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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik für die EUV-Mikrolithographie umfassend ein erstes optisches Element mit einer Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen und ein zweites optisches Element mit einer Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen. Ferner betrifft die Erfindung eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer derartigen Beleuchtungsoptik.
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Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen dienen zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen mittels eines photolithografischen Verfahrens. Dabei wird eine strukturtragende Maske, dass sogenannte Retikel, mit Hilfe einer Lichtquelleneinheit und einer Beleuchtungsoptik beleuchtet und mit Hilfe einer Projektionsoptik auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Hierzu ist die strukturtragende Maske in einer Objektebene der Projektionsoptik angeordnet und die photosensitive Schicht am Ort einer Bildebene der Projektionsoptik. Dabei stellt die Lichtquelleneinheit eine Strahlung zur Verfügung, die in die Beleuchtungsoptik geleitet wird. Die Beleuchtungsoptik dient dazu, am Ort der strukturtragenden Maske eine gleichmäßige Ausleuchtung mit einer vorbestimmten winkelabhängigen Intensitätsverteilung zu Verfügung zu stellen. Hierzu sind innerhalb der Beleuchtungsoptik verschiedene geeignete optische Elemente vorgesehen. Die so ausgeleuchtete strukturtragende Maske wird mit Hilfe der Projektionsoptik auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Dabei wird das Auflösungsvermögen einer solchen Projektionsoptik von verschiedenen Faktoren beeinflusst.
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Zum einen können umso kleinere Strukturen abgebildet werden je kleiner die Wellenlänge λ der verwendeten Strahlung ist. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, Strahlung im Bereich des extremen Ultraviolett (EUV), das heißt mit der Wellenlänge λ = 5 nm–15 nm zu verwenden.
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Zum anderen wird die maximal erreichbare Auflösung durch die numerische Apertur (NA) der Projektionsoptik bestimmt. Je größer die numerische Apertur der Projektionsoptik ist, desto kleiner Strukturen können abgebildet werden.
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Eine weitere Größe, die die Auflösung der Abbildung bestimmt, ist die Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung am Ort der strukturtragenden Maske. Gemäß der Abbe'schen Abbildungstheorie trägt nicht jede, die strukturtragende Maske beleuchtende, Strahlung gleich gut zur Abbildung der Maske bei. Dabei wird die Beleuchtungsstrahlung nach ihrem Beleuchtungswinkel, d. h. dem Winkel zwischen der Beleuchtungsstrahlung und dem Hauptstrahl am Ort der strukturtragenden Maske charakterisiert. Welche Beleuchtungsstrahlung am Besten zur Bildentstehung beiträgt, hängt auch von der genauen Struktur der strukturtragenden Maske ab. Im Falle einer strukturtragenden Maske mit parallelen dichten Linien, deren Abstände nahe der Auflösungsgrenze liegen, sollte die Maske idealerweise mit Beleuchtungsstrahlung beleuchtet werden, die zum Einen, einen möglichst großen Winkel zum Hauptstrahl aufweist und zum Anderen senkrecht zur Richtung der parallelen Linien verläuft. Aus diesen beiden Eigenschaften ergibt sich zwangsläufig eine sogenannte Dipolbeleuchtung. An der Auflösungsgrenze ist dies die einzige Beleuchtungsstrahlung, die zur Bildentstehung beiträgt. Würde man die strukturtragende Maske zusätzlich z. B. entlang des Hauptstrahles beleuchten, so würde diese zusätzliche Strahlung nur zu einer diffusen Untergrundhelligkeit in der Bildebene führen. Ein kontrastreiches Bild kann nur durch die Strahlung mit großen Beleuchtungswinkeln erreicht werden. Zu weiteren Details bezüglich der Abbe'schen Abbildungstheorie wird verwiesen auf „Handbook of optical systems: Vol. 2 Physical image formation, chapter 21, The Abbe theory of imaging", Wiley VCH 2005.
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Häufig werden diese drei Einflussgrößen auf die kleinste abbildbare Strukturgröße (critical dimension, CD) zusammengefasst in der Formel CD = k λ / NA dabei ist der Einfluss der Winkelverteilung auf die Strukturgröße in dem sogenannten k-Faktor parametrisiert.
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Vor dem Hintergrund dieser theoretischen Erkenntnisse ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Beleuchtungsoptiken für die EUV-Mikrolithographie dahin gehend weiterzubilden, dass ein möglichst hoher Anteil der Beleuchtungsstrahlung an der Maske unter Winkeln zur Verfügung gestellt wird, die besonders gut zur Abbildung beitragen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungsoptik für die EUV-Mikrolithographie umfassend ein erstes optisches Element mit einer Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen und ein zweites optisches Element mit einer Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen. Dabei umfasst die Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen mindestens 75%, insbesondere mindestens 90%, aller reflektiven Facettenelemente des ersten optischen Elementes. Weiterhin ist jedes erste reflektive Facettenelement der Mehrzahl der ersten reflektiven Facettenelemente derart ausgebildet ist, dass es während des Betriebs der Beleuchtungsoptik einen ausgeleuchteten Bereich am Ort eines zugeordneten zweiten Facettenelementes der Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen erzeugt. Hierbei weisen die zweiten reflektiven Facettenelemente jeweils eine reflektive Fläche auf und die ausgeleuchteten Bereiche sind jeweils kleiner als die reflektive Fläche des zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelementes. Alle diese ausgeleuchteten Bereiche liegen dabei innerhalb von maximal sechs, insbesondere maximal vier, zusammenhängenden paarweise disjunkten Gebieten. Dies schließt explizit auch den Fall ein, dass es ein zusammenhängendes Gebiet gibt, in dem alle Bereiche liegen. Weiterhin gibt es einen Kreis mit einem minimalen Durchmesser, der alle diese Gebiete einschließt, wobei die ersten und/oder zweiten reflektiven Facettenelemente derart ausgeführt sind, dass das Verhältnis des Flächeninhaltes des Kreises zur Summe der Flächeninhalte der Gebiete größer ist als 2.5, insbesondere größer als 4.
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Hierdurch wird erreicht, dass die Beleuchtungsstrahlung mit Hilfe der Beleuchtungsoptik so konfiguriert wird, dass die Beleuchtungsstrahlung die strukturtragende Maske unter großen Beleuchtungswinkeln erreicht. Dies führt dazu, dass die Strahlung auch bei Strukturen, die nahe der Auflösungsgrenze liegen, zu einem kontrastreichen Bild beiträgt.
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Bei einer Ausführung der Erfindung ist das zweite optische Element in einer Austrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik angeordnet oder wird in eine Austrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik abgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Intensitätsverteilung auf dem zweiten optischen Element direkt mit der Winkelverteilung der Strahlung am Ort der strukturtragenden Maske korreliert.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik umfasst mindestens ein erstes reflektives Facettenelement der Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen eine asphärische reflektive Fläche, deren Form derart gewählt ist, dass der, während des Betriebs der Beleuchtungsoptik von diesem Facettenelement erzeugte, ausgeleuchtete Bereich gegenüber der Verwendung einer sphärischen reflektiven Fläche reduziert ist. Hierdurch wird erreicht, dass sich besonders kleine ausgeleuchtete Bereiche am Ort der zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelemente ergeben. Dies wiederum ermöglicht, dass die zweiten reflektiven Facettenelemente kleiner ausgeführt werden können und somit dichter gepackt werden können, ohne dass Strahlung verloren geht. Sind die ausgeleuchteten Bereiche größer als die reflektiven Flächen der zugehörigen zweiten reflektiven Facettenelemente, so kommt es zwangsläufig zu Strahlungsverlusten, da Strahlung neben die entsprechenden zweiten reflektiven Facettenelemente fällt. Dadurch dass besonders kleine ausgeleuchtete Bereiche realisiert werden, kann somit eine größere Anzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen in den Gebieten des zweiten optischen Elements angeordnet werden, die Beleuchtungswinkeln entsprechen, die besonders gut zu Abbildung beitragen, und dies ohne größere Strahlungsverluste in Kauf nehmen zu müssen. Damit wird insgesamt ermöglicht, einen größeren Anteil der Beleuchtungsstrahlung so vorzukonfigurieren, dass sie unter Beleuchtungswinkeln auf die strukturtragende Maske trifft, die besonders gut zur Abbildung beitragen.
