DE102015215216A1

DE102015215216A1 - Optisches System

Info

Publication number: DE102015215216A1
Application number: DE102015215216.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Patra
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2017-02-16
Also published as: WO2017025376A1

Abstract

Ein optisches System für ein Projektionsbelichtungssystem (1) für die Mikrolithographie umfasst ein in Strahlungsrichtung vor einem Scanner (32i) angeordnetes erstes Teilsystem zum Verfügungstellen von Beleuchtungsstrahlung (3), wobei das Teilsystem derart an eine Faltungsgeometrie des Scanners (32i) angepasst ist, dass das optische System eine Gesamtdiattenuation aufweist, welche höchstens 20% beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System für ein Projektionsbelichtungssystem für die Mikrolithographie. Die Erfindung betrifft außerdem ein Projektionsbelichtungssystem für die Mikrolithographie mit einem derartigen optischen System. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements und ein verfahrensgemäß hergestelltes Bauelement.
Eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithographie ist beispielsweise aus der DE 10 2013 223 935 A1 und den darin aufgeführten Druckschriften bekannt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optisches System für ein Projektionsbelichtungssystem für die Mikrolithographie zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein optisches System gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, ein im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung vor einem Scanner angeordnetes erstes optisches Teilsystem derart an eine Faltungsgeometrie des Scanners anzupassen, dass das optische System eine Gesamtdiattenuation aufweist, welche höchstens so groß ist, wie ein vorgegebener Grenzwert. Die Gesamtdiattenuation des optischen Systems beträgt insbesondere höchstens 20%, insbesondere höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%, insbesondere höchstens 1%.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Kontrast, insbesondere die Kantensteilheit, eines Bildes einer abzubildenden Maske von der Orientierung der Maskenstrukturen sowie insbesondere vom Polarisationszustand der zur Projektion dieser Strukturen verwendeten Beleuchtungsstrahlung abhängt. Da a priori nicht notwendigerweise klar ist, welche Orientierungen die Strukturen auf der abzubildenden Maske aufweisen, muss bei der Auslegung des Projektionsbelichtungssystems der prinzipiell mögliche, ungünstigste Fall betrachtet werden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass dies durch Vorgabe einer maximal erlaubten Gesamtdiattenuation möglich ist.
Ein Parameter, der die Veränderung der Polarisationseigenschaften von Strahlung bei Transmission durch ein optisches System beschreibt, ist die Diattenuation. Unter Diattenuation d wird der relative Intensitätsunterschied der Intensitäten I₁, I₂ der Beleuchtungsstrahlung zweier orthogonaler Polarisationsrichtungen nach Transmission durch ein optisches System verstanden, sofern die beiden Polarisationsrichtungen beim Eintritt in das optische System gleiche Intensitäten besaßen:
Der Wert der Diattenuation kann von der Richtung der in ein optisches System einfallenden Strahlung, in einer Projektionslithographieanlage also von einer Pupillenkoordinate, abhängen. Weiterhin kann der Wert der Diattenuation auch vom Ort der in ein optisches System einfallenden Strahlung, in einem Projektionsbelichtungsanlage also von einer Feldkoordinate abhängen. In diesen Fällen kann durch Mittelung der Diattenuationswerte ein einheitlicher Diattenuationswert bestimmt werden.
Die Diattenuation als Differenz der Transmission für zwei orthogonale Polarisationsrichtungen hängt von der Wahl dieser beiden Richtungen ab. Insbesondere existiert immer eine Wahl der Polarisationsrichtungen, bei denen die Differenz der Transmission gleich Null wird. Sofern die Differenz nicht für alle Polarisationsrichtungswahlen gleich Null ist, so existiert immer eine Richtung (bis auf Vielfache von 90° definiert), bei der die Diattenuation betragsmäßig maximal wird. Im Folgenden wird die Diattenuation für diese Wahl der beiden beteiligten Polarisationsrichtungen, d.h. die maximale Diattenuation der Einfachheit halber als Diattenuation bezeichnet.
Weiter wurde erkannt, dass es bei der Reflexion der Beleuchtungsstrahlung an optischen Elementen, insbesondere an Spiegeln, aufgrund einer Polarisationsrichtungsabhängigkeit des Reflexionsgrades zu einer Diattenuation d ≠ 0 kommt. Diese Polarisationsrichtungsabhängigkeit hängt von der Geometrie des Strahlengangs ab, also von den Einfalls- und Umlenkwinkeln der Strahlung an den einzelnen optischen Elementen, kann aber auch vom internen Aufbau optischer Schichten, die auf den optischen Elementen aufgebracht sind, abhängen. Der erste Beitrag ist in gewisser Hinsicht universell, während der zweite Beitrag durch die gewählte Auslegung einer solchen Schicht bestimmt ist.
Weiter kann die Gesamtheit der optischen Elemente, insbesondere der Spiegel, eines optischen Systems durch dessen Faltungsgeometrie charakterisiert werden. Aus der Faltungsgeometrie des optischen Systems ergibt sich zusammen mit dem Polarisationszustand der Beleuchtungsstrahlung am Eingang desselben ein Näherungswert für die Diattenuation des optischen Systems. Für einen exakte Berechnung der Diattenuation müssten auch die verwendeten optischen Schichten auf den optischen Elementen bekannt sein, aber eine Bestimmung der Diattenuation nur über die Faltgeometrie erlaubt bereits eine erfinderische Verbesserung des Lithographieprozesses.
Für optische Systeme mit komplexer Faltungsgeometrie kann eine effektive Faltungsebene bestimmt werden, indem der dreidimensionale Verlauf eines Hauptstrahls durch das optische System verfolgt wird. Die effektive Faltungsebene ergibt sich dann als bester Fit einer Ebene an den Hauptstrahlverlauf.
Formell kann der Zustand der Beleuchtungsstrahlung durch den sogenannten Stokes-Vektor S beziehungsweise den Jones-Vektor V beschrieben werden. Die Wirkungen eines optischen Systems lassen sich hierbei durch Transfermatrizen charakterisieren. Die Transfermatrix für Stokes-Vektoren S wird als Müllermatrix M bezeichnet, das heißt S_aus = M_systS_ein, wobei S_aus den ausgangsseitigen und S_ein den eingangsseitigen Stokes-Vektor der Beleuchtungsstrahlung und M_syst die Müllermatrix des optischen Systems bezeichnet. Bei Verwendung des Jones-Formalismus tritt an die Stelle der Müller-Matrix M die sogenannte Jones-Matrix J als Transfermatrix.
Vollständig zirkular polarisiertes Licht wird abgesehen von einer Normierung durch den Stokes-Vektor (1,0, 0, ±1)^T dargestellt. Es wurde erkannt, dass der Stokes-Vektor der Beleuchtungsstrahlung im Bereich des Bildfeldes vorzugsweise die folgende Form aufweist:
S_Bildfeld = c(1,0, 0, 1)^T + (1 – c)(1,0, 0, –1)^T = (1,0, 0, 2c – 1)^T, mit c ∈ [0; 1], wobei der Parameter c beliebig innerhalb des angegebenen Intervalls liegen darf.
Schließlich wurde erkannt, dass die Auslegung der Scanner des Projektionsbelichtungssystems, insbesondere deren Faltungsgeometrie, in der Regel durch andere Aspekte als einen Polarisationseffekt eingeschränkt sind. Mit anderen Worten steht die Faltungsgeometrie der Scanner, wenn überhaupt, so nur sehr eingeschränkt für Anpassungen zur Beeinflussung der Gesamtdiattenuation des optischen Systems zur Verfügung. Vereinfacht ausgedrückt kann die Faltungsgeometrie des Scanners als vorgegeben angesehen werden. Ähnliches gilt für den Freiheitsgrad, den Aufbau optischer Schichten in einem Scanner anpassen zu können.
Andererseits ist es möglich, ein im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung vor dem jeweiligen Scanner angeordnetes optisches Teilsystem geeignet an die Teilungsgeometrie des Scanners anzupassen, um eine gewünschte Gesamtdiattenuation des optischen Systems zu erreichen.
Somit können auf einfache Weise die Abbildungseigenschaften des optischen Systems verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das erste optische Teilsystem eine erste Faltungsgeometrie auf, welche bei einem vorgegebenen Polarisationszustand der von der Strahlungsquelle emittierten Beleuchtungsstrahlung zu einer Diattenuation der Beleuchtungsstrahlung führt, welche die vom Scanner verursachte Diattenuation zumindest teilweise kompensiert.
