DE102008042439A1

DE102008042439A1 - Hochreflektierender dielektrischer Spiegel und Verfahren zu dessen Herstellung, sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem solchen Spiegel

Info

Publication number: DE102008042439A1
Application number: DE200810042439
Authority: DE
Inventors: Alexandra Pazidis
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2010-04-08
Also published as: WO2010034367A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hochreflektierenden dielektrischen Spiegel, der mindestens einen gemischten Schichtstapel (B) aus einer Folge von fluoridischen und oxidischen Schichten aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen hochreflektierenden dielektrischen Spiegels, sowie eine Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem solchen hochreflektierenden dielektrischen Spiegel.

Description

Die Erfindung betrifft einen hochreflektierenden dielektrischen Spiegel. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen hochreflektierenden dielektrischen Spiegels. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit mindestens einem solchen hochreflektierenden dielektrischen Spiegel.
Hochreflektierende dielektrische Spiegel werden unter anderem in Projektionsbelichtungsanlagen für die mikrolithographische Herstellung von Halbleiterbauelementen bei Wellenlängen zwischen 157 nm und 365 nm und insbesondere bei Einfallswinkeln zwischen 0° und 85° eingesetzt. Solche Spiegel sind zum Beispiel aus dem europäischen Patent EP 1 749 222 B1 bekannt und bestehen aus einem Substrat, einem auf dem Substrat befindlichen ersten Schichtstapel mit oxidischen Schichten und einem auf dem ersten Schichtstapel befindlichen zweiten Schichtstapel mit fluoridischen Schichten.
Beide Schichtstapel bestehen hierbei aus alternierenden hoch- und niedrigbrechenden dielektrischen Schichten und sorgen somit bei entsprechend gewählten Schichtdicken für eine hohe Reflektivität des jeweiligen Schichtstapels bei einer vorgegebenen Wellenlänge. Die fluoridischen Schichten schließen die oxidischen Schichten nach außen hin in Lichtrichtung ab und sorgen somit für die Laserfestigkeit des Spiegels. Andererseits sorgen die oxidischen Schichten für eine erhöhte Reflektivität gegenüber einem rein aus fluoridischen Schichten bestehenden Spiegel mit Quarzsubstrat.
Nachteilig an diesen Schichten ist jedoch, dass der Übergang der Druck- zu den Zugspannungen zwischen den beiden Schichtstapeln abrupt erfolgt und es hierdurch zu Rissbildungen in den Schichten beim Übergang der beiden Schichtstapel kommen kann. Insbesondere eine Prozessstabilität bei der Herstellung solcher Spiegel mit einer hohen Ausbeute an Spiegeln mit guter Qualität kann hierdurch nicht gewährleistet werden. Ein weiterer Nachteil an diesen Schichten ist, dass innerhalb der beiden Schichtstapel keine beliebigen Brechzahldifferenzen zwischen den hoch- und niedrigbrechenden dielektrischen Schichten aufgrund des zur Verfügung stehenden Materials eingeführt werden können. In der Regel beträgt diese Brechzahldifferenz nur 0,3 sowohl für den fluoridischen, als auch für den oxidischen Schichtstapel nahezu über den gesamten Wellenlängenbereich, siehe hierzu zum Beispiel die Brechzahldifferenz zwischen Al₂O₃ und SiO₂ bzw. zwischen MgF₂ und GdF₃ in 5 von EP 1 749 222 B1 .
Hierdurch wird die mit einem solchen Spiegel erzielbare Reflektivität begrenzt. Die Reflektivität eines Spiegels ist jedoch für den Einsatz solcher Spiegel innerhalb von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie von entscheidender Bedeutung, da solche Projektionsbelichtungsanlagen aus einer Vielzahl von Spiegeln und Linsen bestehen, deren Reflektivitäten und Transmissionen als Produkt die Gesamttransmission der Projektionsbelichtungsanlage bestimmen und diese Gesamttransmission bei gegebener Lichtquellenleistung über den Durchsatz an Wafern und somit über den wirtschaftlichen Erfolg entscheidet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Reflektivität von laserstabilen dielektrischen Spiegeln der eingangs genannten Art, insbesondere für den Einsatz innerhalb von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie zu erhöhen und dabei das Risiko von Rissbildungen in den Schichten des dielektrischen Spiegels zu vermindern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen hochreflektierenden dielektrischer Spiegel mit mindestens einen gemischten Schichtstapel aus einer Folge von fluoridischen und oxidischen Schichten gelöst, da die hierbei erzielbaren Brechzahlunterschiede innerhalb des gemischten Schichtstapels aus fluoridischen und oxidischen Schichten größer sind als bei einem reinen oxidischen bzw. fluoridischen Schichtstapel.
Innerhalb des gemischten Schichtstapels ist es zum Beispiel möglich, zwischen Al₂O₃ und MgF₂ eine Brechzahldifferenz von nahezu 0,5 in dem oben angegebenen Wellenlängenbereich einzustellen. Dabei führen schon Brechzahldifferenzen von größer 0,35, insbesondere von größer 0,4 zu einer signifikanten Erhöhung der Reflektivität gegenüber dem Stand der Technik.
Ferner sorgt der gemischte Schichtstapel bei einem hochreflektierenden dielektrischen Spiegel mit mindestens einem weiteren fluoridischen Schichtstapel für eine räumliche Trennung des fluoridischen Schichtstapels von einer angrenzenden Schicht oder einem angrenzenden Substrat, so dass zwischen dem fluoridischen Schichtstapel und der angrenzenden Schicht bzw. dem angrenzendem Substrat kein abrupter Spannungsübergang erfolgt. Hierdurch wird das Risiko von Rissbildungen in den Schichten vermindert.
Bei einem erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel, bei dem mindestens eine Schichtdicke einer Schicht sich in Richtung entlang der Spiegeloberfläche um mehr als 10% bezogen auf die maximale Schichtdicke der Schicht ändert, können die optimalen Einfallswinkelbereiche mit hoher Reflektivität über die Spiegeloberfläche geändert werden, so dass der Spiegel in seinem Reflektivitätsverhalten an die Anforderungen seines Bestimmungsortes innerhalb eines optischen Systems optimal angepasst werden kann.
Ebenso kann bei einem erfindungsgemäßen dielektrischer Spiegel, bei dem mindestens ein Schichtstapel in Richtung der Flächennormalen des Spiegels mindestens zwei unterschiedliche Perioden von zwei aufeinanderfolgenden Schichten aus einem hoch- und einem niedrigbrechenden Material aufweist, die Phasenaufspaltung des Lichtes zwischen der s- und p-Polarisationsrichtung bei der Reflektion optimal an die Anforderungen seines Bestimmungsortes innerhalb eines optischen Systems angepasst werden. Die s-Polarisationsrichtung ist hierbei diejenige Schwingungsrichtung des einfallenden Lichtes senkrecht zur Einfallsebene und die p-Polarisationsrichtung entsprechend diejenige Schwingungsrichtung des einfallenden Lichtes parallel zur Einfallsebene, welche sich zwischen der Einfallsrichtung und der Flächennormalen des Spiegels im Auftreffpunkt des Lichtes auf den Spiegel aufspannt.
Bei einem erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel, der bei einer Wellenlänge von 193 nm und Einfallswinkeln zwischen 33° und 52° eine maximale Differenz der Reflektivität von s-polarisiertem Licht zu der Reflektivität von p-polarisiertem Licht von weniger als 4%, insbesondere von weniger als 2% aufweist, kann die Reflektivitätsaufspaltung zwischen s- und p-polarisiertem Licht zur Vermeidung ungenügender Abbildungsleistungen eines optischen Systems in Grenzen gehalten werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn einerseits der Bauraum eines optischen Systems begrenzt ist und andererseits aufgrund der Auslegung des Systems eine sehr lange optische Strecke zwischen den Elementen des Systems benötigt wird, so dass die Verwendung mehrere solcher Spiegel hintereinander in dem optischen System notwendig wird.
Des Weiteren ist es bei gleichen Randbedingungen innerhalb eines optischen Systems von Vorteil, wenn der dielektrischer Spiegel bei der Wellenlänge von 193 nm und Einfallswinkeln zwischen 33° und 52° eine Reflektivität für p-polarisiertes Licht und unpolarisiertes Licht von jeweils größer 96%, insbesondere von jeweils größer 97,5% aufweist, da dann eine insgesamt hohe Transmission bei Verwendung mehrere solcher Spiegel innerhalb der optischen Strecke gewährleistet werden kann.
