DE102011004375B3

DE102011004375B3 - Vorrichtung zur Führung von elektromagnetischer Strahlung in eine Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102011004375B3
Application number: DE102011004375A
Authority: DE
Inventors: András G. Major
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2031-02-19
Also published as: JP5129399B2; JP2012175102A; US20120212720A1; US9310701B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung von elektromagnetischer Strahlung (15) in eine Projektionsbelichtungsanlage (11) für die Halbleiterlithographie mit einer optischen Faser (1, 1', 1''), wobei ein Aktuator (2, 8, 14) zur mechanischen Manipulation eines Abschnitts der Faser (1, 1', 1'') vorgesehen ist und wodurch eine zeitlich gemittelte Homogenisierung eines Intensitätsprofils von an einem Austrittsende der Faser (1, 1', 1'') austretender elektromagnetischer Strahlung (15) erreicht werden kann. Ferner betrifft die Erfindung eine mit der genannten Vorrichtung ausgestattete Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung von elektromagnetischer Strahlung mit einer optischen Faser wobei die Faser in eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie eingeführt ist.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie enthalten unter anderem optische Elemente für die optische Beeinflussung der zur Abbildung verwendeten EUV- bzw. VUV-Strahlung. Um die optische Strahlführung und die optische Abbildungsleistung zu verbessern, können die optischen Elemente zum Teil auch erwärmt werden, beispielsweise um eine Temperaturverteilung über das betreffende optische Element hinweg zu homogenisieren und damit unerwünschten, temperaturinduzierten Deformationen des optischen Elementes vorzubeugen. Zur Erwärmung der optischen Elemente kann beispielsweise elektromagnetische Infrarot-Strahlung (kurz: IR-Strahlung) eingesetzt werden. Die IR-Strahlung trifft dabei auf das optische Element, wird dort teilweise absorbiert und erwärmt dieses in Folge. Es ist von Vorteil, die elektromagnetische Strahlung über eine optische Faser von außen in die EUV-Projektionsbelichtungsanlage zu führen, wobei sich die Infrarot-Strahlungsquelle außerhalb der EUV-Projektionsbelichtungsanlage befindet. Diese Art der Erwärmung der optischen Elemente wird beispielsweise in DE10000191B4 und US20100290020A1 gezeigt. Die Abwärme der Lichtquelle kann somit separat abgeführt werden und ein zusätzlicher, ungewünschter Energieeintrag in die EUV-Projektionsbelichtungsanlage durch die Abwärme der Lichtquelle wird durch den Einsatz der Faser vermieden. Als Strahlungsquelle kann beispielsweise ein fasergekoppelter Laser, der Infrarot-Strahlung emittiert, verwendet werden. Die optische Faser, die vom Laser ausgeht, ist in der Regel als Singlemode-Faser ausgeführt. Zum Transport von hohen Strahlungsleistungen von dem Ausgang der Lichtquellen-Faser zum Ort des zu erwärmenden optischen Elements wird eine weitere optische Faser, z. B. eine Multimode-Faser, eingesetzt.
Am Austrittsende der optischen Faser, die zum optischen Element in der Projektionsbelichtungsanlage führt, kann eine inhomogene Intensitätsprofilverteilung der elektromagnetischen Strahlung vorliegen. Bei einer fehlenden Homogenität liegt keine Rotationssymmetrie der Strahlungsverteilung zur Mitte des Faserquerschnitts vor. Insbesondere können Fälle auftreten, bei denen sich der Schwerpunkt der Intensitätsprofilverteilung außermittig zum Faserquerschnitt befindet. Diese inhomogenen Verteilungen der elektromagnetischen Strahlung am Austrittsende der Faser haben den Nachteil, dass auf die optischen Elemente in der Projektionsbelichtungsanlage eine elektromagnetische Strahlung auftrifft, die aufgrund einer falschen ortsaufgelösten Verteilung in einer ungewünschten Erwärmung des optischen Elements resultiert. Eine korrekte Erwärmung der optischen Elemente wird insbesondere dann erleichtert, wenn die Intensitätsprofilverteilung am Austrittsende der Faser homogen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Intensitätsprofilverteilung am Austrittsende der Faser zu homogenisieren.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 erfüllt. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Führung von elektromagnetischer Strahlung in eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie weist unter anderem eine optische Faser auf. Diese optische Faser dient zum Transport der elektromagnetischen Strahlung zu dem optischen Element in der Projektionsbelichtungsanlage. Zur mechanischen Manipulation eines Abschnitts der Faser ist ein Aktuator vorgesehen, wodurch eine zeitlich gemittelte Homogenisierung eines Intensitätsprofils von an einem Austrittsende der Faser austretender elektromagnetischer Strahlung erreicht werden kann. Ein Intensitätsprofil ist homogen, wenn dieses am Austrittsende der Faser rotationssymmetrisch zur Mitte des Faserquerschnitts ist. Die Homogenisierung erfolgt dabei über eine zeitliche Mittelung. Die mechanische Manipulation der optischen Faser kann in einem bestimmten Zeitabschnitt wiederholt durchgeführt werden. Bei der Projektionsbelichtungsanlage kann es sich insbesondere um eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage handeln. Die elektromagnetische Strahlung dient dabei zur Erwärmung eines optischen Elements in der Anlage. Die elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise im Bereich der Wellenlängen 1064 nm oder 1550 nm liegen. Als Quelle der elektromagnetischen Strahlung kann ein Faserlaser vorhanden sein; die Faser kann eine Multi-Modefaser mit einem Stufenindexprofil sein. Der Aktuator kann insbesondere dazu geeignet sein, einen Abschnitt der Faser in eine laterale Bewegung zu versetzen oder auf einem Abschnitt der Faser den Faserquerschnitt reversibel zu verändern. Der Abschnitt zur mechanischen Manipulation der Faser kann entweder innerhalb oder außerhalb der Projektionsbelichtungsanlage sein.
