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen bei einzelnen optischen Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird in den nachfolgenden Figuren jeweils auch ein kartesisches lokales xyz- oder xy-Koordinatensystem verwendet. Die jeweiligen lokalen xy-Koordinaten spannen, soweit nichts anderes beschrieben ist, eine jeweilige Hauptanordnungsebene der optischen Komponente, beispielsweise eine Reflexionsebene, auf. Die x-Achsen des globalen xyz-Koordinatensystems und der lokalen xyz- oder xy-Koordinatensysteme verlaufen parallel zueinander. Die jeweiligen y-Achsen der lokalen xyz- oder xy-Koordinatensysteme haben einen Winkel zur y-Achse des globalen xyz-Koordinatensystems, die einem Kippwinkel der jeweiligen optischen Komponente um die x-Achse entspricht.
Die Feldfacetten 7 sind rechteckig und haben jeweils das gleiche x/y-Aspektverhältnis. Das x/y-Aspektverhältnis kann beispielsweise 12/5, kann 25/4, kann 104/8, kann 20/1 oder kann 30/1 betragen.
Nach Reflexion am Feldfacettenspiegel 6 trifft das in Abbildungslicht-Teilbündel, die den einzelnen Feldfacetten 7 zugeordnet sind, aufgeteilte Abbildungslicht-Bündel 3 auf einen Pupillenfacettenspiegel 10 mit Pupillenfacetten 11. Das jeweilige Abbildungslicht-Teilbündel des gesamten Abbildungslicht-Bündels 3 ist längs jeweils eines Abbildungslichtkanals geführt.
Gemäß einer beispielhaften Facettenanordnung sind die Pupillenfacetten 11 um ein Zentrum herum in ineinander liegenden Facettenringen angeordnet. Jedem von einer der Feldfacetten 7 reflektierten Abbildungslicht-Teilbündel des EUV-Beleuchtungslichts 3 ist eine Pupillenfacette 11 zugeordnet, so dass jeweils ein beaufschlagtes Facettenpaar mit einer der Feldfacetten 7 und einer der Pupillenfacetten 11 den Abbildungslichtkanal für das zugehörige Abbildungslicht-Teilbündel des EUV-Beleuchtungslichts 3 vorgibt. Die kanalweise Zuordnung der Pupillenfacetten 11 zu den Feldfacetten 7 erfolgt abhängig von einer gewünschten Beleuchtung durch die Projektionsbelichtungsanlage 1. Die Abbildungslichtkanäle werden auch als Beleuchtungskanäle bezeichnet. Die Gesamtheit der Beleuchtungskanäle definiert ein Beleuchtungssetting.
Über den Pupillenfacettenspiegel 10 und eine nachfolgende, aus drei Spiegeln 12, 13, 14 bestehenden Übertragungsoptik 15 werden die Feldfacetten 7 in eine Objektebene 16 der Projektionsbelichtungsanlage 1 abgebildet. Der Spiegel 14 ist als Spiegel für streifenden Einfall (Grazing-Incidence-Spiegel) ausgeführt. In der Objektebene 16 ist ein Retikel 17 angeordnet, von dem mit der Beleuchtungsstrahlung 3 ein Ausleuchtungsbereich ausgeleuchtet wird, der mit einem Objektfeld 18 einer nachgelagerten Projektionsoptik 19 der Projektionsbelichtungsanlage 1 zusammenfällt. Der Ausleuchtungsbereich wird auch als Beleuchtungsfeld bezeichnet. Das Objektfeld 18 ist je nach der konkreten Ausführung einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage 1 rechteckig oder bogenförmig. Die Abbildungslichtkanäle werden im Objektfeld 18 überlagert. Das EUV-Beleuchtungslicht 3 wird vom Retikel 17 reflektiert. Das Retikel 17 wird von einem Objekthalter 17a gehaltert, der längs der Verlagerungsrichtung y mit Hilfe eines schematisch angedeuteten Objektverlagerungsantriebs 17b angetrieben verlagerbar ist.
