DE10127449A1

DE10127449A1 - Beleuchtungssystem mit einer Vielzahl von Einzelgittern

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Publication number: DE10127449A1
Application number: DE10127449A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Singer; Markus Weiss; Bernd Kleemann; Karlfried Osterried; Johannes Wangler; Frank Melzer; Andreas Heisler; Vadim Yevgenyevich Banine
Original assignee: Carl Zeiss AG; ASML Netherlands BV
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-12-12
Also published as: WO2002099534A9; EP1393134A2; JP2004528726A; WO2002099534A2; WO2002099534A3; US6836530B2; US20030099040A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Wellenlängen 100 nm mit DOLLAR A einer Objektebene und einer Feldebene. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem umfaßt: DOLLAR A mindestens ein Gitterelement, das eine Vielzahl von Einzelgittern mit einer dem Einzelgitter zugeordneten Gitterperiode aufweist DOLLAR A mindestens einer physikalischen Blende in einer Blendenebene, die dem Gitterelement im Strahlengang von der Objektebene zur Bildebene nachgeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Wellenlängen ≦ 100 nm, wobei das Beleuchtungssystem, eine Objektebene und eine Feldebene aufweist.

Um die Strukturbreiten für elektronische Bauteile noch weitere reduzieren zu können, insbesondere in den Submikron-Bereich, ist es erforderlich, die Wellenlänge des für die Mikrolithographie eingesetzten Lichtes zu verringern. Denkbar ist die Verwendung von Licht mit Wellenlängen kleiner 100 nm, beispielsweise die Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen, die sogenannte EUV-Lithographie.

Die EUV-Lithographie ist eine der vielversprechendsten zukünftigen Lithographietechniken. Als Wellenlängen für die EUV-Lithographie werden derzeit Wellenlängen im Bereich 11-14 nm, insbesondere 13,5 nm diskutiert bei einer numerischen Apertur von 0,2-0,3. Die Bildqualität in der EUV-Lithographie wird bestimmt einerseits durch das Projektionsobjektiv, andererseits durch das Beleuchtungssystem. Das Beleuchtungssystem soll eine möglichst gleichförmige Ausleuchtung der Feldebene, in der die strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel, angeordnet ist, zur Verfügung stellen. Das Projektionsobjektiv bildet die Feldebene in eine Bildebene, die sogenannte Waferebene ab, in der ein lichtsensitives Objekt angeordnet ist. Projektionsbelichtungsanlagen für die EUV-Lithographie sind mit reflektiven optischen Elementen ausgeführt. Die Form des Feldes einer EUV-Projetionsbelichtungsanlage ist typischerweise die eines Ringfeldes mit einem hohen Aspektverhältnis von 2 mm (Breite) × 22-26 mm (Bogenlänge). Die Projektionssysteme werden üblicherweise im Scanning Mode betrieben. Betreffend EUV-Projektionsbelichtungsanlagen wird auf die nachfolgenden Veröffentlichungen verwiesen:
W. Ulrich, S. Beiersdörfer, H. J. Mann, "Trends in Optical Design of Projection Lenses for UV- and EUV-Lithography" in Soft-X-Ray and EUV Imaging Systems W. M. Kaiser, R. H. Stulen (Hrsg), Proceedings of SPIE, Vol. 4146 (2000), Seiten 13-24 und
M. Antoni, W. Singer, J. Schultz, J. Wangler, I. Escudero-Sanz, B. Kruizinga, "Illumination Optics Design for EUV Lithography" in Soft X Ray and EUV Imaging Systems, W. M. Kaiser, R. H. Stulen (Hrsg), Proceedings of SPIE, Vol. 4146 (2000), Seiten 25-34
deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.

Bei Beleuchtungssystemen für Wellenlängen ≦ 100 nm besteht das Problem, daß die Lichtquellen derartiger Beleuchtungssysteme Strahlung emittiert, die zu einer unerwünschten Belichtung des lichtsensitiven Objektes in der Waferebene des Projektionsbelichtungssystems führen kann und zudem optische Komponenten des Belichtungssystemes, wie beispielsweise die Multilayer-Spiegel hierdurch erwärmt werden.

Zum Ausfiltern der unerwünschten Strahlung werden in Beleuchtungssystemen für Wellenlängen ≦ 100 nm Transmissionsfilter, beispielsweise aus Zirkon, verwandt. Derartige Filter haben den Nachteil hoher Lichtverluste. Desweiteren können sie sehr leicht durch Wärmebelastung zerstört werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem für Wellenlängen ≦ 100 nm, insbesondere im EUV-Bereich anzugeben, in dem die obengenannten Nachteile vermieden werden können. Des weiteren sollen die Komponenten eines derartigen Beleuchtungssystems einfach im Aufbau und der Herstellung sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Beleuchtungssystem gelöst, das mindestens ein Gitterelement, das eine Vielzahl von Einzelgittern mit einer dem Einzelgitter zugeordneten Gitterperiode aufweist, und mindestens einer physikalischen Blende in einer Blendenebene, die dem Gitterelement im Strahlengang von der Objektebene zur Feldebene nachgeordnet ist.

