DE102007023411A1

DE102007023411A1 - Optisches Element, Beleuchtungsoptik für die Mikrolithographie mit mindestens einem derartigen optischen Element sowie Beleuchtungssystem mit einer derartigen Beleuchtungsoptik

Info

Publication number: DE102007023411A1
Application number: DE102007023411A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Gerhard
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-07-03
Also published as: EP2407828A1; EP2100191B1; US20090201481A1; WO2008080563A1; JP2010515089A; JP5585761B2; DE102007023411A8; US8411251B2; EP2100191A1

Abstract

Ein optisches Element dient zur Beeinflussung eines über einen Bündelquerschnitt vorgegebenen Soll-Strahlwinkels eines auf das optische Element treffenden Strahlungsbündels (26). Das optische Element hat eine räumliche optische Struktur (16), die bei Beaufschlagung mit dem Strahlungsbündel (26) einen ersten Anteil der Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung verursacht. Eine optische Beschichtung (24), die auf der räumlichen optischen Struktur oder einer die räumliche optische Struktur (16) tragenden Trägerschicht aufgebracht ist, schwächt bei Beaufschlagung mit dem Strahlungsbündel (26) Anteile von diesem gezielt und verursacht somit einen zweiten Anteil der Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung. Die optischen Wirkungen der Struktur (16) und der Beschichtung (24) sind derart, dass sie sich zur Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung ergänzen. Letztere kann mit geringem Herstellungsaufwand erreicht werden. Auch neue Soll-Strahlwinkel-Beeinflussungen werden zugänglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Beeinflussung eines über einen Bündelquerschnitt vorgegebenen Soll-Strahlwinkels eines auf das optische Element treffenden Strahlungsbündels. Ferner betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsoptik für die Mikrolithografie mit mindestens einem derartigen optischen Element und ein Beleuchtungssystem für die Mikrolithografie mit einer derartigen Beleuchtungsoptik.
Optische Elemente zur Beeinflussung eines über einen Bündelquerschnitt vorgegebenen Soll-Strahlwinkels sind als diffraktive oder refraktive optische Rasterelemente zum Beispiel aus der DE 195 20 563 A1 bekannt. Die Herstellung räumlicher optischer Strukturen derartiger optischer Elemente zur Einstellung der Strahlwinkel-Beeinflussung über den Bündelquerschnitt ist sehr aufwändig. Bestimmte Beeinflussungen des Soll-Strahlwinkels lassen sich mit derzeit bekannten Techniken, jedenfalls unter Einhaltung anspruchsvoller Toleranzgrenzen, praktisch nicht einstellen. Probleme ergeben sich insbesondere bei Raster-Mikrostrukturen durch Intensitätsüberhöhungen im Bereich der Randstrahlen, sogenannten Overshoots, und durch Intensitätsspitzen in Vorwärtsrichtung durch sogenannte Hot Spots nullter Ordnung.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Element der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine vorgegebene Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung mit geringerem Herstellungsaufwand erreicht werden kann oder so weiterzubilden, dass neue Soll- Strahlwinkel-Beeinflussungen, die bisher nicht einstellbar waren, zugänglich werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein optisches Element mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Kombination der optischen Wirkungen einer räumlichen optischen Struktur des optischen Elements und einer optischen Beschichtung des optischen Elements entweder die Anforderungen, die an die räumliche optische Struktur gestellt werden, verringert oder neue Möglichkeiten hinsichtlich der über das optische Element einstellbaren Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung erschließt. Der Herstellungsaufwand für die räumliche optische Struktur kann damit vermindert werden. Je nach Ausgestaltung des die räumliche Struktur und die optische Beschichtung aufweisenden optischen Elements können zudem Soll-Strahlwinkel-Beeinflussungen über den Bündelquerschnitt des Strahlungsbündels erreicht werden, die vorher mit einer unbeschichteten räumlichen optischen Struktur nicht zugänglich waren. Mit dem erfindungsgemäßen optischen Element lässt sich zum Beispiel beim Einsatz innerhalb einer Beleuchtungsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie sowohl die Beleuchtungswinkelverteilung in einem Beleuchtungsfeld in einer Retikelebene als auch die Feldverteilung der Intensität in diesem Beleuchtungsfeld fein und definiert innerhalb anspruchsvoller Toleranzgrenzen vorgeben. Die Vorgabe der Beleuchtungswinkelverteilung geschieht dann zum Beispiel mit einem erfindungsgemäß ausgeführten, also sowohl eine räumliche optische Struktur als auch eine optische Beschichtung aufweisenden pupillendefinierenden Element (PDE). Die Vorgabe der Intensitätsverteilung geschieht zum Beispiel mit einem erfindungsgemäß ausgeführten felddefinierenden Element (FDE). Sowohl das PDE als auch das FDE können erfindungsgemäß ausgeführt sein. Alternativ ist es möglich, dass nur eines dieser Elemente erfindungsgemäß ausgeführt ist. Auch für andere Anwendungen, bei denen eine bestimmte Fernfeldverteilung erzielt werden soll, kommt das erfindungsgemäße optische Element vorteilhaft zum Einsatz. Die räumliche optische Struktur kann selbsttragend ausgeführt oder auf einer Trägerschicht aufgebracht sein. Die optische Beschichtung kann auf der räumlichen optischen Struktur selbst oder, falls eine Trägerschicht vorhanden ist, auf der Trägerschicht aufgebracht sein. Die räumliche optische Struktur kann auf dem optischen Element eintrittsseitig, austrittsseitig oder eintritts- und austrittsseitig aufgebracht sein. Das optische Element eignet sich prinzipiell zum Einsatz mit einem Strahlungsbündel jeder Wellenlänge. Spezifische Vorteile hat das optische Element beim Einsatz in UV- und DUV-Bereich insbesondere zwischen 120 und 300 nm.
Je nach den Anforderungen an die Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung ist eine diffraktive optische Struktur nach Anspruch 2 oder eine refraktive optische Struktur nach Anspruch 3 von Vorteil. Diffraktive optische Strukturen erfordern in der Regel einen geringeren Materialeinsatz, was im Fall einer Restabsorption des optischen Elements für die Wellenlänge des eingesetzten Strahlungsbündels von Vorteil ist.
Eine Interferenzbeschichtung nach Anspruch 4 führt zur Möglichkeit, relativ abrupte Änderungen der Transmission als Funktion des Auftreffwinkels von Strahlen des Strahlungsbündels auf die optische Beschichtung einzustellen. Auf diese Weise kann die optische Beschichtung beispielsweise als Winkel-Kantenfilter realisiert werden, der Strahlen des Strahlungsbündels ab einem oder bis zu einem gewissen Strahlwinkel durchlässt und ansonsten blockt.
Eine Ausgestaltung als Rasterelement nach Anspruch 5 führt zur Möglichkeit einer definierten kanalweisen Beeinflussung des Strahlungsbündels. Diese kanalweise Beeinflussung kann derart sein, dass alle Kanäle in gleicher Weise beeinflusst werden. Alternativ ist es möglich, die Rasterelemente in zusammenhängenden Bereichen so zu gruppieren, dass bestimmte Bereiche des optischen Elements eine andere optische Wirkung auf das Strahlungsbündel haben als andere Bereiche. Dadurch ist es möglich, durch entsprechende Anordnung verschieden optisch wirkender Rasterelemente das Strahlungsbündel selektiv zu beeinflussen.
Eine Ausgestaltung der Rasterelemente nach Anspruch 6 führt zu einem optischen Element, bei dem sich die optischen Wirkungen benachbarter Rasterelemente nur gering unterscheiden. Der Unterschied in der Schwächung zwischen benachbarten Rasterelementen kann zum Beispiel um einen Faktor 10 oder 100 kleiner sein als die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Schwächung innerhalb desselben Rasterelements. Dies kann genutzt werden, um optische Elemente mit einem quasi kontinuierlichen Verlauf der optischen Eigenschaften über den Querschnitt des optischen Elements zu erzeugen, was insbesondere bei FDE-Elementen genutzt werden kann. Alternativ ist es im Falle größerer Unterschiede in der Schwächung zwischen benachbarten Rasterelementen möglich, stufenweise oder in anderer Weise diskontinuierliche Verläufe der optischen Eigenschaften über eine entsprechende Gestaltung der Rasterelemente herbeizuführen.
Eine als Korrekturbeschichtung ausgeführte optische Beschichtung nach Anspruch 7 kann herstellungsbedingte Imperfektionen einer durch die unbeschichtete räumliche optische Struktur erzeugten Strahlwinkel-Beeinflussung bzw. Fernfeldverteilung ausgleichen.
Eine Fernfeldwirkung des optischen Elements nach Anspruch 8 erzeugt zumindest bereichsweise ein gewünschtes Plateau im Fernfeld. In diesem Plateau-Bereich erzeugt das optische Element eine gleichmäßige Auffächerung des Ausfall-Strahlwinkels eines parallel einfallenden Strahlungsbündels. Ein Plateau im Sinne dieser Anmeldung ist dann erreicht, wenn die Variation der Fernfeldverteilung der unbeschichteten räumlichen optischen Struktur im betrachteten Abschnitt des Fernfeldes durch die Wirkung der optischen Beschichtung um mindestens einen Faktor 5, bevorzugt um mindestens einen Faktor 10 verringert wird. Eine im Sinne dieses Anspruchs konstante Gesamt-Fernfeldverteilung ist in einem Variationsbereich von ±1% konstant.
Eine optische Beschichtung nach Anspruch 9 schneidet unerwünschte Spitzen am Rand der Fernfeldverteilung ab. Derartige Fernfeldspitzen, sogenannte Overshoots, können herstellungsbedingt bei diffraktiven oder refraktiven räumlichen optischen Strukturen, insbesondere bei Rasterelementen, auftreten.
Eine optische Beschichtung nach Anspruch 10 kann zum Herausschneiden einer in ihrer Intensität unerwünscht überhöhten Spitze nullter Ordnung, eines sogenannten Hot Spots, genutzt werden. Derartige Spitzen können ebenfalls herstellungsbedingt bei diffraktiven oder refraktiven optischen Elementen, insbesondere bei Rasterelementen, auftreten. Unterhalb des vorgegebenen Grenz-Divergenzwinkels wird die Strahlung praktisch vollständig absorbiert oder reflektiert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungsoptik für die Mikrolithografie mit mindestens einem Winkelvorgabeelement und min destens einem optischen Feldvorgabeelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11 und ein eine derartige Beleuchtungsoptik aufweisendes Beleuchtungssystem im Sinne der eingangs genannten Aufgabe weiterzubilden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelost durch eine Beleuchtungsoptik für die Mikrolithografie nach Anspruch 11 und durch ein Beleuchtungssystem für die Mikrolithografie nach Anspruch 12.
