DE102013021513B4

DE102013021513B4 - Optisches Modul zur Optimierung einer Intensitätsverteilung von Strahlung einer ersten Wellenlänge und zum Transmittieren von Strahlung einer zweiten Wellenlänge

Info

Publication number: DE102013021513B4
Application number: DE102013021513.7A
Authority: DE
Inventors: Chris Schild; Uwe Wielsch; Markus Bender
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: DE102013021513A1

Abstract

Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer ersten Strahlungsquelle, die eine Strahlung mit der ersten Wellenlänge emittiert und zumindest einer zweiten Strahlungsquelle, die eine Strahlung mit der zweiten Wellenlänge emittiert und einem optischen Modul (1) zur Optimierung einer Intensitätsverteilung (I_EIN, I_AUS) von Strahlung der ersten Wellenlänge (2a) und zum Transmittieren von Strahlung der zweiten Wellenlänge (2b), wobei die Strahlung der ersten und zweiten Wellenlänge von einer Eintrittsseite (E) zu einer Austrittsseite (A) geführt werden kann, mit folgenden Merkmalen:
– zumindest einen ersten Bereich (3), der ausgebildet ist, um Strahlung der ersten Wellenlänge zumindest teilweise zu absorbieren und/oder zu reflektieren und Strahlung der zweiten Wellenlänge zu transmittieren;
– zumindest einen weiteren zweiten Bereich (4), der ausgebildet ist, um Strahlung der ersten und zweiten Wellenlänge zu transmittieren und wobei das optische Modul (1) zwischen einer zu belichtenden Fläche und der ersten und zweiten Strahlungsquelle angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Modul zur Optimierung einer Intensitätsverteilung von Strahlung einer ersten Wellenlänge und zum transmittieren von Strahlung einer zweiten Wellenlänge gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Mikrolithographie ist eine der zentralen Methoden der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik zur Herstellung von elektrischen Bauelementen, integrierten Schaltungen und anderen weiteren Produkten. Dabei wird z. B. mittels einer Belichtung das Bild einer Fotomaske auf einen lichtempfindlichen Fotolack übertragen. Anschließend werden die belichteten Stellen des Fotolacks aufgelöst (alternativ ist auch die Auflösung der unbelichteten Stellen möglich, wenn der Fotolack unter Licht aushärtet). So entsteht eine lithografische Maske, die die weitere Bearbeitung durch chemische und physikalische Prozesse ermöglicht. Ein anderes Verfahren zur Strukturierung von Masken bzw. optischen Bauteilen kann z. B. mittels E-Beam-Lithographie durchgeführt werden.
Wird in einem derartigen Beleuchtungssystem ein Laser als primäre Strahlungsquelle genutzt, so ist zu berücksichtigen, dass die von einem Laser emittierte Strahlung in der Regel eine ungleichmäßige Intensitätsverteilung hat. Zur Optimierung von derartigen ungleichmäßigen Intensitätsverteilungen ist aus dem Stand der Technik bekannt, so genannte Apodizierer (Abschwächer, Attenuator) zu verwenden. Grundsätzlich werden bei derartigen optischen Modulen zwei wesentliche Grundtypen unterschieden. Einerseits sind sogenannte Amplituden- oder absorbierende Abschwächer, andererseits sogenannte Phasen- oder diffraktive Abschwächer bekannt. Die wesentliche Eigenschaft dieser Abschwächer ist dabei, eine lokale Änderung der Amplitude oder der Phaseneigenschaft der einfallenden Wellenfront herbeizuführen.
Die US 5 204 535 A offenbart eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer ersten und zweiten Strahlungsquelle. Die DE 101 27 225 A1 offenbart einen Ultraviolett-Abschwächungsfilter.
Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines als optisches Modul ausgebildeten Amplitudenabschwächers 1, der erste Bereiche 3 mit einem für die Strahlung hohen Absorptionsgrad und weitere zweite Bereiche 4 mit einem für die Strahlung hohen Transmissionsgrad aufweist. Beispielsweise kann der erste Bereich 3, also der Bereich mit einem hohen Absorptionsgrad, als eine Chromstruktur ausgebildet sein. Der Werkstoff Chrom weist nämlich bei einer Wellenlänge von 193 nm, also der Wellenlänge, die üblicherweise für eine primäre Strahlungsquelle in der Mikrolithographie verwendet wird, eine hohe optische Dichte und somit einen hohen Absorptionsgrad/Reflexionsgrad auf. Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, wird durch den Amplitudenabschwächer 1 und in weiterer Folge mit Hilfe eines weiteren optischen Elements 8 eine ungleichmäßige Intensitätsverteilung I_EIN in eine nahezu gleichmäßige, in diesem Ausführungsbeispiel trapezförmige Intensitätsverteilung I_AUS, umgewandelt.
