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Die Erfindung betrifft eine Koordinaten-Messmaschine zur Messung von Kanten und Positionen von Strukturen sowie zum Messen der Strukturbreiten der Strukturen auf einem Substrat. Die Koordinaten-Messmaschine hat einen Messtisch, der in X-Koordinatenrichtung und in X-Koordinatenrichtung bewegbar gelagert ist. Ein Laserinterferometersystem dient zur Bestimmung der Position des Messtisches. Zur Beleuchtung von den Substraten ist eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung und eine Durchlichtbeleuchtungseinsrichtung vorgesehen, die jeweils einen Beleuchtungsstrahlengang definieren.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung von Kanten und Positionen von Strukturen sowie zum Messen der Strukturbreiten der Strukturen auf einem Substrat mit einer Koordinaten-Messmaschine. Die Koordinaten-Messmaschine umfasst eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung und eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung die jeweils einen Beleuchtungsstrahlengang definieren.
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Eine Koordinaten-Messmaschine zur Vermessung von Strukturen auf Substraten, die für die Herstellung von Wafern verwendet wird, kann dem Vortragsmanuskript ”Pattern placement metrology for mask making” von Frau Dr. Carola Bläsing entnommen werden. Dieser Vortrag wurde anlässlich der Tagung Semicon, Edjucation Program am 31. März 1998 in Genf gehalten. Bezüglich der Einzelheiten zur Funktionsweise und zum Aufbau des Koordinaten-Messgeräts sei ausdrücklich auf die genannte Veröffentlichung sowie die auf dem Markt erhältlichen Geräte (derzeit IPRO III) verwiesen.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 0 628 806 A2 offenbart ein Messsystem und ein Verfahren, mit denen die charakteristischen Eigenschaften einer photolithographischen Maske bestimmt werden können. Es ist eine Lichtquelle vorgesehen, die ein Wellenlängenspektrum umfasst. Ferner sind Auswahlmittel vorgesehen, die eine bestimmte Wellenlänge auswählen, um diese für die Messung bzw. Bestimmung der charakteristischen Eigenschaften der photolithographischen Maske zu verwenden. Über einen in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch kann die Maske in der optischen Achse eines Objektivs positioniert werden. Das Abbildungssystem dient dazu, ein vergrößertes Abbild der Maske zu erzeugen. Das für die Bestimmung der Eigenschaften der Maske verwendete Licht liegt im ultravioletten Bereich und das Bildaufnahmesystem ist als eine CCD-Kamera ausgebildet, die im ultravioletten Bereich empfindlich ist. Mit der in der
EP 0 628 806 A2 offenbarten Erfindung soll es möglich sein, die Daten einer photolithographischen Maske zu erfassen, diese zu analysieren und Bilder anhand dieser aufgenommenen Daten bereitzustellen. Anhand der Bilder kann man somit die Eigenschaften der Maske abschätzen. In der in der
EP 0 628 806 A2 offenbarten Erfindung ist es nicht möglich, die Position von Kanten von Strukturen, die Position der Strukturen selbst oder die Breite von Strukturen zu bestimmen.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 1 081 489 A2 offenbart ein Verfahren und ein System zur Inspektion von Masken mittels photolithographischer Simulation. Für die Inspektion der Masken wird für die Beleuchtung eine Laser-Lichtquelle verwendet, die dem des Steppers ähnlich ist. Die Analyse der aufgenommenen Daten umfasst einen Die-zu-Die-Vergleich und/oder einen Die-zu-Datenbasisvergleich. Im Gegensatz hierzu ist die gegenwärtige Erfindung darauf gerichtet, die Position von Kanten, die Position von Strukturen sowie die Strukturbreiten von auf der Maske vorhandenen Strukturen in Bezug auf das Koordinatensystem einer Koordinaten-Messmaschine zu bestimmen. Hierzu wird von der
EP 1 081 489 keinerlei Anregung gegeben.
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Der Artikel von A. Zibold et al.: Printability Study With Polarisation Capable AIMSTM fab 193i To Study Polarization Effects in: Proc. SPIE/Volume 6152/Posters-Session – Online Publication Date: 24. März 2006 beschreibt ein sog. AIMS-Tool, mit dem die Eigenschaften eines 193 nm Scanners verwendet werden. Das AIMS-Tool kann sowohl mit unpolarisierter Beleuchtung als auch mit in X-Richtung bzw. Y-Richtung polarisiertem Licht arbeiten. Die verwendete Polarisierung kann vom Benutzer ausgewählt werden. Ebenso ist es möglich, mehrere Beleuchtungstypen auszuwählen. Auch hier wird nichts von der Vermessung von Positionen von Kanten, Strukturen und/oder Strukturbreiten erwähnt.
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Die US-Patentanmeldung 2002/0186879 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion von phasenschiebenden Masken. Aus der Vorrichtung sollen die Defekte auf Masken gefunden werden. Dabei werden nicht die Positionen von Kanten, Strukturen oder die Breiten von Strukturen bestimmt. Selbstverständlich werden zur Auffindung der Defekte Beleuchtungsschemata verwendet, die denen des Steppers entsprechen.