Die Projektionsoptik 19 bildet das Objektfeld 18 in der Objektebene 16 in ein Bildfeld 20 in einer Bildebene 21 ab. In dieser Bildebene 21 ist ein Wafer 22 angeordnet, der eine lichtempfindliche Schicht trägt, die während der Projektionsbelichtung mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 belichtet wird. Der Wafer 22, also das Substrat, auf welches abgebildet wird, wird von einem Wafer- bzw. Substrathalter 22a gehaltert, der längs der Verlagerungsrichtung y mit Hilfe eines ebenfalls schematisch angedeuteten Waferverlagerungsantriebs 22b synchron zur Verlagerung des Objekthalters 17a verlagerbar ist. Bei der Projektionsbelichtung werden sowohl das Retikel 17 als auch der Wafer 22 in der y-Richtung synchronisiert gescannt. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 ist als Scanner ausgeführt. Die Scanrichtung y ist die Objektverlagerungsrichtung.
In einer Korrekturebene 23 angeordnet ist eine Beleuchtungsintensitäts-Korrekturvorrichtung 24, die nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Korrekturebene 23 ist von der Objektebene 16 um nicht mehr als 20 mm, beispielsweise um 6 mm, 8 mm, 10 mm oder 16 mm, beabstandet. Die Korrekturvorrichtung 24, die auch als UNICOM bezeichnet wird, dient unter anderem zur Einstellung einer scanintegrierten, also in y-Richtung integrierten, Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichts über das Objektfeld 18. Die Korrekturvorrichtung 24 wird von einer Steuereinrichtung 25 angesteuert. Beispiele einer Feld-Korrektur-Vorrichtung sind bekannt aus der WO 2009/074 211 A1 , der EP 0 952 491 A2 sowie aus der DE 10 2008 013 229 A1 , auf die hiermit verwiesen wird.
Der Feldfacettenspiegel 6, der Pupillenfacettenspiegel 10, die Spiegel 12 bis 14 der Übertragungsoptik 15 sowie die Korrekturvorrichtung 24 sind Bestandteile einer Beleuchtungsoptik 26 der Projektionsbelichtungsanlage 1. Gemeinsam mit der Strahlungsquelle 2 bildet die Beleuchtungsoptik 26 ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1. Die Beleuchtungsoptik 26 bildet zusammen mit der Projektionsoptik 19 ein optisches System.
Bei der Projektionsbelichtung werden zunächst das Retikel 17 und der Wafer 22, der eine für das Beleuchtungslicht 3 lichtempfindliche Beschichtung trägt, bereitgestellt. Anschließend wird ein Abschnitt des Retikels 17 mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 auf den Wafer 22 projiziert. Schließlich wird die mit dem Beleuchtungslicht 3 belichtete lichtempfindliche Schicht auf dem Wafer 22 entwickelt. Auf diese Weise wird ein mikro- bzw. nanostrukturiertes Bauteil beispielsweise ein Halbleiterchip hergestellt.
Im Folgenden werden weitere Details des Beleuchtungssystems der Projektionsbelichtungsanlage 1, insbesondere des Pupillenfacettenspiegels 10, beschrieben.
Die Pupillenfacetten 11 des Pupillenfacettenspiegels 10 bilden die Feldfacetten 7 des Feldfacettenspiegels 6 in das Objektfeld 18 mit dem Retikel 17 ab. Das UNICOM 24 dient hierbei zur Einstellung und Korrektur von Intensitätsfeldverläufen im Objektfeld 18. Die Korrekturebene 23, welche auch als UNICOM-Ebene bezeichnet wird, liegt in Richtung des Strahlengangs der Beleuchtungsstrahlung 3 vor dem Objektfeld 18 mit dem Retikel 17.
Beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 kann es zu Schwankungen der Strahlungsquelle 2 kommen. Diese werden auch als Quellfluktuationen bezeichnet. Derartige Quellfluktuationen führen zu einer Verschiebung des Beleuchtungsfeldes in der UNICOM-Ebene, insbesondere in Richtung parallel zur Scanrichtung, insbesondere in das UNICOM 24 hinein. Dies kann dazu führen, dass ein Teil der Beleuchtungsstrahlung 3, welche zur Beleuchtung des Retikels 17 vorgesehen ist, nicht zum Retikel 17 gelangt, sondern vom UNICOM 24 abgeblendet wird. Da dies von Energiesensoren, welche im Strahlengang vor der Korrekturebene 23 angeordnet sind, nicht erfasst wird, kann eine derartige Feldverschiebung zu Dosisfehlern bei der Belichtung des Retikels 17 führen. Für den Dosisfehler ist insbesondere eine Verschiebung des Beleuchtungsfeldes in das UNICOM 24 hinein, das heißt in Richtung parallel zur Scanrichtung und parallel zur UNICOM-Ebene 23, relevant.
Die Schwankungen der Strahlungsquelle 2 können auf unterschiedliche Ursachen zurückzuführen sein. Sie werden der Einfachheit halber auch als Plasmaschwankungen bezeichnet. Ihr Umfang liegt im Bereich von höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 2 mm, insbesondere höchstens 1 mm.
Um den durch die Quellfluktuationen verursachten Dosisfehler zu reduzieren, insbesondere zu minimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Krümmungsradien der Pupillenfacetten 11 in der Design-Phase dergestalt zu bestimmen, dass die Feldverschiebung, welche sich aus der Gesamtheit aller Beleuchtungskanäle in der Korrekturebene 23 ergibt, minimal wird. Hierbei ist es nicht notwendig, die Abbildung jedes einzelnen Beleuchtungskanals unabhängig voneinander zu optimieren.
Als Randbedingung kann vorgegeben sein, dass die Pupillenfacetten 11 jeweils Gruppen bilden, wobei die Pupillenfacetten 11 derselben Gruppe denselben Krümmungsradius aufweisen und Pupillenfacetten 11 unterschiedlicher Gruppen unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen. Die Anzahl der Gruppen kann zwei, drei, vier, fünf oder mehr betragen. Sie beträgt vorzugsweise höchstens zwanzig, insbesondere höchstens fünfzehn, insbesondere höchstens zehn, insbesondere höchstens fünf.
Die Bestimmung der Krümmungsradien der Pupillenfacetten 11 beziehungsweise die Zuordnung der Pupillenfacetten 11 zu unterschiedlichen Krümmungsradien kann wie folgt ermittelt werden: Zunächst wird für jede der Raumrichtungen x, y und z die Feldverschiebung (dUNI) in Richtung parallel zur Scanrichtung in der Korrekturebene 23 aufgrund von Schwankungen der Strahlungsquelle 2 in der jeweiligen Raumrichtung (dPlasma_x, dPlasma_y und dPlasma_z) in Abhängigkeit der Krümmungsradien der Pupillenfacetten 11 nach folgender Formel bestimmt:
Als resultierende Feldverschiebung in das UNICOM 24 hinein, das heißt in y-Richtung, wird der größte Wert über eine Anzahl vorgegebener Beleuchtungssettings
bei Mittelung über alle Beleuchtungskanäle definiert. Die einzelnen Beleuchtungskanäle können hierbei mit unterschiedlichen Gewichten (g_i,Setting) gewichtet werden. Als Gewichte
(g_i,Setting) dienen insbesondere die Intensitäten der jeweiligen Beleuchtungskanäle.
Eine Meritfunktion umfasst Anteile der Feldverschiebungen, die sich durch Quellfluktuationen in den unterschiedlichen Raumrichtungen x, y und z ergeben. Diese Anteile können mit Gewichtungsfaktoren α, β, γ gewichtet werden. Zur Bestimmung der optimalen Krümmungsradien der Pupillenfacetten 11 beziehungsweise der Zuordnung der Pupillenfacetten 11 zu den Gruppen mit unterschiedlichen Krümmungsradien wird somit die folgende Meritfunktion minimiert:
Hierbei handelt es sich um ein diskretes Optimierungsproblem.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, einen oder mehrere der Krümmungsradien R_PF der Pupillenfacetten 11 vorzugeben. Diese Krümmungsradien R_PF können insbesondere bereits vor der Minimierung der Meritfunktion als Randbedingung bei der Optimierung vorgegeben sein. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, bereits bestehende Pupillenfacetten 11 zu verwenden. Auch aus anderen Gründen kann es wünschenswert sein, zumindest für einzelne der Pupillenfacetten 11 vorab einen Krümmungsradius R_PF vorzugeben.
