DE102007038056B4

DE102007038056B4 - Verfahren zum Bestimmen einer polarisationsoptischen Eigenschaft eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102007038056B4
Application number: DE200710038056
Authority: DE
Inventors: Damian 73447 Fiolka
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2027-08-11
Also published as: DE102007038056A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer polarisationsoptischen Eigenschaft eines Beleuchtungssystems (12) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (10), wobei die Projektionsbelichtungsanlage aufweist:
– einen verstellbaren Polarisator (20),
– eine von dem Beleuchtungssystem (12) ausleuchtbare Maskenebene (18) und
– ein Projektionsobjektiv (24), das die Maskenebene (18) auf eine Bildebene (26) abbildet und einen polarisationsabhängigen Transmissionsgrad hat,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Bestimmen der Transmissionsgrade des Projektionsobjektivs (24) für eine erste und eine zweite dazu orthogonale Polarisationsrichtung;
b) Einstellen der ersten Polarisationsrichtung vor oder in der Maskenebene (18) unter Verwendung des Polarisators (20);
c) Messen einer ersten Intensität in der Bildebene (26) des Projektionsobjektivs;
d) Einstellen der zweiten Polarisationsrichtung vor oder in der Maskenebene (18) unter Verwendung des Polarisators (20);
e) Messen einer zweiten Intensität in der Bildebene (26) des Projektionsobjektivs (24);
f) Bestimmen des Anteils von Licht, der in der Maskenebene (18) entlang der von dem...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer polarisationsoptischen Eigenschaft eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Die Erfindung betrifft insbesondere die Bestimmung des Anteils von Licht, der in einer Maskenebene der Anlage entlang einer Polarisationsrichtung polarisiert ist, die von einem in dem Beleuchtungssystem enthaltenen Polarisator eingestellt wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Integrierte elektrische Schaltkreise und andere mikrostrukturierte Bauelemente werden üblicherweise hergestellt, indem auf ein geeignetes Substrat, bei dem es sich beispielsweise um einen Silizium-Wafer handeln kann, mehrere strukturierte Schichten aufgebracht werden. Zur Strukturierung der Schichten werden diese zunächst mit einem Photolack bedeckt, der für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches, z. B. Licht im tiefen ultravioletten Spektralbereich (DUV, deep ultraviolet), empfindlich ist. Anschließend wird der so beschichtete Wafer in einer Projektionsbelichtungsanlage belichtet. Dabei wird ein Muster aus beugenden Strukturen, das auf einer Maske angeordnet ist, auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs abgebildet. Da der Abbildungsmaßstab dabei im Allgemeinen kleiner als 1 ist, werden derartige Projektionsobjektive häufig auch als Reduktionsobjektive bezeichnet.
Nach dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer einem Ätzprozeß unterzogen, wodurch die Schicht entsprechend dem Muster auf der Maske strukturiert wird. Der noch verbliebene Photolack wird dann von den verbleibenden Teilen der Schicht entfernt. Dieser Prozess wird so oft wiederholt, bis alle Schichten auf den Wafer aufgebracht sind.
Die Leistungsfähigkeit der verwendeten Projektionsbelichtungsanlagen wird nicht nur durch die Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs, sondern auch durch ein Beleuchtungssystem bestimmt, das die Maske beleuchtet. Das Beleuchtungssystem enthält zu diesem Zweck eine Lichtquelle, z. B. einen gepulst betriebenen Laser, sowie mehrere optische Elemente, die aus dem von der Lichtquelle erzeugten Licht Lichtbündel erzeugen, welche auf der Maske in Feldpunkten konvergieren. Die einzelnen Lichtbündel müssen dabei bestimmte Eigenschaften haben, die im Allgemeinen auf das Projektionsobjektiv und die abzubildende Maske abgestimmt sind.
