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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Facettenspiegel für
den Einsatz in der EUV-Lithographie mit mindestens einer Facette,
die eine Viellagenstruktur aufweist, die für die Reflexion
von elektromagnetischer Strahlung im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich
ausgelegt ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf Beleuchtungssysteme sowie
Projektionsbelichtungsanlagen, die bei einer Wellenlänge
im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich betrieben
werden, mit derartigen Facettenspiegeln.
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Um
bei der Produktion von Halbleiterbauelementen mit lithographischen
Methoden immer feinere Strukturen erzeugen zu können, wird
mit immer kurzwelligerem Licht gearbeitet. Arbeitet man im extremen
ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich, etwa insbesondere
bei Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm, lässt
sich nicht mehr mit linsenartigen Elementen in Transmission arbeiten,
sondern werden Beleuchtungs- und Projektionsobjektive aus Spiegelelementen
mit an die jeweilige Arbeitswellenlänge angepasste Reflexbeschichtungen
auf der Grundlage von Viellagensystemen aufgebaut.
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Bei
Beleuchtungssystemen für Wellenlängen kleiner
100 nm besteht das Problem, dass häufig die Lichtquelle
derartiger Beleuchtungssysteme Strahlung emittiert, die Wellenlängen
aufweist, die außerhalb des Wellenlängenbandes
liegt, für die in das Beleuchtungssystem bzw. die Projektionsbelichtungsanlage,
in der das Beleuchtungssystem eingesetzt ist, ausgelegt ist. Diese
elektromagnetische Strahlung, die außerhalb des Arbeitswellenlängenbandes liegt,
kann zu einer unerwünschten Belichtung des lichtsensitiven
Objektes in der Waferebene der Projektionsbelichtungsvorrichtung
führen. Außerdem kann es die optischen Komponenten
soweit erwärmen, dass durch Verformung der optischen Komponenten
Abbildungsfehler entstehen und/oder die Reflektivität beispielsweise
von Viellagenspiegeln, die sehr häufig bei Wellenlängen
im Bereich von 5 bis 20 nm eingesetzt werden, beeinträchtigt
wird. Erschwerend kommt hinzu, dass Viellagenspiegel nicht nur bestimmte
EUV-Wellenlängen, für die sie optimiert wurden,
mit höherer Reflektivität reflektieren, sondern
oft auch Wellenlängen ab etwa 130 nm und mehr. Daher wird
elektromagnetische Strahlung aus dem tief ultravioletten (DUV) Wellenlängenbereich (insbesondere
ca. 130 nm bis 330 nm) bzw. aus dem ultravioletten (UV) Bereich,
dem sichtbaren (VIS) und dem Infrarotbereich (IR) durch das gesamte
Beleuchtungssystem bzw. durch die gesamte Projektionsbelichtungsanlage
geführt, was zu Fehlbelichtungen führen kann.
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Zum
Ausfiltern bzw. Abschwächen dieser unerwünschten
Strahlung werden Spektralfilter eingesetzt. Bevorzugt werden die
Spektralfilter so früh wie möglich im Strahlengang
eingesetzt, um Beeinträchtigungen der Abbildungseigenschaften
und eine hohe Wärmelast möglichst weitgehend zu
vermeiden. Häufig wird die erste optische Komponente als Kollektorspiegel
ausgebildet, der zusätzlich Spektralfilterfunktionen übernimmt.
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Die
WO 2005/119365 A2 beschreibt
einen reflektiven Spektralfilter für den EUV-Wellenlängenbereich,
der eine Viellagenstruktur aufweist, die schräg angeschnitten
ist, so dass ein Sägezahn- oder geblazetes Gitter gebildet
wird. Die Viellagenstruktur weist dabei deutlich mehr als tausend
Absorber-Spacer-Paare auf, was deren Herstellung sehr zeit- und
kostenintensiv macht. Die Arbeitswellenlänge, bei der die
EUV-Lithographie durchgeführt werden soll, wird herkömmlich über
Bragg-Reflexion an den Grenzflächen der Viellagenstruktur
reflektiert, während die EUV-Strahlung in angrenzenden
Wellen von der Viellagenstruktur absorbiert wird. Wellenlängen
im UV-, VIS- und IR-Bereich werden hingegen an den Schrägen
spiegelnd reflektiert und dadurch aus dem Strahlengang herausgelenkt.
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In
der
JP 06-027297 A wird
vorgeschlagen, einen reflektiven Spektralfilter für den
weichen Röntgenwellenlängenbereich auf der Grundlage
einer Viellagenstruktur schräg anzuschneiden. Dabei wird der
Schnittwinkel so gewählt, dass bei streifendem Einfall
nahe dem Grenzwinkel zur Totalreflexion der Winkel des einfallenden
Strahls zur angeschnittenen Oberfläche größer
ist als der Winkel des einfallenden Strahls zu den Grenzflächen
der Lagen der Viellagenstruktur. Dadurch werden die Streustrahlung
und die Reflexion von Strahlung unter einem abweichenden Einfallswinkel
unterdrückt, um nur eine enges Wellenlängenband
zu reflektieren.
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Eine
häufig in der EUV-Lithographie verwendete Kategorie von
Projektionsbelichtungsanlagen wird in der
US 7,091,505 B2 beschrieben.
Dabei handelt es sich um eine Projektionsbelichtungsanlage, die
in einem Scanmodus entlang einer Scanrichtung mit einer Wellenlänge
im EUV-Bereich betrieben wird.
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Facettenspiegel
sind unter anderem aus der
EP
0 955 641 A1 bekannt. Häufig sind zwei Facettenspiegel
in Projektionsbelichtungsanlagen für die EUV-Lithographie
vorgesehen, von denen einer als Feldfacettenspiegel dient, mit dessen
Hilfe eine Vielzahl von Abbildern der Strahlungsquelle der Projektionsbelichtungsanlage
in eine Pupillenebene projiziert werden, in der ein zweiter Facettenspiegel
angeordnet ist, der als Pupillenfacettenspiegel dient und die Abbilder
der Facetten des ersten Facettenspiegels in der Masken- bzw. Retikelebene überlagert, um
eine möglichst homogene Ausleuchtung zu ermöglichen.
