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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage.
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Stand
der Technik
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Mikrolithographie
wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise
integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess
wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine
Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das
Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske
(= Retikel) wird mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer
lichtempfindlichen Schicht (z.B. Photoresist) beschichtetes und
in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat
(z.B. einen Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf
die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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In
der Beleuchtungseinrichtung ist für einen konstanten Abbildungskontrast
und damit eine defektfreie Abbildung der Gitterstrukturen eine möglichst
konstante Polarisationsverteilung in der Pupillenebene und/oder
im Retikelfeld wünschenswert. Dabei
tritt jedoch das Problem auf, dass der bei Eintritt in das Beleuchtungssystem
im allgemeinen lineare Polarisationszustand durch polarisationsbeeinflussende
Effekte, insbesondere hervorgerufen durch dielektrische Schichten
oder eine durch Fassungskomponenten in den optischen Komponenten
induzierte Spannungsdoppelbrechung, in unerwünschter Weise stark verändert wird.
Da diese polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente in der
Beleuchtungseinrichtung i.d.R. im Wesentlichen rotationssymmetrisch
zur optischen Achse sind, ergeben sich durch die o.g. Einflüsse rotationssymmetrische
Störanteile.
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Aus
DE 103 02 765 A1 ist
es u.a. bekannt, eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
mit Linsen aus doppelbrechendem, optisch einachsigen Material in
einer Pupillenebene und tangential oder radial linear polarisiertem
Licht auszustatten.
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Aus
WO 2005/069081 A2 ist u.a. ein polarisationsbeeinflussendes optisches
Element bekannt, welches aus einem optisch aktiven Kristall besteht und
ein in Richtung der optischen Achse des Kristalls variierendes Dickenprofil
aufweist.
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Aus
US 2003/0168597 A1 ist es u.a. bekannt, in einem katadioptrischen
Abbildungssystem bzw. Projektionsobjektiv zur Kompensation einer durch
eine Anordnung von optischen Elementen, welche eine intrinsische
Doppelbrechung aufweisen, verursachten radialsymmetrischen Doppelbrechungsverteilung
eine Kompensationsoptik z.B. in Form einer einkristallinen Platte
aus Saphir, Magnesiumfluorid, Lanthanfluorid oder kristallinem Quarz
in einem telezentrischen Bereich des Projektionsobjektivs einzusetzen,
wobei die Kompensationsoptik eine radialsymmetrische Doppelbrechungsverteilung
entgegengesetzten Vorzeichens erzeugt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungseinrichtung
einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche
einen verbesserten Polarisationserhalt ermöglicht.
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Eine
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
mit einer optischen Achse weist auf:
- – wenigstens
ein optisches Element, welches aus optisch einachsigem, nicht optisch
aktivem Kristallmaterial mit einer optischen Kristallachse besteht;
- – wobei
die optische Kristallachse parallel zur optischen Achse der Beleuchtungseinrichtung
ausgerichtet ist;
- – wobei
auf das optische Element ein linear polarisiertes Eingangsbüschel trifft,
welches ein Winkelspektrum aufweist; und
- – wobei
ein um die optische Achse rotationssymmetrischer Anteil einer in
der Beleuchtungseinrichtung vorhandenen Doppelbrechung durch das optische
Element wenigstens teilweise kompensiert wird.
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Im
Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist dabei unter einem „linear
polarisierten Eingangsbüschel" ein Eingangsbüschel mit
einer linearen Polarisationsverteilung von konstanter Polarisationsvorzugsrichtung
(d.h. insbesondere keine Polarisationsverteilung mit lokal variierender Polarisationsvorzugsrichtung,
also z.B. keine radiale oder tangentiale Polarisationsverteilung)
zu verstehen.
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Infolge
des Einsatzes des optischen Elementes aus optisch einachsigem, nicht
optisch aktivem Kristallmaterial mit einer parallel zur optischen
Achse der Beleuchtungseinrichtung ausgerichteten optischen Kristallachse
ergibt sich zunächst
durch die Geometrie der Kristallstruktur bzw. der durch diese hervorgerufenen
Doppelbrechung in dem optischen Element ein rotationssymmetrischer
und damit zur Kompensation rotationssymmetrischer Störanteile geeigneter
Aufbau, da das Brechzahlellipsoid im optisch einachsigen Kristallmaterial
um die optische Kristallachse herum (und damit auch um die hierzu parallele
optische Achse der Beleuchtungseinrichtung) rotationssymmetrisch
ist.