In der 3 ist exemplarisch dargestellt, wie die Feldverschiebung, das heißt die Verschiebung der Bilder der Feldfacetten in der UNICOM-Ebene 23 in y-Richtung von einem Krümmungsradius R_PF der Pupillenfacetten 11 abhängt. Dargestellt ist ein Fall, bei welchem sämtliche der Pupillenfacetten 11 denselben Krümmungsradius R_PF aufweisen.
Dargestellt sind separate Bereiche, welche jeweils den Effekt einer mechanischen Verschiebung der Strahlungsquelle 2 um 1 mm in der durch das Symbol gekennzeichneten Richtung angeben. Die Bereiche verdeutlichen jeweils die Variation der jeweiligen Größe über die Beleuchtungssettings und Feldpunkte.
Wie der 3 qualitativ zu entnehmen ist, ist die Feldverschiebung bei einer Quellfluktuation in z-Richtung im Wesentlichen insensitiv gegenüber dem Krümmungsradius R_PF der Pupillenfacetten 11. Bei einer Quellfluktuation in x-Richtung zeigt sie eine schwache Abhängigkeit vom Krümmungsradius R_PF der Pupillenfacetten 11.
Bei einer Quellfluktuation in y-Richtung zeigt sie jedoch eine markante Abhängigkeit vom Krümmungsradius R_PF der Pupillenfacetten 11.
Wie qualitativ ersichtlich ist, kann unter der Voraussetzung, dass sämtliche Pupillenfacetten 11 denselben Krümmungsradius R aufweisen, lediglich eine Quellfluktuation in einer Richtung (y-Richtung) kompensiert werden, während die anderen beiden Richtungen im Wesentlichen insentitiv gegenüber einer Variation des Krümmungsradius R sind und daher nicht optimiert werden können.
Diese Werte konnten erheblich verbessert werden, wenn die Randbedingung, dass sämtliche der Pupillenfacetten 11 denselben Krümmungsradius aufweisen müssen, aufgegeben wurde. Mit anderen Worten ermöglichen zusätzliche Krümmungsradien der Pupillenfacetten 11 Kompensationen zusätzlicher Freiheitsgrade der Schwankungen der Strahlungsquelle 2.
Als besonders vorteilhafter Kompromiss hat sich die Beschränkung auf zwei, drei, vier oder fünf unterschiedliche Krümmungsradien herausgestellt.
Hierbei kann als Randbedingung vorgegeben sein, dass jeweils eine Mindestanzahl von jeweils mindestens 100 Pupillenfacetten 11, insbesondere mindestens 200 Pupillenfacetten 11, insbesondere mindestens 300 Pupillenfacetten 11, insbesondere mindestens 400 Pupillenfacetten 11 denselben Krümmungsradius aufweist. Es kann insbesondere als Randbedingung bei der Minimierung der Meritfunktion vorgegeben sein, dass jeweils mindestens 20%, insbesondere mindestens 25% der Pupillenfacetten 11 denselben Krümmungsradius aufweisen.
Bei einer Anzahl von zwei Gruppen von Pupillenfacetten 11 mit unterschiedlichen Krümmungsradien konnte die maximale Sensitivität der Feldverschiebung im Hinblick auf Quellfluktuationen in den drei unterschiedlichen Raumrichtungen um einen Faktor von etwa drei von etwa 180 µm/mm auf etwa 60 µm/mm reduziert werden.
Selbst wenn einer der beiden Krümmungsradien von einem bestehenden Design des Pupillenfacettenspiegels 10 übernommen und fest vorgegeben wurde, ließ sich die Sensitivität der Feldverlagerung gegenüber Quellfluktuationen noch immer um mehr als einen Faktor 2 reduzieren. Bei Hinzunahme einer dritten Gruppe von Pupillenfacetten 11, das heißt eines dritten Krümmungsradius, konnte die Sensitivität weiter reduziert werden. Der zusätzliche Nutzen bei Hinzunahme eines dritten Krümmungsradius war jedoch nicht mehr so groß wie der Unterschied beim Übergang von einem einzigen auf zwei unterschiedliche Krümmungsradien. Die Reduzierung der Sensitivität beim Übergang von zwei auf drei Krümmungsradien lag im Bereich von 10 % bis 30 %.
