DE102020200158A1

DE102020200158A1 - Beleuchtungsoptik für die EUV-Projektionslithografie

Info

Publication number: DE102020200158A1
Application number: DE102020200158.8A
Authority: DE
Inventors: Joachim Kalden; Stig Bieling
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2021-07-15
Also published as: US12468228B2; KR20220124709A; WO2021139904A1; US20220342314A1

Abstract

Eine Beleuchtungsoptik (28) für die EUV-Projektionslithografie hat einen Feldfacettenspiegel (6) mit einer Mehrzahl von Feldfacetten (7, 7c) zur Führung von Beleuchtungslicht (3) in ein Objektfeld, in dem eine Lithografiemaske anordenbar ist. Auf dem Feldfacettenspiegel (6) ist mindestens ein Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt (7c) angeordnet. Letzterer dient zur Auskopplung des Spektral-Analyse-Teilbündels (29) auf einem Strahlengang des Beleuchtungslichts (3). Ein Detektor (30) dient zur spektralen Analyse des Spektral-Analyse-Teilbündels (29). Es resultiert eine Beleuchtungsoptik, bei der eine Prozessüberwachung bei der Projektionsbelichtung verbessert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik zur Führung von Beleuchtungslicht in ein Objektfeld einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie. Ferner betrifft die Erfindung ein optisches Beleuchtungssystem mit einer derartigen Beleuchtungsoptik, ein Beleuchtungssystem mit einer derartigen Beleuchtungsoptik, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Beleuchtungssystem, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten Bauelements mit einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage sowie ein mit einem derartigen Herstellungsverfahren hergestelltes strukturiertes Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung einen Feldfacettenspiegel, ausgeführt zum Einsatz in einer derartigen Beleuchtungsoptik.
Projektionsbelichtungsanlagen mit Beleuchtungsoptiken sind bekannt aus der US 2006/002751 A1 , der DE 10 2013 211 269 A1 , der DE 10 2011 076 145 B4 , der DE 10 2012 208 016 A1 und der DE 10 2011 006 003 A1 .
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsoptik der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine Prozessüberwachung bei der Projektionsbelichtung verbessert ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Beleuchtungsoptik mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Zunächst wurde erkannt, dass auf dem Feldfacettenspiegel der Beleuchtungsoptik Bauraum zur Auskopplung eines Spektral-Analyse-Teilbündels der Beleuchtungsoptik genutzt werden kann. Die spektrale Analyse dieses Teilbündels kann für verschiedene Anwendungen zum Einsatz kommen, beispielsweise zur Bestimmung physikalischer beziehungsweise chemischer Spezies in einer Prozessatmosphäre der Projektionsbelichtungsanlage, zum Beispiel zur Bestimmung eines Verhältnisses von atomarem Wasserstoff zu molekularem Wasserstoff. Auch eine Überwachung von Intensitätsverhältnissen zwischen verschiedenen spektralen Anteilen von mit dem Beleuchtungslicht innerhalb des Spektral-Analyse-Teilbündels mitgeführter Strahlung oder eine Überwachung einer Intensität von Licht einer bestimmten Wellenlänge oder einer Mehrzahl bestimmter Wellenlängen innerhalb des Spektral-Analyse-Teilbündels kann zur Prozessüberwachung erfolgen. Hierüber lässt sich beispielsweise einer unerwünschten Degradation einer lichtempfindlichen Schicht auf einem Wafer, der mit der Projektionsbelichtungsanlage zu belichten ist, verhindern. Ferner lässt sich durch Überwachung beispielsweise eines IR-Spektralbereichs eine unerwünschte thermische Belastung rechtzeitig erkennen.
Eine Ausgestaltung des Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitts nach Anspruch 2 ist besonders einfach. Die Feldfacette ist dann so verkippt, dass sie das Beleuchtungslicht nicht zum Objektfeld führt, sondern hin zum Detektor. Alternativ kann für den Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt ein sonstiger Bereich beziehungsweise Bauraum zwischen den Feldfacetten und/oder ein Bereich beziehungsweise Bauraum außerhalb einer Facettenanordnung des Facettenspiegels genutzt werden.
Wenn der Spektral-Auskoppelspiegelabschnitt nach Anspruch 3 selbst ein dispersives Element zur spektralen Aufspaltung des Spektral-Analyse-Teilbündels aufweist, resultiert ein kompakter Aufbau zur spektralen Analyse des Spektral-Analyse-Teilbündels. Alternativ ist es möglich, den Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt als insbesondere nicht wellenlängensensitiven Spiegel, beispielsweise als Facette des Feldfacettenspiegels, mit nachgelagerter spektraler Aufspaltung des Spektral-Analyse-Teilbündels zu dessen spektralen Analyse auszuführen. Eine spektrale Aufspaltung zur spektralen Analyse des Spektral-Analyse-Teilbündels kann auch über eine wellenlängenspezifische Reflexionsbeschichtung auf dem Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt realisiert sein, insbesondere über eine entsprechende Mehrlagen-Beschichtung.
