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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik für die EUV-Projektionslithographie. Ferner betrifft die Erfindung ein optisches System mit einer derartigen Beleuchtungsoptik, ein Beleuchtungssystem mit einem derartigen optischen System, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Beleuchtungssystem, ein Verfahren zur Projektionsbelichtung zur Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten Bauteils, insbesondere eines Halbleiterchips, mithilfe der Projektionsbelichtungsanlage sowie ein mit diesem Verfahren hergestelltes mikro- bzw. nanostrukturiertes Bauteil.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsoptik der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine Qualität der Beleuchtung des Beleuchtungsfeldes verbessert ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Beleuchtungsoptik mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass Probleme, die aufgrund von Interferenzen zwischen Teilbündeln des Beleuchtungslichts, die im Beleuchtungsfeld überlagert werden, entstehen, dadurch vermieden werden, wenn zwischen zeitlich im Beleuchtungsfeld ankommenden Beleuchtungslichtanteilen, insbesondere Beleuchtungslichtimpulsen, eine Verzögerung herbeigeführt wird, die größer als eine Kohärenzdauer des Beleuchtungslichts ist. Eine solche zeitliche Verzögerung entspricht einer einzustellenden optischen Weglängendifferenz zwischen den Teilbündeln. Zwischen jedem beliebigen Paar von Teilbündeln ist die zeitliche Verzögerung größer als die Kohärenzdauer des Beleuchtungslichts, so dass eine minimale Laufzeit-Differenz zwischen dem Ausleuchtungskanal mit der kürzesten Weglänge und dem Ausleuchtungskanal mit der längsten Weglänge, gemessen zwischen einer Lichtquelle für das Beleuchtungslicht und dem Beleuchtungsfeld, resultiert, die mindestens das Produkt aus der Ausleuchtungskanalzahl und der Kohärenzzeit der Lichtquelle beträgt.
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Die Teilbündel des Beleuchtungslichts entstehen durch Reflexionen an facettierten optischen Elementen im Strahlengang. Der erste Facettenspiegel kann im Bereich einer Feldebene der Beleuchtungsoptik angeordnet sein. Der zweite Facettenspiegel kann im Bereich einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik angeordnet sein. Die ersten Facetten des ersten Facettenspiegels können ihrerseits in Einzelspiegel unterteilt sein. Eine solche Einzelspiegel-Unterteilung ist beispielsweise bekannt aus der
US 2011/001 947 A1 .
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Die sich bei Berücksichtigung dieser Weglängendifferenzbedingung ergebende Gleichförmigkeit der Ausleuchtung des Beleuchtungsfeldes ist oftmals nicht ausreichend. Die Gleichförmigkeit beschreibt, wie stark die Dosis, die zur Beleuchtung eines Punktes, eines zu beleuchtenden Objektes, oder eines Bildes dieses Objektes beiträgt, als Funktion des Ortes in einem Beleuchtungsfeld bzw. einem Objektfeld oder Bildfeld variiert. Die Gleichförmigkeit wird im Zusammenhang mit der Projektionslithographie auch als Uniformität (uniformity) bezeichnet. Die Gleichförmigkeit kann auf zwei alternative Weisen quantifiziert werden, nämlich entweder durch eine maximale Abweichung einer Beleuchtungsdosis oder durch eine Varianz, insbesondere durch eine relative Varianz, der Beleuchtungsdosis als Funktion des Feldortes.
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Mithilfe der optischen Verzögerungskomponente nach Anspruch 2 wird eine Gleichförmigkeit der Ausleuchtung des Beleuchtungsfeldes, die sich bei Berücksichtigung der vorstehend angegebenen Laufzeit- bzw. Weglängendifferenzbedingung ergibt, zusätzlich verbessert, ohne dass ein Eingriff in die sonstige Geometrie der Ausleuchtungskanäle erforderlich ist. Die Verzögerungskomponente erzeugt aus einem einfallenden Lichtbündel mehrere, zueinander verzögerte Lichtbündel, die auch als Teilbündel oder Bündel-Komponenten bezeichnet werden. Es können die durch Reflexion an den facettierten optischen Elementen im Strahlengang erzeugten Beleuchtungslicht-Teilbündel durch die optische Verzögerungskomponente hinsichtlich ihrer Laufzeit gegeneinander verzögert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die aufgrund der Facetten-Reflexion erzeugten Teilbündel ihrerseits mithilfe der optischen Verzögerungskomponente in Teilbündel-Komponenten aufzuteilen, die wiederum paarweise zueinander eine Laufzeit-Differenz aufweisen. Jedes dieser verzögerten Lichtbündel verbessert die Gleichförmigkeit der Ausleuchtung des Beleuchtungsfeldes. Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 ist sichergestellt, dass keine unerwünschte Interferenz stattfinden kann.
