Gitterelement zum Filtern von Wellenlängen < 100 nm
Die Erfindung betrifft ein Gitterelement zum Filtern von Wellenlängen < 100 nm mit einer Vielzahl von Einzelgitterelementen, wobei die Einzelgitterelemente Gitter- linien, ergebend eine Gitterperiodizität, aufweisen.
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 Wellenlän- gen 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, angeord- net 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 reflek- tiven optischen Elementen ausgeführt. Die Form des Feldes einer EUV-Projek- tionsbelichtungsanlage 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 Len- ses 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, "lllumina- tion 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 mitaufge- nommen 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. Des weiteren können sie sehr leicht durch Wärmebelastung zerstört werden.
Alternativ hierzu ist es möglich, das Ausfiltern mit Gitterelementen, die beispiels- weise eine Vielzahl von Einzelgittem mit einer dem Einzelgitter zugeordneten Gitterperiode aufweisen, vorzunehmen. Bei einer derartigen Methode wird der Umstand ausgenutzt, daß mit Hilfe einer dem Gitterelement im Strahlengang nachge- ordneten Blende insbesondere Licht der 0. Beugungsordnung, das einen erheblichen Anteil Strahlung mit Wellenlängen, die nicht der Nutzwellenlänge, beispiels- weise im Bereich 7 bis 25 nm, entsprechen, ausgefiltert werden kann.
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
n — = sin α sinß P
mit der Gitterperiode p, der Beugungsordnung n, dem Einfallswinkel bezüglich der
Oberflächennormalen α dem Beugungswinkel bezüglich der Oberflächennormalen ß und der Wellenlänge λ beschrieben.
Betrachtet man konvergente oder divergente Strahlung, so muß die optische Wir- kung 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
Ein Gitterelement kann in einem Beleuchtungssystem für Wellenlängen < 100 nm dann zur spektralen Filterung verwandt werden, 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.
Alternativ kann man das Gitterelement auch aus einer Vielzahl von Einzelgittern mit sich kontinuierlich ändernden Gitterkonstante aufbauen.
Die Einzelgitter sind dann 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.
Nachteilig an einem Gitterelement, das aus einer Vielzahl von Einzelgittem aufgebaut ist, ist, daß, falls derselbe Blaze-Winkel für die unterschiedlichen Einzelgitter im konvergenten Strahlengang verwandt wird, aufgrund der Winkeldivergenz der auftreffenden Strahlen sich eine stark unterschiedliche Beugungseffizienz, bei- spielsweise in der I .Ordnung; d.h. η (1), je nach Auftreffpunkt ergibt. Werden die
Gitter je nach Lage mit einer unterschiedlichen Blaze-Tiefe ausgebildet, so sind
die Blaze-Tiefen-Differenzen der unterschiedlichen Einzelgitter sehr groß, was eine sehr aufwendige Fertigung bedingt.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, die Nachteile des Standes der Technik zu ü- berwinden, insbesondere ein leicht herzustellendes Gitterelement anzugeben, das die 0. und 1. Beugungsordnung trennt und auch im konvergenten Strahlengang ein Gitterelement zur Verfügung stellt, das unabhängig vom Auftreffwinkel der Strahlen des Strahlbüschels eine weitgehend gleichmäßige Beugungseffizienz aufweist, so daß in einem Beleuchtungssystem bei Einsatz eines derartigen Git- terelementes eine weitgehend homogene Intensitätsverteilung hinter einer Blendenebene ausgebildet wird.
Gelöst wird die obengenannte Aufgabe dadurch, daß die Einzelgitterelemente in Richtung der Strahlen eines Strahlbüschels, das auf das Gitterelement auftrifft, hintereinander auf einer gekrümmten Fläche relativ zu der durch das Gitterelement aufgespannten Ebene angeordnet sind. Die gekrümmte Fläche ist im allgemeinen eine Fläche mit stetiger Krümmung, wobei die Krümmung der Fläche nicht sphärisch ist, sondern mit abnehmendem Einfallswinkel zunimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die gekrümmte Trägerfläche eine durch einen stetigen Polygonzug angenäherte gekrümmte Fläche. Dies hat den Vorteil, daß ebene Einzelgitter verwendet werden können, die einen geringen Herstellungsaufwand erfordern.
