DE102005021341A1

DE102005021341A1 - Abbildungssystem, insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102005021341A1
Application number: DE102005021341A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Schuster
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2006-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abbildungssystem, insbesondere ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches eine optische Achse aufweist, mit wenigstens einem optischen Element aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial, dessen optische Kristallachse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse des Abbildungssystems ist und welches bei einer Arbeitswellenlänge eine ordentliche Brechzahl n¶o¶ und eine außerordentliche Brechzahl n¶e¶ aufweist, wobei die außerordentliche Brechzahl n¶e¶ kleiner als die ordentliche Brechzahl n¶o¶ ist, wobei das optische Element derart im Strahlengang angeordnet ist, dass es zumindest für Strahlen der Arbeitswellenlänge, welche unter einem Winkel eines Winkelbereichs zur optischen Achse auf das optische Element treffen, die p-polarisierte Komponente stärker reflektiert als die s-polarisierte Komponente.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abbildungssystem, insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches einen höheren Interferenzkontrast ermöglicht.
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungssystem und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Es ist bekannt, dass der Interferenzkontrast in der lichtempfindlichen Beschichtung dann optimal ist, wenn eine Zweistrahlinterferenz zwischen Strahlen mit jeweils senkrecht zur Einfallsebene orientierter Polarisation erfolgt. Hier und im Folgenden wird die Polarisationskomponente, deren elektrischer Feldvektor senkrecht zur Einfallsebene eines Lichtstrahls schwingt, als s-Komponente bezeichnet.
Entsprechend wird die Polarisationskomponente, deren elektrischer Feldvektor parallel zur Einfallsebene eines Lichtstrahls schwingt, als p-Komponente bezeichnet.
Für eine kontrastreiche Bilderzeugung im Resist wird insbesondere ein tangentiale Polarisationsverteilung angestrebt, bei der die Schwingungsebenen der E-Feldvektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen in einer Pupillenebene des Systems senkrecht zum auf die optische Achse gerichteten Radius orientiert sind. Entsprechende Anordnungen sind z.B. aus US 2001/0019404 A1 ( EP 1 130 470 A2 ) bekannt, wobei etwa in einer Pupillenebene ein die Polarisation beeinflussendes Element angeordnet sein kann, welches z.B. aus segmentierten doppelbrechenden Platten aufgebaut sein kann.
Es stellt jedoch ein Problem dar, einen innerhalb des Beleuchtungssystems oder des Projektionsobjektives erzeugten tangentialen Polarisationszustand auch unverändert bis zum Resist zu transportieren, da eine depolarisierende Wirkung z.B. von Strukturen im Retikel, von für verschiedene Polarisationszustände an reflektiven Elementen auftretenden Phasensprüngen, von in refraktiven Elementen für verschiedene Polarisationszustände auftretenden unterschiedlichen Transmissionsgraden sowie von den Effekten der spannungsinduzierten, natürlichen und intrinsischen Doppelbrechung ausgeht.
Zur Erhaltung eines Polarisationszustandes von tangential polarisiertem Licht wird in der noch unveröffentlichten DE-Anmeldung Nr. 102005009912 „Mikrolithographie-Projektionsobjektiv und Projektionsbelichtungsanlage", angemeldet am 01. März 2005 u.a. vorgeschlagen, in einem Mikrolithographie-Projektionsobjektiv eine (insbesondere letzte) Linse aus einem einachsigen Kristall einzusetzen, dessen optische Kristallachse parallel zur optischen Achse des Objektivs ausgerichtet ist und in einer Ausführungsform auch mit einer Schicht aus in der Brechzahl angepasstem isotropen Material versehen sein kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abbildungssystem zu schaffen, welches insbesondere im Bereich hoher Aperturen einen höheren Interferenzkontrast und damit eine verbesserte Abbildungsqualität ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßes Abbildungssystem, welches insbesondere ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sein kann und eine optische Achse aufweist, weist auf:

– wenigstens ein optisches Element aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial, dessen optische Kristallachse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (OA) des Abbildungssystems ist und welches bei einer Arbeitswellenlänge eine ordentliche Brechzahl n_o und eine außerordentliche Brechzahl n_e aufweist, wobei die außerordentliche Brechzahl n_e kleiner als die ordentliche Brechzahl n_oist,
– wobei das optische Element derart im Strahlengang angeordnet ist, dass es zumindest für Strahlen der Arbeitswellenlänge, welche unter einem Winkel eines Winkelbereichs zur optischen Achse auf das optische Element treffen, die p-polarisierte Komponente stärker reflektiert als die s-polarisierte Komponente.

Die Differenz n_o-n_e zwischen der ordentlichen Brechzahl n_o und der außerordentlichen Brechzahl n_e beträgt vorzugsweise wenigstens 0.1, weiter bevorzugt wenigstens 0.2 und noch bevorzugter wenigstens 0.25.
Erfindungsgemäß wird dadurch, dass in dem optischen Element die ordentliche Brechzahl n_o größer als die außerordentliche Brechzahl ist, ermöglicht, das auf die s-Komponente eine kleinere Brechzahl (nämlich die außerordentliche Brechzahl n_e) wirkt, wohingegen auf die p-Komponente eine größere Brechzahl (nämlich die ordentliche Brechzahl n_o) wirkt. Dies wird erfindungsgemäß dahingehend ausgenutzt, dass zumindest in einem vorbestimmten Winkelbereich bzw. bei hinreichend großen Strahlwinkeln bezüglich der optischen Achse eine stärkere Reflexion der p-Komponente im Vergleich zur s-Komponente erfolgt, was je nach den unter den jeweiligen Winkeln relevanten Brechzahlquotienten beim Eintritt in das erfindungsgemäße optische Element auf einem höheren Fresnel'schen Reflexionsgrad für die p-Komponente im Vergleich zur s-Komponente oder sogar auf einer Totalreflexion der p-Komponente beruht.
Bevorzugt ist das optische Element derart im Strahlengang angeordnet, dass zumindest ein Strahl auf das optische Element unter einem Winkel zur optischen Achse trifft, welcher wenigstens arcsin(n_e/n') beträgt, wobei n' die auf die p-polarisierte Komponente wirkende Brechzahl in dem an eine Lichteintrittsfläche des optischen Elements angrenzenden Medium angibt und n' größer als n_e ist. Für diesen Strahl ist der Winkel zur optischen Achse größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion für die p-polarisierte Komponente. Insbesondere kann das optische Element auch derart im Strahlengang angeordnet sein, dass nur Strahlen auf das optische Element treffen, welche unter einem Winkel zur optischen Achse von wenigstens arcsin(n_e/n') stehen, so dass dann die Bedingung der Totalreflexion für die p-polarisierte Komponente zumindest näherungsweise für alle diese Strahlen erfüllt ist.