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Varianten der Beleuchtungsoptik nach den Ansprüchen 3 und 4 ermöglichen ein unterschiedliches zeitliches Mischen von Ausleuchtungskanal-Teil-Lichtimpulsen des Beleuchtungslichts und unterscheiden sich durch Laufzeit-Differenzen, die durch eine Verzögerungskomponente nach Anspruch 2 aufgeprägt werden. Besonders vorteilhafte Varianten besitzen eine besonders kleine Stufenhöhe oder eine besonders große Stufenhöhe, während mittlere Stufenhöhen eher unvorteilhaft sind. Die Längenskalen für die Stufenhöhe werden durch die Kohärenzlänge des Beleuchtungslichts beeinflusst. Besonders kleine Stufenhöhen sind hierbei kleiner als 50 μm, insbesondere kleiner als 20 μm, insbesondere kleiner als 10 μm, insbesondere kleiner als 5 μm, insbesondere kleiner als 2 μm und insbesondere kleiner als 1 μm. Besonders große Stufenhöhen sind größer als 250 μm, insbesondere größer als 1 mm, insbesondere größer als 5 mm und insbesondere größer als 20 mm.
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Ein reflektierender Stufenspiegel nach Anspruch 5 ist eine mit ausreichender Genauigkeit herstellbare optische Verzögerungskomponente. Die optische Verzögerungskomponente kann insbesondere mit kleinen Einfallswinkeln, also im Bereich der senkrechten Inzidenz, z. B. mit Einfallswinkeln, die kleiner als 30° sind, die kleiner als 25° sind, die kleiner als 20° sind, die kleiner als 15° sind oder die kleiner als 10° sind, mit dem Beleuchtungslicht beaufschlagt werden, sodass auch bei der Reflexion von EUV-Licht ein hoher Reflexionsgrad erzielt wird. Grundsätzlich kann die optische Verzögerungskomponente auch als reflektierender Stufenspiegel ausgeführt sein, der unter streifendem Einfall (grazing incidence) betrieben wird, also mit Einfallswinkeln, die größer als 60° sind, die größer als 65° sind, die größer als 70° sind, die größer als 75° sind oder die größer als 80° sind. Die optische Verzögerungskomponente kann eine Multilayer-Beschichtung zur Optimierung des Reflexionsgrades für die zu reflektierende EUV-Wellenlänge aufweisen.
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Typische Verzögerungswege, die gemäß Anspruch 6 über die Stufen des Stufenspiegels aufgeprägt werden, liegen im Bereich von einigen µm, beispielsweise im Bereich von 1µm, 2µm, 5µm, 10µm. Auch größere Wegdifferenzen im Bereich einigen 10 µm, z. B. im Bereich von 25 µm, 50 µm, 75 µm, im Bereich von 100 µm, von 250 µm, 500 µm oder auch im mm-Bereich, z. B. im Bereich von 1 mm, 2 mm, 5 mm, oder auch noch größere Wegdifferenzen sind möglich. Die Verzögerungswege können auf die Kohärenzlänge der Lichtquelle, die das Beleuchtungslicht zur Verfügung stellt, abgestimmt werden.
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Eine Ausbildung der optischen Verzögerungskomponente nach Anspruch 7 kann eine zusätzliche Reflexion vermeiden. Die Verzögerungskomponente kann insbesondere am Ort des zweiten Facettenspiegels ausgebildet sein. Die Facetten selbst sind in diesem Fall als optische Verzögerungskomponenten ausgeführt. Die optische Verzögerungskomponente kann generell im Bereich einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik angeordnet sein. In diesem Fall wirkt die Verzögerungs-Laufzeit-Differenz, die über die optische Verzögerungskomponente dem Beleuchtungslicht aufgeprägt wird, über das gesamte Beleuchtungsfeld.
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Die Vorteile eines optischen Systems nach Anspruch 8 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik bereits erläutert wurden. EUV-Lichtquellen besitzen eine kurze Kohärenzzeit, so dass die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik kompakt realisierbar ist. Als EUV-Lichtquelle kann ein Freie Elektronenlaser (FEL) eingesetzt werden.
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Die EUV-Lichtquelle nach Anspruch 9 kann ein Freie Elektronenlaser mit weniger als zehn transversalen Moden sein. Aus dem Lichtleitwert kann eine obere Schranke für die Anzahl der transversalen Moden abgeleitet werden. Der Lichtleitwert der Lichtquelle kann insbesondere kleiner als 1·10
–3 mm
2 sein, kann kleiner als 1·10
–4 mm
2 sein, kann kleiner als 1·10
–5 mm
2 sein oder kann auch kleiner als 1·10
–6 mm
2 sein. Für die Definition und die Berechnung des Lichtleitwertes wird auf die
EP 1 072 957 A2 verwiesen. Für derartige Lichtquellen sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Herbeiführung einer Gleichförmigkeit einer Ausleuchtung eines Beleuchtungsfeldes besonders geeignet. Insbesondere eine Specklereduktion kann erreicht werden. Auch andere Typen von EUV-Lichtquellen können zum Einsatz kommen. Je nach der Kohärenzdauer der einzelnen Lichtquelle kann die optische Verzögerungskomponente ausgeführt sein. Hierbei gilt, dass eine Beleuchtungsoptik mit Laufzeit-Differenzen zwischen den Beleuchtungslicht-Teilbündeln, die für eine Lichtquelle mit langer Kohärenzdauer ausgeführt ist, auch für eine Lichtquelle mit kürzerer Kohärenzdauer genutzt werden kann.