Bevorzugt weisen die hintereinander auf einer gekrümmten Fläche angeordneten
Einzelgitter jeweils variable Gitterperioden auf. Hierdurch wird eine noch bessere Trennung der 0. und 1. Beugungsordnung erreicht. Legt man eine mittlere Liniendichte des Einzelgitterelementes von G fest, so variiert die Liniendichte auf den Einzelgittern um Ag und Ag liegt im Bereich 40 Linien/mm ≤ Ag ≤ 200 Li- nien/mm.
Bevorzugt ist es, wenn die Einzelgitterelemente, wie zuvor für auf einem stetigen Polygonzug angeordnete Einzelgitterelemente beschrieben, je eine ebene Gitteroberfläche, umfassend die Gitterlinien, aufweisen.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, daß die Einzelgitterelemente je eine asphärische Gitteroberfläche, umfassend die Gitterlinien, aufweisen, wodurch die erforderliche Variation der Liniendichte reduziert werden kann.
Um die astigmatische Verwaschung des Zwischenbildes, die generell durch die Beugung des konvergenten Strahlbüschels an Plangittern hervorgerufen wird, zu verhindern, können die Gitterlinien eines Einzelgitterelementes gekrümmt sein.
Die Krümmung der Trägerfläche, auf der die Einzelgitterelemente angeordnet sind, ist bevorzugt so gewählt, daß der Blaze-Winkel der als Blaze-Gitter ausge- führten Einzelgitterelemente so wenig variiert, daß die Beugungseffizienz nur geringfügig von der maximalen Blaze-Effizienz abweicht.
Neben dem erfindungsgemäßen Gitterelement stellt die Erfindung auch ein Beleuchtungssystem mit einem solchen Gitterelement zur Verfügung. Das Beleuch- tungssystem umfaßt eine Objektebene und eine Feldebene, mindestens ein erfindungsgemäßes Gitterelement sowie mindestens eine physikalische Blende in einer Blendenebene, die dem Gitterelement im Strahlengang von der Objektebene zur Feldebene nachgeordnet ist.
In einem Beleuchtungssystem mit zwei facettierten optischen Elementen, wie beispielsweise in der US 6,198,793 oder der US 6,438,199 offenbart, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird, wird insbesondere in der der physikalischen Blende im Strahlengang nachgeord- neten Feldfacettenebene eine weitgehend homogene Intensitätsverteilung, d. h. eine homogene Ausleuchtung erzielt.
Die mindestens eine physikalische Blende im Beleuchtungssystem dient dazu, zu vermeiden, daß Fehllicht anderer als der gewünschten Beugungsordnung, insbesondere der 0. Beugungsordnung, mit Wellenlängen weit oberhalb von 100 nm in das Beleuchtungssystem gelangt. Bevorzugt blockt die mindestens eine physikali- sehe Blende das Licht der 0. Beugungsordnung und der weiteren Beugungsordnungen außer der gewünschten Beugungsordnung, die bevorzugt die 1. Beugungsordnung ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn durch die Kombination von Gitter und physikalischer Blende die Strahlen nach der physikalischen Blende Wellenlängen im Be- reich von 7 bis 25 nm aufweisen.
Zur Erzeugung eines konvergenten Lichtbündels kann das Beleuchtungssystem eine Kollektoreinheit umfassen, wobei das konvergente Lichtbündel auf das Gitterelement gelenkt wird.