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Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sollen die Begriffe „Proben”, „Substrat” und der allgemeine Ausdruck „Objekt” gleichbedeutend verwendet werden. Bei der Produktion von Halbleiterchips, die auf Wafern angeordnet sind, werden mit immer größerer Packungsdichte die Strukturbreiten der einzelnen Strukturen immer kleiner. Dementsprechend steigen die Anforderungen an die Spezifikation von Koordinaten-Messmessmaschinen, die als Mess- und Inspektionssysteme zur Messung von Kanten und Positionen von Strukturen, sowie zum Messen der Strukturbreiten eingesetzt werden.
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Zudem werden die modernen Masken in der Halbleiterindustrie sehr häufig mit einer Beleuchtung wie im Stepper beleuchtet, so dass mit dieser Beleuchtung die Strukturen auf dem Wafer abgebildet werden. Für den Anwender ist es von enormer Bedeutung, zu wissen, wie die Position und die Dimension einer Struktur auf einem Substrat ist, welche mit einer Beleuchtung beleuchtet wird, wie sie auch im Stepper bei der Produktion verwendet wird. Wie die genaue Geometrie dieser Beleuchtung letztendlich aussieht, hängt von den Strukturen auf der Maske bzw. dem Substrat ab. So wird bei Masken, auf denen hauptsächlich dichte Linienarrays abzubilden sind, sehr häufig mit einer Dipol-Beleuchtung gearbeitet. Dies hat den Vorteil, dass der Kontrast des Maskenbildes auf dem Wafer größer ist, als dies bei einer homogen ausgeleuchteten, rotationssymmetrischen Pupille der Fall wäre. Bei den bisher im Stand der Technik verwendeten Koordinaten-Messmaschinen wird mit einer homogen ausgeleuchteten Pupille fester Größe gearbeitet. Pupillengröße oder Form lassen sich nicht einstellen. Zudem wird auch mit unpolarisiertem Licht gearbeitet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Koordinaten-Messmaschine bereit zu stellen, mit der die Lage und Dimension von Strukturen auf einem Substrat unter Berücksichtigung der in einem Stepper verwendeten Beleuchtung bestimmt werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Koordinaten-Messmaschine, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Eine weitere Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Lage bzw. die Dimension von Strukturen auf einem Substrat derart gemessen werden, so dass die Beleuchtung für einen Stepper bei der Herstellung von Wafern in Betracht gezogen wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, dass die Merkmale nach Anspruch 35 umfasst.
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Es ist vorgesehen, dass die Koordinaten-Messmaschine zur Messung von Kanten und Positionen von Strukturen sowie zum Messen der Strukturbreiten der Strukturen auf einem Substrat mit einer Auflichtbeleuchtungseinrichtung und einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung versehen ist. Sowohl die Auflichtbeleuchtungseinrichtung, als auch die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung definieren jeweils einen Beleuchtungsstrahlengang. Die Auflichtbeleuchtungseinrichtung und die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung haben einen Pupillenzugriff ausgebildet, über den mindestens ein optisches Element in den Beleuchtungsstrahlengang positionierbar ist. Die Größe und/oder die Art und/oder die Polarisation der Pupillenausleuchtung sind dabei derart manipulierbar, dass die Beleuchtung des Substrats in der Koordinaten-Messmaschine der Beleuchtung dieses Substrats im Belichtungsprozess mit einem Stepper entspricht.
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Ebenso ist ein Verfahren zur Messung von Kanten und Positionen von Strukturen sowie zum Messen der Strukturbreiten der Strukturen auf einem Substrat mit einer Koordinaten-Messmaschine von Bedeutung. Die Beleuchtung erfolgt mit einer Auflichtbeleuchtungseinrichtung und einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung, die jeweils einen Beleuchtungsstrahlengang definieren. Bei dem Verfahren wird zunächst mindestens ein optisches Element im Beleuchtungsstrahlengang positioniert. Durch das optische Element werden die Größe und/oder die Art und/oder die Polarisation der Pupillenausleuchtung derart manipuliert, dass die Beleuchtungsart während der Messung an die Beleuchtung eines Steppers für dieses Substrat angepasst wird.
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Die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung der Koordinaten-Messmaschine umfasst einen Beleuchtungskondensor, der eine Pupille ausgebildet hat. Bei einer Durchlichtbeleuchtung des Substrats wird das optische Element an eine bestimmte Stelle in einer Zwischenbildebene positioniert, in der die Abbildung der Pupille erfolgt. Ebenso ist es möglich, dass bei der Durchlichtbeleuchtung des Substrats das optische Element in einen Pupillenzugriff des Beleuchtungskondensorspositioniert wird.
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Die Auflichtbeleuchtungseinrichtung umfasst ein Objektiv, das eine Pupille ausgebildet hat. Bei einer Auflichtbeleuchtung des Substrats kann das optische Element in einer Zwischenbildebene positioniert werden, in der die Abbildung der Pupille erfolgt.
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Das mindestens eine optische Element kann auf einem Austauschelement angebracht sein, und kann so je nach Bedarf und der ausgewählten Beleuchtungsart im Beleuchtungsstrahlengang positioniert werden.
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Das mindestens eine optische Element kann eine plattenförmige Gestalt besitzen. Dabei kann das optische Element auch als eine planparallele Platte ausgebildet sein. Ebenso kann das optische Element in Form einer nicht planparallelen Platte ausgebildet sein.