Das erste optische Teilsystem weist vorzugsweise eine erste Faltungsgeometrie auf, welche komplementär zu der vom Scanner verursachten Diattenuation ist. Hierunter sei verstanden, dass die Gesamtdiattenuation des ersten optischen Teilsystems und des Scanners gleich Null ist oder zumindest ein Minimum aufweist. Die Intensitätstransmissionsfaktoren der Beleuchtungsstrahlung für zwei orthogonale Polarisationsrichtungen, insbesondere zwei beliebige orthogonale Polarisationsrichtungen, sind mit anderen Worten am Ausgang des Scanners, insbesondere im Bildfeld desselben, im Wesentlichen identisch.
Das erste optische Teilsystem umfasst insbesondere die optischen Komponenten bis zum Eingang des Scanners. Das erste optische Teilsystem umfasst insbesondere eine Strahlformungsoptik. Es kann außerdem eine Strahlumlenkungsoptik umfassen. Es kann insbesondere auch die Strahlungsquelle umfassen. In letzterem Fall ist unter Diattenuation des ersten optischen Teilsystems direkt das Ergebnis der weiter oben angegebenen Formel als Funktion der Intensitäten I1, I2 am Ausgang des ersten optischen Teilsystems zu verstehen, d.h., ohne die hier ggf. nicht anwendbare Bedingung, dass am Eingang des ersten optischen Teilsystems zwei Polarisationsrichtungen dieselbe Intensität besitzen.
Zusammengefasst werden die Bestandteile auch als Strahlführungsoptik, insbesondere zur Führung von Beleuchtungsstrahlung zum Eingang eines Scanners, bezeichnet. Details des ersten optischen Teilsystems, insbesondere die Anordnung dessen Komponenten relativ zueinander, wird nachfolgend noch näher beschrieben.
Der Eingang des Scanners befindet sich insbesondere im Bereich eines Zwischenfokus der Beleuchtungsstrahlung. Dieser befindet sich im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung insbesondere vor einem facettierten Element, welches zur Erzeugung sekundärer Strahlungsquellen zur Beleuchtung eines Objektfeldes dient.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das optische System mindestens zwei optische Teilsysteme, welche um einen Drehwinkel b gegeneinander verdreht sind, wobei der Drehwinkel b derart gewählt ist, dass ein polarisationsrichtungsabhängiger Intensitätsunterschied der Beleuchtungsstrahlungen im Bereich des Bildfeldes höchstens 50% der Gesamtintensität beträgt. Der Drehwinkel ist insbesondere derart gewählt, dass der polarisationsrichtungsabhängige Intensitätsunterschied der Beleuchtungsstrahlung im Bereich des Bildfeldes höchstens 30%, insbesondere höchstens 20%, insbesondere höchstens 10% der Gesamtintensität beträgt. Der Drehwinkel ist vorzugsweise derart gewählt, dass der polarisationsrichtungsabhängige Intensitätsunterschied der Beleuchtungsstrahlung im Bereich des Bildfeldes minimiert ist.
Unter dem polarisationsrichtungsabhängigen Intensitätsunterschied der Beleuchtungsstrahlung ist hierbei der Intensitätsunterschied der Beleuchtungsstrahlung zweier orthogonal zueinander orientierten Polarisationsrichtungen verstanden. Es kann sich insbesondere um die Intensität der Beleuchtungsstrahlung mit vertikaler und horizontaler Polarisierung und/oder mit einer Polarisierung parallel zur +45°- beziehungsweise –45°-Richtung handeln.
Zirkular polarisierte Strahlung besitzt in diesem Sinne keine polarisationsrichtungsanhängigen Intensitätsunterschied. Zirkular polarisierte Strahlung besitzt nämlich, auch wenn sie vollständig polarisiert ist, keine Vorzugsrichtung, sondern höchstens einen Vorzugsdrehsinn.
Der Drehwinkel b bezieht sich auf eine Drehung um eine durch die Hauptstrahlrichtung der Beleuchtungsstrahlung vorgegebene Drehachse.
Der Drehwinkel b kann insbesondere in Abhängigkeit vom Polarisationszustand der emittierten Beleuchtungsstrahlung ermittelt werden. Gemäß einer Variante weisen die beiden optischen Teilsysteme einen variablen Drehwinkel b, das heißt eine verstellbare Anordnung relativ zueinander, auf. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch geeignete Anordnung der beiden optischen Teilsysteme relativ zueinander der Kontrast, insbesondere die Kantensteilheit des Luftbildes, auf einfache Weise verbessert werden kann.
Bei den optischen Teilsystemen handelt es sich insbesondere um ein erstes optisches Teilsystem gemäß der vorhergehenden Beschreibung, das heißt um ein erstes optisches Teilsystem, welches im Strahlengang vor dem Scanner, insbesondere vor dem Zwischenfokus der Beleuchtungsstrahlung, im Bereich des Eingangs des Scanners angeordnet ist. Beim zweiten optischen Teilsystem handelt es sich insbesondere um einen Scanner mit einer Beleuchtungsoptik und einer Projektionsoptik. Deren Details werden nachfolgend noch näher beschrieben. Der Scanner weist üblicherweise eine im Wesentlichen vorgegebene Faltungsgeometrie auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das optische System mindestens zwei optische Teilsysteme, welche zu zwei Faltungen des Strahlengangs der Beleuchtungsstrahlung in zwei Faltungsebenen führen, wobei die Faltungsebenen einen Winkel im Bereich von 45° bis 135° miteinander einschließen. Die Faltungsebenen schließen insbesondere einen Winkel im Bereich von 80° bis 100°, insbesondere einen Winkel von etwa 90° miteinander ein. Anschaulich gesprochen bedeutet dies, dass das erste optische Teilsystem eine Faltungsebene aufweist, welche einen Winkel mit der Scanrichtung einschließt. Die effektive Faltungsebene des ersten optischen Teilsystems schließt insbesondere einen Winkel im Bereich von 5° bis 175°, insbesondere im Bereich von 15° bis 165°, insbesondere im Bereich von 30° bis 150°, insbesondere im Bereich von 45° bis 135°, insbesondere im Bereich von 60° bis 120°, insbesondere im Bereich von 80° bis 100°, insbesondere von etwa 90°, mit der Scanrichtung ein. Die Strahlungsquelle emittiert insbesondere Beleuchtungsstrahlung in einer Richtung, welche einen entsprechenden Winkel mit der durch die Scanrichtung und die Hauptstrahlrichtung im Bereich des Bildfeldes aufgespannten Ebene einschließt. Als Richtung der Beleuchtungsstrahlung am Ausgang der Strahlungsquelle wird hierbei insbesondere die zentrale Richtung des von der Strahlungsquelle emittierten Rohstrahls verstanden. Sie kann mit der Richtung eines Zentralstrahls des von einer Strahlformungsoptik erzeugten Sammel-Ausgabestrahls übereinstimmen. Für den Sammel-Ausgabestrahl kann somit insbesondere ebenfalls gelten, dass er mit der Scanrichtung, insbesondere mit einer durch die Scanrichtung und die Hauptstrahlrichtung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich des Bildfeldes aufgespannten Ebene einen Winkel im Bereich von 5° bis 175°, insbesondere im Bereich von 15° bis 165°, insbesondere im Bereich von 30° bis 150°, insbesondere im Bereich von 45° bis 135°, insbesondere im Bereich von 60° bis 120°, insbesondere im Bereich von 80° bis 100°, insbesondere von etwa 90°, einschließt.
Oftmals verlaufen sowohl der Ausgabe-Sammelstrahl als auch die Scanrichtung parallel zur Erdoberfläche, also senkrecht zur Gravitation. In diesem Fall sind die oben angegebenen Winkel direkt die Winkel zwischen der Richtung des Ausgabe-Sammelstrahls und der Scanrichtung.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Projektionsbelichtungssystem für die Mikrolithographie zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Projektionsbelichtungssystem mit einem optischen System gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst.
Die Vorteile ergeben sich aus denen des optischen Systems. Das Projektionsbelichtungssystem weist insbesondere eine Gesamtdiattenuation auf, welche höchstens so groß ist wie ein vorgegebener Maximalwert. Das Projektionsbelichtungssystem weist insbesondere eine einstellbare Diattenuation auf. Hierdurch kann insbesondere der Kontrast, insbesondere die Kantensteilheit des Luftbildes, verbessert werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Projektionsbelichtungssystem einen Freie-Elektrodenlaser (FEL) als Strahlungsquelle. Der FEL emittiert insbesondere Beleuchtungsstrahlung im EUV-Bereich, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 2 nm und 30 nm, insbesondere zwischen 2 nm und 15 nm, insbesondere zwischen 2 nm und 8 nm.
