DE102017201078A1

DE102017201078A1 - Beleuchtungsoptik für die Projektionslithografie

Info

Publication number: DE102017201078A1
Application number: DE102017201078.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Winkler; Daniel Lenz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Eine Beleuchtungsoptik für die Projektionslithografie hat mindestens einen Feldfacettenspiegel (7) mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Feldfacetten (8) zur Führung von Beleuchtungslicht-Teilbündeln (3i) in ein Objektfeld, in dem ein abzubildendes und in einer Objektverlagerungsrichtung verlagerbares Objekt anordenbar ist. Die Beleuchtungsoptik ist derart ausgebildet, dass die von den Feldfacetten (8) geführten Beleuchtungslicht-Teilbündel (3i) jeweils in das Objektfeld überführt werden. Die Beleuchtungsoptik hat mindestens eine Intensitätsvariationskomponente (29), die im Strahlengang des Beleuchtungslichts (3) vom Beleuchtungslicht (3) beaufschlagt wird. Die Intensitätsvariationskomponente (29) wirkt auf eine Beleuchtungsparameterverteilung der jeweiligen Beleuchtungslicht-Teilbündel (3i) im Objektfeld (4) derart, dass mindestens über einen Abschnitt des Objektfeldes eine Beleuchtungsparametervariation folgt, bei der lokale Maxima des Beleuchtungsparameters zu lokalen Minima des Beleuchtungsparameters längs einer Objektfelddimension einen Abstand haben, der kleiner ist als eine Ausdehnung des Objektfeldes längs dieser Objektfelddimension. Es resultiert eine Beleuchtungsoptik, mit der eine Variation eines Beleuchtungsparameters über das zu beleuchtende Objektfeld gut an einen Sollwert angepasst werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik für die Projektionslithografie. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Optimierung einer derartigen Beleuchtungsoptik, ein Beleuchtungssystem mit einer derartigen Beleuchtungsoptik, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Beleuchtungssystem, ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauteils und ein mit diesem Verfahren hergestelltes mikro- beziehungsweise nanostrukturiertes Bauteil.
Eine Beleuchtungsoptik der eingangs genannten Art ist bekannt aus der US 2015/0092174 A1 .
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsoptik der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine Variation eines Beleuchtungsparameters über das zu beleuchtende Objektfeld gut an einen Sollwert angepasst werden kann.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Beleuchtungsoptik mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es zur Optimierung einer Beleuchtung eines Objektfeldes im Rahmen einer projektionslithografischen Anwendung von Vorteil ist, wenn ein Beleuchtungsparameter und insbesondere eine Beleuchtungsintensität der jeweiligen Beleuchtungslicht-Teilbündel, mit denen das Objektfeld beleuchtet wird, nicht konstant ist und auch nicht möglichst wenig von einer konstanten Beleuchtungsintensitätsverteilung abweicht. Es wurde erkannt, dass sich gezielt herbeigeführte Beleuchtungsparametervariationen im Objektfeld zur Herbeiführung eines Sollwerts eines Beleuchtungsparameters, der durch die Objektfeldbeleuchtung durch alle über die Feldfacetten ins Objektfeld geführten Beleuchtungslicht-Teilbündel resultiert, über das Objektfeld nutzen lassen. Die Größenrelation A’ < x_of zwischen dem Abstand benachbarter Extrema des Beleuchtungsparameters im Objektfeld und der typischen Objektfelderstreckung längs mindestens einer der beiden Objektfelddimensionen gewährleistet, dass die Variation ausreichend kurzwellig ist, um eine Sollwertanpassung über die Objektfelddimension vorzunehmen. Es kann beispielsweise gelten A’ < x_0f/2. Insbesondere kann ein Beleuchtungsparameter-Sollwert erreicht werden, der über das Objektfeld in vorgegebener Weise variiert. Dies kann für vielfältige Kompensations- und Korrekturaufgaben genutzt werden. Die Beleuchtungslicht-Teilbündel werden von den jeweiligen Feldfacetten jeweils zumindest abschnittsweise in das Objektfeld überführt. Es ist also möglich, dass ein Teilquerschnitt des jeweiligen Beleuchtungslicht-Teilbündels außerhalb des Objektfeldes ankommt. Die von den Feldfacetten geführten Beleuchtungslicht-Teilbündel werden in der Regel so in das Objektfeld überführt, dass sie einander im Objektfeld zumindest abschnittsweise überlagern. Diese zumindest abschnittsweise Überlagerung ist allerdings nicht zwingend. Als Beleuchtungsparameter, deren Sollwert in vorgegebener Weise unter Nutzung der durch die Intensitätsvariationskomponente herbeigeführten Variation der Beleuchtungsintensität vorgegeben wird, kann beispielsweise die Beleuchtungsintensität oder auch eine Abbildungs-Telezentrie der Beleuchtung ausgewählt sein.
Die Objektfelddimension, längs der die Intensitätsvariationskomponente zur Beleuchtungsparametervariation wirkt, kann die Objektfelddimension sein, die senkrecht auf der Objektverlagerungsrichtung steht. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Intensitätsvariationskomponente auf die Felddimension längs der Objektverlagerungsrichtung einen beleuchtungsparametervariierenden Einfluss hat. Dies kann insbesondere dann realisiert sein, wenn die Beleuchtungsoptik Bestandteil einer als Stepper ausgeführten Projektionsbelichtungsanlage ist.
Bei der Beleuchtungsoptik nach Anspruch 2 ist die Intensitätsvariationskomponente im Strahlengang des Beleuchtungslichts vor dem Feldfacettenspiegel angeordnet. Die Wirkung der Intensitätsvariationskomponente ist dann so, dass der Beleuchtungsparameter, insbesondere die Beleuchtungsintensität, in einer Anordnungsebene des Feldfacettenspiegels nicht konstant ist. Die hierdurch gezielt herbeigeführte Beleuchtungsparametervariation im Objektfeld lässt sich zur Herbeiführung des Sollwerts des Beleuchtungsparameters über das Objektfeld nutzen. Die Größenrelation A < x₀ zwischen dem Abstand benachbarter Extrema des Beleuchtungsparameters im Fernfeld und der typischen Feldfacettenerstreckung gewährleistet, dass die Variation ausreichend kurzwellig ist, um eine Sollwertanpassung über die Objektfelddimension vorzunehmen. Es kann beispielsweise gelten: A < x₀/2.
Alternativ kann die Intensitätsvariationskomponente auch im Strahlengang des Beleuchtungslichts zwischen dem Feldfacettenspiegel und dem Objektfeld angeordnet sein. Soweit beispielsweise ein den Feldfacetten nachgeordneter weiterer Facettenspiegel vorgesehen ist, dessen Facetten beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik angeordnet sind, können die Facetten dieses weiteren Facettenspiegels als entsprechende Intensitätsvariationskomponente ausgeführt sein, über die die gewünschte Beleuchtungsparametervariation über die Objektfelddimension herbeigeführt wird. Auswahlkriterium für die Lage der Intensitätsvariationskomponente ist, dass diese eine ausreichende feldabhängige Wirkung hat. Auch ein Umlenkspiegel für das Beleuchtungslicht zwischen dem Feldfacettenspiegel und dem Objektfeld, beispielsweise ein feldnaher Spiegel, insbesondere ein GI-(Spiegel für streifenden Einfall, grazing incidence-Spiegel)Spiegel kann als derartige Intensitätsvariationskomponente ausgeführt sein.