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Im Sinne dieser Anmeldung ist ein ausgeleuchteter Bereich gegenüber der Verwendung einer sphärischen reflektiven Fläche für ein erstes reflektives Facettenelement mit nur einer Stellung reduziert, wenn die folgende Berechnungsvorschrift erfüllt ist: Ausgehend von einem punktförmigen Quellplasma wird der ausgeleuchtete Bereich auf dem zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelement berechnet, wenn ein zugeordnetes erstes reflektives Facettenelement mit einer sphärischen reflektiven Fläche verwendet wird. Sodann wird der Krümmungsradius der sphärischen reflektiven Fläche solange variiert, bis man den minimalen ausgeleuchteten Bereich erhält. Ein ausgeleuchteter Bereich ist dann minimal, wenn er innerhalb eines Kreises mit minimalem Radius R1 liegt. Als nächstes wird statt der sphärischen reflektiven Fläche die asphärische reflektive Fläche in die Berechnung eingesetzt und der Ausleuchtungsbereich ermittelt. Wenn dieser Ausleuchtungsbereich innerhalb eines Kreises mit dem Radius R2 liegt und R2 kleiner ist als R1, so ist im Sinne dieser Anmeldung der ausgeleuchtete Bereich gegenüber der Verwendung einer sphärischen reflektiven Fläche reduziert.
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Bei einer Weiterbildung der Beleuchtungsoptik verfügt jedes erste reflektive Facettenelement der Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen über mindestens zwei Stellungen, so dass es in der ersten Stellung während des Betriebs der Beleuchtungsoptik einen ersten ausgeleuchteten Bereich am Ort eines zugeordneten zweiten Facettenelementes der Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen erzeugt und in der in der zweiten Stellung während des Betriebs der Beleuchtungsoptik einen zweiten ausgeleuchteten Bereich am Ort eines weiteren zugeordneten zweiten Facettenelementes der Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen erzeugt. Dies ermöglicht die variable Einstellung von Intensitätsverteilungen über das zweite optische Element und damit eine variable Einstellung der Winkelverteilung am Ort der strukturtragenden Maske. Hierdurch kann die Winkelverteilung an die genaue Struktur der abzubildenden Maske angepasst werden.
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Besonders leicht lassen sich derartige Stellungen realisieren, indem jedes erste reflektive Facettenelement der Mehrzahl der ersten reflektiven Facettenelemente eine reflektive optische Fläche mit einem Normalenvektor aufweist und sich die Stellungen der ersten reflektiven Facettenelemente in der Orientierung des Normalenvektors unterscheiden.
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Bei einer speziellen Weiterbildung verfügt mindestens ein reflektives Facettenelement der Mehrzahl von reflektiven ersten Facettenelementen über mindestens zwei Stellungen, die derart gewählt sind, dass der Abstand des mindestens einen reflektiven Facettenelementes von dem ersten ausgeleuchteten Bereich sich von dem Abstand des mindestens einen reflektiven Facettenelementes von dem zweiten ausgeleuchteten Bereich um nicht mehr unterscheidet als 5%, insbesondere um nicht mehr als 3%. Dies hat den Vorteil, dass sogar beim Einsatz eines ersten reflektiven Facettenelementes mit einer sphärischen reflektiven Fläche sowohl der erste als auch der zweite ausgeleuchtete Bereich relativ klein ist. Wie anhand von 7 erläutert ist, gibt es genau einen Krümmungsradius einer sphärischen Fläche, mit dem ein minimaler erster ausgeleuchteter Bereich erzeugt wird. Hierbei ist ein ausgeleuchteter Bereich dann minimal, wenn er innerhalb eines Kreises mit minimalem Radius R1 liegt. Verwendet man nun dieselbe sphärische Fläche zur Erzeugung eines zweiten ausgeleuchteten Bereiches, so ist der zweite ausgeleuchtete Bereich typischerweise nicht minimal. Weichen jedoch die Abstände erfindungsgemäß nicht allzu stark voneinander ab, so liegt die Größe des zweiten ausgeleuchteten Bereiches in der Nähe des minimalen Radius und sowohl der erste ausgeleuchtete Bereich als auch der zweite ausgeleuchtete Bereich sind relativ klein. Idealerweise wählt man den Krümmungsradius der sphärischen reflektiven Fläche so, dass bei der Abbildung eines punktförmigen Quellplasmas sich in der ersten Stellung ein erste ausgeleuchteter Bereich ergibt, der innerhalb eines Kreises mit dem Radius R1 liegt, und in der zweiten Stellung ein ausgeleuchteter Bereich, der innerhalb eines Kreises mit dem Radius R2. Dabei wird der Krümmungsradius so gewählt, dass nicht R1 oder R2 minimal sind, sondern so, dass sich ein optimaler Kompromiss ergibt. Dies bedeutet, dass das Maximum von R1 und R2 minimal ist.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst mindestens ein reflektives Facettenelement der Mehrzahl von reflektiven ersten Facettenelementen eine asphärische reflektive Fläche umfasst, deren Form derart gewählt ist, dass der erste und der zweite, während des Betriebs der Beleuchtungsoptik von diesem Facettenelement erzeugte, ausgeleuchtete Bereich gegenüber der Verwendung einer sphärischen reflektiven Fläche reduziert ist. Hierdurch wird erreicht, dass sich besonders kleine ausgeleuchtete Bereiche am Ort der zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelemente ergeben. Dies wiederum ermöglicht, dass die zweiten reflektiven Facettenelemente kleiner ausgeführt werden können und somit dichter gepackt werden können, ohne dass Strahlung verloren geht, weil die ausgeleuchteten Bereiche größer sind als die reflektiven Flächen der zugehörigen zweiten reflektiven Facettenelemente. Auf diese Weise kann eine größere Anzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen in den Gebieten des zweiten optischen Elements angeordnet werden, die Beleuchtungswinkeln entsprechen, die besonders gut zu Abbildung beitragen. Damit wird insgesamt ermöglicht, einen größeren Anteil der Beleuchtungsstrahlung so vorzukonfigurieren, dass sie unter Beleuchtungswinkeln auf die strukturtragende Maske trifft, die besonders gut zur Abbildung beitragen.