So hat sich beispielsweise herausgestellt, dass sich der Kontrast des von der Maske erzeugten Bildes verbessern lässt, wenn die Maske mit Licht beleuchtet wird, dessen Polarisationszustand gezielt an die in der Maske enthaltenen Strukturen angepasst ist. Zu diesem Zweck weisen Beleuchtungssysteme häufig polarisationsbeeinflussende Elemente auf, mit denen der Polarisationszustand gezielt eingestellt werden kann. Zu diesen Elementen zählen beispielsweise Depolarisatoren, die das von der Lichtquelle erzeugte, meist linear polarisierte Licht depolarisieren, polarisationsdrehende Elemente sowie Polarisatoren, die Licht in einem definierten linearen Polarisationszustand erzeugen.
Die meisten optischen Elemente in Beleuchtungssystemen verändern jedoch den Polarisationszustand unbeabsichtigt. Dies führt z. B. dazu, dass ein einmal im Beleuchtungssystem eingestellter linearer Polarisationszustand nicht mehr vollständig in der Maskenebene erhalten bleibt. Stattdessen ist das Licht in der Maskenebene z. B. schwach elliptisch polarisiert. Ferner kann ein Anteil des Lichts in der Maskenebene vollkommen unpolarisiert sein oder sich in anderen definierten Polarisationszuständen befinden, die aber nicht dem durch den Polarisator eingestellten linearen Polarisationszustand entsprechen.
Für eine optimale Abbildung der Masken ist es jedoch erforderlich, zumindest Kenntnis davon zu haben, welcher Anteil des auf die Maske auftreffenden Lichts den gewünschten linearen Polarisationszustand hat. Zur Beschreibung dieser Größe wird im Folgenden die Größe IPS (Intensity in Preferred State, Intensität im bevorzugten Zustand) verwendet. Diese Größe ist definiert als IPS = I/I₀, wobei I₀ die an einem Punkt in der Maskenebene auftreffende Gesamtintensität und I die Intensität des in der gewünschten Polarisationsrichtung auftreffenden Lichts ist.
Führt man eine vollständige Messung des Polarisationszustands an einem Punkt in der Maskenebene durch, so kann man daraus auch die Größe IPS ableiten. Allerdings ist eine solche Vermessung des Polarisationszustands relativ aufwendig. Zu diesem Zweck müssen in die Maskenebene nämlich ein polarisationsdrehendes Element und ein Analysator eingeführt werden. Ferner ist ein Intensitätssensor erforderlich, der aber auch in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnet sein kann. Der in Strahlausbreitungsrichtung zwischen dem Beleuchtungssystem und dem Projektionsobjektiv verbleibende Bauraum ist allerdings relativ klein, so dass eine derartige Messung vor allem dann, wenn sie zwischen kurzen Belichtungspausen durchgeführt werden soll, mit erheblichen praktischen Schwierigkeiten verbunden ist.
Aus der US 2006/0192937A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem es zumindest nicht mehr erforderlich ist, auch einen Intensitätssensor in der Maskenebene anzuordnen. Vielmehr wird ein meist ohnehin vorhandener Intensitätssensor verwendet, der zur Überwachung der Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs in dessen Bildebene einbringbar ist. Um eine ortsaufgelöste Messung zu ermöglichen, muss das polarisationsdrehende Element in zahlreiche Einzelelemente unterteilt sein. Dies führt zu einem relativ komplexen Aufbau.
Aus US 2006/0192961 A1 und WO 2006/137011 A2 sind weitere Verfahren zum Bestimmen der polarisationsoptischen Eigenschaften eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bekannt, welche hierzu die Intensität in der Bildebene des Projektionsobjektivs bestimmen. Dabei sind die polarisationsabhängigen Einflüsse der Projektionsoptiken teilweise noch enthalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bestimmen einer polarisationsoptischen Eigenschaft eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, welches mit geringem apparativem Aufwand durchführbar ist.