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Eine Anordnung der optischen Verzögerungskomponente am Ort eines Zwischenfokus des optischen Systems nach Anspruch 10 ermöglicht eine Aufprägung einer zusätzlichen Verzögerungs-Laufzeit-Differenz durch die optische Verzögerungskomponente, die über das gesamte Beleuchtungsfeld in gleicher Weise wirkt. Dies gilt auch für andere Anordnungsorte der optischen Verzögerungskomponente, soweit diese Anordnungsorte im Bereich einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik vorliegen.
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Die Vorteile eines optischen Systems nach Anspruch 10, einer Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 11, eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 12 und eines Bauteils nach Anspruch 13 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik und das erfindungsgemäße optische System bereits erläutert wurden. Das mikro- bzw. nanostrukturierte Bauteil kann mit extrem hoher Strukturauflösung hergestellt sein. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Halbleiterchip mit extrem hoher Integrations- bzw. Speicherdichte hergestellt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch einen Meridionalschnitt durch eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithographie;
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2 stark schematisch einen Strahlengang von insgesamt sechs Ausleuchtungskanälen für Beleuchtungslicht-Teilbündel zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes, in dem eine Lithografiemaske anordenbar ist, bei einer weiteren Ausführung einer Projektionsbelichtungsanlage;
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3 eine zeitliche Abfolge von Auftreff-Zeitpunkten von Beleuchtungslicht-Teilbündeln auf der Lithografiemaske;
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4 einen Schnitt durch eine optische Verzögerungskomponente, die in einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage nach 2 zum Einsatz kommt;
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5 eine zeitliche Abfolge von Auftreff-Zeitpunkten von Beleuchtungslicht-Teilbündeln auf der Lithografiemaske bei Einsatz der optischen Verzögerungskomponente nach 4;
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6 in einer zu 3 ähnlichen Darstellung eine zeitliche Abfolge von Auftreff-Zeitpunkten von Beleuchtungslicht-Teilbündeln auf der Lithografiemaske;
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7 in einer zu 4 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung einer optischen Verzögerungskomponente; und
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8 eine zeitliche Abfolge von Auftreff-Zeitpunkten von Beleuchtungslicht-Teilbündeln auf der Lithografiemaske bei Einsatz der optischen Verzögerungskomponente nach 7.
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1 zeigt schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikro-Lithographie. Zur Projektionsbelichtungsanlage 1 gehört eine Licht- bzw. Strahlungsquelle 2. Ein Beleuchtungssystem 3 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat eine Beleuchtungsoptik 4 zur Belichtung eines mit einem Objektfeld 5 zusammenfallenden Beleuchtungsfeldes in einer Objektebene 6. Das Beleuchtungsfeld kann auch größer als das Objektfeld 5 sein, insbesondere quer zu einer Verlagerungsrichtung des Objekthalters 8. Das Beleuchtungsfeld kann auch kleiner als das Objektfeld 5 sein, insbesondere längs einer Verlagerungsrichtung des Objekthalters 8. Belichtet wird hierbei ein Objekt in Form eines im Objektfeld 5 angeordneten Retikels 7, das von einem Objekt- beziehungsweise Retikelhalter 8 gehalten ist. Das Retikel 7 wird auch als Lithographiemaske bezeichnet. Der Objekthalter 8 ist über einen Objektverlagerungsantrieb 9 längs einer Verlagerungsrichtung verlagerbar. Eine Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem ebenfalls nicht dargestellten Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 synchronisiert zum Objekthalter 8 ebenfalls längs der Verlagerungsrichtung verlagerbar.
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Bei der Strahlungsquelle
2 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Es kann sich dabei um eine Strahlungsquelle handeln, die auf einem Synchrotron oder auf einem freien Elektronenlaser (FEL) basiert. Auch eine Plasmaquelle, beispielsweise eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, gasdischarge-produced plasma) oder eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, laser-produced plasma), ist für die Strahlungsquelle
2 einsetzbar. Informationen zu einer derartigen Strahlungsquelle findet der Fachmann beispielsweise aus der
US 6,859,515 B2 . Die Lichtquelle
2 arbeitet gepulst, emittiert also eine zeitliche Abfolge von Licht- bzw. Strahlungsimpulsen. Ein zeitlicher Abstand T zwischen zwei zeitlich benachbarten Lichtimpulsen ist reziprok zur Wiederholrate der Lichtquelle
2, die beispielsweise im Bereich von 1 bis 100 kHz, z. B. bei 50 kHz, liegt. Die Dauer eines Lichtpulses ist viel kürzer als der Abstand T zwischen zwei zeitlich benachbarten Lichtpulsen, d. h., die Pausen, in denen keine EUV-Strahlung abgegeben wird, sind viel länger als die Zeitabschnitte, in denen EUV-Strahlung abgegeben wird. Die Kohärenzzeit bzw. Kohärenzdauer ergibt sich aus der genutzten spektralen Bandbreite der EUV-Strahlung und ist wiederum viel kürzer als die Dauer eines Lichtpulses.