Ein erfindungsgemäßer dielektrischer Spiegel, der bei einer Wellenlänge von 193 nm und einem Einfallswinkel von 75° eine Differenz der Reflektivität von s-polarisiertem Licht zu der Reflektivität von p-polarisiertem Licht von weniger als 14%, insbesondere von weniger als 11% aufweist, kann als Teil eines Kaleidoskops zur Lichtmischung mit geringer Rflektivitätsaufspaltung zwischen s- und p-polarisiertem Licht dienen.
Da sich die Kosten eines Spiegels je nach Schichtdesign mit der Anzahl der Schichten erhöhen und sich ab einer gewissen Mindestanzahl von Schichten ein Optimum zwischen Reflektivität und Phasenaufspaltung für gegebene Einfallswinkelbereiche erzielen lässt, gilt es hierbei eine Abwägung zu treffen. Eine solche Abwägung kann bei einem erfindungsgemäßen dielektrischer Spiegel mit einem gemischten Schichtstapel mit mehr als 10 Schichten getroffen werden. Weniger Schichten führen zwar zu geringeren Kosten, lassen jedoch nicht genug Spielraum für eine Optimierung des Schichtdesigns im Hinblick auf die optischen Anforderungen des Spiegels.
Weist der erfindungsgemäße dielektrischer Spiegel mindestens einen weiteren oxidischen Schichtstapel auf, so kann dieser oxidische Schichtstapel zur Anpassung des Schichtstapels an eine angrenzende Fläche, wie z. B. die Oberfläche eines oxidisches Substrats des Spiegels genutzt werden. Ebenso kann z. B. ein weiterer zusätzlicher fluoridischer Schichstapel zur Anpassung an ein CaF₂ Substrat genutzt werden.
Ein erfindungsgemäßer dielektrischer Spiegel mit einem gemischten Schichtstapel aus fluoridischen und oxidischen Schichten zwischen einem oxidischen Schichtstapel und einem fluoridischen Schichtstapel führt zu einer räumlichen Trennung der Zugspannungen des fluoridischen Schichtstapels von den Druckspannungen des oxidischen Schichtstapels und beugt somit Rissbildungen in einem solchen Schichtsystem mit solch unterschiedlichen Spannungsverhältnissen innerhalb des Schichtsystems vor. Hierbei sollte der gemischte Schichtstapel zur Anpassung der Schichtspannungen des fluoridischen Schichtstapels an den oxidischen Schichtstapel wenigstens mehr als 4 Schichten, insbesondere mehr als 6 Schichten aufweisen. Weniger Schichten führen zu einer räumlichen Nähe der Druckspannungen zu den Zugspannungen und wesentlich mehr Schichten führen zu hohen Kosten, sofern nicht mehr Schichten aufgrund des Schichtdesign gewünscht sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung hochreflektierender dielektrischer Spiegel durch Abscheiden einer Folge von dielektrischen Schichten, wobei mindestens zwischen einem oxidischen Schichtstapel bestehend aus oxidischen Schichten und einem fluoridischen Schichtstapel bestehend aus fluoridischen Schichten ein gemischter Schichtstapel bestehend aus oxidischen und fluoridischen Schichten mit mehr als 4 Schichten, insbesondere mehr als 6 Schichten zur Anpassung der Spannungen des fluoridischen Schichtstapels an die Spannung des oxidischen Schichtstapels abgeschieden wird. Der vorteilhafte Effekt der mehr als 4, insbesondere mehr als 6 Schichten wurde schon vorstehend erläutert.
Ebenso wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung hochreflektierender dielektrischer Spiegel durch Abscheiden einer Folge von dielektrischen Schichten, wobei ein gemischter Schichtstapel bestehend aus oxidischen und fluoridischen Schichten mit mehr als 10 Schichten zur Erzielung von hohen Reflektivitäten abgeschieden wird. Der vorteilhafte Effekt der mehr als 10 Schichten wurde oben schon erläutert. Bevorzugt wird hierbei in einem weiteren Verfahrensschritt ein weiterer fluoridischer Schichtstapel auf dem gemischten Schichtstapel zur Erzeugung der Laserstabilität des Spiegels abgeschieden.
Vorteilhaft werden die erfindungsgemäßen Verfahren derart ausgeführt, dass die Größe der Druckspannungen durch einen gesteuerten Ionenbeschuss des für die oxidischen Schichten vorgesehenen Materials, insbesondere des gemischten Schichtstapels beim Vakuumbedampfen gezielt eingestellt bzw. gesteuert wird. Hierdurch ist es möglich den Verlauf der Spannung innerhalb des gemischten Schichtstapels an einen gewünschten Verlauf anzupassen.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch einen erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel gelöst, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung durch eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit mindestens einem erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel gelöst.
Durch die erhöhte Reflektivität des dielektrischen Spiegels ist es möglich, den Durchsatz an Wafern bei gleichbleibender Lichtquellenleistung der Projektionsbelichtungsanlage zu erhöhen. Insbesondere Projektionsbelichtungsanlagen mit Mehrfachspiegelanordnungen (Multi-Mirror- Arrays, MMA) zur Strukturierung von Intensitätsverteilungen in den Systempupillen innerhalb des Beleuchtungssystems der Projektionsbelichtungsanlage sind aufgrund des begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraums auf mehrere solcher erfindungsgemäßer dielektrischer Spiegel angewiesen. Daher gilt es gerade bei diesen Projektionsbelichtungsanlagen jeden einzelnen der dielektrischen Spiegel optimal im Hinblick auf die Gesamttransmission, die Homogenität und die Beleuchtungswinkelverteilung im Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems der Projektionsbelichtungsanlage auszulegen. Projektionsbelichtungsanlagen mit Mehrfachspiegelanordnungen (Multi-Mirror-Arrays, MMA) sind Gegenstand der Anmeldungen DE 10 2008 008 019.5 und US 61/015 918. Diese genannten Anmeldungen sollen vollumfänglich inklusive der Beschreibung, der Zeichnungen, der Ansprüche und der Zusammenfassung Bestandteil der vorliegenden Anmeldung sein.
Bei einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel, bei dem sich die Schichtdicke mindestens einer Schicht in Richtung entlang der Spiegeloberfläche um mehr als 10% bezogen auf die maximale Schichtdicke der Schicht ändert, kann z. B. bei dem Umlenkspiegel des sogenannten REMA-Objektivs des Beleuchtungssystems der Projektionsbelichtungsanlage der Verlauf des Schichtsystems entlang der Spiegeloberfläche so gestaltet werden, dass die Unterschiede in der Intensität und der Beleuchtungswinkelverteilung innerhalb des zu belichtenden Feldes des Beleuchtungssystems minimiert werden. Zur Beschreibung der Funktionalität eines REMA-Objektivs wird auf die Beschreibung zu den 9 bis 11 dieser Anmeldung bzw. auf die in Bezug genommenen Anmeldungen verweisen.
Die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegels, bei dem mindestens ein Schichtstapel in Richtung der Flächennormalen mindestens zwei unterschiedliche Perioden von zwei aufeinanderfolgenden Schichten aus einem hoch- und einem niedrigbrechenden Material aufweist, bietet mehrere Vorteile. Zum einen kann die Bandbreite an Einfallswinkeln erhöht werden, bei denen der Spiegel eine akzeptable Reflektivität aufweist. Zum anderen kann die Reflektivitätsaufspaltung zwischen der Reflektivität für s-polarisiertes Licht und der Reflektivität für p-polarisiertes Licht reduziert werden. Ferner kann die Phasenaufspaltung zwischen der Phase für s-polarisiertem Licht und der Phase für p-polarisiertem Licht reduziert werden. Eine zu hohe Reflektivitätsaufspaltung bzw. eine zu hohe Phasenaufspaltung kann zu unerwünschten Bildfehlerbeiträgen des Spiegels innerhalb des optischen Designs führen. Daher müssen in der Regel diese Eigenschaften eines Spiegels bei der Auslegung eines optischen Designs, wie z. B. eines REMA-Objektivs im Rahmen einer Gesamtoptimierung berücksichtigt bzw. geändert werden.
Die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem dielektrische Spiegel und mindestens einer Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) bestehend aus mehr als 1000 und weniger als 40000 Spiegeln mit einer Flächenausdehnung von 2 cm² bis 80 cm² kann die Intensitätsverteilung in der Systempupille des Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen Spiegel der Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) flexibel ändern. Dadurch kann der Betreiber der Projektionsbelichtungsanlage schnelle Wechsel von sogenannten Beleuchtungssettings realisieren.