Ausgehend von einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem verstellbaren Polarisator, einem Beleuchtungssystem, einer von dem Beleuchtungssystem ausleuchtbaren Maskenebene und einem Projektionsobjektiv, das die Maskenebene auf eine Bildebene abbildet und einen polarisationsabhängigen Transmissionsgrad hat, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das folgende Schritte aufweist:

a) Bestimmen der Transmissionsgrade des Projektionsobjektivs für eine erste und eine zweite dazu orthogonale Polarisationsrichtung;
b) Einstellen der ersten Polarisationsrichtung vor oder in der Maskenebene unter Verwendung des Polarisators;
c) Messen einer ersten Intensität in der Bildebene des Projektionsobjektivs;
d) Einstellen der zweiten Polarisationsrichtung vor oder in der Maskenebene unter Verwendung des Polarisators;
e) Messen einer zweiten Intensität in der Bildebene des Projektionsobjektivs;
f) Bestimmen des Anteils von Licht, der in der Maskenebene entlang der von dem Polarisator eingestellten Polarisationsrichtung polarisiert ist, aus den in den Schritten c) und e) gemessenen Intensitäten und den in Schritt a) gemessenen Transmissionsgraden.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass man das Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage als Analysator verwenden kann. Hierfür ist es lediglich erforderlich, dass das Polarisationsobjektiv in zwei zueinander orthogonalen Polarisationsrichtungen unterschiedliche Transmissionsgrade aufweist. Diese Annahme ist bei Projektionsobjektiven regelmäßig erfüllt, da die Beschichtungen von darin enthaltenen optischen Elementen in aller Regel polarisationsabhängige Transmissionsgrade haben.
Verwendet man das Projektionsobjektiv als bereits vorhandenen Analysator, so genügt es, mit Hilfe des Polarisators, der z. B. zwischen dem Beleuchtungssystem und der Maskenebene oder auch in der Maskenebene angeordnet sein kann, die Polarisationsrichtungen einzustellen, für welche die Transmissionsgrade des Projektionsobjektivs bestimmt wurden, und die in der Bildebene des Projektionsobjektivs jeweils auftreffende Intensität zu messen.
Da im Beleuchtungssystem häufig ohnehin ein verstellbarer Polarisator vorhanden ist, kann auch dieser für die Messung verwendet werden. Es sind dann lediglich einige Annahmen bezüglich bestimmter polarisationsoptischer Eigenschaften des Beleuchtungssystems zu machen. So sollte man davon ausgehen können, dass sich der Betrag der IPS beim Übergang zu einem orthogonalen Polarisationszustand nicht ändert. Ferner sollte unterstellt werden können, dass das Beleuchtungssystem einen feldunabhängigen Beitrag und einen feldabhängigen Beitrag zur IPS leistet, wobei jedoch der feldabhängige Beitrag nicht zu einer nennenswerten feldabhängigen Variation der Intensität in der Maskenebene führt. Abweichungen von diesen Annahmen können durch Korrekturfaktoren berücksichtigt werden, die sich z. B. durch Kalibration ermitteln lassen.
Wird ein im Beleuchtungssystem angeordneter einstellbarer Polarisator verwendet, so müssen zur Durchführung dieses sehr einfachen erfindungsgemäßen Messverfahrens keine polarisationsoptischen Elemente in die Maskenebene eingebracht werden. Es ist dann lediglich ein meist ohnehin vorhandener Intensitätssensor erforderlich, mit dem sich in der Bildebene des Projektionsobjektivs die Intensität an mindestens einem Bildpunkt erfassen lässt. Da im Allgemeinen eine ortsaufgelöste Messung gewünscht sein wird, kann es sich bei diesem Sensor auch um einen ortsauflösenden Flächensensor handeln. Alternativ hierzu kommt selbstverständlich auch in Betracht, in der Bildebene des Projektionsobjektivs einen Punktsensor zu verfahren, um auf diese Weise an mehreren Messpunkten die Intensitäten zu messen.
Hat der Intensitätssensor selbst eine polarisationsabhängige Empfindlichkeit, so kann diese gewissermaßen dem polarisationsabhängigen Transmissionsvermögen des Projektionsobjektivs zugeschlagen werden. Das Projektionsobjektiv und der Intensitätssensor stellen dann gemeinsam einen Analysator im oben erläuterten Sinne dar.
