Beleuchtungssystem für eine MjkTolithogTaphie-Projekiionsbelichtiirjgsanlage

Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsaπlage mit einer Mehrzahl von Facettenelεmersten, die in die Objektebene abgebildet werden, eine Projektionsbeliehtungsanlagε und ein Verfahren zur Herstellung von mikrostruküirierteri Bauelementen mit Hilfe einer solchen Projektionsbelichtungsanlage.

Beiεuchtungssysteroe der eingangs genannten Art sind zum Beispiel aus der U8ό,438 ₅ 199Bl und der US6.658.084B1 bekannt.

Ein optisches Element mit Faeettεnelementen kann dabei auf mehrere Arten ausgestaltet sein. Möglich ist zum Beispiel eine dichte Packung von Facettenelementen ohne Abstand zu benachbarten Facεttenelernentεn. Alternativ ist auch das Zusammenfassen von mehreren Facettenelεmenten zu einem Block möglich, wobei die Facettenelemente dicht im Block angeordnet sind, aber die Blöcke zu benachbartem Blöcken einen

Bei der Herstellung solcher facettierter optischer Elemente können verschiedene Verfahren angewandt werden. Zum einen ist es möglich ein solches optisches Element aus einem Stück zu fertigen, was jedoch ein kompliziertes und kostspieliges Herstellungsverfahren erfordert. Zusätzlich kann ein solches Element beim Vorliegen von Beschädigungen nur vollständig getauscht werden, Es ist nicht möglich einzelne beschädigte Facettenelemente separat zu ersetzen.

Alternativ kann ein facettiertes optisches Element auch aus einzeln gefertigten Facettenelemenlen zusammengesetzt werden. Sind diese Facettenelemente jedoch in einer dichten Packung oder in Blöcken angeordnet, so liegt hier das Problem vor, dass einzelne Facettenelemente nicht separat montiert und justiert werden können. Dies liegt daran, dass Facettenelernente, die innerhalb bei einer dichten Packimg angeordnet sind,

keinen Abstand zu benachbarten Faeettenelerπente aufweisen und daher nicht mit Hilfe eines Werkzeuges montiert werden können, ohne die optische Oberfläche zu beschädigen. Dies gilt auch für Facettenelemente, die innerhalb eines Block angeordnet sind. In beiden Fällen ist es nicht möglieh, nachträglich ein solches Faeettenelement auszutauschen, was zum Beispiel auf Grund von Beschädigungen erforderlich werden kann, ohne zuvor weitere Facettenelernente zu demontieren.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Bεleuchtungssystem mit einem facettierten optischen Element zur Verfügung gestellt werden, das diese Nachteile überwindet. Dies bedeutet, dass sich das facettierte optische Element wesentlich einfacher Justieren und

Montieren lässt.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Facettenelemente so angeordnet werden, dass jedes einzelne Facettenelement einfacher zugänglich ist. Dies bedeutet, dass das Beleuchtungssystem ein facettiertes optisches Element umfasst, welches aus einer Mehrzahl von Facettenelementen besteht. Hierbei sind die Facettenelemente so angeordnet, dass zumindest ein Anteil -von 20% aller Seitenflächen des Facettenelements von den Seitenflächen aller anderen Facettenelementen einen Abstand hat, der größer ist als lOOμm. Ein Anteil A aller Seitenflächen eines Facettenelements hat einen Abstand d von den Seitenflächen aller anderen Facettenelernente, wenn es Bereiche auf den Seitenflächen des Facettenelementes gibt, so dass alle Punkte dieser Bereiche mindestens einen Abstand d von allen Punkten auf den Seitenflächen aller anderen Facettenelemente haben, Der Anteil A ist dabei das Verhältnis der Summe der Flächeninhalte dieser Bereiche zur Summe der Flächeninhalte aller Seitenflächen des Facettenelements.

Die Erfindung kann sowohl in einem reflektive wie auch in einem refraktiven

Beleuchtungssystem Einsatz finden.

In einer refraktiven Ausgestaltung der Erfindung soll unter einem Facettenelemεnt zum Beispiel eine Linse oder ein Prisma verstanden werden. Ein solches refraktives

Facettenelement besitzt eine Lichteintrittsfläehe, eine Lichtaustrittsfläche und, je nach geometrischer Form, eine gewisse Anzahl von Seitenflächen, Ist die Lichteintrittsflächε zum Beispiel rechteckig oder bogenförmig, so liegen vier Seitenflächen vor. Diese Seitenflächen haben eine gemeinsame Gesamtoberfläche mit einem gewissen Flächeninhalt, Da das Licht diese Seitenflächen nicht passiert, ist es möglich, die Facettenεlemente dort derart auszugestalten, dass sie mit Hilfe eines Werkzeugs gehalten werden können. Um jedoch eine gute Verbindung zwischen Werkzeug und Facεttenelement herstellen zu können, rnuss dieser Kontaktbereich eine gewisse Größe aufweisen. Hierzu ist mindestens ein Anteil von 20% der Gesamtoberfläche der Seitenflächen erforderlich.