In einer Ausführungsform ist ferner das optische Element derart im Strahlengang angeordnet, dass zumindest ein Strahl auf das optische Element unter einem Winkel trifft, welcher im Bereich von arcsin(n_e/n') bis arcsin(n_o/n'') liegt, wobei n'' die auf die s-polarisierte Komponente wirkende Brechzahl in dem an eine Lichteintrittsfläche des optischen Elements angrenzenden Medium angibt und n'' größer als n_o ist. Für diesen Strahl ist der Winkel zur optischen Achse kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion für die s-polarisierte Komponente. Insbesondere kann das optische Element derart im Strahlengang angeordnet sein, dass nur Strahlen auf das optische Element treffen, welche unter einem Winkel zur optischen Achse im Bereich von arcsin(n_e/n') bis arcsin(n_o/n'') stehen, so dass die Bedingung der Totalreflexion für die p-polarisierte Komponente und einer nicht stattfindenden Totalreflexion für die s-polarisierte Komponente zumindest näherungsweise für all diese Strahlen erfüllt ist.
Sofern es sich bei dem an die Lichteintrittsfläche des optischen Elements angrenzenden Medium um ein optisch einachsiges Medium handelt, dessen optische Kristallachse parallel zur optischen Achse des Abbildungssystems ist, handelt es sich in den obigen Bedingungen bei der auf den außerordentlichen Strahl wirkenden Brechzahl n' um die außerordentliche Brechzahl n_e' dieses optisch einachsigen Mediums, und bei der auf den ordentlichen Strahl wirkenden Brechzahl n'' um die ordentliche Brechzahl n_o' dieses optisch einachsigen Mediums. Sofern es sich bei dem an die Lichteintrittsfläche des optischen Elements angrenzenden Medium um ein optisch isotropes Medium handelt, wirkt auf den außerordentlichen Strahl ebenso wie auf den ordentlichen Strahl die Brechzahl n dieses Mediums.
Vorzugsweise wird zumindest für einige der Strahlen, welche unter einem Winkel des vorbestimmten Winkelbereichs zur optischen Achse auf das optische Element treffen, die p-Komponente an dem optischen Element totalreflektiert. In diesem Falle wird infolge der unterschiedlichen Brechzahlen n_e und n_o erreicht, dass beim Lichteinfall auf das optische Element bei hinreichend großen Strahlwinkeln ein die Totalreflexion bewirkender Brechzahlsprung nur für die p-polarisierte Komponente stattfindet, wohingegen auf die s-polarisierte Komponente die signifikant höhere, ordentliche Brechzahl n_o wirkt, so dass die s-Komponente je nach Brechzahlquotient beim Auftreffen auf das optische Element nur Fresnel'sche Reflexionsverluste erfährt und insoweit keine Totalreflexion stattfindet.
Die erfindungsgemäß bevorzugt ausgenutzte Totalreflexion ist auch insoweit besonders vorteilhaft, als sie etwa in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage bezüglich der totalreflektierten, p-polarisierten Komponente keinen Lichteintrag in ein nachfolgendes Kristallmaterial bzw. auch in den Resist herbeiführt, der zu einer Erwärmung des Kristallmaterials und ggf. zu einem ungleichmäßigen Lichteintrag führen würde, sondern die aussondierte Strahlkomponente vielmehr den im Abbildungssystem bereits zurückgelegten Weg zurückgeht und somit im Abbildungssystem verloren geht.
Zugleich wirkt sich der Umstand, dass die erfindungsgemäße Aussondierung der p-polarisierten Komponente unter Ausnutzung der Totalreflexion naturgemäß nur in einem eingeschränkten Winkelbereich (nämlich für hochaperturige Lichtstrahlen) stattfindet, nicht weiter nachteilig aus, da im Bereich kleinerer Aperturen (in dem z.B. unpolarisiertes Licht noch zu hinreichender Interferenz führt) die Einstellung eines Zustandes mit s-Polarisation von untergeordneterer Bedeutung ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine obere Grenze des Winkelbereichs durch den maximalen Aperturwinkel ε_max an der Lichteintrittsfläche des optischen Elements gegeben. Weiter ist bevorzugt eine untere Grenze des vorbestimmten Winkelbereichs kleiner als das 0.85-fache, bevorzugt kleiner als das 0.7-fache und noch bevorzugter kleiner als das 0.5-fache des maximalen Aperturwinkels ε_max.
Das Material des optischen Elements kann eine trigonale (rhomboedrische), tetragonale oder hexagonale Kristallstruktur aufweisen.
Ein an die Lichteintrittsfläche des erfindungsgemäßen optischen Elements angrenzendes Material kann ein amorphes Material, eine Flüssigkeit, ein Kristallmaterial mit kubischer Kristallstruktur oder auch ein optisch einachsiges Kristallmaterial, dessen optische Kristallachse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (OA) des Abbildungssystems ist, sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element derart im Strahlengang angeordnet, dass der Strahlengang in dem optischen Element im Wesentlichen telezentrisch verläuft, d.h. in einem Bereich mit im Wesentlichen achsparallelem Verlauf der Hauptstrahlen. In diesem Fall sind insbesondere die Winkel der Aperturstrahlen in Bezug auf die Hauptstrahlen, unter denen ggf. jeweils eine Totalreflexion stattfindet, für alle Strahlbüschel nahezu konstant, so dass die s-Polarisation über alle Bildhöhen einheitlich gestaltet werden kann. Verlaufen die Hauptstrahlen am Ort des optischen Elements nicht telezentrisch, so kann das optische Element eine gekrümmte Platte sein, um Telezentrie in der Platte zu erzwingen. Dies gelingt allerdings nur, wenn ein Brechzahlquotient beim Eintritt in das optische Element bezüglich n_o besteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Strahlengang wenigstens eine Linse mit örtlich variierender Reflektivität derart angeordnet, dass eine örtliche Variation der Durchlässigkeit des optischen Elements wenigstens teilweise kompensiert wird. Auf diese Weise wird dem Umstand Rechnung getragen, dass auch (z.B. im Bereich der Totalreflexion der p-Komponente) die Fresnel'schen Reflexionsverluste für die s-Komponente winkelabhängig sind und somit ohne Kompensation zu einer über die Apertur ungleichmäßigen Transmission des optischen Elements führen würden. Die örtlich variierende Reflektivität der betreffenden Linse wird vorzugsweise durch eine reflektierende Beschichtung erzielt, um eine unerwünschte Erwärmung, wie sie sich bei variierender Absorption ergeben würde, zu vermeiden.
Das optische Element ist vorzugsweise eines von drei der Bildebene nächstgelegenen optischen Elemente des Abbildungssystems, und vorzugsweise das bildebenenseitig letzte optische Element des Abbildungssystems.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element eine planparallele Platte. Das optische Element kann insbesondere aus einem Material hergestellt sein, welches eine CO₃-Verbindung aufweist. Das optische Element kann auch aus einem Mischkristallmaterial hergestellt sein, welches ein Metalloxid und ein Kohlenstoffoxid, oder ein Metall und CO₃, umfasst. Insbesondere kann das optische Element aus einem Material hergestellt sein, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Magnesit (MgCO₃), Dolomit (CaMg[CO₃]₂), Rhodochrosit (MnCO₃), Calcit (CaCO₃), Smithsonit (ZnCO₃), Eitelit (MgNa₂[CO₃]₂ oder Na₂CO₃·MgCO₃), Kaliummagnesiumcarbonat (MgK₂[CO₃]₂ oder K₂CO₃·MgCO₃), Buttschlitt (Ca₂K₆[CO₃]₅·6H₂O), Norsethit (BaMg[CO₃]₂ oder BaCO₃·MgCO₃), Kordylit (Ce₂Ba[(CO₃)₃ F₂] oder La₂Ba[(CO₃)₃F₂], Mangandolomit (MnCa[CO₃]₂ oder MnCO₃·CaCO₃) und Manganspat (MnCO₃) enthält.
