DE60106966T2 - Beleuchtungssystem, insbesondere für Mikrolithographie - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Wellenlängen ≤≤ 193 nm, genauso wie einen Projektionsbelichtungsapparat mit einem derartigen Beleuchtungssystem.
  • Um in der Lage zu sein, die strukturellen Breiten von elektronischen Komponenten weiter zu reduzieren, insbesondere in den Submikronbereich, ist es notwendig, die Wellenlängen des für die Mikrolithographie verwendeten Lichts zu reduzieren.
  • Lithographie mit sehr tiefer UV-Strahlung, sog. VUV-(sehr tiefes UV, Very Deep UV)-Lithographie oder mit weicher Röntgenstrahlung, sog. EUV-(Extrem-UV)-Lithographie, ist bei Wellenlängen bspw. kleiner als 193 nm vorstellbar.
  • Ein Beleuchtungssystem für eine Lithographievorrichtung, die EUV-Strahlung verwendet, ist aus der US 5,339,346 bekannt geworden. Für gleichmäßige Beleuchtung in der Retikelebene und Ausfüllen der Pupille schlägt die US 5,339,346 einen Kondensor vor, der als eine Sammellinse aufgebaut ist und mindestens vier Paare Spiegelfacetten umfaßt, die symmetrisch angeordnet sind. Eine Plasmalichtquelle wird als Lichtquelle verwendet.
  • In der US 5,737,137 ist ein Beleuchtungssystem mit einer Plasmalichtquelle, umfassend einen Kondensorspiegel, gezeigt, worin die Beleuchtung einer zu belichtenden Maske oder eines zu belichtenden Retikels mittels sphärischer Spiegel erreicht wird.
  • Die US 5,361,292 zeigt ein Beleuchtungssystem, worin eine Plasmalichtquelle vorgesehen ist, und die Plasmapunktlichtquelle wird in einer kreisförmig beleuchteten Oberfläche mittels eines Kondensors abgebildet, der fünf asphärische Spiegel aufweist, die außermittig angeordnet sind.
  • Aus der US 5,581,605 ist ein Beleuchtungssystem bekannt geworden, in dem ein Photonenstrahl mittels einer Platte mit konkaven Rasterelementen in eine Mehrzahl von sekundären Lichtquellen aufgespalten wird. Auf diese Art und Weise wird in der Retikelebene eine homogene oder gleichmäßige Beleuchtung erreicht. Die Abbildung des Retikels auf den zu belichtenden Wafer wird mit einer herkömmlichen Reduktionsoptik erzeugt.
  • Die EP-A-0 939 341 zeigt ein Beleuchtungssystem und einen Belichtungsapparat zur Beleuchtung einer Oberfläche über ein Beleuchtungsfeld mit einer gebogenen Form mit Röntgenwellenlängenlicht. Das Beleuchtungssystem umfaßt erste und zweite optische Integratoren, jeder mit einer Mehrzahl von reflektierenden Elementen. Die ersten und zweiten optischen Integratoren sind derart gegenüberliegend angeordnet, dass eine Mehrzahl von Lichtquellenbildern bei einer Mehrzahl von reflektierenden Elementen des zweiten optischen Integrators gebildet werden. Um ein gebogen geformtes Beleuchtungsfeld in der Feldebene gemäß der EP 0 939 341 A2 zu bilden, weisen die reflektierenden Elemente des ersten optischen Integrators eine gebogene Form, ähnlich zum gebogenen Beleuchtungsfeld auf. Derartige reflektierende Elemente sind kompliziert herzustellen.
  • Die EP-A-1 026 547 zeigt ebenfalls ein Beleuchtungssystem mit zwei optischen Integratoren. Ähnlich zum System der EP-A-0 939 341 weisen die reflektierenden Elemente des ersten optischen Integrators eine gebogene Form zum Bilden eines gebogen geformten Beleuchtungsfelds in der Feldebene auf.
  • In der EP-A-0 955 641 ist ein System mit zwei optischen Integratoren gezeigt. Jeder der optischen Integratoren umfasst eine Mehrzahl von Rasterelementen. Die Rasterelemente des ersten optischen Integrators sind von rechteckiger Form. Das bogenförmige Feld in der Feldebene wird durch mindestens einen Feldspiegel mit streifendem Einfall gebildet.
  • Sämtliche Systeme des Standes der Technik, z.B. die Systeme gemäß der EP-A-0 939 341 oder der EP-A-1 026 547, haben den Nachteil, dass die Baulänge des Beleuchtungssystems groß ist.
  • Es ist daher ein Ziel der Erfindung, die Nachteile der Beleuchtungssysteme gemäß dem Stand der Technik zu überwinden und ein Beleuchtungssystem für die Mikrolithographie bereitzustellen, das die Anforderungen für fortgeschrittene Lithographie mit einer Wellenlänge von kleiner oder gleich 193 nm erfüllt. Das Beleuchtungssystem sollte weiterhin von kompakter Größe sein und eine Ebene bereitstellen, in der Vorrichtungen planiert werden können, um den Beleuchtungsmodus zu ändern oder die Strahlung zu filtern.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Projektionsbelichtungsapparat gemäß Anspruch 20 gelöst.