Die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage benötigt jedoch zur Entkopplung von den zeitlichen und räumlichen Fluktuationen der genutzten Lichtquelle mindestens eine Homogenisierungsoptik bzw. Konditionierungsoptik in Lichtrichtung vor der Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA), wobei die Homogenisierungsoptik bzw. Konditionierungsoptik auslegungsbedingt die Divergenz eines durch Sie hindurch tretenden Beleuchtungsstrahlbündels nur um weiniger als das vierfache erhöhen darf, da ansonsten gleichzeitig zur Entkopplung die geforderte Auflösung in der Systempupille des Beleuchtungssystems der Projektionsbelichtungsanlage nicht gewährleistet werden kann. Eine hohe Auflösung der Systempupille ist jedoch für die Abbildung unterschiedlichster Maskenstrukturen notwendig. Eine Teleskopoptik in Lichtrichtung vor der Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) mit einer Brennweite von größer als 2 m, insbesondere größer als 5 m, sorgt für eine Überlagerung von Licht der Homogenisierungsoptik bzw. Konditionierungsoptik auf der gesamten Fläche der Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) und somit letztendlich für eine optimale Lichtmischung in der Systempupille des Beleuchtungssystems. Hierbei müssen die niedrigen Divergenzwinkel nach der Homogenisierungsoptik bzw. Konditionierungsoptik durch eine große Brennweite der Teleskopoptik auf die gesamte Ausdehnung bzw. den gesamten Durchmesser der Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) angepasst werden. Dabei sind erfindungsgemäße dielektrische Spiegel innerhalb der Homogenisierungsoptik bzw. Konditionierungsoptik und/oder der Teleskopoptik von Vorteil den Bauraum der jeweiligen Objektivgruppen durch Faltung der optischen Strecken zu begrenzen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen
1 eine schematische Darstellung eines hochreflektierenden dielektrischen Spiegels mit mindestens einem gemischten Schichtstapel aus einer Folge von fluoridischen und oxidischen Schichten;
2 eine schematische Darstellung eines hochreflektierenden dielektrischen Spiegels mit mindestens einem gemischten Schichtstapel zwischen einem fluoridischen und einem oxidischen Schichstapel;
3 ein Reflektionsverlauf für einen erfindungsgemäßen Spiegel bei 193,4 nm und einem mittleren Einfallswinkel von 75°;
4 ein Reflektionsverlauf für einen Spiegel aus dem Stand der Technik bei 193,4 nm und einem mittleren Einfallswinkel von 75°;
5 ein Reflektionsverlauf für einen weiteren erfindungsgemäßen Spiegel bei 193,4 nm und einem mittleren Einfallswinkel von 750;
6 ein Reflektionsverlauf für einen erfindungsgemäßen Spiegel bei 193,4 nm und einem mittleren Einfallswinkel von 450;
7 ein Reflektionsverlauf für einen Spiegel aus dem Stand der Technik bei 193,4 nm und einem mittleren Einfallswinkel von 45°;
8 ein Reflektionsverlauf für einen weiteren erfindungsgemäßen Spiegel bei 193,4 nm und einem mittleren Einfallswinkel von 450;
9 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Stab-Lichtmischung im Beleuchtungssystem;
10 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Wabenkondensor-Lichtmischung im Beleuchtungssystem;
11 eine schematische Darstellung einer Pupillenformungseinheit eines Beleuchtungssystems;
12 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Pupillenformungseinheit eines Beleuchtungssystems;
13 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Pupillenformungseinheit eines Beleuchtungssystems;
14 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Pupillenformungseinheit eines Beleuchtungssystems;
15 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Pupillenformungseinheit eines Beleuchtungssystems.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes hochreflektierendes Schichtsystem, welches einen ersten fluoridischen Schichtstapel A von 3–40 alternierend hoch- und niedrigbrechenden fluoridischen Schichten und einen zweiten gemischten Schichtstapel B von 2–50 alternierend hoch- und niedrigbrechenden, sowie oxidischen und fluoridischen Schichten umfasst. Hierbei kann der Schichtstapel B des Schichtsystems direkt auf einem Substrat S oder auf weiteren nicht näher spezifizierten Schichten aufgebracht werden, da die optisch relevanten Reflektionseigenschaften des Schichtsystems bei einer größeren Anzahl von Schichten aufgrund der Bragg-Reflektion allein durch die äußeren Schichtstapel A und B definiert werden. Insbesondere bei Nutzung eines Substrats S aus CaF₂ ist es aus Spannungsgründen sinnvoll, mit dem gemischten Schichtstapel B aus oxidischen und fluoridischen Schichten auf dem Substrat S zu beginnen. Bei einem Substrat S aus Quarzglas hingegen ist es zur Reduktion der Schichtspannung der benötigten Schichten sinnvoll, mit einem Schichtstapel C des Schichtsystems aus alternierenden hoch- und niedrigbrechenden oxidischen Schichten direkt auf dem Substrat zu beginnen. Beide genannten Möglichkeiten, sowie die Möglichkeit von weiteren nicht näher spezifizierten Schichten zwischen den Schichtstapeln A, B und C und dem Substrat S sind in 1 angedeutet. Dabei ist die Erfindung nicht auf Substrate aus Quarzglas oder CaF₂ begrenzt, zum Beispiel könnten für das Substrat auch keramische Werkstoffe verwendet werden. Hierbei sollte allerdings das unmittelbar auf dem Substrat folgende Schichtsystem an die physikalischen bzw. chemischen Eigenschaften des Substrates angepasst sein. Die Anzahl der Schichten ist im Allgemeinen von der Wellenlänge der zu reflektierenden Strahlung und den Herstellungsbedingungen bei der Bedampfung abhängig.
Die 2 zeigt ein erfindungsgemäßes hochreflektierendes Schichtsystem, welches einen ersten fluoridischen Schichtstapel A von 3–40 alternierend hoch- und niedrigbrechenden fluoridischen Schichten, einen zweiten gemischten Schichtstapel B von 2–50 alternierend hoch- und niedrigbrechenden, sowie oxidischen und fluoridischen Schichten und einen dritten oxidischen Schichtstapel C von 10–80 alternierenden hoch- und niedrigbrechenden oxidischen Schichten umfasst. Hierbei kann der Schichtstapel C des Schichtsystems direkt auf einem Substrat S oder auf weiteren nicht näher spezifizierten Schichten aufgebracht werden, da die optisch relevanten Reflektionseigenschaften des Schichtsystems bei einer größeren Anzahl von Schichten aufgrund der Bragg-Reflektion allein durch die äußeren Schichtstapel A, B und C definiert werden. Insbesondere kann bei einem Substrat aus CaF₂ aufgrund von Spannungsgründen mit einem weiteren zusätzlichen Schichtstapel B direkt auf dem Substrat begonnen werden, woran sich das erfindungsgemäße Schichtsystem A, B und C anschließt.
Als oxidische Materialien dienen bevorzugt hochbrechendes Aluminiumoxid (Al₂O₃) und niedrigbrechendes Siliziumoxid (SiO₂). Geeignete fluoridische Materialien sind z. B. hochbrechendes Lanthanfluorid (LaF₃) oder Gadoliniumfluorid (GdF₃) sowie niedrigbrechendes Magnesiumfluorid (MgF₂) oder Aluminiumfluorid (AlF₃). Der Übergang zwischen den Schichtstapeln A, B und C wird bevorzugt bei schmalbandigen Spiegeln mit hoher Reflektivität durch jeweils eine hochbrechende oxidische oder eine hochbrechende fluoridische Schicht gebildet. Eine niedrigbrechende Übergangsschicht ist hingegen nützlich bei einer gewünschten Phasenanpassung des Spiegels. Eine bevorzugte niedrigbrechende Abschlussschicht des erfindungsgemäßen Schichtsystems weist gegenüber den anderen fluoridischen Schichten eine doppelte optische Schichtdicke auf und erhöht die Laserstabilität. Auch andere fluoridische Materialien sind für die fluoridischen Schichten geeignet.