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Dadurch,
dass auf das optische Element ein linear polarisiertes und ein Winkelspektrum
aufweisendes Eingangsbüschel
trifft, durchqueren die Strahlen dieses Eingangsbüschels das
Element unter unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das Brechzahlellipsoid
im optisch einachsigen Kristallmaterial. Bei jeder nicht-senkrechten
Durchquerung des optischen Elementes weist der elektrische Feldstärkevektor
sowohl eine zur optischen Kristallachse parallele als auch eine
hierzu senkrechte Komponente auf, wobei diese beide Komponenten
in dem optischen Element eine unterschiedliche Brechzahl erfahren,
und wobei die Stärke
der hierdurch bewirkten Doppelbrechung mit dem Winkel zur optischen
Kristallachse in erster Näherung
(also für
kleine Winkel) quadratisch zunimmt, also umso stärker wird, je schräger der
Durchlauf durch das optische Element erfolgt.
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In
dem optischen Element wird somit die durch die rotationssymmetrische
Eigenschaft des Brechzahlellipsoids bedingte Rotationssymmetrie der
Doppelbrechung vorteilhaft kombiniert mit der annähernd quadratischen
Zunahme der Stärke
dieser Doppelbrechung mit dem jeweiligen Strahlwinkel zur optischen
Kristallachse. Bei geeigneter Wahl des Vorzeichens dieser Doppelbrechung
kann somit eine wirksame Kompensation der in der Beleuchtungseinrichtung
ohne das optische Element vorhandenen rotationssymmetrischen Störanteile
erzielt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
die Beleuchtungseinrichtung ein diffraktives optisches Element auf,
wobei das optische Element in Lichtausbreitungsrichtung unmittelbar
nach diesem diffraktiven optischen Element angeordnet ist. Das Eingangsbüschel ist
in einer bevorzugten Ausführungsform
ein divergierendes Lichtbüschel.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das optische Element unmittelbar nach einer ersten Feldebene der
Beleuchtungseinrichtung angeordnet. An einer solchen Position ist
gewährleistet, dass
die in dem auf das optische Element auftreffenden Eingangsbüschel auftretenden,
maximalen Öffnungswinkel
hinreichend gering sind. Damit ist auch die (mit diesem Öffnungswinkel
annähernd
quadratisch ansteigende) Korrekturwirkung des optischen Elements
so begrenzt, dass dieses noch mit hinreichender mechanischer Stabilität bzw. einer
fertigungstechnisch zu bewältigenden
Mindestdicke gefertigt werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform beträgt ein maximaler Öffnungswinkel
des Eingangsbüschels
am Ort dieses optischen Elementes nicht mehr als 35 mrad, bevorzugt
nicht mehr als 30 mrad, noch bevorzugter nicht mehr als 25 mrad.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
das optische Element eine im Wesentlichen planparallele Geometrie
auf. Der Begriff „optisches Element" schließt erfindungsgemäß die Möglichkeit ein,
dass es sich hierbei um zwei oder mehr Teilelemente handelt, die
zu einem gemeinsamen Element bzw. einer Anordnung miteinander kombiniert
werden, wobei diese Teilelemente dann sowohl separat voneinander
als auch aneinander gefügt
(z.B. aneinander angesprengt) sein können, wobei so insbesondere
auch eine Anordnung von insgesamt im Wesentlichen planparalleler
Geometrie gebildet werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
das optische Element eine Dicke im Bereich von 0.25 mm bis 5 mm,
bevorzugt im Bereich von 0.5 mm bis 3 mm, auf.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das optische Element aus zwei gegeneinander in einer zur optischen
Achse der Beleuchtungseinrichtung senkrechten Richtung verschiebbaren,
keilförmigen
Teilelementen gebildet. Auf diese Weise kann durch Verschieben dieser
Teilelemente gegeneinander eine kontinuierliche Einstellbarkeit
der Stärke
des Doppelbrechungskorrektureffektes erreicht werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das eine dieser beiden Teilelemente aus positiv einachsigem Kristallmaterial
und das andere dieser beiden Teilelemente aus negativ einachsigem
Kristallmaterial hergestellt. So kann dann durch Verschieben der
Keile und ggf. zusätzliche
geeignete Begrenzung des optisch wirksamen Bereichs jeweils ein
geeigneter optisch wirksamer Bereich der Keilanordnung flexibel
ausgewählt
werden, in welchem (je nach der zu kompensierenden Doppelbrechungsverteilung)
das positive oder das negative optisch einachsige Material dominiert,
so dass je nach Bedarf eine tangentiale oder eine radiale Doppelbrechungsverteilung
in der Beleuchtungseinrichtung kompensiert werden kann. Im Sinne
der vorliegenden Anmeldung ist unter einer tangentialen Doppelbrechungsverteilung
eine solche Verteilung zu verstehen, bei der die schnelle Achse
der Doppelbrechung senkrecht zu dem auf die optische Achse des Systems
gerichteten Radius orientiert ist. Entsprechend ist unter einer
radialen Doppelbrechungsverteilung eine solche Verteilung zu verstehen,
bei der die schnelle Achse der Doppelbrechung parallel zu dem auf
die optische Achse des Systems gerichteten Radius orientiert ist.