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EUV-Strahlung
16, die von der Strahlungsquelle
2 ausgeht, wird von einem Kollektor
17 gebündelt. Ein entsprechender Kollektor ist aus der
EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor
17 propagiert die EUV-Strahlung
16 durch eine Zwischenfokusebene
18, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel
19 trifft. Der Feldfacettenspiegel
19 ist ein erster Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik
4. Der Feldfacettenspiegel
19 hat eine Mehrzahl von Feldfacetten, die in der
1 nicht dargestellt sind. Die Feldfacetten können ihrerseits jeweils in eine Mehrzahl von Einzelspiegeln unterteilt sein, was in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt ist. Der Feldfacettenspiegel
19 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik
4 angeordnet, die zur Objektebene
6 optisch konjugiert ist.
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Die EUV-Strahlung 16 wird nachfolgend auch als Beleuchtungslicht oder als Abbildungslicht bezeichnet.
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Nach dem Feldfacettenspiegel 19 wird die EUV-Strahlung 16 von einem Pupillenfacettenspiegel 20 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 20 ist ein zweiter Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik 4. Der Pupillenfacettenspiegel 20 ist in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die zur Zwischenfokusebene 18 und zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist oder mit dieser Pupillenebene zusammenfällt. Der Pupillenfacettenspiegel 20 hat eine Mehrzahl von Pupillenfacetten, die in der 1 nicht dargestellt sind. Mit Hilfe der Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 20 und einer nachfolgenden abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 21 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs bezeichneten Spiegeln 22, 23 und 24 werden Feldfacetten 25 des Feldfacettenspiegels 19 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der letzte Spiegel 24 der Übertragungsoptik 21 ist ein Spiegel für streifenden Einfall („Grazing Incidence-Spiegel“). Jeweils ein Ausleuchtungskanal, der ein Teilbündel des Beleuchtungslichts 16 führt, wird durch eine erste Facette, also durch eine der Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 19, und eine zugeordnete zweite Facette, also durch eine der Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 20, vorgegeben.
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Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen ist in der 1 ein kartesisches xyz-Koordinatensystem als globales Koordinatensystem für die Beschreibung der Lageverhältnisse von Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 eingezeichnet. Die x-Achse verläuft in der 1 senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein. Die y-Achse verläuft in der 1 nach rechts und parallel zur Verlagerungsrichtung des Objekthalters 8 und des Waferhalters 14. Die z-Achse verläuft in der 1 nach unten, also senkrecht zur Objektebene 6 und zur Bildebene 12.
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Die x-Dimension über das Objektfeld 5 bzw. das Bildfeld 11 wird auch als Feldhöhe bezeichnet.
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2 zeigt eine Variante einer Beleuchtungsoptik 26, die anstelle der Beleuchtungsoptik 4 bei der Projektionsbelichtungsanlage 1 zum Einsatz kommen kann. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. Zunächst wird nachfolgend die Führung des Beleuchtungslichts 16 ohne Einfluss durch eine nachfolgend noch näher erläuterte optische Verzögerungskomponente beschrieben.
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Die 2 zeigt einen Strahlengang von sechs Ausleuchtungskanälen 27 1, 27 2, 27 3, 27 4, 27 5 und 27 6, über die Teilbündel 16 k (k = 1, ... 6) des Beleuchtungslichts 16 geführt werden. Dargestellt ist der Strahlengang zwischen der Lichtquelle 2 und dem Retikel 7, wobei der Strahlengang zwischen der Lichtquelle 2 und der Zwischenfokusebene 18 lediglich schematisch angedeutet ist. Das Beleuchtungslicht 16 wird durch die Feldfacettenspiegel 25 in Teilbündel zerlegt, die längs der Ausleuchtungskanäle 27 1 bis 27 6 geführt werden. Diejenige Feldfacette 25, an der das Beleuchtungslicht-Teilbündel des Ausleuchtungskanals 27 1 reflektiert wird, wird nachfolgend als Feldfacette 25 1 bezeichnet, wobei für die weiteren Ausleuchtungskanäle 27 2 bis 27 6 sowohl für die Feldfacetten 25 als auch für die Pupillenfacetten 28 eine entsprechende Indizierung vorgenommen wird. Zum Ausleuchtungskanal 27 3 gehört beispielsweise die Feldfacette 25 3 und die Pupillenfacette 28 3. Die Teilbündel 16 k des Beleuchtungslichts 16 sind nachfolgend entsprechend indiziert, sodass zum Ausleuchtungskanal 27 3 beispielsweise das Beleuchtungslicht-Teilbündel 16 3 gehört.