Durch die jeweilige Anordnung der einzelnen Facetten der Facettenspiegel
lassen sich verschiedene Ausleuchtungsgeometrien einstellen, beispielsweise
die Ausleuchtung eines Rechtecks oder eines Ringes oder Ringsegments
o. a.. Die ausgeleuchtete Struktur des Maske bzw. des Retikels kann anschließend
auf einen zu belichtenden Wafer projiziert werden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die bereits bekannten
optischen Elemente zum Filtern elektromagnetischer Strahlung, insbesondere
für den Einsatz in der EUV-Lithographie, weiterzuentwickeln.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch einen Facettenspiegel für
den Einsatz in der EUV-Lithographie mit mindestens einer Facette,
die eine Viellagenstruktur aufweist, die für die Reflexion
von elektromagnetischer Strahlung im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich
ausgelegt ist, gelöst, wobei die Oberfläche der
Viellagenstruktur gegen die Grenzflächen der Lagen der
Viellagenstruktur verkippt ist.
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Es
hat sich herausgestellt, dass die Ausgestaltung von Facetten eines
Facettenspiegels als Spiegel mit spektraler Filterwirkung eine Reihe
von Vorteilen mit sich bringt. Zum einen ist insbesondere bei der
Ausgestaltung als Feldfacettenspiegel das einfallende Strahlenbündel
weit aufgefächert, so dass die Wärmelast, die
auf jeder einzelnen Facette durch das auftreffende Falschlicht verursacht
wird, sich auf die einzelnen Facetten verteilt, so dass die Wärmelast
auf jeder einzelnen Facette geringer ist. Unter Falschlicht werden
dabei alle Wellenlängen verstanden, die nicht in das jeweilige
Arbeitswellenlängenband der Projektionsbelichtungsanlage
im EUV-Bereich fallen. Besonders störende Wellenlängenbereiche
sind etwa die Wellenlängen zwischen 100 und 400 nm. Falls
als Strahlungsquelle eine Plasmaquelle eingesetzt werden sollte,
die durch einen Infrarotlaser angeregt wird, können auch
störende Anteile höherer Intensität im
infraroten Wellenlängenbereich hinzukommen. In Belichtungssystemen von
EUV-Projektionsbelichtungsanlagen können die Abstände
zwischen einzelnen optischen Komponenten, insbesondere den Spiegeln
in der Größenordnung von 1 m liegen, und bereits
sehr kleine Winkel reichen aus, um mit Hilfe der vorgeschlagenen
Facettenspiegeln bis zum jeweils nächsten optischen Element
eine hinreichende spektrale Trennung zwischen der Arbeitswellenlänge
im EUV-Bereich und im Falschlichtanteil, insbesondere im Wellenlängenbereich
von 100 bis 400 nm zu erreichen. Das macht eine Herstellung der
einzelnen Spiegelfacetten durch einfaches Polieren möglich.
Insbesondere muss die Anzahl der Lagen der Viellagenstruktur nur
um eine geringe Anzahl verglichen mit der Viellagenstruktur einer
herkömmlichen Spiegelfacette erhöht werden, bei
der die Oberfläche parallel zu den Grenzflächen der
Lagen der Viellagenstruktur bzw. zur Oberfläche des Substrates,
auf dem die Viellagenstruktur aufgebracht ist, verläuft.
Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass an den einzelnen Spiegelfacetten
kein Streulicht entsteht, da keine diffraktiven Strukturen vorliegen.
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Facettenspiegel
mit den hier beschriebenen Facetten können sowohl als Feldfacettenspiegel
als auch als Pupillenfacettenspiegel eingesetzt werden.
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Vorzugsweise
weisen alle Facetten des Facettenspiegels eine Viellagenstruktur
auf, die für die Reflexion von elektromagnetischer Strahlung
im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich ausgelegt sind,
wobei die Oberflächen aller Viellagenstrukturen gegen die
Grenzflächen der Lagen der Viellagenstruktur verkippt sind.
Damit kann eine optimale Nutzung der spektralen Filterfunktion in
Verbindung mit den genannten Vorteilen erreicht werden.
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In
bevorzugten Ausführungsformen sind die Oberfläche
der Viellagenstruktur und/oder die die Grenzflächen der
Lagen der Viellagenstruktur gekrümmt. Die Krümmung
kann dabei beliebig sein und kann an zusätzliche optische
Anforderungen an den Facettenspiegel wie etwa fokussierende Wirkung, Korrektur
von Abbildungsfehlern etc. angepasst werden. Eine Möglichkeit,
gekrümmte Grenzflächen der Lagen der Viellagenstruktur
herzustellen, besteht beispielsweise darin, die Oberfläche
eines Substrats, auf das die Viellagenstruktur aufgebracht wird,
mit einer entsprechenden Krümmung zu versehen.
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Bevorzugt
sind die Oberfläche der Viellagenstruktur und die Grenzflächen
der Lagen der Viellagenstruktur sphärisch ausgebildet.
Sphärische Oberflächen lassen sich besonders einfach
durch Polieren herstellen und haben zudem eine fokussierende Wirkung.
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In
besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Obefläche
der Viellagenstruktur als zwei oder mehr gegeneinander verkippte
Teilflächen ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das
Falschlicht im einfallenden Strahlenbündel an jeder Teilfläche
in einen Teilstrahl aufgespalten wird, der an eine jeweils andere
Stelle abgelenkt und dann durch unterschiedliche Maßnahme
wie Blenden, Lichtfallen oder zusätzliche optische Elemente
aus dem Strahlenbündel herausgenommen werden kann. Besonders
bevorzugt ist die Oberfläche der Viellagenstruktur als
zwei gegeneinander verkippte sphärische Teilflächen
ausgebildet. Dies lässt sich wiederum durch einfaches Polieren
ohne größeren Aufwand herstellen und führen
zu einer fokussierenden Wirkung.
