WO2002099534A9 - Beleuchtungssystem mit einer vielzahl von einzelgittern - Google Patents

Beleuchtungssystem mit einer vielzahl von einzelgittern

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WO2002099534A9
WO2002099534A9 PCT/EP2002/005688 EP0205688W WO02099534A9 WO 2002099534 A9 WO2002099534 A9 WO 2002099534A9 EP 0205688 W EP0205688 W EP 0205688W WO 02099534 A9 WO02099534 A9 WO 02099534A9
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grating
individual
plane
grids
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WO2002099534A2 (de
WO2002099534A3 (de
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Markus Weiss
Bernd Kleemann
Karlfried Osterried
Wolfgang Singer
Johannes Wangler
Frank Melzer
Andreas Heisler
Vadim Yevgenyevich Banine
Original Assignee
Carl Zeiss Semiconductor
Asml Netherlands
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Publication of WO2002099534A9 publication Critical patent/WO2002099534A9/de
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/7015—Details of optical elements
    • G03F7/70158—Diffractive optical elements
    • G—PHYSICS
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    • G03F7/702—Reflective illumination, i.e. reflective optical elements other than folding mirrors, e.g. extreme ultraviolet [EUV] illumination systems
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators

Definitions

  • the invention relates to an illumination system for wavelengths ⁇ 100 nm, the illumination system having an object plane and a field plane.
  • EUV lithography is one of the most promising future lithography techniques. Wavelengths in the range of 11-14 nm, in particular 13.5 nm, with a numerical aperture of 0.2-0.3 are currently being discussed as wavelengths for EUV lithography.
  • the image quality in EUV lithography is determined on the one hand by the projection lens and on the other hand by the lighting system.
  • the illumination system is intended to provide the most uniform possible illumination of the field plane in which the structure-bearing mask, the so-called reticle, is arranged.
  • the projection lens depicts the field plane in an image plane, the so-called wafer plane, in which a light-sensitive object is arranged.
  • Projection exposure systems for EUV lithography are designed with reflective optical elements.
  • the shape of the field of an EUV projection exposure system is typically that of a ring field with a high aspect ratio of 2 mm (width) x 22-26 mm (arc length).
  • the projection systems are usually operated in scanning mode.
  • illumination systems for wavelengths ⁇ 100 nm The problem with illumination systems for wavelengths ⁇ 100 nm is that the light sources of such illumination systems emit radiation which can lead to undesired exposure of the light-sensitive object in the wafer plane of the projection exposure system and, in addition, optical components of the exposure system, such as the multilayer mirrors, are thereby heated ,
  • Transmission filters for example made of zircon, are used in lighting systems for wavelengths ⁇ 100 nm to filter out the unwanted radiation.
  • Such filters have the disadvantage of high light losses. Furthermore, they can be very easily destroyed by heat.
  • the object of the invention is to provide an illumination system for wavelengths ⁇ 100 nm, in particular in the EUV range, in which the disadvantages mentioned above can be avoided. Furthermore, the components of such a lighting system should be simple in construction and manufacture.
  • an illumination system which has at least one grating element which has a multiplicity of individual grids with a grating period assigned to the individual grating, and at least one physical diaphragm in a diaphragm plane which is arranged downstream of the grating element in the beam path from the object plane to the field plane.
  • Grating elements for example reflection gratings, in particular echelette gratings with an overall efficiency of close to 60%, have been known for some time from monochromator construction for synchrotron radiation sources, and there is good experience in particular even at very high fluxes.
  • the behavior on diffraction gratings is determined by the grating equation
  • a grating element in the beam path from the object plane to the image plane for spectral filtering can be used in an illumination system for wavelengths ⁇ 100 nm if the individual diffraction orders and the wavelengths are clearly separated from one another. This is easiest in the focused beam. There is a focus or light source image with a limited diameter at the focal point. However, you have to choose a certain aperture for the focused beam in order not to get too long lengths. However, for higher-aperture beams, the grating design becomes more difficult or larger aberrations are obtained.
  • the inventors have now recognized that a separation of the individual diffraction orders and sufficient imaging quality can also be achieved if a plurality of individual gratings are used instead of a grating element with, for example, a continuously changing grating constant.
  • the individual gratings are preferably arranged one above the other or one behind the other in the direction of the impinging beam.
  • the individual grids can be grids with different grating periods.
  • individual grids are arranged tilted relative to one another.
  • cooling devices can be provided on the side facing away from the incident rays. In this way, excessive heating of the grid can be prevented.
  • the individual gratings are preferably designed as blaze gratings, which are optimized for maximum efficiency in a diffraction order.
  • Blaze grids are known, for example, from Lexikon der Optik, edited by Heinz Hagerborn, pages 48-49. They are characterized by an almost triangular furrow profile. As previously stated, the different diffraction orders and wavelengths can be clearly separated from one another with the grating element ...
  • the at least one physical diaphragm according to the invention serves to prevent false light with wavelengths far above 100 nm from entering the lighting system via the O diffraction order.
  • the at least one physical aperture essentially blocks the light of the 0th diffraction order.
  • the rays after the physical diaphragm have wavelengths in the range from 7 to 25 nm.
  • the lighting system advantageously comprises a collector unit for generating a convergent light bundle and the convergent light bundle strikes the grating element.
  • the focus of the light beam of the nth diffraction order of the grating element particularly preferably comes to lie at the location of the physical aperture or in the vicinity of the physical aperture, whereby
  • part of the undesired radiation can be filtered out by further diaphragms in the lighting system.
  • the invention also provides a projection exposure system with such a lighting system and a method for producing microelectronic components.
  • a projection exposure system with such a lighting system and a method for producing microelectronic components.
  • FIG. 4A spot diagram in the diaphragm plane of the lighting system with 21 linear grids of different grating periods arranged one behind the other
  • Figure 4B spot diagram in the diaphragm plane of the lighting system with 31 linear grids of different grating periods arranged one behind the other
  • FIGS. 6A and 6B Laue construction for calculating the angle of inclination of a grating according to FIG. 5
  • Figure 7 spot diagram in the diaphragm plane of the lighting system with a grating element with differently inclined linear grids
  • Figure 9 grating element with linear grids arranged one above the other FIG. 10 maximum possible diffraction efficiency for grating elements designed as blaze gratings and consisting of different materials
  • FIG. 11 EUV projection exposure system with an illumination system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a grating element with a multiplicity of individual grids 9 in the beam path of an illumination system.
  • the individual grids 9 are arranged one behind the other in the beam direction.
  • the light from the light source 3 is collected by a collecting component, the collector 5.
  • the collector 5 is an ellipsoidal mirror, which generates an image of the light source 3.