In vielen Ausführungsformen beträgt die optische Dicke einer Schicht des Schichtsystems jeweils ein Viertel der Wellenlänge des Nutzlichtes. Von einer strengen periodischen Abfolge von Schichtdicken kann jedoch im Rahmen von einer Gesamtoptimierung eines Schichtsystems abgewichen werden. Hierzu hat sich im englischsprachigen Raum der Begriff „depth grading multilayer”, also Tiefengraduiertes Schichtsystem eingebürgert. Ebenso kann von einer strengen alternierenden Abfolge nur zweier bestimmter Materialien für die hoch- und niedrigbrechenden Schichten in den Stapeln A, B und C im Hinblick auf die Erzielung von Höchstreflektivitäten abgewichen werden.
Des Weiteren kann es für den Einsatz eines dielektrischen Spiegels innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage wichtig sein, dass das Licht mit unterschiedlichen Einfallswinkeln und mit unterschiedlichen Bandbreiten von Einfallswinkeln um einen mittleren Einfallswinkel herum an verschiedenen Orten der Oberfläche des Spiegels unterschiedliche Reflektionen mit unterschiedlichen Reflektivitätswerten erfährt. In der Regel ist dies notwendig, damit ein homogen zu beleuchtendes Feld mit gezielt strukturierten Beleuchtungswinkelverteilungen in der Maskenebene einer Projektionsbelichtungsanlage erzielt wird, wie unten anhand von den 9 bis 11 noch näher erläutert wird. Aufgrund dieser Anforderungen an einen dielektrischen Spiegel kann von einer gleichmäßigen Dicke einer, mehrerer oder aller Schichten des erfindungsgemäßen Schichtsystem über die gesamte Oberfläche abgewichen werden, so dass diese Schichten an verschiedenen Orten der Oberfläche unterschiedliche Dicken aufweisen.
Üblicherweise werden die erfindungsgemäßen Spiegel in einer Vakuumkammer durch Bedampfen im PVD-Verfahren hergestellt, wobei für die oxidischen Materialien eine Elektronenstrahlkanone verwendet wird und die Fluoride vorzugsweise aus einem Schiffchen verdampft werden.
Die Schichteigenschaften können durch Einstellung der Beschichtungstemperatur und Beschichtungsrate, aber auch durch ein Vorheizen des Substrates beeinflusst werden. Vorrangig wird jedoch in Verbindung mit diesen Maßnahmen ein gesteuerter, großflächiger Ionenbeschuss, vorzugsweise mit Argonionen, dazu ausgenutzt, Druckspannungsverhältnisse in den oxidischen Schichten, vor allem innerhalb des gemischten Schichtstapels B zu erzeugen. Somit kann zusätzlich zur räumlichen Trennung der Zugspannungen des fluoridischen Schichtstapels A von den Druckspannungen des oxidischen Schichtstapels C durch den dazwischen liegenden Schichtstapel B der Spannungsverlauf innerhalb der Schichtstapel B und C durch den Ionenbeschuss beeinflusst werden. Hierfür ist lediglich eine geeignete Einstellung der Ionenquellen-Parameter im Verhältnis zur Einstellung der Beschichtungstemperatur und Beschichtungsrate erforderlich.
In den nachfolgenden 3 bis 8 werden für verschiedenste Einfallswinkel die Reflektivitätsverläufe von unterschiedlichen Schichtsystemen diskutiert. Bei allen diesen Schichtsystemen wurde für das hochbrechnde Oxid AL₂O₃, für das niedrigbrechende Oxid SiO₂, für das hochbrechende Fluorid LaF₃ und für das niedrigbrechende Fluorid MgF₂ verwendet.
3 zeigt den Reflektivitätsverlauf in Prozent eines erfindungsgemäßen Schichtsystems mit einem gemischten Schichtstapel B aus oxidischen und fluoridischen Schichten und einem fluoridischen Schichtstapel A gegenüber dem Einfallswinkel in Grad bei der Wellenlänge von 193,4 nm. Durch die großen Brechzahldifferenzen innerhalb des Schichtstapels B ist es möglich, die Reflektivität des erfindungsgemäßen Schichtsystems gegenüber dem Stand der Technik zu erhöhen und eine hohe Reflektivität von 96% bei einem Einfallswinkel von 75° für unpolarisiertes Licht Ra zu erzielen. Ferner beträgt die Differenz der Reflektivität Rs – Rp von s- und p-polarisiertem Licht bei diesem Einfallswinkel kaum mehr als 7%, so dass selbst für p-polarisiertes Licht bei diesem Einfallswinkel eine Reflektivität Rp von nahezu 92% erzielt wird. Das Schichtsystem des erfindungsgemäßen Spiegels zu 3 besteht aus insgesamt 59 Schichten mit jeweils einer optischen Dicke einer Schicht des Schichtsystems die auf ein Viertel der Wellenlänge des Nutzlichtes von 193,4 nm bei einem Einfallswinkel von 75° optimiert ist. Die ersten 40 Schichten auf dem Substrat bilden den gemischten Schichtstapel B aus oxidischen und fluoridischen Schichten anfangend mit einem hochbrechenden Oxid auf dem Substrat. Anschließend folgt der fluoridische Schichtstapel A bestehend aus 18 Schichten anfangend mit einem hochbrechenden Fluorid auf dem gemischten Schichtstapel. Eine einzelne hochbrechende Fluoridschicht schließt das Schichtsystem ab. Diese abschließende hochbrechende Fluoridschicht des erfindungsgemäßen Spiegels zur 3 hat jedoch im Gegensatz zu dem oben Gesagten die gleiche optische Dicke, wie jede andere Schicht des Schichtsystems.
4 zeigt zum Vergleich den Reflektivitätsverlauf in Prozent eines Schichtsystems des Standes der Technik mit einem oxidischen Schichtstapel C und einem äußeren fluoridischen Schichtstapel A gegenüber dem Einfallswinkel in Grad bei der Wellenlänge von 193,4 nm. Die optische Dicke einer Schicht des Schichtsystems entspricht derjenigen zu den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen zu 3 bzw. 5. Die ersten 40 Schichten auf dem Substrat bilden den oxidischen Schichtstapel C anfangend mit einem hochbrechenden Oxid direkt auf dem Substrat. Anschließend folgt der fluoridische Schichtstapel A bestehend aus 18 Schichten anfangend mit einem hochbrechenden Fluorid auf dem oxidischen Schichtstapel. Eine einzelne hochbrechende Fluoridschicht schließt das Schichtsystem ab. Diese abschließende hochbrechende Fluoridschicht hat wiederum die gleiche optische Dicke, wie jede andere Schicht des Schichtsystems. Das Schichtsystem gemäß 4 weist für einen Einfallswinkel von 75° eine Reflektivität von etwas mehr als 92% für unpolarisiertes Licht Ra und von etwas mehr als 85% für p-polarisiertes Licht Rp auf. Ferner resultiert für den Einfallswinkel von 75° eine Differenz der Reflektivität Rs – Rp von s- zu p-polarisiertem Licht von über 14%.
5 zeigt den Reflektivitätsverlauf in Prozent eines weiteren erfindungsgemäßen Schichtsystems mit einem gemischten Schichtstapel B aus oxidischen und fluoridischen Schichten zwischen einem fluoridischen Schichtstapel A und einem oxidischen Schichtstapel C gegenüber dem Einfallswinkel in Grad bei der Wellenlänge von 193,4 nm. Durch die großen Brechzahldifferenzen innerhalb des Schichtstapels B ist es möglich die Reflektivität des erfindungsgemäßen Schichtsystems gegenüber dem Stand der Technik zu erhöhen und eine hohe Reflektivität von 95% bei einem Einfallswinkel von 75° für unpolarisiertes Licht Ra zu erzielen. Ebenso ist es möglich die Reflektivität für p-polarisiertes Licht Rp auf über 89% für den Einfallswinkel von 75° zu steigern. Hierdurch ist es möglich die Differenz der Reflektivität Rs – Rp für s-polarisiertes und p-polarisiertes Licht auf unter 11% für den Einfallswinkel von 75° zu begrenzen. Das Schichtsystem des erfindungsgemäßen Spiegels zu 5 besteht aus insgesamt 59 Schichten mit jeweils einer optischen Dicke einer Schicht des Schichtsystems die auf ein Viertel der Wellenlänge des Nutzlichtes von 193,4 nm bei einem Einfallswinkel von 75° optimiert ist. Die ersten 20 Schichten auf dem Substrat bilden den oxidischen Schichtstapel C anfangend mit einem hochbrechenden Oxid direkt auf dem Substrat. Danach folgt der gemischte Schichtstapel B mit weiteren 20 Schichten aus oxidischen und fluoridischen Schichten anfangend mit einem hochbrechenden Oxid auf dem oxidischen Schichstapel. Anschließend folgt der fluoridische Schichtstapel A bestehend aus 18 Schichten anfangend mit einem hochbrechenden Fluorid auf dem gemischten Schichtstapel. Eine einzelne hochbrechende Fluoridschicht schließt das Schichtsystem ab. Diese abschließende hochbrechende Fluoridschicht des erfindungsgemäßen Spiegels zur 5 hat wiederum die gleiche optische Dicke, wie jede andere Schicht des Schichtsystems.