Das optische Element kann ferner auch aus einem Material hergestellt, welches eine NO₃-Verbindung aufweist. Insbesondere kann das optische Element aus Natriumnitrat (NaNO₃) oder Lithiumnitrat (LiNO₃) hergestellt sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element aus einem Material hergestellt, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Gehlenit (2CaO·Al₂O₃SiO₂), Kaliumcyanat (KCNO), Chloromagnesit (MgCl₂), RbClO₃, SrCl₂·6H₂O, LiO₃, Ba(NO₂)₂·H₂O, Al₂O₃·MgO, [PdCl₄](NH₄)₂ und Bariumborat (BaB₂O₄) enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element ein zweites optisches Element, wobei einer Lichteintrittsfläche dieses zweiten optischen Elements ein erstes optisches Element zugewandt ist, welches eine Brechzahl aufweist, die größer als die außerordentliche Brechzahl n_e des zweiten optischen Elements ist.
Das Material des ersten optischen Elements kann ein amorphes Material, eine Flüssigkeit, ein Kristallmaterial mit kubischer Kristallstruktur oder auch ein optisch einachsiges Kristallmaterial, dessen optische Kristallachse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (OA) des Abbildungssystems ist, sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann das erste optische Element auch aus wenigstens zwei Teilelementen zusammengesetzt sein, welche den gleichen Kristallschnitt aufweisen und gegeneinander um ihre optische Achse verdreht angeordnet sind. Auf diese Weise kann der im optisch einachsigen Kristall vorhandene Effekt der zusätzlichen räumlichen Dispersion („ZRD") zumindest teilweise kompensiert werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung aus dem ersten und dem zweiten optischen Element ist insbesondere für eine Auffrischung bzw. Bereinigung des Polarisationszustandes kurz vor dem Resist besonders gut geeignet, um einen s-Polarisationszustand gerade für unter hohen Einfallswinkeln einfallende Lichtstrahlen möglichst optimal einzustellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist daher das in das o.g. erste optische Element eintretende Licht zu wenigstens 80%, bevorzugt zu wenigstens 90% s-polarisiert. Dies hat den Vorteil, dass (etwa im Vergleich zu einem nur geringen Anteil an s-Polarisation) nur ein geringer Lichtanteil durch das Abbildungssystem infolge Totalreflexion „zurückgeworfen" wird. Hierbei kann das Streulicht durch geeignete Maßnahmen wie z.B. eine polarisationsabhängige Streulichtblende kontrolliert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das obige erste optische Element eintretende Licht unpolarisiert bzw. natürlich polarisiert. Eine erfindungsgemäße Option ist es daher, den Polarisationszustand vor der Anordnung aus dem o.g. ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element zunächst zu mischen und/oder die erfindungsgemäße Herstellung der s-Polarisation aus natürlich unpolarisiertem Licht, künstlich durch statistische Durchmischung (zeitlich und/oder räumlich) erzeugtem unpolarisierten Licht oder gut zirkularem Licht zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann auch in einem analogen Aufbau das Material des optischen Elements ein optisch einachsiges Kristallmaterial sein, welches (quasi umgekehrt) bei der Arbeitswellenlänge eine ordentliche Brechzahl n_o und eine außerordentliche Brechzahl n_e > n_o aufweist, wobei die optische Kristallachse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse des Abbildungssystems ist. In diesem Falle ergibt sich die o.g. Totalreflexion für die Strahlkomponente, auf welche die ordentliche Brechzahl n_o wirkt, d.h. die Komponente mit s-Polarisation, wohingegen die Strahlkomponente mit p-Polarisation, auf welche die außerordentliche Brechzahl n_e wirkt, beim Durchgang durch das optische Element weitgehend unbeeinflusst bleibt. Auch in diesem Falle ist eine gute Telezentrie für einen Erhalt der Einfallsebene günstig, da dann die Einfallsebene nahezu in den Hauptschnitten liegt und nur so die Strahlen für n_e im Kristall die Einfallsebene nicht verlassen. Bei Arbeitswellenlänge muss der Kristall dann für n_e durchlässig sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Abbildungssystem, insbesondere ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches wenigstens ein optisches Element aufweist, das aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial mit einer ordentlichen Brechzahl n_o und einer außerordentlichen Brechzahl n_e hergestellt ist, wobei die Differenz n_o-n_e zwischen der ordentlichen Brechzahl n_o und der außerordentlichen Brechzahl n_e wenigstens 0.1, bevorzugt wenigstens 0.2 und noch bevorzugter wenigstens 0.25 beträgt.
Vorzugsweise ist die optische Kristallachse des optischen Elements im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (OA) des Abbildungssystems.
In einer bevorzugten Ausführung weist das optische Element wenigstens eine zur optischen Achse (OA) des Abbildungssystems im Wesentlichen senkrecht stehende Planfläche auf. Insbesondere kann das optische Element eine planparallele Platte sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines Materials als Ausgangsmaterial zur Herstellung eines optischen Elements in einem Objektiv oder einer Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei das Material eine CO₃-Verbindung oder eine NO₃-Verbindung aufweist und/oder aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Magnesit (MgCO₃), Dolomit (CaMg[CO₃]₂), Rhodochrosit (MnCO₃), Gehlenit (2CaO·Al₂O₃SiO₂), Calcit (CaCO₃), Smithsonit (ZnCO₃), Natriumnitrat (NaNO₃), Kaliumcyanat (KCNO), Eitelit (MgNa₂[CO₃]₂ oder Na₂CO₃·MgCO₃), Kaliummagnesiumcarbonat (MgK₂[CO₃]₂ oder K₂CO₃·MgCO₃), Chloromagnesit (MgCl₂), RbClO₃, Buttschlitt (Ca₂K₆[CO₃]₅·6H₂O), SrCl₂·6H₂O, Lithiumnitrat (LiNO₃), LiO₃, Norsethit (BaMg[CO₃]₂ oder BaCO₃·MgCO₃), Kordylit (Ce₂Ba[(CO₃)₃F₂] oder La₂Ba[(CO₃)₃ F₂], Ba(NO₂)₂·H₂O, Al₂O₃·MgO, Mangandolomit (MnCa[CO₃]₂ oder MnCO₃-CaCO₃), Manganspat (MnCO₃), [PdCl₄](NH₄)₂ und Bariumborat (BaB₂O₄) enthält.
Die Erfindung betrifft auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente und ein mikrostrukturiertes Bauelement.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Anordnung aus 1 auf einen auftreffenden Lichtstrahl;
3–7 schematische Darstellungen jeweils eines Ausschnitts aus einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem gemäß weiterer Ausführungsformen; und
8 eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage, welche ein erfindungsgemäßes Abbildungssystem aufweisen kann.
1 zeigt in einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem in schematischer Darstellung ein erstes optisches Element in Form einer Plankonvexlinse 110, die im Ausführungsbeispiel aus Saphir (Al₂O₃) hergestellt ist. Die Plankonvexlinse 110 kann lediglich beispielhaft und nicht limitierend eine Dicke (Mittendicke) typischerweise von etwa 30–60 mm aufweisen.