  • Unwanted radiation can already be filtered out by several partial diaphragms 7.1, 7.2 arranged in front of the physical diaphragm 7.3 in order to reduce the thermal load on the physical diaphragm 7.3 with the circular opening, which is located in the focal plane of the desired diffraction order, here the -1. Order 16, located, to decrease.
  • the screens 7.1, 7.2 can also be cooled, which is not shown.
  • the grid element 1 can also be cooled, for example by cooling on the back.
  • the rear cooling device 8 of the grid element 1 with a plurality of individual grids 9 arranged one behind the other is preferably a liquid cooling device with inlet and outlet 10.1, 10.2.
  • the grating element 1 and the physical diaphragm 7.3 make it possible to completely block the 0th order, which comprises all wavelengths of the light source, in the lighting system according to the invention. In addition, all higher orders except the -1. Order blocked.
  • the discrete grid periods for an arrangement according to the invention of individual grids 9 arranged one behind the other are to be specified below.
  • the optics should image the light from a virtual intermediate image, which corresponds to the 0th order, into a real image, which is the +1. or -1. Order corresponds.
  • the solution is then given through a hyperboloid.
  • a lattice element laid out in one plane must have lattice furrows, which are given by the intersection points of a hyperbolic family with this plane, the hyperbolic family being defined by hyperbolas, which for the point-to-point mapping between focal point without mirror and n.- Order have a light path difference of n * ⁇ .
  • this grating element with optical effect can be solved sufficiently well by an array of individual grids arranged one behind the other or one above the other without the imaging quality of the lighting system being impaired inadmissibly.
  • ⁇ Angle at which the light beam strikes the grating element
  • ⁇ t angle at which the beam is deflected by the grating element
  • h, h ' the height of the image locations
  • a certain beam that hits the grating element 1 at the angle ctj is reflected in the 0th diffraction order at the angle ⁇ t .
  • the first order of diffraction for this beam should be so far away that a separation of the orders of diffraction is possible taking into account the diameter of the image of the source at the focal point. Then, by arranging an aperture 7.3 in the plane in which the focal point lies, complete blocking of the 0th diffraction order, which encompasses all wavelengths, can be achieved.
  • the beam angle of the first diffraction order relative to the grating surface ⁇ t must be larger or smaller than ⁇ by ⁇ , whereby
  • Diffraction order in filter plane I distance between the reflection location on the mirror with grating and the image point
  • the main beam - For the central beam - hereinafter referred to as the main beam - let the angle of incidence c_i (0).
  • the heights h and h 1 of the image locations can be determined from this.
  • the z coordinates of the image locations relative to the beam penetration point of the main beam with the mirror also follow:
  • grating spectral filters with individual gratings arranged one behind the other Two exemplary embodiments of grating spectral filters with individual gratings arranged one behind the other are to be given below, the grating period of the individual gratings being different. Arranging the individual grids in one plane is particularly advantageous for cooling the grille, since the grille can be provided with a cold trap, for example cooling channels, on the rear.
  • the values for ⁇ i ⁇ ⁇ t , the grating period, the start value and the end value along the z-axis and the blaze depth of the grating element resulting from individual grids arranged one behind the other are given in Tables 1 and 2. With regard to the definition of the blaze depth, reference is made to the following description of FIG. 8.
  • Table 1 shows an embodiment for 21 linear grids.
  • Table 2 shows an embodiment for 31 linear grids.
  • the individual grids are designed as so-called blaze grids, i.e. they are optimized for maximum efficiency in the desired diffraction order. This is achieved almost by a triangular furrow profile.
  • the ideal blaze depth B in a scalar approximation is calculated
  • grating segments made up of individual grids which, arranged in a plane one behind the other, together form the spectral filter; the start and end positions of the grids with respect to the main beam intersection with the area in which the grids lie are given.
  • FIG. 3 shows the grating period of the individual grids as a function of the angle of incidence Oj.
  • the points represent the discrete values of the exemplary embodiment with 31 individual grids according to Table 2.
  • FIGS. 4A and 4B show spot diagrams of a point image in FIGS. Diffraction order for the design wavelength of 13.5 nm in the aperture plane, Figure 4A with 21, Figure 4B with 31 individual gratings.
  • the discretization of the lattice element is noticeable in a slight blurring in the y-direction, which is negligibly small with ⁇ 0.5 mm, in particular with N> 30 lattices; the light source image is washed out in the y direction by this amount.
  • the scale given in FIGS. 4A and 4B relates both to the scaling in the x and the y direction.
  • the grating element 1 comprises a plurality of individual grids 9 inclined against the plane of incidence E.
  • Table 3 shows an embodiment with 40 individual grids, the following parameters being specified:
  • FIG. 6C shows the angle of inclination ⁇ of the individual grids as a function of the angle of incidence ctj.
  • the points represent the discrete points of the exemplary embodiment with 40 individual grids according to Table 3.
  • Figure 7 shows the spot diagram of a point image of -1. Diffraction order in the aperture plane. The discretization of the lattice element is noticeable in a slight blurring in the y direction, which, however, is negligibly small at £ ⁇ 0.5 mm; the light source image is washed out in the y direction by this amount.
  • the scale given in FIG. 7 relates both to the scaling in the x and y directions.
  • the individual grids 9 can also be arranged one above the other.
  • An arrangement one above the other results in a grating spectral filter 1 as shown in FIG. 9.
  • the individual grids of the individual levels are labeled 9.1 and 9.2.
  • the same components as in the embodiment according to FIG. 1 are given the same reference numbers.
  • the grids arranged one above the other can have a different grating period or can be arranged tilted relative to one another.
  • each individual grating of the grating element is preferably designed as a blaze grating.
  • FIG. 8 shows a blaze grating with an approximately triangular furrow profile.
  • the reference number 11 designates the beam impinging on the linear grating 9 designed as a blaze grating with the grating period P; 12 the on the grid in the 0th order reflected and 16 the beam diffracted into the -1st order. Since the blaze depth according to equation (8) is angle-dependent, ideally each individual grid of the grid element has a different blaze depth B.
  • the highest efficiency of 0.7 can be achieved with ruthenium.
  • all individual gratings can be produced with the same blaze depth of, for example, 25 nm, which overall still achieves a diffraction efficiency ⁇ (-1) of> 55% or 0.55.
  • FIG. 11 shows an EUV projection exposure system with a grating element 1 according to the invention.
  • Projection exposure system comprises a light source 3, a collecting optical component, a so-called collector Registration is included, is trained.
  • the collector 5 forms that in the object area of the lighting system lying light source 3 into a secondary light source 4 in or in the vicinity of a diaphragm plane 7.3.
  • the light source 3 which can be, for example, a laser plasma source or a plasma discharge source, is arranged in the object plane of the lighting system; the image of the primary light source, which is also referred to as the secondary light source, comes to rest in the image plane of the lighting system.