  • Das System beleuchtet ein strukturiertes Retikel, angeordnet in der Bildebene des Beleuchtungssystems, das durch ein Projektionsobjektiv auf ein lichtempfindliches Substrat abgebildet wird. In Lithographiesystemen vom Scannertyp wird das Retikel mit einem rechtwinkligen oder bogenförmigen Feld beleuchtet, worin eine vorgegebene Gleichmäßigkeit der Scanenergieverteilung innerhalb des Feldes erforderlich ist, bspw. besser als ± 5%. Die Scanenergie wird definiert als das Linienintegral über der Lichtintensität in Scanrichtung. Die Form des Feldes hängt vom Typ des Projektionsobjektivs ab. Sämtliche reflektiven Projektionsobjektive weisen typischerweise ein bogenförmiges Feld auf, was durch ein Kreisringsegment vorgegeben ist. Eine weitere Anforderung ist die Beleuchtung der Austrittspupille des Beleuchtungssystems, die an der Eingangspupille des Projektionsobjektivs angeordnet ist. Eine nahezu feldunabhängige Beleuchtung der Austrittspupille ist erforderlich.
  • Typische Lichtquellen für Wellenlängen zwischen 100 nm und 200 nm sind Excimerlaser, bspw. ein ArF-Laser für 193 nm, ein F2-Laser für 157 nm, ein Ar2- Laser für 126 nm und ein NeF-Laser für 109 nm. Für Systeme in diesem Wellenlängenbereich werden refraktive Komponenten aus SiO2, CaF2, BaF2 oder anderen Kristalliten verwendet. Da die Transmission des optischen Materials mit abnehmender Wellenlänge schlechter wird, werden die Beleuchtungssysteme mit einer Kombination von refraktiven und reflektiven Komponenten gestaltet. Für Wellenlängen im EUV-Wellenlängenbereich zwischen 10 nm und 20 nm ist der Projektionsbelichtungsapparat im Gesamten refiektiv ausgestaltet. Eine typische EUV-Lichtquelle ist eine Laser-Plasmaquelle, eine Pinch-Plasmaquelle, eine Wigglerquelle oder eine Undulatorquelle.
  • Das Licht dieser primären Lichtquelle wird auf ein erstes optisches Element gerichtet, worin das erste optische Element Teil einer ersten optischen Komponente ist. Das erste optische Element ist aus einer Mehrzahl von ersten Rasterelementen gestaltet und wandelt die primäre Lichtquelle in eine Mehrzahl von sekundären Lichtquellen um. Jedes erste Rasterelement entspricht einer sekundären Lichtquelle und fokussiert ein ankommendes Strahlenbündel, das durch sämtliche Strahlen definiert wird, die das erste Rasterelement durchschneiden, auf entsprechende sekundäre Lichtquellen. Die sekundären Lichtquellen sind in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems oder nahe dieser Ebene angeordnet. Eine sekundäre optische Komponente ist zwischen der Pupillenebene und der Bildebene des Beleuchtungssystems angeordnet, um die sekundären Lichtquellen in einer Austrittspupille des Beleuchtungssystems abzubilden, welche der Eingangspupille eines nachfolgenden Projektionsobjektivs entspricht.
  • Die ersten Rasterelemente werden in der Bildebene abgebildet, in der ihre Bilder mindestens teilweise in einem Feld überlagert werden, das beleuchtet werden muß. Daher sind diese als Feldrasterelemente oder Feldwaben bekannt.
  • Die im EUV-Wellenlängenbereich eingesetzten reflektiven Projektionsobjektive weisen typischerweise ein Objektfeld auf, das ein Kreisringsegment darstellt. Daher weist das Feld in der Bildebene des Beleuchtungssystems, in dem die Bilder der Feldrasterelemente zumindest teilweise überlagern, bevorzugt dieselbe Form auf. Die Form des beleuchteten Feldes kann durch das optische Design der Komponenten oder durch Maskierungsblenden, die nahe der Bildebene oder in einer Ebene, konjugiert zur Bildebene, anzubringen sind, erzeugt werden.
  • Erfindungsgemäß umfasst die zweite optische Komponente des Beleuchtungssystems ein erstes optisches System, umfassend mindestens einen dritten Feldspiegel, der eine Mehrzahl von tertiären Lichtquellen in einer Ebene, konjugier zur Austrittspupille des Beleuchtungssystems, bildet. Die tertiären Lichtquellen werden durch ein zweites optisches System, das mindestens einen zweiten Feldspiegel und einen ersten Feldspiegel aufweist, in der Austrittspupille des Beleuchtungssystems abgebildet. Die Bilder der tertiären Lichtquellen in der Austrittspupille des Beleuchtungssystems werden als quartäre Lichtquellen bezeichnet.