Auf die Lichtaustrittsfläche 110b der Plankonvexlinse 110 ist gemäß 1 ein zweites optisches Element (im Ausführungsbeispiel aus Calcit (CaCO₃)) in Form einer planparallelen Platte 120 z.B. durch nahtloses Fügen oder Ansprengen unmittelbar aufgebracht. Die planparallele Platte 120 kann lediglich beispielhaft und nicht limitierend eine Dicke typischerweise von etwa 3–10 mm aufweisen; die Dicke kann auch geringer oder größer sein.
Das zweite optische Element bzw. die planparallele Platte 120 ist erfindungsgemäß aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial hergestellt, welches bei der Arbeitswellenlänge eine ordentliche Brechzahl n_o und eine außerordentliche Brechzahl n_e aufweist, wobei eine optische Kristallachse des zweiten Materials im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (OA) des Abbildungssystems ist. Dieses optisch einachsige Kristallmaterial ist so gewählt, dass die ordentliche Brechzahl n_o signifikant größer als die außerordentliche Brechzahl n_e ist, wobei die Differenz n_o-n_e vorzugsweise wenigstens 0.05, bevorzugt wenigstens 0.1, noch bevorzugter wenigstens 0.2 und noch bevorzugter 0.25 ist. Ferner ist das optische Element vorzugsweise derart im Strahlengang angeordnet, dass der Strahlengang in dem optischen Element im Wesentlichen telezentrisch verläuft, d.h. in einem Bereich mit im Wesentlichen achsparallelem Verlauf der Hauptstrahlen.
Zur Erläuterung der Wirkung der in 1 gezeigten Anordnung wird auf 2 Bezug genommen.
Gemäß 2 ist schematisch ein auf die Lichteintrittsfläche 110a der Plankonvexlinse 110 auftreffender Lichtstrahl 200a eingezeichnet, welcher beim Übergang in die Plankonvexlinse 110 gebrochen wird, siehe Abschnitt 200b. Hierbei sind in 2 die s-Komponente (mit senkrecht zur Einfallsebene schwingendem E-Vektor) durch Punkte und die p-Komponente (mit in der Einfallsebene schwingendem E-Vektor) durch Striche symbolisiert.
Wie in 2 angedeutet, findet für die s-Komponente mit der Schwingungsrichtung senkrecht zur Einfallsebene auf dem Weg von der Lichteintrittsfläche 110a der Plankonvexlinse 110 durch die planparallele Platte 120 hindurch bis zur Lichteinkoppelfläche 130a des Resist 130 (bis auf eine geringfügige Ablenkung) praktisch keine Beeinflussung statt. Auf diese s-Komponente mit Schwingungsrichtung senkrecht zur Einfallsebene wirkt innerhalb des optisch einachsigen Kristallmaterials der planparallelen Platte 120 deren ordentliche Brechzahl n_o, für welche auch im optisch einachsigen Kristall der gebrochene Strahl in seiner Einfallsebene bleibt. Diese Strahlkomponente 200c durchläuft somit die planparallele Platte 120 und verlässt sie unter Beibehaltung der Einfallsebene, woraufhin sie durch die jeweilige optische Ankopplung (im Beispiel das optische Nahfeld) in den Resist 130 eintritt und dort zur Interferenz gelangen kann.
Betrachtet man hingegen die innerhalb der plankonvexen Linse 110 p-polarisierte Strahlkomponente, so wirkt auf diese Strahlkomponente die außerordentliche Brechzahl n_e des optisch einachsigen Kristallmaterials der planparallelen Platte 120, welche erfindungsgemäß signifikant kleiner ist als die ordentliche Brechzahl n_o. Auf diese p-Komponente wirkt somit an der Grenzfläche zum zweiten optischen Element bzw. der planparallelen Platte 120 eine geringere Brechzahl n_e, so dass oberhalb eines von den beiderseitigen Brechzahlen abhängigen Einfallswinkels bzw. oberhalb einer bestimmten numerischen Apertur Totalreflexion eintritt, so dass eine betreffende, p-polarisierte Strahlkomponente 200d infolge der Totalreflexion an der Lichteintrittsfläche 120a der planparallelen Platte 120 durch das Abbildungssystem hindurch zurück verläuft (also etwa durch das Projektionsobjektiv hindurch über das Retikel in das Beleuchtungssystem). In dem gemäß 2 auf die Lichteinkoppelfläche 130a des Resist 130 auftreffenden Licht sind somit die hinreichend flach eintreffenden Strahlen aufgrund des durch Totalreflexion subtrahierten, p-polarisierten Lichtanteils s-polarisiert.
Nachfolgend wird eine quantitative Betrachtung des Ausführungsbeispiels angegeben, wobei die plankonvexe Linse 110 aus Al₂O₃ hergestellt ist, und die planparallele Platte 120 aus CaCO₃ hergestellt ist. In diesem Beispiel gelten bei einer Arbeitswellenlänge von z.B. 248.338 nm folgende Brechzahlen:
Der Grenzwinkel der Totalreflexion ergibt sich an einer Grenzfläche allgemein aus ε_TR = arcsin (n/n'), wobei n' die Brechzahl im Medium vor der Grenzfläche und n die Brechzahl im Medium nach der Grenzfläche angibt. Für die p-polarisierte Strahlkomponente, auf welche jeweils die außerordentliche Brechzahl n_e bzw. n_e' wirkt, ergibt sich demnach ein Grenzwinkel für die Totalreflexion von ε_p,TR = arcsin (n_e/n_e')≈ arcsin(1.5342/1.8369) ≈ 56.64°. Ein mit einem Winkel oberhalb dieses Grenzwinkels ε_p zum Lot auf die Grenzfläche zwischen Plankonvexlinse 110 und planparalleler Platte 120 auftreffender Lichtstrahl wird somit in seiner p-polarisierten Komponente totalreflektiert, so dass allein die s-polarisierte Komponente transmittiert wird. Für eine Überschlagsrechnung bei hoher Apertur können direkt n_e, n_e' der beiden Medien eingesetzt werden. Für eine exakte Berechnung muss die Winkelabhängigkeit der außerordentlichen Brechzahl natürlich berücksichtigt werden.
Da vorliegend die ordentliche Brechzahl n_o' der plankonvexen Linse 110 etwas kleiner als die ordentliche Brechzahl n_o der planparallelen Platte 120 ist, ergibt sich für die s-polarisierte Strahlkomponente, auf welche jeweils die ordentliche Brechzahl n_o bzw. n_o' wirkt, ebenfalls ein weiterer Grenzwinkel für die Totalreflexion von ε_s,TR = arcsin (n_o/n_o')≈ arcsin(1.7721/1.8467) ≈ 73.66°. Ein mit einem Winkel oberhalb dieses weiteren Grenzwinkels ε_s,TR zum Lot auf die Grenzfläche zwischen Plankonvexlinse 110 und planparalleler Platte 120 auftreffender Lichtstrahl wird somit auch in seiner s-polarisierten Komponente totalreflektiert. Insgesamt ergibt sich für Einfallswinkel ε zum Lot im Winkelbereich 56.64° < ε < 73.66° eine reine s-Polarisation für den transmittierten Strahl. In der Praxis ergibt sich damit unter Berücksichtigung der bei steigenden Winkeln zunehmenden Fresnel'schen Verluste in der s-Komponente ein nutzbarerer Winkelbereich bis zu einem Maximalwinkel von etwa ε_max≈0.95·73.66°≈70°.