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Das optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass sich eine Beleuchtung mit einer definiert einstellbaren Apertur NA ergibt. Dabei kann das optische Element eine verstellbare Irisblende sein. Ebenso ist denkbar, dass das optische Element eine feste Blende mit festem Durchmesser ist.
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Mehrere feste Blenden sind auf einem Träger angebracht. Mittels des Trägers kann je nach Erfordernis diejenige Blende im Beleuchtungsstrahlengang positioniert werden, die für die Beleuchtung in der Koordinaten-Messmaschine erforderlich ist.
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Das optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass sich eine ringförmige Beleuchtung ergibt.
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Das optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass sich eine Beleuchtung mit zwei Beleuchtungspolen ergibt.
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Das optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass sich eine Beleuchtung mit vier Beleuchtungspolen ergibt.
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Das optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass Bereiche rotationssymmetrisch aufgebracht sind, um die Beleuchtungspupille zu apodisieren.
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Das optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass Bereiche mit Materialien aufgebracht sind, die sich im Transmissions-, bzw. Reflexionsgrad unterscheiden.
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Das optische Element kann lithographisch oder durch Bedampfen mit Materialien unterschiedlicher Eigenschaften hergestellt werden.
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Das optische Element kann aus einem Array von Mikrospiegeln bestehen, so dass über die Stellung der Mikrospiegel gezielt eine Beleuchtungsstruktur eingestellt werden kann. Das optische Element kann auch ein LCD-Display sein, so dass am optischen Element unterschiedliche Transmissionen eingestellt werden können.
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Die Pupille kann mit einer Hintergrundbeleuchtung beleuchtet werden. So kann z. B. die Intensitätsverteilung in der Pupille ringförmig ausgestaltet sein. Ebenso kann man dazu eine kreisförmige Beleuchtung der Pupille ergänzen. Das optische Element kann also mit einer Hintergrundbeleuchtung der Pupille kombiniert werden. Ferner kann das optische Element mit mindestens einem polarisierenden Element kombiniert werden, das ebenfalls im Beleuchtungsstrahlengang anordenbar ist.
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Das polarisierende Element kann ein Polarisationsfilter sein. Der Polarisationsfilter ist als Folienfilter ausgebildet. Der Polarisationsfilter kann auch als Kristallfilter ausgebildet sein. Der Kristallfilter kann ein Nicol-, Glan-Thompson-, Glan-Tylor-, Rochon-, oder Wollastenprisma sein.
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Das polarisierende Element kann ein Lambda/4 oder ein Lambda/2 Plättchen sein, dass auf die Wellenlänge des Beleuchtungslichts abgestimmt ist.
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Das optische Element kann aus einem segmentierten polarisierenden Element bestehen ohne zwangsläufig mit einem. Mikrolinsenarray gekoppelt zu sein. Beispielsweise kann das Mikrolinsenarray auch ohne Polfilter verwendet werden. Es gibt hierzu eine Reihe von Kombinationsmöglichkeiten. Es kann nur ein Element zur geometrischen Formung vorgesehen werden, so dass dadurch ein Kreis oder ein Ring oder Pole erzeugt werden können. Eine weitere Möglichkeit ist, dass ein Element zur Polarisation vorgesehen sein kann. Dieses Element kann auch segmentiert sein. Ebenso können mehrere Elemente mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften kombiniert werden. Als Spezialfall kann jedem Element des Mikrolinsenarrays ein eigener Polfilter vorgeschaltet sein. Dabei kann das Beleuchtungslicht linear polarisiert, zirkular polarisiert, radial polarisiert oder tangential polarisiert sein.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 einen schematischen Aufbau einer Koordinaten-Messmaschine, wie sie zur Verwirklichung der gegenwärtigen Erfindung Verwendung findet;
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2a eine kreisförmige Beleuchtung mit einer kleinen Apertur für die Beleuchtung;
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2b eine Ringblende mit einer größeren Apertur als in 2a;
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3a eine ringförmige Beleuchtung, wobei die äußere Apertur des Rings in etwa dem Aperturdurchmesser des Objektivs entspricht;
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3b eine weitere Ausführungsform einer Ringbeleuchtung;
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3c eine weitere Ausführungsform einer Ringbeleuchtung, wobei die Differenz zwischen innerer und äußerer Apertur größer ist als in den 3a und 3b;
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3d eine weitere Ausführungsform einer Ringbeleuchtung;
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4a eine schematische Darstellung einer Dipol-Beleuchtung (zwei Beleuchtungspole);
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4b eine schematische Darstellung einer Dipol-Beleuchtung, bei der die Dipole um 90° im Vergleich zu 4a gedreht sind;
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4c eine schematische Darstellung der Dipol-Beleuchtung, bei der die Dipole um –45° bzgl. der vertikalen Achse gedreht sind;