Bei einer reflektiven Ausgestaltung der Erfindung soll unter einem Facettenelement ein Facettenspiegel verstanden werden. Ein solcher Facettenspiegel besitzt eine optisch genutzte reflektierende Fläche, eine Rückseite, sowie eine gewisse Anzahl von Seitenflächen. Auch in diesem Fall ist es vorteilhaft, die Facettenspiegel während der Montage und Justage an den Seitenflächen zu haltern. Da die Facettenspiegel üblicherweise auf einer Grundplatte aufgebracht werden, kommt die Rückseite hierfür nicht in Frage. Somit stellt sich die gleiche Aufgabe, eine feste Verbindung zwischen einem Werkzeug und einem Anteil der Seitenflächen herzustellen. Um nun ein solcherart gestaltetes Facettenelement nachträglich demontieren zu können, ist es erforderlich, dass ein Anteil von 20% ihrer Seitenflächen freiliegt, das heißt von den Seitenflächen aller anderen Facettεnelementε einen Abstand hat, der größer ist als lOOμm. Nur so kann gewährleistet werden, dass es nachträglich möglich ist, mit dem Werkzeug den Anteil Seitenflächen zu erreichen, und der Zugang nicht durch ein benachbartes Facettenelement blockiert ist.

Im Falle von rechteckigen Facettenelementen, die eine lange und eine kurze Seite mit einem Aspektverhältnis zwischen 5:1 und 20:1 aufweisen, ist eine Verbindung von Werkzeug und Facettenelement einfacher und stabiler zu realisieren, wenn zumindest eine der längeren Seiten vollständig frei liegt. Das heißt, dass eine der größeren

Seitenflächen mit entsprechenden Montagevorrichtungen versehen werden kann. Dies können zum Beispiel Nuten oder sonstige Verankerungen sein, an denen ein Werkzeug angreifen kann. Aufgrund des Aspektverhältnisses bedeutet dies, dass der freiliegende

Anteil A gegeben ist durch

^■ » 41.7%

2 *5 + 2*1 im Falle eines Aspektverhällnisses von 5:1 bzw.

A - 20

2 *20 + 2*1 bei einem Aspektverhältnis von 20:1. Das heißt, dass der Anteil des Randes, der frei liegt, größer als 40% sein sollte. Je größer der frei liegende Aliteil der Seitenflächen ist, umso größer ist auch die Freiheit bei der mechanischen Auslegung der Facettenεlemente. Zum Beispiel ermöglicht das

Freiliegen von sich gegenüberliegenden Anteilen der größeren Seitenflächen den

Einsatz eines zangenähnlich ausgeführten Montagewerkzeuges.

Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn alle Seitenflächen frei liegend sind. Ein Mindestabstand von lööμra ist erforderlich, um ein Werkzeug in den

Zwischenraum einbringen zu können. Es ist jedoch einfacher ein solches Werkzeug zu gestalten, wenn der Zwischenraum größer ist. So ist es vorteilhaft, wenn der Abstand mehr als 0.5mm, insbesondere mehr als 1mm, beträgt.

Allerdings sollte der Abstand nicht zu groß gewählt werden, um den Lichtverlust klein zu halten. Lichtverlust tritt auf, wenn Bεleuchtungssrrahlung auf die Zwischenbereiche zwischen den Facettenelementen fällt. Diese Strahlung kainn nicht zur Objektebene weitergeleitet werden. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn der Abstand kleiner ist als 10 mm, insbesondere kleiner ist als 5 mm.

Der oben beschriebene Aufbau des ersten facettierten optischen Elements führt dazu, dass zwischen den Facettenelementen Abstände auftreten. Dies bedeutet, dass die Strahlung, die in diese Zwischenbεreicfie fallt, nicht zur Objektebene weitεrgeleitεt wird. Somit tritt ein Lichtverlust am ersten facettierten optischen Element auf. Um

diesen zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn die Ausleuchtung des ersten facettierten optischen Elements entsprechende Lücken aufweist, beziehungsweise wenn die Intensität der einfallenden Strahlung im Bereich zwischen den Facettenelementen deutlich gegenüber der Intensität, der auf die Facettenelemente fallenden Strahlung, reduziert ist. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Ausleuchtung aus nicht zusammenhängenden Bereichen besteht. Zwei Bereiche sind nicht zusammenhängend, wenn es entlang jeder Verbindungslinie zwischen den beiden Bereichen einen Punkt gibt, an dem die Intensität der einfallenden Strahlung kleiner ist als 50% der, über die beiden Bereiche gemittelten, Strahlungsintensität. Je besser die Ausleuchtung an die Anordnung der Facetterseleniεnte angepasst ist, umso geringer ist der Effizienzverlust am ersten facettierten optischen Element. Günstig ist zum Beispiel, wenn es einen Ausleuchtungsbereich zu jedem Facetten dement gibt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Facetten vollständig innerhalb dieser Bereiche liegen, damit sie auch vollständig ausgeleuchtet werden. Da die Faeεttenelemente in die öbjektebene abgebildet, werden, würde eine teilweise Ausleuchtung der

Facettenelemente zu einer ungleichmäßigen Ausleuchtung der Objektebene führen. Dies kann durch die Anordnung der Facettenelemente innerhalb der Ausleuchtungsbεreiche vermieden werden.