Gitterelemente, beispielsweise Reflexionsgitter, insbesondere Echelette- Gitter mit einer Gesamteffizienz nahe 60% sind schon länger aus dem Monochromatorbau für Synchrotronstrahlungsquellen bekannt, wobei gute Erfahrungen insbesondere auch bei sehr hohen Flüssen vorliegen.

Das Verhalten an Beugungsgittern wird durch die Gittergleichung

mit der Gitterperiode p, der Beugungsordnung n, dem Einfallswinkel bezüglich der Oberflächentangente α_i dem Beugungswinkel bezüglich der Oberflächentangente α_t und der Wellenlänge λ beschrieben.

Betrachtet man konvergente oder divergente Strahlung, so muß die optische Wirkung des Gitters beachtet werden.

Betreffend den Einsatz von Beugungsgittern in Monochromatoren wird auf die nachfolgenden Druckschriften verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird:

- H. Petersen, C. Jung, C. Hellwig, W. B. Peatman, W. Gudat: "Review of plane grating focusing for soff x-ray monochromators", Rev. Sci. Instrum. 66 (1), January 1995
- M. V. R. K. Murty: "Use of convergent and divergent illumination with plane gratings", Journal of the Optical Society of America, Vol. 52, No. 7, July 1962, S. 768-773
- T. Oshio, E. Ishiguro, R. Iwanaga: "A theory of new astigmatism- and coma-free spectrometer, Nuclear Instruments and Methods 208 (1993) 297-301

Die Erfinder haben nun erkannt, daß ein Gitterelement im Strahlengang von der Objektebene zur Bildebene zur spektralen Filterung in einem Beleuchtungssystem für Wellenlängen ≦ 100 nm dann verwendet werden kann, wenn die einzelnen Beugungsordnungen und die Wellenlängen deutlich voneinander getrennt sind.

Dies ist im fokussiertem Strahl am einfachsten. Dort liegt im Brennpunkt ein Fokus oder Lichtquellenbild mit begrenztem Durchmesser vor. Allerdings muß mau für den fokussierten Strahl eine gewisse Apertur wählen, um nicht zu lange Baulängen zu erhalten. Für Strahlbüschel mit höherer Apertur wird allerdings das Gitterdesign schwieriger, oder man erhält größere Aberrationen.

Erfüllt man das Erfordernis der Trennung der einzelnen Beugungsordnungen, so ergeben sich kompliziert aufgebaute Gitterelemente, beispielsweise mit einer sich kontinuierlich ändernden Gitterkonstante oder einer Anordnung auf einer gebogenen Fläche. Derartige Gitter können nur mit sehr großem Aufwand hergestellt werden.

Die Erfinder haben nun erkannt, daß eine Trennung der einzelnen Beugungsordnungen und ausreichende Abbildungsqualität auch dann erzielt werden kann, wenn man anstatt eines Gitterelements mit beispielsweise sich kontinuierlich ändernder Gitterkonstante eine Vielzahl von Einzelgittern einsetzt.

Bevorzugt sind die Einzelgitter in Richtung des auftreffenden Strahles entweder übereinander oder hintereinander angeordnet. Die Einzelgitter können in einer ersten Ausführungsform der Erfindung Gitter mit unterschiedlichen Gitterperioden sein.

In einer alternativen Ausführungsform sind Einzelgitter relativ zueinander gekippt angeordnet.

Bei hintereinander angeordneten Einzelgitter können auf der den auftreffenden Strahlen abgewandten Seite Kühleinrichtungen vorgesehen sein. Auf diese Art und Weise kann eine unzulässige Erwärmung des Gitters verhindert werden.

Die Einzelgitter sind bevorzugt als Blaze-Gitter ausgelegt, die auf eine maximale Effizienz in einer Beugungsordnung optimiert sind. Blaze-Gitter sind beispielsweise aus Lexikon der Optik, herausgegeben von Heinz Hagerborn, Seiten 48-49 bekannt. Sie zeichnen sich durch ein annähernd dreieckförmiges Furchenprofil aus.

Wie zuvor ausgeführt können mit dem Gitterelement die verschiedenen Beugungsordnungen und Wellenlängen deutlich voneinander getrennt werden.

Die mindestens eine physikalische Blende gemäß der Erfindung dient dazu, zu vermeiden, daß Fehllicht mit Wellenlängen weit oberhalb von 100 nm über die 0. Beugungsordnug in das Beleuchtungssystem gelangt. Die mindest ans eine physikalische Blende blockt im wesentlichen das Licht der 0. Beugungsordnung.