6 zeigt den Reflektivitätsverlauf in Prozent eines weiteren erfindungsgemäßen Schichtsystems mit einem gemischten Schichtstapel B aus oxidischen und fluoridischen Schichten und einem fluoridischen Schichtstapel A gegenüber dem Einfallswinkel in Grad bei der Wellenlänge von 193,4 nm. Die Reflektivität des erfindungsgemäßen Schichtsystems beträgt gemäß 6 für unpolarisiertes Licht Ra und für einen Einfallswinkel von 45° mehr als 99,7% und für p-polarisiertes Licht Rp mehr als 99,5%. Somit beträgt für dieses Schichtsystem die Differenz der Reflektivität Rs – Rp von s- zu p-polarisiertem Licht bei einem Einfallswinkel von 45° weniger als 0,5%. Über den Einfallswinkelbereich von 33° bis 52° zeigt das Schichtsystem gemäß 6 lediglich eine maximale Differenz der Reflektivität Rs – Rp zwischen s- und p- polarisiertem Licht von weniger als 2%. Das Schichtsystem des erfindungsgemäßen Spiegels zu 6 besteht aus insgesamt 59 Schichten mit jeweils einer optischen Dicke einer Schicht des Schichtsystems die ein Viertel der Wellenlänge des Nutzlichtes von 193,4 nm bei einem Einfallswinkel von 45° entspricht. Die ersten 40 Schichten auf dem Substrat bilden den gemischten Schichtstapel B aus oxidischen und fluoridischen Schichten anfangend mit einem hochbrechenden Oxid auf dem Substrat. Anschließend folgt der fluoridische Schichtstapel A bestehend aus 18 Schichten anfangend mit einem hochbrechenden Fluorid auf dem gemischten Schichtstapel. Eine einzelne hochbrechende Fluoridschicht schließt das Schichtsystem ab. Diese abschließende hochbrechende Fluoridschicht des erfindungsgemäßen Spiegels zur 6 hat wiederum die gleiche optische Dicke, wie jede andere Schicht des Schichtsystems.
7 zeigt zum Vergleich den Reflektivitätsverlauf in Prozent eines Schichtsystems des Standes der Technik mit einem oxidischen Schichtstapel C und einem äußeren fluoridischen Schichtstapel A gegenüber dem Einfallswinkel in Grad bei der Wellenlänge von 193,4 nm. Das Schichtsystem des Standes der Technik gemäß 7 weist für Bereiche des Einfallswinkelbereich von 33° bis 52° Reflektivitäten von unter 96% für p-polarisiertes Licht Rp auf, woraus sich eine Differenz der Reflektivität Rs – Rp für s- und p-polarisiertes Licht für den angegebenen Bereich von größer 4% ergibt. Selbst für den eingeschränkten Einfallswinkelbereich von 35° bis 50° ergibt sich für diese Differenz Rs – Rp noch ein Betrag von über 2%. Die optische Dicke einer Schicht des Schichtsystems entspricht derjenigen zu den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen zu 6 bzw. 8. Die ersten 40 Schichten auf dem Substrat bilden den oxidischen Schichtstapel C anfangend mit einem hochbrechenden Oxid direkt auf dem Substrat. Anschließend folgt der fluoridische Schichtstapel A bestehend aus 18 Schichten anfangend mit einem hochbrechenden Fluorid auf dem oxidischen Schichtstapel. Eine einzelne hochbrechende Fluoridschicht schließt das Schichtsystem ab. Diese abschließende hochbrechende Fluoridschicht hat wiederum die gleiche optische Dicke, wie jede andere Schicht des Schichtsystems.
8 zeigt den Reflektivitätsverlauf in Prozent eines weiteren erfindungsgemäßen Schichtsystems mit einem gemischten Schichtstapel B aus oxidischen und fluoridischen Schichten zwischen einem fluoridischen Schichtstapel A und einem oxidischen Schichtstapel C gegenüber dem Einfallswinkel in Grad bei der Wellenlänge von 193,4 nm. Das erfindungsgemäße Schichtsystem weist gemäß 8 eine Reflektivität für p-polarisiertes Licht Rp von über 96% für den Einfallswinkelbereich von 33° bis 52° auf, woraus eine Differenz der Reflektivität Rs – Rp von s- und p-polarisiertem Licht von weniger als 4% resultiert, insbesondere beträgt diese Differenz Rs – Rp für den Einfallswinkelbereich zwischen 35° und 50° weniger als 1%. Das Schichtsystem des erfindungsgemäßen Spiegels zu 8 besteht aus insgesamt 59 Schichten mit jeweils einer optischen Dicke einer Schicht des Schichtsystems die ein Viertel der Wellenlänge des Nutzlichtes von 193,4 nm bei einem Einfallswinkel von 45° entspricht. Die ersten 20 Schichten auf dem Substrat bilden den oxidischen Schichtstapel C anfangend mit einem hochbrechenden Oxid direkt auf dem Substrat. Danach folgt der gemischte Schichtstapel B mit weiteren 20 Schichten aus oxidischen und fluoridischen Schichten anfangend mit einem hochbrechenden Oxid auf dem oxidischen Schichstapel C. Anschließend folgt der fluoridische Schichtstapel A bestehend aus 18 Schichten anfangend mit einem hochbrechenden Fluorid auf dem gemischten Schichtstapel. Eine einzelne hochbrechende Fluoridschicht schließt das Schichtsystem ab. Diese abschließende hochbrechende Fluoridschicht des erfindungsgemäßen Spiegels zur 8 hat wiederum die gleiche optische Dicke, wie jede andere Schicht des Schichtsystems.
Alle erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel der 3, 5, 6 und 8 weisen gegenüber einem vergleichbaren Spiegel aus dem Stand der Technik, vergleiche 4 bzw. 7 und die Diskussion zu 4 bzw. 7, eine höhere Reflektivität für p-polarisiertes Licht Rp und somit auch für unpolarisiertes Licht Ra im gesamten dargestellten Einfallswinkelbereich auf. Daher ist es möglich, durch einen erfindungsgemäßen Spiegel gegenüber dem Stand der Technik einerseits die Reflektivität insgesamt für einen Einfallswinkelbereich zu erhöhen und andererseits die Differenz der Reflektivität Rs – Rp von s-polarisiertem Licht zu der Reflektivität von p-polarisiertem Licht zu erniedrigen. Ferner ist es durch einen erfindungsgemäßen Spiegel möglich, die Phasendifferenz nach der Reflektion zwischen s-polarisiertem Licht und p-polarisiertem Licht zu erniedrigen.
Anhand der nachfolgenden 9 bis 15 werden verschiedenste Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie mit erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegeln diskutiert. Hierbei genügen die erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel an unterschiedlichen Einsatzorten innerhalb der Projektionsbelichtungsanlagen unterschiedlichen Anforderungen. Insbesondere bei erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlagen mit einer Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) ist auslegungsbedingt der Einsatz mindestens eines erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegels notwendig, um den Bauraum der Anlage zu begrenzen, wie unten noch näher erläutert wird.