Derart gestaltete Ausleuchtungen können auf verschiedene Arten erzeugt werden. Eine besonders hohe Strahlungsleistung lässt sich in dass Beleuchtungssystem einbringen, wenn mehrere Lichtquellen gleichzeitig an die Beleuchtungsoptik angeschlossen werden können. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass sich auf diese Weise nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche auf dem ersten facettierten optischen Element erzeugen lassen, indem jede Lichtquelle nur einen Teilbereich des ersten facettierten optischen Elements ausleuchtet.

Schwieriger ist es, mit Hilfe von einer Quelle nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche auf dem ersten facettierten optischen Element zu erzeugen. Hierzu kann zum Beispiel ein speziell ausgestalteter Kollektor verwandt werden. Ein

Kollektor hat die Aufgabe, Stralilimgsenergie von der Lichtquelle aufzunehmen und in das Bεleuchtungssystem einzubringen.

Eine Möglichkeit, einen Kollektor so zu gestalten, dass er nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche auf dem ersten facettierten optischen Element erzeugt, ist die Ausgestaltung des Kollektors aus nicht zusammenhängenden Segmenten. Zwei Kollektorsegmente heißen zusammenhängend, wenn es zu jedem Punkt aαf der optischen Oberfläche des einen Kollektorsegmεnis und jedem Punkt auf der optischen Oberfläche des anderen Kollektorsegments eine Linie gibt, die die beiden Punkte verbindet, wobei alle Punkte der Linie auf einer der beiden optischen Oberflächen liegen.

Besteht der Kollektor aus nicht zusammenhängenden Kollektorsegmentεn, so erzeugt jedes Kollektorsegment einen ihm zugeordneten Ausleuchtungsbereich auf dem ersten facettierten optischen Element. Die geometrische Form und die Lage der Kollektorsegmente im Raum können so bestimmt werden, dass die

Ausleuchtungsbereiche auf dem ersten facettierten optischen Element nicht zusammenhängend sind. Darüber hinaus kann ein solcher Kollektor wesentlich einfacher hergestellt werden, da jedes einzelne Segment separat gefertigt werden kann. Dies erhöht zwar die Anzahl der Bauelemente, vereinfacht jedoch die Herstellung eines solchen speziell ausgestalteten Kollektors, da jedes einzelne Segment auf Grund seiner geringeren Größe besser bearbeitet werden kann als ein großer Kollektor, der aus einem Stück besteht.

Alternativ oder ergänzend kann der Kollektor so gestaltet sein, dass er Segmente urnfasst, die zusammenhängend sind und einen Knick am übergang zwischen den Segmenten aufweisen.

Zwei zusammenhängende Kollektorsegmente haben einen Knick am übergang zwischen den Segmenten, wenn es zu jedem Punkt auf der optischen Oberfläche des eineai Kollektorsegments und jedem Punkt auf der optischen Oberfläche des anderen Kollektorsegments eine Linie gibt, die die beiden Punkte verbindet, wobei alle Punkte

der Linie auf einer der beiden optischen Oberflächen liegen, und es zu mindestens einer solchen Linie eine Parametrisierung gibt, so dass diese Linie bezüglich der Parametrisienmg nicht stetig diffεrenzierbar ist.

Mit Hilfe eines solchen Kollektors, der zusammenhängende Segmente mit Knick umfasst, kann die Strahlungsenergie der Lichtquelle effizienter genutzt werden, indem Verluste am Zwischenraum zwischen den Segmenten vermieden werden. Zusätzlich können dennoch die beiden zusammenhängende Segmente mit Knick nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereichε erzeugen. Dies ist möglich, da die Lichtrichtung nach dexn Kollektor vom Auftreffwinkel auf die Kollektoroberfläche abhängt. Gibt es auf der optischen Oberfläche der beiden Segmente, eine Linie die in einer Parametrisierung nicht stetig differenzierbar ist, so bedeutet dies, dass zwei benachbarte Lichtstrahlen, die die Kollektoroberfläche an dem nicht stetig differenzierbaren Knick treffen, unter unterschiedlichen Winkeln auf die Oberfläche treffen, je nachdem, welches der angrenzenden Segmente sie treffen. Somit haben die beiden Lichtstrahlen nach dem Kollektor einen separierten Lichtweg, auch wenn sie sich vor der Reflektion sowohl in Ort als auch in ihrer Richtung nur minimal unterscheiden. Es entstehen also nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche in der Ebene des facettierten optischen Element. Dies liegt daran, dass Kollektor und erstes optisches Element einen Abstand in der Größenordnung von einem bis mehreren Metern zueinander haben. Bereits geringe Winkεländerungεn der Lichtstrahlen am Kollektor führen zu signifikanten Ortsveränderungen der Aufbrefφunkte der Strahlen auf dem ersten optischen Element.

Sehr effektiv lässt sieh eine Segmentierung des Kollektors nutzen, wenn jedes Segment genau einen nicht zusammenhängenden Ausleuchtungsbereich erzeugt. Das heißt es sind nur genau so viele Kolleklorsegmente erforderliche wie nicht zusammenhängenden Ausleuchtungsbereiche erforderlich sind. Auf diese Weise werden so wenige Kollektorsegmerste wie möglich benötigt, was die Montage des Kollektors einfacher macht.