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Im Sinne dieser Anmeldung ist ein ausgeleuchteter Bereich gegenüber der Verwendung einer sphärischen reflektiven Fläche für ein erstes reflektives Facettenelement mit einer Mehrzahl von Stellungen reduziert, wenn die folgende Berechnungsvorschrift erfüllt ist: Ausgehend von einem punktförmigen Quellplasma werden die ausgeleuchteten Bereiche für alle Stellungen berechnet, wenn ein zugeordnetes erstes reflektives Facettenelement mit einer sphärischen reflektiven Fläche verwendet wird. Sodann wird der Krümmungsradius der sphärischen reflektiven Fläche solange variiert, bis man die minimalen ausgeleuchteten Bereiche erhält. Dabei ist eine Mehrzahl von ausgeleuchteten Bereichen dann minimal, wenn jeder Bereich innerhalb eines Kreises mit zugeordnetem Radius liegt und das Maximum über alle Radien minimal ist. Als nächstes wird statt der sphärischen reflektiven Fläche die asphärische reflektive Fläche in die Berechnung eingesetzt und die Ausleuchtungsbereiche werden ermittelt. Wenn diese Ausleuchtungsbereiche jeweils innerhalb eines Kreises mit zugeordnetem Radius liegen und das Maximum über diese Radien kleiner ist als Maximum über die Radien bei der sphärischen Fläche, so sind im Sinne dieser Anmeldung die ausgeleuchteten Bereiche gegenüber der Verwendung einer sphärischen reflektiven Fläche reduziert.
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Bei einer speziellen Ausgestaltung der Beleuchtungsoptik ist die asphärische Fläche ein Ausschnitt aus eine Ellipsoiden ist. Ein Ellipsoid hat den Vorteil, dass er eine optimale Punktabbildung erzeugt.
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Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik zeichnet sich dadurch aus, dass jedes erste reflektive Facettenelement der Mehrzahl der ersten reflektiven Facettenelemente einen zugehörigen Aktor zur Veränderung der Orientierung des Normalenvektors umfasst. Dies ermöglicht eine einfache Realisierung von ersten reflektiven Facettenelementen, die über mindestens zwei Stellungen verfügen.
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Bei einer Weiterbildung umfasst die Beleuchtungsoptik ein Messsystem zur Bestimmung der Position der, von jedem ersten reflektiven Facettenelement der Mehrzahl der ersten reflektiven Facettenelemente während des Betriebs der Beleuchtungsoptik erzeugten, ausgeleuchteten Bereiche. Hierdurch wird ein Betrieb der Beleuchtungsoptik ermöglicht, bei dem etwaige Abweichungen vom Sollzustand registriert werden. Insbesondere kann beruhend auf den Signalen des Messsystems der Betrieb der Beleuchtungsoptik ausgesetzt werden, wenn die Abweichungen vom Sollzustand ein kritisches Maß übersteigen.
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In einer speziellen Ausgestaltung ist für mindestens ein reflektives erstes Facettenelement der Mehrzahl der ersten reflektiven Facettenelemente der enthaltene Aktor mit dem Messsystem über eine Steuereinheit verbunden, so dass sich ein Regelkreis ergibt, um die Position des entsprechenden ausgeleuchteten Bereiches derart zu regeln, dass der ausgeleuchtete Bereich zu mehr als 90% auf der reflektiven Fläche des zugeordneten zweiten Facettenelementes liegt. Hierdurch wird ein stabiler Betrieb der Beleuchtungsoptik ermöglicht, da etwaige Abweichungen vom Sollzustand registriert und korrigiert werden.
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In einer Ausgestaltung umfasst das Messsystem mindestens einen Strahlungsdetektor, der am Umfang der reflektiven Fläche des zugeordneten zweiten Facettenelementes angeordnet ist. Hierdurch kann eine Fehlpositionierung der ausgeleuchteten Bereiche gut detektiert werden, da im Sollzustand der Beleuchtungsoptik nur ein minimaler Anteil der Strahlung die Strahlungsdetektoren erreicht. Sobald es jedoch zu einer Fehljustierung kommt, ergibt sich ein Signal am entsprechenden Strahlungsdetektor.
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Alternativ umfasst das Messsystem mindestens einen Temperatursensor, der die Erwärmung des zugeordneten zweiten Facettenelementes während des Betriebs der Beleuchtungsoptik erfasst. Da sich die zweiten Facettenelemente aufgrund einer teilweisen Absorption der auftreffenden Strahlung erwärmen, kann aus einer Temperaturänderung auf die Intensität der auftreffenden Strahlung rückgeschlossen werden. Daher ermöglichen Temperatursensoren ein leicht herzustellendes Messsystem.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Messsystem mindestens einen Strahlungsdetektor, der unterhalb einer reflektiven Beschichtung des zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelementes angeordnet ist. Dabei kann entweder eine Öffnung in der reflektiven Beschichtung vorgesehen sein, um Strahlung auf den Strahlungsdetektor passieren zu lassen, oder bei einer durchgehenden reflektiven Beschichtung kann der Restanteil der auftreffenden Strahlung detektiert werden. Beide Ausführungsformen ermöglichen eine hochpräzise Vermessung der auftreffenden Strahlung. Dabei kann nicht nur die genaue Position der ausgeleuchteten Bereiche bestimmt werden, sondern zudem auch die Intensität der auftreffenden Strahlung. Hierdurch wird eine genauere Überwachung der Beleuchtungsoptik während des Betriebs erreicht.
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Eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend eine vorbeschriebene Beleuchtungsoptik hat die Vorteile, die mit Bezug auf die Beleuchtungsoptik beschrieben wurden.
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Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungsoptik und einer Projektionsoptik.
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2a zeigt eine Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungsoptik und einer Projektionsoptik zur Verwendung mit EUV-Strahlung.
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2b zeigt eine Aufsicht auf das erste optische Element der Beleuchtungsoptik nach 2a.
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2c zeigt eine Aufsicht auf das zweite optische Element der Beleuchtungsoptik nach 2a.
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3 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer alternativen Beleuchtungsoptik und einer alternativen Projektionsoptik zur Verwendung mit EUV-Strahlung.
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4a zeigt eine Aufsicht auf das zweite optische Element nach 2c während des Betriebes der Beleuchtungsoptik in einem ersten Zustand.
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4b zeigt eine Aufsicht auf das zweite optische Element nach 2c während des Betriebes der Beleuchtungsoptik in einem zweiten Zustand.
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4c zeigt eine Aufsicht auf das zweite optische Element nach 2c während des Betriebes der Beleuchtungsoptik in einem dritten Zustand.
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Die 5a, 5b und 5c zeigen den Aufbau und die Funktionsweise eines ersten reflektiven Facettenelements, das über mindestens zwei Stellungen verfügt.
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6 zeigt einen Ausschnitt aus einer Beleuchtungsoptik, bei der ein reflektives Facettenelement des ersten optischen Elements eine asphärische reflektive Fläche umfasst.
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7 zeigt detailliert die Nachteile, die durch ein reflektives Facettenelement des ersten optischen Elements mit einer asphärische reflektiven Fläche überwunden werden.
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Die 8a und 8b zeigen anhand eines Ausschnitts der Beleuchtungsoptik die Wirkung eines ersten reflektiven Facettenelements mit mindestens zwei Stellungen, die sich in der Orientierung des Normalenvektors unterscheiden.
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In den 9a und 9b ist mit Hilfe von Ausschnitten des zweiten optischen Elements gezeigt, welche Vorteile durch ein erfindungsgemäßes Messsystem erreicht werden.
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10 zeigt in einer schematischen Darstellung die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Regelkreises.