  • Additional apertures 7.1, 7.2 are arranged between grating element 1 and the physical aperture 7.3 in order to block the light of undesired wavelengths, in particular wavelengths greater than 30 nm.
  • the focus of the -1st order comes to lie in the plane of the aperture 7.3, i.e. the light source 3 is through the collector and grating spectral filter in the -1.
  • Diffraction order mapped almost stigmatically in the plane of the aperture 7.3. The representation in all other diffraction orders is not stigmatic.
  • the illumination system of the projection system comprises an optical system 20 for shaping and illuminating the field plane 22 with an annular field.
  • the optical system comprises, as a mixing unit for homogeneous illumination of the field, two facet mirrors 29.1, 29.2 and two imaging mirrors 30.1, 30.2 and a field-forming grazing-incidence mirror 32.
  • In the optical system 20 there are additional apertures 7.4, 7.5, 7.6, 7.7 for suppressing false light arranged.
  • the first facet mirror 29.1 the so-called field facet mirror, generates a multiplicity of secondary light sources in or in the vicinity of the plane of the second facet mirror 29.2, the so-called pupil facet mirror.
  • the following imaging optics images the pupil facet mirror 29.2 in the exit pupil 34 of the illumination system, which comes to rest in the entry pupil of the projection objective 26.
  • the angles of inclination of the individual facets of the first and second facet mirrors 29.1, 29.2 are designed such that the images of the individual field facets of the first facet mirror 29.1 overlap in the field plane 22 of the lighting system and thus a largely homogenized illumination of the structure-bearing mask, which comes to rest in this field level 22, is made possible.
  • the segment of the ring field is formed via the grazing incidence mirror 32, which operates under grazing incidence.
  • a double faceted lighting system is disclosed, for example, in US Pat. No. 6,198,793, imaging and field-shaping components in PCT / EP / 00/07258. The content of the disclosure of these documents is fully incorporated into the present application.
  • the projection lens 26 is a 6-mirror projection lens as disclosed, for example, in US application 60/255214, filed on December 13, 2000 at the US Patent Office for the applicant or DE-A-10037870, the disclosure content of which is fully incorporated in the present application becomes.
  • the object to be exposed for example a wafer, is arranged in the image plane 28.
  • the invention provides for the first time an illumination system with which it is possible to select undesired wavelengths directly after the primary light source.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Wellenlängen 100 nm mit einer Objektebene und einer Feldebene. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem umfasst: mindestens ein Gitterelement (1), das eine Vielzahl von Einzelgittern (9) aufweist mindestens einer physikalischen Blende (7.3) in einer Blendenebene, die dem Gitterelement (1) im Strahlengang von der Objektebene zur Bildebene nachgeordnet ist.

Description

Beleuchtungssystem mit einer Vielzahl von Einzelgittern
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Wellenlängen <100 nm, wobei das Beleuchtungssystem, eine Objektebene und eine Feldebene aufweist.
Um die Strukturbreiten für elektronische Bauteile noch weitere reduzieren zu können, insbesondere in den Submikron-Bereich, ist es erforderlich, die Wellenlänge des für die Mikrolithographie eingesetzten Lichtes zu verringern. Denkbar ist die Verwendung von Licht mit Wellenlängen kleiner 100nm, beispielsweise die Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen, die sogenannte EUV-Lithographie.
Die EUV-Lithographie ist eine der vielversprechendsten zukünftigen Lithographietechniken. Als Wellenlängen für die EUV-Lithographie werden derzeit Wellenlängen im Bereich 11 - 14 nm, insbesondere 13,5 nm diskutiert bei einer numerischen Apertur von 0,2 -0,3. Die Bildqualität in der EUV-Lithographie wird bestimmt einerseits durch das Projektionsobjektiv, andererseits durch das Beleuchtungssystem. Das Beleuchtungssystem soll eine möglichst gleichförmige Ausleuchtung der Feldebene, in der die strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel, angeordnet ist, zur Verfügung stellen. Das Projektionsobjektiv bildet die Feldebene in eine Bildebene, die sogenannte Waferebene ab, in der ein lichtsensitives Objekt angeordnet ist. Projektionsbelichtungsanlagen für die EUV-Lithographie sind mit reflektiven optischen Elementen ausgeführt. Die Form des Feldes einer EUV-Projetionsbelichtungsanlage ist typischerweise die eines Ringfeldes mit einem hohen Aspektverhältnis von 2 mm (Breite) x 22 - 26 mm (Bogenlänge). Die Projektionssysteme werden üblicherweise im Scanning Mode betrieben. Betreffend EUV-Projektionsbelichtungsanlagen wird auf die nachfolgenden Veröffentlichungen verwiesen:
W.Ulrich, S.Beiersdörfer, H.J.Mann, "Trends in Optical Design of Projection Lenses for UV- and EUV-Lithography" in Soft-X-Ray and EUV Imaging Systems, W.M.Kaiser, R.H.Stulen (Hrsg), Proceedings of SPIE, Vol.4146 (2000), Seiten 13-24 und M.Antoni, W.Singer, J.Schultz, J.Wangler, I.Escudero-Sanz, B.Kruizinga, "Illumination Optics Design for EUV-Lithography" in Soft X Ray and EUV Imaging Systems, W.M.Kaiser, R.H.Stulen (Hrsg), Proceedings of SPIE, Vol.4146 (2000), Seiten 25-34
deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.
Bei Beleuchtungssystemen für Wellenlängen < 100 nm besteht das Problem, daß die Lichtquellen derartiger Beleuchtungssysteme Strahlung emittiert, die zu einer unerwünschten Belichtung des lichtsensitiven Objektes in der Waferebene des Projektionsbelichtungssystems führen kann und zudem optische Komponenten des Belichtungssystemes, wie beispielsweise die Multilayer-Spiegel hierdurch erwärmt werden.
Zum Ausfiltern der unerwünschten Strahlung werden in Beleuchtungssystemen für Wellenlängen < 100 nm Transmissionsfilter, beispielsweise aus Zirkon, verwandt. Derartige Filter haben den Nachteil hoher Lichtverluste. Desweiteren können sie sehr leicht durch Wärmebelastung zerstört werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem für Wellenlängen < 100 nm, insbesondere im EUV-Bereich anzugeben, in dem die obengenannten Nachteile vermieden werden können. Des weiteren sollen die Komponenten eines derartigen Beleuchtungssystems einfach im Aufbau und der Herstellung sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Beleuchtungssystem gelöst, das mindestens ein Gitterelement, das eine Vielzahl von Einzelgittern mit einer dem Einzelgitter zugeordneten Gitterperiode aufweist, und mindestens einer physikalischen Blende in einer Blendenebene, die dem Gitterelement im Strahlengang von der Objektebene zur Feldebene nachgeordnet ist.