Eine Ausführung des Detektors nach Anspruch 4 ermöglicht eine sensitive spektrale Analyse. Der Detektor kann als CCD-Array ausgeführt sein.
Eine Ausführung des dispersiven Elements nach Anspruch 5 ermöglicht eine präzise Vorgabe eines zu erfassenden Spektralbereichs. Es lässt sich sowohl eine Kernwellenlänge eines auszuwertenden Spektralbereichs als auch Bereichsgrenzen eines auszuwertenden Spektralbereichs über die Vorgabe einer Gitterkonstante sowie über eine entsprechende Verkippung des Gitters spezifizieren. Das optische Gitter kann als Blaze-Gitter ausgeführt sein.
Bei einer Gestaltung des Detektors nach Anspruch 6 kann auf eine dispersive Wirkung beim Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt verzichtet werden. Der Detektor kann beispielsweise als Spektrometer ausgeführt sein. Auch andere Möglichkeiten zur Erzeugung einer wellenlängensensitiven Detektion, die im vorstehenden Zusammenhang mit dem Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt erläutert wurden, können zur entsprechenden wellenlängensensitiven Gestaltung des Detektors zum Einsatz kommen.
Eine Ausrüstung des Detektors mit einem Spektralfilter nach Anspruch 7 ermöglicht einen grundsätzlich einfachen Aufbau der Spektralanalyse.
Eine Übertragungsoptik nach Anspruch 8 hat sich zur Führung des Beleuchtungslichts bewährt.
Die Vorteile eines optischen Systems nach Anspruch 9 und eines Beleuchtungssystems nach Anspruch 10 entsprechen denen, die in der vorstehenden Bezugnahme auf die Beleuchtungsoptik bereits erläutert wurden.
Mit einem Beleuchtungssystem nach Anspruch 11 ist eine In-Situ-Prozessüberwachung möglich.
Die Vorteile einer Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 12, eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 13 und eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauteils bzw. Bauelements nach Anspruch 14 entsprechen denjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik bereits erläutert wurden. Bei dem Bauteil kann es sich um einen Halbleiterchip, insbesondere um einen Speicherchip handeln.
Die Vorteile eines Feldfacettenspiegels nach Anspruch 15 entsprechen denjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die vorstehenden Baugruppen mit dem Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt bereits erläutert wurden.
Die Projektionsbelichtungsanlage kann einen Objekthalter mit einem Objektverlagerungsantrieb zur Verlagerung des abzubildenden Objektes längs einer Objektverlagerungsrichtung aufweisen. Die Projektionsbelichtungsanlage kann einen Waferhalter mit einem Waferverlagerungsantrieb zur Verlagerung eines Wafers, auf den eine Struktur des abzubildenden Objektes abzubilden ist, längs einer Bildverlagerungsrichtung aufweisen. Die Objektverlagerungsrichtung kann parallel zur Bildverlagerungsrichtung verlaufen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 schematisch und in Bezug auf eine Beleuchtungsoptik im Meridionalschnitt eine diese Beleuchtungsoptik einsetzende Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie;
2 eine Ansicht einer Facettenanordnung eines Feldfacettenspiegels der Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 in der Ausführung „Rechteckfeld“;
3 in einer zu 2 ähnlichen Darstellung eine Facettenanordnung einer weiteren Ausführung eines Feldfacettenspiegels in der Ausführung „Bogenfeld“;
4 eine Ausführung einer Facettenanordnung eines Pupillenfacettenspiegels;
5 in einer zu 1 ähnlichen Darstellung stärker schematisch eine Ausführung der Beleuchtungsoptik für die Projektionsbelichtungsanlage nach 1 einschließlich einer Sensorik zur spektralen Analyse eines Beleuchtungslicht-Teilbündels;
6 eine Vergrößerung eines Details VI in 5 im Bereich eines Querschnitts einer Gitterfläche einer Feldfacette, die als Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt ausgeführt ist; und
7 eine weitere Ausführung einer Mess-Beleuchtungsoptik mit zwei Facettenspiegeln und einer nachgeordneten Übertragungsoptik mit drei Spiegeln.

Eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie dient zur Herstellung eines mikro-beziehungsweise nanostrukturierten elektronischen HalbleiterBauelements. Eine Lichtquelle 2 emittiert zur Beleuchtung genutzte EUV-Strahlung im Wellenlängenbereich beispielsweise zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Lichtquelle 2 kann es sich um eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, gas discharge produced plasma) oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, laser produced plasma) handeln. Auch eine Strahlungsquelle, die auf einem Synchrotron oder einem Freie Elektronen Laser (FEL) basiert, ist für die Lichtquelle 2 einsetzbar. Informationen zu einer derartigen Lichtquelle findet der Fachmann beispielsweise in der US 6 859 515 B2 . Zur Beleuchtung und Abbildung innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird EUV-Beleuchtungslicht beziehungsweise Beleuchtungsstrahlung in Form eines Beleuchtungslicht-Bündels bzw. Abbildungslicht-Bündels 3 genutzt. Das Abbildungslicht-Bündel 3 durchläuft nach der Lichtquelle 2 zunächst einen Kollektor 4, bei dem es sich beispielsweise um einen genesteten Kollektor mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Mehrschalen-Aufbau oder alternativ um einen, dann hinter der Lichtquelle 2 angeordneten ellipsoidal geformten Kollektor handeln kann. Ein entsprechender Kollektor ist aus der EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor 4 durchtritt das EUV-Beleuchtungslicht 3 zunächst eine Zwischenfokusebene 5, was zur Trennung des Abbildungslicht-Bündels 3 von unerwünschten Strahlungs- oder Partikelanteilen genutzt werden kann. Nach Durchlaufen der Zwischenfokusebene 5 trifft das Abbildungslicht-Bündel 3 zunächst auf einen Feldfacettenspiegel 6. Der Feldfacettenspiegel 6 stellt einen ersten Facettenspiegel der Projektionsbelichtungsanlage 1 dar. Der Feldfacettenspiegel 6 hat eine Mehrzahl von Feldfacetten (vgl. auch 2 und 3), die auf einem ersten Spiegelträger 6a angeordnet sind.
Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen ist in der Zeichnung jeweils ein kartesisches globales xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Achse verläuft in der 1 senkrecht zur Zeichenebene und aus dieser heraus. Die y-Achse verläuft in der 1 nach rechts. Die z-Achse verläuft in der 1 nach oben.
Zur Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen bei einzelnen optischen Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird in den nachfolgenden Figuren jeweils auch ein kartesisches lokales xyz- oder xy-Koordinatensystem verwendet. Die jeweiligen lokalen xy-Koordinaten spannen, soweit nichts anderes beschrieben ist, eine jeweilige Hauptanordnungsebene der optischen Komponente, beispielsweise eine Reflexionsebene, auf. Die x-Achsen des globalen xyz-Koordinatensystems und der lokalen xyz- oder xy-Koordinatensysteme verlaufen parallel zueinander. Die jeweiligen y-Achsen der lokalen xyz- oder xy-Koordinatensysteme haben einen Winkel zur y-Achse des globalen xyz-Koordinatensystems, die einem Kippwinkel der jeweiligen optischen Komponente um die x-Achse entspricht.
2 zeigt beispielhaft eine Facettenanordnung von Feldfacetten 7 des Feldfacettenspiegels 6 in der Ausführung „Rechteckfeld“. Die Feldfacetten 7 sind rechteckig und haben jeweils das gleiche x/y-Aspektverhältnis. Das x/y-Aspektverhältnis ist größer als 2. Das x/y-Aspektverhältnis kann beispielsweise 12/5, kann 25/4, kann 104/8, kann 20/1 oder kann 30/1 betragen.
Die Feldfacetten 7 geben eine Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels 6 vor und sind in vier Spalten zu je sechs bis acht Feldfacettengruppen 8a, 8b gruppiert. Die Feldfacettengruppen 8a haben jeweils sieben Feldfacetten 7. Die beiden zusätzlichen randseitigen Feldfacettengruppen 8b der beiden mittleren Feldfacettenspalten haben jeweils vier Feldfacetten 7. Zwischen den beiden mittleren Facettenspalten und zwischen der dritten und vierten Facettenzeile weist die Facettenanordnung des Feldfacettenspiegels 6 Zwischenräume 9 auf, in denen der Feldfacettenspiegel 6 durch Haltespeichen des Kollektors 4 abgeschattet ist. Soweit eine LPP-Quelle als die Lichtquelle 2 zum Einsatz kommt, kann sich eine entsprechende Abschattung auch durch einen Zinntröpfchen-Generator ergeben, der benachbart zum Kollektor 4 angeordnet und in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Die Feldfacetten 7 sind umstellbar zwischen jeweils mehreren verschiedenen Kippstellungen, zum Beispiel umstellbar zwischen drei Kippstellungen. Je nach Ausführung des Feldfacettenspiegels 6 können alle oder auch einige der Feldfacetten 7 auch zwischen zwei oder zwischen mehr als drei verschiedenen Kippstellungen umstellbar sein. Hierzu ist jede der Feldfacetten jeweils mit einem Aktor 7a verbunden, was in der 2 äußerst schematisch dargestellt ist. Die Aktoren 7a aller verkippbaren Feldfacetten 7 können über eine zentrale Steuer-/Regeleinrichtung 7b, die in der 2 ebenfalls schematisch dargestellt ist, angesteuert werden.
Die Aktoren 7a können so gestaltet sein, dass sie die Feldfacetten 7 um diskrete Kippbeiträge verkippen. Dies kann beispielsweise durch Verkippung zwischen zwei Endanschlägen gewährleistet sein. Auch eine kontinuierliche Verkippung bzw. eine Verkippung zwischen einer größeren Anzahl von diskreten Kipppositionen ist möglich.