Für verschiedene Anwendungssituationen in der Mikrolithographie ist es notwendig, dass neben der ersten primären Strahlungsquelle eine weitere zweite Strahlungsquelle zum Einsatz kommt. Bei dieser zweiten Strahlungsquelle kann es sich ebenfalls um eine Laserquelle, beispielsweise einen Pilotlaser, einen Justierlaser oder einen ähnlichen anderen Laser handeln. Derartige Laserquellen weisen typischerweise größere Wellenlängen, beispielsweise eine Wellenlänge von 632 nm auf. Für die Wellenlänge 632 nm würden die Chromstrukturen jedoch ebenfalls eine lokale Abschwächung der Intensitätsverteilung der zweiten Strahlung verursachen, die möglicherweise hinderlich oder sogar störend für den entsprechenden Anwendungszweck ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein optisches Modul zur Verfügung zu stellen, dass die Intensitätsverteilung einer Strahlung mit einer ersten Wellenlänge ändert beziehungsweise optimiert, während die Intensitätsverteilung einer Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge nahezu oder bevorzugt vollständig unverändert bleibt. Diese Aufgabe wird durch ein optisches Modul gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen oder ergänzende Ausführungsformen werden durch die abhängigen Ansprüche näher definiert.
In einem Grundgedanken der Erfindung weist ein optisches Modul die folgenden Merkmale auf: Optisches Modul zur Optimierung einer Intensitätsverteilung von Strahlung einer ersten Wellenlänge und zum transmittieren von Strahlung einer zweiten Wellenlänge, wobei die Strahlung der ersten und zweiten Wellenlänge von einer Eintrittsseite zu einer Austrittsseite des optischen Moduls geführt werden kann, mit zumindest einem ersten Bereich, der ausgebildet ist, um Strahlung der ersten Wellenlänge zumindest teilweise zu absorbieren und/oder zu reflektieren und Strahlung der zweiten Wellenlänge zu transmittieren und zumindest einen weiteren zweiten Bereich, der ausgebildet ist, um Strahlung der ersten und zweiten Wellenlänge zu transmittieren. Kernstück der Erfindung ist somit ein erster Bereich, der eine Strahlung mit einer ersten Wellenlänge zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, sperrt und eine Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge vollständig transmittiert, so dass die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge mit einer unveränderten Intensitätsverteilung bereit gestellt wird.
Unter dem technischen Merkmal „Optimierung einer Intensitätsverteilung” wird erfindungsgemäß verstanden, dass sich eine Intensitätsverteilung I_EIN vor dem optischen Modul zu einer Intensitätsverteilung I_AUS nach dem optischen Modul ändert. Es findet somit erfindungsgemäß eine Änderung der Intensitätsverteilung der Strahlung mit der ersten Wellenlänge statt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Modul als ein Schichtsystem ausgebildet, wobei das Schichtsystem zumindest ein erstes Teilschichtsystem aufweist, das ausgebildet ist, Strahlung der ersten und zweiten Wellenlänge zu transmittieren und ferner ein zweites Teilschichtsystem aufweist, wobei das zweite Teilschichtsystem den ersten und zweiten Bereich umfasst, wobei das erste Teilschichtsystem auf einem Substrat angeordnet ist und das zweite Teilschichtsystem auf dem ersten Teilschichtsystem angeordnet ist. Derartige Schichtsysteme sind besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Die genau benötigten Schichtdicken der einzelnen Teilschichtsysteme lassen sich hierbei in Abhängigkeit vom Anwendungszweck jeweils durch Simulationsrechnungen ermitteln.
Das optische Modul ist somit bevorzugt als ein optischer Filter ausgebildet.
Günstig ist es in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch, wenn das zweite Teilschichtsystem aus genau einer Schicht besteht. Beispielsweise ist es möglich, dass die genau eine Schicht Ta₂O₅ umfasst oder aus Ta₂O₅ besteht. Ein derartiges Material weist eine hohe Transparenz für eine Wellenlänge von 632 nm, also einer Wellenlänge bei der ein Justierlaser zum Einsatz kommt und eine sehr hohe Absorption für eine Wellenlänge von 193 nm auf.