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In
einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch ein Beleuchtungssystem
für eine Projektionsbelichtungsanlage gelöst,
die mit einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich
betrieben wird, und einen Facettenspiegel wie bereits beschrieben
aufweist. Das spektrale Filtern im Beleuchtungssystem einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage,
insbesondere durch einen Feldfacettenspiegel und/oder einen Pupillenfacettenspiegel
hat den besonderen Vorteil, dass die Modifikation der Spiegelfacetten,
um ihnen die Funktion eines Spektralfilters zu verleihen, in der
Regel lediglich zu Defokussierungen bzw. der Drift eines Fokus führt,
was sich mit relativ geringem Aufwand korrigieren lässt.
Nimmt man die spektrale Filterung im Projektionssystem vor, kann
es zu Wellenfrontaberrationen kommen, die aufwendiger zu korrigieren
sind.
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In
bevorzugten Ausführungsformen ist der Facettenspiegel mit
den zuvor beschriebenen Facetten als Feldfacettenspiegel ausgebildet
und ist neben einer Lichtquelle auch ein Pupillenfacettenspiegel vorgesehen,
auf den der Feldfacettenspiegel von der Lichtquelle emittierte Strahlungen
lenkt, wobei der Pupillenfacettenspiegel eine oder mehrere Lichtfallen aufweist.
Die Lichtfallen sind auf dem Pupillenfacettenspiegel vorzugsweise
dort angeordnet, wohin der Falschlichtstrahl von jedem Feldfacettenspiegel
nach erfolgter spektraler Trennung vom Arbeitswellenlängenband
im EUV-Bereich hin abgelenkt wird. Die Lichtfallen können
beliebig ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich dabei um
hochabsorbierende Schichten handeln, die das auftreffende Falschlicht
zu einem großen Teil absorbieren. Es kann sich um Ausnehmungen
im Pupillenfacettenspiegel handeln, durch die das Falschlicht durchtritt und
damit das System verlässt. Die Lichtfallen können
als Hohlkörper ausgebildet sein, in denen das Falschlicht
quasi ausläuft. Die Lichtfallen können auch als
Blenden ausgebildet sein, die in ihrer Form an die Verteilung der
Falschlichtstrahlen und EUV-Strahlen derart angepasst sind, dass
lediglich die Falschlichtstrahlen ausgeblendet werden. Besonders
bevorzugt werden die Pupillenfacetten derart angeordnet, dass die
Falschlichtstrahlen durch die Zwischenräume zwischen den
einzelnen Pupillenfacetten durchtritt. Vorteilhafterweise stehen
die Lichtfallen im thermischen Kontakt mit einem Kühlsystem, um
die thermische Leistung des Falschlichtes abführen zu können.
Bevorzugt wird dabei das Kühlsystem des Pupillenfacettenspiegels
eingesetzt, falls ein solches vorhanden ist. Als vorteilhaft hat
es sich auch erwiesen, in einer oder mehreren Lichtfallen einen oder
mehrere Sensoren vorzusehen, beispielsweise zur Messung der Strahlungsintensität.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Beleuchtungssystems
ist ebenfalls der Facettenspiegel mit den oben beschriebenen Facetten als
Feldfacettenspiegel ausgebildet und sind eine Lichtquelle und ein
Pupillenfacettenspiegel vorgesehen, auf den der Feldfacettenspiegel
von der Lichtquelle emittierte Strahlung lenkt, wobei der Pupillenspiegel
einen oder mehrere Spiegel aufweist, die derart ausgerichtet sind,
dass Strahlung zurück in Richtung Lichtquelle reflektiert
werden kann. Vorteilhafterweise werden diese Spiegel eingesetzt,
um Falschlicht zurück in Richtung Lichtquelle zu reflektieren,
während die EUV-Strahlung, insbesondere im Arbeitswellenlängenband
in herkömmlicher Art und Weise an den einzelnen Pupillenfacetten
weiter Richtung Retikel bzw. Maske gelenkt wird. Durch die Verwendung
von Spiegeln, um das Falschlicht aus dem Strahlengang zu lenken,
wird ermöglicht, dass Falschlicht in bisher ungenutzte
Ecken des Beleuchtungssystemes zu lenken, an denen auch größer
dimensionierte Lichtfallen bzw. damit verbundene Kühlsysteme eingebaut
werden können, ohne die optische Funktion des Beleuchtungssystems
zu stören. Besonders bevorzugt werden die Spiegel für
das Reflektieren von Infrarotfalschlicht eingesetzt. Vorzugsweise
weist der mindestens eine Spiegel eine Metalloberfläche,
eine Aluminiumoberfläche, eine Siliziumoberfläche
oder ein hochreflektierendes Schichtsystem auf.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass der Facettenspiegel mit den oben beschriebenen
Facetten als Pupillenfacettenspiegel ausgebildet sein kann, wobei Lichtfallen
oder Ablenkspiegel auf einem der im Strahlengang nachfolgenden optischen
Elemente des Beleuchtungssystems angeordnet sein können oder
auch auf dem Retikel bzw. der Maske selbst.
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In
einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch eine Projektionsbelichtungsanlage
gelöst, die mit einer Wellenlänge im extrem ultravioletten
Wellenlängenbereich betrieben wird und die einen wie zuvor
beschriebenen Facettenspiegel aufweist, sowie durch eine Projektionsbelichtungsanlage,
die mit einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich
betrieben wird, die ein wie zuvor beschriebenes Beleuchtungssystem
aufweist.
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Die
vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen
Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form
von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung
und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie
für sich schutzfähige Ausführungen darstellen
können.