  • Die Feldrasterelemente sind bevorzugt rechteckig. Rechteckige Feldrasterelemente haben den Vorteil, dass sie in Reihen, die gegeneinander versetzt sind, angeordnet werden können. Abhängig vom zu beleuchtenden Feld haben sie ein Seitenverhältnis im Bereich von 5:1 und 20:1. Die Länge der rechteckigen Feldrasterelemente beträgt typischerweise zwischen 15 mm und 50 mm, die Breite liegt zwischen 1 mm und 4 mm.
  • Um ein bogenförmiges Feld in der Bildebene mit rechtwinkligen bzw. rechteckigen Feldrasterelementen zu beleuchten, wandelt der erste Feldspiegel der zweiten optischen Komponente die rechtwinkligen Bilder der rechtwinkligen Feldrasterelemente bevorzugt in bogenförmige Bilder um. Die Bogenlänge liegt typischerweise im Bereich von 80 mm bis 105 mm, die radiale Weite im Bereich von 5 mm bis 9 mm. Die Umwandlung der rechtwinkligen Bilder der rechtwinkligen Feldrasterelemente kann durch konische Reflektion mit dem ersten Feldspiegel, der ein streifender Einfallspiegel ist, mit negativem optischen Brechwert durchgeführt werden. Mit anderen Worten, das Abbilden der Feldrasterelemente, um die bogenförmigen Bilder zu erhalten, wird gestört, wobei der Radius des Bogens durch die Form des Objektfelds des Projektionsobjektivs bestimmt wird. Der erste Feldspiegel wird bevorzugt vor der Bildebene des Beleuchtungssystems angeordnet, wobei dort ein freier Funktionsabstand bestehen sollte. Für eine Konfiguration mit einem reflektiven Retikel muss der freie Funktionsabstand hinsichtlich der Tatsache angepasst sein, dass die durch das Retikel zum Projektionsobjektiv sich fortbewegenden Strahlen nicht durch den ersten Feldspiegel vignettiert werden.
  • Die Oberfläche des ersten Feldspiegels ist bevorzugt ein außerhalb der Achse liegendes Segment einer rotationssymmetrischen reflektiven Oberfläche, die asphärisch oder sphärisch ausgestaltet werden kann. Die Symmetrieachse der Trägeroberfläche geht durch den Scheitelpunkt der Oberfläche. Daher wird ein Segment um den Scheitelpunkt als auf der Achse liegend bezeichnet, wobei. jedes Segment der Oberflächen, das den Scheitelpunkt nicht enthält, als außerhalb der Achse liegend bezeichnet wird. Die Trägeroberfläche kann aufgrund der Rotationssymmetrie noch einfacher hergestellt werden. Nach Herstellung der Trägeroberfläche kann das Segment mit gut bekannten Techniken herausgeschnitten werden.
  • Die Oberfläche des ersten Feldspiegels kann ebenfalls als ein auf der Achse liegendes Segment einer torisch reflektiven Oberfläche gestaltet sein. Daher muss die Oberfläche lokal bearbeitet werden, hat aber den Vorteil, dass die umgebende Form vor der Oberflächenbehandlung hergestellt werden kann.
  • Die Einfallswinkel der einfallenden Strahlen, bezogen auf die Oberflächennormalen an den Einfallspunkten der einfallenden Strahlen auf dem ersten Feldspiegel sind bevorzugt größer als 70°, was in einer Reflektivität des ersten Feldspiegels von mehr als 80% resultiert.
  • Der zweite Feldspiegel mit positivem optischen Brechwert ist bevorzugt ein außerhalb der Achse liegendes Segment einer rotationssymmetrischen reflektiven Oberfläche, die asphärisch oder sphärisch gestaltet sein kann oder ein auf der Achse liegendes Segment einer torisch reflektiven Oberfläche.
  • Die Einfallswinkel der einfallenden Strahlen, bezogen auf die Oberflächennormalen an den Einfallspunkten der einfallenden Strahlen auf dem zweiten Feldspiegel, sind bevorzugt kleiner als 25°. Da die Spiegel mit Mehrfachschichten für den EUV-Wellenlängenbereich beschichtet sein müssen, sind die Divergenz und die Einfallswinkel der einfallenden Strahlen bevorzugt so niedrig wie möglich, um die Reflektivität zu erhöhen, die besser als 65% sein sollte. Mit dem zweiten Feldspiegel, der als normaler Einfallspiegel angeordnet ist, wird der Strahlenweg gefaltet und das Beleuchtungssystem kann noch kompakter ausgelegt werden.
  • Mit dem dritten Feldspiegel der zweiten optischen Komponente kann die Länge des Beleuchtungssystems reduziert werden. Der dritte Feldspiegel ist zwischen der Ebene mit den sekundären Lichtquellen und dem zweiten Feldspiegel angeordnet.
  • Der dritte Feldspiegel hat einen positiven optischen Brechwert, um Bilder der sekundären Lichtquellen in einer Ebene zwischen dem dritten und zweiten Feldspiegel zu erzeugen, die die tertiären Lichtquellen bilden.