Besonders bevorzugt ist es, wenn durch die Kombination von Gitter und physikalischer Blende die Strahlen nach der physikalischen Blende Wellenlängen im Bereich von 7 bis 25 nm aufweisen.

Vorteilhafterweise umfasst das Beleuchtungssystem eine Kollektoreinheit zur Erzeugung eines konvergenten Lichtbündels und das konvergente Lichtbündel trifft auf das Gitterelement.

Besonders bevorzugt kommt der Fokus des Lichtbündels der n.-ten Beugungsordnung des Gitterlemenetes am Ort der physikalischen Blende oder in der Nähe der physikalischen Blende zum Liegen, wobei |n| ≧ 1 ist.

Um ein zu große Wärmelast auf der physikalischen Blende in der Blender ebene oder auf nachfolgenden optischen Elementen zu vermeiden, kann ein Teil der nicht gewünschten Strahlung durch weitere Blenden im Beleuchtungssystem herausgefiltert werden.

Neben dem Beleuchtungssystem stellt die Erfindung auch eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Beleuchtungssystem sowie ein Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen zur Verfügung.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Anordnung eines Gitterelementes mit im Strahlengang der Kollektoreinheit eines Beleuchtungssystems hintereinander angeordneten Einzelgittern und Blende

Fig. 2 Gitterelement mit Bezugszeichen zur Herleitung der Gitterperiode in Abhängigkeit vom Einfallswinkel bzw. zur Herleitung der Kippwinkel

Fig. 3 Gitterperiode der Einzelgitter in Abhängigkeit vom Einfallswinkel

Fig. 4A Spotdiagramm in der Blendenebene des Beleuchtungssystems mit 21 hintereinander angeordneten Lineargittern unterschiedlicher Gitterperiode

Fig. 4B Spotdiagramm in der Blendenebene des Beleuchtungssystems mit 31 hintereinander angeordneten Lineargittern unterschiedlicher Gitterperiode

Fig. 5 Gitterelement mit 40 gegenüber der Einfallsebene geneigten Lineargittern

Fig. 6A und 6B Laue-Konstruktion zur Berechnung der Neigungswinkel eines Gitters gemäß Fig. 5

Fig. 6C Neigungswinkel der Einzelgitter in Abhängigkeit vom Einfallswinkel

Fig. 7 Spotdiagramm in der Blendenebene des Beleuchtungssystems mit einem Gitterelement mit unterschiedlich geneigten Lineargittern

Fig. 8 Blaze-Gitter

Fig. 9 Gitterelement mit übereinander angeordneten Lineargittern

Fig. 10 maximal mögliche Beugungseffizienz für als Blaze-Gitter ausgebildete Gitterelemente bestehend aus unterschiedlichen Materialien

Fig. 11 EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem.

In Fig. 1 ist ein Gitterelement mit einer Vielzahl von Einzelgittern 9 im Strahlengang eines Beleuchtungssystem gezeigt. Die Einzelgitter 9 sind in Strahlrichtung hintereinander angeordnet. Das Licht der Lichtquelle 3 wird von einer sammelnden Komponete, dem Kollektor 5 gesammelt. Der Kollektor 5 ist in diesem Beispiel ein ellipsoidförmiger Spiegel, welcher ein Bild der Lichtquelle 3 erzeugt. Das kollimierte Lichtbüschel mit einer Apertur von etwa NA = 0.1 hinter dem Kollektor 5 wird über das Gitterelement im streifenden Einfall so abgelenkt, daß in oder in der Nähe der Blendenebenen der physikalischen Blende 7.3 das Zwischenbild der Lichtquelle zum Liegen kommt.

Durch mehrere vor der physikalischen Blende 7.3 angeordneten Teilblenden 7.1, 7.2 kann bereits nicht gewünschte Strahlung herausgefiltert werden, um die Wärmelast auf der physikalischen Blende 7.3 mit der kreisförmigen Öffnung, welche sich in der Fokusebene der gewünschten Beugungsordnung, hier der -1. Ordnung 16, befindet, zu verringern. Die Blenden 7.1, 7.2 können zusätzlich gekühlt werden, was nicht dargestellt ist. Auch das Gitterelement 1 kann gekühlt sein, beispielsweise durch eine rückseitige Kühlung. Die rückseitige Kühleinrichtung 8 des Gitterelementes 1 mit einer Vielzahl von hintereinander angeordneten Einzelgitter 9 ist bevorzugt eine Flüssigkühleinrichtung mit Zu- und Ablauf 10.1, 10.2. Durch das Gitterelement 1 und die physikalische Blende 7.3 gelingt es, die 0. Ordnung, die sämtliche Wellenlängen der Lichtquelle umfaßt, in dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem vollständig zu blocken. Darüber hinaus werden auch alle höheren Ordnungen außer der -1. Ordnung blockiert.