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Die
vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Dazu zeigen
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1 schematisch
ein erste Variante einer Facette eines Facettenspiegels;
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2 schematisch
eine zweite Variante einer Facette eines Facettenspiegels;
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3 schematisch
eine Ausführungsform eines Beleuchtungssystems;
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4 schematisch
eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie;
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5a,
b schematisch eine Anordnung von Feldfacetten einer ersten Ausführungsform
in Verbindung mit einer Anordnung von Pupillenfacetten;
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5c,
d Blenden zur Verwendung mit den Anordnungen aus den 5a,
b;
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6a,
b schematisch eine Anordnung von Feldfacetten einer zweiten Ausführungsform
in Verbindung mit einer Anordnung von Pupillenfacetten;
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7a schematisch
ein Pupillenfacettenanordnung in Draufsicht;
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7b,
c schematisch zwei Varianten einer Pupillenanordnung wie in 7a im
Schnitt mit Lichtfalle;
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8a schematisch
eine weitere Ausführungsform eines Beleuchtungssystems;
und
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8b schematisch
einen Schnitt durch einen Teil des Pupillenfacettenspiegels des
Beleuchtungssystems aus 8a.
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In 1 ist
schematisch eine erste Variante einer Facette 1 eines Facettenspiegels
dargestellt, die eine Viellagenstruktur 3 aufweist, deren
Oberfläche 7 gegen die Grenzflächen 6 der
Lagen 4, 5 der Viellagenstruktur 3 verkippt
ist. Bei der Viellagenstruktur 3 handelt es sich im Wesentlichen
um alternierend angeordnete Lagen eines bei der gewünschten
Arbeitswellenlänge etwas stärker absorbierenden Materials,
auch Absorber 4 genannt, und eines etwas weniger absorbierenden
Materials, auch Spacer 5 genannt. Über diese alternierenden
Lagen 4, 5 wird ein Kristall simuliert, wobei
die Absorberlagen 4 den Netzebenen entsprechen, an denen
Bragg-Reflexion stattfinden kann. Die Dicke eines Stapels aus Absorberlage 4 und
Spacerlage 5 kann über das gesamte Viellagensystem 3 konstant
oder auch variabel sein. Es können auch zusätzliche
Lagen zwischen Absorber 4 und Spacer 5 vorgesehen
sein. Die erste Lage auf dem Substrat 2 kann eine Absorberlage 4 oder eine
Spacerlage 5 sein. Auch die zum Vakuum hin abschließende
Lage kann sowohl eine Absorberlage 4 als auch eine Spacerlage 5 sein.
Sowohl zwischen Substrat 2 und Viellagensystem 3 als
auch auf dem Viellagensystem 3 zum Vakuum hin können
eine oder mehrere zusätzlichen Lagen vorgesehen sein.
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Bei
einer Viellagenstruktur 3 beispielsweise aus Molybdän
als Absorber und Silizium als Spacer zur Reflexion von EUV-Licht 8 einer
Wellenlänge von ca. 13,5 nm weist der Stapel aus Absorber
und Spacer eine Dicke d von ca. 7 nm auf. In der Regel dringt die
EUV-Strahlung 8 in etwa fünfzig Stapel hinein
und wird an jeder Molybdän-Silizium-Grenzfläche
reflektiert. Durch konstruktive Interferenz der Einzelreflexe im
Fernfeld entsteht ein EUV-Reflex mit einer Reflektivität
von mehr als 50%. Da sowohl für Silizium als auch für
Molybdän der Brechungsindex fast identisch 1 ist, erfolgt
an einer angeschrägten Fläche 7 mit Keilwinkel α wie
in 1 gezeigt kaum eine Richtungsänderung
des reflektierten EUV-Strahls 8. Bei einem Keilwinkel α von
1 mrad beträgt die Richtungsänderung lediglich
60 μrad. Der Falschlichtuntergrund mit Wellenlängen
von mehr als ca. 50 nm löst die Viellagenstruktur in einer
Größenordnung von 7 nm nicht mehr auf, so daß nur
noch eine spiegelnde Reflexion an der Oberfläche zum Vakuum
stattfinden kann. Dabei gilt aber entsprechend der geometrischen
Optik Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel. Bei einem Keilwinkel α von
1 mrad ergibt sich somit eine Richtungsänderung des Falschlichtstrahls 9 um
2 mrad. Sie ist demnach um einen Faktor 30 größer
als bei dem EUV-Strahl 8. Dies führt dazu, dass
in einer Entfernung von 1 m EUV-Strahl 8 und Falschlichtstrahl 9 bereits
um 2 mm räumlich von einander getrennt sind.
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In 2 ist
eine weitere Variante einer mit einem Viellagensystem 3 versehenen
Facette 1 eines Facettenspiegels dargestellt. Im Gegensatz
zu der in 1 dargestellten Variante sind
sowohl die Oberfläche des Substrates 2, auf der
die Viellagenstruktur 3 aufgebracht ist, als auch die angeschnittene
Oberfläche 7 der Viellagenstruktur 3 gekrümmt
ausgebildet. Sowohl in der in 1 dargestellten
Variante als auch in der in 2 dargestellten
Variante verlaufen die Grenzflächen 6 zwischen
den einzelnen Lagen 4, 5 der Viellagenstruktur 3 parallel
zur Oberfläche des Substrates 2. Je nach Anforderung
an die optischen Eigenschaften bzw. die spektrale Wirkung der Viellagenstruktur 3 bzw.
der Facette 1 können die Grenzflächen 6 und
die Oberfläche des Substrates 2 auch unterschiedliche
Verläufe haben. Bei der Ausführung mit gekrümmten
Oberflächen wie beispielsweise in 2 dargestellt,
können die Krümmungsverläufe der Grenzflächen 6 wie
auch der Oberfläche 7 beliebig sein. In der beispielhaft
in 2 dargestellten Variante haben sowohl die Oberfläche 7 als
auch die Grenzfläche 6 einen im Wesentlichen sphärischen Verlauf.
Dies führte zu einer fokussierenden Wirkung der Facette 1.