Eine Anordnung der Intensitätsvariationskomponente nahe einer Feldebene nach Anspruch 3 gewährleistet, dass lokale Variationen einer Wirkung der Intensitätsvariationskomponente auf die Beleuchtungsparameterverteilung sich erwünscht auf die entsprechende Beleuchtungsparameterverteilung in der Feldfacettenspiegel-Anordnungsebene übertragen. Die Positionierung der Intensitätsvariationskomponente relativ zur Feldebene kann über einen Parameter P charakterisiert werden, der zumindest aus der WO 2009/0025164 A bekannt ist. Dieser Parameter P hat Werte zwischen 0 und 1 und ist umso kleiner, je näher die betrachtete Komponente einer Feldebene ist. „Feldnah“ bedeutet, dass P kleiner ist als 0,5. P kann kleiner sein als 0,4, kleiner als 0,35, kleiner als 0,3, kleiner als 0,25, kleiner als 0,2, kleiner als 0,15, kleiner als 0,1 oder auch kleiner sein als 0,05. P kann auch gleich Null sein.
Alternativ kann die Intensitätsvariationskomponente auch näher benachbart zu einer Pupillenebene als zu einer Feldebene angeordnet sein, wobei dann zum Erzielen einer ausreichenden feldabhängigen Wirkung ein ausreichender Abstand zur Pupillenebene einzuhalten ist. Der Parameter P kann in diesen Fällen auch größer sein als 0,5, ist aber jeweils deutlich kleiner als 1, zum Beispiel kleiner als 0,8 oder kleiner als 0,7.
Eine Oberflächenstrukturierung der Intensitätsvariationskomponente nach Anspruch 4 führt zu einer gewünschten Variation der Beleuchtungsparameterverteilung in der Feldfacettenspiegel-Anordnungsebene. Der Abstand zwischen einem lokalen Oberflächen-Maximum (Peak), also einen „Gipfel“ der Oberflächen-Topografie, zu einem benachbarten lokalen Oberflächen-Minimum (Valley), also einer „Senke“ der Oberflächen-Topografie, wird auch als Peak-Valley-Strukturabstand bezeichnet. Soweit zwischen der Intensitätsvariationskomponente und der Feldfacettenspiegel-Anordnungsebene eine Abbildung mit einem Abbildungsfaktor ungleich 1 erfolgt, kann dieser Abbildungsfaktor in eine Relation zwischen dem Abstand der Oberflächenstruktur-Extrema, also dem Peak-Valley-Strukturabstand und dem Abstand der Beleuchtungsparameter-Extrema in der Feldfacettenspiegel-Anordnungsebene eingehen. Die Oberflächenstrukturierung kann als Rippenstruktur ausgeführt sein, wobei sich die Rippen längs einer Dimension erstrecken können, die in eine Objektfelddimension längs der Objektverlagerungsrichtung abgebildet wird.
Die Vorteile einer Reflexionsbeschichtung mit variierender Schichtdicke nach Anspruch 5 entsprechen denen, die vorstehend im Zusammenhang mit der Oberflächenstrukturierung erläutert wurden. Bei der mindestens einen Intensitätsvariationskomponente kann eine Oberflächenstrukturierung wie vorstehend erläutert und gleichzeitig auch eine Reflexionsbeschichtung mit variierender Schichtdicke vorliegen.
Ein Kollektorspiegel nach Anspruch 6 hat sich als besonders geeignet zur Erfüllung der Funktion einer Intensitätsvariationskomponente herausgestellt. Eine feldnahe Anordnung des Kollektorspiegels lässt sich oft ohne größeren Eingriff in das optische Design der Beleuchtungsoptik herbeiführen.
Ein GI-Spiegel als Intensitätsvariationskomponente nach Anspruch 7 kann alternativ oder zusätzlich zu einem als Intensitätsvariationskomponente ausgeführten Kollektorspiegel ausgeführt sein. Ein minimaler Einfallswinkel des Beleuchtungslichts auf dem GI-Spiegel kann 45°, kann 50°, kann 55°, kann 60°, kann 65°, kann 70°, kann 75°, kann 80°, kann 85° betragen oder kann auch noch höher sein.
Die Vorteile der Intensitätsvariationskomponente kommen bei einer Beleuchtungsoptik mit einem zweiten Facettenspiegel nach Anspruch 8 besonders gut zum tragen. Bei dem zweiten Facettenspiegel kann es sich um einen Pupillenfacettenspiegel handeln.
Schaltbare Feldfacetten nach Anspruch 9 ermöglichen eine variable Vorgabe verschiedener Facettenzuordnungen zur Führung der Beleuchtungslicht-Teilbündel, was zur Einstellung einer vorgegebenen Beleuchtungsparameterverteilung über das Objektfeld genutzt werden kann.
Ein Optimierungsverfahren nach Anspruch 10 nutzt die Variabilität der Beleuchtungsoptik mit den schaltbaren Feldfacetten.
Die Vorteile eines Beleuchtungssystems nach Anspruch 11 und 12 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik bereits erläutert wurden. Bei der Beleuchtungslichtquelle kann es sich um eine EUV-Lichtquelle handeln.
Die Vorteile einer Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 13, eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 14 und eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauteils nach Anspruch 15 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik erläutert wurden.
Hergestellt werden kann mit der Projektionsbelichtungsanlage insbesondere ein Halbleiter-Bauteil, beispielsweise ein Speicherchip.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie mit einer Beleuchtungsoptik mit einem Kollektorspiegel, der gleichzeitig eine Intensitätsvariationskomponente darstellt;
2 ein Diagramm, welches eine Verteilung einer Beleuchtungsintensität über ein Fernfeld einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage darstellt, wobei in dem Fernfeld ein Feldfacettenspiegel angeordnet ist, von dem schematisch zwei ausgewählte Feldfacetten gezeigt sind und wobei rechts neben dem Diagramm eine Intensitätsskala relative Intensitätswerte im Diagramm grafisch zuordnet;
3 in einer zu 2 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung einer Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichts im Fernfeld, wiederum mit zwei ausgewählten Feldfacetten des Feldfacettenspiegels;
4 eine weitere Ausführung einer Beleuchtungsoptik, die anstelle der Beleuchtungsoptik nach 1 bei der Projektionsbelichtungsanlage zum Einsatz kommen kann, wobei ein dem Kollektor nachgeordneter GI-Spiegel gleichzeitig die Intensitätsvariationskomponente darstellt;
5 im Vergleich zu 4 sehr stark vergrößert und schematisch im Schnitt einen strukturierten Oberflächenverlauf einer Schicht einer Reflexionsbeschichtung des GI-Spiegels;
6 im Vergleich zur 4 ebenfalls vergrößert in einem Diagramm schematisch eine Abhängigkeit der Beleuchtungsintensität von einer Fernfeldkoordinate, die Resultat einer Oberflächenstrukturierung des GI-Spiegels nach 5 ist;
7 schematisch einen Vergleich zwischen einer Soll- und einer Ist-Bildstruktur im Bildfeld der Projektionsbelichtungsanlage zur Veranschaulichung der Definition eines Linienversatzes;
8 eine schematische Darstellung zur geometrischen Veranschaulichung des Beleuchtungsparameters Abbildungs-Telezentrie;
9 stark schematisch zwei Feldfacetten des Feldfacettenspiegels und drei Pupillenfacetten eines Pupillenfacettenspiegels der Beleuchtungsoptik mit einer ersten Facettenzuordnung von zwei der Pupillenfacetten zu den Feldfacetten zur Führung zweier Beleuchtungslicht-Teilbündel;
10 eine Aufsicht auf ein Objektfeld der Projektionsbelichtungsanlage, wobei zusätzlich Randkonturen der beiden gemäß 9 geführten Beleuchtungslicht-Teilbündel, die in das Objektfeld überführt wurden, dargestellt sind;