Besonders bevorzugt kommt der Fokus des Lichtbündels für eine n.-te Beugungsordnung des Gitterelementes am Ort der physikalischen Blende oder in der Nähe der physikalischen Blende zum Liegen, wobei | n | = 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 Projektionsbelich- tungsanlage 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung mit 18 Einzelgitterelementen
Figur 3 Prinzipskizze zur Herleitung der charakterisierten Größen des Aus
führungsbeispiels gemäß Figur 2
Figuren 4a und 4b Darstellung eines Blaze-Gitters zur Herleitung der Blaze-Tiefe bzw. des Blaze-Winkels
Figur 5 Beugungseffizienz für als Blaze-Gitter ausgebildete Gitterelemente bestehend aus unterschiedlichen Materialien
Figur 6 EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen
Beleuchtungssystem.
In Figur 1 ist ein Gitterelement 1 mit einer Vielzahl von Einzelgittern 9.1 , 9.2, 9.3 im Strahlengang eines Beleuchtungssystem gezeigt. Die Einzelgitter 9.1 , 9.2, 9.3 sind in Strahlrichtung hintereinander angeordnet. Das Licht der Lichtquelle 3 wird von einer sammelnden Komponente, 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 vom Gitter durch Beugung in der +1. Beugungsordnung erzeugte 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 9.1 , 9.2, 9.3 ist bevorzugt eine Flüssigkühleinrichtung mit Zu- und Ab- lauf 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 einem Beleuchtungssystem, das ein optisches Element gemäß der Erfindung sowie eine diesem nachgeordnete Blende 7.3 umfaßt, vollständig zu blocken. Darüber hinaus werden auch alle höheren Ordnungen außer der +1. Ordnung blockiert.
Nachfolgend soll ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gitterelementes mit einer Vielzahl von Einzelgittern, die auf einer gekrümmten Trägerfläche angeordnet sind, angegeben werden. Gleiche Bauteile wie in Figur 1 sind mit einer um 100 erhöhten Bezugsziffer belegt. Dargestellt ist ein kollimiertes Lichtbüschel 100, das von der in Figur 2 nicht dargestellten Lichtquelle ausgeht und von dem gesamten erfindungsgemäßen Gitterelement aufgenommen wird. Dargestellt sind die beiden Randstrahlen 102, 104 und der Mittenstrahl 106. Des weiteren dargestellt ist der virtuelle Zwischenbildfokus Z der in Figur 2 nicht dargestellten Lichtquelle, der durch den ebenfalls nicht dargestellten Kollektor erzeugt wird. Im Zwi- schenbildfokus Z wird der Ursprung eines rechtwinkligen Koordinatensystem in x-, y- und z-Richtung definiert. Dieses Koordinatensystem ist in Figur 2 dargestellt. Hierauf sind alle in der nachfolgenden Tabelle 1 angegebenen Größen bezogen. Insgesamt umfaßt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 18 Einzelgitterelemente. Es sind auch Ausführungsbeispiele mit weniger als 18 Einzelgittern möglich, beispielsweise mit 10, 7 oder 5 Einzelgittern, ohne daß vom Gedanken der Erfindung abgewichen wird. Die Lage der Einzelgitterelemente, von denen in Figur 2
die Einzelgitterelemente 109.1 , 109.2, 109.17, 109.18 dargestellt sind, sind in nachfolgender Tabelle 1 in x- und y-Richtung mit Bezug auf das Koordinatensystem im Zwischenbildfokus Z in der 0. Beugungsordnung angegeben.