Mindestens eine der Feldfacetten 7 ist als Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt 7c zur Auskopplung eines Spektral-Analyse-Teilbündels des Beleuchtungslichts 3 ausgeführt, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
Nach Reflexion am Feldfacettenspiegel 6 trifft das in Abbildungslicht-Teilbündel, die den einzelnen Feldfacetten 7 zugeordnet sind, aufgeteilte Abbildungslicht-Bündel 3 auf einen Pupillenfacettenspiegel 10. Das jeweilige Abbildungslicht-Teilbündel des gesamten Abbildungslicht-Bündels 3 ist längs jeweils eines Abbildungslichtkanals geführt, der auch als Ausleuchtungskanal oder als Feldfacetten-Abbildungs-Kanal bezeichnet ist.
3 zeigt eine weitere Ausführung „Bogenfeld“ eines Feldfacettenspiegels 6. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf den Feldfacettenspiegel 6 nach 2 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nur erläutert, soweit sie sich von den Komponenten des Feldfacettenspiegels 6 nach 2 unterscheiden.
Der Feldfacettenspiegel 6 nach 3 hat eine Feldfacettenanordnung mit gebogenen Feldfacetten 7. Diese Feldfacetten 7 sind in insgesamt fünf Spalten mit jeweils einer Mehrzahl von Feldfacettengruppen 8 angeordnet. Die Feldfacettenanordnung ist in eine kreisförmige Begrenzung des Spiegelträgers 6a des Feldfacettenspiegels 6 einbeschrieben.
Die Feldfacetten 7 der Ausführung nach 3 haben alle die gleiche Fläche und das gleiche Verhältnis von Breite in x-Richtung und Höhe in y-Richtung, welches dem x/y-Aspektverhältnis der Feldfacetten 7 der Ausführung nach 2 entspricht.
4 zeigt stark schematisch eine beispielhafte Facettenanordnung von Pupillenfacetten 11 des Pupillenfacettenspiegels 10. Der Pupillenfacettenspiegel 10 stellt einen zweiten Facettenspiegel der Projektionsbelichtungsanlage 1 dar. Die Pupillenfacetten 11 sind auf einer in der 4 nur in einem Umfangsabschnitt angedeuteten Trägerplatte 10a des Pupillenfacettenspiegels 10 angeordnet. Die Pupillenfacetten 11 sind auf dem Pupillenfacetten-Spiegelträger 10a um ein Facetten-Anordnungszentrum angeordnet.
Jedem Abbildungslicht-Teilbündel des EUV-Beleuchtungslichts 3, das von einer der Feldfacetten 7 reflektiert wird, ist eine Pupillenfacette 11 zugeordnet, so dass jeweils ein beaufschlagtes Facettenpaar mit genau einer der Feldfacetten 7 und genau einer der Pupillenfacetten 11 den Abbildungslichtkanal für das zugehörige Abbildungslicht-Teilbündel des EUV-Beleuchtungslichts 3 vorgibt.
Die kanalweise Zuordnung der Pupillenfacetten 11 zu den Feldfacetten 7 erfolgt abhängig von einer gewünschten Beleuchtung durch die Projektionsbelichtungsanlage 1. Durch verschiedene mögliche Feldfacetten-Kippstellungen kann jede der Feldfacetten 7 verschiedene Abbildungslichtkanäle vorgeben. Über die so vorgegebenen Feldfacetten-Abbildungs-Kanäle werden die Beleuchtungslicht-Teilbündel einander überlagernd in ein Objektfeld der Projektionsbelichtungsanlage 1 geführt.
Über den Pupillenfacettenspiegel 10 (1) und eine nachfolgende, einen Kondensorspiegel 13 aufweisende Übertragungsoptik 16 werden die Feldfacetten 7 in eine Objektebene 17 der Projektionsbelichtungsanlage 1 abgebildet.
Auch eine Variante der Übertragungsoptik, bei der ausschließlich die jeweilige Pupillenfacette 11 für die Abbildung der zugeordneten Feldfacette 7 in ein Feldfacettenbild sorgt, ist möglich. Auf die Übertragungsoptik 16 kann verzichtet werden, sofern der Pupillenfacettenspiegel 10 direkt in einer Eintrittspupille der Projektionsoptik 20 angeordnet ist. Die Übertragungsoptik 16 kann auch mehrere Spiegel aufweisen.
In der Objektebene 17 ist ein Objekt in Form einer Lithografiemaske bzw. eines Retikels 18 angeordnet, von dem mit dem EUV-Beleuchtungslicht 3 ein Ausleuchtungsbereich ausgeleuchtet wird, in dem das Objektfeld 19 einer nachgelagerten Projektionsoptik 20 der Projektionsbelichtungsanlage 1 liegt. Der Ausleuchtungsbereich wird auch als Beleuchtungsfeld bezeichnet. Das Objektfeld 19 ist je nach der konkreten Ausführung einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage 1 rechteckig oder bogenförmig. Die Feldfacettenbilder der Feldfacetten-Abbildungs-Kanäle werden im Objektfeld 19 überlagert. Dieser Überlagerungsbereich hat bei perfekter Überlagerung aller Feldfacettenbilder die gleiche äußere Randkontur wie genau eines der Feldfacettenbilder. Aufgrund der verschiedenen räumlichen Strahlführungen der verschiedenen Feldfacetten-Abbildungs-Kanäle ergibt sich, dass die Überlagerung der einzelnen Feldfacettenbilder in der Objektebene 17 regelmäßig nicht perfekt ist.