Der FEL erzeugt insbesondere vollständig polarisierte Beleuchtungsstrahlung. Die vom FEL emittierte Beleuchtungsstrahlung ist insbesondere zirkular polarisiert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung emittiert der FEL elliptisch polarisiertes Licht. Er umfasst insbesondere einen elliptisch polarisierenden Undulator.
Der FEL emittiert insbesondere elliptisch polarisierte Beleuchtungsstrahlung, wobei die Orientierung der Ellipse und/oder ihre Form, insbesondere ihre Exzentrizität, einstellbar ist.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch eine geeignete Auswahl beziehungsweise Einstellung des Polarisationszustandes der emittierten Beleuchtungsstrahlung in Abhängigkeit von der Diattenuation, insbesondere in Abhängigkeit von der Faltungsgeometrie, des Scanners und/oder der Strahlführungsoptik die Abweichung des vom Projektionsbelichtungssystem auf einer Bildebene erzeugten Strahlung von einer Summe aus links- und rechts zirkular polarisierten Strahlung beeinflusst, insbesondere reduziert, insbesondere minimiert werden kann.
Erfindungsgemäß wurde weiter erkannt, dass sich auch durch eine geeignete Einstellung der Parameter von elliptisch polarisierter Beleuchtungsstrahlung in Abhängigkeit von den Transmissionseigenschaften des Scanners, insbesondere in Abhängigkeit von der Diattenuation des Scanners, die Abbildungseigenschaften des Projektionsbelichtungssystems verbessert werden können.
Besonders vorteilhaft an dieser Alternative ist, dass keine, insbesondere keine zusätzliche, Änderung an den optischen Komponenten des Projektionsbelichtungssystems – abgesehen von der Strahlungsquelle – notwendig ist.
Allgemein betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines FEL mit einem elliptisch polarisierenden Undulator als Strahlungsquelle für ein Projektionsbelichtungssystem.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Beleuchtungsstrahlung im Bereich des Bildfeldes einen Stokes-Vektor auf, dessen zweite und dritte Komponente jeweils höchstens 20% seines Betrags ausmachen. Die zweite und dritte Komponente des Stokes-Vektors der Beleuchtungsstrahlung im Bereich des Bildfeldes machen insbesondere jeweils höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%, insbesondere höchstens 3%, insbesondere höchstens 1% seines Betrags aus. Vorzugsweise sind die zweite und dritte Komponente des Stokes-Vektors der Beleuchtungsstrahlung im Bereich des Bildfeldes identisch Null.
Dies führt zu einem besonders guten Kontrast, insbesondere einer besonders hohen Kantensteilheit des Luftbildes, insbesondere unabhängig von der Orientierung der abzubildenden Strukturen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch Bereitstellung eines optischen Systems gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus denen des optischen Systems.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird zur Beleuchtung eines Retikels mit Beleuchtungsstrahlung zunächst ein Sollwert eines Polarisationszustandes der von der Strahlungsquelle emittierten Beleuchtungsstrahlung in Abhängigkeit eines vorgegebenen Beleuchtungssettings und/oder in Abhängigkeit von abzubildenden Strukturen des Retikels bestimmt. Der Sollwert des Polarisationszustandes kann sodann mittels eines steuerbaren Undulators eingestellt werden. Hierdurch kann erreicht werden, dass eine vorgegebene maximale Diattenuation vorgehalten wird. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Strahlungsquelle elliptisch polarisierte Beleuchtungsstrahlung mit einer vorgegebenen Orientierung der Ellipse und/oder einer vorgegebenen Form, insbesondere einer vorgegebenen Exzentrizität, emittiert.
Der Sollwert des Polarisationszustandes der von der Strahlungsquelle, insbesondere in Form eines FEL, emittierten Beleuchtungsstrahlung kann insbesondere auf einfache Weise mittels eines steuerbaren, das heißt variablen, Undulators eingestellt werden. Der Undulator weist insbesondere steuerbare und/oder verlagerbare Magnete, insbesondere Elektromagnete, auf. Mittels des variablen Undulators sind insbesondere verschiedene elliptische Polarisationszustände der Beleuchtungsstrahlung, insbesondere beliebige Polarisationszustände derselben, einstellbar.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mikro- oder nanostrukturiertes Bauelement zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauelement, welches nach dem vorhergehend beschriebenen Verfahren hergestellt wird, gelöst.
Die Vorteile ergeben sich aus denen des optischen Systems.
Weitere Vorteile, Details und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:
1 schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithographie,
2 ebenfalls schematisch einen führenden Abschnitt eines EUV-Strahlengangs für ein Projektionsbelichtungssystem mit mehreren Projektionsbelichtungsanlagen nach 1, ausgehend von einer EUV-Strahlungsquelle zur Erzeugung eines EUV-Rohstrahls bis nach einer Auskoppeloptik zur Erzeugung mehrerer EUV-Einzel-Ausgabestrahlen auf einem EUV-Sammel-Ausgabestrahl,
3 eine ebenfalls schematische alternative Darstellung eines Ausschnitts des Projektionsbelichtungssystems mit dem Strahlengang von der Strahlungsquelle in Form eines FEL bis hin zu einem in einem Bildfeld angeordneten Wafer, und
4 eine exemplarische Darstellung der Abhängigkeit des sogenannten NILS-Werts (normalized intensity log-squared-Wert) als Maß für die Kantensteilheit des Luftbildes in Abhängigkeit von der numerischen Apertur der Beleuchtung des Retikels für Beleuchtungsstrahlung mit unterschiedlichen Polarisationszuständen.
Im Folgenden werden zunächst der allgemeine Aufbau und die Bestandteile eines Projektionsbelichtungssystems 1 mit mehreren Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i beschrieben. Für eine genauere Beschreibung eines derartigen Projektionsbelichtungssystems 1 und dessen Bestandteile sei auf die DE 10 2013 223 935 A1 und die WO 2015/078 776 A1 verwiesen, die hiermit vollständig als Bestandteil der vorliegenden Erfindung in die vorliegende Anmeldung integriert ist.
Eine Projektionsbelichtungsanlage 1 _i für die Mikrolithographie ist Teil eines Systems aus mehreren Projektionsbelichtungsanlagen, von denen in der 1 eine der Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i dargestellt ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 _i dient zur Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten elektronischen Halbleiter-Bauelements. Eine für alle Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i des System gemeinsame Licht- bzw. Strahlungsquelle 2 emittiert EUV-Strahlung im Wellenlängebereich beispielsweise zwischen 2 nm und 30 nm, insbesondere zwischen 2 nm und 15 nm. Die Lichtquelle 2 ist als Freie-Elektronen-Laser (FEL) ausgeführt. Es handelt sich dabei um eine Synchrotronstrahlungsquelle bzw. um eine synchrotron-strahlungsbasierte Lichtquelle, die kohärente Strahlung mit sehr hoher Brillanz erzeugt. Vorveröffentlichungen, in denen derartige FEL beschrieben sind, sind in der WO 2009/121 438 A1 angegeben. Eine Lichtquelle 2, die beispielsweise zum Einsatz kommen kann, ist beschrieben in der US 2007/0152171 A1 und in der DE 103 58 225 B3 .
Die Lichtquelle 2 hat in einem Rohstrahl einen ursprünglichen Lichtleitwert, der kleiner ist als 0,1 mm². Beim Lichtleitwert handelt es sich um das kleinste Volumen eines Phasenraums, der 90 % der Lichtenergie einer Emission einer Lichtquelle enthält. Hierzu entsprechende Definitionen des Lichtleitwertes finden sich in der EP 1 072 957 A2 und der US 6 198 793 B1 , in denen angegeben ist, dass der Lichtleitwert durch Multiplikation der Beleuchtungsdaten x, y und NA² erhalten ist, wobei x und y die Felddimensionen sind, die ein beleuchtetes Beleuchtungsfeld aufspannen und NA die numerische Apertur der Feldbeleuchtung. Auch noch kleinere Lichtleitwerte der Lichtquelle als 0,1 mm² sind möglich, beispielsweise ein Lichtleitwert kleiner als 0,01 mm².
Die EUV-Lichtquelle 2 hat eine Elektronenstrahl-Versorgungseinrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahls und eine EUV-Generationseinrichtung. Letztere wird über die Elektronenstrahl-Versorgungseinrichtung mit dem Elektronenstrahl versorgt. Die EUV-Generationseinrichtung ist als Undulator ausgeführt. Der Undulator kann optional durch Verlagerung verstellbare Undulatormagnete aufweisen. Der Undulator kann Elektromagnete aufweisen. Der Undulator ist insbesondere steuerbar. Auch ein Wiggler kann bei der Lichtquelle 2 vorgesehen sein.