Als verstellbarer Polarisator wird in diesem Zusammenhang jedes optische Element oder eine Gruppe von optischen Elementen verstanden, mit denen sich linear polarisiertes Licht erzeugen lässt, das wahlweise entlang wenigstens zwei zueinander orthogonaler Polarisationsrichtungen linear polarisiert ist. Ist das auf den Polarisator auftreffende Licht unpolarisiert, so kann als Polarisator ein um die optische Achse drehbar angeordnetes Element verwendet werden, das nur entlang einer Richtung transmittiert oder, falls der Polarisator in Reflexion betrieben wird, reflektiert. Es sind im Stand der Technik auch derartige Elemente bekannt, die ohne Lichtverlust unpolarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht umwandeln, wobei die Polarisationsrichtung am Polarisator einstellbar ist. Trifft auf den Polarisator linear polarisiertes Licht auf, so kann es sich bei dem Polarisator um ein polarisationsdrehendes Element, z. B. eine Halbwellenlängenplatte, handeln, die um die optische Achse drehbar angeordnet ist. Auch eine Kombination einer polarisationsselektiven Strahlteilerschicht mit einem polarisationsdrehenden Element kommt selbstverständlich als Polarisator in Sinne der vorliegenden Erfindung in Betracht.
Um die polarisationsabhängigen Transmissionsgrade des Projektionsobjektivs in Schritt a) zu bestimmen, können entweder Messungen oder Berechnungen auf der Grundlage von Objektivdaten durchgeführt werden. Eine Messung kann z. B. derart durchgeführt werden, dass für die erste Polarisationsrichtung entlang der ersten Polarisationsrichtung polarisiertes Licht bekannter. Intensität auf das Projektionsobjektiv gerichtet wird. In der Bildebene des Projektionsobjektivs wird dann gemessen, wie groß die Intensität des entlang der ersten Polarisationsrichtung polarisierten Lichts ist. Die gleiche Messung wird anschließend für die zweite Polarisationsrichtung durchgeführt.
Selbstverständlich kann die Messung der Transmissionsgrade in Schritt a) auch nach den übrigen Schritten durchgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
1: Eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;
2a und 2b: an die 1 angelehnte Darstellungen, in denen unterschiedliche Polarisationszustände in einer Maskenebene und einer Bildebene bei unterschiedlichen Stellungen eines im Beleuchtungssystem angeordneten Polarisators gezeigt sind;
3a und 3b: Eichkurven für ortsabhängige Transmissionsgrade des Projektionsobjektivs für x- bzw. y-polarisiertes Licht.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage in einem stark vereinfachten schematischen Meridionalschnitt. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 weist ein Beleuchtungssystem 12 auf, das eine Lichtquelle 14 sowie eine Beleuchtungsoptik 16 enthält. Bei der Lichtquelle 14 kann es sich zum Beispiel um einen Laser handeln, der linear polarisiertes Licht im ultravioletten Spektralbereich erzeugt. Das Licht kann zum Beispiel eine Wellenlänge von 248 nm, 193 nm oder 157 nm haben.
Die Beleuchtungsoptik 16 hat die Aufgabe, ein Lichtfeld vorgegebener Form in einer Maskenebene 18 mit Projektionslicht auszuleuchten. Das Projektionslicht soll in der Maskenebene 18 genau spezifizierte Eigenschaften haben, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Beleuchtungswinkelverteilung und den Polarisationszustand. Zum Verändern der Beleuchtungswinkelverteilung kann die Beleuchtungsoptik 16 zum Beispiel austauschbare diffraktive Elemente und/oder entlang einer optischen Achse OA des Beleuchtungssystems 12 verfahrbare optische Elemente enthalten.