Die Vorteile einer derartigen Beleuchtungsoptik sowie eines derartigen Beleuchtungssystems entsprechen denjenigen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße optische Element diskutiert wurden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 schematisch einen Meridionalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem innerhalb einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage;
2 schematisch einen Meridionalschnitt durch eine Messanordnung zum Messen einer Fernfeldverteilung eines austrittsseitig beschichteten optischen Elements des Beleuchtungssystems;
3 eine Struktur-Fernfeldverteilung einer räumlichen optischen Struktur des optischen Elements;
4 eine Beschichtungs-Fernfeldverteilung einer optischen Beschichtung des optischen Elements;
5 eine Gesamt-Fernfeldverteilung des optischen Elements, welches die räumliche optische Struktur sowie die optische Beschichtung aufweist;
6 eine Beschichtungs-Fernfeldverteilung einer weiteren Ausführung einer optischen Beschichtung eines optischen Elements des Beleuchtungssystems;
7 eine Gesamt-Fernfeldverteilung des optischen Elements mit der Beschichtung mit der Fernfeldverteilung nach 6 und der räumlichen optischen Struktur mit der Fernfeldverteilung nach 3;
8 eine Struktur-Fernfeldverteilung eines Waben-Rasterelements einer räumlichen optischen Struktur einer weiteren Ausführung eines optischen Elements des Beleuchtungssystems;
9 eine Beschichtungs-Fernfeldverteilung einer optischen Beschichtung des optischen Elements;
10 eine Gesamt-Fernfeldverteilung des optischen Elements mit der Beschichtung mit der Fernfeldverteilung nach 9 und der räumlichen optischen Struktur mit der Fernfeldverteilung nach 8;
11 stärker im Detail vier Kanäle einer zweistufigen Rasteranordnung in Form eines Rastermoduls, wobei eine zweite Stufe der Rasteranordnung ein optisches Element mit einer räumlichen optischen Struktur und einer optischen Beschichtung darstellt, deren optische Wirkungen sich zur Einstellung einer Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung eines auf das optische Element kanalweise treffenden Strahlungsbündels ergänzen;
12 eine Ausschnittsvergrößerung aus 9 im Bereich der Beschichtung eines Rasterelements der Rasteranordnung;
13 schematisch die zweite Stufe des Rastermoduls nach 11 aus Blickrichtung XIII in 11;
14 den Einfluss verschiedener Stärken der Beschichtung auf dem Rasterelement nach 12 auf dessen Transmission in einem Diagramm, welches die Transmission über den Einfallswinkel (90° – δ) auf die beschichtete optische Oberfläche des Rasterelements zeigt.
15 vergrößert ein Rasterelement des Rastermoduls mit einer weiteren Ausführung einer optischen Beschichtung;
16 die Wirkung des nach 15 beschichteten Rasterelements in einer Feld-Zwischenebene eines Beleuchtungssystems einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage in einer zu 11 ähnlichen Teildarstellung;
17 in einer zu 15 ähnlichen Darstellung zwei weitere Varianten einer optischen Beschichtung;
18 schematisch einen Meridionalschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem innerhalb einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage;
19 schematisch eine Aufsicht eines Rasterelements eines ersten diffraktiven optischen Elements des Beleuchtungssystems nach 18;
20 schematisch eine Aufsicht auf ein Rasterelement eines zweiten diffraktiven optischen Elements des Beleuchtungssystems nach 18;
21 ein Phasenprofil des Rasterelements nach 20; und
22 ein Phasenprofil eines binären diffraktiven optischen Elements, welches alternativ zu den Rasterelementen nach den 19 und 20 eingesetzt werden kann.
1 zeigt schematisch eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 1, die als Wafer-Scanner ausgeführt ist und bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen eingesetzt wird. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 arbeitet zur Erzielung von Auflösungen bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht insbesondere aus dem tiefen Ultraviolettbereich (VUV). Eine Scanrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 1 verläuft senkrecht zur Zeichenebene der 1 und 2. Im in der 1 dargestellten Meridionalschnitt sind alle optischen Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 längs einer optischen Achse 2 aufgereiht. Es versteht sich, dass auch beliebige Faltungen der op tischen Achse 2 möglich sind, insbesondere um die Projektionsbelichtungsanlage 1 kompakt zu gestalten.
Zur definierten Ausleuchtung eines Objekt- bzw. Beleuchtungsfeldes 3 in einer Retikelebene 4, in der eine zu übertragende Struktur in Form eines nicht näher dargestellten Retikels angeordnet ist, dient ein insgesamt mit 5 bezeichnetes Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1. Als primäre Lichtquelle 6 dient ein F₂-Laser mit einer Arbeitswellenlänge von 157 nm, dessen Beleuchtungslichtstrahl koaxial zur optischen Achse 2 ausgerichtet ist. Andere UV-Lichtquellen, beispielsweise ein ArF-Excimer-Laser mit 193 nm Arbeitswellenlänge, ein Krf-Excimer-Laser mit 248 nm Arbeitswellenlänge sowie primäre Lichtquellen mit größeren oder kleineren Arbeitswellenlängen sind ebenfalls möglich.
Der von der Lichtquelle 6 kommende Lichtstrahl mit kleinem Rechteckquerschnitt trifft zunächst auf eine Strahlaufweitungsoptik 7, die einen austretenden Strahl 8 mit weitgehend parallelem Licht und größerem Rechteckquerschnitt erzeugt. Die Strahlaufweitungsoptik 7 kann Elemente enthalten, die zur Kohärenzreduktion des Beleuchtungslichts dienen. Das durch die Strahlaufweitungsoptik 7 weitgehend parallelisierte Laserlicht trifft anschließend auf ein diffraktives optisches Element (DOE) 9, das als computergeneriertes Hologramm zur Erzeugung einer Beleuchtungslicht-Winkelverteilung ausgebildet ist. Das DOE 9 dient zur Vorgabe einer Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung des auf das DOE 9 treffenden Strahlungsbündels 8 über dessen Bündelquerschnitt. Die durch das DOE 9 erzeugte Winkelverteilung wird beim Durchtritt durch eine Fourier-Linsenanordnung bzw. einen Kondensor 10, der im Abstand seiner Brennweite vom DOE 9 positioniert ist, in eine zweidimensionale, also senkrecht zur optischen Achse 2 ortsabhängige Beleuchtungslicht-Intensitätsverteilung umgewan delt. Die so erzeugte Intensitätsverteilung ist daher in einer ersten Beleuchtungsebene 11 des Beleuchtungssystems 5 vorhanden. Zusammen mit dem Kondensor 10 stellt das DOE 9 also eine Lichtverteilungseinrichtung zur Erzeugung einer zweidimensionalen Beleuchtungslicht-Intensitätsverteilung dar.
Im Bereich der ersten Beleuchtungsebene 11 ist eine erste Rasteranordnung 12 eines Rastermoduls 13 angeordnet, das auch als Wabenkondensor bezeichnet wird. Das Rastermodul 13 dient zur Erzeugung einer definierten Intensitäts- und Beleuchtungswinkelverteilung des Beleuchtungslichts.
In einer weiteren Beleuchtungsebene 15, die eine Fourier-transformierte Ebene zur Beleuchtungsebene 11 ist, ist eine zweite Rasteranordnung 16 angeordnet. Die beiden Rasteranordnungen 12, 16 stellen den Wabenkondensor 13 des Beleuchtungssystems 5 dar. Die weitere Beleuchtungsebene 15 ist eine Pupillenebene des Beleuchtungssystems 5.
Dem Rastermodul 13 nachgeordnet ist ein weiterer Kondensor 17, der auch als Feldlinse bezeichnet wird. Zusammen mit der zweiten Rasteranordnung 16 bildet der Kondensor 17 die Beleuchtungsebene 11 in eine Feld-Zwischenebene 18 des Beleuchtungssystems 5 ab. In der Feld-Zwischenebene 18 kann ein Retikel-Masking-System (REMA) 19 angeordnet sein, welches als verstellbare Abschattungsblende zur Erzeugung eines scharfen Randes der Beleuchtungslicht-Intensitätsverteilung dient. Ein nachfolgendes Objektiv 20 bildet die Feld-Zwischenebene 18 auf das Retikel, das heißt die Lithographievorlage ab, das sich in der Retikelebene 4 befindet. Mit einem Projektionsobjektiv 21 wird die Retikelebene 4 auf eine Waferebene 22 auf den in der 1 nicht dargestellten Wafer abgebildet, der intermittierend oder kontinuierlich in der Scan-Richtung verschoben wird.
Die erste Rasteranordnung 12 weist einzelne erste Rasterelemente 23 auf, die spalten- und zeilenweise angeordnet sind. Die ersten Rasterelemente 23 haben eine rechteckige Apertur mit einem x/y-Aspektverhältnis (y: Scanrichtung) von beispielsweise 2/1. Auch andere, insbesondere größere Aspektverhältnisse der ersten Rasterelemente 23 sind möglich.
Der Meridionalschnitt nach 1 geht entlang einer Rasterspalte. Die ersten Rasterelemente 23 sind insbesondere als Mikrolinsen, z. B. mit positiver Brechkraft, ausgebildet. Die Rechteckform der ersten Rastelemente 23 entspricht der Rechteckform des Beleuchtungsfelds 3. Die ersten Rastelemente 23 sind in einem ihrer Rechteckform entsprechenden Raster direkt aneinander angrenzend, das heißt im Wesentlichen flächenfüllend, angeordnet. Die ersten Rastelemente 23 werden auch als Feldwaben bezeichnet. Im Lichtweg hinter den ersten Rasterelementen 23 der ersten Rasteranordnung sind, jeweils Rasterkanälen des Rastermoduls 13 zugeordnet, zweite Rasterelemente 23a der zweiten Rasteranordnung 16 angeordnet. Die zweiten Rasterelemente 23a sind ebenfalls als Mikrolinsen mit insbesonderer positiver Brechkraft ausgebildet und werden auch als Pupillenwaben bezeichnet, die in der Beleuchtungsebene 15, also in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems 5 angeordnet sind. Die Beleuchtungsebene 15 ist konjugiert zu einer Pupillenebene 23b des Projektionsobjektivs 21.