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4d eine schematische Darstellung einer Dipol-Beleuchtung, bei der die Dipole um +45° bzgl. der Vertikalen gedreht sind;
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5a eine schematische Darstellung einer Quadrupol-Beleuchtung;
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5b eine schematische Darstellung der Quadrupol-Beleuchtung aus 5a, wobei die Quadrupole um 45° gegenüber der in 5a gezeigten Darstellung gedreht sind;
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6a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Beleuchtung, die aus einer kreisförmigen Hintergrundbeleuchtung und einer Ringbeleuchtung erzeugt wird;
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6b eine andere Ausführungsform als die in 6a dargestellte Beleuchtungsart;
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6c eine andere Ausführungsform der Beleuchtung als die in 6a dargestellte Beleuchtung;
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6d eine andere Ausführungsform der Beleuchtung als die in 6a dargestellte Beleuchtungsart;
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7a eine kombinierte Beleuchtung aus einer kreisförmigen Hintergrundbeleuchtung und einer Dipol-Beleuchtung;
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7b eine um 90° gedrehte Ausführungsform der Dipol-Beleuchtung im Vergleich zu 7a;
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7c eine weitere Ausführungsform der Beleuchtungsart, wie sie in 7a dargestellt ist;
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7d eine weitere Ausführungsform der Beleuchtung, wie sie in 7a dargestellt ist;
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8a eine kombinierte Beleuchtung aus kreisförmiger Hintergrundbeleuchtung und einer Quadrupol-Beleuchtung;
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8b eine weitere Ausführungsform der in 8a dargestellten Beleuchtung, wobei die Quadrupole um 45° gegenüber der in 8a dargestellten Ausführungsform gedreht sind;
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9a eine schematische Darstellung eines Beispiels einer linear polarisierten Beleuchtungspupille, die aus mehreren Segmenten aufgebaut ist, wobei die einzelnen Segmente linear polarisiert in X-Richtung ausgerichtet sind;
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9b eine weitere Ausführungsform der linear polarisierten Beleuchtungspupille, wobei die einzelnen Segmente in Y-Richtung ausgerichtet sind;
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10a eine weitere Ausführungsform der Beleuchtungspupille, wobei durch die Polarisation der einzelnen Segmente eine radiale Polarisation erzeugt wird;
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10b eine weitere Ausführungsform der Beleuchtungspupille, wobei durch die Polarisation der einzelnen Segmente eine tangentiale Polarisation erzeugt wird;
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11a ein Beispiel für eine zirkulare Polarisation, wobei die einzelnen hexagonalen Segmente der Beleuchtungspupille durch eine zirkulare Polarisation gebildet werden;
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11b eine weitere Ausführungsform der zirkularen Polarisation, die mit einem orthogonalen Array gebildet wird; und
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12 eine apodisierte Beleuchtungspupille.
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1 zeigt eine Koordinaten-Messmaschine, wie sie seit längerem bereits aus dem Stand der Technik für die Vermessung von Strukturen auf Masken bekannt ist. Mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Koordinaten-Messmessmaschine 1 können Substrate 2 optisch inspiziert und vermessen werden. Bei dem Substrat 2 handelt es sich um eine Maske, welche beispielsweise aus Quarzglas besteht und für die Herstellung von Halbleitern verwendet wird. Auf der Maske sind mehrere Strukturen 3 aufgebracht, welche mit der Koordinaten-Messmaschine 1 vermessen werden können. Die Koordinaten-Messmaschine 1 umfasst zwei Beleuchtungsstrahlengänge 4 und 5, wobei ein Beleuchtungsstrahlengang 4 für den Durchlichtmodus und ein Beleuchtungsstrahlengang 5 für den Auflichtmodus vorgesehen ist. Ebenso ist ein inverser Aufbau der Koordinaten-Messmaschine möglich. Inverser Aufbau bedeutet, dass diejenige Oberfläche des Substrats 2, welche die Strukturen 3 trägt, in Richtung der Erdanziehungskraft gerichtet ist. Für den Durchlichtmodus ist eine Lichtquelle 6 vorgesehen, welche das Licht über einen Spiegel 7 in Richtung eines Kondensors 8 leitet. Das Licht des Beleuchtungsstrahlengangs 4 tritt durch das Substrat 2 und wird zumindest größtenteils von dem Messobjektiv 9 aufgesammelt und auf einem Detektor 10 abgebildet. Der Detektor 10 besteht aus einem CCD-Chip 11, der die von Messobjektiv 9 gesammelten optischen Signale in elektrische Signale umwandelt.
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Das vom Messobjektiv 9 gesammelte Licht wird mittels eines Spiegels 12 auf den Detektor 10 (als Kamera ausgebildet), bzw. den CCD-Chip 11 gerichtet. Ferner ist im Auflichtstrahlengang 5 ebenfalls eine Lichtquelle 14 vorgesehen, mit der das Substrat 2, bzw. die Strukturen 3 beleuchtet werden. Das Messobjektiv 9 ist mit einer Fokuseinrichtung 15 versehen, die das Messobjektiv 9 in Z-Koordinatenrichtung bewegt. Somit können durch das Messobjektiv 9 die Strukturen 3 auf dem Substrat 2 in unterschiedlichen Fokusebenen aufgenommen werden. In gleicher Weise ist es möglich, dass der Kondensor 8 in Z-Koordinatenrichtung verschoben wird.