Eine Homogenisierung des Intensitätsprofils der Strahlung kann alternativ oder zusätzlich zu den vorne geschilderten Möglichkeiten auch durch die Verwendung einer Streuscheibe erreicht werden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine optische Multi-Modefaser in einem Abschnitt, in dem die Faser durch einen Aktuator lateral bewegt wird,
2 eine optische Multi-Modefaser in einem Abschnitt, in dem der Querschnitt der Faser durch einen Aktuator geändert wird,
3 eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit eingeführter optischer Faser.
In dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine optische Multi-Modefaser beschrieben, die zum Transport von IR-Strahlung in ein EUV–Projektionssystem dient. Die IR-Strahlung wird dort zur Erwärmung eines optischen Elements eingesetzt. Die dargestellte Multi-Modefaser 1 weist beispielsweise ein Stufenindex-Profil auf, wobei auch andere Brechzahlverteilungen über den Faserquerschnitt möglich sind. Die Einkopplung der IR-Strahlung erfolgt z. B. mit einem in den Figuren nicht dargestellten fasergekoppelten IR-Laser, wobei die Einkopplung und die Verbindung einer optischen Ausgangsfaser des Lasers und der Multi-Modefaser in den 1 und 2 nicht näher dargestellt ist. Je nach Einkopplung der IR-Strahlung und nach den Ausbreitungsbedingungen in der optischen Multimoden-Faser können sich in dieser unterschiedliche Ausbreitungsmoden der IR-Strahlung ausbilden. Auch das Austrittsende der optischen Multi-Modefaser ist in den Figuren nicht weiter eingezeichnet. Die Faser 1 kann insgesamt z. B. eine Länge zwischen 3 Meter und 30 Meter aufweisen.
In dem in 1 gezeigten Abschnitt der optischen Multi-Modefaser 1 ist ein Aktuator 2 angeordnet. Dieser Aktuator 2, der hier als Rotationsmotor 3 mit Exzenter 4 und Hubstange 5 ausgeführt ist, dient dazu, die Faser 1 im Wesentlichen quer zur Längsrichtung der Faser 1, d. h. lateral, zu bewegen. Der Exzenter 4 ist über die Hubstange 5 mit der Faser 1 verbunden. Die Hubstange 5 wird durch eine Führung 6 seitlich gehalten. Die Hubstange 5 bewegt sich bei Rotation des Exzenters in die in der Figur mittels eines Pfeils angedeutete z-Richtung. Die Hubstange 5 ist derart mit der Faser 1 verbunden, dass die Faser 1 der Bewegung der Hubstange 5 folgt. In 1 zeigt die gestrichelte Darstellung der Faser 1 eine ausgelenkte Position der Faser 1z z. B. am unteren Umkehrpunkt der Hubstange 5. In einem Abstand zu dieser Hubstange 5 ist eine Halterung 7 angebracht, welche die Faser 1 dort ortsfest hält. Wird der hier gezeigte Abschnitt der Faser 1 lateral bewegt, so ergibt sich ein anderer geometrischer Verlauf der Faser insbesondere in dem Abschnitt zwischen der an der Faser 1 befindlichen Hubstange 5 und der Halterung 7. Durch diese Bewegung ergib sich also eine geometrische Änderung des Faserverlaufs, die sich nicht zwingend periodisch wiederholen muss, sondern in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch zufällig sein kann. Die Amplitude bei der lateralen Bewegung der Faser 1 kann beispielsweise nur wenige Millimeter betragen. Bei dieser Geometrieänderung kann die IR-Strahlung in der Faser 1 eine Ablenkung erfahren, so dass sich jeweils die Modenstruktur in der Faser 1 ändern kann. Diese Änderung der Modenstruktur in dem gezeigten Abschnitt der Faser 1 kann auch eine Änderung des Intensitätsprofils am Austrittsende zur Folge haben. Bei geeigneter Bewegung des Faserabschnitts zwischen der befestigten Hubstange 5 und der Halterung 7 ergibt sich bei einer zeitlich integralen Betrachtung am Austrittsende eine Intensitätsverteilung, die über den Querschnitt der Multimoden-Faser 1 symmetrisch bzw. homogen verteilt ist. Die Frequenz der Bewegung kann dabei beispielsweise in einem Bereich von 0,1–100 Hz liegen; die Amplitude kann insbesondere zwischen 0,1 und 50 mm liegen. Somit ist es möglich, eine räumlich homogenisierte oder auch räumlich definierte Erwärmung des zu erwärmenden optischen Elementes zu realisieren.