Im Falle eines reflekliven Kollektors ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn er derart ausgestaltet ist, dass alle Lichtstrahlen unter einem Einfallswinkel Meiner als 45° auf die reflεktive Oberfläche des Kollektors treffen. Unter dem Einfallswinkel eines Lichtstrahls wird hier der Winkel zwischen Strahl und Flächennormale im Auftreffpunkt verstanden. Die Ausgestaltung des Kollektors, so dass die Einfallswinkel aller Lichtstrahlen kleiner 45° sind, gewährleistet eine hohe Reflektivität der Kollektoroberfläche, was zu einem besonders effizienten Beleuchtungssystεm führt. Ferner hat ein solcher Kollektor besonders gute Abhildungseigenschaftεn.

Zwischen den benachbarten Facettenelementen des ersten optischen Elements können nun zusätzlich mechanische Komponenten angeordnet werden, Unter mechanischen Komponenten werden zum Beispiel Aktoatoren zum Bewegen von Facettenelεmentεn, Sensoren ?.ur Bestimmung der Strahlungsleistung oder der Temperatur, Kühlleitungen zur Abfuhr von Wärmeenergie, aber auch Vorrichtungen zürn Befestigen oder Ausrichten von Facettenelementen, wie zum Beispiel Schrauben, verstanden. Urn solche mechanischen Komponenten anzubringen, ist es vorteilhaft, wenn zwischen den Facettenelementen ein gewisser Abstand vorgesehen ist. Dies Hegt daran, dass sich die unten beschriebenen Anwendungen einfacher realisieren lassen, wenn es möglich ist, eine mechanische Verbindung zwischen der mechanischer Komponente und einem Facettenelement herzustellen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn mechanische Komponenten benachbart zu Facettenelementen oder zwischen Facettenelementen angeordnet werden können, ϊm Falle von Aktuatoren ist eine mechanische Verbindung zu dem Facettenelement erforderlich, das bewegt werden soll. Diese Sässt sich einfacher realisieren, wenn der Abstand zwischen Facεttenelεment und Aktuator möglichst gering ist. Handelt es sich zum Beispiel um Kühlleitungen, so ist ebenfalls ein direkter Kontakt zwischen Kühlleitung und Facettenelement erforderlich, um eine gute Wärmeleitung zu realisieren.

Im Falle von Sensoren besteht der Vorteil der Erfindung darin, dass es möglich ist, eine größere Anzahl von Sensoren anf allen Bereichen des ersten facettierten optischen

Elements anzuordnen. Auf diese Weise kann eine größer Menge an Daten aufgenommen werden, so dass eine bessere Datenbasis erzielt werden kann.

Ist mm ferner das Belεuehtungssystem so gestaltet, dass mehr als 80% der Ausleuchtung des ersten facettierten optischen Elements durch Faeettenelementε bedeckt wird, so treten nur geringe Verluste am ersten facettierten optischen Element auf. Verlust von Strahlungsenergie tritt jedes Mal auf, wenn eine nicht optisch wirksame Fläche in der Belεuchtungsoptik beleuchtet wird. Dies kann zum Beispiel auch bei einer mechanischen Komponente der Fall sein. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Facettenelemente einen großen Anteil an der Ausleuchtung haben.

In einer speziellen Ausfuhrungsform dient die mechanische Komponente dazu, mindestens ein Facetten element zu bewegen. Dies schließt sowohl Verkippen, das heißt änderungen der Orientierung der optischen Flächen, als auch räumliche Verschiebungen mit ein. Mit einer solchen Komponente ist es zum Beispiel möglieh, eine Feinjustage der Facettenelεmente während der Montage des ersten facettierten optischen Elements durchzuführen. Darüber hinaus ermöglicht eine derartige Komponente aber auch die Korrektur von Fehlstellungen, die beim Betrieb auftreten. Beispielhaft sei hier die thermale Verformung durch die starke Erwärmung des ersten facettierten optischen Elements infolge der Lichteinstrahlung genannt.

Insbesondere kann eine solche mechanische Komponente auch dazu benutzt werden, die Winkεlverteilung der Strahlung in der öbjektεbene zu verändern. Bereits geringfügige Verkippungen von Faeettenelementen haben großen Einfluss auf den Lichtweg nach dem Facettenelement aufgrund des langen Lichtweges zwischen Facettenelement und Objektebene. Daher lässt sich durch ein solches Verkippen die Winkelverteilung in der Objεktebetie beeinflussen. Eine Veränderung der Winkelverteilung ist vorteilhaft, um so die Abbildung einer Maske am Ort der Objektεbene gezielt zu beeinflussen. Vorteilhaft ist es, wenn die Facettenelemente reflektiv ausgestaltet sind, das heißε, dass es sich um Facettenspiεgel handelt. In diesem Fall ist es möglich, bereits durch geringfügige Verkippungen der Elemente große änderungen des Strahlweges nach den

Facettenelementen zu erzeugen. Dies hat den Vorteil, dass die mechanische Komponente nur kleine Lagεveränderungen bewirken muss.

Die Verwendung von Strahlung in einem Wellenläπgenbεreicli zwischen 5 nm und 20 nm hat den Vorteil, dass eine höhere Auflösung bei der Abbildung einer sti-ukturtrageπden Maske arn Ort der Objektebene erzielt werden kann.