Gitterelemente, beispielsweise Reflexionsgitter, insbesondere Echelette-Gitter mit einer Gesamteffizienz nahe 60 % sind schon länger aus dem Monochromatorbau für Synchrotronstrahlungsquellen bekannt, wobei gute Erfahrungen insbesondere auch bei sehr hohen Flüssen vorliegen. Das Verhalten an Beugungsgittern wird durch die Gittergleichung
λ n — = cos at ~ cos ai P
mit der Gitterperiode p, der Beugungsordnung n, dem Einfallswinkel bezüglich der Oberflächentangente o_i dem Beugungswinkel bezüglich der Oberflächentangente αt und der Wellenlänge λ beschrieben.
Betrachtet man konvergente oder divergente Strahlung, so muß die optische Wirkung des Gitters beachtet werden.
Betreffend den Einsatz von Beugungsgittern in Monochromatoren wird auf die nachfolgenden Druckschriften verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird:
H.Petersen, C.Jung, C.Hellwig, W.B.Peatman, W.Gudat : "Review of plane grating focusing for soft x-ray monochromators", Rev.Sci. Instrum. 66(1), January 1995
M.V.R.K.Murty: "Use of convergent and divergent illumination with plane gratings", Journal of the Optical Society of America, Vol.52, No.7, July 1962, S.768-773
T.Oshio, E.lshiguro, R.lwanaga: "A theory of new astigmatism- and coma-free spectrometer, Nuclear Instruments and Methods 208 (1993) 297-301
Die Erfinder haben nun erkannt, daß ein Gitterelement im Strahlengang von der Objektebene zur Bildebene zur spektralen Filterung in einem Beleuchtungssystem für Wellenlängen < 100 nm dann verwendet werden kann, wenn die einzelnen Beugungsordnungen und die Wellenlängen deutlich voneinander getrennt sind. Dies ist im fokussiertem Strahl am einfachsten. Dort liegt im Brennpunkt ein Fokus oder Lichtquellenbild mit begrenztem Durchmesser vor. Allerdings muß man für den fokussierten Strahl eine gewisse Apertur wählen, um nicht zu lange Baulängen zu erhalten. Für Strahlbüschel mit höherer Apertur wird allerdings das Gitterdesign schwieriger, oder man erhält größere Aberrationen.
Erfüllt man das Erfordernis der Trennung der einzelnen Beugungsordnungen, so ergeben sich kompliziert aufgebaute Gitterelemente, beispielsweise mit einer sich kontinuierlich ändernden Gitterkonstante oder einer Anordnung auf einer gebogenen Fläche. Derartige Gitter können nur mit sehr großem Aufwand hergestellt werden.
Die Erfinder haben nun erkannt, daß eine Trennung der einzelnen Beugungsordnungen und ausreichende Abbildungsqualität auch dann erzielt werden kann, wenn man anstatt eines Gitterelements mit beispielsweise sich kontinuierlich ändernder Gitterkonstante eine Vielzahl von Einzelgittern einsetzt.
Bevorzugt sind die Einzelgitter in Richtung des auftreffenden Strahles entweder übereinander oder hintereinander angeordnet. Die Einzelgitter können in einer ersten Ausführungsform der Erfindung Gitter mit unterschiedlichen Gitterperioden sein.
In einer alternativen Ausführungsform sind Einzelgitter relativ zueinander gekippt angeordnet.
Bei hintereinander angeordneten Einzelgitter können auf der den auftreffenden Strahlen abgewandten Seite Kühleinrichtungen vorgesehen sein. Auf diese Art und Weise kann eine unzulässige Erwärmung des Gitters verhindert werden.
Die Einzelgitter sind bevorzugt als Blaze-Gitter ausgelegt, die auf eine maximale Effizienz in einer Beugungsordnung optimiert sind. Blaze-Gitter sind beispielsweise aus Lexikon der Optik, herausgegeben von Heinz Hagerborn, Seiten 48 - 49 bekannt. Sie zeichnen sich durch ein annähernd dreieckförmiges Furchenprofil aus. Wie zuvor ausgeführt können mit dem Gitterelement die verschiedenen Beugungsordnungen und Wellenlängen deutlich voneinander getrennt werden...
Die mindestens eine physikalische Blende gemäß der Erfindung dient dazu, zu vermeiden, daß Fehllicht mit Wellenlängen weit oberhalb von 100 nm über die O.Beugungsordnug in das Beleuchtungssystem gelangt. Die mindestens eine physikalische Blende blockt im wesentlichen das Licht der 0. Beugungsordnung.
Besonders bevorzugt ist es, wenn durch die Kombination von Gitter und physikalischer Blende die Strahlen nach der physikalischen Blende Wellenlängen im Bereich von 7 bis 25 nm aufweisen.
Vorteilhafterweise umfasst das Beleuchtungssystem eine Kollektoreinheit zur Erzeugung eines konvergenten Lichtbündels und das konvergente Lichtbündel trifft auf das Gitterelement.
Besonders bevorzugt kommt der Fokus des Lichtbündels der n.-ten Beugungsordnung des Gitterlemenetes am Ort der physikalischen Blende oder in der Nähe der physikalischen Blende zum Liegen, wobei |»| > 1 ist.
Um eine zu große Wärmelast auf der physikalischen Blende in der Blendenebene oder auf nachfolgenden optischen Elementen zu vermeiden, kann ein Teil der nicht gewünschten Strahlung durch weitere Blenden im Beleuchtungssystem herausgefiltert werden.
Neben dem Beleuchtungssystem stellt die Erfindung auch eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Beleuchtungssystem sowie ein Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen zur Verfügung. Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben werden. Es zeigen: Figur 1 Anordnung eines Gitterelementes mit im Strahlengang der
Kollektoreinheit eines Beleuchtungssystems hintereinander angeordneten Einzelgittern und Blende
Figur 2 Gitterelement mit Bezugszeichen zur Herleitung der Gitterperiode in
Abhängigkeit vom Einfallswinkel bzw. zur Herleitung der Kippwinkel
Figur 3 Gitterperiode der Einzelgitter in Abhängigkeit vom Einfallswinkel
Figur 4A Spotdiagramm in der Blendenebene des Beleuchtungssystems mit 21 hintereinander angeordneten Linargittem unterschiedlicher Gitterperiode
Figur 4B Spotdiagramm in der Blendenebene des Beleuchtungssystems mit 31 hintereinander angeordneten Lineargittern unterschiedlicher Gitterperiode
Figur 5 Gitterelement mit 40 gegenüber der Einfallsebene geneigten
Lineargittern
Figuren 6A und 6B Laue-Konstruktion zur Berechnung der Neigungswinkel eines Gitters gemäß Figur 5
Figur 6C Neigungswinkel der Einzelgitter in Abhängigkeit vom Einfallswinkel
Figur 7 Spotdiagramm in der Blendenebene des Beleuchtungssystems mit einem Gitterelement mit unterschiedlich geneigten Lineargittern
Figur 8 Blaze-Gitter
Figur 9 Gitterelement mit übereinander angeordneten Lineargittern Figur 10 maximal mögliche Beugungseffizienz für als Blaze-Gitter ausgebildete Gitterelemente bestehend aus unterschiedlichen Materialien
Figur 11 EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem.