Nachfolgend sollen die diskreten Gitterperioden, für eine erfindungsgemäße Anordnung von hintereinander angeordneten Einzelgittern 9 angegeben werden.

Zur Herleitung greift man auf die reflektive Abbildungsoptik zurück, wobei die Optik das Licht von einem virtuellen Zwischenbild, welches der 0. Ordnung entspricht, in ein reelles Bild abbilden soll, welches der +1. oder -1. Ordnung entspricht. Die Lösung wird dann durch ein Hyperboloid gegeben.

Ein in einer Ebene ausgelegtes Gitterelement muß also im Idealfall Gitterfurchen aufweisen, die durch die Schnittpunkte einer Hyperbelschar mit dieser Ebene gegeben sind, wobei die Hyperbelschar durch Hyperbeln definiert ist, welche für die Punkt-zu-Punkt Abbildung zwischen Brennpunkt ohne Spiegel und n.-Ordnung einen Lichtwegunterschied von n.π aufweisen.

Die Erfinder haben erkannt, daß unter streifendem Einfall, dieses Gitterelement mit optischer Wirkung hinreichend gut durch ein Array von hintereinander oder übereinander angeordneten Einzelgittern gelöst werden kann ohne daß die Abbildungsqualität des Beleuchtungssystems unzulässig beeinträchtigt wird.

Die zur formelmäßigen Herleitung eines erfindungsgemäßen Gitterelementes verwandeten Parameter werden in Fig. 2 angegeben.

Es bezeichnen:
α₁: Winkel, unter dem der Lichtstrahl auf das Gitterelement trifft,
α_t: Winkel, unter dem der Strahl vom Gitterelement gebeugt wird,
h, h': die Höhe der Bildorte

Ein bestimmter Strahl, der unter dem Winkel α_i auf das Gitterelement 1 trifft, wird unter dem Winkel α_t in die 0. Beugungsordnung reflektiert. Die erste Beugungsordnung soll für diesen Strahl so weit weg sein, damit unter Berücksichtigung des Durchmesser des Bildes der Quelle im Brennpunkt eine Trennung der Beugungsordnungen möglich ist. Dann kann durch eine Anordnung einer Blende 7.3 in der Ebene, in der der Brennpunkt zu Liegen kommt ein vollständiges Blocken der 0. Beugungsordnung, die alle Wellenlängen umfaßt, erreicht werden.

Der Strahlwinkel der ersten Beugungsordnung relativ der Gitterfläche α_t muß um Δα größer, respektive kleiner, als α_i sein, wobei

wobei
D: Abstand der gewünschten Beugungsordnung von der 0. Beugungsordnung in der Filterebene
I: Entfernung zwischen Reflexionsort auf dem Spiegel mit Gitter und dem Bildpunkt

Für den zentralen Strahl - im folgenden als Hauptstrahl bezeichnet - sei der Einfallswinkel α_i(0). Aus diesem lassen sich die Höhen h und h' der Bildorte ermitteln. Ebenfalls folgen die z-Koordinaten der Bildorte relativ dem Strahldurchstoßpunkt des Hauptstrahls mit dem Spiegel:

h = I₀ sin α_i(0) (2)

h' = I₀ sin α_t(0) = I₀ sin (α_i(0) + Δα) (3)

z = I₀ cos α_i(0) (4)

z' = I₀ cos α_t(0) = I₀ cos (α_i(0) + Δα) ⇒ dz = z - z' (5)

Nun kann für jeden anderen Strahl, bezeichnet durch seinen Winkel α_i, die Länge zur 0. Ordnung I(α_i) und die Länge zur 1. Ordnung I'(α_i) sowie die neue z-Koordinate z'(α_i) = z(α_i) - dz bestimmt werden, wobei h'(α_i) = h' = const gilt. Aus den Größen I'(α_i) und z'(α_i) wird der lokale Beugungswinkel α_t(α_i) ermittelt zu

und es folgt für die lokale Gitterperiode P

Nachfolgend sollen zwei Ausführungsbeispiele für Gitterspektralfilter mit hintereinander angeordneten Einzelgittern gegeben werden, wobei die Gitterperiode der Einzelgitter verschieden ist. Eine Anordnung der Einzelgitter in einer Ebene ist besonders vorteilhaft zur Kühlung des Gitters, da das Gitter auf der Rückseite mit einer Kühlfalle, zum Beispiel Kühlkanälen, versehen werden kann. Die Werte für α_i, α_t, die Gitterperiode, den Star Wert und den Endwert entlang der z-Achse sowie die Blaze-Tiefe des aus untereinander angeordneten Einzelgittern sich ergebenden Gitterelementes sind in den Tabellen 1 und 2 gegeben. Betreffend die Defintion der Blaze-Tiefe wird auf die nachfolgende Beschreibung zu Fig. 8 verwiesen.

Tabelle 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für 21 Lineargitter.