Der Mittenstrahl 106 des Lichtbüschels 100 fällt mit der Koordinatenachse in x-
Richtung für y = 0 des Koordinatensystems im Zwischenbildfokus Z zusammen. Des weiteren in Figur 2 eingezeichnet sind die Winkel α , φ und ψ für das erste
Einzelgitterelement 109.1 , die in Figur 3 nochmals detaillierter dargestellt. Gleiche Bauteile wie in Figur 2 tragen dieselben Bezugsziffern. Jedes Gitterelement nimmt ein Teillichtbüschel 100.1 des gesamten von der Lichtquelle ausgehenden
Lichtbüschels 100 auf. Jedes Teillichtbüschel umfasst einen unteren Randstrahl 104.1, sowie einen oberen Randstrahl 102.1 sowie einen Mittenstrahl 106.1. α bezeichnet den Einfallswinkel eines Strahls, hier des Mittenstrahls 106.1 des einfallenden Teilichtbüschels 100.1 gegenüber der Normalen 111.1 des Einzelgitter- elementes 109.1 , die senkrecht auf der Gitteroberfläche steht, ß den Ausfallswinkel in die Beugungsordnung, hier die +1. Beugungsordnung eines gebeugten Strahls, hier des gebeugten Mittenstrahls 106.1 des Teillichtbüschels 100.1 gegenüber der Normalen 111.1. Der Fokus 113 des in die +1. Beugungsordnung gebeugten Lichtbüschels kommt in der Blendenebene 107.3 zum Liegen. Der Ur- sprung des x, y, z - Koordinatensystems wird wie in Figur 2 beschrieben durch den virtuellen Zwischenbildfokus Z definiert.
Der Winkel φ bezeichnet den Winkel eines einfallenden Strahls, bspw. des Mittenstrahls 106.1 des Teillichtbüschels gegenüber der Koordinatenachse in x- Richtung bei y = 0. Der Winkel ψ bezeichnet den Neigungswinkel des Einzelgitterelements, hier des Einzelgitterelements 109.1 gegenüber der x- Koordinatenachse bei y = 0. Der Winkel χ bezeichnet den Ausfallswinkel eines gebeugten Strahls des Teillichtbüschels, hier des Mittenstrahls 106.1. Es gelten nachfolgende Zusammenhänge:
α = 90° - ψ - φ und ß = 90° - χ + ψ
Die so definierten Winkel α , φ und ψ sind für sämtliche Einzelgitterelemente des gesamten hieraus zusammengesetzten Gitterelementes in Tabelle 1 angegeben.
Die Winkel α und φ sind jeweils für den unteren und oberen Randstrahl sowie den Mittenstrahl eines auf das jeweilige Einzelgitterelement einfallenden Teillichtbüschels angegeben, der Winkel ψ bezeichnet den Neigungswinkel des jeweiligen Einzelgitters gegenüber der x-Achse des durch den virtuellen Zwischenbildfokus gegebenen Koordinatensystems.
Die Einzelgitter sind, wie aus Figur 3 hervorgeht, geneigt auf einem stetigen Poly- zug angeordnet, d.h. die Kanten benachbarter Einzelgitter grenzen direkt aneinander an, so daß bei streifendem Einfall eines Lichtbüschels 100 eine gegenseiti- ge Abschattung der Teillichtbüschel nicht möglich ist. Das Aneinanderstoßen der
Kanten benachbarter Einzelgitter ist für die Einzelgitter 109.1 und 109.2 gezeigt. Neben den Lagekoordinaten x und y sowie den Winkelkoordinaten, φ , α und ψ sind für das Ausführungsbeispiel gemäß Tabelle 1 mit 18 Einzelgitter der Blaze- Winkel ε sowie die Gitterliniendichte G in Linien/mm angegeben.
Der Blaze-Winkel ist in den Figuren 4a und 4b definiert.
Des weiteren in Figur 3 dargestellt ist die dem Gitterelement 101 nachgeordnete physikalische Blende 107.3. In der Blendenebene der physikalischen Blende 107.3 liegt das von der +1.Beugungsordnung der Einzelgitterelemente 109.1 ,
109.2, 109.17, 109.18 erzeugte Zwischenbild 113 der in Figur 3 nicht dargestellten Lichtquelle.