Es ist vorteilhaft die Facetteneiern ente rechteckig auszubilden, da sie auf diese Weise relativ einfach hergestellt werden können. Dagegen hat die Ausbildung in einer Bogenform den Vorteil, dass bei einer Abbildung der Facetlenεlemente ein bogenförmiges Feld in der Objektebene beleuchtet wird. Es lässt sich zwar auch durch die Abbildung rechteckigen Facetten ein bogenförmiges Bεleuchtungsfeld in der

Objektebene erzielen, hierzu ist es jedoch erforderlich, gezielt eine Verzeichnung der Abbildung einzustellen. Bogenförmige Beleuchtungsfelder haben den Vorteil, dass die Optik zur Abbildimg einer strukturtragenden Maske am Ort des Beleuchtungsfeldes einfacher gestaltet werden kann als es bei anders geformten Beleuchtungsfeldern der Fall ist. Dies gilt genauso für den Fall, dass das Beleuchtungsfeld ein Aspektverhältnis zwischen 1:5 und 1 :30 aufweist. Besonders leicht kann ein solches Aspektverhältnis erreicht werden, in dem die Facettenelemente bereits ein derartiges Aspektverhältnis haben, da in diesem Fall auf die Verwendung von anamorphotischen optischen Komponenten im Beleuchtungssystem verzichtet werden kann. Eine Ausgestaltung des Beleuchtungssystem als ein doppelt facettiertes

Beleuchtungssystem, das heißt, dass das Beleuchtungssystεm eine erste und eine zweite facettierte optische Komponente enthält, hat den Vorteil, dass hiermit eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung eines Beleuchtungsfeldes in der Objektebene erzeugt werden kann, wobei auch die Winkεlverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der öbjektebene sehr genau eingestellt werden kann. Ein solches Beleuchtungssystem enthält üblicherweise sekundäre Lichtquellen, die zum Beispiel von den Facettenelementen des ersten optischen Elements erzeugt werden.. Die Lage dieser sekundären Lichtquellen steht in einem einfachen Zusammenhang zu der Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der Objektεbene. Aus diesem Grund erleichtert die Auslegung des Beleuchtungssystems als ein System mit sekundären

Lichtquellen die gezielte Einstellung einer Winkelverteilung in der Objektebene. Es ist darüber hinaus vorteilhaft, wenn die sekundären Lichtquellen an den Orten der Facettεnelemente der zweiten facettierten optischen Komponente zu liegen kommen, da der Querschnitt des Lichtbündels, das von einem Facεttenelemεnt der ersten facettierten Komponente ausgeht, an der Stelle der sekundären Lichtquelle besonders klein ist, Damit ermöglicht es diese Ausfübjrungsfbrrn, die Facettenelemente der zweiten facettierten optischen Komponente relativ klein auszugestalten.

Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen, die zur Produktion von iTiikroεlektronischen Bauelementen verwendet werden, bestehen unter anderem aus einem Beleuchtungssystem, das eine Lichtquelle umfasst, zur Auslεuchtung einer strukturtragenden Maske, dem sogenannten Retikel, and einer Projektionsoptik zur Abbildung der Maske auf ein Substrat, den Wafer. Dieses Substrat enthält eine photosensilive Schicht, die bei der Belichtung chemisch verändert wird. Man spricht hierbei auch von einem lithographischen Schritt. Das Retikel ist dabei in der Objektebene und der Wafer in der Bildebene der Projektionsoptik der Mikrolithographie-Prqjektionsbelichtungsanlage angeordnet. Durch die Belichtung der photosensitiven Schicht und weiterer chemischer Prozesse entsteht ein mikroelektronisches Bauelement. Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen werden häufig als sogenannte Scanner betrieben. Das bedeutet, dass das Retikel durch ein schlitzförmiges Beleuchtungsfeld entlang einer Scanrichtung bewegt wird, während der Wafer in der Bildebene der Projektkmsoptik entsprechend bewegt wird. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten von Retikel und Wafer entspricht der Vergrößerung der Projektionsoptik, die üblicherweise kleiner 1 ist.

Eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage und ein Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen mit Hilfe einer solchen Anlage, die ein weitergebildet.es Beleuchtungssystem umfasst, hat die Vorteile, die vorstehend bereits unter Bezugnahme auf das Beleuchtungssystem erläutert wurden.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des ersten facettierten optischen

Elements mit rechteckigen Facettenelεmenten; Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das erste facettierte optische Element mit rechteckigen

Facetten in einer weiteren Ausfolirungsform;

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf das erste facettierte optische Element mit rechteckigen

Facetten in einer weiteren Ausflihrursgsform;

Fig. 4 zeigt den Verlauf der Strahlungsintensität auf dem ersten facettierten optischen Element entlang einer in Fig. 3 dargestellten Linie;

Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf das erste facettierte optische Element mit rechteckigen

Facetten in einer weiteren Ausfilhrungsforrn;

Fig. 6 zeigt eine Aufsicht aαf das erste facettierte optische Element mit bogenförmigen

Facetten in einer ersten Ausfuhrungsforrn; Fig. 7 zeigt eine Aufsicht auf das erste facettierte optische Element mit bogenförmigen

Facetten in einer weiteren Ausfuhrungsform;

Fig. 8 zeigt einen schemaüschen Meridionalschnitt des Beleuchtungssystems bis zum ersten facettierten optischen Element mit einem weitergebildeten Kollektor;

Fig. 9 zeigt schematische Meridionalschnitte von drei verschiedenen Kollektoren; Fig. 10 zeigt einen Meridionalschnitt durch ein vollständiges Beleuchtungssystem, das erfindungsgemäß weitergebildet ist.