Falls für die ordentliche Brechzahl n_o' des Materials der plankonvexen Linse 110 und die ordentliche Brechzahl n_o des Materials der planparallelen Platte 120 die Bedingung n_o ≥ n_o' erfüllt ist, findet für die s-polarisierte Komponente keine Totalreflexion statt, und der Anteil des mit s-Polarisation eingekoppelten Lichtes wird maximiert. In diesem Falle ist die obere Grenze des Bereichs, in dem die p-Komponente stärker als die s-Komponente am optischen Element reflektiert wird, durch den maximalen Aperturwinkel gegeben. Hingegen ist im anderen, oben beschriebenen Falle, in dem die ordentliche Brechzahl n_o' der plankonvexen Linse 110 (bzw. die Brechzahl n' im Falle eines kubisch kristallinen oder anisotropen Materials der plankonvexen Linse 110 bzw. im Medium vor der planparallelen Platte 120) größer als die ordentliche Brechzahl n_o der planparallelen Platte 120 ist, die obere Grenze des Bereichs, in dem die p-Komponente stärker als die s-Komponente am optischen Element reflektiert wird, durch den Grenzwinkel ε_s,TR der Totalreflexion für die s-Komponente gegeben.
Im Bereich außerhalb der Totalreflexion, d.h. für ε < ε_s,TR, wirken auf die Komponenten mit s- und p-Polarisation jeweils unterschiedliche Fresnel'sche Reflexionsverluste, die für die p-Polarisation gegeben sind durch
und für die s-Polarisation gegeben sind durch
Beträgt im obigen Beispiel etwa der Winkel ε zum Lot für einen auf die Grenzfläche zwischen Plankonvexlinse 110 und planparalleler Platte 120 auftreffenden Lichtstrahl ε = 50°, so ergibt sich für die s-Komponente nach dem Brechungsgesetz nach Brechung an dieser Grenzfläche ein Winkel von ε_s'=arcsin[(n_o'/n_o)·sin(50°)] ≈52.96°, und für die p-Komponente nach dem Brechungsgesetz nach Brechung an dieser Grenzfläche ein Winkel von ε_p' =arcsin[(n_e'/n_e)·sin(50°)] 66.51°. Hierbei wurde die außerordentliche Brechzahl für die näherungsweise Berechnung jeweils mit den obigen, maximalen Werten angesetzt und zunächst noch außer Acht gelassen, dass die außerordentliche Brechzahl n_e(ε) im optisch einachsigen Kristall vom der Winkel zur kristallographischen Hauptachse gemäß
anhängig ist (wobei für ε=90° n(ε)=n_e gilt). Die tatsächliche außerordentliche Brechzahl n(ε) ist somit jeweils kleiner als n_e und nähert sich bei großen Aperturwinkeln dem Wert für n_e an.
Im Rahmen des obigen Berechnungsbeispiels folgt unter der getroffenen Näherung für die Fresnel'schen Reflexionsverluste jeweils ungefähre Werte von ρ_p ≈ 0.0219 bzw. ρ_s ≈ 0.0028, so dass deutlich wird, dass auch bei dem beispielhaften Wert von ε = 50° die p-Komponente wesentlich stärker reflektiert wird als die s-Komponente.
Der Winkelbereich von ε, für den die p-Komponente stärker reflektiert wird als die s-Komponente, hängt von den sich jeweils ergebenden, für die s- bzw. die p-Komponente relevanten Brechzahlquotienten und damit von den jeweiligen Werten der Brechzahlen n_o und n_e der planparallelen Platte 120 sowie den Brechzahlen n_o' und n_e' bzw. der Brechzahl n' der plankonvexen Linse 110 ab, wobei für die außerordentlichen Brechzahlen n_e und n_e' jeweils deren Winkelabhängigkeit zu berücksichtigen ist. Eine „Umkehrung" des o.g. Effektes findet statt, sobald unter dem betreffenden Winkel ε der Wert für n_o-n_e(ε) kleiner wird als der Wert für n_e'(ε)-n_e(ε), da dann ein stärkere Reflexion der s-Komponente erfolgt.
Vorzugsweise sind die für die s- bzw. die p-Komponente relevanten Brechzahlquotienten an der Lichteintrittsfläche zum optischen Element so gewählt, dass eine untere Grenze des Winkelbereichs, in welchem die p-Komponente stärker als die s-Komponente reflektiert wird, kleiner als das 0.85-fache, bevorzugt kleiner als das 0.7-fache und noch bevorzugter kleiner als das 0.5-fache des maximalen Aperturwinkels ε_max ist.
Die Plankonvexlinse 110 kann auch aus einem beliebigen anderen für Licht der Arbeitswellenlänge (z.B. 193nm) im Wesentlichen durchlässigen Material hergestellt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Plankonvexlinse 110 aus Spinell-Kristallmaterial (MgAl₂O₄) in (111)-Orientierung hergestellt (d.h. die optische Achse OA steht senkrecht auf der {111}-Kristallebene und damit parallel zur <111>-Kristallrichtung), und die planparallele Platte 120 ist aus Natriumnitrat (NaNO₃) hergestellt. Zum Schutz des wasserlöslichen Natriumnitrats vor Feuchtigkeit ist in diesem Falle die planparallele Platte 120 mit einer Schutzschicht z.B. aus Magnesiumoxid (MgO) zu versehen (siehe weitere Ausführungsbeispiele).
Ferner kann das Material der Plankonvexlinse 110 auch ein amorphes bzw. glasiges, quasi-isotropes Material wie beispielsweise Quarzglas (SiO₂) oder Spinell-Glas (MgAl₂O₄), eine Spinell-Keramik, ein Kristallmaterial mit kubischer Kristallstruktur wie z.B. ein Oxid-Kristall, oder auch ein optisch einachsiges Kristallmaterial (wie z.B. Gehlenit (2CaOAl₂O₃SiO₂) sein, dessen optische Kristallachse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (OA) des Abbildungssystems ist. Das erste Element bzw. die Plankonvexlinse 110 kann bei Herstellung aus einem kubisch kristallinen oder auch aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial ferner auch aus wenigstens zwei Teilelementen zusammengesetzt sein, welche den gleichen Kristallschnitt aufweisen und gegeneinander um ihre kristallographische Hauptachse verdreht angeordnet sind (siehe weitere Ausführungsbeispiele).
In Tabelle 1 ist eine Übersicht über erfindungsgemäß insbesondere geeignete Materialien zur Herstellung des zweiten optischen Elements angegeben. Ebenfalls angegeben sind jeweils die ordentliche Brechzahl n_o sowie die außerordentliche Brechzahl n_e jeweils für λ=589nm (sowie bei Kennzeichnung * für λ= 365.5 nm, bei Kennzeichnung ** für λ= 248.338 nm und bei Kennzeichnung *** für λ= 193.304 nm). Hierzu ist anzumerken, dass zu niedrigeren Wellenlängen und insbesondere hin zu den für Mikrolithographie-Anwendungen typischen Arbeitswellenlängen von weniger als 250nm (bevorzugt etwa 248nm, 193nm oder 157nm) die Brechzahlen jeweils ansteigen, wobei n_o jeweils stärker ansteigt als n_e und somit auch die Brechzahldifferenz n_o-n_e noch größere Werte als bei λ=589nm annimmt.