Die Breite der auf einer Basis- oder Trägerplatte 115 angeordneten 18 Einzelgitter verringert sich mit abnehmendem Einfallswinkel α von 51 ,25 mm für das 1. Ein-
zeig itter 109.1 auf 18,03 mm für das 18. Einzelgitter 109.18. Die Basisplatte 115 kann gekühlt sein. Die Basisplatte 115 spannt eine Ebene E auf die gegenüber der x-Koordinatenachse um einen Winkel ψMittei geneigt ist. Bezüglich dieser Ebene E sind die Einzelgitterelemente auf einer gekrümmten Fläche K der Trägerplatte 115 angeordnet. Die Einzelgitterelemente sind gegenüber der Ebene E um einen Winkel ψ' = ψMittei - ψ geneigt. Bei der gekrümmten Trägerfläche handelt es vorliegend um einen stetigen Polygonzug ohne Beschränkung hierauf. Für das in Figur 3 gezeigte Ausführungsbeispiel sind in Tabelle 1 für jedes Einzelgitter die Lagekoordinaten x, y sowie die Winkel φ , α , der Blaze-Winkel ε und die Gitterkonstante G in den jeweiligen Spalten angegeben. Des weiteren angegeben ist der Neigungswinkel ψ des jeweiligen Einzelgitterelementes. Da die Einzelgitterelemente im dargestellten Ausführungsbeispiel plan sind, ist lediglich die Angabe eines Neigungswinkels ψ zur Charakterisierung der Lage des Einzelgitterelementes auf der gekrümmten Trägerfläche erforderlich. Die Lagekoordinaten x, y sowie die Winkel φ , , der Blaze-Winkel ε und die Gitterkonstante G sind für je drei Punkte eines
Einzelgitters angegeben, nämlich den beiden Randpunkten des Einzelgitters in x- Richtung sowie die Mittenposition des jeweiligen Einzelgitters in x-Richtung. Die Randpunkte entsprechen den Auftreffpunkten der Randstrahlen des jeweiligen Teillichtbüschels und die Mittenposition dem Auftreffpunkt des Mittenstrahls des jeweiligen Lichtbüschels. Die Position des Zwischenbildes in der -
1.Beugungsordnung liegt bei x = 54,654 mm und in y-Richtung bei y = 208,885 mm
Tabelle 1 : Gitterelement mit auf einem stetigen Polygonzug angeordneten Einzelgittern
In einem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst ein Gitterelement gemäß der Erfindung insgesamt 8 Einzelgitter.
Das Gitterelement mit 8 Einzelgittern ist über eine Gesamtlänge von 521.5 mm in X- Richtung ausgedehnt. Die 8 Einzelgitter sind ebenen Einzelgitterelementen, die auf einem stetigen Polygonzug nebeneinander angeordnet sind.
Der Neigungswinkel ψ der ebenen Gitterflächen zur X-Achse steigt kontinuierlich und nahezu linear von 12.4° für das erste Element bis auf 13.6° für das achte Element an.
Der Einfallswinkel α sinkt von 83.8° für das erste Element auf 69.4° für das achte Element. Der mittlere Blazewinkel ε von jedem der Einzelelemente liegt konstant bei 1.21° und weist eine minimale Variation von ± 0.2% und eine maximale Variation ± 7.9% übe die Fläche der Einzelelemente auf.
Die mittlere Furchendichte des Einzelelements steigt kontinuierlich von 374 L/mm für das erste Element auf 1160 LJmm für das achte Element an, wobei die weitgehend lineare Variation der Furchendichte dG/dX über die Fläche von 1.1 mm"'' für das erste Element bis zu 7.1 mιτr1 kontinuierlich zunimmt.
Mit einem derartigen Gitterelement mit insgesamt 8 Einzelgittern wird im Zusammenwir ken mit dem Kollektorspiegelelement ein punktförmiges, spektral zerlegtes Bild der Lichtquelle in der Blendenfläche bei der Wellenlänge von λ=13.5 nm erzeugt. Die mini- malen Abstände der in 0. und 2. Beugungsordnung erzeugten Bilder der Quelle vom
Fokuspunkt der 1. Beugungsordnung auf der Blendenfläche betragen >14 mm bzw. >Y, mm
Die Einzelgitterelemente werden z.B. mit einer Ruthenium-Reflexionsschicht belegt, die von allen bekannten Metallschichten für λ =13.5 nm die höchste Reflektivität aufweist.