Tabelle zeigt ein Ausführungsbeispiel für 31 Lineargitter.

Folgende Parameter werden vorgegeben:
Abstand der -1. Beugungsordnung von der 0. Beugungsordnung in der Blendenebene: D = 10 mm
Abstand Gitter-Brennpunkt auf dem Hauptstrahl: I₀ = 380 mm
numerische Apertur des Büschels: NA = 0.1
maximaler Reflexionswinkel: α_max < 20°
minimale Gitterperiode: P < 1 µm
Beugungsordnung: n = -1

Die Einzelgitter sind als sogenannte Blaze-Gitter ausgelegt, d. h. sie werden auf maximale Effizienz in der gewünschten Beugungsordnung optimiert. Dies erreicht man annähernd durch ein dreieckförmiges Furchenprofil. Die in skalarer Näherung ideale Blaze-Tiefe B berechnet sich dabei nach

Tabelle 1

21 Gittersegmente aus Einzelgittern, welche in einer Ebene hintereinander angeordnet zusammen den Spektralfilter ergeben; es sind die Start- und die Endpositionen der Gitter bezüglich des Hauptstrahlschnittpunktes mit der Fläche, in der die Gitter liegen, angegeben.

Tabelle 2

31 Gittersegmente aus Einzelgittern, welche in einer Ebene hintereinander angeordnet zusammen den Spektralfilter ergeben; es sind die Start- und die Endpositionen der Gitter bezüglich des Hauptstrahlschnittpunktes mit der Fläche, in der die Gitter liegen, angegeben.

In Fig. 3 ist die Gitterperiode der Einzelgitter in Abhängigkeit vom Einfallswinkel α_i gezeigt. Die Punkte geben die diskreten Werte des Ausführungsbeispiels mit 31 Einzelgittern gemäß Tabelle 2 wieder.

Die Fig. 4A und 4B zeigen Spotdiagramme eines Punktbildes der -1. Beugungsordnung für die Designwellenlänge von 13,5 nm in der Blendenebene, Fig. 4A mit 21, Fig. 4B mit 31 Einzelgittern. Die Diskretisierung des Gitterelementes macht sich in einer geringfügigen Verwaschung in y-Richtung bemerkbar, welche aber insbesondere bei N < 30 Gittern mit < ±0.5 mm vernachlässigbar klein ist; das Lichtquellenbild wird um diesen Betrag in y-Richtung verwaschen. Der in den Fig. 4A und 4B angegebene Maßstab bezieht sich sowohl auf die Skalierung in x- wie auch auf die y-Richtung.

Um den Fertigungsaufwand zu reduzieren, wird in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, die Gittersegmente identisch zu gestalten, diese jedoch mit einem Kippwinkel so zu neigen, daß die gewünschte Beugungsordnung in die Zielrichtung gerichtet ist.

Damit kann man im einfachsten Fall den spektralen Filter aus einem Array von identischen Einzelgittern zusammensetzen.

In Fig. 5 ist ein derartiges Gitterelement gezeigt. Das Gitterelement 1 umfaßt eine Vielzahl von gegen die Einfallsebene E geneigten Einzelgittern 9.

Um die Neigungswinkel der Einzelgitter 9 bei konstanter Gitterperiode zu berechnen, kann man die in den Fig. 6A und 6B gezeigte Laue- Konstruktion anwenden. Die nachfolgend verwandten Bezugszeichen können diesen Zeichnungen entnommen werden.

Mit dem bekannten Winkel

ω = 180° - α_i - α_t = σ_i + σ_t (9)

folgt für den Neigungswinkel β

β = α_i + σ_i - 90° (10)

Die Winkel σ_i und σ_t sind über die Laue-Gleichung mit der Gitterperiode P verknüpft:

Auflösen von Gleichung (11) mit (9) nach σ_i folgt

wobei

Damit können die Neigungswinkel β der Einzelgitter berechnet werden. In Tabelle 3 ist ein Ausführungsbeispiel mit 40 Einzelgittern enthalten, wobei folgende Parameter vorgegeben werden:
Abstand der -1. Beugungsordnung von der
0. Beugungsordnung in der Blendenebene: D = 14 mm
Abstand Gitter - Brennpunkt auf dem Hauptstrahl: I₀ = 412 mm
numerische Apertur des Büschels: NA = 0.1
maximalar Reflexionswinkel: α_max < 20°
Beugungsordnung: n = -1

Tabelle 3

Neigungswinkel des Gitterelementes mit 40 Einzelgittern

Gitterperiode: 1.5007 µm

In Fig. 6C ist der Neigungswinkel β der Einzelgitter in Abhängigkeit vom Einfallswinkel α_i gezeigt. Die Punkte geben die diskreten Punkte des Ausführungsbeispieles mit 40 Einzelgittern gemäß Tabelle 3 wieder.