Die Erfindung schafft auch ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer ersten Strahlungsquelle, insbesondere einer Laserstrahlungsquelle, die eine Strahlung mit der ersten Wellenlänge emittiert und zumindest einer zweiten Strahlungsquelle, die eine Strahlung mit der zweiten Wellenlänge emittiert und einem erfindungsgemäßen optischen Modul, wobei das optische Modul zwischen einer zu belichtenden Fläche und der ersten und zweiten Strahlungsquelle angeordnet ist. Ein erfindungsgemäßes optisches Modul kann daher bevorzugt in ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie eingesetzt werden.
Günstig ist es bei einem derartigen Beleuchtungssystem, wenn die erste Strahlungsquelle Strahlung mit einer Wellenlänge von 193 nm emittiert und die zweite Strahlungsquelle Strahlung mit einer Wellenlänge von 632 nm emittiert. Es ist dem Fachmann jedoch klar, dass das optische Modul für andere Wellenlängen der zweiten Strahlungsquelle adaptiert werden kann.
Weitere wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und der Figur. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Moduls beschrieben und mittels der Figur näher erläutert.
1 Schematischer Aufbau eines optischen Moduls zur Optimierung einer Intensitätsverteilung gemäß dem Stand der Technik;
2 Schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen optischen Moduls zur Optimierung einer Intensitätsverteilung;
3a–3c Verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Abschwächers „Apodizer”;
2 zeigt schematisch ein optisches Modul 1 zur Optimierung einer Intensitätsverteilung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein derartiges Modul 1 ist in einem betriebsfertigen montierten Zustand in einem Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage angeordnet und hat die Aufgabe, eine von einer Laserquelle kommende Strahlung mit einer ersten Wellenlänge 2a derart zu homogenisieren, dass in einem Beleuchtungsfeld stromabwärts des Moduls eine möglichst gleichmäßige Intensitätsverteilung herrscht. Die Intensitätsverteilung der Strahlung wird durch das optische Modul somit optimiert. Der Übersichtlichkeit halber sind die weiteren optischen Elemente im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage nicht dargestellt.
Um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, weist das optische Modul 1 einen ersten Bereich 3 auf, der ausgebildet ist, die Strahlung der ersten Wellenlänge zu absorbieren. Ferner weist das optische Modul einen zweiten Bereich 4 auf, der ausgebildet ist, die Strahlung der ersten Wellenlänge zu transmittieren. Der erste und zweite Bereich bilden somit zusammen einen Abschwächer („Apodizer”) 10 gemäß der zuvor beschriebenen 1 für die erste Wellenlänge aus.
Erfindungsgemäß ist nun der Einsatz einer Strahlung einer zweiten Wellenlänge 2b vorgesehen. Bei der Strahlung der zweiten Wellenlänge kann es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um einen Justierlaser handeln, der die Aufgabe hat, die optische Achse des gesamten Beleuchtungssystems zu bestimmen. Anhand dieser optischen Achse können weitere optische Elemente des Systems präzise justiert werden.
Zur besseren Veranschaulichung wurde in 2 die Strahlung der zweiten Wellenlänge mit einer durchgezogenen Linie dargestellt, während die Strahlung der ersten Wellenlänge mit einer unterbrochenen Linie dargestellt ist. Aus der 2 ist zu erkennen, dass die Strahlung der ersten Wellenlänge 2a im ersten Bereich 3 vollständig absorbiert wird, während die Strahlung der zweiten Wellenlänge 2b den ersten Bereich 3 und den zweiten Bereich 4 vollständig durchdringt. Die ersten 3 und zweiten Bereiche 4 sind als eine Schicht eines Schichtsystems ausgebildet und können beispielsweise durch einen Ätzprozess realisiert werden. Durch diesen Ätzprozess werden bestimmte Bereiche einer Schicht abgetragen und bilden somit den zweiten Bereich 4 aus, während die anderen Bereiche den ersten Bereich 3 ausbilden. Alternativ ist es auch möglich, dass der zweite Bereich mit einem Material ausgefüllt wird, das für beide Wellenlängen transparent ist.