Der EUV-Strahl 8, der in der Viellagenstruktur 3 an
den einzelnen Grenzflächen 6 Bragg-reflektiert
wird, wird auf den Fokus 10 fokussiert. Der Falschlichtstrahl 9,
der an der Oberfläche 7 der Facette 1 spiegelnd
reflektiert wird, wird in den Fokus 11 fokussiert. Eine
fokussierende Wirkung wäre auch beispielsweise bei elliptischen
oder ähnlichen Verläufen erreichbar. In dem in 2 dargestellten
Beispiel weisen die Krümmung der Oberfläche 7 und
die Krümmungen der Grenzflächen 6 im
Wesentlichen den gleichen Krümmungsradius auf, so dass
sich die Brennpunkte 10 und 11 im Wesentlichen
in einer Ebene befinden. Je nach dem auf welche Weise das Falschlicht 9 aus
dem System entfernt werden soll, kann es auch sinnvoll sein, über
unterschiedliche Krümmungsradien die EUV-Strahlung 8 und
das Falschlicht 9 in unterschiedlichen Ebenen zu fokussieren.
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In 3 ist
schematisch eine Ausführungsform eines Beleuchtungssystems 20 dargestellt,
das Teil einer Projektionsbelichtungsvorrichtung für die EUV-Lithographie
sein kann. Ein Kollektorspiegel 23 ist um eine Lichtquelle
angeordnet, die von einem Plasmatröpfchen 22 gebildet
wird, das von einem Infrarotlaser 21 angeregt wird. Um
im EUV-Wellenlängenbereich hohe Strahlungsintensitäten
im Bereich um beispielsweise 13,5 nm zu erhalten, kann z. B. Zinn mittels
einem bei einer Wellenlänge von 10,6 μm arbeitenden
Infrarotlaser zu einem Plasma angeregt werden. Das Plasma emittiert
neben der Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich auch langwelligere
Strahlung, beispielsweise im UV-Wellenlängenbereich, insbesondere
im DUV-Wellenlängenbereich. Über den Infrarotlaser 21 wird
außerdem in höherem Maße Infrarotstrahlung
in das System eingetragen. Auf den Kollektor 23 folgen
ein Feldfacettenspiegel 24 mit einzelnen Feldfacetten 12 und
ein Pupillenfacettenspiegel 25 mit einzelnen Pupillenfacetten 13 mit.
Bevor die Strahlung auf ein Retikel 28 mit einer auf einen
Wafer zu projizierenden Struktur trifft, wird sie noch von einem
Faltspiegel 27 umgelenkt. Im in 8 dargestellten
Beispiel wird das Retikel 28 in y-Richtung abgescannt,
um dessen Struktur auf einen Wafer zu projizieren. Der Faltspiegel 27 hat
weniger optische Funktion, er dient vielmehr dazu, den Platzbedarf
des Beleuchtungssystems 20 zu optimieren.
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Das
Strahlbündel 26 im Beleuchtungssystem 20 trifft
auf die einzelnen Feldfacetten 12 des Feldfacettenspiegels 24.
Jede Feldfacette 12 ist mit einer Viellagenstruktur 3 ausgerüstet,
die für die Reflexion von EUV-Strahlung ausgelegt ist,
wobei die Oberfläche der Viellagenstruktur gegen Grenzflächen
der Lagen der Viellagenstruktur verkippt ist, wie beispielsweise
in Verbindung mit den 1 und 2 erläutert.
Wie bereits erläutert, findet dadurch an den Facetten 12 des
Feldfacettenspiegels 24 eine spektrale Trennung des auftreffenden
Strahlenbündels 26 in einen EUV-Strahl 8 mit
einem schmalen Wellenband um die Arbeitswellenlänge und
in einen Falschlichtstrahl 9 statt, dessen Strahlung Wellenlängen
im UV-Bereich und darüber aufweist. Handelt es sich beispielsweise
bei der Viellagenstruktur um ein Viellagensystem mit Molybdän
als Absorber und Silizium als Spacer und einer Stapeldicke d von
7 nm für Arbeitswellenlängen um 13,4 nm, so wird
diese Struktur bereits ab Wellenlängen von etwa 50 nm nicht
aufgelöst, so dass nur noch eine Reflexion an der gekippten
Oberfläche 7 stattfinden kann. Liegt der Winkel α zwischen
dem Verlauf der Grenzflächen zwischen den Lagen der Viellagenstruktur
und der dagegen verkippten Oberfläche bei beispielsweise
1 mrad, so ergibt sich eine Richtungsänderung des Falschlichtstrahles
um 2 mrad, während die Richtungsänderung des UV-Strahls 8 lediglich
bei 60 μrad liegt. In einer Entfernung von einem Meter
liegen also der EUV-Strahl 8 und der Falschlichtstrahl 9 bereits
2 mm räumlich von einander getrennt. Im in 3 dargestellten
Beispiel 1 des Beleuchtungssystems 20 ist in dieser Entfernung
der Pupillenfacettenspiegel 25 angeordnet, wobei dessen
Pupillenfacetten 13 derart dimensioniert und angeordnet
sind, dass die von den jeweiligen Feldfacetten 12 reflektierte
EUV-Strahlung 8 auf die entsprechende Pupillenfacette 13 auftritt, während
das Falschlicht 9 im Wesentlichen in den Zwischenraum zwischen
zwei Facetten 13 gelenkt wird und damit aus dem System
entfernt wird. Am Pupillenfacettenspiegel 25 wird dadurch
primär nur noch der EUV-Strahl 8 bis zum Retikel 28 weitergelenkt.
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In 4 ist
in einer Prinzipansicht eine Projektionsbelichtungsanlage 100 für
die Herstellung von beispielsweise mikroelektronischen Bauteilen gezeigt,
die in einem Scanmodus entlang einer Scanrichtung 116 mit
einer Arbeitswellenlänge im EUV-Bereich betrieben wird
und die einen oder mehrere Facettenspiegel mit Spektralfilterfunktion
aufweisen kann.