Die beiden Rasteranordnungen 12, 16 dienen, wie nachfolgend noch beschrieben wird, als räumliche optische Struktur, die bei Beaufschlagung mit dem Strahlungsbündel 8 einen ersten Anteil einer Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung des Strahlungsbündels 8 verursacht. Die zweite Rasteranordnung 16 trägt eintrittsseitig eine optische Beschichtung 24. Die nachfolgend noch näher beschriebene optische Wirkung der optischen Beschich tung 24 ist derart, dass sie bei Beaufschlagung mit dem Strahlungsbündel 8 Anteile von dessen Bündelquerschnitt gezielt schwächt und somit einen zweiten Anteil der Strahlwinkel-Beeinflussung verursacht. Die optischen Wirkungen der zweiten Rasteranordnung 16 und der optischen Beschichtung 24 sind derart, dass sie sich zur Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung ergänzen. Das DOE 9 trägt austrittsseitig ebenfalls eine optische Beschichtung 24', die in Kombination mit der räumlichen optischen Struktur des DOE 9 eine entsprechende, sich zu einer Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung ergänzende Wirkung hat.
2 zeigt eine Messanordnung 25 zur Vermessung der Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung eines Teststrahlbündels 26 durch ein optisches Element, welches einerseits eine zur Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung beitragende räumliche optische Struktur und andererseits eine hierzu beitragende optische Beschichtung aufweist, am Beispiel der zweiten Rasteranordnung 16 mit der in diesem Fall austrittsseitig angebrachten optischen Beschichtung 24. Eine der zweiten Rasteranordnung 16 nachgeordnete Fourierlinse 27 wandelt die vom optischen Element 16, 24 aus parallelen Einzelstrahlen 28 des Teststrahlbündels 26 erzeugte zweidimensionale Strahlwinkelverteilung in einer Messebene 29 in eine zweidimensionale Intensitätsverteilung um. Je größer die Ablenkwinkel sind, die die Einzelstrahlen 28 erfahren, desto weiter sind sie von der Mitte eines Messfeldes 30 in der Messebene 29 entfernt. Im Messfeld 30 ist ein CCD-Array 31 angeordnet. Das Messergebnis im Messfeld 30 bei der Messanordnung 25 wird als Fernfeldverteilung des optischen Elements 16, 24 bezeichnet.
Zur Veranschaulichung von Lagebeziehungen ist in die 2 ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung zeigt in der 2 nach oben, die y-Richtung zeigt auf den Betrachter zu und steht senkrecht auf der Zeichenebene und die z-Richtung zeigt in der 2 nach rechts. Der Koordinatenursprung (x = 0, y = 0) liegt dabei in der Mitte des Messfeldes 30.
3 bis 5 zeigen die optischen Wirkungen einerseits der räumlichen optischen Struktur 16 und andererseits der Beschichtung 24 eines ersten Ausführungsbeispiels. 3 zeigt die optische Wirkung der räumlichen optischen Struktur 16 alleine, also ohne die optische Beschichtung 24. Dargestellt ist die Abhängigkeit der vom CCD-Array 31 gemessenen Intensität I von der x-Koordinate, also eine Struktur-Fernfeldverteilung 32.
Die Struktur-Fernfeldverteilung 32 ist bezogen auf die yz-Ebene spiegelsymmetrisch und in Bezug auf die z-Achse durch den Koordinatenursprung rotationssymmetrisch. Bei x = 0, y = 0 liegt ein lokales Maximum vor. Zu größeren absoluten x- und y-Werten fällt die Struktur-Fernfeldverteilung 32 zunächst ab, sodass die Struktur-Fernfeldverteilung 32 um x = 0, y = 0 herum kuppelförmig erscheint. Randseitig, also hin zu großen x- und y-Werten, hat die Struktur-Fernfeldverteilung 32 jeweils einen charakteristischen Peak 33, der auch als Overshoot bezeichnet wird. Die Peaks 33 liegen bei x und bei –x_p vor.
An Orten ±x₁ beträgt die durchgelassene Intensität etwa 60% eines Normierungswertes. Am Ort x = 0 beträgt die durchgelassene Intensität etwa 75% des Normierungswertes. Damit unterscheidet sich die Intensität bei ±x₁ um mehr als 10% von der Intensität bei x = 0.
4 zeigt die optische Wirkung der optischen Beschichtung 24 alleine, also ohne die Wirkung der räumlichen optischen Struktur 16. Dargestellt ist in der 4 also eine Beschichtungs-Fernfeldverteilung 34. Letztere wird gemessen, indem die räumliche optische Struktur 16 einmal ohne die optische Beschichtung 24 (vgl. 3) und einmal mit der optischen Beschichtung 24 (vgl. 5) vermessen wird und die Strukturwirkung aus diesen beiden Messungen dann herausnormiert wird. Alternativ ist es oftmals möglich, die Beschichtungs-Fernfeldverteilung 34 zu messen, indem die optische Beschichtung 24 auf einem optisch wirkungslosen planen Substrat aufgebracht wird.
Die Beschichtungs-Fernfeldverteilung 34 ist um die z-Achse um den Koordinatenursprung rotationssymmetrisch. Sie hat bei x = 0 ein globales Minimum und steigt zu absolut größeren x-Werten, also in +x und –x-Richtung gleichmäßig an. Die Krümmung der Beschichtungs-Fernfeldverteilung 34 entspricht dabei der Krümmung der Struktur-Fernfeldverteilung 32 im Bereich zwischen den Peaks 33.
5 zeigt die kombinierte optische Wirkung der räumlichen optischen Struktur 16 und der optischen Beschichtung 24. Dargestellt ist in der 5 eine Gesamt-Fernfeldverteilung 35. Aufgrund der einander kompensierenden Krümmungen der Fernfeldverteilungen 32, 34 hat die Gesamt-Fernfeldverteilung 35 zwischen den Peaks 33 ein Plateau 36. Der Unterschied zwischen der maximalen und der minimalen Intensität zwischen den Peaks 33 ist bei der Gesamt-Fernfeldverteilung 35 um ein Mehrfaches, zum Beispiel um einen Faktor 2, um einen Faktor 5 oder um einen Faktor 10, geringer als der Unterschied zwischen der maximalen und der minimalen Intensität zwischen den Peaks 33 bei der Struktur-Fernfeldverteilung 32. Insgesamt erzeugt die räumliche optische Struktur 16 mit der optischen Beschichtung 24 also eine zwischen den Peaks 33 wesentlich gleichmäßigere Winkelverteilung des Teststrahlbündels 26 und damit beim Einsatz in der Projektionsbelichtungsanlage 1 eine definierte Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung des Strahlungsbündels 8.
Eine entsprechende Wirkung hat die optisch wirkende Beschichtung 24', die bei der Projektionsbelichtungsanlage 1 alternativ oder zusätzlich auf dem DOE 9 vorgesehen ist. Nachfolgend werden weitere Ausführungen der optischen Beschichtung 24 beschrieben, die in dieser oder entsprechender Form auch bei der optischen Beschichtung 24' eingesetzt sein können.
6 und 7 zeigen die optische Wirkung einer Variante der optischen Beschichtung 24. Die optische Beschichtung 24 nach den 6 und 7 wirkt als Strahlwinkel-Bandpass. Durchgelassen werden die aus der räumlich optischen Struktur 16 austretenden Einzelstrahlen 28 (vergleiche 2) nur bis zu einem maximalen Ablenkwinkel. Es resultiert eine in der 6 dargestellte, um die z-Achse durch den Koordinatenursprung rotationssymmetrische Beschichtungs-Fernfeldverteilung 37, bei der die vom CCD-Array 31 gemessene Intensität bei x = x₂ ≈ x_p und bei x = –x₂ ≈ –x_p steil abfällt.
7 zeigt entsprechend der 5 eine Gesamt-Fernfeldverteilung 38 mit der als Strahlwinkel-Bandpass wirkenden optischen Beschichtung 24 nach 6. Da bei x = ±x_p die optische Beschichtung 24 Einzelstrahlen 28 nur stark geschwächt durchlässt, sind die Peaks 33 bei der Gesamt-Fernfeldverteilung 38 deutlich reduziert. Die Maximalintensität bei ±x_p entspricht in etwa der Maximalintensität bei x = 0. Insgesamt resultiert bei dem optischen Element 16, 24 mit der optischen Wirkung nach 7, also mit der optischen Bandpass-Beschichtung 24, eine sehr gleichmäßige Winkelverteilung der Ablenkwinkel der Einzelstrahlen 28 des Teststrahl bündels 26. Entsprechend homogen ist die optische Wirkung beim Einsatz dieses optischen Elements 16, 24 in der Projektionsbelichtungsanlage 1.
8 bis 10 verdeutlichen in einer zu den 3 bis 5 ähnlichen Darstellung die optische Wirkung einer weiteren Ausführung eines optischen Elements mit einer räumlichen optischen Struktur 16 und einer optischen Beschichtung 24. 8 zeigt eine Struktur-Fernfeldverteilung 39. Die zugehörige räumliche optische Struktur 16 ist bei dieser Ausführung ein diffraktives optisches Element, welches beim Ablenkwinkel 0° ein ausgeprägtes Maximum nullter Ordnung, einen sogenannten Hot Spot 40, aufweist. Rasterelemente bei dieser Ausführung der räumlichen optischen Struktur 16 sind sechseckige Rasterwaben. Die maximale Intensität beim Hot Spot 40 ist etwa achtmal so groß wie die Intensität der Struktur-Fernfeldverteilung 39, die sich bei größeren absoluten x-Werten an den Hot Spot 40 anschließt. Die Struktur-Fernfeldverteilung 39 ist um die z-Achse, die durch den Koordinatenursprung verläuft, sechszählig rotationssymmetrisch entsprechend der Struktursymmetrie der Rasterwaben dieser Ausführung der räumlichen optischen Struktur 16.
