DE102007042672A1

DE102007042672A1 - Diffractive optical element for operating wavelength for microelectronics, comprises binary structuring in subarea, and binary structuring comprises different strip densities at two positions of former subarea smaller than certain amount

Info

Publication number: DE102007042672A1
Application number: DE200710042672
Authority: DE
Inventors: Bastian Trauter; Jochen Hetzler
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-03-26

Abstract

The diffractive optical element comprises a binary structuring in a subarea. The binary structuring comprises different strip densities at two positions of the former subarea smaller than one divided by lambda. The binary structuring comprises different scanning ratios at the two positions. The difference of the different strip densities and the difference of the different scanning ratios amount to 0.1. An independent claim is included for a method for manufacturing a diffractive optical element.

Description

Die Erfindung betrifft ein diffraktives optisches Element, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements.The The invention relates to a diffractive optical element, as well as a Method for producing a diffractive optical element.

Diffraktive optische Elemente werden inzwischen auf vielen Gebieten der Optik und des optischen Maschinenbaus eingesetzt. Aufgrund der Entwicklung in der Mikroelektronik ist es möglich mikrooptische Elemente bis hinab zu Strukturgrößen von einigen zehn Nanometern auf den Anlagen zur Herstellung von Mikroelektronik herzustellen.diffractive Optical elements are now used in many fields of optics and the optical engineering used. Due to the development in microelectronics it is possible micro-optical elements down to structural sizes of a few tens of nanometers on the equipment for the production of microelectronics.

Als diffraktive optische Elemente (DOE) werden neben Computer generierten Hologrammen (CGH) auch Gitter bezeichnet. Ferner gelten auch mikrooptische Nachbildungen von klassischen refraktiven Elementen, wie z. B. einer Fresnel-Zonenplatte als DOEs, siehe US 6,728,036 B2 . Darüber hinaus werden auch Elemente mit sogenannten „Area-Coded Effective Medium Structure" (ACES) Strukturierungen als diffraktive optische Elemente bezeichnet. Hierbei handelt es sich um Strukturierungen, die sich nur noch mit rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen auslegen lassen, da die Abmessungen der Strukturierungen in der Größenordnung der Wellenlänge oder darunter liegen, siehe US 7,139,127 B2 .Diffractive optical elements (DOEs) are not only computer-generated holograms (CGH) but also lattices. Furthermore, micro-optical replicas of classical refractive elements, such. B. a Fresnel zone plate as DOEs, see US 6,728,036 B2 , In addition, elements with so-called Area-Coded Effective Medium Structure (ACES) structurings are referred to as diffractive optical elements, which are structures that can only be interpreted with rigorous methods for solving the Maxwell equations, since the Dimensions of the structurings are on the order of the wavelength or less, see US 7,139,127 B2 ,