Dabei wird unter der „schnelle
Achse" diejenige
Achse im doppelbrechenden Medium mit der maximalen Ausbreitungsgeschwindigkeit,
d.h. der minimalen Brechzahl, verstanden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das optisch einachsige Kristallmaterial aus der Gruppe ausgewählt, welche
Magnesium-Fluorid (MgF2), Saphir (Al2O3), Lithium-Fluorid
(LiF2) und Kalkspat (CaCO3)
enthält.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
in Lichtausbreitungsrichtung unmittelbar nach dem optischen Element
eine Lambda/2-Platte angeordnet. Durch zusätzliches Einfügen einer
Lambda/2-Platte kann zur Kompensation einer vorgegebenen, rotationssymmetrischen
Doppelbrechungsverteilung ein optisch einachsiges Material mit entgegengesetztem
Vorzeichen (d.h. anstelle von positiv einachsigem Material negativ
einachsiges Material oder umgekehrt) verwendet werden, was je nach
Verfügbarkeit
dieser Materialien von Vorteil ist, da man nicht auf ein bestimmtes
optisch einachsiges Material angewiesen ist. Die Lambda/2- Platte kann hierbei von
nullter Ordnung oder auch (etwa zur Realisierung größerer Dicken)
von höherer
Ordnung sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
wenigstens ein Manipulator vorgesehen, mittels dem ein vorgegebener
Kippwinkel zwischen der optischen Kristallachse und der optischen
Achse der Beleuchtungseinrichtung einstellbar ist. Dabei ist vorzugsweise
der durch den wenigstens einen Manipulator eingestellte Kippwinkel
in Abhängigkeit
von einem Beleuchtungsmodus der Beleuchtungseinrichtung und/oder
von der Richtung eines durch eine Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung
eingestrahlten Laserstrahls regelbar.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen
dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
schematische Detaildarstellung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer dritten Ausführungsform
der Erfindung mit Verwendung einer Manipulatoreinrichtung;
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4 schematische
Darstellungen zur Erläuterung
einer vierten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 eine
schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage;
und
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6 eine
vereinfachte Darstellung eines Ausschnitts einer Beleuchtungseinrichtung
einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage.
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DETALLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird zunächst
unter Bezugnahme auf 5 in vereinfachter, schematischer Darstellung
der prinzipielle Aufbau einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
erläutert.
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Die
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 500 weist
eine Lichtquelleneinheit 501, eine Beleuchtungseinrichtung 502,
eine Struktur tragende Maske 503, ein Projektionsobjektiv 504 und ein
zu belichtendes Substrat 505 auf. Die Lichtquelleneinheit 501 kann
als Lichtquelle beispielsweise einen ArF-Laser für eine Arbeitswellenlänge von
193 nm, sowie eine Strahlformungsoptik, welche ein paralleles Lichtbüschel erzeugt,
umfassen. Ein von der Lichtquelleneinheit 501 ausgesandtes
paralleles Lichtbüschel
trifft zunächst
auf ein diffraktives optisches Element (DOE) 506. Das DOE 506 erzeugt über eine
durch die jeweilige beugende Oberflächenstruktur definierte Winkelabstrahlcharakteristik
in einer Pupillenebene 507 eine gewünschte Intensitätsverteilung,
z.B. Dipol- oder Quadrupolverteilung. Ein im Strahlengang auf das
DOE 506 nachfolgendes Objektiv 508 ist als Zoom-Objektiv
ausgelegt, welches ein paralleles Lichtbüschel mit variablem Durchmesser
erzeugt. Das parallele Lichtbüschel
wird durch einen Umlenkspiegel 509 auf eine optische Einheit 510 gerichtet,
die ein Axikon 511 aufweist. Durch das Zoom-Objektiv 508 in
Verbindung mit dem vorgeschalteten DOE 506 und dem Axikon 511 werden
in der Pupillenebene 507 je nach Zoom-Stellung und Position
der Axikonelemente unterschiedliche Beleuchtungskonfigurationen
erzeugt. Die optische Einheit 510 umfasst nach dem Axikon 511 ein
im Bereich der Pupillenebene 507 angeordnetes Lichtmischsystem,
welches z.B. eine zur Erzielung einer Lichtmischung geeignete Anordnung
aus mikrooptischen Elementen 512a, 512b aufweisen
kann. Auf die optische Einheit 510 folgt ein Retikel-Maskierungssystem
(REMA) 513, welches durch ein REMA-Objektiv 514 auf
das Retikel 503 abgebildet wird und dadurch den ausgeleuchteten
Bereich auf dem Retikel 503 begrenzt. Das Retikel 503 wird
mit dem Projektionsobjektiv 504 auf das lichtempfindliche Substrat 505 abgebildet.