9 zeigt die optische Wirkung einer als Winkel-Kantenfilter ausgebildeten optischen Beschichtung 24. Dargestellt ist eine Beschichtungs-Fernfeldverteilung 41. Letztere ist um die z-Achse, die durch den Koordinatenursprung verläuft, rotationssymmetrisch und hat bei x = 0 ein scharf ausgeprägtes Minimum, das in seinen x-Abmessungen dem Hot Spot 40 komplementär entspricht. Kanten 42 dieses Minimums sind bei x-Werten ±x₃, bei denen sich die Flanken des Hot Spots 40 finden. Die Wirkung der Kanten 42 ist derart, dass von der räumlichen optischen Struktur, auf der die Kantenfilter-Beschichtung aufgebracht ist, erzeugte Strahlwinkel unter halb eines vorgegebenen Grenz-Divergenzwinkels ±x₃ von der Kantenfilter-Beschichtung absorbiert oder reflektiert werden.
10 verdeutlicht die kombinierte Wirkung der räumlichen optischen Struktur mit der Struktur-Fernfeldverteilung 39 nach 8 und der optischen Kantenfilter-Beschichtung 24. Dargestellt ist eine Gesamt-Fernfeldverteilung 43. Die Intensität eines verbleibenden Intensitäts-Maximums bei x = 0 ist bei der Gesamt-Fernfeldverteilung 43 noch etwa doppelt so groß wie die Intensität des sich hieran bei größeren absoluten x- und y-Werten anschließenden Intensitäts-Plateaus. Die Ablenkwinkelverteilung ist bei diesem optischen Element im Vergleich zur unbeschichteten räumlichen optischen Struktur daher ebenfalls stark vergleichmäßigt.
Die beiden Rasteranordnungen 12, 16 müssen nicht, wie in der 1 schematisch angedeutet, monolithisch aufgebaut sein, sondern können in zwei im Strahlengang des Beleuchtungslichts 8 hintereinander angeordnete Elemente unterteilt sein, wobei eines der beiden Elemente Rasterzeilen und das andere der beiden Elemente Rasterspalten ausbildet. Die gemeinsame Wirkung einer derartigen Spalten- und Zeilenanordnung entspricht, was die Wirkung der räumlichen optischen Struktur angeht, der Wirkung der Rasteranordnungen 12, 16 nach 1. Die optische Beschichtung kann in diesem Fall auch nur auf einem der beiden Elemente, also beispielsweise nur auf dem Zeilenelement oder beispielsweise nur auf dem Spaltenelement ausgebildet sein, wobei die optische Wirkung der Beschichtung dann zur räumlichen optischen Strukturwirkung des jeweiligen Trägerelements beiträgt.
11 zeigt ein Rastermodul 13 mit einer weiteren Variante eines optisch wirkenden Elements zur Beeinflussung von Intensitätsbeiträgen der Raster elemente 23, 23a zur Gesamt-Beleuchtungsintensität über ein Beleuchtungsfeld 44. Komponenten und Bezugsgrößen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
11 zeigt beispielhaft vier erste Rasterelemente 23, die von oben nach unten Kanäle I bis IV für Beleuchtungs-Lichtbündel 45 bis 48 des Beleuchtungslichts 8 vorgeben. Das Beleuchtungs-Lichtbündel 45 ist dabei dem Kanal I, das Beleuchtungs-Lichtbündel 46 dem Kanal II, das Beleuchtungs-Lichtbündel 47 dem Kanal III und das Beleuchtungs-Lichtbündel 48 dem Kanal IV zugeordnet. Beim realen Rastermodul 13 liegt eine wesentlich höhere Anzahl von Kanälen vor, zum Beispiel einige Hundert derartiger Kanäle. Im Lichtweg hinter den ersten Rasterelementen 23 der ersten Rasteranordnung 12 sind, jeweils den Kanälen zugeordnet, die zweiten Rasterelemente 23a der zweiten Rasteranordnung 16 angeordnet. Die zweiten Rasterelemente 23a bilden zusammen mit der Feldlinse 17 die in der Beleuchtungsebene 11 angeordneten ersten Rasterelemente 23, also die Feldwaben, in das Beleuchtungsfeld 44 in die Feld-Zwischenebene 18 ab. Hierbei werden die Bilder der ersten Rasterelemente 23 in der Feld-Zwischenebene 18 überlagert.
Das optische Element zur Beeinflussung des Soll-Strahlwinkels des Beleuchtungslichtstrahls 8 ist bei der Ausführung nach 11 ausgebildet als optische Variationsbeschichtung 55 auf den zweiten Rasterelementen 23a der zweiten Rasteranordnung 16. Die Variationsbeschichtung 55 ist dabei auf der der ersten Rasteranordnung 12 zugewandten Seite der zweiten Rasteranordnung 16 aufgetragen. Eine entsprechende optische Beschichtung kann auch auf der Austrittsseite der Rasteranordnung 12 vorgesehen sein.
Jedes der zweiten Rasterelemente 23a kann dabei eine individuelle Transmissionsbeschichtung tragen. Die Transmissionsbeschichtungen sind beispielsweise als Interferenzschichten ausgeführt. Die Dicke der jeweiligen Transmissionsbeschichtung kann durch Ionenstrahlbearbeitung (Ion Beam Figuring, IBF) fein beeinflusst werden.
Die Wirkung einer dieser Transmissionsbeschichtungen, nämlich der Transmissionsbeschichtung 56 des in der 11 unten (Kanal IV) dargestellten zweiten Rasterelements 23a, wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der Ausschnittsvergrößerung nach 12 erläutert.
Das Beleuchtungs-Lichtbündel 48 des Kanals IV wird vom ersten Rasterelement 23 des Kanals IV in Richtung auf das zweite Rasterelement 23a des Kanals IV gebündelt. Ein Zentralstrahl 57 des Beleuchtungs-Lichtbündels 48 wird dabei von dem ersten Rasterelement 23 nicht abgelenkt und trifft daher senkrecht auf die Transmissionsbeschichtung 56 und auf das zweite Rasterelement 23a. Ein Winkel δ₁ zwischen dem Zentralstrahl 57 und einer Tangente zum Auftreffpunkt des Zentralstrahls 57 auf die Transmissionsbeschichtung 56 beträgt daher 90°.
Aufgrund der Krümmung des zweiten Rasterelements 23a ist der Winkel zwischen einem Randstrahl 58 des Beleuchtungs-Lichtbündels 48 und einer Tangente zum Auftreffpunkt dieses Randstrahls 58 auf die Transmissionsbeschichtung 56, δ₂, kleiner als 90°. Daher ist der effektive optische Weg des Zentralstrahls 57 durch die Transmissionsbeschichtung 56 kleiner als der effektive Weg des Randstrahls 58 durch die Transmissionsbeschichtung 56. Die Transmissionsbeschichtung 56 hat also für randseitige Strahlen des Beleuchtungs-Lichtbündels 48 eine andere transmissive Wirkung als für den Zentralstrahl 57. Das Beleuchtungs-Lichtbündel 48 erfährt also eine vom Auftreffort auf das zweite Rasterelement 23a abhängige Transmission. Die Transmissionsbeschichtung 56 ergänzt somit die Strahlwinkel-Beeinflussung des Rastermoduls, also der Rasteranordnungen 12, 16, auf das Strahlungsbündel 8.
Die Transmissionsbeschichtung 56 hat auf dem gesamten zweiten Rasterelement 23a die gleiche Schichtstärke. Diese Konstanz der Schichtstärke über das jeweilige zweite Rasterelement 23a gilt für die gesamte Variationsbeschichtung 55, wobei die Schichtstärken der Transmissionsbeschichtungen 56 für die individuellen zweiten Rasterelemente 23a voneinander verschieden sein können. In diesem Fall ist die gesamte Variationsbeschichtung 55 so ausgeführt, dass sie bei einem bestimmten zweiten Rasterelement 23a eine maximale Schwächung und bei einem anderen zweiten Rasterelement 23a eine minimale Schwächung verursacht.
Die Stärke der Transmissionsbeschichtung 56 ist so gewählt, dass die Transmission der Transmissionsbeschichtung 56 für den Zentralstrahl 57 geringer ist als für die Randstrahlen 58. Ein Intensitätsbeitrag 59 des Kanals IV über das Beleuchtungsfeld 44 in der Feld-Zwischenebene 18 ist in der 11 gestrichelt dargestellt. Im Zentrum des Beleuchtungsfelds 44 ist der Intensitätsbeitrag 59 am geringsten. Zum Rand des Beleuchtungsfelds 44 hin steigt der Intensitätsbeitrag 59 kontinuierlich an und erreicht am Rand des Beleuchtungsfelds 44 den höchsten Wert I₀.
Die Wirkung einer Transmissionsbeschichtung 60 auf dem zweiten Rasterelement 23a des Kanals III ist in der 11 durch einen Intensitätsbeitrag 61 über das Beleuchtungsfeld 44 wiedergegeben. Der Intensitätsbeitrag 61 ist in der 11 strichpunktiert dargestellt. Die Transmissionsbeschich tung 60 des Kanals III hat einen vom Auftreffort auf das zweite Rasterelement 23a des Kanals III abhängigen Effekt, der demjenigen der Transmissionsbeschichtung 56 entspricht. Im Vergleich zur Transmissionsbeschichtung 56 wird bei der Transmissionsbeschichtung 60 der Zentralstrahl des Beleuchtungs-Lichtbündels 47 jedoch nicht so stark geschwächt, sodass die absolute Variation der Intensität beim Intensitätsbeitrag 61 geringer ist. Die Randstrahlen 58 des Kanals III werden wiederum mit einer Intensität I₀ durchgelassen.
Die Wirkung einer Transmissionsbeschichtung 62 auf dem zweiten Rasterelement 23a des Kanals II ist in der 11 durch einen Intensitätsbeitrag 63 über das Beleuchtungsfeld 44 wiedergegeben. Die Transmissionsbeschichtung 62 ist dabei so ausgeführt, dass das Beleuchtungs-Lichtbündel 46 unabhängig von seinem Auftreffort auf die Transmissionsbeschichtung 62 mit gleicher Intensität transmittiert wird. Der Intensitätsbeitrag 63 ist dabei jeweils I₀, unabhängig vom Ort auf dem Beleuchtungsfeld 44.