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Der CCD-Chip 11 des Detektors 10 ist mit einer Computer-Auswerteeinheit 16 verbunden, mit der die vom CCD-Chip 11 gewonnenen Daten ausgelesen und entsprechend verrechnet werden können. Ebenso ist die Computer-Auswerteeinheit 16 für die Steuerung des Messtisches 20 in Y-Koordinatenrichtung und in X-Koordinatenrichtung vorgesehen. Über die Computer-Auswerteeinheit 16 kann ebenfalls ein Benutzer Eingaben machen, damit mit der Koordinaten-Messmaschine 1 entsprechende Mess-, bzw. Auswerteverfahren durchgeführt werden können. Hinzu kommt, dass mit der Computer-Auswerteeinheit 16 optische Elemente, bzw. optische Bauteile in den Auflichtstrahlengang 5, bzw. Durchlichtstrahlengang 4 geschwenkt, bzw. verbracht werden können. In der in 1 dargestellten Ausführungsform haben das Messobjektiv 9 eine Pupille 9a und der Kondensor 8 eine Pupille 8a. Der Kondensor hat einen Pupillenzugriff 31 ausgebildet, über den ein optisches Element (hier nicht dargestellt) in den Durchlichtstrahlengang 4 gebracht werden kann. Im Durchlichtstrahlengang 4 kann das optische Element 35 (siehe z. B. 2a) ebenfalls in einer Zwischenbildebene 8b positioniert werden, in die die Pupille 8a des Kondensors 8 abgebildet wird. Das optische Element 35 kann auch im Auflichtstrahlengang 4 positioniert werden. Die Stelle, an der das optische Element 35 positioniert ist, ist ebenfalls eine Zwischenbildebene 9b in der die Pupille 9a des Messobjektivs 9 abgebildet wird. Ebenso ist in 1 ein Austauschelement 30 dargestellt, mit dem mehrere optische Elemente, nach Wahl des Benutzers, in den Strahlengang der Koordinaten-Messmaschine 1 gebracht werden können. Obwohl hier nur die Anordnung des Austauschelements 30 in der Zwischenbildebene 9b in der die Pupille 9a des Messobjektivs 9 dargestellt ist, ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass ein Austauschelement 30 auch am Pupillenzugriff 31 des Kondensors 8 oder in der Zwischenbildebene 8b, der Abbildung der Pupille 8a des Kondensors 8 positioniert werden kann.
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Das Substrat 2 befindet sich auf einem Messtisch 20, der wie bereits erwähnt in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung bewegbar gelagert ist. Die Bewegung des Messtisches 20 erfolgt über Luftlager 21. Lediglich schematisch ist ein Laserinterferometersystem 24 angedeutet, mit welchem über einen Lichtstrahl 23 die Position des Messtisches interferometrisch bestimmt werden kann. Der Messtisch 20 ist dabei durch die Luftlager 21 quasi reibungsfrei auf dem Granitblock 25 positionierbar und kann somit in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung bewegt werden. Der Granitblock 25 selbst steht dabei auf schwingungsgedämpft gelagerten Füßen 26.
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2a zeigt eine Ausführungsform eines optischen Elements 35, welches in den Strahlengang der Koordinaten-Messmaschine 1 verbracht werden kann. Das optische Element 35 kann, wie bereits erwähnt, in den Pupillenzugriff 31 des Kondensors 8 oder in einer Zwischenbildebene der Abbildung der Pupille 8a des Kondensors oder der Pupille 9a des Messobjektivs 9 positioniert werden. Die Beleuchtung wird in diesem Fall so ausgelegt, dass ohne Blende die Objektivpupille vollständig homogen ausgeleuchtet ist (bzw. bei Durchlicht der Bereich, der durch den Kondensor bedient wird). Die Strukturierung der Pupille lässt sich dann am einfachsten in einer Zwischenbildebene der Eintrittspupille erreichen. Diese ist bei geeigneter Abbildungsoptik dann ebenfalls homogen ausgeleuchtet. In der Zwischenbildebene kann dann z. B., wie in 1 dargestellt, eine Blende eingesetzt werden, die die benötigte Struktur aufweist. Damit lässt sich sehr einfach die gewünschte Beleuchtung realisieren. Das in 2a dargestellte Ausführungsbeispiel des optischen Elements 35 zeigt eine kreisförmige Beleuchtung. Die Beleuchtungspupille 37 füllt die Objektivpupille 38 (durch gestrichelte Linie gekennzeichneter Kreis) nur zu einem kleinen Teil. Über eine Irisblende (hier nicht dargestellt) kann der Grad der Füllung der Objektivpupille 38 verändert werden. Ebenso ist es vorstellbar, dass mehrere Blenden mit unterschiedlichen Durchmesser über das Austauschelement 30 in den Strahlengang der Koordinaten-Messmaschine 1 gebracht werden. 2b stellt dabei den Fall dar, dass die Beleuchtungspupille 37 größer ist als in 2a. Dennoch ist die Beleuchtungspupille kleiner als die Objektivpupille 38.
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Wie bereits oben erwähnt, lässt sich der Radius der Beleuchtungspupille 37 NA3 z. B. über eine Iris- oder Lochblende (nicht dargestellt) im Pupillenzugriff 31 oder in einer der beiden Zwischenbildebenen 8b und 9b, bis zur vollständigen Fülle der Objektivpupille 38 einstellen. Der hier zu kontrollierende Parameter ist folglich der Radius der jeweils verwendeten Beleuchtungspupille 37.