Die 9 zeigt schematisch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Die Lichtquelle 1 erzeugt ein Beleuchtungsstrahlbündel 12 dass in einer Strahlaufweitungsoptik 14 angepasst wird. Anschließend trifft das angepasste Beleuchtungsstrahlbündel 12 auf ein diffraktives optisches Element 3a (DOE) auf. Das diffraktive optische Element 3a steht in einer Feldebene der Beleuchtungsoptik und erzeugt, je nach aufgeprägten oder umfassenden diffraktive Strukturen, eine Beleuchtungswinkelverteilung. Das Beleuchtungsstrahlbündel 12 wird dann, mit der durch das diffraktive optische Element aufgeprägten Beleuchtungswinkelverteilung, durch das optische Modul 2 in eine nachfolgende Pupillenebene übergeführt. Diese nicht näher dargestellte Pupillenebene befindet sich in der Nähe des refraktiven optischen Elementes 3b. Das optische Modul 2 umfasst zur weiteren Strukturierung des Beleuchtungsstrahlbündels 12 ein Zoomsystem, schematisch dargestellt durch die bewegliche Linse 22, und ein Axikon, schematisch dargestellt durch die beiden Elemente 21. Durch eine geeignete Auslegung des diffraktiven optischen Elementes 3a und durch eine geeignete Wahl der Position der Axikonelemente 21 und des Zooms 22 ist es möglich, am Ausgang des optischen Moduls 2, in einer Pupillenebene in der Nähe des refraktiven optischen Elements 3b, eine beliebige gewünschte Intesititätsverteilung darzustellen, d. h. zu erzeugen. Dieser Intensitätsverteilung des Beleuchtungsstrahlbündels 12 in der Pupillenebene wird durch das refraktive optische Element 3b eine Feldwinkelverteilung aufgeprägt, um eine gewünschte Feldform in einer Feldebene zu erhalten, wie z. B. eine rechteckige Feldform mit einem Aspektverhältnis von 10:1. Diese Feldwinkelverteilung des Beleuchtungsstrahlbündels 12 in der Pupillenebene, wird durch die nachfolgende Feldlinsenoptik 4 in ein Beleuchtungsfeld 5e am Eingang eines Stabes 5 überführt. Das beleuchtete Feld 5e am Eingang des Stabes 5 befindet sich dabei in einer Feldebene der Beleuchtungsoptik und besitzt eine Beleuchtungswinkelverteilung mit einem maximalen Beleuchtungswinkel dessen Sinus in der Regel, aber nicht notwendigerweise, der nummerischen Apertur der vorhergehenden Feldlinsenoptik 4 entspricht. Das Feld 5e besitzt im Gegensatz zu dem Feld bei dem diffraktiven Element 3a den vollen Lichtleitwert der Beleuchtungsoptik. Durch vielfache Totalreflektionen an den Stabwänden des Stabes 5 entstehen am Stabaustritt in den Austrittspupillen der Feldpunkte des Feldes 5a sekundäre Lichtquellen mit der Feldform des Feldes 5e am Stabeintritt als Form jeder einzelnen sekundären Lichtquelle. Durch diesen Kaleidoskopeffekt des Stabes 5 ist das Feld 5a hinsichtlich der Intensitätsverteilung über das Feld homogenisiert, da in diesem Feld 5a sozusagen das Licht vieler sekundärer Lichtquellen überlagert wird. Alternativ zu den Totalreflektionen innerhalb eines Stabes 5 kann auch die Reflektion an Spiegelwänden von erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegeln erfolgen, um den Kaleidoskopeffekt zur Lichtmischung zu erzeugen. Hierbei sollten die Spiegel sich gegenüberliegend angeordnet sein und insbesondere bei Einfallswinkel um die 75° gute Reflektivitätseigenschaften, insbesondere im Hinblick auf den Unterschied zwischen s- und p-polarisiertem Licht aufweisen, wie sie in den Ausführungsbeispielen zu 3 und 5 gezeigt sind.
Eine Feldblende 51 begrenzt das Feld 5a in seiner lateralen Ausdehnung und sorgt für einen scharfen Hell-Dunkelübergang des Feldes. Ein nachfolgendes, sogenanntes REMA-Objektiv 6 bildet das Feld 5a in die Retikelebene 7 ab. Dabei werden die Hell-Dunkelkanten der Feldblende 51 scharf in die Objekt- bzw. Feldebene 7 transferiert. Aus dieser Funktion der scharfen Kantenabildung der Feldblende 51 in die Retikel- oder Feldebene 7, auch als „Maskieren” des Retikels bezeichnet (im Englischen „reticle masking”), resultiert der Name REMA (REticleMAsking) dieser Objektivgruppe. Das REMA-Objektiv 6 besteht z. B. aus einer Kondensor-Gruppe 61, einem Pupillenbereich in der Nähe einer Pupillenebene 62, einer Pupillenlinsengruppe 63, einem erfindungsgemäßen Umlenkspiegel 64 und einer abschließenden Feldlinsengruppe 65. Der erfindungsgemäße Umlenkspiegel 64 befindet sich in einem Übergangsbereich zwischen einer Feldebene und einer Pupillenebene und hat eine Neigung von 45° gegenüber der optischen Achse, so dass die eine Hälfte des Spiegels in Richtung einer Pupillenebene und die andere Hälfte in Richtung einer Feldebene zeigt. Daher muss dieser Spiegel nicht nur für Einfallswinkelbereiche von +/–25° um einen mittleren Einfallswinkel von 45° herum hohe Reflektivitäten aufweisen, sondern lokal über die Spiegeloberfläche seine Reflektivitätseigenschaften ändern. Hinzu kommen noch bestimmte Anforderungen seitens der polarisationsoptischen Auslegung des Beleuchtungssystems. Um all diesen Anforderungen gerecht zu werden, weist der erfindungsgemäße dielektrische Umlenkspiegel 64 mindestens eine Schicht auf, deren Schichtdicke sich in Richtung entlang der Spiegeloberfläche um mehr als 10% bezogen auf die maximale Schichtdicke der Schicht ändert. Ferner weist der erfindungsgemäße dielektrische Umlenkspiegel 64 mindestens einen Schichtstapel A, B oder C auf, der in Richtung der Flächennormalen mindestens zwei unterschiedliche Perioden von zwei aufeinanderfolgenden Schichten aus einem hoch- und einem niedrigbrechenden Material besitzt.
Die Objektfeldebene 7 stellt die Trennebene zwischen einer Beleuchtungsoptik und einer Projektionsoptik, z. B. einem Projektionsobjektiv 8, einer Projektionsbelichtungsanlage dar. Die Beleuchtungsoptik hat die Aufgabe, ein scharfkantig begrenztes Feld homogen zu beleuchten und dabei die Beleuchtungswinkelverteilung bzw. Austrittspupille eines Objektfeldpunktes entsprechend den Vorgaben zu strukturieren.
In die Objektfeldebene 7 werden zur Chip-Produktion Retikels bzw. Masken eingebracht. Diese Masken werden mittels des durch die Beleuchtungsoptik präparierten Beleuchtungstrahlbündels 12 beleuchtet. Das Projektionsobjektiv 8 bildet die beleuchtete Maske in eine weitere Feldebene, die Bildfeldebene 10 ab. Dort befindet sich ein Substrat 9, welches an seiner Oberseite eine photosensitive Schicht trägt. Die Maskenstrukturen werden durch das Projektionsobjektiv 8 in entsprechende belichtete Bereiche der photosensitiven Schicht übertragen.
Nach dem Belichtungsprozessschritt wird das belichtete Substrat 9 nachfolgenden Prozessschritten unterworfen, wie z. B. dem Ätzen. In der Regel erhält das Substrat 9 anschließend eine neue photosensitive Schicht und wird einem neuen Belichtungsprozessschritt unterzogen. Diese Prozessschritte werden solange wiederholt, bis der fertige Mikrochip bzw. das fertige mikrostrukturierte Bauelement erhalten wird.
10 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Die Elemente in 10, die denjenigen in 9 entsprechen, sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Projektionsbelichtungsanlage in 10 unterscheidet sich von der Projektionsbelichtungsanlage in 9 lediglich in der Beleuchtungsoptik. Die Beleuchtungsoptik in 10 unterscheidet sich von der Beleuchtungsoptik in 9 dadurch, dass der Stab 5 bzw. das Spiegelkaleidoskop 5 zur Erzeugung sekundärer Lichtquellen fehlt. Ferner unterscheidet sich die Beleuchtungsoptik in 10 dadurch, das ein felddefinierendes Element 3c (auf Englisch: field defining element, FDE) nicht nur für die Erzeugung der notwendigen Feldwinkel in der Pupillenebene sorgt, sondern auch, durch den Aufbau als zweistufiger Wabenkondensor, für die Erzeugung der sekundären Lichtquellen sorgt. Somit beinhaltet das felderzeugende Element 3c in 3 sowohl die Funktionalität des refraktiven optischen Elements (ROE) 3b aus 9, als auch die Funktionalität des Stabes 5 bzw. Kaleidoskops 5 aus 9. Das felderzeugende Element 3c, ausgeführt als zweistufiger Wabenkondensor, führt einerseits die notwendigen Feldwinkel in der Pupillenebene ein und erzeugt andererseits die sekundären Lichtquellen in der Pupillenebene. Dadurch wird in den nachfolgenden Feldebenen der Beleuchtungsoptik eine entsprechende Feldform mit einer gewünschten homogenisierten Intensitätsverteilung über das Feld durch die Überlagerung von Licht der sekundären Lichtquellen erzeugt.