Zwischen der Lichtquelle 14 und der Beleuchtungsoptik 16 ist ein verstellbarer Polarisator 20 angeordnet. Der Polarisator 20 hat die Aufgabe, linear polarisiertes Licht zu erzeugen, wobei durch Verstellen des Polarisators 20 mindestens zwei orthogonale Polarisationsrichtungen erzeugt werden können.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der Polarisator 20 ein Polarisationsfilter, das nur für Licht durchlässig ist, das entlang einer durch das Filter vorgegebene Vorzugsrichtung des Filters linear polarisiert ist. Da das von der Lichtquelle 14 erzeugte Licht im Allgemeinen hochgradig linear polarisiert ist, entfernt der Polarisator nur ggf. noch vorhandene orthogonale Polarisationskomponenten. Zum Erzeugen einer orthogonalen Polarisationsrichtung wird in den Strahlengang ein optischer Rotator eingeführt, wie dies an sich bereits im Stand der Technik bekannt ist. Der Polarisator 20 besteht somit bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus dem Polarisationsfilter und dem in den Strahlengang einführbaren Rotator.
Durch Verdrehen der Wellenlängenplatte um die optische Achse OA wird der Winkel α zwischen der Doppelbrechungsachse der Halbwellenlängenplatte und der Polarisationsrichtung des von der Lichtquelle 14 erzeugten Lichts verändert. Die Polarisationsrichtung des aus der Halbwellenlängenplatte austretenden Lichts wird dadurch um einen Winkel 2a gedreht. Das Polarisationsfilter ist entlang dieser Polarisationsrichtung des aus der Wellenlängenplatte austretenden Lichts ausgerichtet und dient lediglich dazu, nicht entlang der Vorzugsrichtung des Filters polarisierte Anteile des Lichts am Eintritt in die Beleuchtungsoptik 16 zu hindern.
In der Maskenebene 18 ist eine Verfahreinrichtung 22 angeordnet, mit deren Hilfe eine zu beleuchtende Maske in die Maskenebene 18 eingeführt und dort in X- und Y-Richtung verfahren werden kann.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 weist ferner ein Projektionsobjektiv 24 auf, dessen Objektebene mit der Maskenebene 18 zusammenfällt. In einer Bildebene 26 des Projektionsobjektivs 24 kann mit Hilfe einer weiteren Verfahreinrichtung 28 ein Substrat eingebracht werden, welches eine zu belichtende lichtempfindliche Schicht trägt.
Zur Projektionsbelichtungsanlage 10 gehört ferner ein Intensitätssensor 30, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit Hilfe der zweiten Verfahreinrichtung 28 innerhalb der Bildebene 26 des Projektionsobjektivs 24 verfahrbar ist, wie dies in der 1 durch einen Doppelpfeil 32 angedeutet ist. Der Intensitätssensor 30 ist hier als Punktsensor ausgebildet, der an einem einzelnen Punkt die auftreffende Gesamtintensität misst. Anstelle eines Punktsensors kann auch ein ortsauflösender Flächensensor verwendet werden. Auch hybride Lösungen, bei denen kleinere Flächensensoren mit Hilfe des zweiten Verfahrtischs 28 in der Bildebene 26 verfahren werden können, kommen selbstverständlich in Betracht.
Mit Hilfe der in der 1 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage 10 ist es möglich, den prozentualen Anteil des Lichts, das in der Maskenebene 18 entlang der von dem Polarisator 20 eingestellten Polarisationsrichtung polarisiert ist, auf sehr einfache Weise zu messen. Hierzu sind lediglich zwei einfache Messschritte erforderlich, die im Folgenden mit Bezug auf die 2a und 2b erläutert wird. Die Figuren zeigen in an die 1 angelehnten Darstellungen unterschiedliche Polarisationszustände in der Maskenebene 18 und der Bildebene 26 bei unterschiedlichen Stellungen des im Beleuchtungssystem 12 angeordneten Polarisators 20.