Im Kanal I ist auf dem zweiten Rasterelement 23a wiederum eine Transmissionsbeschichtung 56 entsprechend der Transmissionsbeschichtung 56 des Kanals IV aufgetragen. Das Beleuchtungs-Lichtbündel 45 wird vom Rastermodul 13 nach 11 genauso beeinflusst wie das Beleuchtungs-Lichtbündel 48, sodass auch das Beleuchtungs-Lichtbündel 45 einen Intensitätsbeitrag entsprechend dem Intensitätsbeitrag 59 über das Beleuchtungsfeld 44 liefert.
Die Unterschiede in der transmissiven Wirkung der Transmissionsbeschichtungen 56, 60 und 62 können durch unterschiedliche Schichtstärken der Transmissionsbeschichtungen oder durch unterschiedliche Materialien, die für diese Transmissionsbeschichtungen eingesetzt werden, erzielt wer den. Unterschiede können auch durch unterschiedliche Materialabfolgen der Transmissionsbeschichtungen, die üblicherweise mehrschichtig ausgeführt sind, erreicht werden.
13 zeigt schematisch eine Aufsicht auf die zweite Rasteranordnung 16 des Rastermoduls 13 nach 11 mit einer beispielhaften Verteilung von Rasterelementen 23a mit den Transmissionsbeschichtungen 56, 60, 62. Gegenüberliegende Randstreifen 64 der zweiten Rasteranordnung 16 sind mit zweiten Rasterelementen 23a ausgeführt, die jeweils Transmissionsbeschichtungen mit der optischen Wirkung der Transmissionsbeschichtung 56 der Kanäle I, IV nach 11 tragen. Jeder der Randstreifen 64 weist dabei eine Mehrzahl von zweiten Rasterelementen 23a, also eine Mehrzahl von Kanälen, auf. Die beiden Randstreifen 64 erzeugen über das Beleuchtungsfeld 44 einen Intensitätsbeitrag, der dem Intensitätsbeitrag 59 nach 11, multipliziert mit der Anzahl der Kanäle in den Randstreifen 64, entspricht, wie in der 13 angedeutet. Die beiden Randstreifen 64 verlaufen längs einer Scanrichtung y der Projektionsbelichtungsanlage 1.
Ein Zentralstreifen 65, der sich zwischen den beiden Randstreifen 64 erstreckt, weist zweite Rasterelemente 23a auf, deren Transmissionsbeschichtungen die optische Wirkung der Transmissionsbeschichtung 62 des Kanals 11 in 11 haben. Der Zentralstreifen 65 ist mehr als doppelt so wie breit wie die Randstreifen 64. Der Zentralstreifen 65 trägt mit Intensitätsbeiträgen zur Gesamtintensität im Beleuchtungsfeld 44 bei, die, multipliziert mit der Anzahl der Kanäle im Zentralstreifen 65, dem Intensitätsbeitrag 63 entsprechen, wie in der 13 angedeutet.
Zwischen dem Zentralstreifen 65 und den beiden Randstreifen 64 ist jeweils noch ein Zwischenstreifen 66 angeordnet. Die Breite der Zwischen streifen 66, die ebenfalls parallel zur Scanrichtung y verlaufen, ist geringer als die Breite der Randstreifen 64. Die beiden Zwischenstreifen 66 sind mit zweiten Rasterelementen 23a ausgeführt, deren Transmissionsbeschichtungen die optische Wirkung der Transmissionsbeschichtung 60 des Kanals III nach 11 haben. Die zweiten Rasterelemente 23a der Zwischenstreifen 66 tragen daher zur Intensität über das Beleuchtungsfeld 44 mit Intensitätsbeiträgen 61 bei.
Im Beleuchtungsfeld 44 und nachfolgend im Objektfeld 3 in der Retikelebene 4 führen die randseitigen Beleuchtungs-Lichtbündel, also z. B. die Beleuchtungs-Lichtbündel 45 und 48 nach 11, zu einer randseitigen Intensitäts-Überhöhung. Hierdurch können Effekte innerhalb des Beleuchtungssystems 5 und/oder innerhalb des Projektionsobjektivs 21 korrigiert oder kompensiert werden.
14 zeigt den orts- bzw. auftreffwinkelabhängigen Intensitätsbeitrag für verschiedene Schichtdicken von Transmissionsbeschichtungen der Variationsbeschichtung 55.
Die Transmissionsbeschichtung ist dabei aus einem Material bzw. einer Materialabfolge hergestellt, die bei einer Schichtdicke der Transmissionsbeschichtung von 75 nm einen Intensitätsbeitrag von I_max = 1 liefert. Eine Transmissionsbeschichtung mit Schichtstärke von 75 nm über das zweite Rasterelement 23a kann also als Transmissionsbeschichtung 62 für den Zentralstreifen 65 herangezogen werden.
Die nachfolgend erläuterten Transmissionsbeschichtungen unterscheiden sich von der soeben erläuterten Transmissionsbeschichtung nur hinsichtlich ihrer Schichtstärke.
Eine Transmissionsbeschichtung mit einer konstanten Schichtstärke von 82 nm führt zu einem Intensitätsbeitrag, der dem Intensitätsbeitrag 61 nach 11 entspricht. Für den Zentralstrahl 57 ergibt diese 82 nm-Transmissionsbeschichtung eine Transmission von 0,98. Für die Randstrahlen 58 ergibt sich eine Transmission von 0,99. Mit der 82 nm-Beschichtung können die zweiten Rasterelemente 23a der Zwischenstreifen 66 beschichtet sein.
Eine Transmissionsbeschichtung mit einer Schichtstärke von 85 nm führt zu einem Intensitätsbeitrag, der dem Intensitätsbeitrag 59 in der 11 entspricht. Die Transmission für den Zentralstrahl 57 beträgt etwa 0,967. Die Transmission für die Randstrahlen 58 beträgt etwa 0,98. Diese 85 nm-Transmissionsbeschichtung kann für die beiden Randstreifen 64 herangezogen werden.
Dargestellt sind in der 14 auch noch andere vielversprechende Schichtstärken-Varianten für Transmissionsbeschichtungen der Variationsbeschichtung 55. Eine Transmissionsbeschichtung mit der Schichtstärke 68 nm hat für den Zentralstrahl 57 eine Transmission von etwa 0,992 und für die Randstrahlen 58 eine Transmission von 0,99 (vgl. Intensitätsbeitrag 67). Hier ist die Transmission für den Zentralstrahl also höher als für die Randstrahlen. Dies kann für eine alternative zweite Rasteranordnung herangezogen werden, bei der in einem Zentralstreifen die Zentralstrahlen im Vergleich zu den Randstrahlen eine höhere Transmission erfahren und in den Randstreifen eine für Rand- und Zentralstrahlen gleichbleibende Transmission oder aber eine Transmission bereitgestellt wird, die für die Zentralstrahlen geringer ist als für die Randstrahlen.
In der 14 weiterhin dargestellt ist ein Intensitätsbeitrag 68 einer 61 nm-Schicht. Dort ist die Transmission für den Zentralstrahl etwa bei 0,964 und für die Randstrahlen etwa bei 0,966.
Bei einer 89 nm-Schicht ist die Transmission für den Zentralstrahl 57 etwa bei 0,946 und für die Randstrahlen 58 etwa bei 0,966. Eine Kombination aus Schichten mit den Intensitätsbeiträgen 68 und 69 kann daher für ein Rasterelement mit einer dem Rasterelement nach 13 entsprechenden Wirkung verwendet werden, da sich die Intensitätsbeiträgen 68 und 69 für die Randstrahlen praktisch nicht unterscheiden und den stärksten Unterschied für die Zentralstrahlen haben. Die zweite Rasteranordnung 16 kann beispielsweise im Zentralstreifen 65 mit der 61 nm-Schicht mit dem Intensitätsbeitrag 68 und in den Randstreifen 64 mit 89 nm-Transmissionsbeschichtungen mit den Intensitätsbeiträgen 69 versehen sein.
Anstelle eines Effekts der verschiedenen Transmissionsbeschichtungen 56, 60, 62 der Variationsbeschichtung 55 auf die Transmission kann die Variationsbeschichtung 55 auch mit entsprechend verschiedenen Phasenbeschichtungen versehen sein, die unterschiedliche Beeinflussungen der Phasen der Beleuchtungs-Lichtbündel in den verschiedenen Kanälen des Rastermoduls 13 erzeugen. Unterschiedlich phasenbeeinflussende Beschichtungen können wiederum in Abschnitten z. B. der zweiten Rastanordnung 16 vorgesehen sein, wie am Beispiel der 13 beschrieben.
Die Variationsbeschichtung 55 kann auch auf der ersten Rasteranordnung 12 angebracht sein. Dabei ist bevorzugt, die Variationsbeschichtung 55 auf der der zweiten Rastanordnung 16 zugewandten Seite der ersten Rasteranordnung 12 aufzubringen. Alternativ ist es möglich, sowohl auf der ersten Rasteranordnung 12 als auch auf der zweiten Rasteranordnung 16 Teilbe schichtungen der Variationsbeschichtung aufzutragen, deren optische Wirkungen sich zur Gesamtwirkung der Variationsbeschichtung 55 ergänzen.
Schließlich ist es möglich, die Variationsbeschichtung 55 nur abschnittsweise auf den Rasteranordnungen 12, 16 des Rastermoduls 13 aufzutragen, um dort eine definierte auftreffortabhängige optische Wirkung zu erzeugen, während in dem nicht beschichteten Abschnitten gerade keine auftreffortabhängige Wirkung resultieren soll.
Anstelle der Unterteilung z. B. der zweiten optischen Rasteranordnung 16 in fünf Streifen 64, 66, 65, 66, 64 mit unterschiedlicher optischer Wirkung kann auch eine andere Unterteilung gewählt werden. Insbesondere kann eine senkrecht zur Scanrichtung y, also in x-Richtung, kontinuierlich variierende optische Wirkung gewählt werden, bei der z. B. die Übergänge zwischen einem Zentralstreifen 65 und benachbarten Streifen hinsichtlich ihrer optischen Wirkung auf die Beleuchtungsintensität über das Beleuchtungsfeld fließend und nicht stufenförmig sind. Auch eine Unterteilung in beispielsweise zwei Streifen, drei Streifen, vier Streifen oder in mehr als fünf Streifen ist möglich. Auch die relative Breite der Streifen zueinander kann unterschiedlich sein. So kann der Zentralstreifen 65 gegenüber den randseitigen Streifen 64, 66 schmäler ausgeführt sein als in Beispiel nach 13 dargestellt.