In Figur 1 ist ein Gitterelement mit einer Vielzahl von Einzelgittern 9 im Strahlengang eines Beleuchtungssystem gezeigt. Die Einzelgitter 9 sind in Strahlrichtung hintereinander angeordnet. Das Licht der Lichtquelle 3 wird von einer sammelnden Komponete, dem Kollektor 5 gesammelt. Der Kollektor 5 ist in diesem Beispiel ein ellipsoidförmiger Spiegel, welcher ein Bild der Lichtquelle 3 erzeugt. Das kollimierte Lichtbüschel mit einer Apertur von etwa NA = 0.1 hinter dem Kollektor 5 wird über das Gitterelement im streifenden Einfall so abgelenkt, daß in oder in der Nähe der Blendenebenen der physikalischen Blende 7.3 das Zwischenbild der Lichtquelle zum Liegen kommt.
Durch mehrere vor der physikalischen Blende 7.3 angeordneten Teilblenden 7.1 , 7.2 kann bereits nicht gewünschte Strahlung herausgefiltert werden, um die Wärmelast auf der physikalischen Blende 7.3 mit der kreisförmigen Öffnung, welche sich in der Fokusebene der gewünschten Beugungsordnung, hier der -1. Ordnung 16, befindet, zu verringern. Die Blenden 7.1 , 7.2 können zusätzlich gekühlt werden, was nicht dargestellt ist. Auch das Gitterelement 1 kann gekühlt sein, beispielsweise durch eine rückseitige Kühlung. Die rückseitige Kühleinrichtung 8 des Gitterelementes 1 mit einer Vielzahl von hintereinander angeordneten Einzelgitter 9 ist bevorzugt eine Flüssigkühleinrichtung mit Zu- und Ablauf 10.1 , 10.2. Durch das Gitterelement 1 und die physikalische Blende 7.3 gelingt es, die O.Ordnung, die sämtliche Wellenlängen der Lichtquelle umfaßt, in dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem vollständig zu blocken. Darüber hinaus werden auch alle höheren Ordnungen außer der -1. Ordnung blockiert.
Nachfolgend sollen die diskreten Gitterperioden, für eine erfindungsgemäße Anordnung von hintereinander angeordneten Einzelgittern 9 angegeben werden. Zur Herleitung greift man auf die reflektive Abbildungsoptik zurück, wobei die Optik das Licht von einem virtuellen Zwischenbild, welches der 0. Ordnung entspricht, in ein reelles Bild abbilden soll, welches der +1. oder -1. Ordnung entspricht. Die Lösung wird dann durch ein Hyperboloid gegeben.
Ein in einer Ebene ausgelegtes Gitterelement muß also im Idealfall Gitterfurchen aufweisen, die durch die Schnittpunkte einer Hyperbelschar mit dieser Ebene gegeben sind, wobei die Hyperbelschar durch Hyperbeln definiert ist, welche für die Punkt-zu-Punkt Abbildung zwischen Brennpunkt ohne Spiegel und n.-Ordnung einen Lichtwegunterschied von n*π aufweisen.
Die Erfinder haben erkannt, daß unter streifendem Einfall, dieses Gitterelement mit optischer Wirkung hinreichend gut durch ein Array von hintereinander oder übereinander angeordneten Einzelgittern gelöst werden kann ohne daß die Abbildungsqualität des Beleuchtungssystems unzulässig beeinträchtigt wird.
Die zur formelmäßigen Herleitung eines erfindungsgemäßen Gitterelementes verwandeten Parameter werden in Figur 2 angegeben.
Es bezeichnen:
{: Winkel, unter dem der Lichtstrahl auf das Gitterelement trifft, αt: Winkel, unter dem der Strahl vom Gitterelement gebeugt wird, h, h': die Höhe der Bildorte
Ein bestimmter Strahl, der unter dem Winkel ctj auf das Gitterelement 1 trifft, wird unter dem Winkel αt in die 0. Beugungsordnung reflektiert. Die erste Beugungsordnung soll für diesen Strahl so weit weg sein, damit unter Berücksichtigung des Durchmesser des Bildes der Quelle im Brennpunkt eine Trennung der Beugungsordnungen möglich ist. Dann kann durch eine Anordnung einer Blende 7.3 in der Ebene, in der der Brennpunkt zu Liegen kommt ein vollständiges Blocken der 0. Beugungsordnung, die alle Wellenlängen umfaßt, erreicht werden. Der Strahlwinkel der ersten Beugungsordnung relativ der Gitterfläche αt muß um Δα größer, respektive kleiner, als αι sein, wobei
(1)
Figure imgf000011_0001
wobei
D: Abstand der gewünschten Beugungsordnung von der 0.
Beugungsordnung in der Filterebene I: Entfernung zwischen Reflexionsort auf dem Spiegel mit Gitter und dem Bildpunkt
Für den zentralen Strahl - im folgenden als Hauptstrahl bezeichnet - sei der Einfallswinkel c_i(0). Aus diesem lassen sich die Höhen h und h1 der Bildorte ermitteln. Ebenfalls folgen die z-Koordinaten der Bildorte relativ dem Strahldurchstoßpunkt des Hauptstrahls mit dem Spiegel:
Figure imgf000011_0002
(3) h' = l0 sin αt(0) = l0 sin (α,(0) + Δα)
(4) z = l0 cos α,(0)
(5) z' = l0 cos αt(0) = l0 cos (α O) + Δα) = dz = z-z'
Nun kann für jeden anderen Strahl, bezeichnet durch seinen Winkel α*, die Länge zur 0. Ordnung I(α und die Länge zur 1. Ordnung l'(αι) sowie die neue z-Koordinate z'(αj) = z(αj) - dz bestimmt werden, wobei h'(αj) = h' = const gilt. Aus den Größen (α und z'(αι) wird der lokale Beugungswinkel αt(αι) ermittelt zu
*' (<*, )
(6) at ( ι ) = arccos /' («, )
und es folgt für die lokale Gitterperiode P λ
(7) cos α cos CCt ( Cti )
Nachfolgend sollen zwei Ausführungsbeispiele für Gitterspektralfilter mit hintereinander angeordneten Einzelgittern gegeben werden, wobei die Gitterperiode der Einzelgitter verschieden ist. Eine Anordnung der Einzelgitter in einer Ebene ist besonders vorteilhaft zur Kühlung des Gitters, da das Gitter auf der Rückseite mit einer Kühlfalle, zum Beispiel Kühlkanälen, versehen werden kann. Die Werte für αiτ αt, die Gitterperiode, den Startwert und den Endwert entlang der z-Achse sowie die Blaze-Tiefe des aus hintereinander angeordneten Einzelgittern sich ergebenden Gitterelementes sind in den Tabellen 1 und 2 gegeben. Betreffend die Defintion der Blaze-Tiefe wird auf die nachfolgende Beschreibung zu Figur 8 verwiesen.