Das EUV-Beleuchtungslicht 3 wird vom Retikel 18 reflektiert. Das Retikel 18 wird von einem Objekthalter 21 gehaltert, der längs der Verlagerungsrichtung y mit Hilfe eines schematisch angedeuteten Objektverlagerungsantriebs 22 angetrieben verlagerbar ist.
Die Projektionsoptik 20 bildet das Objektfeld 19 in der Objektebene 17 in ein Bildfeld 23 in einer Bildebene 24 ab. In dieser Bildebene 24 ist ein Wafer 25 angeordnet, der eine lichtempfindliche Schicht trägt, die während der Projektionsbelichtung mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 belichtet wird. Der Wafer 25, also das Substrat, auf welches abgebildet wird, wird von einem Wafer- beziehungsweise Substrathalter 26 gehaltert, der längs der Verlagerungsrichtung y mit Hilfe eines ebenfalls schematisch angedeuteten Waferverlagerungsantriebs 27 synchron zur Verlagerung des Objekthalters 21 verlagerbar ist. Bei der Projektionsbelichtung werden sowohl das Retikel 18 als auch der Wafer 25 in der y-Richtung synchronisiert gescannt. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 ist als Scanner ausgeführt. Die Scanrichtung y ist die Objektverlagerungsrichtung.
Der Feldfacettenspiegel 6, der Pupillenfacettenspiegel 10 und der Kondensorspiegel 13 der Übertragungsoptik 16 sind Bestandteile einer Beleuchtungsoptik 28 der Projektionsbelichtungsanlage 1. Gemeinsam mit der Projektionsoptik 20 bildet die Beleuchtungsoptik 28 ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1.
Eine jeweilige Gruppe von Pupillenfacetten 11, die über entsprechende Ausleuchtungskanäle zugeordnete Feldfacetten 7 mit dem Beleuchtungslicht 3 beaufschlagt werden, definiert ein jeweiliges Beleuchtungssetting, also eine Beleuchtungswinkelverteilung bei der Beleuchtung des Objektfeldes 19, die über die Projektionsbelichtungsanlage 1 vorgegeben werden kann. Durch Umstellung der Kippstellungen der Feldfacetten 7 kann zwischen verschiedenen derartigen Beleuchtungssettings gewechselt werden. Beispiele derartiger Beleuchtungssettings sind beschrieben in der WO 2014/075902 A1 und in der WO 2011/154244 A1 .
5 zeigt einen Teil einer Ausführung der Beleuchtungsoptik 28 mit einer Variante eines Strahlengangs zwischen der Lichtquelle 2 und dem Pupillenfacettenspiegel 10. Komponenten und Funktionen die vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 4 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Auf dem Spiegelträger 6a des Feldfacettenspiegels 6 ist, in der 5 schematisch hervorgehoben, der Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt 7c in Form einer der Feldfacetten 7 des Feldfacettenspiegels 6 angeordnet. Die weiteren Feldfacetten sind in der 5 nicht dargestellt. Ein über den Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt 7c ausgekoppeltes Spektral-Analyse-Teilbündel 29 wird hin zu einem Detektor 30 zur spektralen Analyse des Spektral-Analyse-Teilbündels 29 geführt. Bei dem Detektor 30 kann es sich um eine PSD (Position Sensitive Detector)-Sensorik handeln. Der Detektor 30 kann auch als CCD (Charged Coupled Device)-Array ausgeführt sein.
Der Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt 7c ist so angeordnet, dass er das Spektral-Analyse-Teilbündel 29 aus dem Strahlengang des sonstigen Beleuchtungslichts 3 auskoppelt, so dass das Spektral-Analyse-Teilbündel 29 nicht zum Objektfeld 19 geführt wird, sondern zum Detektor 30. Alternativ zur Ausgestaltung des Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitts 7c als Feldfacette kann der Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt 7c auch auf dem Spiegelträger 6a in einem sonstigen Bereich beispielsweise zwischen den Feldfacetten 7 und/oder einem Bereich außerhalb einer Facettenanordnung des Feldfacettenspiegels 6 angeordnet sein.
Der Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt 7c ist im Bereich des Fernfeldes des Beleuchtungslichts 3 angeordnet.
Der Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt 7c beinhaltet ein dispersives Element zur spektralen Aufspaltung des Spektral-Analyse-Teilbündels 29 auf. Hierzu trägt der Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt 7c ein optisches Gitter 31, das ausschnittsweise in der 6 dargestellt ist. Das optische Gitter 31 ist als Blaze-Gitter mit Blaze-Gitterstufen 32 ausgeführt. Eine Gitterkonstante des optischen Gitters 31 sowie ein Blaze-Winkel sind an die spektral zu analysierende Wellenlänge des Beleuchtungslichts 3 angepasst.