Die für diese Reflexionsschicht berechnete Blazeeffizienz in 1. Beugungsordnung steigl kontinuierlich von 65.7% für das erste Element auf 68.1% für das vierte Element und fällt dann auf 56.8% für das achte Element ab.
Der besondere Vorteil dieses Gitterelements mit insgesamt 8 Einzelgittern bestehen darin, dass nur eine kleine Anzahl von 8 Einzelgitterelemente benötigt wird, der mittlere Blazewinkel auf allen Einzelelementen konstant ist und daher die Gitterfu- chen aller Einzelelemente mit dem gleichen technologischen Verfahren (z.B. mechanische Gitterteilung oder holographische Belichtung mit anschließendem lonenstrahlät- zen) erzeugt werden können, alle Einzelelemente in Blazeanordnung verwendet wer-
den, so daß die Beugungseffizienz im Mittel 64.9% beträgt, die Effizienz nur um +3.2 / - 8.1 % variiert, so daß eine weitgehend homogene Intensitätsverteilung über den Querschnitt des durch die Blende tretenden Lichtbündels ereicht wird, und die Trennung der durch die Blende mit einem Öffnungsdurchmesser von z.B. 2 mm tre- tenden und im weiteren Beleuchtungssystem verwendeten Strahlung mit Wellenlängen zwischen 13.0 und 14.0 nm von der von der Quelle mit anderen Wellenlängen emittierten Strahlung mit einem Intensitätsverhältnis von > 1000/1 erfolgen kann.
Um ein Gitterelement 100 mit optimaler Beugungseffizienz η (+1) in der +1.Ordnung zu erhalten, wird bei einem erfindungsgemäßen Gitterelement bevorzugt jedes Einzelgitter des Gitterelementes als Blaze-Gitter ausgebildet.
In Figur 4a ist ein Blaze-Gitter mit annähernd dreieckförmigen Furchenprofil gezeigt. Die Bezugsziffer 200 bezeichnet den auf das als Blaze-Gitter ausgelegte Einzelgitter, beispielsweise das Einzelgitter 209.1, mit der Gitterperiode P auftreffenden Strahl; 202 den am Gitter in die O.Ordnung reflektierten und 204 den in die +1.Ordnung gebeugten Strahl, 206 den in die -1.Ordnung und 208 den in die +2. Ordnung gebeugten Strahl. Für den Blaze-Winkel ergibt sich in Abhängigkeit von der zuvor genannten Größen die nachfolgende Gleichung:
arctan * P
Hierbei bezeichnet B die Blaze-Tiefe und P die Gitterperiode. In Figur 4b ist ist mit der dargestellten Beugungsgeometrie ε = (α - ß)/2
die Bedingung gegeben, dass der mit dem Winkel α gegenüber der Gitternorma¬
len einfallende Strahl 200 mit der zum Blaze-Winkel ε gehörenden Blazeeffizienz
unter dem Beugungswinkel ß gegenüber der Gitternormalen 211 in den Strahl in
Richtung auf das Blendenzentrum 113 in Figur 3 gebeugt wird. Die Gittergleichung nimmt unter dieser Blaze-Bedingung die Form:
n * λ / p = sin (α) - sin (α - 2 ε) = sin (θ/2 + ε) - sin (θ/2 - ε)
an, wobei θ = α + ß
den Ablenkwinkel zwischen Strahl 200 und Strahl 204 bezeichnet.