11 in einem I(x)-Diagramm einen Verlauf der Beleuchtungsintensität der beiden Beleuchtungslicht-Teilbündel über eine senkrecht zu einer Objektverlagerungsrichtung verlaufenden Objektfeldkoordinate, wobei die Intensitätsverläufe der beiden Beleuchtungslicht-Teilbündel jeweils einzeln und miteinander addiert dargestellt sind;
12 bis 14 in zu den 9 bis 11 ähnlichen Darstellungen die Situation bei einer anderen Zuordnung von zwei der drei Pupillenfacetten zu den beiden Feldfacetten zur Führung der beiden Beleuchtungslicht-Teilbündel, wobei sich hierbei jeweils eine andere Anordnung der Teilbündel-Querschnittskonturen im Objektfeld und auch eine andere Überlagerung der Intensitätsverläufe über die Objektfelddimension ergibt;
15 in einem Diagramm eine Abhängigkeit einer Abbildungs-Telezentrie von einer Bildfeldkoordinate senkrecht zu einer Waferverlagerungsrichtung, wobei optimierte Situationen ausgehend von verschiedenen Beleuchtungsintensitätsverteilungen im Fernfeld des Feldfacettenspiegels dargestellt sind, wobei eine linearer Soll-Verlauf der Abbildungs-Telezentrie mit positiver Steigung eingestellt werden soll;
16 ein zu 15 ähnliches Diagramm, wobei die Beleuchtungsparameter-Zielgröße in diesem Fall ein parabolischer Soll-Verlauf der Abbildungs-Telezentrie ist;
17 ein zu 15 ähnliches Diagramm, wobei die Beleuchtungsparameter-Zielgröße in diesem Fall ein kubischer Soll-Verlauf der Abbildungs-Telezentrie ist;
18 ein zu 15 ähnliches Diagramm, wobei die Beleuchtungsparameter-Zielgröße in diesem Fall ein konstanter Soll-Verlauf der Abbildungs-Telezentrie ist;
19 in einem Diagramm eine lineare Abhängigkeit einer Pupillentransferfunktion (Amplitudenanteil der Zernikefunktion Z2) von der Feldkoordinate senkrecht zur Objektverlagerungsrichtung, wobei zusätzlich schematisch eine Intensitätsvariation der hieraus folgenden Beleuchtungspupillen für einen linken und einen rechten Feldrandpunkt dargestellt sind;
20 schematisch oben in einem I(x) Diagramm eine nicht erfindungsgemäß langwellige Variation der Beleuchtungsintensität über eine Fernfelddimension, wobei zusätzlich eine Auswahl von Fernfeld-Variationsabschnitten über entsprechend dort angeordnete Feldfacetten angedeutet ist, um bei einem unten dargestellten x-Dipolsetting für eine Objektfeldbeleuchtung einen Ausgleich der in der 19 dargestellten linearen Z2-Variation herbeizuführen; und
21 in einer zur 20 ähnlichen Darstellung die Situation bei kurzwelliger Variation der Beleuchtungsintensität über das Fernfeld.
Eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie hat eine Lichtquelle 2 für Beleuchtungslicht bzw. Abbildungslicht 3. Bei der Lichtquelle 2 handelt es sich um eine EUV-Lichtquelle, die Licht in einem Wellenlängenbereich beispielsweise zwischen 5 nm und 30 nm, insbesondere zwischen 5 nm und 15 nm, erzeugt. Das Beleuchtungs- bzw. Abbildungslicht 3 wird nachfolgend auch als EUV-Nutzlicht bezeichnet.
Bei der Lichtquelle 2 kann es sich insbesondere um eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 13,5 nm oder um eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 6,9 nm handeln. Auch andere EUV-Wellenlängen sind möglich. Ein Strahlengang des Beleuchtungslichts 3 ist in der 1 äußerst schematisch dargestellt.
Das Beleuchtungslicht 3 wird von einem Quellvolumen 3a der Lichtquelle 2 emittiert und von einem Kollektor 3b gesammelt. Der Kollektor 3b ist schematisch als Ellipsoidspiegel angedeutet, der das Quellvolumen 3a in einen nachgeordneten Zwischenfokus überführt. Der Ellipsoidspiegel kann als NI-(normal incidence, Einfallswinkel nahe der senkrechten Inzidenz)Spiegel mit Einfallswinkeln für das Beleuchtungslicht ausgeführt sein, die kleiner sind 45°. Alternativ kann der Kollektor 3b auch als GI-(grazing incindence, Spiegel für streifenden Einfall)Spiegel mit Einfallswinkeln größer als 45° ausgeführt sein. Der Kollektor 3b kann eine Mehrzahl von Kollektorspiegelkomponenten aufweisen. Auch eine Hybrid-Gestaltung des Kollektors 3b ist möglich, bei der mindestens eine Komponente als GI-Spiegel und mindestens eine weitere Komponente als NI-Spiegel ausgeführt ist. Entsprechende Kollektoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Zur weiteren Führung des Beleuchtungslichts 3 von der Lichtquelle 2 hin zu einem Objektfeld 4 in einer Objektebene 5 dienen weitere Komponenten einer Beleuchtungsoptik 6. Letztere umfasst einen in der 1 stark schematisch dargestellten Feldfacettenspiegel 7 mit einer Mehrzahl von Feldfacetten 8, von denen in der 1 schematisch lediglich einige Feldfacetten 8 dargestellt sind, und einen im Strahlengang des Beleuchtungslichts 3 nachfolgenden, ebenfalls stark schematische dargestellten Pupillenfacettenspiegel 9 mit Pupillenfacetten 10, von denen in der 1 ebenfalls lediglich schematisch einige Pupillenfacetten 10 dargestellt sind. Zwischen dem Pupillenfacettenspiegel 9, der in einer Pupillenebene 11 der Beleuchtungsoptik 6 angeordnet ist, und dem Objektfeld 4 ist ein feldformender Spiegel 12 für streifenden Einfall (GI-Spiegel) im Strahlengang des Beleuchtungslichts 3 angeordnet. Ein derartiger GI-Spiegel 12 ist nicht zwingend.
Die Pupillenfacetten 10 des Pupillenfacettenspiegels 9 sind Teil einer Übertragungsoptik, die die Feldfacetten 8 des Feldfacettenspiegels 7 in das Objektfeld 4 überführen und insbesondere abbilden. Hierzu werden Beleuchtungslicht-Teilbündel jeweils über eine der Feldfacetten 8 und nachfolgend über einer Pupillenfacetten 10 geführt. Die über die Führung des gleichen Beleuchtungslicht-Teilbündels einander zugeordneten Feld- und Pupillenfacetten bilden Ausleuchtungskanäle der Beleuchtungsoptik 6. Die Feldfacetten 8 sind in einer Fernfeldebene 12a der Beleuchtungsoptik 6 nebeneinander angeordnet.
Jede der Pupillenfacetten 10 führt genau ein von den jeweiligen Feldfacette 8 geführtes Beleuchtungslicht-Teilbündel 3 _i hin zum Objektfeld 4. Für den Feldfacettenspiegel 7 einerseits und den Pupillenfacettenspiegel 9 andererseits kann eine Ausführung genutzt werden, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Eine derartige Beleuchtungsoptik ist beispielsweise bekannt aus der US 2015/0092174 A1 oder aus der DE 10 2009 045 096 A1 .
Mit einer Projektionsoptik bzw. abbildenden Optik 13 wird das Objektfeld 4 in ein Bildfeld 14 in einer Bildebene 15 mit einem vorgegebenen Verkleinerungsmaßstab abgebildet. Hierfür einsetzbare Projektionsoptiken sind beispielweise bekannt aus der DE 10 2012 202 675 A1 .
Zur Erleichterung der Beschreibung der Projektionsbelichtungsanlage 1 ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In der 1 verläuft die x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein. Die y-Richtung verläuft in der 1 nach links und die z-Richtung in der 1 nach oben. Die Objektebene 5 verläuft parallel zur xy-Ebene. Zur Erläuterung einzelner Komponenten wird nachfolgend auch jeweils ein lokales x(yz)-Kooridnatensystem verwendet. Die lokalen x-Koordinaten verlaufen jeweils parallel zur globalen x-Koordinate des Koordinatensystems nach 1. Die lokalen y- und z-Koordinaten können jeweils um einen Winkel um die x-Achse verkippt sein.