Die erste Messung wird bei einer ersten Stellung des Polarisators 20 durchgeführt. Es sei angenommen, dass das von dem Polarisator 20 in dieser Stellung erzeugte Licht entlang der x-Richtung polarisiert sei, was in der 2a durch einen Doppelpfeil angedeutet ist, dessen Breite ein Maß für die Intensität I₀ ^(x) des von dem Polarisator 20 erzeugten x-polarisierten Lichts ist. Dieses Licht durchtritt zunächst die Beleuchtungsoptik 16. Die in der Beleuchtungsoptik 16 enthaltenen optischen Elemente haben polarisationsabhängige Eigenschaften, welche dazu führen, dass sich der Polarisationszustand des Lichts beim Durchtritt durch die Beleuchtungsoptik 16 verändert. Das aus der Beleuchtungsoptik 16 austretende und die Maskenebene 18 durchsetzende Licht befindet sich deswegen nicht mehr ausschließlich in dem vom Polarisator 20 vorgegebenen x-Polarisationszustand.
In der 2a ist dies durch zwei Intensitäten I_mx ^(x) und I_my ^(y) angedeutet. Die Größe I_mx ^(x) bezeichnet dabei die Intensität des Anteils des die Maskenebene 18 durchsetzenden Lichts, welches sich in dem gewünschten, von dem Polarisator 20 eingestellten x-Polarisationszustand befindet. Die Größe I_my ^(x) bezeichnet die Intensität des Anteils des die Maskenebene 18 durchsetzenden Lichts, welches sich in dem hierzu orthogonalen p-Polarisationszustand befindet. Die Größe IPS^(x) = I_mx ^(x)/I_m0 ^(x) gibt den Anteil des Lichts an, welcher sich in dem gewünschten, durch den Polarisator 20 eingestellten x-Polarisationszustand befindet. Die Größe I_m0 ^(x) ist dabei die Gesamtintensität in der Maskenebene 18 bei der ersten Messung, in der vom Polarisator 20 x-polarisiertes Licht erzeugt wird.
Es wird nun die gesamte, d. h. alle Polarisationszustände erfassende, Intensität I_w ^(x) in der Bildebene 26 mit Hilfe des Intensitätssensors 30 an mehreren Bildpunkten gemessen. Nun wird der Polarisator 20 derart verstellt, dass dieser nur noch y-polarisiertes Licht erzeugt, wie dies in der 2b dargestellt ist. Für diese zweite Polarisationsrichtung wird ebenfalls an den mehreren Bildpunkten die gesamte Intensität I_w ^(y) gemessen. Im Folgenden wird erläutert, wie aus diesen Messungen die gesuchte Größe IPS bestimmbar ist:
Zunächst werden mit Bezug auf die 2a die Verhältnisse betrachtet, die bei der ersten Messung bestehen, bei welcher der Polarisator 20 x-polarisiertes Licht erzeugt. Das Projektionsobjektiv 24 hat für x-polarisiertes Licht einen Transmissionsgrad T_x, der sich von dem Transmissionsgrad T_y für die Transmission y-polarisierten Lichts gemäß der Gleichung (1) unterscheidet: T_x ≠ T_y. (1)
Auf die Bestimmung der Transmissionsgrade T_x und T_y wird weiter unten mit Bezug auf die 3a und 3b näher eingegangen. Die polarisationsabhängige Abschwächung durch das Projektionsobjektiv 24 führt dazu, dass das in der Maskenebene 18 gegebene Verhältnis der x- und y-polarisierten Anteile nicht erhalten bleibt. Die an einem Punkt in der Bildebene 26 des Projektionsobjektivs 24 bei der ersten Messung erhaltenen Intensitäten für x- bzw. y-polarisiertes Licht ergeben sich zu I_wx ^(x) = I_mx ^(x)·T_x und I_wy ^(x) = I_my(x)·T_y (2)
Der hochgestellte Parameter ^(x) bezeichnet dabei Größen, die bei der hier beschriebenen ersten Messung auftreten, in denen der Polarisator x-polarisiertes Licht erzeugt.