Die Lichtquelle 2 hat eine mittlere Leistung von 2,5 kW. Die Pulsfrequenz der Lichtquelle 2 beträgt 30 MHz. Jeder einzelne Strahlungsimpuls trägt dann eine Energie von 83 µJ. Bei einer Strahlungsimpulslänge von 100 fs entspricht dies einer Strahlungsimpulsleistung von 833 MW.
Eine Repetitionsrate der Lichtquelle 2 kann im Kilohertzbereich, beispielsweise bei 100 kHz, oder im niedrigeren Megahertzbereich, beispielsweise bei 3 MHz, im mittleren Megahertzbereich, beispielsweise bei 30 MHz, im oberen Megahertzbereich, beispielsweise bei 300 MHz, oder auch im Gigaherzbereich, beispielsweise bei 1,3 GHz, liegen.
Zur Erleichterung der Darstellung von Lagebeziehungen wird nachfolgend ein kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. Die x-Koordinate spannt mit der y-Koordinate bei diesen Darstellungen regelmäßig einen Bündelquerschnitt des EUV-Beleuchtungs- und Abbildungslichts 3 auf. Das Abbildungslicht wird auch als Beleuchtungslicht bezeichnet. Die z-Richtung verläuft regelmäßig in der Strahlrichtung des Beleuchtungs- und Abbildungslichts 3, insbesondere in Richtung des Hauptstrahls der Beleuchtungsstrahlung. Die x-Richtung verläuft zum Beispiel in der 2 vertikal, also senkrecht zu Gebäudeebenen, in denen das System der Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i untergebracht ist.
1 zeigt stark schematisch Hauptkomponenten einer der Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i des Systems.
Die Lichtquelle 2 emittiert Beleuchtungs- und Abbildungslicht 3 in Form zunächst eines EUV-Rohstrahls 4. In der Regel liegt der Rohstrahl 4 als Bündel mit einem gaußförmigen Intensitätsprofil vor, also als im Querschnitt rundes Bündel. Der EUV-Rohstrahl 4 hat eine sehr kleine Divergenz.
Eine Strahlformungsoptik 6 (vgl. 1) dient zur Erzeugung eines EUV-Sammel-Ausgabestrahls 7 aus dem EUV-Rohstrahl 4. Dies ist in der 1 sehr stark schematisch und in der 2 etwas weniger stark schematisch dargestellt. Der EUV-Sammel-Ausgabestrahl 7 hat eine sehr kleine Divergenz. Das Aspektverhältnis des Sammel-Ausgabestrahls 7 wird von der Strahlformungsoptik 6 abhängig von einer Anzahl N der innerhalb des Systems mit der Lichtquelle 2 zu versorgenden Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i vorgegeben. Das x/y-Aspektverhältnis, das durch die Strahlformungsoptik 6 erzeugt wird, beträgt zum Beispiel √N:1 , wobei ein rechteckiges Strahlprofil des Beleuchtungslichts 3 resultiert. Der EUV-Sammel-Ausgabestrahl 7 hat die Form eines homogen ausgeleuchteten Rechtecks. Der Aspektverhältnisbeitrag √N:1 kann noch mit einem gewünschten Soll-Aspektverhältnis multipliziert werden, zum Beispiel mit dem Aspektverhältnis eines zu beleuchtenden Objektfeldes.
2 deutet eine Systemauslegung mit N = 4 an, bei der die Lichtquelle 2 also vier Projektionsbelichtungsanlagen nach Art der Projektionsbelichtungsanlage 1 _i nach 1 mit dem Beleuchtungslicht 3 versorgt. Für N = 4 beträgt das x/y-Aspektverhältnis des EUV-Sammel-Ausgabestrahls 7 2:1. Die Anzahl N der Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i kann auch noch größer sein und kann beispielsweise bis zu 20 betragen.
Bei einer alternativen Systemauslegung hat der EUV-Sammel-Ausgabestrahl ein x/y-Aspektverhältnis von N:1. Auch dieses Verhältnis kann noch mit einem gewünschten Soll-Aspektverhältnis multipliziert werden.
Eine Auskoppeloptik 8 (vgl. 1 und 2) dient zur Erzeugung von mehreren, nämlich von N, EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 ₁ bis 9 _N (i = 1, ... N) aus dem EUV-Sammel-Ausgabestrahl 7.
Die 1 zeigt die weitere Führung genau eines dieser EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9, nämlich des Ausgabestrahls 9 ₁. Die anderen, von der Auskoppeloptik 8 erzeugten EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 _i, die in der 1 ebenfalls schematisch angedeutet ist, werden anderen Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i des Systems zugeführt.
Nach der Auskoppeloptik 8 wird das Beleuchtungs- und Abbildungslicht 3 hin zu einem Objektfeld 11 der Projektionsbelichtungsanlage 1 _i geführt, in dem eine Lithografiemaske 12 in Form eines Retikels als zu projizierendes Objekt angeordnet ist. Die Strahlformungsoptik 6 und die Auskoppeloptik 8 sind Bestandteile eines Beleuchtungssystems für die Projektionsbelichtungsanlage 1 _i.
Das Beleuchtungssystem umfasst außerdem in der Reihenfolge des Strahlengangs für das Beleuchtungslicht 3, also für den EUV-Einzel-Ausgabestrahl 9 _i, eine Umlenkoptik 13, eine Einkoppeloptik in Form einer Fokussier-Baugruppe 14 und eine nachgeschaltete Beleuchtungsoptik 15. Die Beleuchtungsoptik 15 beinhaltet einen Feldfacettenspiegel 16 und einen Pupillenfacettenspiegel 17, deren Funktion derjenigen entspricht, die aus dem Stand der Technik bekannt ist und die daher in der 1 lediglich äußerst schematisch und ohne zugehörigen EUV-Strahlengang dargestellt sind. Die Feldfacetten können insbesondere sekundäre Strahlungsquellen bilden.
Die Komponenten, welche im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung 3 vor der Beleuchtungsoptik 15, insbesondere vor der Einkoppeloptik 14, angeordnet sind, werden zusammenfassend auch als erstes optisches Teilsystem oder als Strahlführungsoptik 10 bezeichnet.
Nach Reflexion am Feldfacettenspiegel 16 trifft das in EUV-Strahlbüschel, die einzelnen, nicht dargestellten Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 16 zugeordnet sind, aufgeteilte Nutzstrahlungsbündel des Beleuchtungslichts 3 auf den Pupillenfacettenspiegel 17. In der 1 nicht dargestellte Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 17 können rund sein. Jedem von einer der Feldfacetten reflektierten Strahlbüschel des Nutzstrahlungsbündels ist eine dieser Pupillenfacetten zugeordnet, so dass jeweils ein beaufschlagtes Facettenpaar mit einer der Feldfacetten und einer der Pupillenfacetten einen Ausleuchtungskanal bzw. Strahlführungskanal für das zugehörige Strahlbüschel des Nutzstrahlungsbündels vorgibt. Die kanalweise Zuordnung der Pupillenfacetten zu den Feldfacetten erfolgt abhängig von einer gewünschten Beleuchtung durch die Projektionsbelichtungsanlage 1 _i. Das Beleuchtungslicht 3 ist also zur Vorgabe individueller Beleuchtungswinkel längs des Ausleuchtungskanals sequentiell über Paare aus jeweils einer der Feldfacetten und jeweils einer der Pupillenfacette geführt. Zur Ansteuerung jeweils vorgegebener Pupillenfacetten werden die Feldfacettenspiegel jeweils individuell verkippt. Die Gesamtheit der Strahlführungskanäle, welche sich aus der Zuordnung der Pupillenfacetten zu den Feldfacetten ergibt, wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Über den Pupillenfacettenspiegel 17 und ggf. über eine nachfolgende, aus zum Beispiel drei nicht dargestellten EUV-Spiegeln bestehende Übertragungsoptik werden die Feldfacetten in das Beleuchtungs- bzw. Objektfeld 11 in einer Retikel- bzw. Objektebene 18 einer in der 1 ebenfalls schematisch dargestellten Projektionsoptik 19 der Projektionsbelichtungsanlage 1 _i abgebildet.
Aus den einzelnen Beleuchtungswinkeln, die über alle Ausleuchtungskanäle über eine Beleuchtung der Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 16 herbeigeführt werden, ergibt sich eine Beleuchtungswinkelverteilung der Beleuchtung des Objektfeldes 11 durch die Beleuchtungsoptik 15.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 15, insbesondere bei einer geeigneten Lage einer Eintrittspupille der Projektionsoptik 19, kann auf die Spiegel der Übertragungsoptik vor dem Objektfeld 11 auch verzichtet werden, was zu einer entsprechenden Transmissionserhöhung der Projektionsbelichtungsanlage 1 _i für das Nutzstrahlungsbündel führt.