Zwischen einem letzten optischen Element 515 des Projektionsobjektivs 504 und
dem lichtempfindlichen Substrat 505 befindet sich in dem
dargestellten Beispiel eine Immersionsflüssigkeit 516 mit einem
von Luft verschiedenen Brechungsindex.
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In 6 sind
in einem weiter vereinfachten Ausschnitt nach dem diffraktiven optischen
Element (DOE) 10 am Eintritt in das Beleuchtungssystem
lediglich eine Linse 20 sowie das Axikon 30 gezeigt, wobei
das DOE 10 mit in y-Richtung (welche hier der Scanrichtung
der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
entspricht) linear polarisiertem Licht bestrahlt wird.
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Unter
der Annahme, dass die Linse 20 und das Axikon 30 eine
radiale Doppelbrechungsverteilung aufweisen, deren Betrag zum Rand
der Pupille hin zunimmt, resultiert aus der noch nach dem DOE 10 linearen
Polarisationsverteilung (mit 10A bezeichnet) die nach dem
Axikon 30 mit 30A bezeichnete Polarisationsverteilung über die
Pupille. Die Polarisationszustände
auf der x- und der y-Achse werden von der radialen Doppelbrechungsverteilung
von Linse 20 und Axikon 30 nicht beeinflusst,
da es sich hierbei um Eigenzustände
zu der radialen Doppelbrechungsverteilung handelt, d.h. die Orientierung
der linearen Polarisation steht hier senkrecht auf der schnellen
Achse dieser radialen Doppelbrechungsverteilung. In den übrigen Positionen,
welche in Bezug auf die x- bzw. y-Achse azimutal versetzt sind, entsteht
in der Pupille infolge der radialen Doppelbrechungsverteilung von
Linse 20 und Axikon 30 elliptisch polarisiertes
Licht, und zwar je nach Segment rechts oder links elliptisch polarisiertes
Licht.
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Gemäß dem Beispiel
von 6 ist das Licht in der Pupille im ersten und dritten
Segment (d.h. den Bereichen des Azimutalwinkels zwischen 0° und 90° und zwischen
180° und
270°) rechts
elliptisch polarisiert (in 6 mit "+" bezeichnet), wohingegen das Licht in
der Pupille im zweiten und vierten Segment (d.h. den Bereichen des
Azimutalwinkels zwischen 90° und
180° und
zwischen 270° und
360°) links
elliptisch polarisiert ist (in 6 mit "–" bezeichnet). Die jeweilige Umlaufrichtung
der elliptischen Polarisation ist in 6 sowie
in weiteren entsprechenden Abbildungen der vorliegenden Anmeldung
ferner durch die an den jeweils eingezeichneten Ellipsen angebrachten
Striche (bzw. „Halbpfeilen") angegeben. Dabei
ist in 6 jeweils die Elliptizität an den Positionen maximal,
welche in Bezug auf die positive y-Achse azimutal um einen Winkel
von 45° oder
ein ganzzahliges Vielfaches hiervon versetzt sind, und nimmt bei
azimutaler Annäherung
an die x- bzw. y-Achse kontinuierlich ab, bis auf der x- oder der y-Achse
ein Übergang
in eine lineare Polarisation stattfindet. Die Elliptizität nimmt
ferner über
die Pupille in radialer Richtung, d.h. mit wachsendem Abstand von
der optischen Achse, zu, da der Betrag der radialen Doppelbrechungsverteilung
mit dem Abstand von der optischen Achse SA ebenfalls zunimmt.