  • Da die Ebene mit den tertiären Lichtquellen konjugiert zur Austrittspupille angeordnet ist, kann diese Ebene verwendet werden, um Maskenblenden einzustellen, um den Beleuchtungsmodus zu ändern oder Transmissionsfilter anzubringen. Diese Position im Strahlenweg hat den Vorteil der freien Zugänglichkeit.
  • Um keine großen Abstände zwischen den zweiten und dritten Feldspiegeln zu haben und den Brechwert mindestens des zweiten und dritten Spiegels zu reduzieren, sind die konjugierten Ebenen der Bildebene in der zweiten optischen Komponente virtuell konjugierte Ebenen. Dies bedeutet, dass keine zugängliche konjugierte reelle Bildebene vorliegt, in der das bogenförmige Feld in der zweiten optischen Komponente gebildet wird.
  • Dies ist für ein kompaktes Design vorteilhaft. Weiterhin sind Feldspiegel mit niedrigem optischen Brechwert viel einfacher herzustellen.
  • Der dritte Feldspiegel ist ähnlich zum zweiten Feldspiegel bevorzugt ein außerhalb der Achse liegendes Segment einer rotationssymmetrischen reflektiven Oberfläche, die asphärisch oder sphärisch gestaltet sein kann, oder ein auf der Achse liegendes Segment einer torisch reflektiven Oberfläche.
  • Die Einfallswinkel der einfallenden Strahlen, bezogen auf die Oberflächennormalen an den Einfallspunkten der einfallenden Strahlen, auf dem dritten Feldspiegel sind bevorzugt kleiner als 25°. Mit dem dritten Feldspiegel, der als ein normaler Einfallspiegel angeordnet ist, kann der Strahlenweg gefaltet sein und daher die Gesamtgröße des Beleuchtungssystems reduziert werden.
  • Um Vignettierung des Strahlenwegs zu verhindern, sind die ersten, zweiten und dritten Feldspiegel bevorzugt in einem nichtzentrischen System angeordnet. Es gibt keine gemeinsame Symmetrieachse für die Spiegel. Eine optische Achse kann als Verbindungslinie zwischen den Zentren der verwendeten Bereiche auf den Feldspiegeln definiert werden, wobei die optische Achse an den Feldspiegeln abhängig von den Neigungswinkeln der Feldspiegel gekippt ist.
  • Mit den Neigungswinkeln der reflektiven Komponenten des Beleuchtungssystems können die Strahlenwege zwischen den Komponenten gebogen sein. Daher kann die Orientierung des durch die Quelle emittierten Strahlenkegels und die Orientierung des Bildebenensystems gemäß den Anforderungen des Gesamtsystems angeordnet werden. Eine bevorzugte Konfiguration weist eine Quelle, die einen Strahlenkegel in einer Richtung emittiert und eine Bildebene mit einer Oberflächennormalen, die fast senkrecht zu dieser Richtung orientiert ist, auf. In einer Ausführungsform emittiert die Quelle horizontal und die Bildebene hat eine vertikale Oberflächennormale. Einige Lichtquellen wie Undulator- oder Wiggler-Quellen emittieren nur in der horizontalen Ebene. Andererseits sollte das Retikel aus Gravitationsgründen horizontal angeordnet sein. Der Strahlenweg muss daher zwischen der Lichtquelle und der Bildebene um fast 90° gekippt werden. Da Spiegel mit Einfallswinkeln zwischen 30° und 60° zu Polarisationseffekten und daher zu Lichtverlusten führen, muss das Kippen des Strahls nur mit streifenden Einfallspiegeln oder normalen Einfallspiegeln durchgeführt werden. Aus Effizienzgründen muss die Anzahl der Spiegel so klein wie möglich sein.
  • Das Beleuchtungssystem umfasst bevorzugt ein zweites optisches Element mit einer Mehrzahl von zweiten Rasterelementen. Es ist vorteilhaft, ein zweites optisches Element mit zweiten Rasterelementen in den Lichtweg nach dem ersten optischen Element mit den ersten Rasterelementen einzuführen, worin jedes der ersten Rasterelemente einem der zweiten Rasterelemente entspricht. Daher sind die Ablenkwinkel der ersten Rasterelemente gestaltet, um die Strahlenbündel, die auf die ersten Rasterelemente auftreffen, zu den entsprechenden zweiten Rasterelementen abzulenken. Die zweiten Rasterelemente sind bevorzugt bei den sekundären Lichtquellen angeordnet und sind gestaltet, um zusammen mit der zweiten optischen Komponente die ersten Rasterelemente oder Feldrasterelemente in der Bildebene des Beleuchtungssystems abzubilden, wobei die Bilder der Feldrasterelemente zumindest teilweise überlagern. Die zweiten Rasterelemente werden als Pupillenrasterelemente oder Pupillenwaben bezeichnet. Um eine Beschädigung der zweiten Rasterelemente aufgrund der hohen Intensität bei den sekundären Lichtquellen zu verhindern, sind die zweiten Rasterelemente bevorzugt defokussiert von den sekundären Lichtquellen angeordnet, aber in einem Bereich von 0 mm bis 10% des Abstands zwischen den ersten und zweiten Rasterelementen.