In der Objektebene 18 im Bereich des Objektfeldes 11 ist das das Nutzstrahlungsbündel reflektierende Retikel 12 angeordnet. Das Retikel 12 wird von einem Retikelhalter 20 getragen, der über einen Retikelverlagerungsantrieb 21 angesteuert verlagerbar ist.
Die Projektionsoptik 19 bildet das Objektfeld 11 in ein Bildfeld 22 in einer Bildebene 23 ab. In dieser Bildebene 23 ist bei der Projektionsbelichtung ein Wafer 24 angeordnet, der eine lichtempfindliche Schicht trägt, die während der Projektionsbelichtung mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 _i belichtet wird. Der Wafer 24 wird von einem Waferhalter 25 getragen, der wiederum über einen Waferverlagerungsantrieb 26 gesteuert verlagerbar ist.
Bei der Projektionsbelichtung werden sowohl das Retikel 12 als auch der Wafer 24 in der 1 in x-Richtung durch entsprechende Ansteuerung des Retikelverlagerungsantriebs 21 und des Waferverlagerungsantriebs 26 synchronisiert gescannt. Der Wafer wird während der Projektionsbelichtung mit einer Scangeschwindigkeit von typisch 600 mm/s in der x-Richtung gescannt.
Für weitere Details der Strahlformungsoptik 6, der Auskoppeloptik 8, der Umlenkoptik 13 und der Einkoppeloptik 14 wird auf die DE 10 2013 223 935 A1 und die WO 2015/078 776 A1 verwiesen.
2 zeigt ein Beispiel für die Auskoppeloptik 8 zur Erzeugung der EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 aus dem EUV-Sammel-Ausgabestrahl 7. Die Auskoppeloptik 8 hat eine Mehrzahl von Auskoppelspiegeln 31 ₁, 31 ₂, ..., die den EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 ₁, 9 ₂, ... zugeordnet sind und diese aus dem EUV-Sammel-Ausgabestrahl 7 auskoppeln. 2 zeigt eine Anordnung der Auskoppelspiegel 31 derart, dass das Beleuchtungslicht 3 bei der Auskopplung um 90° mit den Auskoppelspiegeln 31 umgelenkt wird. Bevorzugt ist eine Ausführung, bei der die Auskoppelspiegel 31 unter streifendem Einfall des Beleuchtungslichts 3 betrieben werden.
2 zeigt eine Auskoppeloptik 8 mit insgesamt vier Auskoppelspiegeln 31 ₁ bis 31 ₄. Auch eine andere Anzahl N der Auskoppelspiegel 31 ist möglich, je nach der Anzahl N der mit der Lichtquelle 2 zu versorgenden Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i, beispielsweise N = 2 oder N ≥ 4, insbesondere N ≥ 8.
Nach der Auskopplung hat jeder der EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 ein x/y-Aspektverhältnis von 1/√N:1 . In der zweiten Querschnittsdarstellung von rechts in der 3 ist einer der EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 mit diesem Aspektverhältnis dargestellt. Für den Fall N = 4 beträgt das x/y-Aspektverhältnis also 1:2. Auch dieser Aspektverhältnisbeitrag kann noch mit dem gewünschten Soll-Aspektverhältnis multipliziert werden.
Die Auskoppelspiegel 31 _i (i = 1, 2, ...) sind im Strahlengang des EUV-Sammel-Ausgabestrahls 7 versetzt hintereinander so in Strahlrichtung des EUV-Sammel-Ausgabestrahls 7 angeordnet, dass der jeweils nächste Auskoppelspiegel 31 _i einen randseitigen Querschnittsanteil des EUV-Sammel-Ausgabestrahls 7 reflektiert und dadurch diesen Querschnittsanteil als EUV-Einzel-Ausgabestrahl 9 _i aus dem verbleibenden und an diesem Auskoppelspiegel 31 _i vorbeifliegenden EUV-Sammel-Ausgabestrahl 7 auskoppelt. Dieses Auskoppeln vom Rand her wiederholt sich durch die folgenden Auskoppelspiegel 31 _i+1, ..., bis der letzte noch verbleibende Querschnittsanteil des EUV-Sammel-Ausgabestrahls 7 ausgekoppelt ist.
Im Querschnitt des EUV-Sammel-Ausgabestrahls 7 erfolgt eine Trennung zwischen den den EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 _i zugeordneten Querschnittsanteilen längs Trennlinien 32, die parallel zur y-Achse, also parallel zur kürzeren Seite des x/y-Rechteckquerschnitts des EUV-Sammel-Ausgabestrahls 7 verlaufen. Die Trennung der EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 _i kann derart erfolgen, dass jeweils der Querschnittsanteil, der am weitesten von der im Strahlengang nächstfolgenden optischen Komponente entfernt ist, abgeschnitten wird. Dieses erleichtert unter anderem die Kühlung der Auskoppeloptik 8.
Die der Auskoppeloptik 8 im Strahlengang des Beleuchtungslichts 3 nachfolgende Umlenkoptik 13 dient einerseits zum Umlenken der EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 so, dass diese nach der Umlenkoptik 13 jeweils eine vertikale Strahlrichtung haben, und andererseits zur Anpassung des x/y-Aspektverhältnisses der EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 auf ein x/y-Aspektverhältnis von 1:1, wie in der 3 ganz rechts dargestellt. Auch dieser Aspektverhältnisbeitrag kann noch mit dem gewünschten Soll-Aspektverhältnis multipliziert werden. Bei den vorstehenden x/y-Aspektverhältnissen, handelt es sich also um Aspektverhältnisbeiträge, die, multipliziert mit einem Soll-Aspektverhältnis, zum Beispiel dem Aspektverhältnis eines rechteckigen oder bogenförmigen Objektfeldes, ein gewünschtes Ist-Aspektverhältnis ergeben. Es kann sich bei den vorstehenden x/y-Soll-Aspektverhältnissen um das Aspektverhältnis eines ersten optischen Elements einer Beleuchtungsoptik 15 handeln. Es kann sich bei den vorstehenden x/y-Soll-Aspektverhältnissen um das Aspektverhältnis der Winkel des Beleuchtungslichts 3 an einem Zwischenfokus 42 einer Beleuchtungsoptik 15 handeln.
Für den Fall, dass nach der Auskoppeloptik 8 bereits ein vertikaler Strahlengang der EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 vorliegt, kann auf eine umlenkende Wirkung der Umlenkoptik 13 verzichtet werden und es genügt die Anpassungswirkung in Bezug auf das x/y-Aspektverhältnis der EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9.
Die EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 können hinter der Umlenkoptik 13 derart verlaufen, dass sie, gegebenenfalls nach Durchlaufen einer Fokussier-Baugruppe 14, unter einem Winkel in die Beleuchtungsoptik 15 treffen, wobei dieser Winkel eine effiziente Faltung der Beleuchtungsoptik erlaubt. Hinter der Umlenkoptik 13 kann der EUV-Einzel-Ausgabestrahl 9 _i in einem Winkel von 0° bis 10° zur Senkrechten, in einem Winkel von 10° bis 20° zur Senkrechten, oder in einem Winkel von 20° bis 30° zur Senkrechten verlaufen.
Die Divergenz des EUV-Einzel-Ausgabestrahls 9 _i nach Durchlaufen der Umlenkoptik ist kleiner als 10 mrad, insbesondere kleiner als 1 mrad und insbesondere kleiner als 100 µrad, d.h., der Winkel zwischen zwei beliebigen Strahlen im Strahlenbündel des EUV-Einzel-Ausgabestrahls 9 _i ist kleiner als 20 mrad, insbesondere kleiner als 2 mrad und insbesondere kleiner als 200 µrad. Dies ist für die im folgenden beschriebenen Varianten erfüllt.
Die verschiedenen optischen Baugruppen des Systems mit den Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i können adaptiv ausgeführt sein. Es kann also zentral vorgegeben werden, wie viele der Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i mit welchem energetischen Verhältnis mit EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 _i von der Lichtquelle 2 versorgt werden sollen und welche Bündelgeometrie bei jeweiligen EUV-Einzel-Ausgabestrahl 9 nach Durchlaufen der jeweiligen Umlenkoptik 13 vorliegen soll. Je nach Vorgabewerten können sich die EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 _i in ihrer Intensität und auch in ihrem Soll-x/y-Aspektverhältnis unterscheiden. Insbesondere ist es möglich, durch adaptive Einstellung der Auskoppelspiegel 31 _i die energetischen Verhältnisse der EUV-Einzel-Ausgabestrahlen 9 _i zu verändern, und durch adaptive Einstellung der Umlenkoptik 13 die Größe und das Aspektverhältnis des EUV-Einzel-Ausgabestrahls 9 _i nach Durchlaufen der Umlenkoptik 13 unverändert zu halten.