Das optische Modul 1 ist als ein optisches Filter ausgebildet und ist, wie bereits zuvor erwähnt, in diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel als ein Schichtsystem ausgeführt. Das Schichtsystem weist für beide Wellenlängen eine Eintrittsseite E und eine Austrittsseite A auf, an denen die Strahlung in das Schichtsystem eindringt beziehungsweise das Schichtsystem wieder verlässt. Das Schichtsystem umfasst zumindest ein Substrat 7 sowie ein erstes Teilschichtsystem 6 und ein zweites Teilschichtsystem 5, wobei das erste Teilschichtsystem 6 auf dem Substrat angeordnet ist und das zweite Teilschichtsystem 5 auf dem ersten Teilschichtsystem 6 angeordnet ist.
Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt auf dem Substrat 7 durch einen an sich bekannten Beschichtungsprozess das erste Teilschichtsystem 6 abgeschieden, das sowohl für die Strahlung der ersten Wellenlänge als auch für die Strahlung der zweiten Wellenlänge eine hohe Transmission beziehungsweise geringe Restreflexion aufweist. In einem zweiten Verfahrensschritt wird anschließend auf dem ersten Teilschichtsystem das zweite Teilschichtsystem abgeschieden und durch einen abschließenden dritten Verfahrensschritt strukturiert, so dass der erste und zweite Bereich ausgebildet werden. Das zweite Teilschichtsystem 5 besteht somit aus genau einer Schicht 10. Beispielsweise kann diese Schicht Ta₂O₅ umfassen oder gänzlich aus diesem Material bestehen. Dieses Material ist für einen Wellenlängenbereich zwischen 350 nm bis ungefähr 8 μm transparent.
Die 3a bis 3c zeigen verschiedene Ausführungsformen eines Abschwächers („Apodizer”) 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten eines derartigen Abschwächers. Einerseits kann durch eine Struktur eine lokale Änderung der Amplitude der einfallenden Wellenfront der Strahlung herbeigeführt werden (siehe 3a), andererseits ist es auch möglich durch die Struktur gezielt die Phase der einfallenden Wellenfront der Strahlung zu ändern (siehe 3c). In einer weiteren Ausführungsform können auch beide Möglichkeiten, also die Änderung der Amplitude als auch die Änderung der Phase miteinander kombiniert werden.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer ersten Strahlungsquelle, die eine Strahlung mit der ersten Wellenlänge emittiert und zumindest einer zweiten Strahlungsquelle, die eine Strahlung mit der zweiten Wellenlänge emittiert und einem optischen Modul (1) zur Optimierung einer Intensitätsverteilung (I_EIN, I_AUS) von Strahlung der ersten Wellenlänge (2a) und zum Transmittieren von Strahlung der zweiten Wellenlänge (2b), wobei die Strahlung der ersten und zweiten Wellenlänge von einer Eintrittsseite (E) zu einer Austrittsseite (A) geführt werden kann, mit folgenden Merkmalen: – zumindest einen ersten Bereich (3), der ausgebildet ist, um Strahlung der ersten Wellenlänge zumindest teilweise zu absorbieren und/oder zu reflektieren und Strahlung der zweiten Wellenlänge zu transmittieren; – zumindest einen weiteren zweiten Bereich (4), der ausgebildet ist, um Strahlung der ersten und zweiten Wellenlänge zu transmittieren und wobei das optische Modul (1) zwischen einer zu belichtenden Fläche und der ersten und zweiten Strahlungsquelle angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Modul (1) als ein Schichtsystem ausgebildet ist und das Schichtsystem zumindest ein erstes Teilschichtsystem (6) aufweist, das ausgebildet ist, Strahlung der ersten und zweiten Wellenlänge zu transmittieren und ferner ein zweites Teilschichtsystem (5) aufweist, wobei das zweite Teilschichtsystem den ersten und zweiten Bereich umfasst, wobei das erste Teilschichtsystem auf einem Substrat (7) angeordnet ist und das zweite Teilschichtsystem (5) auf dem ersten Teilschichtsystem (6) angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilschichtsystem (5) aus genau einer Schicht besteht.
Beleuchtungssystem nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genau eine Schicht Ta₂O₅ umfasst oder aus Ta₂O₅ besteht.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle Strahlung mit einer Wellenlänge von 193 nm emittiert und die zweite Strahlungsquelle Strahlung mit einer Wellenlänge von 632 nm emittiert.