Wie Figur 5 zeigt, hängt die Beugungseffizienz in der +1. Ordnung η (+1) von der
Position X auf dem Gitterelement und von den verwendeten Materialien der Gitteroberfläche bzw. der auf das Gitter aufgebrachten Reflexionsschicht ab. Die x- Abhängigkeit der Beugungseffizienz wird von der x-Abhängigkeit des Einfallswin- kels α sowie des Blaze-Winkels ε bestimmt.
In Figur 5 bezeichnet Bezugsziffer 1000 die Beugungseffizienz η (-1) bei einer Wellenlänge von λ = 13,5 nm für Ruthenium, Bezugsziffer 1002 für Palladium, Bezugsziffer 1004 für Rhodium und Bezugsziffer 1006 für Gold.
Wie aus Figur 5 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 1006 hervorgeht, bei λ = 13,5 nm eine deutlich schlechtere
Effizienz als die vorgenannten Materialien.
In Figur 6 ist eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Gitterelement gezeigt. Sämtliche Bauteile, die identisch mit Bauteilen in den vorangegangenen Figuren sind, tragen eine um 2000 erhöhte Bezugsziffer. Die EUV-Projektionsbelichtungsanlage umfaßt eine Lichtquelle 2003, ein sammelnde optische Komponente, einen sog. Kollektor 2005, 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 2005 bildet die in der Objektebene des Beleuchtungs- systemes liegende Lichtquelle 2003 in ein Bild der Lichtquelle oder eine sekundäre Lichtquelle 2004 in oder in der Nähe einer Blendenebene 2007.3 ab.
Vorliegend ist die Lichtquelle 2003, die beispielsweise eine Laser-Plasma-Quelle oder eine Plasma-Entladungsquelle sein kann, in der Objektebene des Beleuch- tungssystems angeordnet; in der Bildebene des Beleuchtungssystems kommt das
Bild der primären Lichtquelle zum Liegen, die auch als sekundäre Lichtquelle bezeichnet wird.
Zwischen Gitterelement 2001 und der physikalischen Blende 2007.3 sind zusätzli- ehe Blenden 2007.1 , 2007.2 angeordnet, um das Licht ungewünschter Wellenlängen, insbesondere Wellenlängen größer als 30 nm, abzublocken. Erfindungsgemäß kommt in der Ebene der Blende 2007.3 der Fokus der -I .Ordnung zu Liegen, d.h. die Lichtquelle 2003 wird durch Kollektor und Gitterspektralfilter in der -1. Beugungsordnung nahezu stigmatisch in die Ebene der Blende 2007.3 abgebildet. Die Abbildung in alle anderen Beugungsordnungen ist nicht stigmatisch.
Des weiteren umfaßt das Beleuchtungssystem des Projektionssystems ein optisches System 2020 zur Formung und Ausleuchtung der Feldebene 2022 mit einem ringförmigen Feld. Das optische System umfaßt als Mischeinheit zur homo- genen Ausleuchtung des Feldes zwei Facettenspiegel 2029.1 , 2029.2 sowie zwei abbildende Spiegel 2030.1 , 2030.2 und einen feldformenden grazing-ineidence
Spiegel 2032. Im optischen System 2020 sind zusätzliche Blenden 2007.4, 2007.5, 2007.6, 2007.7 zur Unterdrückung von Fehllicht angeordnet.