Die Einkoppeloptik 14 überführt den jeweiligen EUV-Einzel-Ausgabestrahl 9 _i in einen Zwischenfokus 42 der Strahlführungsoptik 10. Der Zwischenfokus 42 ist am Ort einer Durchtrittsöffnung 43 für das Beleuchtungslicht 3 angeordnet. Die Durchtrittsöffnung 43 kann in einer Gebäudedecke eines Gebäudes ausgeführt sein, in dem das System mit den Projektionsbelichtungsanlagen 1 _i untergebracht ist. Die Gebäudedecke verläuft in einer Zwischenfokusebene 44 der Strahlführungsoptik 10, die auch in der 1 dargestellt ist. Die Durchtrittsöffnung 43 wird auch als Eingang der Beleuchtungsoptik 15, insbesondere als Eingang eines Scanners 32, bezeichnet.
Die Einkoppeloptik 14 hat einen effektiven Umlenkwinkel für einen zentralen Hauptstrahl CR von etwa 10°.
In einer anderen Ausgestaltung hat die Einkoppeloptik 14 einen effektiven Umlenkwinkel für einen zentralen Hauptstrahl CR, wobei der effektive Umlenkwinkel zwischen δ/2 und 2δ liegt, und δ der Winkel im Zwischenfokus 42 zwischen einem zentralen Hauptstrahl und einem Randstrahl ist. Der Sinus von δ wird auch als numerische Apertur (NA) der Strahlung 3 im Zwischenfokus 42 bezeichnet.
Bei der Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauteils mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 _i werden zunächst das Retikel 12 und der Wafer 24 bereitgestellt. Anschließend wird eine Struktur auf dem Retikel 12 auf eine lichtempfindliche Schicht des Wafers 24 mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 _i projiziert. Durch Entwicklung der lichtempfindlichen Schicht wird eine Mikro- oder Nanostruktur auf dem Wafer 24 und somit das mikro- oder nanostrukturierte Bauteil hergestellt, beispielsweise ein Halbleiterbauelement in Form eines Speicherchips.
Im Folgenden werden weitere Aspekte der Projektionsbelichtungsanlage 1 _i, insbesondere der Strahlformungsoptik 6 beschrieben.
Allgemein dient die Strahlformungsoptik 6 dazu, aus dem Rohstrahl 4 den Sammel-Ausgabestrahl 7, welcher auch als Transportstrahl bezeichnet wird, zu formen. Der Sammel-Ausgabestrahl 7 wird von der Auskoppeloptik 8 in die Einzel-Ausgabestrahlen 9 _i, welche zu unterschiedlichen Scannern geführt werden, aufgeteilt.
Der Transportstrahl kann leicht über große Distanzen transportiert werden. Hierfür ist es von Vorteil, dass der Transportstrahl eine sehr kleine Divergenz aufweist. Dies ist vorteilhaft, da der Abstand zwischen der Strahlformungsoptik 6 und den Scannern, insbesondere den Beleuchtungsoptiken 15 der Scanner, nicht notwendigerweise bekannt sein muss.
Um den Transportstrahl leichter auf die Scanner aufteilen zu können, ist es von Vorteil, wenn er kein gaußförmiges Profil, wie es üblicherweise für den Rohstrahl 4 der Fall ist, sondern ein im Wesentlichen homogenes Intensitätsprofil aufweist. Dies kann, wie vorgehend beschrieben, durch die Strahlformungsoptik 6, insbesondere mittels Reflexion an Freiformflächen, erreicht werden.
Ein Sammel-Ausgabestrahl 7 mit einem homogenen Intensitätsprofil erleichtert es, den Sammel-Ausgabestrahl 7 gleichmäßig in die unterschiedlichen Einzel-Ausgabestrahlen 9 _i aufzuteilen. Erfindungsgemäß wurde jedoch erkannt, dass die Homogenitätsanforderung nicht zwingend notwendig ist, um eine Dosisstabilität der Einzelscanner zu erreichen. Weiterhin wurde erkannt, dass der Sammel-Ausgabestrahl 7 nicht notwendigerweise ein rechteckiges Intensitätsprofil aufweisen muss.
Gemäß einer Variante umfasst die Strahlformungsoptik 6 Spiegel, deren Reflexionsflächen nicht als Freiformflächen ausgebildet sind. Es ist insbesondere möglich, die Strahlformungsoptik 6 derart auszubilden, dass sie ausschließlich Spiegel umfasst, deren Reflexionsflächen nicht als Freiformflächen ausgebildet sind.
Die Auskoppeloptik 8 und die Umlenkoptik 13 umfassen insbesondere ausschließlich Spiegel, welche in streifendem Einfall mit der Beleuchtungsstrahlung 3 beaufschlagt werden. Die Umlenkung der Beleuchtungsstrahlung 3 um den insgesamt gewünschten Umlenkwinkel geschieht insbesondere mit Hilfe einer Mehrzahl von Reflexionen. Die Gesamtzahl der Reflexionen in der Auskoppeloptik 8 und der Umlenkoptik 13 beträgt insbesondere mindestens 2, insbesondere mindestens 3, insbesondere mindestens 4.
Die Strahlformungsoptik 6 ist zwischen der Strahlungsquelle 2 und der Auskoppeloptik 8, das heißt dem optischen Bauelement, mittels welchem der Sammel-Ausgabestrahl 7 in Einzel-Ausgabestrahlen 9 _i aufgeteilt wird, angeordnet.
Die Strahlformungsoptik 6 ist insbesondere derart ausgebildet, dass der Rohstrahl 4 in mindestens einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung vergrößert wird. Die Strahlformungsoptik 6 ist insbesondere derart ausgebildet, dass der Querschnitt des Rohstrahls 4 in mindestens einer Richtung, insbesondere in zwei, schräg, insbesondere senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen vergrößert wird. Der Vergrößerungsmaßstab liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1:4 und 1:50, insbesondere bei mindestens 1:6, insbesondere bei mindestens 1:8, insbesondere mindestens 1:10.
Am Eingang der Strahlformungsoptik 6 weist der Rohstrahl 4 insbesondere einen Querschnitt mit einem Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 10 mm auf. Am Ausgang der Strahlformungsoptik 6 weist der Sammel-Ausgabestrahl 7 insbesondere einen Durchmesser im Bereich von 15 mm bis 300 mm, insbesondere von mindestens 30 mm, insbesondere mindestens 50 mm auf.
Am Eingang der Strahlformungsoptik 6 weist der Rohstrahl 4 insbesondere eine Divergenz im Bereich von 25 μrad bis 100 μrad auf. Am Ausgang der Strahlformungsoptik 6 ist die Divergenz des Sammel-Ausgabestrahls 7 insbesondere kleiner als 10 μrad.
Die Strahlformungsoptik 6 ist insbesondere telezentrisch. Sie umfasst mindestens zwei optisch wirksame Flächen. Diese werden vorzugsweise in streifendem Einfall betrieben.
Vorzugsweise wird der Rohstrahl 4 in zwei schräg, insbesondere senkrecht aufeinander stehenden Richtungen vergrößert. In diesem Fall umfasst die Strahlformungsoptik 6 mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens zwei optisch wirksamen Flächen, das heißt insbesondere mindestens vier optisch wirksamen Flächen.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 3 weitere Aspekte der Erfindung beschrieben.
Für Angaben zum Polarisationszustand der Beleuchtungsstrahlung 3 wird hierbei auf die sogenannten Stokes-Parameter S₀...S₃, welche zum Stokes-Vektor zusammengefasst werden können, Bezug genommen. Die Komponenten des Stokes-Vektors hängen direkt mit den Intensitäten der Beleuchtungsstrahlung 3 mit unterschiedlichen Polarisationen zusammen. Hierbei gilt: S₀ = I_gesamt, das heißt S₀ = I_vert + I_horiz, wobei I_i die Intensität der Beleuchtungsstrahlung 3, welche in Richtung i polarisiert ist, angibt. Weiter gilt: S₁ = I_horiz – I_vert, S₂ = I_+45° – I_–45° und S₃ = I_r – I_l, das heißt S₃ gibt die Differenz aus rechts- und links polarisierter Beleuchtungsstrahlung 3 an.
Die Wirkung optischer Systeme auf den Stokes-Vektor kann im Müller-Formalismus durch Anwendung sogenannter Müller-Matrizen beschrieben werden.