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In den 3a, 3b, 3c und 3d ist eine Ringbeleuchtung als Ausführungsform für das optische Element 35 dargestellt. Der Ring 40 für die Ringbeleuchtung ist dabei kleiner als die Objektivpupille 38. In den hier dargestellten Figuren sind unterschiedliche Größen des Ringes 40 für die Ringbeleuchtung dargestellt. Die Größe des Rings 40 kann durch eine innere Apertur 41 und eine äußere Apertur 42 eingestellt werden. Die innere Apertur 41 und die äußere Apertur 42 sind die hier einzustellenden bzw. zu kontrollierenden Parameter. Wie letztendlich die Geometrie der Beleuchtung aussieht, hängt von den Strukturen auf dem Substrat bzw. der Maske ab, an Hand derer der Benutzer die Beleuchtung auswählt.
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Die 4a, 4b, 4c und 4d zeigen eine weitere Ausführungsform des optischen Element 35, das hauptsächlich bei Masken oder Substraten Verwendung findet, auf denen dichte Linienarrays abzubilden sind. Hier wird eine sog. Dipolbeleuchtung verwendet. Innerhalb des Durchmessers der Objektivpupille 38 sind dabei zwei Beleuchtungspole 43 angeordnet. Die Beleuchtungspole 43 sind dabei gegenüberliegend angeordnet. Bei diesem optischen Element 35 sind die zu kontrollierenden Parameter der Radius 44 auf dem die Beleuchtungspole 43 angeordnet sind. Hinzu kommt, dass auch die Apertur NADipol der Beleuchtungspole 43 veränderbar ist. Eine weitere Möglichkeit ist die Orientierung der einzelnen Beleuchtungspole 43. In 4b sind die Beleuchtungspole 43 um 90° bzgl. der in 4a dargestellten Anordnung gedreht. In 4c ist die Anordnung der Beleuchtungspole 43 um 45° bzgl. der Anordnung der Beleuchtungspole 43 in 4a gedreht. Eine weitere Anordnung der Beleuchtungspole 43 ist in 4d gezeigt, wobei die Beleuchtungspole 43 um 135° bzgl. der Anordnung der Beleuchtungspole 43 in 4a gedreht sind. Es ist selbstverständlich, dass weitere Orientierungen eingestellt werden können. Der Radius 44, auf dem die beiden Beleuchtungspole 43 in der Dipolanordnung angeordnet sind, wird dabei an das Pitch-Maß der Maske, bzw. des Substrat angepasst.
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Das in den 5a und 5b dargestellte optische Element 35 zeigt eine Quadrupolanordnung der Beleuchtungspole 45. Die einzelnen Beleuchtungspole 45 der Quadrupol-Beleuchtung liegen dabei ebenfalls innerhalb des Radius der Objektivpupille 38. Die hier einzustellenden Parameter sind ebenfalls der Radius 44 auf dem die einzelnen Beleuchtungspole 45 für die Beleuchtung angeordnet sind. Ein weiterer Parameter ist die Apertur NAQuadrupol der einzelnen Beleuchtungspole 45 der Quadrupol-Beleuchtung. Hinzu kommt, dass auch die Orientierung der einzelnen Beleuchtungspole 45 in der Quadrupolanordnung eingestellt werden kann. In 5b ist dabei eine um 45° gedrehte Orientierung der einzelnen Beleuchtungspole 45 dargestellt. Es ist selbstverständlich, dass weitere Orientierungen eingestellt werden können.
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Die 6a, 6b, 6c und 6d zeigen eine weitere Ausführungsform des optischen Elements 35 zur Erzeugung einer Beleuchtungsstruktur für das Substrat, bzw. die Maske. Die Ringbeleuchtung 40 ist dabei mit der Ringbeleuchtung 40 in den 2a, 2b, 2c und 2d vergleichbar. Der in dieser Ausführungsform dargestellte Unterschied ist darin begründet, dass zusätzlich zu der Ringbeleuchtung 40 eine Hintergrundbeleuchtung 50 verwendet wird. So stellt sich in dieser Ausführungsform eine kombinierte Beleuchtung aus kreisförmiger Hintergrundbeleuchtung 50 und einer Ringbeleuchtung 40 dar. Die hier einzustellenden Parameter sind der Radius 51 der Hintergrundbeleuchtung, die innere Apertur 41 der Ringbeleuchtung 40, die äußere Apertur 42 der Ringbeleuchtung 40, sowie das Verhältnis der Intensitäten zwischen Ringbeleuchtung 40 und Hintergrundbeleuchtung 50 in der Objektivpupille 38.
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In den 7a, 7b, 7c und 7d ist eine weitere Ausführungsform der strukturierten Beleuchtung dargestellt. Die strukturierte Beleuchtung ist eine Kombination aus kreisförmiger Hintergrundbeleuchtung 50 und einer Dipol-Beleuchtung mit zwei Beleuchtungspolen 43. Dabei ist die Anordnung der Beleuchtungspole 43 mit der in den 3a, 3b, 3c und 3d dargestellten Anordnung der Beleuchtungspole 43 vergleichbar. Die in dieser Ausführungsform einzustellenden Parameter der strukturierten Beleuchtung sind der Radius 51 der Hintergrundbeleuchtung, der Radius 44 auf dem die Beleuchtungspole 43 der Dipol-Beleuchtung liegen, die Apertur der einzelnen Beleuchtungspole 43, die Orientierung der Beleuchtungspole 43 und das Verhältnis zwischen den Intensitäten der Beleuchtung durch die Beleuchtungspole 43 und der Hintergrundbeleuchtung 50 in der Objektivpupille 38.