Fig. 7 zeigt das Spotdiagramm eines Punktbildes der -1. Beugungsordnung in der Blendenebene. Die Diskretisierung des Gitterelementes macht sich in einer geringfügigen Verwaschung in y- Richtung bemerkbar, welche aber mit ≦ ±0,5 mm vernachlässigbar klein ist; das Lichtquellenbild wird um diesem Betrag in y-Richtung verwaschen. Der in Fig. 7 angegebene Maßstab bezieht sich sowohl auf die Skalierung in x- wie in y-Richtung.

Mit den Gitterspektralfiltern gemäß der Ausführungsbeispiele in Tabelle 1, Tabelle 2 und Tabelle 3 können Wellenlängen oberhalb von etwa 17 nm beinahe vollständig herausgefiltert werden. Wellenlängen darunter werden bis zur gewünschten EUV-Wellenlänge z. B. bei 13 nm nur teilweise gefiltert. Hierdurch kann die Wärmelast auf den Spiegel des Projektionssystems deutlich reduziert werden.

Alternativ zu einer Anordnung der Einzelgitter 9 in einer Ebene oder gekippt nebeneinander, können diese auch übereinander angeordnet werden. Eine Anordnung übereinander ergibt einen Gitterspektralfilter 1 wie in Fig. 9 gezeigt. Die Einzelgitter der einzelnen Ebenen sind mit 9.1 und 9.2 bezeichnet. Gleiche Bauteile wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind mit denselben Bezugsziffern belegt. Die übereinander angeordneten Gitter können eine unterschiedliche Gitterperiode aufweisen oder relativ zueinander gekippt angeordnet sein.

Um ein Gitterelement 1 mit optimaler Beugungseffizienz zu erhalten, wird bevorzugt jedes Einzelgitter des Gitterelementes als Blaze-Gitter ausgebildet.

In Fig. 8 ist ein Blaze-Gitter mit annähernd dreieckförmigem Furchenprofil gezeigt. Die Bezugsziffer 11 bezeichnet den auf das als Blaze-Gitter ausgelegten Lineargitters 9 mit der Gitterperiode P auftreffenden Strahl; 12 den am Gitter in die 0. Ordnung reflektierten und 16 den in die -1. Ordnung gebeugten Strahl. Da die Blaze-Tiefe gemäß Gleichung (8) winkelabhängig ist, weist im Idealfall jedes Einzelgitter des Gitterelementes eine unterschiedliche Blaze-Tiefe B auf.

Verwendet man Gitterelemente 1, deren lokaler Blaze-Winkel und damit Gittertiefe sich wie in Gleichung (8) angegeben, mit der Position auf dem Gitter ändert, so erhält man eine maximale Effizienz gemäß Fig. 10, da die Beugungseffizienz in der -1. Ordnung η(-1) eine Funktion der Blaze-Tiefe ist. Wie Fig. 10 zeigt, hängt die Beugungseffizienz η(-1) von den verwendeten Materialien ab.

In Fig. 10 bezeichnet Bezugsziffer 100 die Beugungseffizienz η(-1) bei einer Wellenlänge von λ = 13,5 nm für Ruthenium, Bezugsziffer 102 für Palladium, Bezugsziffer 104 für Rhodium und Bezugsziffer 106 für Gold.

Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ist mit Ruthenium die höchste Effizienz von 0,7 zu Erreichen. Eine Beschichtung aus Palladium oder Rhodium, die bessere Langzeiteigenschaften aufweist, weist aber nur eine um 3% schlechtere Effizienz η(-1) von 0,67 auf. Gold wird üblicherweise bei Synchrotrongittern verwendet, hat aber, wie aus der Kurve 106 hervorgeht, bei λ = 13,5 nm eine deutlich schlechtere Effizienz als die vorgenannten Materialien.

Zur Vereinfachung der Herstellung können alle Einzelgitter mit der gleichen Blaze-Tiefe von beispielsweise 25 nm hergestellt werden, womit insgesamt immer noch eine Beugungseffizienz η(-1) von < 55% bzw. 0,55 erreicht wird.

In Fig. 11 ist eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Gitterelement 1 gezeigt. Die EUV- Projektionsbelichtungsanlage umfaßt eine Lichtquelle 3, ein sammelnde optische Komponente, einen sog. Kollektor 5, der als genesteter Kollektor gemäß der deutschen Patentanmeldung DE-A-101 02 934, eingereicht am 23.01.2001, beim Deutschen Patentamt für die Anmelderin, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung miteingchschlossen wird, ausgebildet ist. Der Kollektor 5 bildet die in der Objektebene des Beleuchtungssystemes liegende Lichtquelle 3 in eine sekundäre Lichtquelle 4 in oder in der Nähe einer Blendenebene 7.3 ab.