Die einzelnen Bestandteile des Projektionsbelichtungssystems 1, insbesondere dessen optische Teilsysteme, insbesondere die Scanner 32 _i, die Einkoppeloptiken 14 sowie die im Strahlengang vor der Einkoppeloptik 14 angeordneten Bestandteile eines ersten optischen Teilsystems weisen jeweils Faltungsgeometrien auf, welche jeweils durch eine einzige Faltungsebene charakterisiert werden können. Die nachfolgend beschriebenen Aspekte lassen sich jedoch auch auf den Fall anwenden, dass eines oder mehrere der optischen Teilsysteme des Projektionsbelichtungssystems 1 Faltungsgeometrien mit mehr als einer Faltungsebene aufweisen, indem eine effektive Faltungsebene eingeführt wird.
Gemäß dem in der 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, ein erstes optisches Teilsystem, insbesondere die im Strahlengang vor der Einkoppeloptik 14 angeordneten Komponenten, relativ zu den nachfolgenden Komponenten, insbesondere relativ zum Scanner 32 _i, derart anzuordnen, dass die Faltungsebenen dieser beiden optischen Teilsysteme einen Winkel von 90° miteinander einschließen. Dies ist in der 3 schematisch durch eine Drehkomponente 33 und die angedeuteten, gegeneinander verdrehten Teil-Koordinatensysteme angedeutet. Bei der Drehkomponente 33 handelt es sich nicht um ein konstruktives Bauelement, sondern um ein lediglich zur Erläuterung der Erfindung eingeführtes, virtuelles Konstrukt.
Die Faltungsebenen der beiden optischen Teilsysteme schließen allgemein einen Winkel im Bereich von 45° bis 135°, insbesondere im Bereich von 80° bis 100° miteinander ein.
Es ist insbesondere möglich, dass die Strahlungsquelle 2 derart angeordnet ist, dass der Hauptstrahl der von ihr emittierten Beleuchtungsstrahlung 3 im Wesentlichen senkrecht zu einer von der Scanrichtung (x-Richtung) und der Hauptstrahlrichtung im Bereich des Bildfeldes 22 ausgespannten Ebene verläuft. Der Hauptstrahl der von der Strahlungsquelle 2 emittierten Beleuchtungsstrahlung 3, insbesondere der Hauptstrahl des Sammel-Ausgabestrahls 7, schließt insbesondere einen Winkel im Bereich von 5° bis 175°, insbesondere im Bereich von 15° bis 165°, insbesondere im Bereich von 30° bis 150°, insbesondere im Bereich von 45° bis 135°, insbesondere im Bereich von 60° bis 120°, insbesondere im Bereich von 80° bis 100°, insbesondere von etwa 90°, mit dieser Ebene ein.
Der Winkel, um welchen die beiden optischen Teilsysteme, insbesondere das erste optische Teilsystem vor der Einkoppeloptik 14 und der Scanner 32 _i relativ zueinander verdreht sind, kann insbesondere in Abhängigkeit von der Faltungsgeometrie des Scanners 32 _i gewählt werden. Er kann insbesondere derart gewählt werden, dass das Projektionsbelichtungssystem 1 eine Gesamtdiattenuation aufweist, welche höchstens 20%, insbesondere höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%, insbesondere höchstens 1% beträgt. Die Gesamtdiattenuation des Projektionsbelichtungssystems 1 kann insbesondere durch geeignete Einstellung des Drehwinkels minimiert werden.
Die Drehung der optischen Teilsysteme relativ zueinander erfolgt hierbei insbesondere um eine Drehachse, welche mit der Richtung des Hauptstrahls CR im Bereich der Drehung übereinstimmt. Der Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung 3 wird somit durch die Verdrehung der optischen Teilsysteme zueinander nicht verändert.
Der Drehwinkel b kann insbesondere derart gewählt werden, dass ein polarisationsrichtungsabhängiger Intensitätsunterschied, also ein maximaler Unterschied der Intensität zweier Messungen hinter einem linearen Polarisator veränderlicher Orientierung, der Beleuchtungsstrahlung 3 im Bereich des Bildfeldes 22 höchstens 50%, insbesondere höchstens 30%, insbesondere höchstens 20%, insbesondere höchstens 10% der Gesamtintensität beträgt. Der polarisationsrichtungsabhängige Intensitätsunterschied der Beleuchtungsstrahlung 3 im Bereich des Bildfeldes 22 kann insbesondere minimiert werden. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die zweite und dritte Komponente S₁ und S₂ des Stokes-Vektors der Beleuchtungsstrahlung 3 im Bereich des Bildfeldes 22 entsprechend kleiner sind als seine erste Komponente S₀. Durch eine Verdrehung der optischen Teilsysteme zueinander kann insbesondere erreicht werden, dass die Beleuchtungsstrahlung 3 im Bereich des Bildfeldes 22 einen Stokes-Vektor S_Bild aufweist, dessen zweite und dritte Komponente S₁, S₂ jeweils höchstens 20%, insbesondere höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%, insbesondere höchstens 3%, insbesondere höchstens 1% seines Betrags |S| ausmachen. Es gilt vorzugsweise: S₁ = 0 und/oder S₂ = 0.
Durch die Verdrehung der optischen Teilsysteme zueinander kann insbesondere die vom Scanner 32 _i verursachte Diattenuation zumindest teilweise kompensiert werden. Sie kann insbesondere möglichst vollständig kompensiert werden, so dass das Projektionsbelichtungssystem 1 die angegebenen Werte für die Gesamtdiattenuation aufweist. Dies kann alternativ dadurch beschrieben werden, dass das erste Teilsystem eine erste Faltungsgeometrie aufweist, welche bei einem vorgegebenen Polarisationszustand der von der Strahlungsquelle 2 emittierten Beleuchtungsstrahlung 3 zu einer ersten Diattenuation der Beleuchtungsstrahlung 3 führt, welche die vom Scanner 32 _i verursachte Diattenuation zumindest teilweise, insbesondere möglichst vollständig kompensiert.
Die Drehung der optischen Teilsysteme erfolgt vorzugsweise im Bereich zwischen der Umlenkoptik 13 und der Einkoppeloptik 14.
In der 4 ist exemplarisch die Abhängigkeit des NILS-Wertes, welcher ein einheitenloses Maß für die Kantensteilheit des Luftbildes darstellt, von der objektseitigen numerischen Apertur der Beleuchtungsoptik 15 für Beleuchtungsstrahlung 3 mit unterschiedlichen Polarisationszuständen dargestellt. NILS steht für Normalised Intensity Logarithm Squared und beschreibt die Kantensteilheit des Luftbildes. Die obere Kurve gibt den Fall von Beleuchtungsstrahlung 3 mit tangentialer Polarisation wieder, während die untere Kurve den Fall von Beleuchtungsstrahlung 3 mit radialer Polarisation wiedergibt. Die mittlere Kurve gibt den Fall unpolarisierter Beleuchtungsstrahlung 3 wieder. Ein NILS-Wert von 2 im Luftbild wird für einen stabilen Lithographieprozess als notwendig angesehen. Anstelle von unpolarisierter Beleuchtungsstrahlung 3 kann auch zirkular polarisierte Beleuchtungsstrahlung 3 verwendet werden, da sich diese in ihren Abbildungseigenschaften nicht von unpolarisierter Beleuchtungsstrahlung 3 unterscheidet.
Ist die Diattenuation dem Betrag nach gleich 1, so ist nur eine der beiden Polarisationskomponenten in der Beleuchtungsstrahlung 3 vorhanden. Für gewisse Strukturorientierungen auf der Maske 12 im Retikel entspricht dies Beleuchtungsstrahlung 3 mit tangentialer Polarisation, für andere Strukturen dagegen Beleuchtungsstrahlung 3 mit radialer Polarisation. Da a priori nicht klar ist, welche Strukturorientierungen auf der Maske vorliegen, beziehungsweise da alle möglichen Strukturorientierungen auf der Maske 12 vorliegen können, ist bei der Auslegung des Projektionsbelichtungssystems 1 der schlechteste NILS-Wert zu beachten. Bei einer Diattenuation von ±1 muss daher die untere Kurve betrachtet werden. Für Diattenuationswerte zwischen –1 und +1 ergeben sich Kurven im Bereich zwischen der unteren und der oberen Kurve. Bei einer Diattenuation von 0 kann die mittlere, durchgezogen dargestellte Kurve betrachtet werden. Nach Vorgabe der numerischen Apertur lässt sich aus der 4 somit leicht ablesen, wie groß die Gesamtdiattenuation des Projektionsbelichtungssystems 1 maximal sein darf. Beispielsweise würde bei einer numerischen Apertur von 0,55 eine Gesamtdiattenuation von etwa 40% zu inakzeptabel niedrigen NILS-Werten führen.