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Für die Beleuchtungslicht-Teilbündel 16 k, die über die Ausleuchtungskanäle 27 1 bis 27 6 geführt werden, ergeben sich abhängig von den Unterschieden in den Weglängen der Strahlengänge unterschiedliche Laufzeiten. Jedes Beleuchtungslicht-Teilbündel 16 k für sich erzeugt eine Ausleuchtung des Beleuchtungsfeldes 5, welche nicht gleichförmig ist, sondern eine quasi-zufällige Intensitätsvariation beinhaltet, welche als Speckle bezeichnet wird. Der Speckle-Kontrast ist um so größer, je kleiner die Anzahl der transversalen Moden der Lichtquelle ist. Besitzen alle Moden die selbe Intensität, so ist der relative Speckle-Kontrast gleich dem Kehrwert der Wurzel der Modenanzahl. Nähere Informationen zur Speckle-Thematik findet sich in Joseph W. Goodman, Speckle Phenomena in Optics, Roberts & Company 2010.
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Ist der Weglängenunterschied zwischen zwei Ausleuchtungskanälen 27 kleiner als die Kohärenzlänge des Beleuchtungslichts 16, wobei sich die Kohärenzlänge durch Multiplikation der Kohärenzzeit des Beleuchtungslichtes ergibt, so können die zugehörigen Beleuchtungslicht-Teilbündel 16 k miteinander interferieren. Im besten Fall ist der Restkontrast der kombinierten Ausleuchtung des Beleuchtungsfeldes 5 durch zwei oder mehr Beleuchtungslicht-Teilbündel 16 k dann gleich dem, der sich bei Ausleuchtung mit nur einem Teilbündel ergeben würde. Insbesondere bei einer Lichtquelle 2 mit nur wenigen Moden kann es zusätzlich zu einer systematischen Interferenzstruktur in der Ausleuchtung auf dem Beleuchtungsfeld 5, welche sogar zu einem stärkeren Kontrast als bei einem einzelnen Beleuchtungslicht-Teilbündel 16 führt, kommen. Ein Beispiel hierfür bildet die Überlagerung zweier Teilbündeln 16 unter einem kleinen Winkel, welche zu einer periodischen Durchmodulation führt.
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Ist der Laufzeitunterschied zwischen zwei Ausleuchtungskanälen 27 größer als die Kohärenzlänge des Beleuchtungslichts 16, so überlagern sich die beiden unabhängigen Specklemuster der beiden Ausleuchtungskanäle, was zu einer Verbesserung der Gleichförmigkeit der Ausleuchtung des Beleuchtungsfeldes 6 führt. Ist der Laufzeitunterschied zwischen zwei Ausleuchtungskanälen 27 größer als die Kohärenzlänge des Beleuchtungslichts 16, so führt die Überlagerung im Beleuchtungsfeld 5 also zu einem vorteilhaften Verhalten, während ein Laufzeitunterschied kleiner als die Kohärenzlänge zu keiner Verbesserung oder sogar zu einer unvorteilhaften Veränderung der Gleichförmigkeit führt.
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Die Differenzen zwischen den Laufzeiten der Beleuchtungslicht-Teilbündel 16 längs der Ausleuchtungskanäle 27 1 bis 27 6 ist in der in 2 dargestellten vorteilhaften Ausgestaltung daher so gewählt, dass die Laufzeit längs aller Paare von Ausleuchtungskanälen 27 k, 27 l größer als die Kohärenzzeit des Beleuchtungslichts ist. Dieses impliziert, dass die minimale Laufzeit-Differenz zwischen dem Ausleuchtungskanal 27 mit der kürzesten Weglänge und dem Ausleuchtungskanal mit der längsten Weglänge, gemessen zwischen einer Lichtquelle 2 für das Beleuchtungslicht 16 und dem Beleuchtungsfeld 5, mindestens das Produkt aus der Ausleuchtungskanalzahl und der Kohärenzzeit des Beleuchtungslichts beträgt. Da die Laufzeit-Differenzen längs der Ausleuchtungskanäle 27 1 bis 27 6 vom Auftreffort im Beleuchtungsfeld 5 abhängen und die obige Bedingung für jeden Auftreffort gelten muss, kann für mindest einige, insbesondere auch fast alle Feldorte die Laufzeit-Differenz zwischen dem Ausleuchtungskanal mit der kürzesten Weglänge und dem Ausleuchtungskanal mit der längsten Weglänge deutlich größer als das Produkt der Ausleuchtungskanalzahl und der Kohärenzzeit des Beleuchtungslichts 16 sein.