Das Objektfeld 4 und das Bildfeld 14 sind rechteckförmig. Alternativ ist es auch möglich, das Objektfeld 4 und Bildfeld 14 gebogen bzw. gekrümmt, also insbesondere teilringförmig, auszuführen. Das Objektfeld 4 und das Bildfeld 14 haben ein xy-Aspektverhältnis größer als 1. Das Objektfeld 4 hat also eine längere Objektfelddimension in der x-Richtung und eine kürzere Objektfelddimension in der y-Richtung. Diese Objektfelddimensionen verlaufen längs der Feldkoordinaten x und y.
Für die Projektionsoptik 13 kann eines der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsbeispiele eingesetzt werden. Abgebildet wird hierbei ein mit dem Objektfeld 4 zusammenfallender Ausschnitt einer Reflexionsmaske 16, die auch als Retikel bezeichnet wird. Das Retikel 16 wird von einem Retikelhalter 17 getragen. Der Retikelhalter 17 wird von einem Retikelverlagerungsantrieb 18 in einer Objektverlagerungsrichtung längs der y-Koordinate verlagert.
Die Abbildung durch die Projektionsoptik 13 erfolgt auf die Oberfläche eines Substrats 19 in Form eines Wafers, der von einem Substrathalter 20 getragen wird. Der Substrathalter 20 wird von einem Wafer- bzw. Substratverlagerungsantrieb 21 verlagert.
In der 1 ist schematisch zwischen dem Retikel 16 und der Projektionsoptik 13 ein in diese einlaufendes Strahlenbündel 22 des Beleuchtungslichts 3 und zwischen der Projektionsoptik 13 und dem Substrat 19 ein aus der Projektionsoptik 13 auslaufendes Strahlenbündel 23 des Beleuchtungslichts 3 dargestellt. Eine bildfeldseitige numerische Apertur (NA) der Projektionsoptik 13 ist in der 1 nicht maßstäblich wiedergegeben.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 ist vom Scannertyp. Sowohl das Retikel 16 als auch das Substrat 19 werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 in der y-Richtung, also in der Objektverlagerungsrichtung, gescannt. Auch ein Steppertyp der Projektionsbelichtungsanlage 1, bei dem zwischen einzelnen Belichtungen des Substrats 19 eine schrittweise Verlagerung des Retikels 16 und des Substrats 19 in der y-Richtung erfolgt, ist möglich. Diese Verlagerungen erfolgen synchronisiert zueinander durch entsprechende Ansteuerung der Verlagerungsantriebe 18 und 21.
Der Kollektor 3b ist als Intensitätsvariationskomponente ausgeführt und wirkt auf eine Beleuchtungsparameterverteilung in der Fernfeldebene 12a, also in der Anordnungsebene des Feldfacettenspiegels 7.
Hierzu hat eine Spiegeloberfläche des Kollektors 3b eine Oberflächenstrukturierung 24, die in der 1 in einer Ausschnittsvergrößerung schematisch angedeutet ist. Lokale Oberflächen-Maxima der Oberflächenstrukturierung 24 haben zu lokalen Oberflächen-Minima einen Abstand a zueinander, der kleiner ist als eine typische Erstreckung jeweils einer der Feldfacetten 8 in der x-Dimension, also in der Dimension senkrecht zur Objektverlagerungsrichtung y. Dieser Abstand a wird auch als Peak-Valley-Abstand bezeichnet. Dieser Abstand a ist in der 1 schematisch in der yz-Ebene angedeutet, wobei eine entsprechende Oberflächenstrukturierung auch senkrecht zur Zeichenebene der 1 vorliegt, sodass auch in der x-Richtung eine entsprechende Oberflächenstrukturierung mit einem Peak-Valley-Abstand a vorliegt, der dem Abstand a in der 1 entspricht. Die Oberflächenstrukturierung 24 kann als Rasterstrukturierung auf der Spiegelfläche des Kollektors 3b aufgebracht sein. Alternativ ist es möglich, die Oberflächenstrukturierung 24 als Rippenstruktur auszuführen, wobei die Rippen sich längs einer Spiegeldimension (lokale y-Richtung des Kollektors 3b) erstrecken, die in die Dimension des Objektfelds 4 längs der Objektverlagerungsrichtung y abgebildet wird.
Der Kollektor 3b ist nahe einer Feldebene 25 angeordnet, die mittels der Beleuchtungsoptik 6 in die Objektfeldebene 5 abgebildet wird. Dies erfolgt durch Zwischenabbildung der Feldebene 25 in die Anordnungsebene des Feldfacettenspiegels 7, also in die Feldebene 12a. Soweit die Abbildung der Feldebene 15 in die Fernfeldebene 12a mit einem Abbildungsfaktor ungleich 1 erfolgt, kann dieser Abbildungsfaktor noch in eine Relation zwischen dem Abstand a und dem hierüber erzeugten Abstand zwischen Intensitätsmaxima und benachbarten Intensitätsminima in die Fernfeldebene 12a eingehen.
Zur Charakterisierung der Positionierung „feldnah“ des Kollektors 3b zur Feldebene 25 wird ein Parameter P herangezogen, für den gilt: P(M) = D(SA)/(D(SA) + D(CR))
Hierbei gilt:
D(SA) ist der Durchmesser einer Subapertur, also der zu genau einem Feldpunkt gehörenden Beleuchtungslichtstrahlen, auf der Spiegelfläche des Kollektors 3b;
D(CR) ist ein maximaler Abstand von Hauptstrahlen, die von der Feldebene ausgehen, auf der Spiegelfläche des Kollektors 3b.
Soweit der Kollektor 3b exakt in der Feldebene 25 angeordnet ist, gilt P = 0, da dann D(CR) ungleich Null ist und D(SA) gleich Null ist. Soweit der Kollektor 3b in einer Pupillenebene angeordnet wäre, würde gelten P = 1, da D(CR) dann gleich Null ist und D(SA) ungleich Null ist.
Diese Definition des Parameters P findet sich beispielsweise in der WO 2009/024164 A .
Für den Kollektorspiegel 3b gilt: P ≤ 0,4, insbesondere P ≤ 0,3, ≤ 0,2 oder ≤ 0,1. Insbesondere kann der Parameter P gleich Null sein. Es gilt, dass der Parameter P kleiner und insbesondere deutlich kleiner ist als 1 und insbesondere kleiner ist als 0,8 oder kleiner als 0,7. In besonderen Fällen kann der Parameter P größer sein als 0,5.
2 zeigt einen Verlauf einer Intensität des Beleuchtungslichts 3 in der Fernfeldebene 12a. Dargestellt sind zudem in der 2 zwei ausgewählte Feldfacetten 8 des Feldfacettenspiegels 7.
Der Intensitätsverlauf I(xy) ist in der Fernfeldebene 12a angenähert raster- beziehungsweise schachbrettartig, hat also nach Art eines Schachbretts verteilte lokale Intensitätsmaxima und -minima, wobei Zeilen und Spalten dieses Rasters diagonal jeweils unter 45° zur lokalen x- und y-Koordinate der Anordnung des Feldfacettenspiegels 7 verlaufen.
Diese Intensitätsvariation wird erzeugt von der Oberflächenstruktur 24 des Kollektors 3b. Die Intensitätsvariation nach 2 kann als Abbildung der Oberflächenstruktur 24 des Kollektors 3b auf den Feldfacettenspiegel 7 verstanden werden. Lokale Intensitätsmaxima der Beleuchtungsintensität haben zu lokalen Minima der Beleuchtungsintensität einen Abstand A, der kleiner ist als eine Erstreckung x₀ der jeweiligen Feldfacette 8 in der x-Dimension, also in derjenigen Dimension, die in eine Objektfelddimension (globale x-Koordinate) abgebildet wird, die senkrecht auf der Objektverlagerungsrichtung y steht. Entsprechendes gilt für die Intensitätsvariation längs der Objektverlagerungsrichtung y.