Die Beleuchtung jedes Feldpunktes des Beleuchtungsfelds 3, abhängig von der x-Koordinate, kann durch eine charakteristische Größe E(x) beschrieben werden, die eine Maßgröße für die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung aus unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln darstellt. Diese Größe hängt von den Intensitäten I_Q, integriert über vier Quadranten Q₁ bis Q₄ der zweiten Rasteranordnung 16, ab und ist folgendermaßen definiert: E(x) = ((IQ1(x) + IQ3(x))/(IQ2(x) + IQ4(x)) – 1) × 100%.
Die Größe E(x) wird auch als Elliptizität bezeichnet.
Die vorstehend beschriebene zusätzlich optisch wirkende Einrichtung kann so ausgeführt sein, dass die Elliptizität E(x) in x-Richtung über das Objektfeld 3 um weniger als +/–1% variiert.
15 zeigt eine weitere Ausführung einer Variationsbeschichtung 70 auf einem Rasterelement 23 bzw. 23a des Rastermoduls 13. Die Variationsbeschichtung ist nur auf einer Hälfte der eintrittsseitigen Oberfläche des Rasterelements 23, 23a aufgetragen, sodass ein erster Teilstrahl 71, der auf das Rasterelement 23, 23a auftrifft, die Variationsbeschichtung 70 durchtritt. Ein zweiter Teilstrahl 72 des Beleuchtungslichtstrahls 8 trifft das Rasterelement 23, 23a hingegen in einem unbeschichteten Bereich der eintrittsseitigen Oberfläche. Die Variationsbeschichtung 70 ist als Antireflexbeschichtung für die Wellenlänge des Beleuchtungslichts 8 ausgeführt. Dementsprechend durchtritt der erste Teilstrahl 71 die Variationsbeschichtung 70 und die nachfolgende Eintrittsfläche des Rasterelements 23, 23a praktisch verlustfrei, wohingegen der zweite Teilstrahl 72 einen Reflexionsverlust von beispielsweise 4% seiner Lichtleistung erfährt.
Die Wirkung der Variationsbeschichtung 70 über das Beleuchtungsfeld 44 verdeutlicht 16. Ab der Mitte des Beleuchtungsfeldes 44 (x = 0) in 16 nach oben hin hat der Beleuchtungslichtstrahl 8 wie der erste Teilstrahl 71 die Variationsbeschichtung 70 passiert, sodass das Beleuchtungsfeld 44 über den Kanal, der dem Rasterelement 23, 23a mit der Variationsbeschichtung 70 zugeordnet ist, mit einer Intensität I₀ beleuchtet wird. In der
16 unterhalb von x = 0 wird das Beleuchtungsfeld 44 über den Kanal des Rasterelements 23, 23a mit der Variationsbeschichtung 70 mit Lichtstrahlen des Beleuchtungslichts 8 beleuchtet, die, da sie den unbeschichteten Abschnitt der eintrittsseitigen Fläche des Rasterelements 23, 23a durchtreten, Reflexionsverluste erleiden. Die in der 16 untere Hälfte des Beleuchtungsfelds 44 wird daher über diesen Kanal mit einer Intensität I₁ beleuchtet, für die näherungsweise gilt: I₁ = 0,96 × I₀. Mit der einfach aufgebauten Variationsbeschichtung 70 lässt sich also eine über das Beleuchtungsfeld 44 variierende Intensitätsverteilung erzeugen. Natürlich kann die Variationsbeschichtung 70 auch austrittsseitig auf den Rasterelementen 23, 23a aufgebracht sein. Zudem können sich ein- und austrittseitige Variationsbeschichtungen nach Art der Variationsbeschichtung 70 in ihrer feldabhängigen Wirkung ergänzen.
17 zeigt zwei weitere Varianten von Variationsbeschichtungen. Eine erste dieser Varianten, die Variationsbeschichtung 73, ist in der oberen Hälfte der 17 auf einem Rasterelement dargestellt. Bei dem Rasterelement kann es sich wiederum um eines der Rasterelemente 23 bzw. 23a handeln. Die Variationsbeschichtung 73 hat eine abhängig vom Auftreffort auf das Rasterelement 23, 23a variierende Schichtdicke. Im Zentrum des Rasterelements 23, 23a ist die Schichtdicke der Variationsbeschichtung 73 am größten. Die Schichtdicke der Variationsbeschichtung 73 fällt zum Rand hin kontinuierlich ab. Entsprechend variiert die Transmission der Variationsbeschichtung 73 für das Beleuchtungslicht 8 vom Zentrum hin zum Rand. Diese Transmission kann vom Zentrum hin zum Rand zu- oder abnehmen. Weiterhin ist es möglich, die Schichtdicke der Variationsbeschichtung 73 so zu gestalten, dass die Variation in einen annularen Abschnitt um das Zentrum des Rasterelements 23, 23a am größten ist, wobei sie einerseits zum Zentrum des Rasterelements 23, 23a hin und andererseits zum Rand des Rasterelements 23, 23a hin kontinuierlich abnimmt. Entsprechend dieser Transmissionsvariation, die durch die Variationsbeschichtung 73 hervorgerufen wird, resultiert eine vom diesem Rasterelement 23, 23a zugeordneten Kanal hervorgerufene feldabhängige Intensitätsvariation entsprechend dem, was vorstehend zum Beispiel in Bezug auf die 11 erläutert wurde.
Die untere Hälfte der 17 zeigt eine weitere Ausführung einer Variationsbeschichtung 74. Diese hat eine Schichtabfolge, die abhängig vom Auftrittsort des Beleuchtungslichts 8 auf dem Rasterelement 23, 23a variiert. Die Variationsbeschichtung 74 hat eine Schichtabfolge mit einer ersten Grundschicht 75, mit der die gesamte Eintrittsfläche des Rasterelements 23, 23a beschichtet ist. Auf die Grundschicht 75 aufgetragen ist eine erste Zwischenschicht 76, die nicht bis ganz zum Rand des Rasterelements 23, 23a hin ausgeführt ist, sodass ein randseitiger ringförmiger Abschnitt des Rasterelements 23, 23a nur mit der Grundschicht 75 beschichtet ist. Die erste Zwischenschicht 76 trägt eine zweite Zwischenschicht 77, die wiederum nicht bis zum Rand der ersten Zwischenschicht 76 hin ausgeführt ist, sodass jenseits des Randes der zweiten Zwischenschicht 77 ein ringförmiger Abschnitt des Rasterelements 23, 23a vorliegt, der nur mit der Grundschicht und der ersten Zwischenschicht 76 beschichtet ist. Die zweite Zwischenschicht 77 trägt in einem zentralen Abschnitt des Rasterelements 23, 23a eine Deckschicht 78. Diese ist wiederum nicht bis zum Rand der zweiten Zwischenschicht 77 hin ausgeführt, sodass jenseits des Randes der Deckschicht 78 ein ringförmiger Abschnitt des Rasterelements 23, 23a vorliegt, in dem dieser von der Grundschicht 75 sowie der ersten und der zweiten Zwischenschicht 76, 77 beschichtet ist. Die Schichten 75 bis 78 haben die gleiche Schichtstärke. Diese Schichtstärke ist so auf die Wellenlänge des Beleuchtungslichts 8 abgestimmt, dass je nachdem, ob das Be leuchtungslicht 8 eine, zwei, drei oder vier Schichten 75 bis 78 der Variationsbeschichtung 74 durchtreten muss, das Beleuchtungslicht 8 eine unterschiedliche Transmission erfährt. Die Transmission kann beispielsweise im Bereich der Deckschicht 78 am größten sein und stufenweise bis hin zum Bereich der Grundschicht 75 abfallen. Auch ein genau umgekehrter Transmissionsverlauf, der randseitig am größten und im Zentralbereich der Deckschicht 78 am geringsten ist, ist möglich. Schließlich ist auch bei der Variationsbeschichtung 74 ein Transmissionsverlauf möglich, der beispielsweise im Bereich einer der Zwischenschichten 76, 77 die größte Transmission aufweist, wobei die Transmission sowohl zum Rand als auch zum Zentrum des Rasterelements 23, 23a hin abfällt. Die Variationsbeschichtung 74 hat insgesamt vier Einzelschichten 75 bis 78. Auch eine andere Anzahl von Einzelschichten ist möglich. Es können beispielsweise zwei oder drei oder mehr als vier Einzelschichten vorgesehen sein, zum Beispiel 5, 10 oder auch deutlich mehr Einzelschichten wie zum Beispiel 50 oder 100 Einzelschichten. Der randseitige Abschluss der Einzelschichten kann, wie in der 17 unten dargestellt, stufenförmig sein. Alternativ kann auch ein kontinuierlicher randseitiger Übergang der Einzelschichten hin zur darunter liegenden Trägerschicht vorgesehen sein, was zu einem entsprechenden kontinuierlichen Übergang beim Transmissionsverlauf führt. Je nach der Ausgestaltung der Übergänge kann so ein stufenförmiger Transmissionsverlauf, ein stufenförmiger Transmissionsverlauf mit kontinuierlichen Übergängen oder auch, bei einer entsprechend großen Anzahl von Einzelschichten, ein insgesamt kontinuierlicher Transmissionsverlauf eingestellt werden.
Die vorstehend erläuterten, verschiedenen Ausgestaltungen von optischen Elementen mit einer optisch beschichteten räumlichen optischen Struktur können, soweit sie einzelnen Rasterelementen 23, 23a 1:1 zugeordnet sind, für einzelne Rasterelemente 23, 23a, für eine Mehrzahl von Rasterelementen 23, 23a, insbesondere in zusammenhängenden Bereichen des Rastermoduls 13, oder für alle Rasterelemente 23, 23a vorgesehen sein.