Im Folgenden werden noch einmal unterschiedliche Aspekte des erfindungsgemäßen Pupillenfacettenspiegels 10 anhand der 2 erläutert. Der Pupillenfacettenspiegel 10 umfasst eine Vielzahl von Pupillenfacetten 11 mit unterschiedlichen Krümmungsradien R. Exemplarisch dargestellt sind in der 2 drei Pupillenfacetten 11 ₁, 11 ₂, 11 ₃ mit drei unterschiedlichen Krümmungsradien R₁, R₂, R₃.
Die unterschiedlichen Krümmungsradien R_i der Pupillenfacetten 11 führen zu unterschiedlichen Brennweiten und damit unterschiedlichen Bildweiten bzw. Bildlagen derselben. Die Pupillenfacette 11 ₁ weist beispielsweise eine Bildweite auf, welche gerade in etwa ihrem Abstand zur Korrekturebene 23 entspricht, Die Pupillenfacette 11 ₂ weist eine Bildweite auf, welche geringer ist als ihr Abstand zur Korrekturebene 23. Die Pupillenfacette 11 ₃ weist eine Bildweite auf, welche größer ist als ihr Abstand zur Korrekturebene 23.
Der Abstand der Pupillenfacetten 11 _i zur Korrekturebene 23 wird hierbei jeweils entlang eines zentralen Strahls des auf sie auftreffenden Bündels mit Beleuchtungsstrahlung 3 gemessen.
Mindestens zwei der Krümmungsradien der Pupillenfacetten 11 unterscheiden sich um mindestens 1%, insbesondere mindestens 2%, insbesondere mindestens 3%, insbesondere mindestens 4%. Die Krümmungsradien der Pupillenfacetten 11 unterscheiden sich vorzugsweise höchstens um 10%, insbesondere höchstens 9%, insbesondere höchstens 8%, insbesondere höchstens 7%, insbesondere höchstens 6%.
In der 2 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich drei der Pupillenfacetten 11 dargestellt. Tatsächlich ist die Anzahl der Pupillenfacetten 11 des Pupillenfacettenspiegels 10 wesentlich höher. Sie kann insbesondere mindestens 1000, insbesondere mindestens 1200, insbesondere mindestens 1400, insbesondere mindestens 1600, insbesondere mindestens 1800, insbesondere mindestens 2000 betragen. Sie beträgt vorzugsweise höchstens 10000, insbesondere höchstens 8000, insbesondere höchstens 6000, insbesondere höchstens 4000, insbesondere höchstens 2000.
Jeweils mindestens 100 Pupillenfacetten 11, insbesondere mindestens jeweils 100 Pupillenfacetten 11, insbesondere mindestens jeweils 300 Pupillenfacetten 11, insbesondere mindestens jeweils 400 Pupillenfacetten 11 weisen denselben Krümmungsradius auf.
Der Pupillenfacettenspiegel 10 umfasst eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehr Gruppen von Pupillenfacetten 11, wobei Pupillenfacetten 11 der unterschiedlichen Gruppen unterschiedliche Krümmungsradien R_i aufweisen. Pupillenfacetten 11 derselben Gruppe weisen denselben Krümmungsradius auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/074211 A1 [0002, 0061]
EP 0952491 A2 [0002, 0061]
DE 102012205886 A1 [0002, 0052]
EP 2240830 B1 [0052]
US 6859515 B2 [0053]
EP 1225481 A [0053]
DE 102008013229 A1 [0061]

Claims

Pupillenfacettenspiegel (10) für eine Beleuchtungsoptik (26) einer Projektionsbelichtungsanlage (1) mit Facetten (11) mit unterschiedlichen Krümmungsradien.
Pupillenfacettenspiegel (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens zwei Krümmungsradien der Facetten (11) um mindestens 1% unterscheiden.