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In 1 ist
zur Kompensation dieser radialen Doppelbrechungsverteilung ein erstes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt, mit dem Ziel, statt der oben beschriebenen
Polarisationsverteilung in der Pupillenebene linear polarisiertes
Licht zu erzeugen. Dabei sind die zu 6 analogen
Teile bzw. Bereiche mit entsprechenden, um 100 erhöhten Bezugsziffern
bezeichnet.
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Gemäß 1 ist
unmittelbar nach dem DOE 110 ein optisches Element in Form
einer planparallelen Kompensatorplatte 140 angeordnet.
Die Kompensatorplatte 140 weist eine individuell auf die
Beleuchtungseinrichtung abgestimmte Dicke auf und besteht allgemein
aus positiv oder negativ einachsigem doppelbrechendem (jedoch nicht
optisch aktivem) Kristallmaterial. Die optische Kristallachse oa der
Kompensatorplatte 140 ist parallel zu der optischen Systemachse
SA orientiert. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 1 dient die Kompensatorplatte 140 zur
Kompensation der anhand von 6 erläuterten
Doppelbrechungsverteilung und besteht aus positiv einachsigem Kristallmaterial
in Form von Magnesium-Fluorid (MgF2). Im
Sinne der vorliegenden Anmeldung wird unter „positiv einachsigem Kristallmaterial" optisch einachsiges
Kristallmaterial verstanden, in welchem die außerordentliche Brechzahl ne größer als
die ordentliche Brechzahl no ist. Entsprechend
wird unter „negativ
einachsigem Kristallmaterial" optisch
einachsiges Kristallmaterial verstanden, in welchem die außerordentliche
Brechzahl ne kleiner als die ordentliche
Brechzahl no ist.
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Die
Strahlen des auf die Kompensatorplatte 140 treffenden Eingangsbüschels weisen
ein Winkelspektrum auf, so dass die Kompensatorplatte 140 unter
unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das Brechzahlellipsoid des
optisch einachsigen Kristallmaterials durchquert wird. Infolgedessen
ergibt sich nach dem Durchtritt durch die Kompensatorplatte 140 die
mit 140A bezeichnete Polarisationsverteilung.
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An
den Positionen auf der x- bzw. auf der y-Achse bleibt der lineare
Polarisationszustand wieder erhalten, da das Licht sich hier in
den Eigenzuständen
der Doppelbrechungsverteilung des optisch einachsigen Kristallmaterials
der Kompensatorplatte 140 befindet. Hingegen ist das Licht
bei Austritt aus der Kompensatorplatte 140 unter den übrigen Azimutalwinkeln
elliptisch polarisiert, und zwar im ersten und dritten Segment (d.h.
den Bereichen des Azimutalwinkels zwischen 0° und 90° und zwischen 180° und 270°) links elliptisch
polarisiert (in 1 mit "–" bezeichnet), wohingegen
es im zweiten und vierten Segment (d.h. den Bereichen des Azimutalwinkels zwischen
90° und
180° und
zwischen 270° und
360°) rechts
elliptisch polarisiert ist (in 6 mit "+" bezeichnet). Dabei ist jeweils die Elliptizität an den
Positionen maximal, welche in Bezug auf die positive y-Achse azimutal
um einen Winkel von 45° oder
ein ganzzahliges Vielfaches hiervon versetzt sind.
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Da
die Händigkeit
der erzeugten elliptischen Polarisationsverteilung (d.h. rechts-
oder links-elliptisch) entgegengesetzt ist zu derjenigen, welche
in der Beleuchtungseinrichtung selbst (ohne die Kompensatorplatte 140,
d.h. im Beispiel nur aufgrund der Linse 120 und dem Axikon 130)
erzeugt wird, findet eine Kompensation statt. Die Händigkeit
der durch die Kompensatorplatte erzeugten elliptischen Polarisationsverteilung
(d.h. rechts oder links-elliptisch)
ist abhängig
von der Verwendung von positiv oder negativ einachsigem Material.