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Die Bezugszeichen sind so gewählt, dass Objekte, die in 1 dargestellt sind, mit einstelligen oder zweistelligen Zahlen versehen wurden. Die in den weiteren Figuren dargestellten Objekte haben Bezugszeichen, die drei- oder mehrstellig sind, wobei die letzten beiden Ziffern das Objekt angeben und die vorangestellte Ziffer die Nummer der Figur, auf der das Objekt dargestellt ist. Damit stimmen die Bezugsziffern von gleichen Objekten, die in mehreren Figuren dargestellt sind in den letzten beiden Ziffern überein. Gegebenenfalls findet sich die Beschreibung dieser Objekte im Text zu einer vorhergehenden Figur.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 1. Die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst unter anderem die Lichtquelleneinheit 3 und die Beleuchtungsoptik 5 zur Ausleuchtung eines Objektfeldes in der Objektebene 9, in der eine strukturtragende Maske 13 angeordnet ist. Weiterer Bestandteil der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 1 ist ein Projektionsobjektiv 7 zur Abbildung der strukturtragenden Maske 13 auf ein Substrat 15, den sogenannten Wafer. Dieses Substrat 15 enthält eine photosensitive Schicht, die bei der Belichtung chemisch verändert wird. Man spricht hierbei von einem lithografischen Schritt. Die strukturtragende Maske 13 ist dabei in der Objektebene 9 und das Substrat 15 in der Bildebene 11 des Projektionsobjektivs 7 angeordnet. Die Beleuchtungsoptik 5 und das Projektionsobjektiv 7 umfassen dabei eine Vielzahl von optischen Elementen. Diese optischen Elemente können dabei sowohl refraktiv als auch reflektiv ausgebildet sein. Auch Kombinationen von refraktiven und reflektiven optischen Elementen innerhalb der Beleuchtungsoptik 5 oder des Projektionsobjektivs 7 sind möglich. Gleichfalls kann die strukturtragende Maske 13 sowohl reflektiv als auch transmissiv ausgebildet sein. Vollständig aus reflektiven Komponenten bestehen derartige Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen insbesondere dann, wenn sie mit einer Strahlung mit einer Wellenlänge < 193 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge im extremen Ultraviolettbereich (EUV) von 5 bis 15 nm, betrieben werden. Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen 1 werden häufig als sogenannte Scanner betrieben. Das bedeutet, dass die strukturtragende Maske 13 durch ein schlitzförmiges Beleuchtungsfeld entlang einer Scanrichtung bewegt wird, während das Substrat 15 in der Bildebene 11 des Projektionsobjektivs 7 entsprechend bewegt wird. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten von strukturtragender Maske 13 und Substrat 15 entspricht dabei der Vergrößerung des Projektionsobjektivs 7 die üblicherweise kleiner als 1, insbesondere gleich ¼ ist.
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2a zeigt eine Ausgestaltung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 201 mit einer Beleuchtungsoptik 205 und einem Projektionsobjektiv 207. Die Beleuchtungsoptik 205 umfasst dabei ein erstes optisches Element 217 mit einer Mehrzahl von reflektiven ersten Facettenelementen 219 und ein zweites optisches Element 221 mit einer Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen 223. Im Lichtweg nach dem zweiten optischen Element 221 sind ein erster Teleskopspiegel 225 und ein zweiter Teleskopspiegel 227 angeordnet, die beide unter senkrechtem Einfall betrieben werden, das heißt, die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 0° und 45° auf beide Spiegel. Unter dem Einfallswinkel wird dabei der Winkel zwischen einfallender Strahlung und der Normalen zur reflektiven optischen Fläche verstanden. Nachfolgend im Strahlengang ist ein Umlenkspiegel 229 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf das Objektfeld 231 in der Objektebene 209 lenkt. Der Umlenkspiegel 229 wird unter streifenden Einfall betrieben, das heißt, die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 45° und 90° auf den Spiegel. Am Ort des Objektfeldes 231 ist eine reflektive strukturtragende Maske angeordnet, die mithilfe des Projektionsobjektivs 207 in die Bildebene 211 abgebildet wird. Das Projektionsobjektiv 207 umfasst sechs Spiegel 233, 235, 237, 239, 241 und 243. Alle sechs Spiegel des Projektionsobjektivs 207 weisen jeweils eine reflektive optische Fläche auf, die entlang einer um die optische Achse 245 rotationssymmetrischen Fläche verläuft.
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2b zeigt eine Aufsicht auf das erste optische Element 217, das eine Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen 219 umfasst. In der dargestellten Ausführungsform weist das erste optische Element 217 insgesamt 108 erste reflektive Facettenelemente 219 auf. Jedes der ersten reflektiven Facettenelemente 219 weist eine reflektive Fläche auf zur Reflektion der auftreffenden Strahlung.
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2c zeigt eine entsprechende Aufsicht auf das zweite optische Element 221 mit einer Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen 223. In der dargestellten Ausführungsform weist das zweite optische Element 221 insgesamt 716 zweite reflektive Facettenelemente 223 auf.
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Die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach 2a umfasst ferner eine Lichtquelleneinheit 203, die Strahlung auf das erste optische Element 217 lenkt. Die Lichtquelleneinheit 203 umfasst dabei ein Quellplasma 247, das Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich 5–15 nm emittiert Ein Kollektorspiegel 248 wird verwendet um die Strahlung des Quellplasmas zu sammeln. Die Lichtquelleneinheit 203 kann in verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Dargestellt ist eine Laserplasmaquelle (LPP). Bei diesem Quelltyp wird ein eng begrenztes Quellplasma 247 erzeugt, indem ein kleines Materialtröpfchen mit einem Tröpfchengenerator 249 hergestellt wird und an einen vorbestimmten Ort verbracht wird. Dort wird das Materialtröpfchen mit einem hochenergetischen Laser 250 bestrahlt, sodass das Material in einen Plasmazustand übergeht und Strahlung im Wellenlängenbereich 5 bis 15 nm emittiert. Der Laser 250 kann dabei so angeordnet sein, dass die Laserstrahlung durch eine Öffnung 251 in dem Kollektorspiegel 248 fällt, bevor sie auf das Materialtröpfchen trifft. Als Laser 250 kommt zum Beispiel ein Infrarotlaser mit einer Wellenlänge von 10 μm zum Einsatz. Alternativ kann die Lichtquelleneinheit 203 auch als eine Entladungsquelle ausgebildet sein, bei der das Quellplasma 247 mithilfe einer Entladung erzeugt wird.
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Die mit der Lichtquelleneinheit 203 erzeugte Strahlung beleuchtet nun das erste reflektive optische Element 217. Der Kollektorspiegel 248 und die ersten reflektiven Facettenelemente 219 haben eine derartige optische Wirkung, dass sich Bilder des Quellplasmas 247 an den Orten der zweiten reflektiven Facettenelemente 223 des zweiten optischen Elements 221 ergeben. Hierzu werden einerseits die Brennweite des Kollektorspiegels 248 und der ersten Facettenelemente 219 entsprechend der räumlichen Abstände gewählt. Dies geschieht zum Beispiel, indem die reflektiven optischen Flächen der ersten reflektiven Facettenelemente 219 mit geeigneten Krümmungen versehen werden. Andererseits weisen die ersten reflektiven Facettenelemente 219 eine reflektive optische Fläche auf mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven optischen Fläche im Raum festlegt, wobei die Normalenvektoren der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente 219 derart orientiert sind, dass die von einem ersten Facettenelement 219 reflektierte Strahlung auf ein zugeordnetes zweites reflektives Facettenelement 223 trifft. Das optische Element 221 ist in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 205 angeordnet, die mithilfe der Spiegel 225, 227 und 229 auf die Austrittspupillenebene abgebildet wird. Dabei entspricht die Austrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 205 gerade der Eintrittspupillenebene 253 des Projektionsobjektivs 207. Somit liegt das zweite optische Element 221 in einer Ebene, die optisch konjugiert zur Eintrittspupillenebene 253 des Projektionsobjektivs ist. Aus diesem Grund steht die Intensitätsverteilung der Strahlung auf dem zweiten optischen Element 221 in einem einfachen Zusammenhang zur winkelabhängigen Intensitätsverteilung der Strahlung im Bereich des Objektfeldes 231. Dabei ist die Eintrittspupillenebene 253 des Projektionsobjektivs 207 definiert als die Ebene senkrecht zur optischen Achse 245, in der der Hauptstrahl 254 zum Mittelpunkt des Objektfeldes 231 die optische Achse 245 schneidet.