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3 verdeutlicht die Wirkung dieser Auslegung der Beleuchtungsoptik 4 oder der Beleuchtungsoptik 26. Dargestellt sind längs einer Zeitachse t Auftreff-Zeitpunkte auf das Retikel 7 von Beleuchtungslicht-Anteilen 16 1 bis 16 6, die entlang der Ausleuchtungskanäle 27 1 bis 27 6 geführt worden sind, und die gleichzeitig die Lichtquelle 2 verlassen haben. Absolute Zeitangaben auf der dargestellten Zeitachse t haben daher keine Bedeutung, sondern nur Zeitdifferenzen sind relevant. Die Breite der eingezeichneten Balken repräsentiert die Kohärenzzeit bzw. Kohärenzdauer τκ des Beleuchtungslichts 16. Gesamt-Impulsdauern der Ausleuchtungskanal-Teil-Lichtimpulse 16 k können deutlich länger sein als die in der 3 eingezeichneten Balken. Diese Gesamt-Impulsdauern der Ausleuchtungskanal-Teil-Lichtimpulse 16 k spielen für die nachfolgende Interferenzbetrachtung keine Rolle.
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Die Beleuchungsoptiken 4 bzw. 26 sind so ausgelegt, dass sich die Kohärenzdauer-Balken der Teil-Lichtimpulse 16 k nicht überlappen.
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Durch eine derartige Ausgestaltung der Beleuchtungsoptik wird also die Gleichförmigkeit der Ausleuchtung eines Beleuchtungsfeldes optimiert, da jeder verwendete Ausleuchtungskanal 27 k zu einer Verbesserung der Gleichförmigkeit führt.
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Die Gestaltung der Beleuchtungsoptik gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann gewährleisten, dass für alle Paare von Ausleuchtungskanälen 27 k, 27 l eine Laufzeit-Differenz größer als die Kohärenzlänge erreicht wird. Es ergibt sich eine entsprechende Verbesserung der Gleichförmigkeit der Feldbeleuchtung. Diese Vorteile der beschriebenen Ausführungen kommen besonders bei Beleuchtungs-Lichtquellen zum Tragen, die weniger als 10 transversale Moden aufweisen und eine entsprechend große Kohärenzlänge haben. Weiterhin kommen die Vorteile der beschriebenen Ausführungen bei breitbandigen Lichtquellen besonders zum Tragen. Schließlich kommen die Vorteile der beschriebenen Ausführungen bei Beleuchtungsoptiken zum Tragen, die weniger als einige hundert Ausleuchtungskanäle, insbesondere weniger als hundert Ausleuchtungskanäle haben.
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Über die beschriebenen Ausführungen kann vermieden werden, dass eine Laufzeit-Differenz zwischen einem Ausleuchtungskanal mit einer kürzesten Laufzeit bzw. Weglänge innerhalb der Beleuchtungsoptik und einem Ausleuchtungskanal mit einer längsten Weglänge innerhalb der Beleuchtungsoptik zu gering ist, sodass dann insbesondere eine störende Speckle-Erzeugung nicht ausgeschlossen werden könnte. Eine derartige zu geringe Laufzeit-Differenz zwischen dem Ausleuchtungskanal mit der kürzesten Weglänge und dem Ausleuchtungskanal mit der längsten Weglänge, die durch die beschriebenen Ausführungen vermieden ist, liegt in der Größenordnung der Kohärenzlänge.
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2 zeigt die Auslegung der Beleuchtungsoptik 26 unter Verwendung einer optischen Verzögerungskomponente 29. Die optische Verzögerungskomponente 29 spaltet das einfallende Beleuchtungslicht 16 in mehrere unterschiedlich verzögerte Teile auf, welche im Objektfeld 5 räumlich überlagert werden. Die Laufzeit-Differenzen zwischen den Laufzeiten der Beleuchtungslicht-Teilbündel längs der Ausleuchtungskanäle 27 1 bis 27 6 setzen sich dabei zusammen aus den Laufzeit-Differenzen, die sich aufgrund der unterschiedlichen Strahlwege der Ausleuchtungskanäle 27 1 bis 27 6 ergeben, und zusätzlichen Verzögerungs-Laufzeit-Differenzen, welche die Beleuchtungslicht-Teilbündel aufgrund der Wirkung einer optischen Verzögerungskomponente 29 erfahren. Das Beleuchtungslicht-Teilbündel 16 k entlang des Ausleuchtungskanals 27 k besteht daher aus mehreren Komponenten 16 k l, welche jeweils eine eigene Laufzeit besitzen, wobei der Index k den Ausleuchtungskanal und der Index l die Verzögerung durch die optische Verzögerungskomponente 29 bezeichnet.