18 bis 22 zeigen eine weitere Ausführung einer Projektionsbelichtungsanlage 81 mit weiteren Ausführungen von optischen Elementen zur Vorgabe einer über einen Bündelquerschnitt eines Beleuchtungslichtstrahls 8 vorgegebenen Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung. Komponenten und Bezugsgrößen, die vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 17 schon erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. Abgesehen von den optischen Beschichtungen diffraktiver optischer Elemente entspricht die Ausführung nach den 18 bis 22 einem Beleuchtungssystem, welches in der DE 195 20 563 A1 beschrieben ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 81 kann wie die Projektionsbelichtungsanlage 1 als Wafer-Stepper oder als Wafer-Scanner ausgebildet sein.
Bei der Projektionsbelichtungsanlage 81 kommt als Lichtquelle 6 ein KrF-Excimer-Laser mit 248 nm Wellenlänge zum Einsatz. Als Strahlaufweitungsoptik 7 wird bei der Projektionsbelichtungsanlage 81 eine Spiegelanordnung eingesetzt, die beispielsweise in der DE 41 24 311 beschrieben ist. Diese Spiegelanordnung dient zur Kohärenzreduktion und zur Vergrößerung des Strahlquerschnitts des Beleuchtungslichtstrahls 8 auf ein rechteckiges Bündel mit Seitenlängen von 35 ± 10 mm und 10 ± 5 mm.
Ein diffraktives optisches Rasterelement (DOE) 82 liegt in der Objektebene eines Objektivs 83, in dessen Austrittspupille ein zweites diffraktives optisches Rasterelement (DOE) 84 angeordnet ist. Die Funktion des DOE 82 entspricht derjenigen des DOE 9 bei der Projektionsbelichtungsanlage 1 nach 1. Die Funktion des DOE 84 entspricht derjenigen des Rastermoduls 13 der Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 nach 1. Das DOE 82 trägt austrittsseitig eine optische Beschichtung 82a. Das DOE 84 trägt austrittsseitig eine optische Beschichtung 84a.
Das Objektiv 83 ist ein aufweitendes Zoom-Objektiv mit Linsen 85, 86 in Galilei-Teleskop-Anordnung und zwischen den Linsen 85, 86 angeordnetem, integriertem Axicon-Paar 87. Die Brennweite des Objektivs 83 liegt im Bereich 600 mm bis 2.000 mm, erlaubt also einen Zoom um mehr als einen Faktor 3. Das DOE 84 kann also mit um einen Faktor 3 unterschiedlichen Querschnitten des Beleuchtungslichtstrahls 8 beleuchtet werden, sodass mit dem Beleuchtungssystem 5 der Projektionsbelichtungsanlage 81 konventionelle Beleuchtungen mit Füllfaktoren 0,3 ≤ σ ≤ 0,9 erzeugt werden können. Der Durchmesser des Beleuchtungslichtstrahls 8 am DOE 84 nimmt dann Werte beispielsweise zwischen 50 mm und 100 mm ein.
Durch Verstellen des Abstandes zwischen den Elementen des Axicon-Paars 87 lassen sich zudem angepasste Ringaperturbeleuchtungen einstellen. Wenn die Axicon-Elemente nicht als rotationssymmetrische Kegelflächen, sondern beispielsweise als Pyramidenflächen oder Flächen mit anderer als vierzähliger Symmetrie ausgebildet sind, lassen sich Quadrupol- oder anderweitige Multipol-Beleuchtungen erzeugen.
Das DOE 82 führt bei den kanalweisen Beleuchtungs-Lichtbündeln des Beleuchtungslichtstrahls 8 eine Divergenz von etwa 1,43° (NA = 0,025) ein. An diese Divergenz angepasst ist die eingangsseitige numerische Apertur des Objektivs 83. Die optische Beschichtung 82a sorgt dabei dafür, dass der Beleuchtungslichtstrahl 8 nach Durchgang durch das DOE 82 innerhalb seiner Randstrahlen eine in ihrer Intensität über den Bündelquer schnitt gleichmäßige Strahlwinkelverteilung aufweist. Die Wirkung der optischen Beschichtung 82a ist dabei eine Kombination der Plateau-Wirkung, die vorstehend im Zusammenhang mit den 3 bis 5 beschrieben wurde, und der Bandpass-Wirkung, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 6 und 7 erläutert wurde.
Das DOE 84 erzeugt eine Divergenz des einfallenden Bündels je nach Ausführung zwischen 0,5° und 7°. Die Divergenzwirkung ist dabei anamorphotisch mit einem von 1 verschiedenen Aspektverhältnis zwischen aufeinander senkrecht stehenden Hauptebenen. Die Plateau- und Bandpass-Wirkung der Beschichtung 84a entspricht dabei derjenigen der Beschichtung 82a des DOE 82.
Eine Einkoppeloptik 88, die dem beschichteten DOE 84 nachgeordnet ist, überträgt den Beleuchtungslichtstrahl 8 auf eine Eintrittsfläche 89 eines Glasstabs 90. Die Funktion der Einkoppeloptik 88 entspricht der des Kondensors 17 beim Beleuchtungssystem 5 nach 1. Der Glasstab 90 mischt und homogenisiert den Beleuchtungslichtstrahl 8 durch mehrfache innere Reflexion. Unmittelbar benachbart zu einer Austrittsfläche 91 des Glasstabs 90 liegt eine Zwischenfeldebene 92. In dieser ist ein Reticle-Masking-System (REMA) 93 angeordnet. Hierbei handelt es sich um eine verstellbare Feldblende. Die Öffnung des REMA 93 und der Querschnitt des Glasstabs 90 sind genau an die Form des Beleuchtungsfeldes 3 der Projektionsbelichtungsanlage 81 angepasst. Dem REMA 93 folgt im Strahlengang des Beleuchtungslichtstrahls 8 ein Objektiv 94. Letzteres bildet die Zwischenebene 92 in die Retikelebene 4 ab.
Das Objektiv 94 hat Linsengruppen 95, 96, 97, diesen nachgelagert einen Umlenkspiegel 98 und diesem nachgelagert eine weitere Linsengruppe 99.
Die beiden diffraktiven optischen Elemente 82, 84 mit den Beschichtungen 82a, 84a sind zusammen mit den dem Glasstab 90 vorgeordneten optischen Komponenten so ausgeführt, dass die Eintrittsfläche 89 möglichst homogen und mit hohem Wirkungsgrad ausgeleuchtet wird. Das erste DOE 82, das zusammen mit der optischen Beschichtung 82a als pupillendefinierendes Element (PDE) dient, verändert den Beleuchtungslichtstrahl 8 durch vorgegebene Strahlwinkel-Beeinflussung in seiner Divergenz derart, dass sich am Ort des zweiten DOE 84 je nach gewünschtem Beleuchtungssetting eine angenäherte Kreis-, Ring-, Dipol-, Quadrupol- oder anderweitige Multipolverteilung ergibt.
Das zweite DOE 84 führt zusammen mit der optischen Beschichtung 84a durch entsprechende Strahlwinkel-Beeinflussung des Beleuchtungslichtstrahls 8 eine Divergenz von einzelnen Winkelgraden ein. Die Wirkung des zweiten DOE 84 ist derart anamorphotisch, dass eine Divergenz mit einem Aspektverhältnis erzeugt wird, welches dem Aspektverhältnis der Eintrittsfläche 89 des Glasstabs 90 entspricht. Ein derartiges Aspektverhältnis kann beispielsweise 1:1,3 betragen. Die in der Pupillenebene, in der das zweite DOE 84 angeordnet ist, durch das zweite DOE 84 zusammen mit der optischen Beschichtung 84a erzeugte Strahlwinkel- bzw. Divergenzverteilung wird durch die Einkoppeloptik 88 in eine Feldverteilung übertragen, die genau der Form und der Größe der Eintrittsfläche 89 entspricht. Zusammen mit dem Glasstab 90 dient das zweite DOE 84 mit der optischen Beschichtung 84a daher als felddefinierendes Element (FDE).
19 zeigt eine Ausgestaltung eines einzelnen Rasterelements 100 des ersten DOE 82. Das Rasterelement 100 ist sechseckig und hat einen typischen Seitenabstand von r = 1 mm. Die Rasterelemente 100 sind honigwa benartig zu dem zweidimensionalen DOE 82 zusammengesetzt. Ein durch das erste DOE 82 erzeugtes Beugungsmuster hat bei diesem Seitenabstand r und der Laserwellenlänge Lambda = 248 nm eine Periodizität Lambda/r von 2,48·10^–4, entsprechend einem Periodizitäts-Beugungswinkel von 0,014°. Störungen durch Interferenzen entstehen daher nicht, weil der Beleuchtungslichtstrahl 8, der das erste DOE 82 durchtritt, eine Kohärenz von unter 1 mm und austrittsseitig eine um Größenordnungen größere Divergenz hat. Die den einzelnen Rasterelementen 100, also den Kanälen des ersten DOE 82 zugeordneten Beleuchtungs-Lichtbündel des Beleuchtungslichtstrahls 8 stören sich daher nicht.
Das Rasterelement 100 ist als beugende konkave Fresnel-Linse ausgeführt. Das Rasterelement 100 hat acht ringförmige Stufen 101, von denen in der 19 vier Stufen dargestellt sind. Jede der Stufen hat in Strahlrichtung des Beleuchtungslichtstrahls 8 eine Dicke von (π/4) Lambda. Beim Doe 82 sind alle Rasterelemente 100 gleich ausgeführt. Alternativ ist es möglich, die Strukturen über zusammenhängende Bereiche des DOE 82 mit unterschiedlich beugender Wirkung der Fresnel-Linsen auszugestalten. Die Rasterelemente 100 werden durch Fotolithografie und nachfolgendes Ätzen hergestellt.
Das Rasterelement 100 erzeugt aus einem kollimiert einfallenden Beleuchtungslicht-Bündel ein divergentes Lichtbündel mit einem Divergenzwinkel von 1,43°. Die numerische Apertur des Rasterelements 100 beträgt daher 0,025. Eine Vielzahl der Rasterelemente 100 ist zum DOE 82 zusammengesetzt, welches die gesamte Querschnittsfläche des ankommenden Beleuchtungslichtstrahls 8 überdeckt. Der Beugungswirkungsgrad des DOE 82 liegt bei über 80%. Aufgrund der kombinierten Fernfeldwirkung des DOE 82 und der optischen Beschichtung 82a ist die bei einer konventionel len Beleuchtungssetting-Einstellung des Objektivs 94 am Ort des zweiten DOE 84 ankommende radiale Intensitätsverteilung sehr gut an eine Rechteckfunktion angenähert.