In 2 ist ein Abschnitt mit einer anderen optischen Faser 1' dargestellt, wobei der Querschnitt der Faser 1' lokal zeitlich geändert werden kann. Die optische Faser 1' kann beispielsweise ebenfalls eine handelsübliche Multi-Modefaser mit Stufenindex-Profil sein. In dem hier gezeigten Abschnitt der Faser 1' ist ein Aktuator 8 angeordnet, der dazu dient, den Querschnitt der Faser 1' über der Zeit zu verformen. Der verformte Abschnitt der Faser 1' ist in der 2 gestrichelt angedeutet. Es können verschiedene Aktuatorprinzipien zum Einsatz kommen. Dazu zählt beispielsweise auch ein Aktuator nach dem piezoelektrischen Prinzip, wie in 2 dargestellt. An dem Aktuator 8 ist ein Stempel 9 angebracht, der die Bewegung des Aktuators 8 auf die Faser 1' überträgt. Der Stempel 9 drückt die Faser 1' gegen die Unterlage 10. Der Aktuator 8 führt in z-Richtung eine vergleichsweise schnelle periodische Bewegung durch. Die Frequenz der Bewegung kann beispielsweise mehrere Hertz betragen. Durch die Änderung des Faserquerschnitts kann auch lokal der Brechungsindex geändert werden. Die Änderung des Querschnitts und/oder des Brechungsindizes kann zu einer Änderung der Modenausbreitung in der Faser 1' führen. Zur Übertragung der Kraft auf den Faserquerschnitt können auch noch zusätzliche mechanische Mechanismen, wie z. B. ein Hebel oder eine Zange, welche die Faser von beiden Seiten zusammendrückt, zur Anwendung kommen.
In 3 ist schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage 11 für die Halbleiterlithographie dargestellt, in welche die Faser 1'' eingeführt ist. Außerdem ist in der Projektionsbelichtungsanlage 11 auch exemplarisch ein optisches Element 12 eingezeichnet, welches zur Beeinflussung des EUV-Strahlengangs verwendet wird und beispielsweise ein Umlenkspiegel sein kann. Als Lichtquelle wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein IR-Faserlaser 13 verwendet. In der optischen Faser 1'' wird die Infrarot-Strahlung zum optischen Element 12 geführt. In einem Abschnitt der Faser 1'' wird mittels eines Aktuators 14 eine mechanische Manipulation der Faser 1'' vorgenommen. Der in 3 gezeigte Aktuator führt eine reversible Änderung des Faserquerschnitts durch. Bei dieser mechanischen Manipulation wird die Intensitätsstrahlungsverteilung am Austrittsende der optischen Faser 1'' homogenisiert, wobei die Homogenisierung durch eine zeitliche Mittelung erfolgt. In dieser Zeit wird die mechanische Manipulierung durch den Aktuator 14 wiederholt durchgeführt. Die aus der Faser 1'' austretende IR-Strahlung 15 trifft auf das optische Elements 12 und erwärmt dieses in Folge.

Claims

Vorrichtung zur Führung von elektromagnetischer Strahlung (15) in eine Projektionsbelichtungsanlage (11) für die Halbleiterlithographie mit einer optischen Faser (1, 1', 1''), dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (2, 8, 14) zur mechanischen Manipulation eines Abschnitts der Faser (1, 1', 1'') vorgesehen ist, wodurch eine zeitlich gemittelte Homogenisierung eines Intensitätsprofils von an einem Austrittsende der Faser (1, 1', 1'') austretender elektromagnetischer Strahlung (15) erreicht werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Projektionsbelichtungsanlage um eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage (11) handelt und die elektromagnetische Strahlung (15) zur Erwärmung eines optischen Elements (12) in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage (11) dient.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (15) im Bereich der Wellenlängen 1064 nm oder 1550 nm liegt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserlaser (13) als Quelle der elektromagnetischen Strahlung (15) vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser eine Multi-Modefaser (1, 1', 1'') mit einem Stufenindexprofil ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2, 8, 14) geeignet ist, einen Abschnitt der Faser (1, 1', 1'') in eine laterale Bewegung zu versetzen.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2, 8, 14) geeignet ist, auf einem Abschnitt der Faser (1, 1', 1'') den Faserquerschnitt reversibel zu verändern.
Projektionsbelichtungsanlage (11) für die Halbleiterlithographie mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1–8.