  • Per Definition müssen sämtliche Strahlen, die das Feld in der Bildebene durchschneiden, durch die Austrittspupille des Beleuchtungssystems hindurchgehen. Die Feldposition und die Position der Austrittspupille werden durch das Objektfeld und die Eintrittspupille des Projektionsobjektivs bestimmt. Für einige Projektionsobjektive, die zentrierte Systeme darstellen, wird das Objektfeld außerhalb einer optischen Achse angeordnet, wobei die Eintrittspupille in der Achse in einem finiten Abstand zur Objektebene angeordnet ist. Für diese Projektionsobjektive kann ein Winkel zwischen einer geraden Linie vom Zentrum des Objektfelds zum Zentrum der Eintrittspupille und der Oberflächennormale der Objektebene definiert werden. Dieser Winkel liegt im Bereich von 3 bis 10° für EUV-Projektionsobjektive. Daher müssen die Komponenten des Beleuchtungssystems in einer derartigen Art und Weise aufgebaut und angeordnet sein, dass sämtliche Strahlen, die das Objektfeld des Projektionsobjektivs durchschneiden, durch die Eintrittspupille des Projektionsobjektivs, das dezentriert zum Objektfeld ist, hindurchgehen. Für einen Projektionsbelichtungsapparat mit einem reflektiven Retikel müssen sämtliche Strahlen, die das Retikel durchschneiden, Einfallswinkel größer als 0° aufweisen, um eine Vignettierung der an den Komponenten des Beleuchtungssystems reflektierten Strahlen zu verhindern.
  • Im EUV-Wellenlängenbereich sind sämtliche Komponenten reflektive Komponenten, die bevorzugt in einer derartigen Art und Weise angeordnet sind, dass sämtliche Einfallswinkel an den Komponenten kleiner als 25° oder größer als 65° sind. Daher werden Polarisationseffekte, die für Einfallswinkel um einen Winkel von 45° herum auftreten, minimiert. Da streifende Einfallspiegel eine Reflektivität größer als 80% aufweisen, sind sie im optischen Design, verglichen mit normalen Einfallspiegeln mit einer Reflektivität größer als 65%, bevorzugt.
  • Das Beleuchtungssystem ist typischerweise in einer mechanischen Box eingerichtet. Durch Falten des Strahlenwegs mit Spiegeln kann die Gesamtgröße der Box verringert werden. Diese Box greift bevorzugt nicht störend in die Bildebene ein, in der das Retikel und das Retikelträgersystem angeordnet sind. Daher ist es vorteilhaft, die reflektiven Komponenten in einer derartigen Art und Weise anzuordnen und zu neigen, dass sämtliche Komponenten auf einer Seite des Retikels angeordnet sind. Dies kann erreicht werden, wenn die Feldlinse nur eine gerade Anzahl von normalen Einfallspiegeln aufweist.
  • Das Beleuchtungssystem, wie zuvor beschrieben, kann bevorzugt in einem Projektionsbelichtungsapparat verwendet werden, der das Belichtungssystem umfasst, ein in der Bildebene des Belichtungssystems angeordnetes Retikel und ein Projektionsobjektiv, um das Retikel auf einem in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordneten Wafers abzubilden. Beide, das Retikel und der Wafer, sind auf einer Trägereinheit angeordnet, die es ermöglicht, das Retikel oder den Wafer auszutauschen oder zu scannen.
  • Das Projektionsobjektiv kann eine katadioptrische Linse für Wellenlängen im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm sein, wie bekannt aus der US 5,402,267 . Diese Systeme weisen typischerweise ein Transmissionsretikel auf.
  • Für den EUV-Wellenlängenbereich sind die Projektionsobjektive bevorzugt gesamtreflektive Systeme mit vier bis acht Spiegeln, wie bspw. bekannt aus der US Seriennnummer 09/503640, die eine Sechs-Spiegel-Projektionslinse zeigt. Diese Systeme weisen typischerweise ein reflektives Retikel auf.
  • Für Systeme mit einem reflektiven Retikel interferiert der Beleuchtungsstrahlenweg zwischen der Lichtquelle und dem Retikel und der Projektionsstrahlenweg zwischen dem Retikel und dem Wafer bevorzugt nur nahe dem Retikel, wo die einfallenden und reflektierten Strahlen für benachbarte Objektpunkte durch denselben Bereich laufen. Wenn es kein weiteres Kreuzen des Beleuchtungs- und Projektionsstrahlenwegs gibt, ist es möglich, das Beleuchtungssystem und das Projektionsobjektiv außer für den Retikelbereich zu trennen.
  • Das Projektionsobjektiv weist bevorzugt einen Projektionsstrahlenweg zwischen dem Retikel und dem ersten bildgebenden Element auf, der in Richtung der optischen Achse des Projektionsobjektivs gekippt ist. Speziell für einen Projektionsbelichtungsapparat mit einem reflektiven Retikel ist die Trennung des Beleuchtungssystems und des Projektionsobjektivs einfacher zu erreichen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend auf Basis der Zeichnungen beschrieben.