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Die Aufgabe der zweiten Facettenelemente 223 und der nachfolgenden Optik, die die Spiegel 225, 227 und 229 umfasst, ist es, die ersten Facettenelemente 219 überlagernd auf das Objektfeld 231 abzubilden. Dabei versteht man unter überlagernder Abbildung, dass die Bilder der ersten reflektiven Facettenelemente 219 in der Objektebene liegen und dort zumindest teilweise überlappen. Hierzu weisen die zweiten reflektiven Facettenelemente 223 eine reflektive optische Fläche auf mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven optischen Flächen im Raum festlegt. Für jedes zweite Facettenelement 223 ist die Richtung des Normalenvektors so gewählt, dass das ihm zugeordnete Facettenelement 219 auf das Objektfeld 231 in der Objektebene 209 abgebildet wird. Da die ersten Facettenelemente 219 auf das Objektfeld 231 abgebildet werden, entspricht die Form des ausgeleuchteten Objektfeldes 231 der äußeren Form der ersten Facettenelemente 219. Die äußere Form der ersten Facettenelemente 219 wird daher üblicherweise derart bogenförmig gewählt, dass die langen Berandungslinien des ausgeleuchteten Objektfeldes 231 im Wesentlichen bogenförmig um die optische Achse 245 des Projektionsobjektivs 207 verlaufen.
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3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage. Die Projektionsbelichtungsanlage
301 umfasst dabei die Beleuchtungsoptik
305 und das Projektionsobjektiv
307. Im Gegensatz zu dem in
2a dargestellten Projektionsobjektivs
207 weist das Projektionsobjektiv
307 nach
3 eine negative Schnittweite der Eintrittspupille auf. Das heißt, dass die Eintrittspupillenebene
353 des Projektionsobjektivs
307 im Lichtweg vor dem Objektfeld
331 angeordnet ist. Verlängert man den Hauptstrahl
354 weiter, ohne die Reflektion an der strukturtragenden Maske am Ort des Objektfeldes
331 zu berücksichtigen, so schneidet der Hauptstrahl die optische Achse
345 in der Ebene
353a. Berücksichtigt man die Reflektion an der strukturtragenden Maske am Ort des Objektfeldes
331 und am Umlenkspiegel
329, so fällt die Ebene
353a mit der Eintrittspupillenebene
353 zusammen. Bei solchen Projektionsobjektiven mit einer negativen Schnittweite der Eintrittspupille haben die Hauptstrahlen zu unterschiedlichen Objektfeldpunkten am Ort des Objektfeldes
331 einen divergenten Strahlverlauf in Lichtrichtung. Derartige Projektionsobjektive sind bekannt aus der
US2009/0079952A1 . Auch bei dieser Ausführung fällt die Austrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik
305 mit der Eintrittspupillenebene
353 des Projektionsobjektivs
307 zusammen.
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Ein weiterer Unterschied zur Ausführungsform nach 2a besteht darin, dass hier das Quellplasma 347 mithilfe des Kollektorspiegels 348 zunächst auf einen Zwischenfokus 352 abgebildet wird. Dieser Zwischenfokus 352 wird dann mithilfe der ersten reflektiven Facettenelemente 319 des ersten optischen Elements 317 auf die zweiten reflektiven Facettenelemente 323 des zweiten optischen Elements 321 abgebildet.
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Selbstverständlich können die Ausführungsformen der 2a und 3 auch miteinander kombiniert werden. Es ist sowohl möglich eine positive Schnittweite (wie in 2a) zusammen mit einem Zwischenfokus (wie in 3) zu verwenden, als auch eine negative Schnittweite ohne einen Zwischenfokus.
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Die 4a, 4b und 4c zeigen verschiedene Ansichten des zweiten optischen Elements mit zweiten reflektiven Facettenelementen in der gleichen Darstellung wie 2c. Da das erste optische Element, dass in 2b dargestellt ist, insgesamt 108 zweite reflektive Facettenelemente aufweist, von denen jedes einen ausgeleuchteten Bereich am Ort eines zugeordneten zweiten Facettenelementes während des Betriebes der Beleuchtungsoptik erzeugt, gibt es maximal 108 ausgeleuchtete Bereiche auf dem zweiten optischen Element. Je nach Konfiguration des ersten optischen Elements mit ersten reflektiven Facettenelementen liegen diese ausgeleuchteten Bereiche an unterschiedlichen Positionen des zweiten optischen Elements. Dies bedeutet, dass je nach Konfiguration des ersten optischen Elements die ersten reflektiven Facettenelemente unterschiedlichen zweiten reflektiven Facettenelementen zugeordnet sind. Bei einer Konfiguration des ersten optischen Elements haben die ersten reflektiven Facettenelemente eine reflektive optische Fläche mit einem Normalenvektor, der so gerichtet ist, dass während des Betriebes der Beleuchtungsoptik ausgeleuchtete Bereiche am Ort von bestimmten zweiten reflektiven Facettenelementen 455 erzeugt werden. In 4a sind diese ausgeleuchteten zweiten reflektiven Facettenelemente 455 ausgefüllt dargestellt. Insgesamt gibt es bei der Konfiguration nach 4a eine Anzahl von 84 ausgeleuchteten zweiten reflektiven Facettenelementen 455. Von den 108 ersten reflektiven Facettenelementen werden demnach nur 84 erste reflektive Facettenelemente benötigt, um die in 4a dargestellte Ausleuchtung des zweiten optischen Elementes 421 zu erreichen. Somit gehören nur 84/108 = 77,8% aller ersten reflektiven Facettenelemente zur Mehrzahl der ersten reflektiven Facettenelemente. Die Strahlung, die auf die restlichen ersten reflektiven Facettenelemente trifft, wird nicht in Richtung der strukturtragenden Maske weitergeleitet und trägt daher nicht zur Beleuchtung der Maske und zur Bildentstehung bei. Hierzu können z. B. Blenden vorgesehen sein oder die ersten reflektiven Facettenelemente haben eine reflektive Fläche mit einem Normalenvektor der so gerichtet ist, dass die Strahlung auf ein zweites reflektives Facettenelement trifft, dessen reflektive Fläche eine derartige Orientierung besitzt, dass die Strahlung nicht in Richtung der strukturtragenden Maske reflektiert wird. Grundsätzlich ist es wünschenswert, wenn der Prozentsatz der ersten reflektiven Facettenelemente, die zur Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen gehört möglichst groß ist, um eine hohe Intensität der Beleuchtungsstrahlung am Ort der strukturtragenden Maske bereit zu stellen. Allerdings muss die Strahlung auch unter dem richtigen Beleuchtungswinkel auf die strukturtragende Maske treffen, um nennenswert zur Abbildung beizutragen. Andernfalls würde die Strahlung zwar die optischen Eigenschaften der Projektionsoptik z. B. durch Erwärmung negativ beeinflussen, jedoch nicht zur Bildentstehung beitragen. In diesem Fall ist es vorteilhaft die Strahlung bereits innerhalb der Beleuchtungsoptik in der vorbeschriebenen Weise herauszufiltern. Für