Die 11 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Pupillenformungseinheit für eine Beleuchtungsoptik für eine lithographische Projektionsbelichtungsanlage, wie sie z. B. in 9 oder 10 dargestellt ist. Hierbei dient die erfindungsgemäße Pupillenformungseinheit aus 11 als Ersatz für die Pupillenformungseinheit 2 der Projektionsbelichtungsanlage gemäß den 9 oder 10. Der Einsatz der Pupillenformungseinheit der 11 ist jedoch nicht auf diese Projektionsbelichtungsanlagen begrenzt. Die Pupillenformungseinheit der 11 endet in der Pupillenebene 44, die sich in 9 in der Nähe des refraktiven optischen Elements 3b und in 10 in der Nähe des Felderzeugenden Elementes 3c befindet und im Rahmen dieser Anmeldung als erste Systempupille des Beleuchtungssystems gelten soll. Anstatt einem DOE 3a in 9 und in 10 sorgt eine Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) 38 für eine Beleuchtungswinkelverteilung, die sich in der Pupillenebene 44 zu einer Intensitätsverteilung in dieser Pupillenebene überlagert. Diese Intensitätsverteilung der Pupillenebenen 44 entspricht der Intensitätsverteilung in der Austrittspupille bzw. der Beleuchtungswinkelverteilung eines Objektfeldpunktes, sofern eine ideale Fourieroptik zur Übertragung zugrunde gelegt wird. Ein Beleuchtungsstrahlbündel 12 einer Lichtquelle wird durch einen erfindungsgemäßen Umlenkspiegel 30 umgelenkt und durch einen Wabenkondensor 32 in einzelne Teilbeleuchtungsstrahlbündel zerlegt und nachfolgend durch eine Teleskopoptik 34, bzw. eine Relais-Optik 34, bzw. einen Kondensor 34 auf ein Linsenarray 36 geleitet. Der erfindungsgemäße dielektrische Umlenkspiegel 30 entspricht in seinem Reflektivitätsverhalten den Ausführungsbeispielen zu den 6 und 8. Das Linsenarray 36 konzentriert die Teil-Beleuchtungsstrahlbündel auf die einzelnen Spiegel der Mehrfachspiegelanordnung 38. Die einzelnen Spiegel der Mehrfachspiegelanordnung 38 können unterschiedlich gekippt werden, d. h. wenigstens ein Teil der Spiegel der Mehrfachspiegelanordnung sind um wenigstens eine Achse zur Veränderung eines Einfallswinkels des zugehörigen Teilbeleuchtungsstrahlbündels drehbar, so dass in der Pupillenebene 44 unterschiedliche Intensitätsverteilungen einstellbar sind. Die von den Spiegeln der Mehrfachspiegelanordnung 38 ausgehenden Teilbeleuchtungsstrahlbündel werden durch eine nachfolgende Streuscheibe 40 und eine nachfolgende Kondensoroptik 42 in die Pupillenebene 44 bzw. Systempupille des Beleuchtungssystems abgebildet. Auch in der, in 11 nicht näher dargestellten Teleskopoptik 34 können verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegeln eingesetzt werden, wie nachfolgend anhand der 12 bis 15 näher erläutert wird.
Die 12 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Pupillenformungseinheit mit mindestens einem erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel bestehend aus einem Wabenkondensor 32, einer Kondensor- bzw. Relais- oder Teleskopoptik 34, einen Linsenarray 36 und einer Mehrfachspiegelanordnung 38 (Multi-Mirror-Array, MMA). Da der Wabenkonsensor 32 zur Gewährleistung einer hohen Auflösung bei der Strukturierung der Intensitätsverteilung in der Systempupille des Beleuchtungssystems nicht wesentlich die Divergenz des Beleuchtungsstrahlbündels erhöhen darf, ist es notwendig, dass ein Kondensor, bzw. eine Teleskopoptik, bzw. eine Relais-Optik 34 mit großer Brennweite, diese niedrigen Divergenzwerte in korrespondierende Höhen gegenüber der optischen Achse auf der Mehrfachspiegelanordnung 38 übersetzt. Aus bauraumtechnischen Gründen ist es daher sinnvoll, diese Teleskopoptik 34 mit großer Brennweite, durch Prismen oder Spiegel entsprechend zu falten. Insbesondere erfindungsgemäße dielektrische Spiegel sind hierbei aufgrund ihrer Höchstreflektivität und ihrer Laserstabilität für diese Faltungsaufgabe vorzuziehen, da die Gesamttransmission der Projektionsbelichtungsanlage von der Reflektivität dieser Spiegel abhängt und sich die Gesamttransmission auf den Durchsatz an zu belichtenden Wafern auswirkt. Aufgrund der niedrigen Divergenzen und Bündelquerschnitte an den genannten Einsatzorten müssen hier Spiegel eingesetzt werden, welche hohe Laserpulsenergiedichten von bis zu 250 mJ/cm² aushalten können. Die erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel innerhalb der Teleskopoptik 34 weisen hierbei insbesondere bei Einfallswinkeln zwischen 33° und 52° eine gute Reflektivität und eine geringe Reflektivitäts- bzw. Phasenaufspaltung zwischen s- und p-polarisiertem Licht auf, wie sie in den Ausführungsbeispiel zu den 6 und 8 gezeigt sind.
13 zeigt schematisch eine alternative erfindungsgemäße Pupillenformungseinheit mit mindestens einem erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegels, bei der zur Erzeugung der Lichtmischung der Wabenkondensor 32 aus 12 gegen einen entsprechenden Stab 32a, eine Lichtleitfaser 32a, ein Lichtleitfaserbündel 32a oder ein Kaleidoskop 32a aus erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegeln getauscht wurde. Diese erfindungsgemäßen Spiegel des Kaleidoskops 32a weisen hierbei entsprechend den erfindungsgemäßen Spiegeln des Kaleidoskops 5 für hohe Einfallswinkel eine gute Reflektivität und eine geringe Reflektivitäts- bzw. Phasenaufspaltung zwischen s- und p-polarisiertem Licht auf, wie sie in den Ausführungsbeispielen zu den 3 und 5 gezeigt sind. Ferner können die dargestellten Umlenkprismen der Teleskopoptik 34 in 13 durch erfindungsgemäße dielektrische Spiegel ersetzt werden, wie oben schon zur 12 diskutiert.
14 zeigt schematisch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Pupillenformungseinheit mit mindestens einem erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel. Bei dieser Ausführungsform ist die Relais-Optik, bzw. die Kondensor-Optik, bzw. die Teleskopoptik 34 in zwei separate Relais-Optiken 34a und 34b aufgeteilt. Als Lichtmischungseinrichtung 32b dient in 14 im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen ein optisches System, welches aus „Hilfslinsen” von zwei zueinander senkrecht stehenden dünnen optischen Platten gebildet wird. Die beiden dünnen senkrecht zueinander stehen Platten sorgen für die entsprechende Lichtmischung auf der Mehrfachspiegelanordnung 38. Alternativ ist es möglich die beiden Platten durch jeweils zwei sich gegenüberliegende erfindungsgemäße dielektrische Spiegel zu ersetzen, um damit einen Kaleidoskop- bzw. Lichtmischungseffekt in jeweils einer Richtung zu erzeugen. Die erfindungsgemäßen Spiegel eines solchen Kaleidoskops weisen hierbei entsprechend den erfindungsgemäßen Spiegeln des Kaleidoskops 5 für hohe Einfallswinkel eine gute Reflektivität und eine geringe Reflektivitäts- bzw. Phasenaufspaltung zwischen s- und p-polarisiertem Licht auf, wie sie in den Ausführungsbeispielen zu den 3 und 5 gezeigt sind. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß 14 sorgt eine optionale Strahlformungseinheit 31a für eine Anpassung der Größe und der Divergenz des Beleuchtungsstrahlbündels. Durch die beiden Schnittebenen 31b senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung ist angedeutet, dass erfindungsgemäße dielektrische Spiegel der Pupillenformungseinheit, bzw. der Konditionierungseinheit der Beleuchtungsoptik, sich auch vor der Gehäusewand der Beleuchtungsoptik, angedeutet durch 31b, befinden können. In der 14 sind der Übersichtlichkeit halber keinerlei Umlenkelemente eingezeichnet, jedoch lässt sich der Einsatzort solcher Elemente in der 14 immer dort erkennen, wo der eingezeichnete Lichtstrahl seine Richtung ändert. An diesen Stellen ist der Einsatz von erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegeln vorzuziehen, da aufgrund der niedrigen Divergenzen und Bündelquerschnitte an den genannten Einsatzorten hier Spiegel eingesetzt werden müssen, welche hohe Laserpulsenergiedichten von bis zu 250 mJ/cm² aushalten können und dabei gleichzeitig eine hohe Reflektivität aufweisen. Die erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel weisen hierbei insbesondere bei Einfallswinkeln zwischen 33° und 52° eine gute Reflektivität und eine geringe Reflektivitäts- bzw. Phasenaufspaltung zwischen s- und p-polarisiertem Licht auf, wie sie in den Ausführungsbeispielen zu den 6 und 8 gezeigt sind.