Tabelle 1:
Des weiteren kann das erste optische Element auch eine andere Geometrie als die lediglich beispielhaft gezeigte Plankonvexlinse 110 besitzen, wobei es aber bevorzugt eine im Wesentlichen ebene Lichtaustrittsfläche, sowie weiter bevorzugt eine erhabene Lichteintrittsfläche aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die unmittelbare Anfügung der planparallelen Platte 120 an das erste optische Element bzw. die Plankonvexlinse 110 beschränkt. Alternativ kann eine optische Ankopplung auch über ein optisches Nahfeld oder auch ein geeignetes Immersionsmedium erfolgen. Ferner kann statt der im Wesentlichen planparallelen Platte 120 beispielsweise je nach den optischen Eigenschaften des Materials (Brechzahlen, Absorptionsverhalten) auch eine dünne kristallin aufgewachsene Schicht verwendet werden (siehe jeweils weitere Ausführungsbeispiele).
Die Lichtaustrittsfläche 120b der planparallelen Platte 120 befindet sich gemäß 1 in einem Abstand d von einer Lichteinkoppelfläche 130a der auf dem Substrat angeordneten lichtempfindlichen Schicht (Resist) 130, welcher einem Bereich des optischen Nahfeldes bei der vorgegebenen Arbeitswellenlänge entspricht. Der Bereich des optischen Nahfeldes ist auf Distanzen kleiner als 4*λ beschränkt, wobei in dem Ausführungsbeispiel z.B. für d ein Wert von λ/20 gewählt sein kann, was bei einer Arbeitswellenlänge λ=193nm einem Abstand von d1=d2=9.65nm entspricht.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das zweite optische Element 120 das bildebenenseitig letzte optische Element eines Projektionsobjektivs. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass die Anordnung aus dem ersten und dem zweiten optischen Element 110, 120 auch an einer anderen geeigneten Position in einem Abbildungssystem, insbesondere in einem Zwischenbild eines Projektionsobjektives oder auch in einem Beleuchtungssystem, angeordnet sein, an der ein hinreichend großer Wert der numerischen Apertur erreicht wird, so dass sich erwünschte Effekt einer stärkeren Reflexion der p-Komponente beziehungsweise ggf. eine Totalreflexion der p-Komponente ergibt. Im allgemeinen Falle gibt dann bei Ankopplung über ein optisches Nahfeld „d" den Abstand der Lichtaustrittsfläche 120b der planparallelen Platte 120 entlang der optischen Achse OA von der Lichteintrittsfläche des nachfolgenden optischen Elements an.
Die Erfindung ist ferner auch nicht auf eine über ein optisches Nahfeld erfolgende Ankopplung der planparallelen Platte 120 an die nachfolgende Lichteintrittsfläche (insbesondere gemäß dem Ausführungsbeispiel die Lichteinkoppelfläche 130a des Resist 130) beschränkt, wobei die optische Ankopplung alternativ insbesondere auch über ein geeignetes Immersionsmedium erfolgen kann (siehe weitere Ausführungsbeispiele).
Die in 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1 und 2 dadurch, dass gemäß 3 eine optische Ankopplung an die Lichteinkoppelfläche des Resist 330 über ein geeignetes Immersionsmedium 340 (anstatt über ein optisches Nahfeld) erfolgt. Im Übrigen wurden funktionsgleiche Elemente mit einer um „100" erhöhten Bezugsziffer benannt.
Die in 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 3 dadurch, dass gemäß 4 auf die Lichtaustrittsfläche der planparallelen Platte 420 eine Schutzplatte 450 aufgebracht ist. Die Schutzplatte kann beispielsweise aus Spinell (MgAl₂O₄) hergestellt sein. Die Schutzplatte 450 kann ferner auch als dünne Schicht (mit einer Dicke von z.B. λ/30) aus z.B. MgO oder Al₂O₃ hergestellt sein. Die optische Ankopplung an die Lichteinkoppelfläche des Resist 430 erfolgt wiederum über ein geeignetes Immersionsmedium 440. Funktionsgleiche Elemente wurden mit einer um „100" erhöhten Bezugsziffer benannt.
Die in 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 4 dadurch, dass gemäß 5 eine optische Ankopplung an die Lichteinkoppelfläche des Resist 530 über ein optisches Nahfeld erfolgt. Die Lichtaustrittsfläche der Schutzschicht 550 ist somit von der Lichteinkoppelfläche des Resist 530 in einem Abstand d angeordnet, für den z.B. ein Wert von λ/20 gewählt sein kann, was bei einer Arbeitswellenlänge λ=193nm einem Abstand von d1=d2=9.65nm entspricht. Das erste optische Element bzw. die Plankonvexlinse 510 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Quarzglas (SiO₂) hergestellt. Im Übrigen wurden funktionsgleiche Elemente mit einer um „100" erhöhten Bezugsziffer benannt.
Die in 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 5 dadurch, dass gemäß 6 das erste optische Element bzw. die plankonvexe Linse 610 aus zwei Teilelementen 610a und 610b zusammengesetzt ist, welche den gleichen Kristallschnitt aufweisen (z.B. Pyrop-111) und gegeneinander um 60° um ihre optische Achse verdreht angeordnet sind. Die planparallele Platte 620 kann in dem dargestellten Ausführungsbeispiel z.B. aus Natriumnitrat oder Dolomit hergestellt sein.
Die in 7 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 6 dadurch, dass gemäß 7 anstelle der planparallelen Platte 620 zur Realisierung des zweiten optischen Elements eine dünne Schicht 720 aus Calcit (CaCO₃) mit einer Dicke von z.B. ca. 10μm vorgesehen ist. Die Plankonvexlinse 710 ist dem dargestellten Ausführungsbeispiel z.B. aus zwei Teilelementen aus Gehlenit (2CaO·Al₂O₃SiO₂) in (111)-Orientierung zusammengesetzt, welche den gleichen Kristallschnitt aufweisen und gegeneinander um 60° um ihre optische Achse verdreht angeordnet sind. Funktionsgleiche Elemente wurden mit einer um „100" erhöhten Bezugsziffer benannt.
8 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß 8 weist eine Projektionsbelichtungsanlage 800 eine Beleuchtungseinrichtung 801 und ein Projektionsobjektiv 802 auf. Das Projektionsobjektiv 802 umfasst eine Linsenanordnung 803 mit einer Aperturblende AP, wobei durch die lediglich schematisch angedeutete Linsenanordnung 803 eine optische Achse OA definiert wird. Zwischen der Beleuchtungseinrichtung 801 und dem Projektionsobjektiv 802 ist eine Maske 804 angeordnet, die mittels eines Maskenhalters 805 im Strahlengang gehalten wird. Solche in der Mikrolithographie verwendeten Masken 804 weisen eine Struktur im Mikrometer- bis Nanometer-Bereich auf, die mittels des Projektionsobjektives 802 beispielsweise um den Faktor 4 oder 5 verkleinert auf eine Bildebene IP abgebildet wird. In der Bildebene IP wird ein durch einen Substrathalter 807 positioniertes lichtempfindliches Substrat 806, bzw. ein Wafer, gehalten. Die noch auflösbaren minimalen Strukturen hängen von der Wellenlänge λ des für die Beleuchtung verwendeten Lichtes sowie von der bildseitigen numerischen Apertur des Projektionsobjektives 802 ab, wobei die maximal erreichbare Auflösung der Projektionsbelichtungsanlage 800 mit abnehmender Wellenlänge λ der Beleuchtungseinrichtung 801 und mit zunehmender bildseitiger numerischer Apertur des Projektionsobjektivs 802 steigt.