Der Spektral-Auskoppelspiegel 7c kann zusätzlich zur Gitterstruktur eine sammelnde wellenlängenunabhängige Brechkraft aufweisen, um insbesondere den zu überwachenden spektralen Bereich zu fokussieren, damit dieser einfacher von dem Detektor 30 erfasst werden kann. Diese Brechkraft bzw. der Krümmungsradius oder beide Hauptkrümmungsradien im Fall eines nicht-sphärischen oder planen Spiegels liegen beim Spektral-Auskoppelspiegel 7c im selben Bereich wie die der Feldfacetten. Das Blaze-Gitter 31 wird idealerweise so ausgeführt, dass die zu überwachende spektrale Leistung auf dem Detektor maximiert wird. Dazu kann die Gitterstruktur so gewählt werden, dass die Leistung einer zentralen Wellenlänge eines zu überwachenden Spektralbereichs ausschließlich in der ersten Beugungsordnung des optischen Gitters liegt.
Die Ausrichtung des Spektral-Auskoppelspiegels ist dabei so gewählt, dass ein wellenlängenunabhängiger spekularer Reflex den Detektor 30 sicher verfehlt. Eine Periode des optischen Gitters 31 wird z.B. so gewählt, dass sich zusätzlich die Beugungsspektren des zu überwachenden Spektralbereichs zwischen der nullten und ersten bzw. zwischen der ersten und zweiten Beugungsordnung nicht überlappen. Für das DUV-Band (130nm bis 400nm) ergeben sich aus möglichen sinnvollen Abständen zwischen Feldfacettenspiegel und Detektor Gitterperioden des optischen Gitters 31 zwischen 5µm und 55µm, für das VIS/NIR-Band (400nm bis 1500nm) Gitterperioden des optischen Gitters 31 zwischen 20µm und 200µm. Längerwelliges Infrarotlicht ist allenfalls mit einer Wellenlänge von ~10µm zu erwarten, was einer Gitterperiode von -200µm entspricht. Der einzustellende Blaze-Winkel θ_B der Blaze-Gitterstufen 32 des optischen Gitters 31 berechnet sich über $θ_{B} = 0.5 arcsin (λ_{C} /p)$
wobei λ_C die Schwerpunktswellenlänge des zu überwachenden Spektralbereichs (z.B. DUV oder VIS) und p die Gitterperiode darstellt.
Das Blaze-Gitter 31 kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Zum einen lassen sich solche Strukturen über präzise Diamant-Drehverfahren in den AuskoppelSpiegel 7c eintragen. Bekannt sind auch lithographische Verfahren, wie z.B. die Grauton-Lithographie. Dabei kann eine Blaze-Flanke der jeweiligen Blaze-Gitterstufe 32 des Gitters 31 quantisiert dargestellt werden, wobei die Blaze-Flanke dann beispielsweise in vier bis fünf Stufenunterteilt ist. Auch variable Phasenmasken wie ein SLM (Spatial Light Modulator), können bei der Herstellung der Blaze-Gitterstufen 32 zum Einsatz kommen. Bei der Herstellung des Blaze-Gitters 31 kann, wie vorstehend erläutert, zusätzlich eine Fokussierung erreicht werden, abhängig von der benötigten Brennweite.
Auf eine Beschichtung des Auskoppelspiegels 7c kann verzichtet werden, um eventuell störendes EUV-Licht zu absorbieren.
Alternativ zu einer Ausführung, bei der ein dispersiver Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt selbst auf dem Spiegelträger 6a des Feldfacettenspiegels 6 angeordnet ist, kann der Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt auf dem Spiegelträger 6a auch als Auskoppelspiegel mit rein reflektierender und gegebenenfalls formender Wirkung ausgebildet sein, wobei im Strahlengang des ausgekoppelten Spektral-Analyse-Teilbündel 29 dann noch ein zusätzliches dispersives Element zur nachgelagerten Aufspaltung des Spektral-Analyse-Teilbündels 29 für dessen spektrale Analyse vorgesehen ist.
Bei einer weiteren Variante einer Anordnung zur spektralen Analyse eines ausgekoppelten Spektral-Analyse-Teilbündels 29 weist der Detektor 30 ein dispersives Element auf. Hierzu kann der Detektor 30 beispielsweise als Spektrometer ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Detektor 30 mindestens einen Spektralfilter aufweisen, was in der 5 bei 33 angedeutet ist.
Ein dispersives Element des Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt 7c, beispielsweise das optische Gitter 31, kann so ausgelegt sein, dass über den Detektor 30 ein infraroter Spektralbereich der mit dem Beleuchtungslicht 3 mitgeführten Strahlung erfasst wird. Auf diese Weise kann beispielsweise überwacht werden, ob bestimmte Infrarot-Anteile dieses mitgeführten Lichts einen bestimmten Schwellenwert überschreiten. Ist dies der Fall, kann eine Warnmeldung über die zentrale Steuer-/Regeleinrichtung 7b ausgegeben werden, mit der der Detektor 30 in Signalverbindung steht.