  • Hier sind:
  • 1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems mit zwei konjugierten Pupillenebenen;
  • 2: eine detaillierte Ansicht eines Projektionsbelichtungsapparats mit einem Beleuchtungssystem gemäß 1.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer rein reflektiven Ausführungsform der Erfindung, umfassend eine Lichtquelle 8201, einen Sammelspiegel 8203, eine Platte mit den Feldrasterelementen 8209, eine Platte mit Pupillenrasterelementen 8215, eine zweite optische Komponente 8221, eine Bildebene 8229 und eine Austrittspupille 8235. Die zweite optische Komponente umfasst ein erstes optisches System mit einem dritten Feldspiegel 8225 und ein zweites optisches System mit einem zweiten Feldspiegel 8223. Der dritte Feldspiegel 8225, genauso wie der zweite Feldspiegel 8223, weisen einen positiven optischen Brechwert auf. Weiterhin umfasst die zweite optische Komponente einen ersten Feldspiegel 8227. Der erste Feldspiegel 8227 ist ein streifender Einfallspiegel mit einem negativen optischen Brechwert für die Feldformung. In der rein reflektiven Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, sind der Feldspiegel 8225 und der Feldspiegel 8223 beide konkave Spiegel, die eine außerhalb der Achse liegende Gregory-Teleskopkonfiguration bilden. Der Feldspiegel 8225 bildet die sekundären Lichtquellen 8207 in der Ebene, konjugiert zur Austrittspupille, zwischen dem Feldspiegel 8225 und dem Feldspiegel 8223 ab und bildet die tertiären Lichtquellen 8259. In 1 ist nur das Abbilden der zentralen sekundären Lichtquelle 8207 gezeigt. In der Ebene mit den tertiären Lichtquellen 8259, konjugiert zur Austrittspupille, ist eine Maskierungseinheit 8261 angeordnet, um den Beleuchtungsmodus der Austrittspupille 8233 zu ändern. Mit Stoppblenden ist es möglich, die tertiären Lichtquellen 8259 zu maskieren und daher die Beleuchtung der Austrittspupille 8233 des Beleuchtungssystems zu ändern. Mögliche Stoppblenden haben ringförmige Formen oder bspw. zwei oder vier ringförmige Öffnungen, z.B. für Quadropolarbeleuchtung. Alternativ oder zusätzlich zu Stoppblenden können auch Durchlassfilter in oder nahe der Ebene mit tertiären Lichtquellen angeordnet sein. Der Feldspiegel 8223 und der Feldspiegel 8227 bilden die tertiären Lichtquellen 8259 in der Austrittspupille 8233 des Beleuchtungssystems ab und bildet die quartären Lichtquellen 8235.
  • Die optische Achse 8245 des Beleuchtungssystems ist nicht geradlinig, sondern wird definiert durch die Verbindungslinien zwischen den einzelnen Komponenten, die von der optischen Achse 8245 an den Zentren der Komponenten durchschnitten werden. Daher ist das Beleuchtungssystem ein nicht zentrisches System mit einer optischen Achse 8245, die an jeder Komponente gekippt ist, um einen Strahlenweg frei von Vignettierungen zu erhalten. Es gibt keine gemeinsame Symmetrieachse für die optischen Komponenten. Projektionsobjektive für einen EUV-Belichtungsapparat sind typischerweise zentrierte Systeme mit einer geraden optischen Achse und mit einem außerhalb der Achse liegenden Objektfeld. Die optische Achse 8247 des Projektionsobjektivs ist als gestrichelte Linie gezeigt. Der Abstand zwischen dem Zentrum des Feldes 8231 und der optischen Achse 8247 des Projektionsobjektivs ist gleich dem Feldradius RFeld Die Feldspiegel 8223, 8225 sind als torische Spiegel in der Achse gestaltet, was bedeutet, dass die optische Achse 8245 durch die Scheitelpunkte der torischen Spiegel 8223, 8225 und 8227 auf der Achse hindurchgeht. Die zweiten und dritten Feldspiegel 8223 und 8225 sind normale Einfallspiegel, was bedeutet, dass die Einfallwinkel der einfallenden Strahlen, bezogen auf die Oberflächennormalen an den Einfallspunkten der einfallenden Strahlen, auf dem zweiten und dem dritten Spiegel bevorzugt kleiner als 25° sind.
  • Der erste Feldspiegel 8227 ist ein streifender Einfallspiegel, was bedeutet, dass die Einfallswinkel der einfallenden Strahlen, bezogen auf die Oberflächennormale an den Einfallspunkten der einfallenden Strahlung, auf dem ersten Spiegel bevorzugt größer als 70° sind.
  • In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist die zweite optische Komponente, die den ersten 8227, den zweiten 8223 und den dritten 8225 Feldspiegel umfasst, nur virtuell konjugierte Ebenen zur Bildebene 8229 auf. Dies sorgt für eine kompakte Größe der zweiten optischen Komponente mit niedriger Brechkraft der Feldspiegel.