In US 6,728,036 B2 wird eine Mikro-Fresnel-Linse in Form eines Gitters mit Blazeprofil mit von der Linsenmitte zum Linsenrand hin kontinuierlich abnehmender Gitterperiode beschrieben. Unter Blazeprofil wird hierbei ein Sägezahnprofil verstanden. Das diffraktive optische Element in US 6,728,036 B2 hat z. B. die Aufgabe bestimmte Abbildungsfehler einer optischen Anordnung, z. B. den Farblängsfehler, den Farbvergrößerungsfehler, das sekundäre Spektrum, die farbige Variation der Koma und zusätzlich monochromatische Abbildungsfehler zu korrigieren. In US 6,728,036 B2 wird die Höhe der einzelnen Sägezähne derart angepasst, dass die Beugungseffizienz für die erste Beugungsordnung des Gitters für alle Gitterperioden nahezu denselben Wert aufweist. Hierbei wird die Beugungseffizienz des Gitters für die zentralen Bereiche in der Linsenmitte mit der größten Gitterperiode soweit erniedrigt, dass diese Beugungseffizienz mit der Beugungseffizienz der Randbereiche der Linse mit der niedrigen Gitterperiode in etwa übereinstimmt. Nachteilig an der Anpassung der lokalen Höhe des Gitters ist die daraus resultierende Phasenverzögerung von größer 0,06 rad zwischen dem Licht, das die Linsenmitte und dem Licht, das den Linsenrand passiert. Eine solche Phasenverzögerung ist insbesondere für den Einsatz eines diffraktiven optischen Elements als ein Austausch-Element in einem Projektionsobjektiv für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage unerwünscht, da solche Objektive mit sehr großem Aufwand auf sehr viel niedrigere Phasenverzögerungswerte insgesamt korrigiert werden. Ein weiterer Nachteil an einem Gitter mit Blazeprofil ist das Blazeprofil an sich, da es sich nur aufwändig durch mehrere lithographische Prozessschritte nacheinander herstellen lässt. Hierbei entstehen Herstellungsfehler des Gitters, da sich die einzelnen Strukturen resultierend aus den einzelnen Lithographieschritten aufgrund von endlicher Fertigungsgenauigkeit räumlich nicht perfekt zueinander in Deckung bringen lassen.In US 6,728,036 B2 For example, a micro Fresnel lens in the form of a grating profile grating having a grating period that decreases continuously from the lens center to the lens edge is described. Under Blazeprofil this is understood a sawtooth profile. The diffractive optical element in US 6,728,036 B2 has z. B. the task certain aberrations of an optical arrangement, eg. As to correct the color longitudinal error, the color magnification error, the secondary spectrum, the colored variation of the coma and in addition monochromatic aberrations. In US 6,728,036 B2 For example, the height of the individual saw teeth is adjusted so that the diffraction efficiency for the first diffraction order of the grating is almost the same for all grating periods. Here, the diffraction efficiency of the grating for the center regions in the lens center having the largest grating period is lowered so much that this diffraction efficiency is approximately coincident with the diffraction efficiency of the edge regions of the lens having the low grating period. A disadvantage of the adaptation of the local height of the grating is the resulting phase delay of greater than 0.06 rad between the light passing through the lens center and the light passing through the lens edge. Such a phase delay is undesirable, in particular, for the use of a diffractive optical element as an exchange element in a projection objective for a microlithography projection exposure apparatus, since such objectives are corrected with very great effort to a much lower phase delay values overall. A further disadvantage of a lattice with blaze profile is the blaze profile per se, since it can only be produced in a time-consuming manner by several lithographic process steps one after the other. In this case, production errors of the grating arise because the individual structures resulting from the individual lithography steps due to finite manufacturing accuracy can not be spatially aligned perfectly with each other.

Ein binäres CGH zum Einsatz in einer Prüfanlage für asphärische Flächen ist in „Asphärenprüfung mit computergenerierten Hologrammen", Stephan Reichelt und Hans Tiziani, Technisches Messen 73 (2006) 10, Oldenburg Verlag , gezeigt. Das dort gezeigte binäre CGH soll eine asphärische Oberfläche nachbilden und besitzt eine entlang der Oberfläche variable Streifendichte von Null bis etwa 250/mm. Als Streifendichte eines binären diffraktiven optischen Elements wird die Anzahl der Streifen innerhalb eines betrachtenden Abschnitts innerhalb der optisch aktiven Fläche des diffraktiven optischen Elements dividiert durch die Länge des betrachteten Abschnitts senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Streifen bezeichnet. Bei Phasenobjekten als binäres diffraktives optisches Element wird als Streifen der Teil der einzelnen diffraktiven Struktur bezeichnet, der aus Material mit einem höheren Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge λ besteht. Ferner bildet die Lücke den restlichen Teil der einzelnen diffraktiven Struktur, der aus Material mit einem niedrigeren Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge λ besteht. Bei Amplitudenobjekten als binäres diffraktives optisches Element ist der Streifen der Teil der einzelnen diffraktiven Struktur der eine niedrigere Transmission aufweist als der restliche Teil der einzelnen diffraktiven Struktur, der hierbei die Lücke bildet. In der mathematischen Beschreibung von Amplitudenobjekten werden die Transmissionswerte in Form von komplexen Brechungsindizes berücksichtigt. Ein binäres CGH oder DOE hat gegenüber einem Gitter mit Blazeprofil den Vorteil, dass es sich in einem Prozessschritt herstellen lässt. Dadurch ist ein solches DOE einfacher und billiger herzustellen. Darüber hinaus weist es aufgrund des einzelnen Prozessschrittes zur Herstellung geringere Fertigungsfehler als ein Gitter mit Blazeprofil auf.A binary CGH for use in an aspherical surface inspection system is in "Aspherical Examination with Computer-Generated Holograms", Stephan Reichelt and Hans Tiziani, Technisches Messen 73 (2006) 10, Oldenburg Verlag , shown. The binary CGH shown there is intended to emulate an aspherical surface and has a strip density variable from zero to about 250 / mm along the surface. The stripe density of a binary diffractive optical element is the number of stripes within a viewing section within the optically active surface of the diffractive optical element divided by the length of the considered section perpendicular to the direction of extension of the strips. In the case of phase objects as a binary diffractive optical element, the strip is the part of the individual diffractive structure which consists of material with a higher refractive index at the operating wavelength λ. Furthermore, the gap forms the remainder of the individual diffractive structure, which consists of material with a lower refractive index at the operating wavelength λ. In the case of amplitude objects as a binary diffractive optical element, the strip is the part of the individual diffractive structure which has a lower transmission than the remaining part of the individual diffractive structure, which forms the gap in this case. In the mathematical description of amplitude objects, the transmission values are taken into account in the form of complex refractive indices. A binary CGH or DOE has the advantage over a lattice with blaze profile that it can be produced in one process step. This makes such a DOE easier and cheaper to manufacture. Moreover, due to the single manufacturing process step, it has lower manufacturing errors than a blaze profile grating.