Sowohl die Beleuchtungseinrichtung 801 als auch das Projektionsobjektiv 802 können als Abbildungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sein. In 8 ist lediglich schematisch eine mögliche, ungefähre Position eines erfindungsgemäßen optischen Elements 110 gestrichelt angedeutet, wobei das optische Element hier gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das bildseitig letzte optische Element des Projektionsobjektives 802 und somit im Bereich relativ hoher Aperturwinkel angeordnet ist. Ebenfalls gestrichelt angedeutet ist eine plankonvexe Linse 110, welche insbesondere gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen beschaffen sein kann.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Abbildungssystem, insbesondere Objektiv oder Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches eine optische Achse (OA) aufweist, mit • wenigstens einem optischen Element (120, 320, 420, 520, 620, 720) aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial, dessen optische Kristallachse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (OA) des Abbildungssystems ist und welches bei einer Arbeitswellenlänge eine ordentliche Brechzahl n_o und eine außerordentliche Brechzahl n_e aufweist, wobei die außerordentliche Brechzahl n_e kleiner als die ordentliche Brechzahl n_oist; • wobei das optische Element (120, 320, 420, 520, 620, 720) derart im Strahlengang angeordnet ist, dass es zumindest für Strahlen der Arbeitswellenlänge, welche unter einem Winkel eines Winkelbereichs zur optischen Achse auf das optische Element treffen, die p-polarisierte Komponente stärker reflektiert als die s-polarisierte Komponente.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (120, 320, 420, 520, 620, 720) derart im Strahlengang angeordnet ist, dass zumindest ein Strahl auf das optische Element unter einem Winkel zur optischen Achse trifft, welcher wenigstens arcsin(n_e/n') beträgt, wobei n' die auf die p-polarisierte Komponente wirkende Brechzahl in dem an eine Lichteintrittsfläche des optischen Elements (120, 320, 420, 520, 620, 720) angrenzenden Medium angibt und n' größer als n_e ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (120, 320, 420, 520, 620, 720) derart im Strahlengang angeordnet ist, dass nur Strahlen auf das optische Element treffen, welche unter einem Winkel zur optischen Achse von wenigstens arcsin(n_e/n') stehen.
Abbildungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (120, 320, 420, 520, 620, 720) derart im Strahlengang angeordnet ist, dass zumindest ein Strahl auf das optische Element unter einem Winkel trifft, welcher im Bereich von arcsin(n_e/n') bis arcsin(n_o/n'') liegt, wobei n'' die auf die s-polarisierte Komponente wirkende Brechzahl in dem an eine Lichteintrittsfläche des optischen Elements (120, 320, 420, 520, 620, 720) angrenzenden Medium angibt und n'' größer als n_o ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (120, 320, 420, 520, 620, 720) derart im Strahlengang angeordnet ist, dass nur Strahlen auf das optische Element treffen, welche unter einem Winkel zur optischen Achse im Bereich von arcsin(n_e/n') bis arcsin(n_o/n'') stehen.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für Strahlen, welche unter einem Winkel eines Teilbereichs des Winkelbereichs, für den die p-polarisierte Komponente stärker reflektiert wird als die s-polarisierte Komponente, auf das optische Element (120, 320, 420, 520, 620, 720) treffen, die p-Komponente an dem optischen Element totalreflektiert wird.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Grenze des Winkelbereichs, für den die p-polarisierte Komponente stärker reflektiert wird als die s-polarisierte Komponente, der maximale Aperturwinkel ε_max an der Lichteintrittsfläche des optischen Elements (120, 320, 420, 520, 620, 720) ist.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine untere Grenze des Winkelbereichs, für den die p-polarisierte Komponente stärker reflektiert wird als die s-polarisierte Komponente, kleiner als das 0.85-fache, bevorzugt kleiner als das 0.7-fache und noch bevorzugter kleiner als das 0.5-fache des maximalen Aperturwinkels ε_max ist.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz n_o-n_e zwischen der ordentlichen Brechzahl n_o und der außerordentlichen Brechzahl n_e wenigstens 0.1, bevorzugt wenigstens 0.2 und noch bevorzugter wenigstens 0.25 beträgt.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (120, 320, 420, 520, 620, 720) derart im Strahlengang angeordnet ist, dass der Strahlengang in dem optischen Element im Wesentlichen telezentrisch verläuft.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang wenigstens eine Linse mit örtlich variierender Reflektivität derart angeordnet ist, dass eine örtlich variierende Transmission des optischen Elements (120, 320, 420, 520, 620, 720) wenigstens teilweise kompensiert wird.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Bildebene aufweist, wobei das optische Element (120, 320, 420, 520, 620, 720) eines von drei der Bildebene nächstgelegenen optischen Elementen des Abbildungssystems, und vorzugsweise ein bildebenenseitig letztes optisches Element des Abbildungssystems ist.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (120, 320, 420, 520, 620) eine planparallele Platte ist.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element aus einem Material hergestellt ist, welches eine trigonale, tetragonale oder hexagonale Kristallstruktur aufweist.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element aus einem Material hergestellt ist, welches eine CO₃-Verbindung aufweist.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element aus einem Mischkristallmaterial hergestellt ist, welches ein Metalloxid und ein Kohlenstoffoxid, oder ein Metall und CO₃, umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Magnesit (MgCO₃), Dolomit (CaMg[CO₃]₂), Rhodochrosit (MnCO₃), Calcit (CaCO₃), Smithsonit (ZnCO₃), Eitelit (MgNa₂[CO₃]₂ oder Na₂CO₃·MgCO₃), Kaliummagnesiumcarbonat (MgK₂[CO₃]₂ oder K₂CO₃·MgCO₃), Buttschlitt (Ca₂K₆[CO₃]₅·6H₂O), Norsethit (BaMg[CO₃]₂ oder BaCO₃·MgCO₃), Kordylit (Ce₂Ba[(CO₃)₃F₂] oder La₂Ba[(CO₃)₃F₂], Mangandolomit (MnCa[CO₃]₂ oder MnCO₃·CaCO₃) und Manganspat (MnCO₃) enthält.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element aus einem Material hergestellt ist, welches eine NO₃-Verbindung aufweist.
Abbildungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element aus Natriumnitrat (NaNO₃) oder Lithiumnitrat (LiNO₃) hergestellt ist.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Gehlenit (2CaO·Al₂O₃SiO₂), Kaliumcyanat (KCNO), Chloromagnesit (MgCl₂), RbClO₃, SrCl₂·6H₂O, LiO₃, Ba(NO₂)₂·H₂O, Al₂O₃·MgO, [PdCl₄](NH₄)₂ und Bariumborat (BaB₂O₄) enthält.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (120, 320, 420, 520, 620, 720) ein zweites optisches Element ist, welches eine Lichteintrittsfläche aufweist, wobei dieser Lichteintrittsfläche des zweiten optischen Elements (120, 320, 420, 520, 620, 720) ein erstes optisches Element (110, 310, 410, 510, 610, 710) zugewandt ist, welches eine Brechzahl aufweist, die größer als die außerordentliche Brechzahl n_e des zweiten optischen Elements (120, 320, 420, 520, 620, 720) ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (110, 310, 410, 510, 610, 710) eine plankonvexe Linse ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (120a) des zweiten optischen Elements (120, 320, 420, 520, 620, 720) in unmittelbarem Kontakt mit einer Lichtaustrittsfläche (110b) des ersten optischen Elementes (110, 310, 410, 510, 610, 710) ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (120, 320, 420, 520, 620) mit dem ersten optischen Element (110, 310, 410, 510, 610) durch Ansprengen, nachtloses Fügen oder dergleichen zu einem gemeinsamen Element verbunden ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichteintrittsfläche des zweiten optischen Elements in Bezug auf eine Lichtaustrittsfläche des ersten optischen Elements im Bereich eines optischen Nahfeldes angeordnet ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (d) zwischen der Lichtaustrittsfläche des ersten optischen Elements und der Lichteintrittsfläche des zweiten optischen Elements nicht mehr als das 0.1-fache, bevorzugt nicht mehr als das 0.05-fache, noch bevorzugter nicht mehr als das 0.03-fache der Arbeitswellenlänge beträgt.
Abbildungssystem nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich zwischen einer Lichtaustrittsfläche des ersten optischen Elements und der Lichteintrittsfläche des zweiten optischen Elements und/oder einem Bereich nach der Lichtaustrittsfläche des zweiten optischen Elements ein Immersionsmedium angeordnet ist.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (720) eine unmittelbar auf die Lichtaustrittsfläche des ersten optischen Elements (710) aufgebrachte kristalline Schicht ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass kristalline Schicht auf die Lichtaustrittsfläche des ersten optischen Elements wenigstens bereichsweise epitaktisch aufgewachsen ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der kristallinen Schicht wenigstens 1*λ, bevorzugt größer als 2*λ, noch bevorzugter wenigstens 4*λ (λ=Arbeitswellenlänge) beträgt.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element aus einem Kristallmaterial mit kubischer Kristallstruktur hergestellt ist.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial hergestellt ist, dessen optische Kristallachse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (OA) des Abbildungssystems ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (610, 710) aus wenigstens zwei Teilelementen (610a, 610b, 710a, 710b) zusammengesetzt ist, welche den gleichen Kristallschnitt aufweisen und gegeneinander um ihre optische Achse verdreht angeordnet sind.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element aus einem amorphen Material hergestellt ist.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 31, 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechzahl des ersten optischen Elements kleiner oder gleich der ordentlichen Brechzahl des zweiten optischen Elements ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die ordentliche Brechzahl des ersten optischen Elements kleiner oder gleich der ordentlichen Brechzahl des zweiten optischen Elements ist.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (520, 620) mit einer im Wesentlichen wasserundurchlässigen, bei der Arbeitswellenlänge im Wesentlichen transparenten Schutzschicht (550, 650) versehen ist.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungssystem bildseitig telezentrisch ist.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine bildseitige numerische Apertur (NA) von wenigstens 1.0, bevorzugt wenigstens 1.25, noch bevorzugter wenigstens 1.4 aufweist.
Abbildungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswellenlänge weniger als 250 nm, bevorzugt weniger als 200 nm und noch bevorzugter weniger als 160 nm beträgt.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 21 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das in das erste optische Element (110, 310, 410, 510, 610) eintretende Licht zu wenigstens 80%, bevorzugt zu wenigstens 90% s-polarisiert ist.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 21 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das in das erste optische Element (110, 310, 410, 510, 610) eintretende Licht unpolarisiert ist.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 21 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das in das erste optische Element (110) eintretende Licht rechts- oder linkszirkular polarisiert ist.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 21 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das in das erste optische Element (110) eintretende Licht künstlich infolge statistischer Durchmischung unpolarisiert ist.
Abbildungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere Projektionsobjektiv oder Beleuchtungseinrichtung, wobei das Abbildungssystem wenigstens ein optisches Element aufweist, das aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial mit einer ordentlichen Brechzahl n_o und einer außerordentlichen Brechzahl n_e hergestellt ist, wobei die Differenz n_o-n_e zwischen der ordentlichen Brechzahl n_o und der außerordentlichen Brechzahl n_e wenigstens 0.1, bevorzugt wenigstens 0.2 und noch bevorzugter wenigstens 0.25 beträgt.
Abbildungssystem nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass es eine optische Achse (OA) aufweist, welche im Wesentlichen parallel zu einer optischen Kristallachse des optischen Elements ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 45 oder 46, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element wenigstens eine zur optischen Achse (OA) des Abbildungssystems im Wesentlichen senkrecht stehende Planfläche aufweist.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 45 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element eine planparallele Platte ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage (800) mit einem Projektionsobjektiv (802), welches ein Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 48 ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage (800) mit einer Beleuchtungseinrichtung (801), welche ein Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 48 ist.
Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines Substrats (806), auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist; • Bereitstellen einer Maske (804), die abzubildende Strukturen aufweist; • Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (800) nach Anspruch 49 oder 50; • Projizieren wenigstens eines Teils der Maske (804) auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (800).
Mikrostrukturiertes Bauelement, das nach einem Verfahren gemäß Anspruch 51 hergestellt ist.
Verwendung eines Materials als Ausgangsmaterial zur Herstellung eines optischen Elements in einem Objektiv (802) oder einer Beleuchtungseinrichtung (801) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (800), wobei das Material eine CO₃-Gruppe aufweist.
Verwendung eines Materials als Ausgangsmaterial zur Herstellung eines optischen Elements in einem Objektiv (802) oder einer Beleuchtungseinrichtung (801) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (800), wobei das Material eine NO₃-Gruppe aufweist.
Verwendung eines Materials als Ausgangsmaterial zur Herstellung eines optischen Elements in einem Objektiv (802) oder einer Beleuchtungseinrichtung (801) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (800), wobei das Material aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Magnesit (MgCO₃), Dolomit (CaMg[CO₃]₂), Rhodochrosit (MnCO₃), Gehlenit (2CaO·Al₂O₃SiO₂), Calcit (CaCO₃), Smithsonit (ZnCO₃), Natriumnitrat (NaNO₃), Kaliumcyanat (KCNO), Eitelit (MgNa₂[CO₃]₂ oder Na₂CO₃·MgCO₃), Kaliummagnesiumcarbonat (MgK₂[CO₃]₂ oder K₂CO₃·MgCO₃), Chloromagnesit (MgCl₂), RbClO₃, Buttschlitt (Ca₂K₆[CO₃]₅·6H₂O), SrCl₂·6H₂O, Lithiumnitrat (LiNO₃), LiO₃, Norsethit (BaMg[CO₃]₂ oder BaCO₃·MgCO₃), Kordylit (Ce₂Ba[(CO₃)₃F₂] oder La₂Ba[(CO₃)₃F₂], Ba(NO₂)₂·H₂O, Al₂O₃·MgO, Mangandolomit (MnCa[CO₃]₂ oder MnCO₃·CaCO₃), Manganspat (MnCO₃), [PdCl₄](NH₄)₂ und Bariumborat (BaB₂O₄) enthält.