Die Messung der Intensität in der Bildebene 26 erfasst gemäß der Gl. (3) sowohl x- als auch y-polarisiertes Licht: I_w ^(x) = I_wx ^(x) + I_wy ^(x) (3)
Für die zweite Messung gelten die Gleichungen (2) und (3) entsprechend: I_wx ^(y) = I_mx ^(y)·T_x und I_wy ^(y) = I_my ^(y)·T_y (4) und I_w ^(y) = I_wx ^(y) + I_wy ^(y) (5)
Der hochgestellte Parameter ^(y) bezeichnet dabei Größen, die bei der zweiten Messung auftreten, in der der Polarisator y-polarisiertes Licht erzeugt. Einsetzen von Gl. (2) in Gl. (3) und von Gl. (4) in Gl. (5) führt auf I_w ^(x) = I_mx ^(x)·T_x + I_my ^(x)·T_y und I_w ^(y) = I_mx ^(y)·T_x + I_my ^(y)·T (6)
Es wird nun unterstellt, dass sich der Betrag des Anteils IPS des sich im gewünschten Polarisationszustand befindenden Lichts beim Übergang zu einem orthogonalen Polarisationszustand nicht ändert. Anschaulich gesprochen bedeutet dies, dass dann, wenn z. B. 20% von x-polarisiertem Licht im Beleuchtungssystem 12 in y-polarisiertes Licht umgewandelt wird, umgekehrt auch 20% von y-polarisiertem Licht in x-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Für die Größen I_mx ^(x) und I_my ^(y) gilt dann I_mx ^(x)/I_m0 ^(x) = I_my ^(y)/I_m0 ^(y) := IPS (7)
Die Größen I_m0 ^(x) und I_m0 ^(y) bezeichnen dabei die Gesamtintensität des die Maskenebene 18 durchtretenden Lichts bei der ersten bzw. der zweiten Messung. Für I_m0 ^(x) gilt z. B. I_m0 ^(x) = I_mx ^(x) + I_my ^(x) (8) Entsprechendes gilt für I_m0 ^(y)
Wegen Gl. (7) und weil Licht, das sich nicht im gewünschten Polarisationszustand befindet, sich im hierzu orthogonalen Polarisationszustand befindet, gilt ferner: I_my ^(x)/I_m0 ^(x) = I_mx ^(y)/I_m0 ^(y) = 1 – IPS (9)
Da im Beleuchtungssystem 12 die Umwandlung der Polarisationszustände meist erst in den letzten Elementen der Beleuchtungsoptik 16 stattfindet, sind nur wenige optische Elemente vorhanden, deren polarisationsabhängige Transmissionsgrade sich nennenswert auf die Intensität. in der Maskenebene auswirken könnte. Daher gilt in guter Näherung I_m0 ^(x) ≈ I_m0 ^(y) = I₀ (10)
Einsetzen der Gl. (7), (9) und (10) in die Gl. (6) führt auf I_w ^(x) = I₀·IPS·T_x + I₀·(1 – IPS)·T_y und I_w ^(y) = I₀·(1 – IPS)·T_x + I₀·IPS·T (11)
Auflösen nach der gesuchten Größe IPS führt auf IPS = [I_w ^(x)·T_x –I_w ^(y)·T_y]/[(I_w ^(x) + I_w ^(y))·[T_x – T_y] (12)
Aus der vorstehenden Herleitung wird deutlich, dass die Größen I₀ ^(x) und I₀ ^(y) in die Berechnung der IPS nicht einfließen. Daraus wird deutlich, dass es auf die Anordndung des Polarisators 20 nicht ankommt. Der Polarisator 20 könnte deswegen auch an anderer Stelle innerhalb des Beleuchtungssystems, z. B. unmittelbar vor oder sogar in der Maskenebene 18, angeordnet sein. Bei einer Anordnung des Polarisators 20 nach dem Beleuchtungssystem 12 und vor oder in der Maskenebene 18 gelten die Gleichungen (7) und (10) exakt, so dass in diesem Fall keine Annahmen über das Beleuchtungssystem gemacht zu werden brauchen.