15 zeigt schematisch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pupillenformungseinheit mit einem erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel. In dieser Ausführungsform dient eine optische Konditionierungseinheit 32c dazu, dass Beleuchtungsstrahlbündel am Ausgang der Konditionierungseinheit 32c zu symmetrisieren, ohne dabei auf die Polarisationseigenschaften des Lichtes zur Symmetrisierung zurückzugreifen. Die Funktionsweise der optischen Konditionierungseinheit 32c basiert darauf, dass ein Teil des Beleuchtungsstrahlbündels durch die erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel 37a und 37b umgelenkt wird, wobei dieser Teil des Beleuchtungsstrahlbündels ein sogenanntes Dove-Prisma 35 passiert. Innerhalb des Dove-Prismas 35 erfolgt die eigentliche Spiegelung bzw. Symmetrisierung des Teilbelichtungsstrahlbündels, so dass am Ausgang der optischen Konditionierungseinheit 32c ein Belichtungsstrahlbündel vorliegt, das aus zwei zueinander, gegenüber einer Achse entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichts, symmetrisierten Teilbelichtungsstrahlbündeln gebildet ist.
Auch beim Ausführungsbeispiel zu 15 sind, ebenso wie zu den Ausführungsbeispielen zu 13 oder 14, insbesondere erfindungsgemäße dielektrische Spiegel aufgrund ihrer Höchstreflektivität und ihrer Laserstabilität für die Strahlumlenkung vorzuziehen. In der 15 sind die Spiegel 37a und 37b der Konditionierungseinheit 32c explizit eingezeichnet, hingegen wurde auf die Darstellung des Umlenkspiegels innerhalb der Teleskopoptik 34 der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1749222 B1 [0002, 0004]
- DE 102008008019 [0023]

Claims

Hochreflektierender dielektrischer Spiegel dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel mindestens einen gemischten Schichtstapel (B) aus einer Folge von fluoridischen und oxidischen Schichten aufweist.
Dielektrischer Spiegel nach Anspruch 1, wobei der Spiegel mindestens einen weiteren fluoridischen Schichtstapel (A) aufweist.
Dielektrischer Spiegel nach Anspruch 2, wobei der fluoridische Schichtstapel (A) den Spiegel gegenüber einem Umgebungsmedium abschließt und an den gemischten Schichtstapel (B) angrenzt.
Dielektrischer Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Brechzahldifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten des gemischten Schichtstapels (B) größer als 0,35, insbesondere größer als 0,4 beträgt.
Dielektrischer Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Schichtdicke einer Schicht sich in Richtung entlang der Spiegeloberfläche um mehr als 10% bezogen auf die maximale Schichtdicke der Schicht ändert.
Dielektrischer Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Schichtstapel (A; B) in Richtung der Flächennormalen des Spiegels mindestens zwei unterschiedliche Perioden von zwei aufeinanderfolgenden Schichten aus einem hoch- und einem niedrigbrechenden Material aufweist.
Dielektrischer Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spiegel bei einer Wellenlänge von 193 nm und Einfallswinkeln zwischen 33° und 52° eine maximale Differenz der Reflektivität von s-polarisiertem Licht (Rs) zu der Reflektivität von p-polarisiertem Licht (Rp) von weniger als 4%, insbesondere von weniger als 2% aufweist.
Dielektrischer Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spiegel bei einer Wellenlänge von 193 nm und Einfallswinkeln zwischen 33° und 52° eine Reflektivität für s-polarisiertes Licht (Rs) und/oder p-polarisiertes Licht (Rp) und/oder unpolarisiertes Licht (Ra) von größer 96%, insbesondere von größer 97,5% aufweist.
Dielektrischer Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spiegel bei einer Wellenlänge von 193 nm und einem Einfallswinkel von 75° eine Differenz der Reflektivität von s-polarisiertem Licht (Rs) zu der Reflektivität von p-polarisiertem Licht (Rp) von weniger als 14%, insbesondere von weniger als 11% aufweist.
Dielektrischer Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gemischte Schichtstapel (B) mehr als 10 Schichten aufweist.
Dielektrischer Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spiegel mindestens einen weiteren oxidischen Schichtstapel (C) aufweist.
Dielektrischer Spiegel nach Anspruch 11, wobei sich der gemischte Schichtstapel (B) aus fluoridischen und oxidischen Schichten zwischen einem oxidischen Schichtstapel (C) und einem fluoridischen Schichtstapel (A) befindet.
Dielektrischer Spiegel nach Anspruch 12, wobei der gemischte Schichtstapel (B) zur Anpassung der Schichtspannungen des fluoridischen Schichtstapels (A) an den oxidischen Schichtstapel (C) dient und hierzu mehr als 4 Schichten, insbesondere mehr als 6 Schichten aufweist.
Verfahren zur Herstellung hochreflektierender dielektrischer Spiegel durch Abscheiden einer Folge von dielektrischen Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen einem oxidischen Schichtstapel (C) bestehend aus oxidischen Schichten und einem fluoridischen Schichtstapel (A) bestehend aus fluoridischen Schichten ein gemischter Schichtstapel (B) bestehend aus oxidischen und fluoridischen Schichten mit mehr als 4 Schichten, insbesondere mehr als 6 Schichten zur Anpassung von Spannungen des fluoridischen Schichtstapels (A) an Spannungen des oxidischen Schichtstapel (C) abgeschieden wird.
Verfahren zur Herstellung hochreflektierender dielektrischer Spiegel durch Abscheiden einer Folge von dielektrischen Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemischten Schichtstapel (B) bestehend aus oxidischen und fluoridischen Schichten mit mehr als 10 Schichten zur Erzielung von hohen Reflektivitäten abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt ein fluoridischer Schichtstapel (A) bestehend aus fluoridischen Schichten auf dem gemischten Schichtstapel (B) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die oxidischen Schichten des gemischten Schichtstapels (B) beim Vakuumbedampfen einem gesteuerten Ionenbeschuss unterliegen, wodurch insbesondere die Spannungen der Schichten eingestellt werden.
Dielektrischer Spiegel hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17.
Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit mindestens einem dielektrischen Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 18.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 19 mit mindestens einer Mehrfachspiegelanordnung (38) (Multi-Mirror-Array, MMA) bestehend aus mehr als 1000 und weniger als 40000 Spiegeln mit einer Flächenausdehnung von 2 cm² bis 80 cm².
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 20 mit mindestens einer Homogenisierungsoptik bzw. Konditionierungsoptik (32; 32a; 32b; 32c) in Lichtrichtung vor der Mehrfachspiegelanordnung (38) (Multi-Mirror-Array, MMA), wobei die Homogenisierungsoptik bzw. Konditionierungsoptik (32; 32a; 32b; 32c) die Divergenz eines durch Sie hindurchtretenden Beleuchtungsstrahlbündels (12) um weiniger als das vierfache erhöht und der mindestens eine dielektrische Spiegel Bestandteil der Homogenisierungsoptik bzw. Konditionierungsoptik (32; 32a; 32b; 32c) ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 20 oder 21 mit einer Teleskopoptik (34) in Lichtrichtung vor dem Mehrfachspiegelanordnung (38) (Multi-Mirror-Array, MMA) mit einer Brennweite von größer als 2 m, insbesondere größer als 5 m, wobei der mindestens eine dielektrische Spiegel Bestandteil der Teleskopoptik (34) ist.