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Die optische Verzögerungskomponente 29 ist bei der Ausführung nach 2 als reflektierender Stufenspiegel ausgebildet, der in der Zwischenfokusebene 18 angeordnet ist, also am Ort eines Zwischenfokus zwischen der Lichtquelle 2 und dem Feldfacettenspiegel 19. Dieser Zwischenfokus wird bei der Beleuchtungsoptik 26 nach 2 durch einen Kollektor im Strahlengang des Beleuchtungslichts 16 nach der Lichtquelle 2, der in der 2 nicht dargestellt ist, erzeugt.
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4 zeigt die optische Verzögerungskomponente 29 stärker im Detail. Eine Reflexionsfläche 30 der optischen Verzögerungskomponente 29 weist bei der Ausführung nach 3 insgesamt vier Spiegelstufen 31 1, 31 2, 31 3 und 31 4 auf. Längs einer Normalen N auf die Reflexionsfläche 30 haben Benachbarte der Spiegelstufen 31 einen Abstand von Δl/2 zueinander. Da ein Einfallswinkel α des Beleuchtungslichts 16 auf die optische Verzögerungskomponente 29 klein ist, gilt in guter Näherung eine Verzögerungs-Laufzeit-Differenz zwischen den Anteilen des Beleuchtungslichts 16, die an Benachbarten der Spiegelstufen 31 1, 31 2, 31 3 bis 31 4 reflektiert werden, die einer optischen Weglänge von Δl entspricht. Die Kombination der möglichen Strahlungswege über die vier Spiegelstufen 31 1, 31 2, 31 3 bis 31 4 mit den sechs Ausleuchtungskanälen 27 1, 27 2, 27 3, 27 4, 27 5 und 27 6 ergibt vierundzwanzig Beleuchtungslicht-Teilbündel 16 1 1 bis 16 6 4. Die Indizierung 16 k l ist dabei so, wie vorstehend im Zusammenhang mit der 2 bereits erläutert. Δl’ ist das zeitliche Analogon zur Laufwegdifferenz Δl, also die Laufzeit-Differenz.
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5 verdeutlicht in einer zu 3 analogen Darstellung die Wirkung der optischen Verzögerungskomponente 29. Dargestellt sind längs einer Zeitachse t AuftreffZeitpunkte von Beleuchtungslicht-Anteilen 16 k 1, die jeweils zu einem gegebenen Zeitpunkt die Strahlungsquelle 2 verlassen haben, auf dem Retikel 7. Bedingt durch die kombinierte Wirkung einerseits der unterschiedlichen Wege der Ausleuchtungskanäle 27 und andererseits der zusätzlichen Verzögerungs-Laufzeit-Differenz auf Grund der Verzögerungskomponente 29 ergibt sich für die dargestellten sechs Ausleuchtungskanal-Teil-Lichtimpulse 16 1 bis 16 6 eine gesamte Laufzeit-Differenz, die dazu führt, dass der zeitliche Abstand zwischen den Auftreff-Zeitpunkten zweier zeitlich benachbart zueinander auf das Retikel 7 auftreffenden Ausleuchtungskanal-Teil-Lichtimpulsen 16 k 1, Δt, immer größer als eine Kohärenzdauer des Beleuchtungslichts 16 der Lichtquelle 2 ist. Die Auftreff-Zeitpunkte entsprechen den linken Kanten der in 5 dargestellten Balken, während die Breite der Balken analog zu 3 gleich der Kohärenzdauer des Beleuchtungslichts 16 ist. Es gilt also Δt > τκ, wobei τκ die Koheränzdauer der Lichtquelle 2 ist. Im Falle eines freie-Elektronen-Lasers (FEL) als Lichtquelle 2 beträgt eine Kohärenzlänge, die der Kohärenzdauer τκ entspricht, beispielsweise 1,35 µm. Dies gilt für eine Zentralwellenlänge von 13,5 nm und einer Bandbreite λ/Δλ von 100.
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Bei der optischen Verzögerungskomponente 29 wird also eine vergleichsweise große Verzögerung aufgeprägt. Die Verzögerung durch die optische Verzögerungskomponente 29 ist die Größenordnung einer Verzögerungsstufe zwischen zwei Benachbarten der Spiegelstufen 31 1 bis 31 4. Diese Stufengröße beträgt bei der optischen Verzögerungskomponente Δl/2, wobei gilt Δl > Δl + τκ’. Hierbei ist Δl die maximale Weglängendifferenz zwischen dem Ausleuchtungskanal 27 mit der kürzesten Weglänge und dem Ausleuchtungskanal mit der längsten Weglänge. τκ’ ist das Weglängenanalogon zur Kohärenzdauer τκ.
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Bei der Ausleuchtung nach 5 „sieht“ das Retikel, eine extreme Zeitauflösung und einen extrem kurzen Lichtimpuls der Lichtquelle 2 vorausgesetzt, in schneller Abfolge Beleuchtungsanteile 16 aus den Richtungen der Beleuchtungslichtkanäle 27 1, 27 2, 27 5, 27 4, 27 6 und 27 3. Dieser Lichtschauer aus verschiedenen Richtungen wiederholt sich in rascher Folge mehrfach, und zwar einmal pro benutzer Stufe der optischen Verzögerungskomponente 29.