Je nach Vorzeichen der durch die Beleuchtungseinrichtung in den
Segmenten der nach dem Axikon 130 in der Pupillenebene erzeugten
Polarisationsverteilung wird hierzu also das Material der Kompensatorplatte 140 geeignet
gewählt,
so dass eine Kompensationswirkung erreicht werden kann. Falls die
in der Beleuchtungseinrichtung zu kompensierende Doppelbrechungsverteilung eine
radiale Verteilung der schnellen Achse aufweist, wird für das Material
der Kompensatorplatte 140 ein optisch einachsiges Kristallmaterial
mit tangentialer Verteilung der schnellen Achse (z.B. MgF2), gewählt. Falls
die in der Beleuchtungseinrichtung zu kompensierende Doppelbrechungsverteilung
eine tangentiale Verteilung der schnellen Achse aufweist, wird für das Material
der Kompensatorplatte 140 ein optisch einachsiges Kristallmaterial
mit radialer Verteilung der schnellen Achse, z.B. Lithium-Fluorid
(LiF2), Kalkspat (CaCO3)
oder Saphir (Al2O3),
gewählt.
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Des
Weiteren werden Material und Dicke der Kompensatorplatte 140 gerade
so ausgewählt,
dass die Kompensatorplatte 140 zumindest annähernd die gleiche
Doppelbrechungs-Verteilung mit entgegengesetztem Vorzeichen über die
Pupille erzeugt. Im Ergebnis kompensieren sich also gemäß 1 die rotationssymmetrischen
Doppelbrechungs-Effekte von Kompensatorplatte 140 einerseits
und von Linse 120 und Axikon 130 andererseits,
so dass sich über die
Pupille nach dem Axikon 130 wieder eine lineare Polarisationsverteilung
ergibt.
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Dabei
ist zu beachten, dass die Stärke
der in der Kompensatorplatte wirkenden Doppelbrechung annähernd quadratisch
mit dem maximalen Öffnungswinkel
des Eingangsbüschels
am Ort der Kompensatorplatte 140 zunimmt. Infolgedessen
ist die Dicke der Kompensatorplatte 140 (für den gleichen Korrekturbetrag)
umso kleiner zu wählen,
je größer der
maximale Öffnungswinkel
des Eingangsbüschels am
Ort der Kompensatorplatte 140 ist. Vorzugsweise ist die
Kompensatorplatte unmittelbar nach dem DOE 110 bzw. der
ersten Feldebene angeordnet, wobei der maximale Öffnungswinkel des Eingangsbüschels etwa
25 mrad beträgt
und die Kompensatorplatte eine Dicke im Bereich von etwa 1 bis 4
mm aufweist. In diesem Falle ergibt sich eine typische Kompensationswirkung
(Verzögerung)
der Kompensatorplatte je nach Strahlwinkel in der Größenordnung
von etwa 0-20nm.
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Die
Anordnung der Kompensatorplatte 140 in einem Bereich kleiner
Winkeldivergenz ist deshalb besonders vorteilhaft, weil infolge
der o.g. quadratischen Abhängigkeit
zur Erzielung der gleichen Kompensationswirkung durch die Kompensatorplatte 140 eine
Verdopplung des Öffnungswinkels
des Eingangsbüschels
eine Verkleinerung der Dicke der Kompensatorplatte 140 um
den Faktor vier erfordert, so dass bei zu großem maximalen Öffnungswinkeln (größer als
etwa 35 mrad) eine Fertigbarkeit der Kompensatorplatte 140 mit
ausreichender mechanischer Stabilität nicht mehr gewährleistet
ist bzw. die dann erforderlichen Maßnahmen (etwa die Verwendung
eines Trägerelementes
und Realisierung entsprechender Ansprengung o. dgl.) eine beträchtliche Vergrößerung des
fertigungstechnischen Aufwandes zur Folge haben.
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Gemäß einer
weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform kann das DOE 110 auch
unmittelbar auf der Unterseite der Kompensatorplatte 140 aufgebracht
sein, so dass diese dann zugleich zur Erzeugung der gewünschten
Winkelverteilung und zur Kompensation der störenden, rotationssymmetrischen
Doppelbrechungsverteilung dient.
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Gemäß einer
weiteren, in 2 schematisch dargestellten
Ausführungsform
kann anstelle der Kompensatorplatte 140 auch eine Kompensatoranordnung 240 aus
zwei gegeneinander in zur optischen Achse senkrechter Richtung (d.h.
entlang der Doppelpfeile) verschiebbaren Keilen 240a und 240b eingesetzt
werden, so dass eine kontinuierliche Einstellbarkeit der Stärke des
Doppelbrechungskorrektureffektes erreicht wird. Die optische Kristallachsen beider
Keile 240a und 240b sind wiederum parallel zur
optischen Achse des Systems bzw. senkrecht zu den planen Flächen der
Keile 240a, 240b ausgerichtet.