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In der Ausführungsform, welche in den 8a und 8b dargestellt ist, ist eine Quadrupol-Anordnung der Beleuchtungspole 45 dargestellt, die mit einer kreisförmigen Hintergrundbeleuchtung 50 kombiniert ist. Die hier zu kontrollierenden, bzw. einzustellenden Parameter sind ebenfalls der Radius 51 der Hintergrundbeleuchtung 50, der Radius 44 auf dem die Beleuchtungspole 45 der Quadrupol-Beleuchtung liegen, die Apertur der einzeln Beleuchtungspole 45, die Orientierung der Quadrupol-Anordnung und das Verhältnis der Intensitäten zwischen der Hintergrundbeleuchtung 50 und der Beleuchtung durch die Beleuchtungspole 45.
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9a und 9b zeigen ein optisches Element 88, mit dem z. B. die Polarisation des Beleuchtungslichts auf dem Substrat 2 eingestellt werden kann. Damit die Polarisation eingestellt werden kann, benötigt man mindestens ein optisches Element 88 im Beleuchtungsstrahlengang, welches die Polarisation beeinflusst. In 9a ist das optische Element 88 dargestellt, mit dem eine linear polarisierte Beleuchtung in der Objektivpupille 38 erzeugt werden kann. Diese Beleuchtungsart lässt sich einfach durch einen Polarisationsfilter in einer Zwischenbildebene 8b oder 9b der Pupille 8 oder 9 (oder auch direkt im Pupillenzugriff 31 des Kondensors 8) realisieren.
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Das optische Element 88 kann auch aus einem Mikrolinsenarray in Kombination mit einem polarisierenden Element bestehen. Aus dieser Kombination resultiert dann eine hexagonale Anordnung der Polarisation. Wobei die einzelnen Pupillenelemente 90 dazu dienen eine Feldhomogenisierung zu erzeugen und jeweils entsprechende Polarisation besitzen. Obwohl hier mit einer hexagonalen Anordnung gearbeitet wird, ist dies nicht zwingend erforderlich. Jede andere Form der geometrischen Ausgestaltung der Anordnung ist denkbar, so lange eine homogene Feldausleuchtung bzw. Ausleuchtung der Objektivpupille 38 dadurch erzielt werden kann. Die hier dargestellte Anordnung der Pupillenelemente 90 soll in keinster Weise als Beschränkung aufgefasst werden. In der in 9a dargestellten Anordnung sind alle Pupillenelemente 90 in X-Richtung polarisiert. Dies erreicht man, wenn man einen Polarisationsfilter mit dem Mikrolinsenarray kombiniert. Die in 9b dargestellte Anordnung zeigt eine Polarisierung aller Pupillenelemente 90 in Y-Richtung.
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Die in den 10a und 10b dargestellten Ausführungsformen des optischen Elements 88 zeigen eine weitere Einstellmöglichkeit der Polarisation der einzelnen Pupillensegmente 90. In 10a wird die Polarisation der einzelnen Pupillensegmente 90 derart eingestellt, dass eine radiale Polarisation der Beleuchtungspupille 38 erzielt werden kann. Bei der in 10b dargestellten Anordnung sind die einzelnen Pupillensegmente 90 derart hinsichtlich der Polarisation eingestellt, dass eine insgesamt tangentiale Polarisation der Beleuchtungspupille 38 erzielt werden kann.
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Die 11a und 11b zeigen eine weitere Ausführungsform der Einstellung der Polarisation des Weiteren optischen Elements 88. In 11a sind die einzelnen hexagonalen Pupillenelemente 90 zirkular polarisiert. Dadurch ergibt sich eine insgesamt gesehene zirkulare Polarisation der gesamten Objektivpupille 38. Das in 11b dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ebenfalls eine zirkulare Polarisation der einzelnen Pupillenelemente 100. Hier haben jedoch die einzelnen Pupillenelemente keine hexagonale Struktur, sondern sind quadratisch ausgebildet. Ebenfalls kann mit dieser Anordnung eine gesamte zirkulare Polarisation der Objektivpupille 38 eingestellt werden.
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12 zeigt eine weitere Ausführungsform des optischen Elements 35, das in dem Beleuchtungsstrahlengang der Koordinaten-Messmaschine 1 eingeführt werden kann. Hierbei handelt es sich ebenfalls um eine kreisförmige Beleuchtungspupille, die innerhalb der Objektivpupille 38 angeordnet ist. Die Beleuchtungspupille ist als apodisierte Beleuchtungspupille ausgebildet.
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Leichte Defekte an den Strukturelementen können dazu führen, dass in einer Koordinaten-Messmaschine 1 die Struktur abhängig von der Beleuchtung an leicht unterschiedlichen Positionen gemessen wird. Abhängig von der Art der Beleuchtung kann somit die Struktur mit einem systematischen Messfehler gemessen werden. Um die Position und/oder Dimension der verschiedenen Strukturelemente auf der Maske richtig zueinander zu vermessen, ist es daher günstig, die gleiche Beleuchtung, wie in einem Stepper einzusetzen, damit der Kunde entscheiden kann, ob die in dem Resist belichteten Strukturen die richtigen geometrischen Abmaße bzw. Position besitzen.