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Die
in 4 gezeigte Projektionsbelichtungsanlage 100 umfasst
eine Lichtquelle 31, sowie einen Kollektor 30 zur
Ausleuchtung eines Retikels 114 mit Hilfe des Planspiegels 300 im
Strahlengang zwischen Kollektor 30 und dem Zwischenfokus
Z. Der Planspiegel 300 dient zur Faltung des Systems, um
Bauräume für mechanische und elektronische Komponenten
in der Objektebene, in der die Retikelhalterung angeordnet ist,
zur Verfügung zu stellen. Im Beleuchtungssystem folgen
ein Feldfacettenspiegel 102 und ein Pupillenfacettenspiegel 104,
wobei im hier dargestellten Beispiel der Feldfacettenspiegel 102 eine
oder mehrere Facetten aufweisen kann, wie sie beispielsweise im
Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben
wurden. Die anschließend angeordneten Spiegel 106, 108 und 110 dienen
im Wesentlichen dazu, das Feld in der Objektebene zu formen. In
der Objektebene ist ein strukturiertes Retikel 114 angeordnet,
dessen Struktur mittels eines Projektionsobjektives mit im vorliegenden
Beispiel sechs Spiegeln 128.1–6 auf das zu belichtende
Objekt 124, etwa einen Wafer abgebildet wird.
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Das
Retikel 114 ist in der hier als Scanning-System ausgelegten
Projektionsbelichtungsanlage 100 in die eingezeichnete
Richtung 116 verfahrbar und wird sukzessive abschnittsweise
ausgeleuchtet, um die jeweiligen Strukturen des Retikels 114 mit
dem Projektionsobjektiv entsprechend auf beispielsweise einen Wafer 124 zu
projizieren. Die Austrittspupille des Beleuchtungssystems wird weitgehend
homogen ausgeleuchtet und fällt mit der Eintrittspupille
des nachfolgenden Projektionsobjektives zusammen. Haben die Facetten
der Facettenspiegel 102, 104, insbesondere die
Facetten des Feldfacettenspiegels 102 eine längliche
Gestalt, werden sie bevorzugt mit der kürzeren Seite in
der Richtung angeordnet, die der Scanrichtung 116 auf dem
Retikel 114 entspricht, um eine möglichst homogene
Ausleuchtung des Retikels 114 zu erlauben.
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5a zeigt
eine Seitenansicht von drei Feldfacetten 12 eines Feldfacettenspiegels.
Im vorliegenden Beispiel sind die Feldfacetten als längliche Kreisbogensegmente
ausgebildet. In der Ansicht in 5a sind
sie entlang ihrer kurzen Facettenseite dargestellt. Die kurzen Facettenseiten
sind entlang der Richtung y angeordnet, die der Scanrichtung auf dem
Retikel entspricht, um eine möglichst homogene Ausleuchtung
des Retikels zu erreichen. Auch die Verkippung der Grenzflächen 6 der
Lagen der Viellagenstruktur 3 gegenüber der Oberfläche 7 der
Viellagenstruktur 3 um den Winkel α verläuft
längs der Richtung y. Die Feldfacetten 12 können
beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass zunächst
in einem Politurprozess eine sphärische Fläche
in das Substrat 2 hineinpoliert wird, die danach mit den
einzelnen Lagen der Viellagenstruktur 3 beschichtet wird.
Anschließend wird in die Oberfläche der Viellagenstruktur 3 ebenfalls
eine sphärische Fläche hineinpoliert, die allerdings
gegenüber der in das Substrat 2 hineinpolierten
sphärischen Fläche leicht verkippt ist. Bevorzugt
liegt der Kippwinkel α im mrad-Bereich. Im in 5a dargestellten
Beispiel wurden für die Politurprozesse Polierkörper
mit gleichem Radius verwendet.
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Die
unterschiedlichen Auftreffpunkte der aufgespaltenen Strahlen sind
in 5b dargestellt, die in Aufsicht die Pupillenfacetten 13 eines
anschließend an den Feldfacettenspiegel angeordneten Pupillenfacettenspiegels
darstellt. Dabei werden die EUV-Strahlen 8 von den Feldfacetten 12 auf
Brennpunkte 10 hier im Wesentlichen mittig auf die einzelnen
Pupillenfacetten 13 fokussiert, während die Falschlichtstrahlen 9 auf
Brennpunkte 11 an den Zwischenräumen der Pupillenfacetten 13 fokussiert
werden. Durch die Verkippung der Grenzflächen 6 der Viellagenstruktur
und der Oberfläche 7 der Viellagenstruktur 3 in
Richtung y, findet auch die spektrale Trennung in y-Richtung statt,
die der Scanrichtung auf dem Retikel entspricht. An den Auftreffpunkten 11 des
Falschlichts 9 sind im in 5b dargestellten Beispiel
Lichtfallen 41 ausgebildet. Bei den Lichtfallen 41 kann
es sich beispielsweise um Ausnehmungen in den Pupillenfacetten 13 handeln,
an die sich beispielsweise ein Hohlkörper anschließen
kann, in der das Falschlicht quasi auslaufen kann. Dazu kann die
Innenfläche des Hohlkörpers zusätzlich
mit einer Beschichtung versehen sein, die besonders hohe Absorptionskoeffizienten
im Bereich der vorherrschenden Wellenlängen des Falschlichtes
aufweist. Hinter den Ausnehmungen 41 oder den sich daran anschließenden
Hohlkörpern kann ein Kühlsystem angeordnet sein,
um die Wärmelast, die durch das Falschlicht generiert wird,
aufzunehmen. Die Lichtfallen 41 können auch als
für das Falschlicht hoch absorbierende Fläche
ausgebildet sein, die vorteilhafterweise in thermischem Kontakt
mit einem Kühlsystem stehen.
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Ferner
kann das Entfernen des Falschlichtes im Bereich des Pupillenfacettenspiegels
auch über Blenden durchgeführt werden. Zwei beispielhafte Blendenkonfigurationen
sind in den 5c und 5d dargestellt.