Alternativ kann über eine entsprechende Auslegung des Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitts 7c ein DUV-Spektralbereich erfasst werden und es kann insbesondere im Zusammenspiel mit Sensoren, die eine EUV-Leistung der Lichtquelle 2 überwachen, ein DUV-/EUV-Verhältnis überwacht werden, wobei beim Erreichen bestimmter Grenzwerte wiederum ein Warnsignal abgegeben werden kann. Auch anderweitige spektral wirksame Degradationsmechanismen innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage 1 können durch entsprechende Auslegung der Spektralanalyse des Spektral-Analyse-Teilbündels 29 über den Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt 7c festgestellt werden.
Über ein derartiges DUV-Monitoring kann eine unerwünschte Degradation einer spektral sensitiven und bei der Halbleiterherstellung nach der Projektionsbelichtung zu entwickelnden Waferbeschichtung, typischerweise in Form eines EUV-Photolacks vermieden werden.
Der Feldfacettenspiegel 6 kann auch mehrere derartige Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitte 7c aufweisen, zum Beispiel zwei, drei, vier, fünf, zehn oder noch mehr solcher Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitte 7c. Diese können entweder alle gleich gestaltet sein oder beispielsweise zur Abdeckung verschiedener Spektralbereiche gestaltet sein, sodass über verschiedene Spektral-Analyse-Teilbündel 29 dann die entsprechenden verschiedenen Wellenlängenbereiche spektral erfasst werden. Beispielsweise können so gleichzeitig ein oder mehrere IR-Spektralbereiche sowie ein oder mehrere DUV-Spektralbereiche abgedeckt werden.
Über eine spektrale Überwachung durch spektrale Analyse mindestens eines Teilbündels nach Art des Spektral-Analyse-Teilbündels 29 kann beispielsweise auch das Verhältnis von atomaren Wasserstoff (nachfolgend auch als H-Ionen bezeichnet) zu molekularem Wasserstoff H2 in einer Prozessatmosphäre der Projektionsbelichtungsanlage 1 überwacht werden.
Zur Überwachung des Verhältnisses von H-Ionen zu molekularem Wasserstoff H2 kann die sogenannte Actinometrie genutzt werden. Dabei wird unter Zuhilfenahme eines stabilen Actinometer-Elements (bevorzugt Edelgase, z.B. Ar) die Intensität einer Actinometer-Element-spezifischen Emissionslinie L_AE als Referenz genutzt, um anschließend die Intensität der H_α-Linie zu bestimmen. Es werden Spektren aufgenommen bei aktivem Plasma und im passiven Zustand, d.h. einmal mit EUV-Licht im System S_aktiv und einmal ohne EUV-Licht im System S_passiv. Dann wird ein Differenz-spektrum Sdiff = Saktiv - S_passiv gebildet. Das Verhältnis der Intensität der H_α-Linie im Differenz-Spektrum Sdiff zur Intensität der LAE in S_passiv gibt dann das Verhältnis von H-Ionen zu molekularem Wasserstoff H2 an.
Ein Beispiel für eine solche Messung ist in J. Appl. Phys. 123, 153301 im Appendix beschrieben. In dieser Publikation wurde Argon als Actinometer-Element genutzt. Dann muss für die Messung der sichtbare Spektralbereich von 400nm - 850nm, bevorzugt von 650nm - 760nm überwacht werden.
Weiterhin ist eine Auswertung des Detektors 30 zur Überwachung eines Auftretens bestimmter physikalischer/chemischer Spezies innerhalb der Prozessatmosphäre der Projektionsbelichtungsanlage 1 möglich.
Eine derartige Spektralüberwachung kann im Zusammenhang mit einer plasmagestützten Reinigung von Oberflächen der EUV-Optiken der Projektionsbelichtungsanlage 1 genutzt werden. Ein derartiges plasmageschütztes Reinigungsverfahren ist beschrieben in einem Fachartikel von A. Dolgov et al., Journal of Applied Physics 123,153301 (2018).
Anhand der 7 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer Projektionsbelichtungsanlage 1, wiederum mit einer Mess-Beleuchtungsoptik beschrieben. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend anhand der 1 bis 6 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Anstelle eines einzigen Kondensorspiegels hat die Übertragungsoptik 16 nach 7 insgesamt drei EUV-Spiegel 14a, 14b und 15 zur Abbildung der Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 6 in die Objektebene 17. Der Feldfacettenspiegel nach 7 trägt wiederum einen Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt, wie vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 6 bereits erläutert, was in der 7 nicht dargestellt ist.
Die beiden EUV-Spiegel 14a, 14b sind als NI (Normal Incidence)-Spiegel mit einem Einfallswinkel des Beleuchtungslichts 3 ausgeführt, der kleiner ist als 45°. Der EUV-Spiegel 15 ist als GI (Grazing Incidence)-Spiegel mit einem Einfallswinkel des Beleuchtungslichts 3 größer als 45° ausgeführt. Die Übertragungsoptik 16 mit den Spiegeln 14a. 14b und 15 kann zudem für eine Abbildung einer Beleuchtungs-Pupillenebene im Bereich einer Anordnungsebene des Pupillenfacettenspiegels 10 in eine Eintrittspupille der Projektionsoptik 20 sorgen. Grundsätzlich ist ein derartiger Aufbau einer Beleuchtungsoptik bekannt aus der DE 10 2015 208 571 A1 .