Pupillenfacettenspiegel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens jeweils 100 Facetten (11) denselben Krümmungsradius aufweisen.
Pupillenfacettenspiegel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Facetten (11) eine Mehrzahl von unterschiedlichen Gruppen bilden, wobei die Facetten (11) der unterschiedlichen Gruppen unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen.
Beleuchtungsoptik (26) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie umfassend 5.1. einen ersten Facettenspiegel (6) mit einer Mehrzahl von ersten Facetten (7) und 5.2. einen zweiten Facettenspiegel mit einer Mehrzahl von zweiten Facetten (11), 5.3. wobei der zweite Facettenspiegel durch einen Pupillenfacettenspiegel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet wird.
Beleuchtungsoptik (26) gemäß Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung (24) zur Korrektur einer Beleuchtungsintensitätsverteilung in einer Korrekturebene (23) aufweist und dass die Krümmungsradien der zweiten Facetten (11) derart gewählt sind, dass eine Teilmenge der zweiten Facetten (11) eine Bildweite aufweist, welche geringer ist als ihr Abstand zur Korrekturebene (23).
Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend 7.1. eine Beleuchtungsoptik (26) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6 und 7.2. eine Strahlungsquelle (2) zur Erzeugung von Beleuchtungsstrahlung (3).
Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsradien der zweiten Facetten (11) derart gewählt sind, dass sich für mindestens zwei Beleuchtungskanäle Dosisschwankungen im Objektfeld (18), welche durch Quellfluktuationen verursacht werden, zumindest teilweise kompensieren.
Verfahren zur Bestimmung der Krümmungsradien von Facetten (11) eines Pupillenfacettenspiegels (10) umfassend die folgenden Schritte: 9.1. Vorgabe eines Beleuchtungssystems gemäß Anspruch 8, 9.2. Vorgabe einer Anzahl unterschiedlicher Beleuchtungssettings mit Beleuchtungskanälen, 9.3. Vorgabe einer diskreten Anzahl unterschiedlicher Krümmungsradien der zweiten Facetten (11), 9.4. Bestimmen eines Zusammenhangs einer Verlagerung von Bildern der ersten Facetten (7) im Bereich einer Korrekturebene (23) mit Schwankungen der Strahlungsquelle (2) in Abhängigkeit der Krümmungsradien der zweiten Facetten (11), 9.5. Bestimmen einer über alle Beleuchtungskanäle gemittelten Feldverschiebung im Bereich der und/oder relativ zur Korrekturebene für die unterschiedlichen Beleuchtungssettings, 9.6. Minimierung einer Meritfunktion, welche gewichtete Anteile der Feldverschiebungen aufgrund von Schwankungen der Strahlungsquelle (2) in unterschiedlichen Raumrichtungen umfasst, in Abhängigkeit von einer Zuordnung der zweiten Facetten (11) zu unterschiedlichen Krümmungsradien.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Meritfunktion jeweils Anteile der maximalen Feldverschiebungen in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Beleuchtungssettings umfasst, wobei die Feldverschiebungen in unterschiedlichen Raumrichtungen jeweils mit einem unabhängigen Gewichtungsfaktor gewichtet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Randbedingung bei der Minimierung der Meritfunktion vorgegeben wird, dass jeweils mindestens 20% der zweiten Facetten (11) denselben Krümmungsradius aufweisen.
Optisches System umfassend eine Beleuchtungsoptik (26) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6 und 12.1. eine Projektionsoptik (19) zur Abbildung eines Objektfeldes (18) in ein Bildfeld (20).
Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie umfassend 13.1. eine Beleuchtungsoptik (26) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, 13.2. eine Projektionsoptik (19) zur Abbildung eines Objektfeldes (18) in ein Bildfeld (20) und 13.3. eine Strahlungsquelle (2) zur Erzeugung von Beleuchtungsstrahlung (3).
Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Wafers (22), auf dem zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, – Bereitstellen eines Retikels (17), das abzubildende Strukturen aufweist, – Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 13, – Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels (17) auf einen Bereich der Schicht des Wafers (22) mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).
Bauelement hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 14.