  • 2 zeigt einen EUV-Projektionsbelichtungsapparat in einer Detailansicht. Entsprechende Elemente haben dieselben Bezugszeichen wie jene in 1, erhöht um 200. Daher ist die Beschreibung dieser Elemente bei Beschreibung von
  • 1 zu finden. Das Beleuchtungssystem gemäß 2 umfasst anstelle des normalen Einfallskollektors 8203 einen streifenden Einfallskollektor 8403 mit einer Mehrzahl von reflektierenden Oberflächen. Um weiterhin die Wellenlänge zu filtern, umfasst das Beleuchtungssystem ein Gitterelement 8404 und eine Blende 8406. Ein Zwischenbild 8408 der primären Lichtquelle 8401 liegt bei der Blende 8406. Das System umfasst als das in 1 gezeigte System ein erstes optisches Element mit ersten Rasterelementen 8409 und ein zweites optisches Element mit zweiten Rasterelementen 8415 und eine zweite optische Komponente mit einem ersten Feldspiegel 8427, einem zweiten Feldspiegel 8423 und einem dritten Feldspiegel 8425. Der zweite Feldspiegel 8423 und der dritte Feldspiegel 8425 sind beide konkave Spiegel. Der Feldspiegel 8425 bildet die sekundären Lichtquellen in der Ebene, konjugiert zur Austrittspupille, zwischen dem Feldspiegel 8425 und dem Feldspiegel 8423 ab und bildet die tertiären Lichtquellen. An der Ebene 8458 mit den tertiären Lichtquellen, konjugiert zur Austrittspupille, kann eine Maskierungseinheit 8461 angeordnet werden, um den Beleuchtungsmodus der Austrittspupille zu ändern. Der Feldspiegel 8423 und der Feldspiegel 8427 bilden die tertiären Lichtquellen in der Austrittspupille des Beleuchtungssystems, in 2 nicht gezeigt, ab und bildet die quartären Lichtquellen.
  • Die Daten für die optischen Komponenten des Systems gemäß 2 sind in Tabelle 1 angegeben. Die Komponenten sind in einer y-z-Schnittansicht gezeigt, worin für jede Komponente das lokale Koordinatensystem mit der y- und z-Achse gezeigt ist. Für die Feldspiegel 8423, 8425 und 8427 werden die lokalen Koordinatensysteme bei den Scheitelpunkten der Spiegel definiert. Für die zwei Platten mit den Rasterelementen werden die lokalen Koordinatensysteme an den Zentren der Platten definiert. In Tabelle 1 sind die lokalen Koordinatensysteme bezogen auf das lokale Koordinatensystem der Bildebene angegeben. Der Neigungswinkel α um die x-Achse des lokalen Koordinatensystems resultiert nach der Translation des Referenzkoordinatensystems in der Bildebene in das lokale Koordinatensystem. Sämtliche Koordinatensysteme sind rechtwinklige Systeme.
  • Tabelle 1: Koordinatensystem der optischen Komponenten
    Figure 00150001
  • In der Bildebene 8429 des Beleuchtungssystems ist das Retikel 8467 angeordnet. Das Retikel 8467 wird durch ein Trägersystem 8469 positioniert. Das Projektionsobjektiv 847 mit sechs Spiegeln bildet das Retikel 8467 auf den Wafer 8473 ab, der ebenfalls durch ein Trägersystem 8475 positioniert ist. Die Spiegel des Projektionsobjektivs 8471 sind auf einer gemeinsamen geraden optischen Achse 8447 zentriert. Das bogenförmige Objektfeld ist außerhalb der Achse angeordnet. Die Richtung des Strahlenwegs zwischen dem Retikel 8467 und dem ersten Spiegel 8477 des Projektionsobjektivs 8471 ist zur optischen Achse 8447 des Projektionsobjektivs 8471 gekippt. Die Winkel der Hauptstrahlen 8479, bezogen auf die Normale des Retikels 8467, liegen zwischen 3° und 10°, bevorzugt 5° und 7°. Wie in 1 gezeigt, ist das Beleuchtungssystem 8479 vom Projektionsobjektiv 8471 getrennt. Die Beleuchtung und der Projektionsstrahlenweg interferieren nur nahe dem Retikel 8467.