In der in 5c dargestellten Konfiguration
handelt es sich um eine zusammenhängende Blende 46 mit
Ausnehmungen 47, die dort platziert sind, wo das EUV-Licht
durch die Blende durchtreten soll. Bei der in 5d gezeigten
Konfiguration hingegen sind einzelne Blendenteile 49 dort angeordnet,
wo das Falschlicht auftrifft. Die Blendenteile 49 sind
durch Verbindungselemente zu einer Blendenanordnung 48 mit
einander verbunden. Die Verbindungselemente zwischen den Blendenteilen 49 sollten
so gewählt sein, dass die einzelnen Blendenteile 49 hinreichend
fixiert werden, gleichzeitig aber möglichst wenig EUV-Licht
abgeschattet wird. Insbesondere können die Verbindungselemente auch
gekrümmte ausgebildet sein und können beispielsweise
um die Pupillenfacetten herum verlaufen, um möglichst wenig
EUV-Licht abzuschatten. Über die Verbindungselemente können
die Blendenteile 49 auch in thermischen Kontakt mit einer
Kühlung gebracht werden. Ebenso kann die Blende 46 in
thermischen Kontakt mit einer Kühlung stehen. Sowohl die Blende 46 als
auch die Blendenteile 49 können beschichtet sein.
Bei der Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine das Falschlicht
hoch absorbierende Beschichtung handeln oder auch um eine für
das Falschlicht hochreflektive Beschichtung, über die das
Falschlicht zurück in Richtung Lichtquelle reflektiert
wird.
-
In 6a ist
eine Variante der in 5a dargestellten Ausführungsform
zu sehen. Die beiden Varianten unterscheiden sich dahingehend, dass
in den Facetten 12 gemäß 6a nicht
mehr eine sphärische Oberfläche 7 in
die Viellagenstruktur 3 eingebracht wurde, sondern zwei
Teilflächen 14 und 15, die jeweils um
Winkel β und γ gegen den Verlauf der Grenzflächen 6 der
Lagen der Viellagenstruktur 3 auf dem Substrat 2 verkippt
sind. Die Winkel β und γ können gleich
oder unterschiedlich sein. Ebenso können die Oberflächen 14 und 15 einen
vergleichbaren Krümmungsverlauf haben oder nicht. In weiteren
Varianten können auch mehr als zwei Teilflächen
vorgesehen sein. Im in 6a dargestellten Beispiel handelt
es sich sowohl bei der Teilfläche 14 als auch
bei der Teilfläche 15 um sphärische Teilflächen,
die jede zu einem Fokus 11 des Falschlichtes in der Ebene der
Pupillenfacetten 13 führen, so dass das auf eine Feldfacette 12 auftreffende
Falschlicht in zwei Strahlen aufgespalten wird. Jede Facette 12 führt
zu einem Brennpunkt 11 oberhalb des EUV-Brennpunktes 10 und
einem weiteren Falschlichtbrennpunkt 11 unterhalb des EUV-Brennpunktes 10.
Wie im in 5d dargestellten Beispiel sind
die Pupillenfacetten 13 wieder so angeordnet, dass der
EUV-Strahl der jeweils zugeordneten Feldfacette 12 auf
der jeweiligen Pupillenfacette 13 auftritt und die Falschlichtstrahlen im
wesentlichen auf die Zwischenräume zwischen die Pupillenfacetten
gelenkt werden. Die Zwischenräume sind erneut als Lichtfallen 41 ausgebildet.
-
Mögliche
Ausgestaltungen der Lichtfallen 41 sind beispielhaft detaillierter
in 7a bis c dargestellt. Dazu wird die Pupillenfacettenanordnung
aus 7a in den 7b bzw. 7c im
Schnitt dargestellt. Der besseren Übersichtlichkeit halber
ist im Schnitt jeweils nur eine Lichtfalle 41 dargestellt.
In der in 7b dargestellten Variante einer
Lichtfalle 41 ist diese als Ausnehmung ausgebildet, durch
die das Falschlicht 9 durchtritt, während die
EUV-Strahlen 8 an einzelnen Pupillenfacetten 13 reflektiert
werden. Das durch die als Ausnehmung gestaltete Lichtfalle 41 durchtretende
Falschlicht 9 kann unter anderem für messtechnische
Zwecke genutzt werden. So können beispielsweise in den
Lichtfallen 41 Sensoren angeordnet werden, die die Strahlungsintensität des
Falschlichtes messen. Da diese proportional zur EUV-Intensität
insbesondere der Arbeitswellenlänge ist, kann nach einer
entsprechenden Kalibrierung auf diese Weise die aktuelle EUV-Intensität überwacht werden.
-
In
der in 7c dargestellten Ausführungsform
trifft das durch die Lichtfalle 41 durchtretende Falschlicht 9 auf
die Kühlung 43, die die durch das Falschlicht 9 verursachte
Wärmelast aufnehmen kann. Die Kühlung 43 ist
im Wesentlichen als Kühlplatte ausgebildet und dient gleichzeitig
auch zur Kühlung der Pupillenfacetten 13, die über
die Pupillenfacettenhalter 42 mit der Kühlung 43 in
thermischem Kontakt stehen.
-
In
der in den 8a und b dargestellten Ausführungsform
wird das Falschlicht 9 nicht durch Lichtfallen aus dem
Beleuchtungssystem 20 entfernt, sondern mit Hilfe von Spiegeln,
die das Falschlicht zurück in Richtung Lichtquelle reflektieren.
Der besseren Übersichtlichkeit halber ist nur ein Falschlichtspiegel 44 dargestellt.
Die Anzahl der Falschlichtspiegel kann beliebig an die Konfiguration
der Facettenspiegel 24, 25 bzw. des Beleuchtungssystem 20 angepasst
werden. Die in 8a dargestellte Variante des
Beleuchtungssystems 20 unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten
Beleuchtungssystem dahingehend, dass in den Zwischenräumen
der Pupillenfacetten 13 nun Falschlichtspiegel 44 angeordnet
sind, die das Falschlicht 9 zurück in die Richtung Lichtquelle
auf die Lichtfalle 45 lenken. Die Lichtfalle 45 kann
wiederum als Ausnehmung und/oder absorbierende Fläche oder ähnliches
ausgebildet sein. Insbesondere kann im Bereich der Lichtfalle 45 über Sensoren
das Falschlicht 9 für messtechnische Zwecke genutzt
werden. Vorteilhafterweise ist die Lichtfalle 45 mit einer
Kühlung verbunden wie auch die Falschlichtspiegel 44 über
die Pupillenfacetten 13 und ihre Halter 42 mit
der Kühlung 43 des Pupillenfacettenspiegels 25 in
Verbindung sehen können.