Alternativ zu einer Übertragungsoptik 16 mit genau einem Spiegel, wie bei der Ausführung nach 1, oder zu einer Übertragungsoptik mit genau drei Spiegeln, wie bei der Ausführung nach 7, kann die Übertragungsoptik auch beispielsweise zwei oder auch mehr als drei Spiegel aufweisen. Grundsätzlich ist es auch möglich, auf die Übertragungsoptik insgesamt zu verzichten, sodass beispielsweise der Feldfacettenspiegel 6 und der Pupillenfacettenspiegel 10 die einzigen das Beleuchtungslicht 3 führenden Komponenten zwischen der Zwischenfokusebene 5 und der Objektebene 17 darstellen.
Eine erste Einfallsrichtung des Beleuchtungslichts 3 nach Reflexion am Kollektor 4 kann, wie bei der Ausführung nach 1 dargestellt, schräg von oben her erfolgen oder kann, wie in der 7 dargestellt, schräg von unten her erfolgen. Auch eine Einfallsrichtung beispielsweise senkrecht von oben oder senkrecht von unten ist möglich, die von der jeweiligen Beleuchtungsoptik 28 dann entsprechend in die Einfallsrichtung zur Beleuchtung des Objektfeldes 19 überführt wird.
Zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauteils wird die Projektionsbelichtungsanlage 1 folgendermaßen eingesetzt: Zunächst werden die Reflexionsmaske 18 bzw. das Retikel und das Substrat bzw. der Wafer 25 bereitgestellt. Anschließend wird eine Struktur auf dem Retikel 18 auf eine lichtempfindliche Schicht des Wafers 25 mithilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 projiziert. Durch Entwicklung der lichtempfindlichen Schicht wird dann eine Mikro- oder Nanostruktur auf dem Wafer 25 und somit das mikrostrukturierte Bauteil erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2006002751 A1 [0002]
DE 102013211269 A1 [0002]
DE 102011076145 B4 [0002]
DE 102012208016 A1 [0002]
DE 102011006003 A1 [0002]
US 6859515 B2 [0019]
EP 1225481 A [0019]
WO 2014/075902 A1 [0040]
WO 2011/154244 A1 [0040]
DE 102015208571 A1 [0063]

Claims

Beleuchtungsoptik (28) für die EUV-Projektionslithografie - mit einem Feldfacettenspiegel (6) mit einer Mehrzahl von Feldfacetten (7, 7c) zur Führung von Beleuchtungslicht (3) in ein Objektfeld (19), in dem ein Objekt (18) anordenbar ist, - wobei auf dem Feldfacettenspiegel (6) mindestens ein Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt (7c) angeordnet ist, zur Auskopplung eines Spektral-Analyse-Teilbündels (29) aus einem Strahlengang des Beleuchtungslichts (3), - mit einem Detektor (30) zur spektralen Analyse des Spektral-Analyse-Teilbündels (29).
Beleuchtungsoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt (7c) eine der Feldfacetten darstellt.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt (7c) ein dispersives Element (31) zur spektralen Aufspaltung des Spektral-Analyse-Teilbündels (29) aufweist.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (30) als PSD (position sensitive device) ausgeführt ist.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispersivelement (31) als optisches Gitter ausgeführt ist.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (30) mindestens ein dispersives Element aufweist.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektor (30) mindestens ein Spektralfilter (32) gehört.
Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Übertragungsoptik (16) zur überlagernden Abbildung von Bildern von Feldfacetten (7) des Feldfacettenspiegels (6) in das Objektfeld (19)
Optisches System mit einer Beleuchtungsoptik (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit einer Projektionsoptik (20) zur Abbildung des Objektfeldes (19) in ein Bildfeld (23), in dem ein Substrat (25) anordenbar ist.
Beleuchtungssystem mit einer Beleuchtungsoptik (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit einer Lichtquelle (2) für das Beleuchtungslicht (3).
Beleuchtungssystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Steuer-/Regeleinrichtung (7b), die mit dem Detektor (30) und der Lichtquelle (2) in Signalverbindung steht.
Projektionsbelichtungsanlage (1) mit einem Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
Verfahren zur Herstellung strukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Wafers (25), auf dem zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, - Bereitstellen eines Retikels als Objekt (18), das abzubildende Strukturen aufweist, - Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 12, - Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels (18) auf einen Bereich der Schicht des Wafers (25) mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).
Strukturiertes Bauelement, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 13.
Feldfacettenspiegel (6) mit einer Mehrzahl von Feldfacetten (7, 7c), ausgeführt zum Einsatz in einer Beleuchtungsoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Feldfacettenspiegel (6) mindestens ein dispersiver Spektral-Auskoppel-Spiegelabschnitt (7c) angeordnet ist, zur Auskopplung eines Spektral-Analyse-Teilbündels (29) von auf den Feldfacettenspiegel (6) auftreffendem Beleuchtungslicht (3).