Vorliegend ist die Lichtquelle 3, die beispielsweise eine Laser-Plasma- Quelle oder eine Plasma-Entladungsquelle sein kann, in der Objektebene des Beleuchtungssystems angeordnet; in der Bildebene des Beleuchtungssystems kommt das Bild der primären Lichtquelle zum Liegen, die auch als sekundäre Lichtquelle bezeichnet wird.

Zwischen Gitterelement 1 und der physikalischen Blende 7.3 sind zusätzliche Blenden 7.1, 7.2 angeordnet, um das Licht ungewünschter Wellenlängen, insbesondere Wellenlängen größer als 30 nm, abzublocken. Erfindungsgemäß kommt in der Ebene der Blende 7.3 der Fokus der -1. Ordnung zu Liegen, d. h. die Lichtquelle 3 wird durch Kollektor und Gitterspektralfilter in der -1. Beugungsordnung nahezu stigmatisch in die Ebene der Blende 7.3 abgebildet. Die Abbildung in alle anderen Beugungsordnungen ist nicht stigmatisch.

Des weiteren umfaßt das Beleuchtungssystem des Projektionssystems ein optisches System 20 zur Formung und Ausleuchtung der Feldebene 22 mit einem ringförmigen Feld. Das optische System umfaßt als Mischeinheit zur homogenen Ausleuchtung des Feldes zwei Facettenspiegel 29.1, 29.2 sowie zwei abbildende Spiegel 30.1, 30.2 und einen feldformenden grazing-incidence Spiegel 32. Im optischen System 20 sind zusätzliche Blenden 7.4, 7.5, 7.6, 7.7 zur Unterdrückung von Fehllicht angeordnet.

Der erste Facettenspiegel 29.1, der sogenannte Feldfacettenspiegel, erzeugt eine Vielzahl von sekundären Lichtquellen in oder in der Nähe der Ebene des zweiten Facettenspiegels 29.2, dem sogenannten Pupillenfacettenspiegel. Die nachfolgende Abbildungsoptik bildet den Pupillenlacettenspiegel 29.2 in die Austrittspupille 34 des Beleuchtungssystems ab, welche in der Eintrittspupille des Projektionsobjektives 26 zum Liegen kommt. Die Neigungswinkel der einzelnen Facetten der ersten und zweiten Facettenspiegel 29.1, 29.2 sind dabei so ausgelegt, daß sich die Bilder der einzelne Feldfacetten des ersten Facettenspiegels 29.1 in der Feldebene 22 des Beleuchtungssystems überlagern und somit eine weitgehend homogenisierte Ausleuchtung der strukturtragenden Maske, welche in dieser Feldebene 22 zum Liegen kommt, ermöglicht wird. Das Segment des Ringfeldes wird über den unter streifenden Einfall betriebenen feldformenden grazing-incidence Spiegel 32 ausgebildet.

Ein doppelt facettiertes Beleuchtungssystem ist beispielsweise in dem US- Patent US-B-6198793 offenbart, abbildende und feldformende Komponenten in der PCT/EP/00/07258. Der Offenbarungsgehalt dieser Schriften wird vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen.

Die in der Feldebene 22 angeordnete strukturtragende Maske, die auch als Retikel bezeichnet wird, wird mit Hilfe eines Projektionsobjektives 26 in die Bildebene 28 der Feldebene 22 abgebildet wird. Das Projektionsobjektiv 26 ist ein 6-Spiegel-Projektionsobjektiv wie beispielsweise in der US- Anmeldung 60/255214 eingereicht am 13.12.2000 beim US-Patentamt für die Anmelderin bzw. der DE-A-100 37 870 offenbart, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird. In der Bildebene 28 ist das zu belichtende Objekt, beispielsweise ein Wafer, angeordnet.

Mit der Erfindung wird erstmals ein Beleuchtungssystem angegeben, mit dem es möglich ist, unerwünschte Wellenlängen direkt nach der primären Lichtquelle zu selektieren.

Bezugszeichenliste

1

Gitterelement

3

Lichtquelle

4

sekundäre Lichtquelle

5

Kollektor

7.1

,

7.2

,

7.3

,

7.4

,

7.5

,

7.6

,

7.7

Blenden des Beleuchtungssystems

8

Kühleinrichtung

9

,

9.1

,

9.2

Einzelgitter

10.1

,

10.2

Zu- und Ablauf der Kühleinrichtung

11

einfallender Strahl

12

in die 0. Ordnung gebeugter Strahl

16

in die -

1

. Ordnung gebeugter Strahl

20

optisches System

22

Feldebene

26

Projektionsobjektiv

28

Bildebene der Feldebene

29.1

,

29.2

Facettenspiegel

30.1

,

30.2

abbildende Spiegel

32

feldformende Spiegel

34

Austrittspupille des Beleuchtungssystems

100

,

102

,

104

,

106

Beugungseffizienz η(-1) für unterschiedliche Materialien

Claims

1. Beleuchtungssystem für Wellenlängen ≦ 100 nm mit

1. 1.1 einer Objektebene und einer Feldebene dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem umfaßt:
2. 1.2 mindestens ein Gitterelement (1), das eine Vielzahl von Einzelgittern (9) mit einer dem Einzelgitter (9) zugeordneten Gitterperiode aufweist
3. 1.3 mindestens einer physikalischen Blende (7.3) in einer Blendenebene, die dem Gitterelement (1) im Strahlengang von der Objektebene zur Feldebene nachgeordnet ist.