den wichtigen Anwendungsfall von Strukturen mit parallelen dichten Linien, deren Abstand nahe der Auflösungsgrenze liegt, trägt diejenige Beleuchtungsstrahlung am besten zur Bildentstehung bei, die unter dem größten Beleuchtungswinkel die strukturtragende Maske erreicht. Dies ist gerade diejenige Strahlung, die auch die zweiten reflektiven Facettenelemente trifft, die am Umfang des zweiten optischen Elementes angeordnet sind. Bei dem dargestellten zweiten optischen Element nach 2c sind dies gerade die in 4a markierten ausgeleuchteten zweiten reflektiven Facettenelemente 455. Bei der in 4a dargestellten Konfiguration tragen somit mehr als 75% aller ersten reflektiven Facettenelemente zur Beleuchtung der strukturtragenden Maske bei. Zudem weisen diese ersten reflektiven optischen Elemente eine reflektive optische Fläche mit einem Normalenvektor auf, der so orientiert ist, dass die ausgeleuchteten Bereiche am äußeren Umfang des zweiten optischen Elementes entstehen. Insbesondere liegen alle diesen ausgeleuchteten Bereiche innerhalb eines kreisringförmigen Gebietes 459, dass von einem Kreis 457 mit einem minimalen Durchmesser eingeschlossen wird. Um zu erreichen, dass möglichst nur die Beleuchtungswinkel am Ort der strukturtragenden Maske vorliegen, die besonders gut zur Abbildung beitragen, gilt weiterhin, dass das Verhältnis des Flächeninhaltes des Kreises zur Summe der Flächeninhalte der Gebiete 459 größer ist als 2,5, insbesondere größer als 4. Im vorliegenden Fall hat der Kreis einen Durchmesser von 32, so das sich ein Gesamtflächeninhalt des Kreises von etwa 804 ergibt und die ausgeleuchteten Bereiche haben eine Gesamtfläche, die kleiner ist als die Summe der reflektiven Flächen der ausgeleuchteten zweiten reflektiven Facettenelemente 455, von denen es jeweils 84 mit dem Flächeninhalt 1 gibt, so dass das Verhältnis größer ist als 804/84 = 9,57. Da die genauen Bemaßungen von der genauen Wahl der Abbildungsmaßstäbe abhängen, ist darauf verzichtet worden, die Maße dimensionsbehaftet anzugeben. Stattdessen wurde die äußere Abmessung der zweiten reflektiven Facettenelemente mit 1 festgesetzt.
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4b zeigt in einer zu 4a ähnlichen Darstellung eine zweite mögliche Konfiguration der Beleuchtungsoptik, bei der die ausgeleuchteten zweiten reflektiven Facettenelemente 455 in Form eines Dipols angeordnet sind. Eine derartige Anordnung der ausgeleuchteten zweiten reflektiven Facettenelemente 455 führt zu einer Beleuchtungswinkelverteilung am Ort der strukturtragenden Maske, bei der einerseits die auftreffende Strahlung große Beleuchtungswinkel aufweist und anderseits die Winkelverteilung eine spezielle Vorzugsachse hat, nämlich die Dipol-Achse. Eine derartige Winkelverteilung eignet sich besonders gut zur Abbildung von Maskenstrukturen, deren Richtung senkrecht zur Dipol-Achse steht. Bei dieser Konfiguration gibt es 100 ausgeleuchtete zweite reflektive Facettenelemente 455, so dass ebenfalls 100 der 108 ersten reflektiven Facettenelemente zur Mehrzahl der ersten reflektiven Facettenelemente gehören. Dies ist ein Prozentsatz von 92,6%. Bei dieser Konfiguration liegen die ausgeleuchteten Bereiche innerhalb von zwei zusammenhängenden paarweise disjunkten Gebieten 459, die den Polen des Dipols entsprechen. Weiterhin gibt es einen Kreis 457 mit einem minimalen Durchmesser, der alle diese Gebiete einschließt. Der Flächeninhalt des Kreises mit dem minimalen Durchmesser ist wiederum 804 und die Summe der Flächeninhalte der beiden Gebiete ist größer als die Summe der Flächeninhalte der reflektiven optischen Flächen der ausgeleuchteten zweiten reflektiven Facettenelemente 455 und ist demnach größer als 100, so dass das Verhältnis größer als 8,04 ist und damit größer als 2,5 und größer als 4.
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In 4c ist eine weitere Konfiguration dargestellt, bei der die ausgeleuchteten Bereiche innerhalb von vier zusammenhängenden paarweise disjunkten Gebieten liegen, die in Form eines Quadrupols angeordnet sind. In diesem Fall gibt es insgesamt 88 ausgeleuchtete zweite reflektive Facettenelemente 455, so dass demnach die Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen ebenfalls 88 erste reflektive Facettenelemente umfasst, was einem Anteil von 88/108 = 81% aller reflektiver Facettenelemente des ersten optischen Elements entspricht. Die vier zusammenhängenden paarweise disjunkten Gebiete werden von einem Kreis 457 mit einem minimalen Durchmesser umschlossen, dessen Radius 16 beträgt. Daher ist der Flächeninhalt des Kreises mit dem minimalen Durchmesser in etwa 804. Die Summe der Flächeninhalte der Gebiete 459 ist größer als die Summe der Flächeninhalte der reflektiven Flächen der ausgeleuchteten zweiten reflektiven Facettenelemente 455 und ist demnach größer als 88. Damit ist das Verhältnis des Flächeninhaltes des Kreises zur Summe der Flächeninhalte der Gebiete größer als 804/88 = 9,1 und damit größer als 2,5 und insbesondere auch größer als 4.
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5a zeigt schematisch eine mechanische Ausführung eines ersten reflektiven Facettenelementes 519. Das erste reflektive Facettenelement 519 weist dabei eine reflektive optische Fläche 561 auf mit einem Normalenvektor 563a, der senkrecht im Mittelpunkt auf der optischen Fläche 561 steht. Die Richtung des Normalenvektors 563a gibt damit die Orientierung der reflektiven optischen Fläche 561 im Raum an. Zudem weist das erste reflektive optische Element 519 vier Aktoren 565a, 565b, 565c, 565d auf, mit denen die Orientierung der reflektiven optischen Fläche 561 verändert werden kann. In 5b ist eine Aufsicht auf das erste reflektive optische Element nach 5a dargestellt. Zusätzlich ist ein kartesisches Koordinatensystem mit einer x- und einer y-Achse gezeigt. Da die Aktoren 565a, 565b, 565c, 565d sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung einen Abstand voneinander haben, ermöglichen die Aktoren 565a, 565b, 565c, 565d eine Drehung der reflektiven optischen Fläche 561 sowohl um die x-Achse als auch um die y-Achse. 5c zeigt das erste reflektive optische Element 519 in einer zweiten Stellung bei der die reflektive optische Fläche 561 im Gegensatz zu der in 5a gezeigten Stellung eine andere Orientierung hat. Die Normalenvektoren 563a und 563b schließen somit einen von 0° verschiedenen Winkel ein. Das Spiegelsubstrat 567 ist um den Drehpunkt 568 gedreht worden. Dies wurde dadurch erreicht, dass die Aktuatoren 565a, 565b, 565c und 565d in der Stellung nach 5c unterschiedliche Ausdehnung senkrecht zum Spiegelträger 569 aufweisen.