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Dabei
können
die beiden Keile 240a und 240b sowohl aus dem
gleichen optisch einachsigen Kristallmaterial hergestellt sein (z.B.
ebenfalls aus MgF2), oder aus unterschiedlichen
Materialien unter Kombination von positiv optisch einachsigem Material
und negativ optisch einachsigem Material (z.B. MgF2 und
LiF2). In dem letzteren Falle kann dann durch
Verschieben der Keile und ggf. zusätzliche geeignete Begrenzung
des optisch wirksamen Bereichs jeweils ein bestimmter optisch wirksamer
Bereich des Kompensatoranordnung 240 flexibel ausgewählt werden,
in welchem (je nach gewünschter „Händigkeit" der durch die Anordnung
erzeugten elliptischen Polarisationsverteilung) das positive oder
das negative optisch einachsige Material dominiert, so dass je nach
Bedarf eine tangentiale oder eine radiale Doppelbrechungsverteilung
in der Beleuchtungseinrichtung kompensiert werden kann.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung zur Kompensation einer radialen Doppelbrechungsverteilung
dargestellt, wobei die zu 1 analogen
Teile bzw. Bereiche mit entsprechenden, um 200 erhöhten Bezugsziffern
bezeichnet sind.
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Durch
diese weitere Ausführungsform
wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die erfindungsgemäße Anordnung
in der Beleuchtungseinrichtung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
zum Erhalt einer gewünschten
Kompensationswirkung einen möglichst
symmetrischen Lichtdurchgang durch das optisch einachsige Kristallmaterial
erfordert. Nun treten aber zum einen unvermeidbare Toleranzen hinsichtlich
der Ausrichtung des Elementes aus optisch einachsigem Kristallmaterial
auf. Zum anderen wird auch i.d.R. über die Laserstrahlzuführungseinheit
ein vom Beleuchtungsmodus abhängiger,
also variabler Offsetwinkel von ca. ± (2.5-3) mrad eingestellt,
um in der Beleuchtungseinrichtung selbst vorhandene Offsetwinkel (z.B.
Telezentriefehler) zu kompensieren.
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Gemäß 3 werden
nun in der Anordnung von 1 wenigstens zwei Manipulatoren 350 so
angebracht, dass ein vorgegebener Kippwinkel zwischen der optischen
Kristallachse oa der Kompensatorplatte 340 und der optischen
Achse SA der Beleuchtungseinrichtung eingestellt werden kann, und zwar
beispielsweise im Bereich +/– 10
mrad, indem die Kompensatorplatte 340 entlang der z-Richtung lokal
nach oben oder unten verstellt wird. Dabei kann vorzugsweise die
Vorgabe des Kippwinkels in Abhängigkeit
vom Beleuchtungsmodus und/oder von der Richtung des Laserstrahls
bezüglich
der optischen Achse SA der Beleuchtungseinrichtung („Laserpointing") gewählt werden.
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Insbesondere
kann nach einmaliger Kalibrierung (= absolute Bestimmung der optimalen
Lage der optischen Kristallachse oa zu der optischen Achse SA der
Beleuchtungseinrichtung) bei Änderung
der Laserstrahlrichtung (Kippwinkel des Laserpointings) der Kippwinkel
der Kompensatorplatte 340 synchron und in gleicher Richtung
mit der Laserstrahlrichtung eingestellt werden, d.h. die Kompensatorplatte 340 wird
synchron um den gleichen Winkel verkippt.
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Die
Kalibrierung zur Bestimmung der optimalen Lage der optischen Kristallachse
oa zu einer festen bzw. fixen Richtung des Laserstrahls kann wie folgt
durchgeführt
werden: Zunächst
wird die Beleuchtungseinrichtung bezüglich des Laserpointings einjustiert.
Anschließend
wird die Richtung des eingestrahlten Laserstrahls als Referenzrichtung
bzw. Ausgangsrichtung für
die Justage der optischen Kristallachse in der Kompensatorplatte 340 verwendet. Um
die optimale Kippposition der Kompensatorplatte 340 bezüglich dieser
Laserrichtung festzulegen, wird die Kompensatorplatte 340 über die
Manipulatoren 350 systematisch verkippt und der Polarisationserhalt
(„Polarisations
Purity") in der
Feldmitte des Retikels mit einem Polarimetergerät gemessen. Die optimale Kippposition
der Kompensatorplatte 340 ist dann gefunden, wenn der Polarisationsverlust
am geringsten ist. Diese Schritte können für jedes Beleuchtungssetting
individuell wiederholt werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung von
Manipulatoren 350 wird somit zum einen eine in Bezug auf
die Kristallstruktur symmetrische Justierung der Kompensatorplatte 340 ermöglicht.