2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Einzelgitter (9) in Richtung der von der Objektebene zur Feldebene verlaufenden Strahlen, die auf das Gitterelement (1) auftreffen, übereinander angeordnet sind.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei übereinander angeordneten Einzelgitter (9) parallel zueinander angeordnet sind.

4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei übereinander angeordneten Einzelgitter (9) relativ zueinander gekippt angeordnet sind.

5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Einzelgitter (9) in Richtung der von der Objektebene zur Feldebene verlaufenden Strahlen, die auf das Gitterelement (1) auftreffen, hintereinander angeordnet sind.

6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinander angeordneten Einzelgitter (9) in der durch das Gitterelement (1) aufgespannten Ebene angeordnet sind.

7. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinander angeordneten Einzelgitter (9) einen Kippwinkel relativ zu der durch Gitterelement (1) aufgespannten Ebene aufweisen.

8. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinander angeordneten Einzelgitter (9) auf der den auftreffenden Strahlen abgewandten Seite Kühleinrichtungen (8) aufweisen.

9. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgitter (9) ebene Gitter sind.

10. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Einzelgitter (9) eine unterschiedliche Gitterperiode aufweisen.

11. Beleuchtungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der mindestens zwei Einzelgitter (9) einen mittleren ersten Einfallswinkel der auf das eine Einzelgitter (9) auftreffenden Strahlen aufweist und das das andere der mindestens zwei Einzelgitter (9) einen mittleren zweiten Einfallswinkel der auf das andere Einzelgitter (9) auftreffenden Strahlen aufweist, wobei der mittlere erste Einfallswinkel größer als der mittlere zweite Einfallswinkel ist und die Gitterperiode des ersten Einzelgitters (9) kleiner als die Gitterperiode des zweiten Einzelgitters (9) ist.

12. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgitter (9) Blaze-Gitter sind.

13. Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen nach der physikalischen Blende (7.3) Wellenlängen im Bereich 7-26 nm aufweisen.

14. Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitteroberfläche des Gitterelementes (1) eines der nachfolgenden Materialien umfaßt:
Ruthenium
Palladium
Rhodium
Gold.

15. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine physikalische Blende (7.3) die Strahlen der n.- ten Beugungsordnung des Gitterelementes (1) durchläßt, wobei |n| ≧ 1 ist, und alle Strahlen der m.-ten Beugungsordnung zu mehr als 90% blockiert, wobei m ≠ n ist.

16. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem eine Kollektoreinheit zur Erzeugung eines kovergenten Lichtbündels aufweist und das konvergente Lichtbündel auf das Gitterelement (1) trifft.

17. Beleuchtungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus des Lichtbündels der n.-ten Beugungsordnung des Gitterelementes (1) am Ort der physikalischen Blende (7.3) oder in der Nähe der physikalischen Blende (7.3) zu Liegen kommt, wobei |n| ≧ 1 ist.

18. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der Objektebene des Beleuchtungssystems eine primäre Lichtquelle (3), vorzugsweise eine Laser-Plasma-Quelle, angeordnet ist, die in eine sekundäre Lichtquelle (4) am Ort der physikalischen Blende (7.3) des Beleuchtungssystemes abgebildet wird.

19. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem zwischen der Blendenebene mit der physikalischen Blende und der Feldebene ein optisches System (20) zur Formung und Ausleuchtung eines Feldes umfaßt.

20. Beleuchtungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (20) eine Mischeinheit zur homogenen Ausleuchtung des Feldes umfaßt.

21. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das das Feld ein Segment eines Ringfeldes ist und das optische System feldformende Komponenten (32) umfaßt.

22. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß des Beleuchtungssystem weitere Blenden (7.1, 7.2, 7.4, 7.5, 7.6, 7.7) in Strahlengang zwischen Objektebene und der Feldebene mit umfaßt.

23. Projektionsbelichtungsanlage zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen mit

1. 23.1 einem Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22
2. 23.2 einer strukturtragenden Maske
3. 23.3 einem Projektionsobjektiv (26)
4. 23.4 einem lichtsensitiven Objekt, wobei die strukturtragende Maske auf das lichtsensitive Objekt abgebildet wird.

24. Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen, insbesondere Halbleiter-Bauteilen mit einer Projektionsbelichtungsanlage gemäß Anspruch 23.