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6 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik. Im Gegensatz zu dem mehr schematischen Strahlengang, der in 3 gezeigt ist und hier gestrichelt übernommen wurde, ist für ein erstes reflektives optisches Element 619 der genaue Strahlengang durchgezogen dargestellt. Das erste reflektive optische Element 619 bildet den Zwischenfokus 652 auf das ihm zugeordnete ausgeleuchtete zweite reflektive Facettenelement 655 ab. Auf der reflektiven Fläche des ausgeleuchteten zweiten reflektiven Facettenelements 655 wird demnach ein ausgeleuchteter Bereich 671 erzeugt. Es ist vorteilhaft, wenn dieser ausgeleuchtete Bereich 671 eine möglichst kleine Fläche aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass die zweiten reflektiven Facettenelemente 623 relativ klein ausgeführt werden können, wobei die ausgeleuchteten Bereiche immer noch jeweils kleiner sind als die reflektive Fläche des entsprechenden zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelementes. Eine derartige kleine Ausführung der zweiten reflektiven Facettenelemente hat den Vorteil, dass diese relativ dicht gepackt werden können, so dass in den Gebieten des zweiten optischen Elements 621, die Beleuchtungswinkeln entsprechen die besonders gut zur Bildentstehung beitragen, eine größere Anzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen angeordnet werden können. Daher ist es wünschenswert, wenn eine möglichst gute Abbildung des Zwischenfokus 652 auf das Gebiet 671 stattfindet. Eine ideale Punktabbildung vom Zwischenfokus 652 auf das Gebiet 671 ergibt sich genau dann, wenn das entsprechende erste reflektive Facettenelement 619 eine reflektive optische Fläche aufweist, die asphärisch ist und ein Ausschnitt aus dem Ellipsoiden 666, dessen Brennpunkte mit dem Zwischenfokus 652 und dem Gebiet 671 zusammenfallen.
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7 zeigt dagegen den Strahlverlauf, wie er sich bei der Verwendung einer sphärischen reflektiven Fläche ergibt. Der Zwischenfokus 752 der sich nicht im Fokus 772 der sphärischen reflektiven Fläche 773 befindet, wird nicht exakt auf einen Punkt abgebildet. Während sich die Strahlen 774a und 774b, die in der yz-Ebene verlaufen am Ort 775a schneiden, schneiden sich die Strahlen 774c und 774d, die unter einem Winkel zu yz-Ebene verlaufen am Ort 775b, der weiter von der sphärischen reflektiven Fläche 773 entfernt liegt als der Ort 775a. Der Punkt 775a ist daher der meridionale Brennpunkt und der Punkt 775b ist der sagitale Brennpunkt. Zwischen diesen beiden Brennpunkten 775a und 775b ergibt sich eine Position, bei der der ausgeleuchtete Bereich exakt kreisförmig wird. An dieser Stelle ist das Bild ein kreisförmiger unscharfer Fleck, den man Unschärfekreis 776 nennt. Auf Grund dieses beschriebenen Astigmatismus ergibt sich bei der Verwendung einer sphärischen reflektiven Fläche 773 auch bei der Abbildung eines punktförmigen Zwischenfokus 752 immer ein ausgedehnter ausgeleuchteter Bereich, der in diesem Fall dem Unschärfekreis 776 entspricht. Eine Möglichkeit den ausgeleuchteten Bereich zu reduzieren, ist die Verwendung einer asphärischen reflektiven Fläche im Gegensatz zu der in 7 dargestellten sphärischen reflektiven Fläche. Es ist bekannt, dass durch einen derartigen Einsatz von Asphären der oben beschriebene Astigmatismus reduziert werden kann. Eine optimale Abbildung bei der der meridionale und der sagitale Brennpunkt zusammenfallen ergibt sich bei der Verwendung einer asphärischen Fläche, die ein Ausschnitt aus einem Ellipsoiden ist. Dies ist in 6 dargestellt.
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Die 8a und 8b zeigen ebenfalls jeweils einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik, wobei sich die 8a von der 8b dadurch unterscheidet, dass eines der ersten reflektiven Facettenelemente 819 des ersten optischen Elements 817 in 8a eine erste Stellung einnimmt und in 8b eine zweite Stellung. In der ersten Stellung erzeugt das erste reflektive Facettenelement 819 einen ersten ausgeleuchteten Bereich 871a am Ort eines zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelementes. Dies ist in 8a dargestellt. Dagegen zeigt 8b, dass das erste reflektive Facettenelement 819 in der zweiten Stellung während des Betriebes der Beleuchtungsoptik einen zweiten ausgeleuchteten Bereich 871b am Ort eines weiteren zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelementes erzeugt. In der Konfiguration nach 8a hat das erste reflektive Facettenelement 819 einen Abstand vom ersten ausgeleuchteten Bereich 871, der mit 877a bezeichnet ist. In der Konfiguration nach 8b, bei der das erste reflektive Facettenelement 819 in der zweiten Stellung ist, hat das erste reflektive Facettenelement 819 einen Abstand zum zweiten ausgeleuchteten Bereich 871b, der mit 877b gekennzeichnet ist. Erfindungsgemäß sind diese beiden Stellungen derart gewählt, dass der Abstand 877a und der Abstand 877b sich um nicht mehr unterscheiden als 5%, bevorzugt um nicht mehr als 3%. Hierdurch wird erreicht, dass sowohl der ausgeleuchtete Bereich 871a als auch der ausgeleuchtete Bereich 871b ausreichend klein ist, um auf die jeweilige reflektive Fläche des entsprechenden zweiten reflektiven Facettenelementes zu passen. Selbst wenn die reflektive Fläche des ersten reflektiven Facettenelementes 819 derart gewählt ist, dass ein optimales Punktbild des Zwischenfokus 852 als ausgeleuchteter Bereich 871a entsteht, so ergibt sich zwangsläufig, dass auf Grund des veränderten Abstandes 877b im Vergleich zu 877a ein unscharfes Bild des Zwischenfokus 852 bei der zweiten Stellung als ausgeleuchteter Bereich 871b auftritt. Erfindungsgemäß werden die beiden Stellungen derart gewählt, dass die beiden Abstände sich um nicht mehr als 5% insbesondere um nicht mehr als 3% unterscheiden und die reflektive Fläche des ersten optischen Elementes derart asphärisch, dass in beiden Stellungen möglichst kleine Ausleuchtungsbereiche 871a und 871b erzeugt werden.