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6 zeigt in Analogie zu 3 längs einer Zeitachse t Auftreff-Zeitpunkte auf das Retikel 7 von Beleuchtungslicht-Anteilen 16 1 bis 16 6, die entlang der Ausleuchtungskanäle 27 1 bis 27 6 geführt worden sind, und die zu einem gegebenen Zeitpunkt die Lichtquelle 2 verlassen haben. Hauptunterschied zwischen 3 und 6 ist, dass 6 auf einer Beleuchtungsoptik 4 bzw. 26 basiert, in der die Weglängenunterschiede zwischen den Beleuchtungslichtkanälen 27 1 bis 27 6 größer als bei der Ausführung nach 3 sind.
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7 zeigt eine weitere Ausführung einer optischen Verzögerungskomponente 33. Diese wird nachfolgend dort beschrieben, wo sie sich von der optischen Verzögerungskomponente 29 unterscheidet. Ein Hauptunterschied zur optischen Verzögerungskomponente 29 ist die Größenordnung einer Verzögerungsstufe zwischen zwei Benachbarten der Spiegelstufen 31 1 bis 31 4. Diese Stufengröße beträgt bei der optischen Verzögerungskomponente 33 δl/2, wobei gilt τκ’ < δl < ΔL/M. Hierbei ist ΔL die minimale Weglängen-Differenz entlang zweier Beleuchtungslichtkanäle 27 1 bis 27 6 und M die Anzahl der Stufen der Verzögerungskomponente 33.
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Bei der optischen Verzögerungskomponente 33 wird also eine vergleichsweise geringe Verzögerung aufgeprägt, sodass alle Anteile 16 i l des Beleuchtungslichts 16, welche zu einem bestimmten Zeitpunkt die Strahlungsquelle 2 verlassen und die über einen bestimmten Beleuchtungslichtkanal 27 i über verschiedene Stufen der Verzögerungskomponente 33 gelaufen sind, das Retikel 7 erreicht haben, bevor Anteile 16 j l des Beleuchtungslichts 16, welche über einen anderen Beleuchtungskanal 27 j gelaufen sind, das Retikel 7 erreichen. Dieses ist in 8 in einer zu 5 analogen Repräsentation dargestellt.
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Bei der zeitlichen Auftreffabfolge nach 8 „sieht“ das Retikel 7, eine extreme Zeitauflösung und einen extrem kurzen Lichtimpuls der Lichtquelle 2 vorausgesetzt, zunächst eine Abfolge von einander zeitlich korrespondierenden Anteilen der Ausleuchtungskanal-Teil-Lichtimpulse aus einer ersten Beleuchtungsrichtung, dann eine Abfolge von einander zeitlich korrespondierenden Anteilen der Ausleuchtungskanal-Teil-Lichtimpulse aus einer zweiten Beleuchtungsrichtung und so weiter.
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Ein minimaler zeitlicher Abstand Δt zwischen den Auftreff-Zeitpunkten der einander zeitlich korrespondierenden Anteile der Ausleuchtungskanal-Teil-Lichtimpulse 16 k l auf dem Retikel 7 ist auch hier größer als die Kohärenzdauer τκ der Lichtquelle 2. δl’ ist das zeitliche Analogon zur Laufwegdifferenz δl, also die Laufzeit-Differenz. Hier gilt δl’ = Δt.
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Die optische Verzögerungskomponente 33 kann am Ort der Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 22 angeordnet sein. Hierdurch werden eine zusätzliche Reflektion und der damit verbundene Lichtverlust vermieden. Durch die kleine Stufenhöhe ist eine leichtere Integration in andere optische Komponenten wie zum Beispiel einen Facettenspiegel möglich, als dieses bei einer größeren Stufenhöhe der Fall.
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Die optische Verzögerungskomponente 29 kann am Ort eines Zwischenfokus angeordnet sind. Große Stufenhöhe sind etwas aufwendiger herzustellen, und bei Plazierung am Ort eines Zwischenfokus wird nur ein einziges derartiges Element benötigt.
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Bei der Projektionsbelichtung mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens ein Teil des Retikels 7 im Objektfeld 5 auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht auf den Wafer 13 im Bildfeld 11 zur lithografischen Herstellung eines mikrobeziehungsweise nanostrukturierten Bauteils, insbesondere eines Halbleiterbauteils, beispielsweise eines Mikrochips, abgebildet. Hierbei werden das Retikel 7 und der Wafer 13 zeitlich synchronisiert in der y-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb verfahren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1451629 B1 [0002]
- US 6069739 [0002]
- EP 1521111 A1 [0002]
- US 2011/001947 A1 [0006]
- EP 1072957 A2 [0014]
- US 6859515 B2 [0027]
- EP 1225481 A [0028]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Joseph W. Goodman, Speckle Phenomena in Optics, Roberts & Company 2010 [0035]