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Zusätzlich lässt sich bei geeigneter Struktur aus der Maske der Kontrast auf dem Wafer noch durch eine geeignete Wahl der Polarisation der Objektivpupille beeinflussen. Kleine Defekte oder Strukturen können wieder abhängig von der Polarisation des verwendeten Lichts zu leicht unterschiedlichen Messergebnissen führen. Diese systematischen Messfehler beeinflussen die Qualität der Messung. Je nach Strukturen auf der Maske, kann es günstig sein, mit einer linearen Polarisation (siehe 9a oder 9b), einer zirkularen Polarisation (siehe 10a) oder einer tangentialen Polarisation (siehe hierzu 10b) oder eine radialen Polarisation oder ohne Polarisation zu arbeiten. Auch in diesem Fall ist es für den Kunden günstig während der Messung des Substrats 2 mit dem gleichen Polarisationszustands wie bei der Belichtung im Stepper zu arbeiten.
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Daneben kann es unter Umständen günstig sein, mit einer nicht homogenen, in der Regel aber rotationssymmetrischen Pupillenausleuchtung zu arbeiten (sieh hierzu 12). Diese Verfahren werden unter dem Stichwort Apodisation zusammengefasst. Damit lassen sich systematische Messfehler, die in der Nähe der Auflösungsgrenze durch benachbarte Strukturen hervorgerufen werden, minimieren.
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Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Strukturierung der Beleuchtungspupille zu erreichen. Die Strukturierung der Pupille lässt sich am einfachsten in einem Zwischenbild der Eintrittspupille erreichen. Diese ist bei geeigneter Abbildungsoptik (Messobjektiv) dann ebenfalls homogen ausgeleuchtet. In diese Ebene kann dann z. B. eine Blende eingesetzt sein, die die für die Beleuchtung benötigte Struktur aufweist. Damit lässt sich sehr einfach eine Dipol- oder Quadrupol-Beleuchtung realisieren. Dazu lässt man an den Stellen der Pupille das Licht passieren, an denen man es in der Beleuchtung benötigt. Ringpupillen lassen sich mit diesem Verfahren nicht herstellen. Es sei denn, dass die Stege, die zum Haltern der inneren Abschattung benötigt werden, keinen negativen Einfluss auf die Messergebnisse der Koordinaten-Messmaschine 1 haben. Dies wird in der Regel aber nicht der Fall sein. Durch einfache Blenden lässt sich auch die Größe der Beleuchtungspupille reduzieren und damit der gewünschte Kohärenzgrad einstellen.
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In einer weitern Ausführungsform kann man in das Zwischenbild der Pupille auch eine Platte mit einer strukturierten Fläche einsetzen. Die strukturierte Fläche kann z. B. durch Aufdampfen von Metallschichten erzeugt werden. Chrom stellt dabei ein mögliches Element dar, mit dem die strukturierten Flächen erzeugt werden können. Die Flächen können dann derart strukturiert werden, dass Licht nur an gewünschten Stellen passieren kann. Wie bereits erwähnt, lässt sich diese Struktur durch Aufdampfen oder einen lithographischen Prozess herstellen. Wird die Platte als Träger verwendet, können mit diesem Verfahren auch Ringblenden hergestellt werden. Mit den bekannten Beschichtungstechniken lassen sich hier auch teiltransparente Strukturen realisieren, die es erlauben, die Intensität in der Beleuchtungspupille noch feiner zu unterteilen. Damit ist es z. B. möglich, eine kreisförmige Hintergrundbeleuchtung mit einer Dipol-Beleuchtung zu kombinieren (siehe hierzu 6 bis 8). Blenden für die Beleuchtungsapodisation lassen sich ebenfalls mit diesem Verfahren herstellen. Bringt man eine inverse Struktur auf die Trägerplatte auf, kann man diese Struktur als reflektierende Maske verwenden.
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Eine weitere, bereits erwähnte Möglichkeit ist die Polarisation in der Pupille. Der Polarisationszustand in der Pupille kann unpolarisiert sein, was bereits Stand der Technik ist. Gemäß der gegenwärtigen Erfindung ist es nun möglich, gezielt die Polarisation einzustellen. Damit die Polarisation eingestellt werden kann, benötigt man mindestens ein optisches Element im Beleuchtungsstrahlengang, das die Polarisation beeinflusst. Dies sind im einfachsten ein Polarisationsfilter und/oder ein Lambda/4 Plättchen. Damit lassen sich lineare und zirkulare Polarisationen einstellen. Die aufwendigere radiale, bzw. tangentiale Polarisation (siehe hierzu 10a und 10b) erfordern den Einsatz von optischen Elementen, die in einzelne Segmente unterteilt sind. Mit diesen optischen Elementen kann die Polarisation abhängig vom Ort in der Pupille unterschiedlich eingestellt werden. Insbesondere im Fall der Feldhomogenisierung in Verbindung mit Mikrolinsenarrays lässt sich dies einfach realisieren. Die Pupille ist in diesem Fall nicht homogen gefüllt, sondern weist die Struktur der verwendeten Mikrolinsen auf. Auf die einzelnen Elemente der Mikrolinsenarrays können jetzt die Polarisationsfilter so aufgebracht werden, dass sich die gewünschte Gesamtpolarisation ergibt. An den Segmentgrenzen gibt es in diesem Fall auch keine störenden Randeffekte, da die Beleuchtungsintensität an diesen Stellen in der Pupille 0 ist.
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Die Erfindung wurde in Bezug auf besondere Ausführungsformen beschrieben. Es ist dennoch für einen Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen und Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