3 zeigt eine weitere Ausführung einer Beleuchtungsintensitätsvariation, die aufgrund einer entsprechenden Ausführung des Kollektors 3b als Intensitätsvariationskomponente resultieren kann. Die Variation I(xy) der Beleuchtungsintensität über die Fernfeldebene 12a ist rotationssymmetrisch um ein Zentrum Z des Feldfacettenspiegels 7. Im Radialverlauf um dieses Zentrum Z ergeben sich wiederum Maxima und Minima der Beleuchtungsintensität. Jedenfalls einige der Feldfacetten 8 des Feldfacettenspiegels 7 sind in der Fernfeldebene 12a so angeordnet, dass der Abstand A zwischen einem lokalen Minimum der Beleuchtungsintensität und einem radial benachbarten, lokalen Maximum der Beleuchtungsintensität kleiner ist als die typische Erstreckung x₀ der Feldfacette 8.
Aufgrund der Überführung der Beleuchtungslicht-Teilbündel über die Feldfacetten 8 in das Objektfeld 4 ergibt sich eine entsprechende Variation der Beleuchtungsintensität des jeweiligen Beleuchtungslicht-Teilbündels über die x-Koordinate des Objektfeldes 4. Durch Wahl der Überlagerung der Beleuchtungslicht-Teilbündel, was durch eine entsprechende Verkippung der zugeordneten Pupillenfacetten 10 erfolgen kann, lässt sich insbesondere der x-Verlauf der Beleuchtungsintensität sowie anderer Beleuchtungsparameter zur Steigerung der Abbildungsqualität der Projektionsbelichtungsanlage 1 beeinflussen.
4 zeigt eine weitere Ausführung beleuchtungsoptischer Komponenten, die anstelle entsprechender beleuchtungsoptischer Komponenten bei der Projektionsbelichtungsanlage 1 zum Einsatz kommen können. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen erläutert.
4 zeigt einen Strahlengang des Beleuchtungslichts 3 zwischen dem Kollektor 3b und einem Fernfeld 26 in der Fernfeldebene 12a, in dem der Feldfacettenspiegel 7 angeordnet ist. Der Ellipsoid-Kollektor 3b überführt das Quellvolumen 3a in einen Zwischenfokus 27, der in einer Zwischenfokusebene 28 angeordnet ist. Der Zwischenfokus 27 liegt im Strahlengang des Beleuchtungslichts 3 vor dem Fernfeld 26.
Zwischen dem Kollektor 3b und dem Zwischenfokus 27 ist im Strahlengang des Beleuchtungslichts 3 ein Spiegel 29 für streifenden Einfall (GI-Spiegel, gazing incidence Spiegel) angeordnet. Der GI-Spiegel 29 ist als Intensitätsvariationskomponente mit einer Wirkung ausgeführt, die derjenigen entspricht, die vorstehend anhand des Kollektors 3b erläutert wurde.
Der GI-Spiegel 29 ist einer Feldebene 30 benachbart angeordnet, die mittels der Beleuchtungsoptik 6 in die Objektfeldebene 5 abgebildet wird. Dies kann über eine Zwischenabbildung in die Fernfeldebene 12a, also in die Anordnungsebene des Feldfacettenspiegels 7, erfolgen. Für die Lagebeziehung „feldnah“ zwischen dem GI-Spiegel 29 und der Feldebene 30 gilt wiederum, was vorstehend im Zusammenhang mit der Positionierung „feldnah“ des Kollektors 3b erläutert wurde. Insbesondere gelten auch für den GI-Spiegel 29 die vorstehend erläuterten Relationen für den Parameter P.
Anstelle einer Strukturierung einer Spiegeloberfläche, wie vorstehend anhand des Kollektors 3b erläutert, kann auch eine Reflexionsbeschichtung der Intensitätsvariationskomponenten zur entsprechenden Variation der Beleuchtungsintensität ausgestaltet sein. In diesem Fall hat die Reflexionsbesichtung eine variierende Schichtdicke derart, dass lokale Reflektivitäts-Maxima von lokalen Reflektivitäts-Minima einen Abstand zueinander haben, der kleiner ist als die typische Erstreckung x₀ der Feldfacette. Dies wird nachfolgend anhand einer entsprechenden Schichtstrukturierung einer Reflexionsbeschichtung des GI-Spiegels 29 erläutert. Eine Reflexionsschicht 31 des GI-Spiegels 29 ist in der 5 schematisch dargestellt. Die Reflexionsschicht 31 hat eine Schichtdickenvariation längs der lokalen x-Dimension des GI-Spiegels 29, deren typische Längenskala L₁ beträgt. Entsprechend ist ein typischer Abstand zwischen lokalen Reflektivitäts-Maxima und benachbarten lokalen Reflektivitäts-Minima der Reflexionsschicht 31 L₁/2. Ein Abstand zwischen benachbarten Maxima der Schichtdicke der Reflexionsschicht 31 nimmt dabei mit zunehmendem lokalen x-Wert ab. Je näher die Reflexionsschicht 31 dem Zwischenfokus 27 benachbart ist, desto kleiner wird der Abstand zwischen benachbarten Schichtdickenmaxima. Die typische Amplitude, also ein Dickenunterschied zwischen einem Maximum und einem Minimum der Schichtdicke der Reflexionsschicht 31 beträgt H₁.
Alternativ oder zusätzlich zum Kollektor 3b und/oder zum GI-Spiegel 29 kann auch eine Komponente der Beleuchtungsoptik 6 im Strahlengang nach dem Feldfacettenspiegel 7 als entsprechende Intensitätsvariationskomponente ausgeführt sein. Soweit beispielsweise nach dem Feldfacettenspiegel 7 ein weiterer Facettenspiegel beabstandet zur Pupillenebene 11 angeordnet ist, können auch die Facetten dieses weiteren Facettenspiegels als entsprechende Intensitätsvariationskomponente wirken. Auch beispielsweise der GI-Spiegel 12 im Strahlengang des Beleuchtungslichts 3 nach dem Pupillenfacettenspiegel 9 kann als derartige Intensitätsvariationskomponente ausgeführt sein. Für derartige alternative oder zusätzliche Ausführungen für die Intensitätsvariationskomponente gelten ebenfalls die vorstehend erläuterten Relationen für den Parameter P.
6 zeigt eine resultierende Intensität I(x) der Beleuchtungsintensität über die x-Koordinate des Fernfeldes 26 in der Fernfeldebene 12a. Die Beleuchtungsintensität variiert mit einer resultierenden, effektiven Intensitätsvariationslängenskala L_eff, dem typischen Abstand zwischen zwei benachbarten Intensitätsmaxima der Beleuchtungsintensität I(x). Es gilt dann A = L_eff/2.
Die Schichtdickenvariation der Reflexionsschicht 31 kann senkrecht zur lokalen xz-Ebene konstant sein, sodass die Peak-Valley-Struktur, die in der 5 dargestellt ist, in Form entsprechend ausgebildeter Rippen gestaltet ist, die sich längs der lokalen y-Richtung des GI-Spiegels 29 erstrecken.
Über eine Beleuchtungsintensitätsvariation, wie vorstehend anhand der 1 bis 6 erläutert, lässt sich beispielsweise der Beleuchtungsparameter Abbildungs-Telezentrie in vorgegebener Weise beeinflussen. Zur Definition dieses Beleuchtungsparameters werden nachfolgend die 7 und 8 erläutert.