-
Der
Einsatz von Falschlichtspiegeln empfiehlt sich insbesondere zum
Herausfiltern von Strahlung im Infrarotbereich. Indem der Infrarotanteil
des Falschlichtes in ungenutzte Ecken des Beleuchtungssystems reflektiert
wird, besteht die Möglichkeit, dort größere
und effizientere Kühlungssysteme für die Aufnahme
der durch den Infrarotanteil generierten Wärmelast aufzunehmen.
Als Falschlichtspiegel 44 können Metalloberflächen,
z. B. Aluminium oder Silber, dienen oder auch Siliziumflächen,
da Silizium ebenfalls im UV-, sichtbaren und Infrarotband gut reflektiert.
Ebenso können mit hochreflektierenden Schicht ausgestattete
Substrate eingesetzt werden. Diese eignen sich insbesondere für
Falschlicht im Wellenlängenband 120 bis 400 nm
oder Wellenlängen im Infrarotbereich. Es sei darauf hingewiesen, dass
die Falschlichtspiegel 44 als Planspiegel oder auch gekrümmte
Spiegel ausgebildet sein können. Insbesondere können
sie eine sphärische Krümmung aufweisen, um das
Falschlicht bei deren Reflexion auch zu fokussieren.
-
In
den in den 5 bis 8 dargestellten
Beispielen wurden die Brennpunkte der EUV-Strahlung oder des Falschlichtes
bzw. der Querschnitt der entsprechenden Strahlenbündel
rund dargestellt. Sie können aber eine beliebige Form aufweisen.
Ferner können auch die Pupillenfacetten eine gekrümmte bzw.
sphärische Oberfläche aufweisen, um einen fokussierenden
Effekt zu erreichen.
-
Es
sei ferner darauf hingewiesen, dass in den vorliegenden Beispielen
die Facetten des Feldfacettenspiegels mit Viellagenstrukturen mit
angeschnittener Oberfläche beschrieben wurden. Ebenso ist
es möglich, solche Facetten am Pupillenfacettenspiegel
einzusetzen und die Entfernung des Falschlichtes an darauf folgenden
optischen Komponenten bzw. am Retikel durchzuführen. Bei
der Auslegung entsprechender Beleuchtungssystem bzw. Projektionsbelichtungsanlagen
ist dann zu berücksichtigen, dass die Wärmelast
am Pupillenfacettenspiegel etwas größere Auswirkungen
hat, da die Winkeltoleranz am Pupillenfacettenspiegel im Allgemeinen
geringer ist als beim Feldfacettenspiegel. Wird die spektrale Trennung
erst am Pupillenfacettenspiegel ausgeführt, ist aber die
Wärmelast am Pupillenfacettenspiegel auf den einzelnen
Pupillenfacetten größer als wenn sie bereits am
Feldfacettenspiegel durchgeführt wird.
-
Die
Vorteile der hier vorgestellten Facettenspiegel, insbesondere im
Rahmen eines Beleuchtungssystems oder einer Projektionsbelichtungsanlage
für die EUV-Lithographie bestehen darin, dass kein zusätzliches
Streulicht generiert wird, weil keine diffraktiven Strukturen eingesetzt
werden. Ferner ist die Herstellung mit bereits üblicherweise
verwendeten Poliermethoden möglich. Insbesondere wird die Herstellung
dadurch vereinfacht, dass bereits kleinste Kippwinkel im mrad-Bereich
ausreichen, um die hier dargestellten Effekte zu erreichen. Dies
hat den zusätzlichen Vorteil, dass bei den Viellagenstrukturen auf
den einzelnen Facetten nur wenige zusätzliche Lagen zur
Ausbildung der verkippten Oberfläche vorgehalten werden
müssen. Dadurch können der Aufwand und die Kosten
für die Herstellung Feldfacetten zusätzlich im
Rahmen gehalten werden.
-
- 1
- Facette
- 2
- Substrat
- 3
- Viellagenstruktur
- 4
- Absorber
- 5
- Spacer
- 6
- Grenzfläche
- 7
- Oberfläche
- 8
- EUV-Strahl
- 9
- Falschlichtstrahl
- 10
- EUV-Fokus
- 11
- Falschlichtfokus
- 12
- Feldfacette
- 13
- Pupillenfacette
- 14
- erste
Teilfläche
- 15
- zweite
Teilfläche
- 20
- Beleuchtungssystem
- 21
- Infrarotlaserstrahl
- 22
- Plasma
- 23
- Kollektor
- 24
- Feldfacettenspiegel
- 25
- Pupillenfacettenspiegel
- 26
- Strahlbündel
- 27
- Faltspiegel
- 28
- Retikel
- 30
- Kollektor
- 31
- Lichtquelle
- 41
- Lichtfalle
- 42
- Facettenhalterung
- 43
- Kühlung
- 44
- Falschlichtspiegel
- 45
- Lichtfalle
- 46
- Blende
- 47
- Ausnehmung
- 48
- Blendenanordnung
- 49
- Blendenteil
- 100
- Projektionsbelichtungsanlage
- 102
- Feldfacettenspiegel
- 104
- Pupillenfacettenspiegel
- 106
- Spiegel
- 108
- Spiegel
- 110
- Spiegel
- 114
- Retikel
- 124
- Wafer
- 126
- Projektionsobjektiv
- 126.1–6
- Spiegel
- 300
- Planspiegel
- d
- Stapeldicke
- α, β, γ
- Kippwinkel
- y
- Scanrichtung
- Z
- Zwischenfokus
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2005/119365
A2 [0005]
- - JP 06-027297 A [0006]
- - US 7091505 B2 [0007]
- - EP 0955641 A1 [0008]