Tabelle 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für 21 Lineargitter.
Tabelle 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für 31 Lineargitter.
Folgende Parameter werden vorgegeben:
Abstand der -1. Beugungsordnung von der
0. Beugungsordnung in der Blendenebene D = 10 mm
Abstand Gitter - Brennpunkt auf dem Hauptstrahl l0 = 380 mm numerische Apertur des Büschels NA = 0.1 maximaler Reflexionswinkel αmax < 20° minimale Gitterperiode P > 1 μm
Beugungsordnung n = -1
Die Einzelgitter sind als sogenannte Blaze-Gitter ausgelegt, d.h. sie werden auf maximale Effizienz in der gewünschten Beugungsordnung optimiert. Dies erreicht man annähernd durch ein dreieckförmiges Furchenprofil. Die in skalarer Näherung ideale Blaze-Tiefe B berechnet sich dabei nach
I n lλ
(8) B = - sin ör^ + sin ^ Tabelle 1 :
21 Gittersegmente aus Einzelgittern, welche in einer Ebene hintereinander angeordnet zusammen den Spektralfilter ergeben; es sind die Start- und die Endpositionen der Gitter bezüglich des Hauptstrahlschnittpunktes mit der Fläche, in der die Gitter liegen, angegeben.
Figure imgf000013_0001
Tabelle 2:
31 Gittersegmente aus Einzelgittern, welche in einer Ebene hintereinander angeordnet zusammen den Spektralfilter ergeben; es sind die Start- und die Endpositionen der Gitter bezüglich des Hauptstrahlschnittpunktes mit der Fläche, in der die Gitter liegen, angegeben.
Figure imgf000014_0001
In Figur 3 ist die Gitterperiode der Einzelgitter in Abhängigkeit vom Einfallswinkel Oj gezeigt. Die Punkte geben die diskreten Werte des Ausführungsbeispiels mit 31 Einzelgittern gemäß Tabelle 2 wieder.
Die Figuren 4A und 4B zeigen Spotdiagramme eines Punktbildes der -1. Beugungsordnung für die Designwellenlänge von 13,5 nm in der Blendenebene, Figur 4A mit 21, Figur 4B mit 31 Einzelgittern. Die Diskretisierung des Gitterelementes macht sich in einer geringfügigen Verwaschung in y-Richtung bemerkbar, welche aber insbesondere bei N > 30 Gittern mit < ± 0.5 mm vernachlässigbar klein ist; das Lichtquellenbild wird um diesen Betrag in y- Richtung verwaschen. Der in den Figuren 4A und 4B angegebene Maßstab bezieht sich sowohl auf die Skalierung in x- wie auch auf die y-Richtung.
Um den Fertigungsaufwand zu reduzieren, wird in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, die Gittersegmente identisch zu gestalten, diese jedoch mit einem Kippwinkel so zu neigen, daß die gewünschte Beugungsordnung in die Zielrichtung gerichtet ist. Damit kann man im einfachsten Fall den spektralen Filter aus einem Array von identischen Einzelgittern zusammensetzen.
In Figur 5 ist ein derartiges Gitterelement gezeigt. Das Gitterelement 1 umfaßt eine Vielzahl von gegen die Einfallsebene E geneigten Einzelgittern 9.
Um die Neigungswinkel der Einzelgitter 9 bei konstanter Gitterperiode zu berechnen, kann man die in den Figuren 6A und 6B gezeigte Laue-Konstruktion anwenden. Die nachfolgend verwandten Bezugszeichen können diesen Zeichnungen entnommen werden.
Mit dem bekannten Winkel
(9) ω = 180 ° -ar at = σi + σt folgt für den Neigungswinkel ß (10) ß = ai + σt-90°
Die Winkel Ü\ und σt sind über die Laue-Gleichung mit der Gitterperiode P verknüpft:
- λ
(11) sιnσrsmσ, =
Auflösen von Gleichung (11) mit (9) nach θ\ folgt
-b + b' 4a<
(12) sin σι '-
2 a
wobei a-2(lJr cos ω \
λ b = -2 — (l + cos ω ) P λ2 c = — p2 -sm2ω
Damit können die Neigungswinkel ß der Einzelgitter berechnet werden. In Tabelle 3 ist ein Ausführungsbeispiel mit 40 Einzelgittern enthalten, wobei folgende Parameter vorgegeben werden:
Abstand der -1. Beugungsordnung von der
0. Beugungsordnung in der Blendenebene D = 14 mm
Abstand Gitter - Brennpunkt auf dem Hauptstrahl l0 = 412 mm numerische Apertur des Büschels NA = 0.1 maximaler Reflexionswinkel αmax < 20°
Beugungsordnung n = -1 Tabelle 3:
Neigungswinkel des Gitterelementes mit 40 Einzelgittern. Gitterperiode: 1.5007μm
Figure imgf000017_0001
In Figur 6C ist der Neigungswinkel ß der Einzelgitter in Abhängigkeit vom Einfallswinkel ctj gezeigt. Die Punkte geben die diskreten Punkte des Ausführungsbeispieles mit 40 Einzelgittern gemäß Tabelle 3 wieder.
Figur 7 zeigt das Spotdiagramm eines Punktbildes der -1. Beugungsordnung in der Blendenebene. Die Diskretisierung des Gitterelementes macht sich in einer geringfügigen Verwaschung in y-Richtung bemerkbar, welche aber mit £± 0,5 mm vernachlässigbar klein ist; das Lichtquellenbild wird um diesem Betrag in y- Richtung verwaschen.
Der in Figur 7 angegebene Maßstab bezieht sich sowohl auf die Skalierung in x- wie in y-Richtung.
Mit den Gitterspektralfiltern gemäß der Ausführungsbeispiele in Tabelle 1 , Tabelle 2 und Tabelle 3 können Wellenlängen oberhalb von etwa 17 nm beinahe vollständig herausgefiltert werden. Wellenlängen darunter werden bis zur gewünschten EUV-Wellenlänge z.B. bei 13 nm nur teilweise gefiltert. Hierdurch kann die Wärmelast auf den Spiegel des Projektionssystems deutlich reduziert werden.