7 zeigt stark schematisch und sehr stark vergrößert einen xz-Schnitt durch einen Abschnitt eines belichteten Wafers 19 im Bildfeld 14. Dargestellt ist eine tatsächlich abgebildete Ist-Bildstruktur 32 und eine Soll-Bildstruktur 33. Die Ist-Bildstruktur 32 ist in der x-Dimension zentriert um eine Ist-Position x_I. Die Soll-Bildstruktur 33 ist zentriert um eine Soll-Position x_S. Eine Differenz |x_S – x_I| wird als Linienversatz (overlay) LV bezeichnet.
Zur Abbildungs-Telezentrie trägt zusätzlich zum Linienversatz LV noch ein Fokalversatz (defocus) FV in z-Richtung bei. Der Fokalversatz FV bezeichnet dabei einen Abstand zwischen einer Ist-Bildlage in der z-Richtung von einer Soll-Bildlage in der z-Richtung. Der Fokalversatz FV erstreckt sich definitionsgemäß senkrecht zum Linienversatz LV. Die beiden Versätze FV und LV können als Katheten eines rechtwinkligen Dreiecks verstanden werden. Die Abbildungs-Telezentrie TC ergibt sich als Gegenwinkel ϑ zum Linienversatz LV. Es gilt dabei tanϑ = LV/FV. Solange ϑ klein genug ist, kann genähert werden tan(ϑ) = ϑ [rad]. Für die x-Abhängigkeit der Abbildungs-Telezentrie TC gilt dann: TC(x) = LV(x)/FV
Über eine x-Abhängigkeit der Beleuchtungsintensitätsverteilung über das Objektfeld 4 beziehungsweise über das Bildfeld 14 lässt sich Einfluss nehmen auf die x-Abhängigkeit der Abbildungs-Telezentrie. Durch entsprechende Zuordnung der Ausleuchtungs-Kanäle, die bestimmten Beleuchtungswinkeln entsprechen, mit denen das Objektfeld 4 beleuchtet wird, und Auswahl von Feldfacetten 8, die zu diesen Ausleuchtungs-Kanälen gehören und mit geeigneten x-Beleuchtungsintensitätsvariationen beaufschlagt werden, lässt sich somit die Abbildungs-Telezentrie zur Optimierung der Retikelabbildung beeinflussen.
Ein Optimierungsverfahren der Beleuchtungsoptik 6, die einen Kollektor 3b nach 1 beziehungsweise einen GI-Spiegel 29 nach 4 als Intensitätsvariationskomponenten aufweist, wird nachfolgend anhand der 9 bis 14 erläutert. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 bereits beschrieben wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
9 zeigt eine erste Facettenzuordnung von zwei Feldfacetten 8 ₁, 8 ₂ des Feldfacettenspiegels 7 und von zwei ausgewählten von insgesamt drei Pupillenfacetten 10 ₁, 10 ₂ und 10 ₃ des Pupillenfacettenspiegels 9. Ein erstes Beleuchtungslicht-Teilbündel 3 ₁ wird dabei über die Feldfacette 8 ₁ und die Pupillenfacette 10 ₂ hin zum Objektfeld 4 (vgl. 10) geführt, das in diesem Fall als bogenförmiges Objektfeld dargestellt ist. Eine Randkontur 34 ₁ des Beleuchtungslicht-Teilbündels 3 ₁ in der Objektebene 5 ist in der 10 ebenfalls dargestellt. Ein kleiner Teilquerschnitt des Beleuchtungslicht-Teilbündels 3 ₁ liegt, in der 10 links dargestellt, außerhalb des Objektfeldes 4.
Zum Schalten zwischen verschiedenen Kippstellungen steht jede der Feldfacetten 8 _i mit einem Kippaktor KA_i in Wirkverbindung. Die Aktoren KA_i werden von einer zentralen Steuereinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 1 angesteuert.
Im Intensitätsdiagramm I(x) nach 11 zeigt als Intensitätskurve 35 ₁ einen Verlauf der Beleuchtungsintensität des Beleuchtungslicht-Teilbündels 3 ₁ im Objektfeld 4. Die x-Abhängigkeit der Intensitätskurve 35 ₁ ergibt sich aufgrund der in x-Richtung variierenden Beleuchtungsintensität bei der Beaufschlagung der Feldfacette 8 ₁ mit dem Beleuchtungslicht-Teilbündel 3 ₁.
Ein zweites Beleuchtungslicht-Teilbündel 3 ₂ wird über die Feldfacette 8 ₂ und die Pupillenfacette 10 ₃ ebenfalls hin zum Objektfeld geführt und hat dort eine Teilbündel-Randkontur 34 ₂ (vgl. 10) und einen I(x)-Intensitätsverlauf 35 ₂ (vgl. 11). Ein kleiner Teilquerschnitt des Beleuchtungslicht-Teilbündels 3 ₂ liegt, in der 10 rechts dargestellt, außerhalb des Objektfeldes 4.
Aufgrund der Wirkung der Intensitätsvariationskomponente 3b beziehungsweise 29 haben die Intensitätskurven 35 ₁, 35 ₂ in ihrem x-Verlauf mehrere lokale Maxima und Minima.
Als Summe der beiden Intensitätskurven 35 ₁, 35 ₂ ergibt sich eine in der 11 ebenfalls dargestellte Intensitätskurve I_Ges.
Die Teilbündel-Randkonturen 34 ₁, 34 ₂ überlagern einander im Objektfeld 4 nicht. Dies ist nicht zwingend. Auch eine teilweise oder sogar vollständige Überlagerung der beiden Teilbündel-Randkonturen 34 ₁, 34 ₂ ist möglich.
Die 12 bis 14 zeigen eine gegenüber der Facettenzuordnung nach den 9 bis 11 geänderte Situation, bei der die Führung des Beleuchtungslicht-Teilbündels 3 ₁ geändert wurde. Dieser ist nun nicht mehr über die Pupillenfacette 10 ₂, sondern über die Pupillenfacette 10 ₁ geführt. Dies wird erreicht durch eine entsprechende Verkippung der Feldfacette 8 ₁ durch Ansteuerung des Kippaktors KA₁, sodass das Beleuchtungslicht-Teilbündel nun nicht mehr die Pupillenfacette 10 ₂ beaufschlagt, sondern die Pupillenfacette 10 ₁. Aufgrund dieser Änderung der Führung des Beleuchtungslicht-Teilbündels 3 ₁ ergibt sich eine Verlagerung der Teilbündel-Randkontur 34 ₁ des Beleuchtungslicht-Teilbündels 3 ₁ im Objektfeld 4.
Die Teilbündel-Randkontur 34 ₁ ist bei der Facettenzuordnung nach 12 im Vergleich zur Facettenzuordnung nach 9 in der Objektebene 5 sowohl in der y-Richtung als auch in der x-Richtung verlagert. Eine Verlagerung in der x-Richtung ist derart, dass die in den 10 und 13 jeweils rechten Ränder der Teilbündel-Randkonturen 34 ₁, 34 ₂ nicht mehr einen größeren Abstand dx₁, sondern einen kleineren Abstand dx₂ zueinander haben. Entsprechend verschiebt sich auch die Intensitätskurve 35 ₁ des Beleuchtungslicht-Teilbündels 3 ₁ im I(x)-Diagramm nach 14.