Die optischen Teilsysteme, insbesondere der Scanner 32 _i und das erste optische Teilsystem, welches im Strahlengang vor der Einkoppeloptik 14 angeordnet ist, weisen insbesondere Richtungen mit betragsmäßig maximaler Diattenuation auf, welche einen Winkel im Bereich von 45° bis 135°, insbesondere im Bereich von 80° bis 100°, insbesondere von ungefähr 90° miteinander einschließen.
Gemäß einer Alternative der Erfindung kann der maximale Intensitätsunterschied der Beleuchtungsstrahlung 3 mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen im Bereich des Bildfeldes 22 des Projektionsbelichtungssystems 1 auch durch Steuerung, insbesondere Anpassung, des Polarisationszustandes der von der Strahlungsquelle 2 emittierten Beleuchtungsstrahlung 3 auf die angegebenen Werte reduziert, insbesondere minimiert werden. Der Polarisationszustand der von der Strahlungsquelle 2 emittierten Beleuchtungsstrahlung 3 kann insbesondere an die Faltungsgeometrie des Scanners 32 _i angepasst werden. Vorzugsweise weisen die unterschiedlichen Scanner 32 _i des Projektionsbelichtungssystems 1 identische oder zumindest ähnliche Faltungsgeometrien auf. Die von den einzelnen Scannern jeweils verursachte Diattenuation der Beleuchtungsstrahlung 3 unterscheidet sich insbesondere höchstens um 10%, insbesondere höchstens 5%, insbesondere höchstens 3%, insbesondere höchstens 2%, insbesondere höchstens 1%.
Gemäß einer Alternative der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass die als FEL ausgebildete Strahlungsquelle 2 Beleuchtungsstrahlung 3 mit elliptischer Polarisation emittiert. Die Beleuchtungsstrahlung 3, welche vom FEL emittiert wird, weist insbesondere einen Stokes-Vektor S_FEL der folgenden Form auf: S_FEL = (1, cos2ε cos2α, cos2ε sin2α, sin2ε)^T, wobei α die Orientierung der Ellipse und ε ihre Form, insbesondere ihre Exzentrizität, angibt. Ein derartiger Polarisationszustand der Beleuchtungsstrahlung 3 kann auf einfache Weise mittels eines FEL mit einem elliptisch polarisierenden Undulator erzeugt werden. Der Undulator ist insbesondere variabel, das heißt steuerbar. Er kann hierzu insbesondere Elektromagnete aufweisen. Für Details eines derartigen Undulators sei auf die WO 2014/023660 A1 verwiesen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die unterschiedlichen Alternativen, insbesondere die Anpassung des Polarisationszustandes, der von der Strahlungsquelle 2 emittierten Beleuchtungsstrahlung 3 und die Verdrehung der optischen Teilsysteme relativ zueinander, insbesondere die Verdrehung der im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung 3 vor dem Eingang des Scanners 32 _i angeordneten ersten optischen Teilsystems und dem nachfolgend angeordneten zweiten optischen Teilsystem in Form des Scanners 32 _i, miteinander zu kombinieren.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements kann insbesondere zunächst ein Sollwert eines Polarisationszustandes der von der Strahlungsquelle 2 emittierten Beleuchtungsstrahlung 3 in Abhängigkeit eines vorgesehenen Beleuchtungssettings und/oder in Abhängigkeit von abzubildenden Strukturen des Retikels 12 bestimmt werden. Dieser Wert kann sodann mittels des steuerbaren Undulators eingestellt werden. Durch Emission von elliptisch polarisierter Beleuchtungsstrahlung 3 kann eine vorgegebene maximale Diattenuation vorgehalten werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013223935 A1 [0002, 0056, 0080]
WO 2015/078776 A1 [0056, 0080]
WO 2009/121438 A1 [0057]
US 2007/0152171 A1 [0057]
DE 10358225 B3 [0057]
EP 1072957 A2 [0058]
US 6198793 B1 [0058]
WO 2014/023660 A1 [0124]

Claims

Optisches System für ein Projektionsbelichtungssystem (1) für die Mikrolithographie umfassend 1.1. mindestens einen Scanner (32 _i) mit 1.1.1. mindestens einer Beleuchtungsoptik (15) zur Führung der Beleuchtungsstrahlung (3) zu einem zu beleuchtenden Objektfeld (11) und 1.1.2. mindestens einer Projektionsoptik (19) zur Abbildung eines im Objektfeld (11) angeordneten Retikels (12) in ein Bildfeld (22), und 1.2. ein im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung (3) vor dem mindestens einen Scanner (32 _i) angeordnetes erstes optisches Teilsystem zum Verfügungstellen von Beleuchtungsstrahlung (3), 1.3. wobei das erste optische Teilsystem derart an eine Faltungsgeometrie des Scanners (32 _i) angepasst ist, dass das optische System eine Gesamtdiattenuation aufweist, welche höchstens 20% beträgt.
Optisches System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilsystem eine erste Faltungsgeometrie aufweist, welche zu einer ersten Diattenuation der Beleuchtungsstrahlung (3) führt, welche die vom Scanner (32 _i) verursachte Diattenuation zumindest teilweise kompensiert.
Optisches System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Teilsystem und/oder der Scanner (32 _i) eine Diattenuation von mindestens 10% aufweist.
Optisches System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei optische Teilsysteme umfasst, welche um einen Drehwinkel (b) gegeneinander verdreht sind, wobei der Drehwinkel (b) derart gewählt ist, dass ein maximaler Intensitätsunterschied der Beleuchtungsstrahlung (3) zweier beliebiger Polarisationsrichtungen im Bereich des Bildfeldes (22) höchstens 50% der Gesamtintensität beträgt.
Optisches System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sammel-Ausgabestrahl (7) eine Hauptstrahlrichtung aufweist, welche einen Winkel im Bereich von 5° bis 175° mit einer durch eine Scanrichtung und eine Hauptstrahlrichtung der Beleuchtungsstrahlung (3) im Bereich des Bildfeldes (22) aufgespannten Ebene einschließt.
Optisches System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei optische Teilsysteme umfasst, welche zu zwei Faltungen des Strahlengangs der Beleuchtungsstrahlung (3) in zwei effektiven Faltungsebenen führen, wobei die effektiven Faltungsebenen einen Winkel im Bereich von 45° bis 135° miteinander einschließen.
Projektionsbelichtungssystem (1) für die Mikrolithographie mit einem optischen System gemäß einem der vorherigen Ansprüche und/oder mit einen Freie-Elektronen Laser (FEL) als Strahlungsquelle (2), wobei der FEL einen elliptisch polarisierenden Undulator aufweist.
Projektionsbelichtungssystem (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsstrahlung (3) im Bereich des Bildfeldes (22) einen Stokes-Vektor S_Bild = (S₀, S₁, S₂, S₃)^T aufweist, dessen zweite und dritte Komponente (S₁, S₂) jeweils höchstens 20% seines Betrags | S | ausmachen.
Projektionsbelichtungssystem (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der FEL elliptisch polarisierte Beleuchtungsstrahlung (3) emittiert mit einem Stokes-Vektor S_FEL = (S₀, S₁, S₂, S₃)^T, für dessen Komponenten gilt: |S₁| + |S₂| > |S₃|/10 > 2|S₀|/30.
Verfahren zum Herstellen eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements umfassend die folgenden Schritte: 10.1. Bereitstellen eines Projektionsbelichtungssystems (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, 10.2. Bereitstellen mindestens eines Retikels (12), 10.3. Bereitstellen mindestens eines Wafers (24) mit einer für die Beleuchtungsstrahlung (3) empfindlichen Beschichtung, 10.4. Projizieren mindestens eines Abschnitts des mindestens einen Retikels (12) auf den mindestens einen Wafer (24) mit Hilfe des Projektionsbelichtungssystems (1), 10.5. Entwickeln der mit der Beleuchtungsstrahlung (3) belichteten lichtempfindlichen Schicht auf dem Wafer (24).
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung des Retikels (12) mit Beleuchtungsstrahlung (3) zunächst in Abhängigkeit eines vorgesehenen Beleuchtungssettings und/oder in Abhängigkeit von abzubildenden Strukturen des Retikels (12) ein Sollwert eines Polarisationszustandes der von der Strahlungsquelle (2) emittierten Beleuchtungsstrahlung (3) bestimmt und eingestellt wird.
Bauelement hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11.