Alternativ zu einer Anordnung der Einzelgitter 9 in einer Ebene oder gekippt nebeneinander, können diese auch übereinander angeordnet werden. Eine Anordnung übereinander ergibt einen Gitterspektralfilter 1 wie in Figur 9 gezeigt. Die Einzelgitter der einzelnen Ebenen sind mit 9.1 und 9.2 bezeichnet. Gleiche Bauteile wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 sind mit denselben Bezugsziffern belegt. Die übereinander angeordneten Gitter können eine unterschiedliche Gitterperiode aufweisen oder relativ zueinander gekippt angeordnet sein.
Um ein Gitterelement 1 mit optimaler Beugungseffizienz zu erhalten, wird bevorzugt jedes Einzelgitter des Gitterelementes als Blaze-Gitter ausgebildet.
In Figur 8 ist ein Blaze-Gitter mit annähernd dreieckförmigen Furchenprofil gezeigt. Die Bezugsziffer 11 bezeichnet den auf das als Blaze-Gitter ausgelegten Lineargitters 9 mit der Gitterperiode P auftreffenden Strahl; 12 den am Gitter in die O.Ordnung reflektierten und 16 den in die -1.Ordnung gebeugten Strahl. Da die Blaze-Tiefe gemäß Gleichung (8) winkelabhängig ist, weist im Idealfall jedes Einzelgitter des Gitterelementes eine unterschiedliche Blaze-Tiefe B auf.
Verwendet man Gitterelemente 1 , deren lokaler Blaze-Winkel und damit Gittertiefe sich wie in Gleichung (8) angegeben, mit der Position auf dem Gitter ändert, so erhält man eine maximale Effizienz gemäß Figur 10, da die Beugungseffizienz in der -1. Ordnung η(-1) eine Funktion der Blaze-Tiefe ist. Wie Figur 10 zeigt, hängt die Beugungseffizienz η(-1) von den verwendeten Materialien ab.
In Figur 10 bezeichnet Bezugsziffer 100 die Beugungseffizienz η(-1) bei einer Wellenlänge von λ = 13,5 nm für Ruthenium, Bezugsziffer 102 für Palladium, Bezugsziffer 104 für Rhodium und Bezugsziffer 106 für Gold.
Wie aus Figur 10 hervorgeht, ist mit Ruthenium die höchste Effizienz von 0,7 zu erreichen. Eine Beschichtung aus Palladium oder Rhodium, die bessere Langzeiteigenschaften aufweist, weist aber nur eine um 3 % schlechtere Effizienz η(-1) von 0,67 auf. Gold wird üblicherweise bei Synchrotrongittern verwendet, hat aber, wie aus der Kurve 106 hervorgeht, bei λ = 13,5 nm eine deutlich schlechtere Effizienz als die vorgenannten Materialien.
Zur Vereinfachung der Herstellung können alle Einzelgitter mit der gleichen Blaze- Tiefe von beispielsweise 25 nm hergestellt werden, womit insgesamt immer noch eine Beugungseffizienz η(-1) von > 55 % bzw. 0,55 erreicht wird.
In Figur 11 ist eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Gitterelement 1 gezeigt. Die EUV-
Projektionsbelichtungsanlage umfaßt eine Lichtquelle 3, ein sammelnde optische Komponente, einen sog. Kollektor 5, der als genesteter Kollektor gemäß der deutschen Patentanmeldung DE-A-10102934, eingereicht am 23.01.2001, beim Deutschen Patentamt für die Anmelderin, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung miteingeschlossen wird, ausgebildet ist. Der Kollektor 5 bildet die in der Objektebeήe des Beleuchtungssystemes liegende Lichtquelle 3 in eine sekundäre Lichtquelle 4 in oder in der Nähe einer Blendenebene 7.3 ab.
Vorliegend ist die Lichtquelle 3, die beispielsweise eine Laser-Plasma-Quelle oder eine Plasma-Entladungsquelle sein kann, in der Objektebene des Beleuchtungssystems angeordnet; in der Bildebene des Beleuchtungssystems kommt das Bild der primären Lichtquelle zum Liegen, die auch als sekundäre Lichtquelle bezeichnet wird.
Zwischen Gitterelement 1 und der physikalischen Blende 7.3 sind zusätzliche Blenden 7.1, 7.2 angeordnet, um das Licht ungewünschter Wellenlängen, insbesondere Wellenlängen größer als 30 nm, abzublocken. Erfindungsgemäß kommt in der Ebene der Blende 7.3 der Fokus der -1.Ordnung zu Liegen, d.h. die Lichtquelle 3 wird durch Kollektor und Gitterspektralfilter in der -1. Beugungsordnung nahezu stigmatisch in die Ebene der Blende 7.3 abgebildet. Die Abbildung in alle anderen Beugungsordnungen ist nicht stigmatisch.
Des weiteren umfaßt das Beleuchtungssystem des Projektionssystems ein optisches System 20 zur Formung und Ausleuchtung der Feldebene 22 mit einem ringförmigen Feld. Das optische System umfaßt als Mischeinheit zur homogenen Ausleuchtung des Feldes zwei Facettenspiegel 29.1, 29.2 sowie zwei abbildende Spiegel 30.1, 30.2 und einen feldformenden grazing-incidence Spiegel 32. Im optischen System 20 sind zusätzliche Blenden 7.4, 7.5, 7.6, 7.7 zur Unterdrückung von Fehllicht angeordnet.
Der erste Facettenspiegel 29.1, der sogenannte Feldfacettenspiegel, erzeugt eine Vielzahl von sekundären Lichtquellen in oder in der Nähe der Ebene des zweiten Facettenspiegels 29.2, dem sogenannten Pupillenfacettenspiegel. Die nachfolgende Abbildungsoptik bildet den Pupillenfacettenspiegel 29.2 in die Austrittspupille 34 des Beleuchtungssystems ab, welche in der Eintrittspupille des Projektionsobjektives 26 zum Liegen kommt. Die Neigungswinkel der einzelnen Facetten der ersten und zweiten Facettenspiegel 29.1 , 29.2 sind dabei so ausgelegt, daß sich die Bilder der einzelne Feldfacetten des ersten Facettenspiegels 29.1 in der Feldebene 22 des Beleuchtungssystems überlagern und somit eine weitgehend homogenisierte Ausleuchtung der strukturtragenden Maske, welche in dieser Feldebene 22 zum Liegen kommt, ermöglicht wird. Das Segment des Ringfeldes wird über den unter streifenden Einfall betriebenen feldformenden grazing-incidence Spiegel 32 ausgebildet.