Der erste Facettenspiegel 2029.1 , der sogenannte Feldfacettenspiegel, erzeugt eine Vielzahl von sekundären Lichtquellen in oder in der Nähe der Ebene des zweiten Facettenspiegels 2029.2, dem sogenannten Pupillenfacettenspiegel. Da mit dem erfindungsgemäßen Gitterelement eine Homogenisierung der Intensitätsverteilung in und hinter der Blendenebene der physikalischen Blende 2007.3 erreicht wird, wird auch auf dem Feldfacettenspiegel 2029.1 eine weitgehend homo- gene Intensitätsverteilung, d. h. eine homogene Ausleuchtung erreicht. Die nachfolgende Abbildungsoptik bildet den Pupillenfacettenspiegel 2029.2 in die Austrittspupille 2034 des Beleuchtungssystems ab, welche in der Eintrittspupille des Projektionsobjektives 2026 zum Liegen kommt. Die Neigungswinkel der einzelnen Facetten der ersten und zweiten Facettenspiegel 2029.1 , 2029.2 sind dabei so ausgelegt, daß sich die Bilder der einzelne Feldfacetten des ersten Facettenspiegels 2029.1 in der Feldebene 2022 des Beleuchtungssystems überlagern und somit eine weitgehend homogenisierte Ausleuchtung der strukturtragenden Maske, welche in dieser Feldebene 2022 zum Liegen kommt, ermöglicht wird. Das Segment des Ringfeldes wird über den unter streifenden Einfall betriebenen feldfor- menden grazing-incidence Spiegel 2032 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 2022 angeordnete strukturtragende Maske, die auch als Re- tikel bezeichnet wird, wird mit Hilfe eines Projektionsobjektives 2026 in die Bildebene 2028 der Feldebene 2022 abgebildet wird. Das Projektionsobjektiv 2026 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 2028 ist das zu belichtende Objekt, beispielsweise ein Wafer, angeordnet.
Mit der Erfindung wird erstmals ein optisches Element angegeben, mit dem es möglich ist, unerwünschte Wellenlängen direkt nach der primären Lichtquelle zu selektieren, wobei durch eine Anordnung auf einer gekrümmten Trägerfläche einer Vielzahl von Einzelgittern, beispielsweise auf einem stetigen Polygonzug, eine Homogenisierung der Intensitätsverteilung in der und hinter der Blendebene einer physikalischen Blende in einem Beleuchtungssystem erreicht wird. Außerdem wird die Fertigung des Gitterelements stark vereinfacht, da die Blaze-Winkel- Differenzen auf den verschiedenen Gittern minimiert werden.
Bezugszeichenliste
1 Gitterelement
2 Lichtquelle 5 Kollektor
7.1 , 7.2, 7.3
7.4, 7.5, 7.6
7.7 Blenden des Beleuchtungssystems
8 Kühleinrichtung 9.1 , 9.2, 9.3 Einzelgitter
10.1 , 10.2 Zu- und Ablauf der Kühleinrichtung
100, 100.1 kollimiertes Lichtbüschel bzw. Teillichtbüschel ausgehend von der Lichtquelle
101 Gittererelement 102, 102.1 oberer Randstrahl des von der Lichtquelle einfallenden Lichtbüschels bzw. Teillichtbüschels
104, 104.1 unterer Randstrahl des von der Lichtquelle einfallenden Lichtbüschels bzw. Teillichtbüschels
106, 106.1 Mittenstrahl des von der Lichtquelle einfallenden Lichtbüschels bzw. Teillichtbüschels
107.3 physikalische Blende
109.1 , 109.2
109.17
109.18 Einzelgitter 113 Zwischenbild
115 Basis- oder Trägerplatte
200 einfallender Strahl
202 in die 0. Ordnung gebeugter Strahl
204 in die 1. Ordnung gebeugter Strahl 1000, 1002
1004, 1006 Beugungseffizienz η (-1) für unterschiedliche Materialien
2001 Gitterelement
2003 Lichtquelle
2005 genesteter Kollektor
2007.1 ,
2007.2,
2007.3,
2007.4,
2007.5 Blenden des Beleuchtungssystems
2020 optisches System
2022 Feldebene
2026 Projektionsobjektiv
2028 Bildebene der Feldebene
2029.1 ,
2029.2 Facettenspiegel
2030.1 ,
2030.2 abbildende Spiegel
2032 feldformende Spiegel
2034 Austrittspupille des Beleuchtungssv
Z virtueller Zwischenbildfokus in der ( α Einfallswinkel eines Strahls gegenüber der Gitternormalen φ Winkel eines Strahls gegenüber der x-Koordinatenachse ψ Neigungswinkel eines Einzelgitters