Fig. 11 zeigt einen schematischen Meridionalschnitt einer Projektionsbelichtungsanlage

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein erstes facettiertes optisches Element gemäß der Erfindimg dargestellt. Auf einer Grundplatte 1 sind reflektive Facettenelemente 3 angeordnet. Die optischen Flächen dεrFacettenelemente 3 haben eine rechteckige Form mit einer längeren Kante 5 und eine kürzeren Kante 7. Die kürze Kante hat eine Länge von Imrn und die längere Kante eine Länge von 14mm, so dass das Aspektverhältnis der beiden Kanten 14:1 beträgt. Die Facettenelemente besitzen eine kleine Seitenfläche 9, eine große Seitenfläche 11 , eine optischen Oberfläche 13 und eine Grundseile mit der

die Facetten auf der Grundplatte 1 befestigt ist. Unter den Kanten des Facettenεlenients sollen hier immer die Kanten der optischen Oberfläche verstanden werden. Die Anordnung der Facettenelernentε ist hier so gewählt, dass an jedem Facettenelement mindestens eine kleinere Seitenfläche vollständig frei liegt und mindestens eine der größeren Seitenflächen zur Hälfte frei liegt. Der Mindestabstand zu den Seitenflächen aller anderen Facetten beträgt im vorliegenden Fall 1mm.

Insgesamt ergibt sich aufgrund des Aspektverhältnisses von 14:1, dass mindestens 27% der Seitenflächen frei liegen,

Fig. 2 zeigt eine schematische Aufsicht einer alternativen erfindungsgemäßεn

Anordnung von Faeettenεlementen. Die den Elementen von Fig. 1 entsprechenden Elemente in Fig.2 haben die gleichen Bεzugszεiehen wie in Fig. 1 vermehrt um die Zahl 200. Hier sind die Facettenelemente 203 so angeordnet, dass zwei kleine Seitenflächen und eine der größeren Seitenflächen frei liegend sind. Dies ermöglicht hier die Anordnung einer mechanischen Komponente 215, in Form einer Kühlleitung, zwischen den Facettenelemersten, Die kürzere Kante (207) hat eine Länge vors 0.5mm und die längere Kante (205) eine Länge von 10mm. Damit beträgt das Aspektverhältnis 20:1 und der freiliegende Anteil der Seitenflächen beträgt mehr als 52%. Der Abstand der Facettεnelemεnte ist in diesem Fall 0.5mm.

In Fig. 3 ist eine schematische Aufsicht auf ein facettiertes optisches Element in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung gezeigt. Die den Elementen von Fig.] entsprechenden Elemente in Fig.3 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.l vermehrt um die Zahl 300. Jedes Facettenelement 303 ist hier so angeordnet, dass alle Seitenflächen frei Hegend sind, so dass ein Anteil der Seitenflächen von 100% freiliegend ist. Benachbart zu den Facettenelementen sind sind Aktuatoren 317 angeordnet, die dazu dienen die Facettenelemente zu verkippen. Weiterhin sind nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche 319 und 321 gezeigt und eine Linie 323, die die beiden Gebiete durchläuft. Entlang dieser Linie sind die Positionen (325, 327, 329, 331) markiert, an denen die Linie in das erste Ausleuchtungsgebiet eintritt (325),

das erste Ausleuchtimgsgehiε! verlässt (327), in das zweite Ausleuchtungsgebiet eintritt (329) und das zweite Ausleuchtungsgebiet wieder verlässt (331).

Fig. 4 zeigt den Intensitätsverlauf der Ausleuchtung entlang der in Fig. 3 gezeigten Linie 323. Die den Elementen von Fig.3 entsprechenden Elemente in Fig.4 haben die gleichen Bezugszeichen wie m Fig.3 vermehrt um die Zahl 100. Entlang der vertikalen Achse ist die Intensität der einfallenden Strahlung aufgetragen. Zusätzlich ist die über die beiden Ausleuchtungsgebicte 319 und 321 geraittεlte Intensität 1 _M , sowie der entsprechende 50% Wert dargestellt. Hieran wird deutlich, dass die Beramdung des Ausleuchtungsgebietes durch die Punkte gegeben ist, an denen die Intensität auf der Linie 50% der geniitielten Intensität entspricht. So schneidet der Intensitätsgraph die 50% Linie an der Position 425, was dem Eintritt der Linie in das erste Ausi euchtungsgebiεt entspricht.