Die Bestimmung der Transmissiongrade des Projektionsobjektivs 24 kann entweder messtechnisch oder rechnerisch erfolgen. Bei einer messtechnischen Bestimmung sind zwei Messungen erforderlich. In einer Messung durchtritt x-polarisiertes Licht bekannter Intensität I_0x das Projektionsobjektiv 24. In einer polarisationsselektiven Intensitätsmessung wird in der Bildebene 26 ausschließlich der x-polarisierte Anteil I_x des aus dem Projektionsobjektiv 24 austretenden Lichts gemessen. Der Transmissionsgrad T_x ergibt sich dann als T_x = I_x/I_0x. Aus einer zweiten Messung mit y-polarisiertem Licht ergibt T_y = I_y/I_0y.
Die 3a und 3b zeigen beispielhaft Eichkurven von T_x und T_y, die sich aus einer solchen Bestimmung des Transmissionsgrads ergeben, wenn man die Ortsabhängigkeit innerhalb der Bildebene 26 des Projektionsobjektivs 24 berücksichtigt. Da das Projektionsobjektiv 24 in aller Regel rotationssymmetrisch ausgelegt ist, reicht es meist aus die beiden Eichkurven der orthogonalen Polarisationsrichtungen entlang einer beliebigen Linie zu bestimmen, welche in der Bildebene 26 liegt und die optische Achse OA schneidet.
Da der Wert der Größe IPS von der im Beleuchtungssystem 12 eingestellten Beleuchtungswinkelverteilung abhängt, sollten die Transmissionsgrade T_x und T_y für diejenige Beleuchtungswinkelverteilung ermittelt werden, bei der die Größe IPS bestimmt werden soll.
Alternativ hierzu ist es möglich, die Transmissionsgrade T_x und T_y rechnerisch zu bestimmen. Hierzu müssen die polarisationsoptischen Eigenschaften aller in dem Projektionsobjektiv 24 enthaltenen optischen Elemente bekannt sein.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer polarisationsoptischen Eigenschaft eines Beleuchtungssystems (12) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (10), wobei die Projektionsbelichtungsanlage aufweist: – einen verstellbaren Polarisator (20), – eine von dem Beleuchtungssystem (12) ausleuchtbare Maskenebene (18) und – ein Projektionsobjektiv (24), das die Maskenebene (18) auf eine Bildebene (26) abbildet und einen polarisationsabhängigen Transmissionsgrad hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bestimmen der Transmissionsgrade des Projektionsobjektivs (24) für eine erste und eine zweite dazu orthogonale Polarisationsrichtung; b) Einstellen der ersten Polarisationsrichtung vor oder in der Maskenebene (18) unter Verwendung des Polarisators (20); c) Messen einer ersten Intensität in der Bildebene (26) des Projektionsobjektivs; d) Einstellen der zweiten Polarisationsrichtung vor oder in der Maskenebene (18) unter Verwendung des Polarisators (20); e) Messen einer zweiten Intensität in der Bildebene (26) des Projektionsobjektivs (24); f) Bestimmen des Anteils von Licht, der in der Maskenebene (18) entlang der von dem Polarisator eingestellten Polarisationsrichtung polarisiert ist, aus den in den Schritten c) und e) gemessenen Intensitäten und den in Schritt a) gemessenen Transmissionsgraden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen der Intensitäten in den Schritten c) und e) an mehreren Punkten in der Bildebene (26) des Projektionsobjektivs (24) wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Intensitäten in den Schritten c) und e) ein Punktsensor (30) in der Bildebene (26) des Projektionsobjektivs (24) verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen an den mehreren Punkten unter Verwendung eines ortsauflösenden Flächensensors durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die polarisationsabhängigen Transmissionsgrade durch Messungen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die polarisationsabhängigen Transmissionsgrade durch Berechnungen auf der Grundlage von Objektivdaten bestimmt werden.