In Unterschied zum Verlauf nach 11 treffen beim nun eingestellten Verlauf nach 14 Minima der Intensitätskurve 35 ₁ auf Maxima der Intensitätskurve 35 ₂, sodass sich in Summe ein ausgeglichener Verlauf der Gesamt-Intensitätskurve I_Ges ergibt. Der Wechsel der Facettenzuordnung zwischen den 9 und 11 hat also zu einer stärkeren Homogenisierung eines Intensitätsverlaufes I(x) geführt. Aufgrund der Änderung der Einfallswinkel auf den zugeordneten Facetten kann sich bei einem Wechsel der Facettenzuordnung zwischen den 9 und 11 auch eine Änderung der globalen Amplitude der Intensitätskurve I_Ges ergeben, da sich die Reflektivitätswerte der Facetten für das Beleuchtungslicht-Teilbündel 3 ₁ ändern können,
Bei der Optimierung der Beleuchtungsoptik 6 mit Hilfe entsprechend verkippbarer Feldfacetten nach Art der Feldfacette 8 ₁ wird zunächst eine Facettenzuordnung der Feldfacetten 8 und der diesen über das jeweils geführte Beleuchtungslicht-Teilbündel zugeordneten zweiten Facetten 20 ausgewählt. Anschließend wird eine Variation eines Beleuchtungsparameters, beispielsweise der Abbildungs-Telezentrie TC (x) über das Objektfeld 4 abhängig von der Objektfelddimension x senkrecht zur Objektverlagerungsrichtung y festgestellt, insbesondere berechnet. Diese beiden Schritte „Auswahl einer Facettenzuordnung“ und „Messen einer Variation des Beleuchtungsparameters über das Objektfeld“ werden nachfolgend für verschiedene Facettenzuordnungen solange wiederholt, bis ein Minimum einer Beleuchtungsparameter-Variation über die Objektfelddimension x erreicht ist.
Anhand der 15 bis 18 wird die Mächtigkeit eines solchen Optimierungsverfahrens für verschiedene Beleuchtungsintensitätsvariationen in der Fernfeldebene 12a erläutert, die über entsprechende Intensitätsvariationskomponenten 3b beziehungsweise 29 vorgegeben sind. 15 bis 18 zeigen jeweils Abhängigkeiten TC (x) der Abbildungs-Telezentrie über die Objektfeldkoordinate x senkrecht zur Objektverlagerungsrichtung y.
Um Effekte anderer optischer Komponenten, beispielsweise von Spiegeln von Projektionsoptik 13, auszugleichen, kann beispielsweise eine Soll-Abhängigkeit der Abbildungs-Telezentrie TC (x) gewünscht sein, die in der 15 als durchgezogene Linie 36 dargestellt ist. Die Soll-TC verläuft linear ansteigend. Als Verlauf 37 von Kreuzsymbolen ist in der 15 ein Ist-Intensitätsverlauf eingezeichnet, der als beste Annäherung an diesen Soll-TC-Verlauf erreichbar ist, wenn nicht erfindungsgemäß mit einer Beleuchtungsintensitätsverteilung über das Fernfeld 26 gearbeitet wird, die keine Variation aufweist. Die gewünschte Steigung der Soll-TC kann über diese Ist-TC 37 nicht erreicht werden. Mit gefüllten Quadraten ist in der 15 ein Verlauf 38 eines Ist-Werts der Abbildungs-Telezentrie dargestellt, der unter Zuhilfenahme einer Beleuchtungsintensitätsvariation beispielsweise nach den 2 und 3 erreicht wird. Die gewünschte Soll-TC 36 kann perfekt approximiert werden.
16 zeigt einen weiteren und in diesem Fall parabolischen Verlauf der Soll-TC 39 wiederum als durchgezogene Kurve. Mit Kreuz-Symbolen ist wiederum eine Ist-TC 40 dargestellt, die ohne Intensitätsvariation im Fernfeld 26 erreichbar ist. Mit Hilfe der Intensitätsvariationen im Fernfeld 26 nach den 2, 3 und 6 (Ist-TC 41, gefüllte Rechtecke, offene Rechtecke und Punkte) lässt sich die Soll-TC 39 wiederum perfekt beziehungsweise sehr gut approximieren.
17 zeigt entsprechende Kurven Soll-TC 42 sowie Ist-TC 43 für die homogene Beleuchtungsintensität über das Fernfeld 26 und Ist-TC 44 für die mit Hilfe der Intensitätsvariationskomponenten 3b beziehungsweise 29 erreichbare Beleuchtungsintensitätsvariation. Mit der Verlaufskurve Ist-TC 44 lässt sich die Verlaufskurve Soll-TC 42 wiederum perfekt anpassen. Eine Soll-TC 42 mit einem Verlauf, der durch ein Polynom höherer, zum Beispiel dritter Ordnung beschrieben werden kann, kann zum Ausgleich von Beleuchtungsparametervariationen höherer Ordnungen genutzt werden.
18 demonstriert, dass trotz der Beleuchtungsintensitätsvariationen im Fernfeld auch eine perfekt homogene, konstante Abbildungs-Telezentrie über die Objektfeldkoordinate x vorgegeben werden kann. Eine Verlaufskurve Soll-TC 45 wird über die Verlaufskurve Ist-TC 46 perfekt konstant approximiert.
19 zeigt in einer stark vereinfachten Betrachtung einen gewünschten Soll-Verlauf einer feldabhängigen Beleuchtungswinkelverteilung, der beispielsweise zur Vorkompensation einer Apodisierung innerhalb der Projektionsoptik 13 eingestellt werden soll. Diese Apodisierung führt zu einem Kipp einer Abhängigkeit der Beleuchtungswinkelverteilung über das Objektfeld, der sich in einem linearen Verlauf 47 eines Quadrats eines Realteils eines Zernikefunktions-Beitrags Z2 einer Pupillentransferfunktion der Projektionsoptik 13 äußert. Die Wirkung einer solchen Apodisierung ist anhand einer gestrichelt angedeuteten Intensitätsvariation der Beleuchtungswinkelverteilungen am Ort mit zweier ausgewählter Feldpunkte am linken Feldrand (kleinster x-Wert) und am rechten Feldrand (größter x-Wert) verdeutlicht. Ein engerer Linienabstand bedeutet hierbei eine größere Intensität aus der jeweiligen Beleuchtungsrichtung. Am linken Feldrand (Beleuchtungswinkelverteilung 48) erscheint die Beleuchtung aus Beleuchtungswinkeln, die von rechts her kommen, dunkler als aus Beleuchtungsrichtungen, die von links her kommen. Am rechten Feldrand (Beleuchtungswinkelverteilung 49) ist dies genau umgekehrt. Dieser rechte Feldrand wird von rechts heller beleuchtet als von links.
Um dies systematisch auszugleichen, ist es erforderlich, eine feldabhängige Beleuchtungswinkelverteilung so vorzuhalten, dass eine Beleuchtung aus Beleuchtungswinkeln „rechts“ am linken Feldrand intensiver erfolgt als am rechten Feldrand und aus Beleuchtungswinkeln „links“ umgekehrt am rechten Feldrand intensiver erfolgt als am linken Feldrand. Ein mögliches Beispiel für den Fall einer x-Dipol-Beleuchtung mit einem linken Beleuchtungspol 50 und einem rechten Beleuchtungspol 51 ist in der 20 im Falle einer nicht erfindungsgemäßen, langwelligen Beleuchtungsintensitätsverteilung schematisch und eindimensional über das Fernfeld 26 dargestellt. Die vorstehend beschriebene Kompensations-Forderung erzwingt aufgrund der langwelligen Beleuchtungsintensitätsverteilung 52 für den linken Beleuchtungspol 50 eine Auswahl von Feldfacetten, die allesamt in einem eng benachbarten Fernfeldabschnitt 26 ₁ angeordnet sind. Diese Feldfacetten werden bei kleinen x-Werten mit geringerer Intensität des Beleuchtungslichts 3 beaufschlagt als bei größeren x-Werten. Entsprechend kann der rechte Beleuchtungspol 51 lediglich mit Feldfacetten 8 beaufschlagt werden, die wiederum in einem recht eng begrenzten Fernfeldbereich 26 ₂ angeordnet sind. Diese reduzierte Auswahl der möglichen Ausleuchtungskanäle verringert die Möglichkeit des Mischens von Ausleuchtungskanälen und erschwert somit eine gezielte und betriebssichere Vorgabe anspruchsvoller Beleuchtungsparameter.