ϊn Fig. 5 ist eine weitere schematische Darstellung des ersten facettierten optischen Elements gezeigt. Die den Elementen von Fig.l entsprechenden Elemente in Fig.5 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.l vermehrt um die Zahl 500. Die Facettenelemεnte 503 sind hier so angeordnet, dass jeweils eine kleine Seitenfläche und beide größeren Seitenflächen zu Hälfte frei liegexid sind. Zwischen den Facettenelementen sind hier mechanische Komponenten in Form von Sensoren 533 zur Messung der Temperatur des ersten facettierten optischen Elements gezeigt. Die kürzere Kante hat eine Länge von Imrπ und die längere Kante eine Länge von 5mm. Das Aspektverhältnis beträgt somit 5:1. Der Anteil der Seitenflächen, der freiliegend ist beträgt mehr als 54%. Der Abstand der Faceiterselemente beträgt lmm.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen ersten facettierten optischen Elements umfassend bogenförmige Facettenelernentε. Die den Elementen von Fig.l entsprechenden Elemente in Fig.6 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.l vermehrt um die Zahl 600. Die bogenförmigen Facetten elemεnte 603 haben zwei größere Seitenflächen 611 und zwei kleinere Seitenflächen 609. An jedem

Facetterselernent sind beide kleineren Seitenflächen und eine der größeren Seitenflächen 611 frei liegend. Die kürzere Kante hat eine Länge von 1mm und die längere Kante der optischen Fläche eine Länge von 30mm, so dass das Aspektverhältnis 30:1 beträgt. Der freiliegende Anteil der Seitenflächen ist größer als 51%. Der Abstand der Facettenelemεnte beträgt 0.5mm.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen ersten facettierten optischen Elements umfassend bogenförmige Facεttenelemente in einer alternativen Anordnung, Die den Elementen von Fig.] entsprechenden Elemente in Fig.7 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.l vermehrt am die Zahl 700. Die bogenförmigen Facettenelemεnte 703 haben zwei größere Seitenflächen 711 und zwei kleinere Seitenflächen 709. An jedem Facettenelement sind beide kleineren Seitenflächen und beide größeren Seitenflächen frei liegend. Der freiliegende Anteil der Seitenflächen ist damit 100%. Die kürzere Kante hat eine Länge von 1mm und die längere Kante der optischen Fläche eine Länge vors 30mm, so dass das Aspektvεrhältnis 30:1 beträgt. Der Abstand der Facεttεnelemente beträgt 0.2mm.

In Fig.8 ist ein Mεridionalschnitt durch ein Beleuchtungssystem bis zum ersten facettierten optischen Element mit einem erfindungsgemäßen Kollektor 844 dargestellt. Gezeigt ist eine Lichtquelle 835, von der Lichtstrahlen 837, 839, 84I ₃ 843 ausgehen.

Diese Lichtstrahlen treffen auf einen Kollektor 844, der die Kollektorsegmente 845, 847 und 849 umfasst. Jedes Kollektorsegment ist im vorliegenden Fall ein Ausschnitt aus einem Ellipsoiden, in dessen ersten Brennpunkt die Lichtquelle 835 angeordnet ist. Daher schneiden sich alle von der Lichtquelle ausgehenden Strahlen, die das gleiche Kollektorsegment treffen im zweiten Brennpunkt, dem Zwischenfokus. Für das

Kollektorsegment 845 ist dies der Zwischenfokus 851 und für das Kollektorsegment 847 der Zwischenfokus 853. Das Kollektorsegment 845 erzeugt einen der Ausleuchtungsbereiche 855 auf dem ersten facettierten optischen Element 857. Genauso erzeugt das Kollektorsegment 847 einen anderen der Ausleuchtungsbereich 855 auf dem ersten facettierten optischen Element, Diese Ausleuchtungsbereiche sind nicht

zusammenhängend. Im Zwischenbereich 859 fällt die Strahlungsintensität vorliegenden Beispiel bis auf Null ah. Dies liegt daran, dass die beiden räumlich benachbarten Lichtstrahlen 839 und 841 unter deutlich unterschiedlichen Winkeln auf die Oberfläche der jeweiligen Kollεktorsεgmente 845 bzw. 847 treffen. Nach dem Kollektor nehmen diese Strahlen einen deutlich anderen Lichtweg. Daher sind die Ausleuchtursgsbereiche 855 und 859 nicht zusammenhängend. Auch die Kollektorsegmente 845 und 847 sind nicht zusammenhängend, da es nicht möglich ist, einen Punkt auf der optischen Oberfläche von Segment 845 mit einem Punkt auf der Oberfläche von Segment 847 mit Hilfe einer Linie zu verbinden, so dass alle Punkte auf der Linie auf einem der beiden Kollektorsegmεnte liegen.

Fig.9 a,b,c zeigt eine Darstellung von drei verschiedenen Kollektoren. Der Kollektor 963 in Fig. 9a entspricht dem Kollektor aus Fig.8. Die den Elementen von Fig.8 entsprechenden Elemente in Fig.9 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.8 vermehrt um die Zahl 100. Für eine Beschreibung dieser Elemente wird auf die

Beschreibung zu Fig. 8 verwiesen, Die Kollektorsegmente 945, 947, 949 sind in dieser

Variante nicht zusammenhängend. Deutlich sind die entsprechenden Stellen 969 zu sehen.