Zudem kann eine (z.B. vom Beleuchtungssetting abhängige) Rückkopplung
an die Strahljustage in dem Sinne erfolgen, dass die Kompensatorplatte 340 entsprechend
nachgekippt wird, wenn die Richtung des eingestrahlten Laserstrahls
geändert
wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 4a,
b erläutert,
wobei wiederum die zu 3 funktionsgleichen Teile bzw.
Bereiche mit entsprechenden, um 100 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet
sind. Gemäß 4a ist wie in 3 eine Kompensatorplatte 440 unmittelbar nach
dem DOE 410 angeordnet, besteht jedoch im Unterschied zu 3 aus
einem negativ einachsigen Kristallmaterial, z.B. Saphir (Al2O3). Die in Lichtausbreitungsrichtung
nach der Kompensatorplatte 440 erhaltene Polarisationsverteilung 440A ist
in 4a ebenfalls veranschaulicht. Demnach
ergibt sich bei Austritt aus der Kompensatorplatte 440 im
ersten und dritten Segment (d.h. den Bereichen des Azimutalwinkels
zwischen 0° und
90° und
zwischen 180° und 270°) rechts
elliptisch polarisiertes Licht (in 4a mit "+" bezeichnet), wohingegen sich im zweiten
und vierten Segment (d.h. den Bereichen des Azimutalwinkels zwischen
90° und
180° und
zwischen 270° und
360°) bei
Austritt aus der Kompensatorplatte 440 links elliptisch
polarisiertes Licht ergibt (in 4a mit "–" bezeichnet). Gemäß 4b wird
nun unmittelbar nach der Kompensatorplatte 440 eine Lambda/2-Platte 460 angeordnet.
Die Lambda/2-Platte 460 besteht ebenfalls aus optisch einachsigem
Kristallmaterial (z.B. gleichfalls aus Saphir), wobei die optische
Kristallachse oa-2 dieses Kristallmaterials in der x-y-Ebene und
entlang der y-Achse oder (wie im Beispiel von 4b)
entlang der x-Achse orientiert ist. Wie in 4b anhand
der in Lichtausbreitungsrichtung nach der Lambda/2-Platte 460 erhaltenen Polarisationsverteilung 460A veranschaulicht
ist, bewirkt die Lambda/2-Platte 460 einen Vorzeichenwechsel
der Händigkeit
in der elliptischen Polarisationsverteilung, d.h. bei Austritt aus
der Lambda/2-Platte 460 im ersten und dritten Segment (d.h. den
Bereichen des Azimutalwinkels zwischen 0° und 90° und zwischen 180° und 270°) ergibt
sich jetzt links elliptisch polarisiertes Licht (in 4a mit "–" bezeichnet), wohingegen sich im zweiten
und vierten Segment (d.h. den Bereichen des Azimutalwinkels zwischen
90° und
180° und
zwischen 270° und
360°) bei
Austritt aus der Lambda/2-Platte 460 rechts
elliptisch polarisiertes Licht ergibt (in 4a mit "+" bezeichnet).
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Allgemein
kann somit mittels der in 4b gezeigten
Anordnung, d.h. durch zusätzliches
Einfügen
einer Lambda/2-Platte 440 nach
der Kompensationsplatte 440 zur Kompensation einer vorgegebenen,
rotationssymmetrischen Doppelbrechungsverteilung ein optisch einachsiges
Material mit entgegengesetztem Vorzeichen (d.h. anstelle von positiv einachsigem
Material negativ einachsiges, oder umgekehrt) verwendet werden,
was je nach Verfügbarkeit
dieser Materialien von Vorteil ist, da man nicht auf ein bestimmtes
optisch einachsiges Material angewiesen ist. Im vorliegenden Beispiel
kann etwa zur Kompensation einer Doppelbrechungsverteilung mit radialer
Verteilung der schnellen Achse infolge des Einsatzes der zusätzlichen
Lambda/2-Platte 460 ein negativ einachsiges Material wie
Saphir verwendet werden.
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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.