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9a zeigt eine Aufsicht auf einen Ausschnitt des zweiten reflektiven optischen Elements. Dargestellt sind sechs zweite reflektive Facettenelemente 923 mit ihren jeweiligen reflektiven optischen Flächen 970. Schraffiert dargestellt sind die ausgeleuchteten Bereiche 971. Von diesen liegen die ausgeleuchteten Bereiche 971a und 971b auf der reflektiven Fläche 970b des gleichen zweiten reflektiven Facettenelementes. Die ausgeleuchteten Bereiche 971a und 971b werden von zwei verschiedenen ersten reflektiven Facettenelementen erzeugt. Daher trifft die Strahlung in den ausgeleuchteten Bereichen 971a und 971b auch aus unterschiedlichen Richtungen auf das zweite reflektive Facettenelement mit der optischen Fläche 970b. Die reflektive optische Fläche 970b hat jedoch einen Normalenvektor, der derart orientiert ist, dass nur die im Bereich 971b auftreffende Strahlung in Richtung auf die strukturtragende Maske reflektiert wird. Die im Bereich 971a auftreffende Strahlung wird dagegen in eine falsche Richtung reflektiert, so dass sie die strukturtragende Maske nicht erreicht. Die im Bereich 971a auftreffende Strahlung hätte eigentlich auf die reflektive optische Fläche 970a auftreffen sollen, um in Richtung auf die strukturtragende Maske reflektiert zu werden. Bereits ein geringer Fehler in der Orientierung der reflektiven optischen Fläche des zugehörigen ersten reflektiven Facettenelementes führt jedoch dazu, dass der Bereich 971a fehljustiert ist und nicht die richtige reflektive optische Fläche 970a erreicht. Bei einem typischen Abstand von 1 m zwischen den ersten reflektiven Facettenelementen und ihrem zugehörigen Ausleuchtungsbereich führt ein Winkelfehler in der Orientierung des Normalenvektors der reflektiven Fläche des ersten optischen Elementes von 1 mrad zu einer Verschiebung des Ausleuchtungsbereiches um 2 mm. Die Orientierung des Normalenvektors der ersten reflektiven optischen Facettenelemente muss daher höchst präzise festgelegt werden. Um jedoch diese Orientierung so präzise festzulegen, ist es erforderlich die Position der ausgeleuchteten Bereiche 971 zu bestimmen. Hierzu ist das in 9b dargestellte Messsystem vorgesehen. In der Ausführung nach 9b sind am Umfang der reflektiven Fläche der sechs zweiten reflektiven Facettenelemente 923 Strahlungsdetektoren 981 angeordnet. Bei einer optimalen Justage der ersten reflektiven Facettenelemente sollte keinerlei Strahlung auf die Strahlungsdetektoren 981 fallen, da die ausgeleuchteten Bereich 971 vollständig auf der jeweiligen reflektiven optischen Fläche 970 liegen. Sobald ein Bereich 971a nicht die korrekte Position annimmt, weil z. B. der Normalenvektor des entsprechenden ersten reflektiven optischen Elementes auf Grund von Erwärmung des entsprechenden ersten reflektiven optischen Elementes seine Lage verändert, ergibt sich ein Signal am entsprechenden Strahlungsdetektor 981. Dieses Signal kann verwendet werden, um die Orientierung des entsprechenden Normalenvektors mit Hilfe von Aktoren nachzukorrigieren, um den Bereich 971a zurück auf die reflektive Fläche 970 zu verlagern.
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10 zeigt schematisch eine derartige Nachkorrektur mit Hilfe eines Regelkreises. Dargestellt sind vier zweite reflektive Facettenelemente 1023a, 1023b, 1023c, 1023d und ein erstes reflektives Facettenelement 1019 mit einer reflektiven optischen Fläche 1061, die einen Normalenvektor 1063 aufweist. Die Lage des Normalenvektors 1063 im Raum und damit die Orientierung der reflektiven optischen Fläche 1061 wird mit Hilfe von vier Aktoren 1065a, 1065b, 1065c und 1065d festgelegt, wie anhand der 5a, 5b und 5c beschrieben. Demnach kann mit Hilfe der Aktoren eingestellt werden, an welcher Position sich der ausgeleuchtete Bereich 1071 ergibt. Das zweite reflektive Facettenelement 1023a ist entsprechend der Erläuterung zu 9b mit Strahlungsdetektoren 1081a versehen, die ein Signal erzeugen, sobald der ausgeleuchtete Bereich 1071 auf die Strahlungsdetektoren 1081a fällt. Das von den Strahlungsdetektoren 1081a gebildete Messsystem ist über eine Steuereinheit 1083 mit den Aktoren 1065a, 1065b, 1065c und 1065d verbunden, so dass sich ein Regelkreis ergibt, um die Position des ausgeleuchteten Bereiches 1071 derart zu regeln, dass der ausgeleuchtete Bereich 1071 zu mehr als 90%, bevorzugt zu mehr als 95%, auf der reflektiven Fläche des zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelementes 1023a liegt. Hierbei generiert die Steuereinheit 1083 mit Hilfe der Signale des Messsystems ein Regelsignal, mit dem die Aktoren 1065a, 1065b, 1065c und 1065d angesteuert werden. Weiterhin in 10 dargestellt sind drei alternative Ausführungsformen für das Messsystem. Das zweite reflektive Facettenelement 1023b umfasst einen Strahlungsdetektor 1081b, der unterhalb einer reflektiven Beschichtung 1085 des zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelementes angeordnet ist. Dabei ist in der reflektiven Beschichtung 1085 eine mittige Öffnung 1087 vorgesehen, um Strahlung auf den Strahlungsdetektor 1081b passieren zu lassen. In diesem Fall ergibt sich ein Signal am Strahlungsdetektor 1081b, wenn die Lage des Normalenvektors 1063 korrekt ist und der ausgeleuchtete Bereich auf der reflektiven Fläche des entsprechenden zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelementes 1023b liegt. In einer alternativen Form ist der Strahlungsdetektor 1023c ebenfalls unterhalb einer reflektiven Beschichtung 1085 des zugeordneten zweiten reflektiven Facettenelementes angeordnet, wobei jedoch keine Öffnung vorgesehen ist. In diesem Fall wird vom Strahlungsdetektor 1081c, der Restanteil der auftreffenden Strahlung detektiert, der die reflektive Beschichtung 1085 passiert. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst das Messsystem einen Temperatursensor 1089 der mit dem zweiten reflektiven Facettenelement 1023d verbunden ist. Mit Hilfe des Temperatursensors 1089 kann auf indirekte Weise festgestellt werden, ob der ausgeleuchtete Bereich 1071 die korrekte Position hat. Dabei wird ausgenutzt, dass durch die auftreffende Strahlung eine Erwärmung des zweiten reflektiven Facettenelement 1023d verursacht wird. Bei einer Fehleinstellung des Normalenvektors 1063 kommt es z. B. dazu, dass zwei Ausleuchtungsbereiche auf dem gleichen zweiten reflektiven Facettenelement zu liegen kommen, wie dies in 9a anhand der Ausleuchtungsbereiche 971a und 971b dargestellt ist. Dies würde zu einer deutlich stärkeren Erwärmung des entsprechenden zweiten reflektiven Facettenelementes führen. Dafür fällt die Erwärmung des benachbarten zweiten reflektiven Facettenelementes deutlich geringer aus als erwartet, da hier kein Ausleuchtungsbereich auftrifft. Auch aus diesen Signalen der Temperatursensoren kann daher mit Hilfe der Steuereinheit 1083 ein Regelsignal generiert werden um die Aktoren 1065a, 1065b, 1065c und 1065d geeignet anzusteuern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0079952 A1 [0049]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Handbook of optical systems: Vol. 2 Physical image formation, chapter 21, The Abbe theory of imaging”, Wiley VCH 2005 [0005]