Das zweite DOE 84 ist als Scheibe mit einem Durchmesser von 50 bis 100 mm ausgebildet. Das zweite DOE 84 hat eine anamorphotische Wirkung. Es ist aus zweidimensional, also zeilen- und spaltenweise, aneinander gereihten rechteckigen Rasterelementen 102 mit interner rotationssymmetrischer Struktur aufgebaut, von denen eines in der 20 schematisch in einer Aufsicht dargestellt ist. Das Rechtecks-Seitenverhältnis x/y des Rasterelements 102 entspricht den x/y-Aspektverhältnis der Eintrittsfläche 89 des Glasstabs 90 und der auf dem Retikel in der Retikelebene 4 ausgeleuchteten Fläche. Beim in der 20 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt das Zeitenverhältnis x/y jedes Rasterelements 102 1,5 mm/2 mm. Aufgrund dieser Dimensionen der Rasterelemente 102 ist, entsprechend dem, was vorstehend zu den Rasterelementen 100 ausgeführt wurde, eine Störung zwischen benachbarten Beleuchtungs-Lichtbündeln des Beleuchtungslichtstrahls 8, die das DOE 84 durchtreten, ausgeschlossen.
Die Rasterelemente 102 sind ebenfalls beugende Fresnel-Linsen mit einer negativen Brennweite von typisch –10,5 mm. Diese Fresnel-Linsen sind hergestellt als Grauton-Linsen mit einem Dickenverlauf, der im Querschnitt in der 21 dargestellt ist. Die Dicke ringförmiger Stufen 103, 104, 105 des Rasterelements 102 variiert jeweils um einen Betrag von (6π)·Lambda. 21 zeigt einen Querschnitt durch das Rasterelement 102 nach 20 in x-Richtung. Die vom individuellen Rasterelement 102 erzeugte Divergenz liegt, abhängig von der Brennweite der Fresnel-Linse und von der Wirkung der optischen Beschichtung 84a, bei 0,5° bis 7° mit einem x/y-Aspektverhältnis entsprechend dem Aspektverhältnis der Ein trittsfläche 89 des Glasstabs 90. Bei einem Aspektverhältnis x/y von 1/1,3 ist die Divergenz in x-Richtung um einen Faktor 1,3 größer als in y-Richtung. Beispielsweise kann in x-Richtung eine Divergenz von 6,5° und in y-Richtung eine Divergenz von 5° vorliegen.
Alternativ können die Rasterelemente 100, 102, wie im Querschnitt der 22 gezeigt, als binäre diffraktive Phasenprofil-Linsen gestaltet werden. In diesem Fall sind ringförmige Stege 106 mit einheitlicher Höhe π Lambda, aber unterschiedlicher Stegbreite und unterschiedlichem Abstand zwischen benachbarten Stegen 106 als beugende Strukturen vorhanden.
Das zweite DOE 84 hat kombiniert mit der optischen Beschichtung 84a eine Wirkung derart, dass in der Anordnung nach 18 in der Eintrittsfläche 89 des Glasstabs 90 eine homogene Intensitätsverteilung erzielt wird. Diese Intensitätsverteilung weist sowohl in x- als auch in y-Richtung jeweils eine angenäherte Rechteckfunktion mit abschnittsweise konstantem Plateaubereich und hoher Kantensteilheit auf.
Alternativ zu den diffraktiven optischen Rasterelementen 100, 102 können auch refraktive Linsenraster eingesetzt werden, wie oben im Zusammenhang mit den Rasteranordnungen 12, 16 beschrieben.
Die Rasterelemente 23, 23a, 100, 102 können selbsttragend ausgeführt oder auf einer Trägerschicht aufgebracht sein. Die optische Beschichtung 24, 24', 55, 82a, 84a kann auf den Rasterelementen selbst oder auf der Trägerschicht aufgebracht sein. Soweit die optische Struktur nur auf einer Seite des Rasterelements, also eintritts- oder austrittsseitig aufgebracht ist, kann die optische Beschichtung auf der gleichen Seite, auf der gegenüberliegenden Seite oder es können zwei sich in ihrer optischen Wirkung ergänzende optische Beschichtungen eintritts- und austrittsseitig vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, die diffraktiven oder refraktiven räumlichen optischen Strukturen eintritts- und austrittsseitig am jeweiligen Rasterelement anzubringen.
Im Allgemeinen erzeugen die optischen Beschichtungen 24, 24', 55, 82a, 84a auf den Rasterelementen jeweils vom Auftrittsort auf den Rasterelementen abhängig eine maximale Schwächung und eine minimale Schwächung des jeweils auf das Rasterelement auftreffenden Beleuchtungs-Lichtbündels des Beleuchtungslichtstrahls 8. Der Unterschied in der Schwächung zwischen benachbarten Rasterelementen ist, soweit ein derartiger Unterschied besteht, in der Regel klein gegenüber der Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Schwächung, die durch ein individuelles Rasterelement herbeigeführt wird. Die Variation der optischen Eigenschaften der Rasterelemente über die Rasteranordnungen ist daher über zusammenhängende Bereiche der Rasteranordnungen gering. Zwischen einander angrenzenden Abschnitten der Rasteranordnungen, zum Beispiel zwischen den Streifen 64 bis 66 der Rasteranordnung 16 nach 13, können hingegen scharfe Übergänge und große Unterschiede zwischen den optischen Eigenschaften der Rasterelemente vorliegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19520563 A1 [0002, 0102]
- DE 4124311 [0103]

Claims

Optisches Element zur Beeinflussung eines über einen Bündelquerschnitt vorgegebenen Soll-Strahlwinkels eines auf das optische Element treffenden Strahlungsbündels (8; 26) – mit einer räumlichen optischen Struktur (9; 12, 16; 82; 84), die bei Beaufschlagung mit dem Strahlungsbündel (8; 26) einen ersten Anteil der Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung verursacht, – mit einer optischen Beschichtung (24; 24'; 55; 70; 73; 74; 82a; 84a), die auf der räumlichen optischen Struktur (9; 12, 16; 82; 84) oder einer die räumliche optische Struktur (9; 12, 16; 82; 84) tragenden Trägerschicht aufgebracht ist, wobei die optische Beschichtung (24; 24'; 55; 82a; 84a) bei Beaufschlagung mit dem Strahlungsbündel (8; 26) Anteile des Strahlungsbündels (8) über den Bündelquerschnitt gezielt schwächt und somit einen zweiten Anteil der Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung verursacht, – wobei die optischen Wirkungen der räumlichen optischen Struktur (9; 12, 16; 82; 84) und der optischen Beschichtung (24; 24'; 55; 82a; 84a) derart sind, dass sie sich zur Soll-Strahlwinkel-Beeinflussung ergänzen.
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche optische Struktur (9; 100; 102) diffraktiv wirkt.
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche optische Struktur (12, 16) refraktiv wirkt.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung (24; 24'; 55; 82a; 84a) als Interferenzbeschichtung ausgebildet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche optische Struktur (9; 12, 16; 82; 84) als Mehrzahl von Rasterelementen ausgebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung (24; 24'; 55; 82a; 84a) derart ausgeführt ist, – dass sie bei einem der Rasterelemente an einem ersten Auftreffort eine maximale Schwächung und beim selben Rasterelement an einem zweiten Auftreffort eine minimale Schwächung für das auftreffende Strahlungsbündel (8) verursacht, – wobei der Unterschied in der Schwächung zwischen benachbarten Rasterelementen (100; 102) klein ist gegenüber der Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Schwächung.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung (24; 24'; 55; 82a; 84a) derart ausgeführt ist, dass sie eine Schwächung erzeugt, die zu einer Korrektur der durch die räumliche optische Struktur (9; 12, 16; 82; 84) erzeugten Strahlwinkel-Beeinflussung führt.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche optische Struktur (9; 12, 16; 82; 84) derart ausgeführt ist, dass sie jeweils eine Formfeldverteilung (32) des einfallenden Strahlungsbündels (8) erzeugt, – bei der an einem ersten Ort (±x₁) des Fernfeldes eine erste Intensität und an einem zweiten Ort (x = 0) des Fernfeldes eine zweite Intensität erzeugt wird, die sich von der ersten Intensität um mindestens 5%, insbesondere um mindestens 10% unterscheidet, – wobei sich die optische Wirkung der optischen Beschichtung (24; 24'; 55; 82a; 84a) und die optische Wirkung der optischen Struktur (9; 12, 16; 82; 84) derart ergänzen, dass die vom gesamten optischen Element erzeugte Gesamt-Fernfeldverteilung (35) zumindest in einem Abschnitt konstant ist, der die beiden Orte (±x₁, x = 0), an denen die erste und die zweite Intensität erzeugt wird, beinhaltet.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung (24; 24'; 55; 82a; 84a) derart ausgeführt ist, dass von der optischen Struktur (9; 12, 16; 82; 84) erzeugte Strahlwinkel oberhalb eines vorgegebenen Grenz-Divergenzwinkels (±x₂) von der optischen Beschichtung (24; 24'; 55; 82a; 84a) absorbiert oder reflektiert werden.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung (24; 24'; 55; 82a; 84a) derart ausgeführt ist, dass von der räumlichen optischen Struktur (9; 12, 16; 82; 84) erzeugte Strahlwinkel unterhalb eines vorgegebenen Grenz-Divergenzwinkels (±x₃) von der optischen Beschichtung (24; 24'; 55; 82a; 84a) absorbiert oder reflektiert werden.
Beleuchtungsoptik für die Mikrolithografie – mit mindestens einem optischen Winkelvorgabeelement (9, 24'; 82, 82a) zur Vorgabe einer Winkelverteilung der Intensität von Beleuchtungslicht (8) in einer Retikelebene (4), – mit mindestens einem optischen Feldvorgabeelement (13, 24; 84, 84a) zur Vorgabe einer Feldverteilung der Intensität des Beleuchtungslichts (8) in der Retikelebene (4), dadurch gekennzeichnet, dass das optische Winkelvorgabeelement (9, 24'; 82, 82a) und/oder das optische Feldvorgabeelement (13, 24; 84, 84a) als optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgeführt sind.
Beleuchtungssystem für die Mikrolithografie – mit einer Lichtquelle (6), – mit einer Beleuchtungsoptik nach Anspruch 11.