Dagegen hat der Kollektor 965 in Fig. 9b eine zusammenhängende und stetig differenzierbare Oberfläche. Dies gilt insbesondere für die übergänge 971 zwischen den Segmenten 975, 977, 979. Ein solcher Kollektor erzeugt typischerweise nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche auf dem ersten facettierten optischen Element, wobei die Intensität im Zwischenraum zwischen den Bereichen nicht bis auf Null absinkt. Dies liegt daran, dass aufgrund der stetig differenziεrbaren Kollektoroberfläche in der Intensitätsverteilung auf dem ersten facettierten optischen Element keine tlnsteügkεiten auftreten können, sofern die Winkelverteilung der Strahlung durch die Lichtquelle auch keine Ursstetigkeitεn besitzt. Ein Beispiel für eine solche Intensitätsverteilung ist in Fig.4 dargestellt. Eine Möglichkeit zur Erzeugung von nicht zusammenhängenden Ausiεuchtungsbereichen auf dem ersten facettierten optischen Element ist es, den

Kollektor 967 ans Fig. 9c zu verwenden Dieser Kollektor besitzt nicht stetig differenzierbare Stellen 973. An diesen Stellen werden die einfallenden Strahlen in stark unterschiedliche Richtungen reflektiert je nachdem, welches der Kollektorsegmeπt 981, 983, 985 sie treffen. Der Kollektor 967 umfasst also Segmente, die zusammenhängend sind und einen Knick aufweisen.

Fig. 10 zeigt einen Meridionalschnitt durch ein Beleuchtungssystem in einer reflektiven Ausgestaltung. Die den Elementen von Fig.8 entsprechenden Elemente in Fig.10 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.8 vermehrt um die Zahl 200. Für eine Beschreibung dieser Elemente wird auf die Besehreibung zu Fig. 8 verwiesen. Mit Hilfe des Kollektors 1063 wird die Strahlung der Lichtquelle 1035 auf ein erstes facettiertes optisches Element 1057 geleitet. Es entstehen nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche 1055 auf dem ersten facettierten optischen Element Innerhalb dieser Ausleuchtungsbereiche sind Facettεnelemente 1003 angeordnet. Die von den Facetlenelementεn des ersten facettierten optischen Elements reflektierte Strahlung fällt auf ein zweites facettiertes optisches Element 1087, das eine Mehrzahl von Facettenelementen ϊ089 umfasst. Zur besseren Lesbarkeit wurde darauf verzichtet nach dem ersten facettierten optischen Element den vollständigen Strahlengang darzustellen. Nach Reflektion an den Facettenelementen des zweiten facettierten optischen Elements fällt die Strahlung auf eine nachfolgende Optik 1091, die in diesem Fall ausschließlich aus einem abbildenden Spiegel besteht, der das Licht auf die Objektebene 1093 weiterleitet.

Die Facettenεlemente des ersten facettierten optischen Elements erzeugen senkundäre Lichtquellen 1099, was mit Hilfe des gestrichelten Strahlengangs 1095 angedeutet ist. Diese sekundären Lichtquellen liegen am Ort der FaeetteneJemεnte 1089 des zweiten facettierter! optischen Elements 1087. Durch Verkippen der Facettenelemente des ersten facettierten optischen Elements kann die Lage der sekundären Lichtquellen zum Beispiel so variieren, dass sie in einer ersten Stellung mit den Orten eines ersten Satzes von Facettenelementen des zweiten optischen Elements zusammenfallen und in einer

zweiten Stellung mit einem zweiten Satz. Dies ist Insbesondere dann sinnvoll, wenn der erste Satz zumindest teilweise andere Facεttenelemente enthält als der zweite Satz. Diese änderung der Lage der sekundären Lichtquellen führt zu einer änderung der Ausleuchtung des zweiten facettierten optischen Elements und damit auch zu einer änderung der Winkel Verteilung der Bεleuchtungsstrahlung in der Objektebene. Somit kann durch Verkippung von Facεttenelementen des ersten facettierten optischen Elements gezielt die Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der Objektebene beeinflusst werden. Die Facettenelemente des ersten facettierten optischer! Elements werden mit Hilfe der Facetten des zweiten facettierten optischen Elements und der nachfolgenden Optik in die Objektebenε 1093 abgebildet, was mit Hilfe des durchgezogenen Strahlenganges 1097 dargestellt ist. Dies hat den Vorteil, dass über die Form der Facettenεlementε des ersten facettierten optischen Elements auch die Form des Ausleuchtungsgebietes in der Objektebers e definiert werden kann.

In Figur 11 ist eine vereinfachte Darstellung einer Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffεr 11101 versehen ist. Die den Elementen von Fig.10 entsprechenden Elemente in Fig.l 1 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig,10 vermehrt um die Zahl 10000. Das Beleuchtungssystem 11103 beleuchtet dabei die strukturtragende Maske 11105, die in der öbjektεbene 11093 angeordnet ist. Die srrukturtragendε Maske kann dabei in Scanrichtung 11109 bewegt werden. Nachgeschaltet ist die Projektionsoptik (11111) ₅ die die Maske in die Bildebene 1 1 1 13 abbildet. In der Bildebene befindet sich ein Substrat 11115, das eine photosensitive Schicht 11117 enthält. Dieses Substrat kann ebenfalls entlang der Scanrichtung 1 1 109 bewegt werden. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten von Maske und Substrat entspricht der Vergrößerung der Projektionsoptik, die üblicherweise kleiner 1 ist, zum Beispiel 1 :4.