Claims (21)

  1. Beleuchtungssystem, insbesondere für die Mikrolithographie mit Wellenlängen ≤ 193 nm, umfassend: eine primäre Lichtquelle (8201, 8401); eine erste optische Komponente; eine zweite optische Komponente (8221, 8421); eine Bildebene (8229, 8429); und eine Austrittspupille (8233, 8433); wobei die erste optische Komponente die primäre Lichtquelle (8201, 8401) in eine Mehrzahl von sekundären Lichtquellen umwandelt, die von der zweiten optischen Komponente (8221, 8421) in der Austrittspupille (8233, 8433) abgebildet werden, wobei die erste optische Komponente ein erstes optisches Element mit einer Mehrzahl von ersten Rasterelementen (8209, 8409) umfasst, die in die Bildebene (8229, 8429) abgebildet werden und dabei eine Mehrzahl von Bildern erzeugen, die zumindest teilweise über ein Feld in der Bildebene (8229, 8429) gelegt werden, wobei die zweite optische Komponente (8221, 8421) ein erstes optisches System umfasst, das mindestens einen dritten Feldspiegel (8225, 8425) mit positivem Brechwert umfasst, und ein zweites optisches System, das mindestens einen zweiten Feldspiegel (8223, 8423) mit positivem Brechwinkel umfasst, wobei das erste optische System die Mehrzahl von sekundären Lichtquellen in einer Ebene zwischen dem ersten optischen System und dem zweiten optischen System abbildet und damit eine Mehrzahl von tertiären Lichtquellen erzeugt und worin das zweite optisches System die Mehrzahl von tertiären Lichtquellen in der Austrittspupille abbildet.
  2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei die konjugierten Ebenen zu der Bildebene (8229) in der zweiten optischen Komponente (8221) virtuelle konjugierte Ebenen sind.
  3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Feldspiegel (8223) und der dritte Feldspiegel (8225) ein außerhalb der Achse liegendes Gregory-Teleskop bilden.
  4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Ebene zwischen dem ersten optischen System und dem zweiten optischen System frei zugänglich ist.
  5. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, des Weiteren eine Maskierungseinheit zum Ändern eines Beleuchtungsmodus umfassend, wobei die Maskierungseinheit an der oder in der Nähe der Mehrzahl von tertiären Lichtquellen angeordnet ist.
  6. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an der oder in der Nähe der Mehrzahl von tertiären Lichtquellen ein Durchlassfilter angeordnet ist.
  7. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jeder einer Mehrzahl von Strahlen den zweiten Feldspiegel (8223, 8423) in einem Einfallwinkel von weniger als 25° in Relation zu den Oberflächennormalen durchschneidet.
  8. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zweite Feldspiegel (8223, 8423) ein außerhalb der Achse liegendes Segment einer rotationssymmetrischen reflektiven Oberfläche ist.
  9. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zweite Feldspiegel (8223, 8423) ein auf der Achse liegendes Segment einer torisch reflektiven Oberfläche ist.
  10. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jeder der Mehrzahl von Strahlen den dritten Feldspiegel (8225, 8425) in einem Einfallwinkel von weniger als 25° in Relation zu den Oberflächennormalen durchschneidet.
  11. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der dritte Feldspiegel (8225, 8425) ein außerhalb der Achse liegendes Segment einer rotationssymmetrischen reflektiven Oberfläche ist.
  12. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der dritte Feldspiegel (8225, 8425) ein auf der Achse liegendes Segment einer torisch reflektiven Oberfläche ist.
  13. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Mehrzahl von ersten Rasterelementen (8209, 8409) rechtwinkelig sind, wobei das Feld ein Segment eines Kreisrings ist und wobei die zweite optische Komponente (8221, 8421) einen ersten Feldspiegel (8227, 8427) zum Formen des Feldes zu dem Kreisringsegmentumfasst.
  14. Beleuchtungssystem nach Anspruch 13, wobei der erste Feldspiegel einen negativen optischen Brechwert hat.
  15. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei jeder von einer Mehrzahl von Strahlen den ersten Feldspiegel mit einem Einfallwinkel durchschneidet, der größer als 70° in Relation zu den Oberflächennormalen ist.
  16. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der erste Feldspiegel (8227, 8427) ein außerhalb der Achse liegendes Segment einer rotationssymmetrischen reflektiven Oberfläche ist.
  17. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der erste Feldspiegel (8227, 8427) ein auf der Achse liegendes Segment einer torisch reflektiven Oberfläche ist.
  18. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die erste optische Komponente des weiteren ein zweites optisches Element mit einer Mehrzahl von zweiten Rasterelementen (8215, 8415) umfasst, wobei jedes aus der Mehrzahl von Rasterelementen (8209, 8409) einem der zweiten Rasterelemente (8215, 8415) entspricht.
  19. Beleuchtungssystem nach Anspruch 18, wobei die Mehrzahl von zweiten Rasterelementen (8215, 8415) und die zweite optische Komponente (8221, 8421) die entsprechenden ersten Rasterelemente (8209, 8409) in der Bildebene (8229, 8429) abbilden.
  20. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 19, wobei die Mehrzahl von zweiten Rasterelementen (8215, 8415) konkave Spiegel sind.
  21. Projektionsbelichtungsapparat für Mikrolithographie, umfassend: das Beleuchtungssystem eines der Ansprüche 1 bis 20; ein auf der Bildebene (8429) untergebrachtes Retikel (8467); ein lichtempfindliches Objekt auf einem Trägersystem (8475); und ein Projektionsobjektiv (8471) zum Abbilden des Retikels (8467) auf dem lichtempfindlichen Objekt.
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