Ein doppelt facettiertes Beleuchtungssystem ist beispielsweise in dem US-Patent US-B-6198793 offenbart, abbildende und feldformende Komponenten in der PCT/EP/00/07258. Der Offenbarungsgehalt dieser Schriften wird vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen.
Die in der Feldebene 22 angeordnete strukturtragende Maske, die auch als Retikel bezeichnet wird, wird mit Hilfe eines Projektionsobjektives 26 in die Bildebene 28 der Feldebene 22 abgebildet wird. Das Projektionsobjektiv 26 ist ein 6-Spiegel- Projektionsobjektiv wie beispielsweise in der US-Anmeldung 60/255214 eingereicht am 13.12.2000 beim US-Patentamt für die Anmelderin bzw. der DE-A- 10037870 offenbart, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird. In der Bildebene 28 ist das zu belichtende Objekt, beispielsweise ein Wafer, angeordnet.
Mit der Erfindung wird erstmals ein Beleuchtungssystem angegeben, mit dem es möglich ist, unerwünschte Wellenlängen direkt nach der primären Lichtquelle zu selektieren.
Bezugszeichenliste
1 Gitterelement
3 Lichtquelle
4 sekundäre Lichtquelle
5 Kollektor
7.1, 7.2, 7.3
7.4, 7.5, 7.6
7.7 Blenden des Beleuchtungssystems
8 Kühleinrichtung
9, 9.1 , 9.2 Einzelgitter
10.1, 10.2 Zu- und Ablauf der Kühleinrichtung
11 einfallender Strahl
12 in die O. Ordnung gebeugter Strahl
16 in die -1. Ordnung gebeugter Strahl
20 optisches System
22 Feldebene
26 Projektionsobjektiv
28 Bildebene der Feldebene
29.1 , 29.2 Facettenspiegel
30.1 , 30.2 abbildende Spiegel
32 feldformende Spiegel
34 Austrittspupille des Beleuchtungssystems
100, 102,
104, 106 Beugungseffizienz η(-1) für unterschiedlic

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungssystem für Wellenlängen < 100 nm mit
1.1 einer Objektebene und einer Feldebene dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem umfaßt:
1.2 mindestens ein Gitterelement (1), das eine Vielzahl von Einzelgittern (9) mit einer dem Einzelgitter (9) zugeordneten Gitterperiode aufweist
1.3 mindestens einer physikalischen Blende (7.3) in einer Blendenebene, die dem Gitterelement (1) im Strahlengang von der Objektebene zur Feldebene nachgeordnet ist.
2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Einzelgitter (9) in Richtung der von der Objektebene zur Feldebene verlaufenden Strahlen, die auf das Gitterelement (1) auftreffen, übereinander angeordnet sind.
3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei übereinander angeordneten Einzelgitter (9) parallel zueinander angeordnet sind.
4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei übereinander angeordneten Einzelgitter (9) relativ zueinander gekippt angeordnet sind.
5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Einzelgitter (9) in Richtung der von der Objektebene zur Feldebene verlaufenden Strahlen, die auf das Gitterelement (1) auftreffen, hintereinander angeordnet sind.
6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinander angeordneten Einzelgitter (9) in der durch das Gitterelement (1) aufgespannten Ebene angeordnet sind.
7. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, dadaurch gekennzeichnet, daß die hintereinander angeordneten Einzelgitter (9) einen Kippwinkel relativ zu der durch Gitterelement (1) aufgespannten Ebene aufweisen.
8. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinander angeordneten Einzelgitter (9) auf der den auftreffenden Strahlen abgewandten Seite Kühleinrichtungen (8) aufweisen.
9. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgitter (9) ebene Gitter sind.
10. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Einzelgitter (9) eine unterschiedliche Gitterperiode aufweisen.
11. Beleuchtungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der mindestens zwei Einzelgitter (9) einen mittleren ersten Einfallswinkel der auf das eine Einzelgitter (9) auftreffenden Strahlen aufweist und das das andere der mindestens zwei Einzelgitter (9) einen mittleren zweiten Einfallswinkel der auf das andere Einzelgitter (9) auftreffenden Strahlen aufweist, wobei der mittlere erste Einfallswinkel größer als der mittlere zweite Einfallswinkel ist und die Gitterperiode des ersten Einzelgitters (9) kleiner als die Gitterperiode des zweiten Einzelgitters (9) ist.
12. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgitter (9) Blaze-Gitter sind.
13. Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen nach der physikalischen Blende (7.3) Wellenlängen im Bereich 7 - 26 nm aufweisen.
14. Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitteroberfläche des Gitterelementes (1) eines der nachfolgenden Materialien umfaßt:
Ruthenium
Palladium
Rhodium
Gold.
15. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine physikalische Blende (7.3) die Strahlen der n.-ten
Beugungsordnung des Gitterelementes (1) durchläßt, wobei |»| ≥1 ist, und alle Strahlen der m.-ten Beugungsordnung zu mehr als 90 % blockiert, wobei m ≠ n ist.
16. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem eine Kollektoreinheit zur Erzeugung eines konvergenten Lichtbündels aufweist und das konvergente Lichtbündel auf das Gitterelement (1) trifft.
17. Beleuchtungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus des Lichtbündels der n.-ten Beugungsordnung des Gitterelementes (1) am Ort der physikalischen Blende (7.3) oder in der Nähe der physikalischen Blende (7.3) zu Liegen kommt, wobei Iwl ≥ l ist.
18. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der Objektebene des Beleuchtungssystems eine primäre Lichtquelle (3), vorzugsweise eine Laser-Plasma-Quelle, angeordnet ist, die in eine sekundäre Lichtquelle (4) am Ort der physikalischen Blende (7.3) des Beleuchtungssystemes abgebildet wird.
19. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem zwischen der Blendenebene mit der physikalischen Blende und der Feldebene ein optisches System (20) zur Formung und Ausleuchtung eines Feldes umfaßt.
20. Beleuchtungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (20) eine Mischeinheit zur homogenen Ausleuchtung des Feldes umfaßt.
21. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das das Feld ein Segment eines Ringfeldes ist und das optische System feldformende Komponenten (32) umfaßt.
22. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem weitere Blenden (7.1 , 7.2, 7.4, 7.5, 7.6, 7.7) im Strahlengang zwischen Objektebene und der Feldebene mit umfaßt.
23. Projektionsbelichtungsanlage zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen mit
23.1 einem Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22
23.2 einer strukturtragenden Maske
23.3 einem Projektionsobjektiv (26)
23.4 einem lichtsensitiven Objekt, wobei die strukturtragende Maske auf das lichtsensitive Objekt abgebildet wird.
24. Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen, insbesondere Halbleiter-Bauteilen mit einer Projektionsbelichtungsanlage gemäß Anspruch 23.
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