21 zeigt dem gegenüber die Situation mit stärkerer Variation der Beleuchtungsintensität über das Fernfeld 26, herbeigeführt mit einer der vorstehend beschriebenen Varianten der Intensitätsvariationskomponenten 3b beziehungsweise 29. Diese Variation beinhaltet lokale Intensitätsmaxima und Intensitätsminima, sodass eine Auswahl von Feldfacetten mit linear mit x wachsender Beleuchtungsintensitätsbeaufschlagung zur Beleuchtung des linken des Beleuchtungspols 50 beziehungsweise mit linear mit x sich verringernden Beleuchtungsintensitätsbeaufschlagung zur Beleuchtung des Beleuchtungspols 51 aus verschiedensten Regionen des Fernfeldes 26 möglich ist und entsprechend eine gute Durchmischung verschiedenster Ausleuchtungskanäle durch eine entsprechende Facettenzuordnung gegeben ist.
Zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauteils wird die Projektionsbelichtungsanlage 1 folgendermaßen eingesetzt: Zunächst werden die Reflexionsmaske 16 bzw. das Retikel und das Substrat bzw. der Wafer 19 bereitgestellt. Anschließend wird eine Struktur auf dem Retikel 16 auf eine lichtempfindliche Schicht des Wafers 19 mithilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 projiziert. Durch Entwicklung der lichtempfindlichen Schicht wird dann eine Mikro- oder Nanostruktur auf dem Wafer 19 und somit das mikrostrukturierte Bauteil erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0092174 A1 [0002, 0046]
WO 2009/0025164 A [0009]
DE 102009045096 A1 [0046]
DE 102012202675 A1 [0047]
WO 2009/024164 A [0060]

Claims

Beleuchtungsoptik (6) für die Projektionslithografie – mit mindestens einem Feldfacettenspiegel (7) mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Feldfacetten (8) zur Führung von Beleuchtungslicht-Teilbündeln (3 _i) in ein Objektfeld (4), in dem ein abzubildendes und in einer Objektverlagerungsrichtung (y) verlagerbares Objekt (16) anordenbar ist, – wobei die Beleuchtungsoptik (6) derart ausgebildet ist, dass die von den Feldfacetten (8) geführten Beleuchtungslicht-Teilbündel (3 _i) jeweils in das Objektfeld (4) überführt werden, – wobei die Beleuchtungsoptik (6) mindestens eine Intensitätsvariationskomponente (3b; 29) aufweist, die im Strahlengang des Beleuchtungslichts (3) vom Beleuchtungslicht (3) beaufschlagt wird, – wobei die Intensitätsvariationskomponente (3b; 29) auf eine Beleuchtungsparameterverteilung der jeweiligen Beleuchtungslicht-Teilbündel (3 _i) im Objektfeld (4) derart wirkt, dass sich über mindestens einen Abschnitt des Objektfeldes (4) eine Beleuchtungsparametervariation ergibt, bei der lokale Maxima des Beleuchtungsparameters zu lokalen Minima des Beleuchtungsparameters längs einer Objektfelddimension (x, y) einen Abstand (A’) haben, der kleiner ist als eine Ausdehnung (x_of, y_of) des Objektfeldes (4) längs dieser Objektfelddimension (x, y).
Beleuchtungsoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsvariationskomponente (3b; 29) im Strahlengang des Beleuchtungslichts (3) vor dem Feldfacettenspiegel (7) angeordnet ist, wobei die Intensitätsvariationskomponente (3b; 29) auf eine Beleuchtungsparameterverteilung in einer Anordnungsebene (12a) des Feldfacettenspiegels (7) derart wirkt, dass mindestens über einen Abschnitt des Feldfacettenspiegels (7) eine Beleuchtungsparametervariation folgt, bei der lokale Maxima des Beleuchtungsparameters zu lokalen Minima des Beleuchtungsparameters einen Abstand (A) haben, der kleiner ist als eine typische Erstreckung (x₀) einer Feldfacette (8) längs einer Dimension (x), die in eine der Objektfelddimensionen (x, y) abgebildet wird.
Beleuchtungsoptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsvariationskomponente (3b; 29) nahe einer Feldebene (25; 30) angeordnet ist, die mittels der Beleuchtungsoptik (6) in eine Objektebene (5) abgebildet wird, in der das Objektfeld (4) angeordnet ist.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsvariationskomponente (3b; 29) eine Reflexionsfläche mit einer Oberflächenstrukturierung (24) aufweist, bei der lokale Oberflächen-Maxima zu lokalen Oberflächen-Minima einen Abstand (a) haben, der kleiner ist als die typische Erstreckung (x₀) einer Feldfacette (8) längs der Dimension (x), die in die Objektfelddimension (x) abgebildet wird, die senkrecht auf die Objektverlagerungsrichtung (y) steht.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsvariationskomponente (3b; 29) eine Reflexionsfläche mit einer Reflexionsbesichtung (31) mit variierender Schichtdicke derart aufweist, dass lokale Reflektivitäts-Maxima zu lokalen Reflektivitäts-Minima einen Abstand (L₁/2) haben, der kleiner ist als die typische Erstreckung (x₀) einer Feldfacette (8) längs der Dimension (x), die in die Objektfelddimension (x) abgebildet wird, die senkrecht auf der Objektverlagerungsrichtung (y) steht.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Kollektorspiegel (3b) zur Erfassung einer Emission einer Beleuchtungslichtquelle (2), wobei der Kollektorspiegel (3b) gleichzeitig die Intensitätsvariationskomponente darstellt.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen GI-Spiegel (12; 29) zur Führung des Beleuchtungslichts (3), wobei der GI-Spiegel (12; 29) gleichzeitig die Intensitätsvariationskomponente darstellt.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen weiteren, zweiten Facettenspiegel (9) mit zweiten Facetten (10), der dem Feldfacettenspiegel (7) im Strahlengang des Beleuchtungslichts (3) nachgeordnet ist, wobei jede der zweiten Facetten (10) genau ein von einer der Feldfacetten (8) geführtes Beleuchtungslicht-Teilbündel (3 _i) hin zum Objektfeld (4) führen.
Beleuchtungsoptik nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Feldfacetten (8) zwischen verschiedenen Kippstellungen schaltbar sind, wobei in den verschiedenen Feldfacetten-Kippstellungen der schaltbaren Feldfacetten (8) das Beleuchtungslicht (3) über die schaltbare Feldfacette (8) hin zu verschiedenen zweiten Facetten (10 ₁, 10 ₂) geführt wird.
Verfahren zur Optimierung einer Beleuchtungsoptik (6) nach Anspruch 9 mit folgenden Schritten: – Auswählen einer ersten Facettenzuordnung von Feldfacetten (8) und diesen über jeweils geführten Beleuchtungslicht-Teilbündel (3 _i) zugeordneten zweiten Facetten (10), – Berechnen und/oder Messen einer Variation des Beleuchtungslichtparameters über das Objektfeld (4) abhängig von der Objektfelddimension (x) senkrecht zur Objektverlagerungsrichtung (y), – Wiederholen dieser beiden Schritte für verschiedene Facettenzuordnungen, bis eine Soll-Variation des Beleuchtungsparameters innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs erreicht ist.
Beleuchtungssystem mit einer Beleuchtungsoptik (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und mit einer Projektionsoptik (13) zur Abbildung des Objektfeldes (4) in ein Bildfeld (14).
Beleuchtungssystem mit einer Beleuchtungsoptik (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und mit einer Beleuchtungslichtquelle (2).
Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem nach Anspruch 11 und mit einer Beleuchtungslichtquelle (2).
Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Bauteils mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen eines Retikels (16) und eines Wafers (19), – Projizieren einer Struktur auf dem Retikel (16) auf eine lichtempfindliche Schicht des Wafers (19) mithilfe der Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 13, – Erzeugen einer Mikro- bzw. Nanostruktur auf dem Wafer (19).
Strukturiertes Bauteil, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 14.