In WO 2007/031992 A1 wird das lokale Tastverhältnis eines binären DOE derart angepasst, dass die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung über die optische Fläche lokal variiert und somit inhomogen wird. Das DOE besitzt hierbei eine konstante Streifendichte über die gesamte optische Fläche. Unter einem lokalen Tastverhältnis wird das Produkt von lokaler Streifenbreite und lokaler Streifendichte einer einzelnen binären diffraktiven Struktur verstanden.In WO 2007/031992 A1 the local duty cycle of a binary DOE is adjusted such that the diffraction efficiency of the first diffraction order over the optical surface varies locally and thus becomes inhomogeneous. The DOE has a constant stripe density over the entire optical surface. A local duty cycle is understood to mean the product of local stripe width and local stripe density of a single binary diffractive structure.

Aufgabe der Erfindung ist es diffraktive optische Elemente weiterzuentwickeln und dabei die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll bei binären diffraktiven optischen Elementen mit variierender Streifendichte eine homogene Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung und/oder eine homogene Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null erzielt werden. Darüber hinaus soll bei binären diffraktiven optischen Elementen mit variierender Streifendichte eine homogene Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung und/oder eine homogene Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null auch für TE-polarisiertes Licht und/oder TM-polarisiertes Licht erzielt werden.The object of the invention is diffractive opti further develop elements and thereby avoid the disadvantages of the prior art. In particular, in binary diffractive optical elements with varying stripe density, a homogeneous diffraction efficiency of the first diffraction order and / or a homogeneous phase retardation of the phase of the first diffraction order should be achieved with respect to the phase of the first diffraction order at zero stripe density. Moreover, in binary diffractive optical elements having varying stripe density, homogeneous diffraction efficiency of the first diffraction order and / or homogeneous phase retardation of the first diffraction order phase with respect to the first diffraction order phase at zero stripe density are also intended for TE polarized light and / or TM polarized light be achieved.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein diffraktives optisches Element für eine Arbeitswellenlänge λ, welches zumindest in einem ersten Teilbereich eine binäre Strukturierung aufweist, wobei die binäre Strukturierung an mindestens zwei Orten des ersten Teilbereichs unterschiedliche Streifendichten kleiner als 1/λ aufweist. Ferner weist die binäre Strukturierung an den mindestens zwei Orten mit unterschiedlichen Streifendichten unterschiedliche Tastverhältnisse der binären Strukturierung auf, wobei die Differenz der unterschiedlichen Streifendichten wenigstens 0,1·1/λ und die Differenz der unterschiedlichen Tastverhältnisse wenigstens 0,1 beträgt. Durch das Anpassen der Tastverhältnisse bei unterschiedlichen Streifendichten mit rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen können die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung und/oder die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null für unterschiedliche Streifendichten homogenisiert werden. Dies ist insbesondere auch für TE-polarisiertes Licht und/oder TM-polarisiertes Licht möglich.Solved This object is achieved by a diffractive optical element for a working wavelength λ, which at least in a first subarea a binary Having structuring, wherein the binary structuring different at at least two locations of the first subregion Has strip densities less than 1 / λ. Further points the binary structuring in the at least two places with different strip densities different duty cycles the binary structuring on, with the difference of the different stripe densities at least 0.1 · 1 / λ and the difference of the different duty cycles at least 0.1. By adjusting the duty cycle at different strip densities with rigorous methods for Solution of the Maxwell equations can be the diffraction efficiency the first diffraction order and / or the phase delay the phase of the first order of diffraction from the phase the first diffraction order at stripe density zero for different strip densities are homogenized. This is in particular also for TE-polarized light and / or TM-polarized Light possible.

Ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element für den Einsatz innerhalb eines Beleuchtungssystems und/oder eines Projektionsobjektivs in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage bietet den Vorteil, bestimmte Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs und/oder des Beleuchtungssystems der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zu korrigieren. Dies sind unter anderem der Farblängsfehler, der Farbvergrößerungsfehler, das sekundäre Spektrum, die farbige Variation der Koma, monochromatische Abbildungsfehler, Telezentrie, Homogenität der Feldausleuchtung, Homogenität der Pupillenausleuchtung und Elliptizität der Pupille. Ferner können mit dem diffraktiven optischen Element in Feld- und Pupillenebenen des Projektionsobjektivs oder des Beleuchtungssystems bestimmte chromatische oder monochromatische Filterfunktionen bzw. Verlaufsfilterfunktionen realisiert werden. Darüber hinaus können durch diffraktive optische Elemente innerhalb von Projektionsobjektiven oder Beleuchtungssystemen die optische Funktionalität von sphärischen oder asphärischen Linsenoberflächen nachgebildet werden und somit Materialeinsparungen realisiert werden, da dicke Linsen durch dünne diffraktive optische Elemente ersetzt werden können.One inventive diffractive optical element for use within a lighting system and / or a projection lens in a microlithography projection exposure apparatus offers the advantage of certain aberrations of the projection lens and / or the illumination system of the microlithography projection exposure apparatus to correct. These include the color longitudinal error, the color magnification error, the secondary Spectrum, the colored variation of the coma, monochromatic aberrations, Telecentricity, homogeneity of field illumination, homogeneity the pupil illumination and ellipticity of the pupil. Furthermore, with the diffractive optical element in Field and pupil levels of the projection lens or lighting system chromatic or monochromatic filter functions or gradient filter functions will be realized. In addition, through diffractive optical elements within projection lenses or Lighting systems the optical functionality of spherical or aspheric lens surfaces and thus material savings can be realized because thick Lenses replaced by thin diffractive optical elements can be.

Ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element für den Einsatz innerhalb eine Asphären-Prüfanlage bietet den Vorteil, die Intensität der Prüfwelle an die Intensität der Referenzwelle anzupassen, so dass ein optimaler Interferenzkontrast entsteht, wodurch die Auswertung der Interferenzmuster auf dem CCD-Chip der Asphären-Prüfanlage erleichtert wird.One inventive diffractive optical element for use within an aspherical test facility offers the advantage of the intensity of the test wave adapt to the intensity of the reference wave, so that an optimum interference contrast arises, whereby the evaluation the interference pattern on the CCD chip of the aspheric test facility easier becomes.

Ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element, bei dem die binäre Strukturierung an Orten des ersten Teilbereiches mit gleicher Streifendichte ein gleich großes Tastverhältnis aufweist, hat den Vorteil, dass Orte des diffraktiven optischen Elements, an denen die erste Beugungsordnung in die gleiche Beugungs-Richtung ablenkt wird, auch die gleiche Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung aufweisen. Darüber hinaus hat das gleiche Tastverhältnis bei binären Strukturierungen an Orten mit gleicher Streifendichte der binären Strukturierung den Vorteil, dass damit die Freiheitsgrade bei der Berechnung des diffraktiven optischen Elements mit rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen eingeschränkt werden und somit einerseits Rechenzeit gespart wird, sowie andererseits unstabile Lösungen vermieden werden.One inventive diffractive optical element, in which the binary structuring in places of the first subarea with the same stripe density an equal duty cycle has the advantage that places of diffractive optical Elements, where the first diffraction order in the same diffraction direction is deflected, even the same diffraction efficiency of the first diffraction order exhibit. In addition, has the same duty cycle for binary structuring in locations with the same stripe density The advantage of binary structuring is that it allows the Degrees of freedom in the calculation of the diffractive optical element restricted with rigorous methods for solving the Maxwell equations and thus on the one hand computer time is saved, as well as on the other hand unstable solutions are avoided.

Ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element, wobei die jeweils unterschiedlichen Tastverhältnisse der mindestens zwei unterschiedlichen Streifendichten größer als 0,1 und kleiner als 0,9 sind, insbesondere größer als 0,2 und kleiner als 0,8 sind, trägt dem Umstand Rechnung, dass bei Tastverhältnissen kleiner 0,1 und größer 0,9, bzw. kleiner 0,2 und größer 0,8, zu große Lichtverluste bzw. zu niedrige Beugungseffizienzen auftreten.One inventive diffractive optical element, wherein the respective different duty cycles of at least two different strip densities larger than 0.1 and less than 0.9, in particular larger than 0.2 and less than 0.8, takes into account the fact that that at duty ratios less than 0.1 and greater 0.9, or less than 0.2 and greater than 0.8, too large Loss of light or too low diffraction efficiencies occur.

Ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element, wobei ein einzelner Streifen der binären Strukturierung eine Länge aufweist, die größer als die hundertfache Breite des Streifens ist, führt im Gegensatz zu einem rein aus einzelnen Pixeln bestehenden CGH dazu, dass dieses DOE unempfindlich gegen Proximity-Effekte bei der lithographischen Herstellung mittels Maskenabbildung ist. Unter Proximity-Effekten werden Fehl-Effekte bei der lithographischen Abbildung von Maskenstrukturen verstanden, die dazu führen, dass Enden, Kanten und Ecken von Maskenstrukturen verfälscht abgebildet werden. Bei der Benutzung von ausgedehnten Maskenstrukturen, bei denen die Enden oder Ecken der Maskenstrukturen eine untergeordnete Rolle spielen, werden diese Proximity-Effekte unterdrückt.A diffractive optical element according to the invention, wherein a single stripe of the binary patterning has a length greater than a hundred times the width of the stripe, makes this DOE insensitive to proximity effects in contrast to a purely single pixel CGH lithographic production by means of mask imaging. Proximity effects are considered to be mis-effects in the lithographic imaging of mask structures, which result in the edges, edges and corners of mask structures being distorted. When using extended mask structures in which the ends or corners of the mask structure play a minor role, these proximity effects are suppressed.

Ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element, wobei die binäre Strukturierung gekrümmte Streifen aufweist, führt im Gegensatz zu einem rein aus einzelnen Pixeln oder geraden Streifen bestehenden CGH dazu, dass dieses DOE die beabsichtigte Funktionalität zur Korrektur der oben genannten Abbildungsfehlern einfacher nachbilden kann, da gekrümmte Streifen besser an die Symmetrieeigenschaften der Abbildungsfehler angepasst werden können als gerade Streifen.One inventive diffractive optical element, the binary structuring being curved stripes exhibits, in contrast to a purely individual Pixels or even stripes existing CGH cause this DOE the intended functionality to correct the above mentioned imaging errors can more easily emulate because curved Strips better at the symmetry properties of aberrations can be adjusted as straight strips.

Ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element in der Funktionsweise eines Phasenobjektes, wobei die Arbeitswellenlänge λ implizit durch die Gleichung λ = 2·h·|(n₁ – n₂)| mit der Streifenhöhe h, dem Brechungsindex der Lücke n₁ bei der Arbeitswellenlänge λ und dem Brechungsindex des Streifens n₂ bei der Arbeitswellenlänge λ gegeben ist, führt zu einer Unterdrückung der 0. Beugungsordnung. In der Regel trägt die 0. Beugungsordnung nicht zur funktionellen Aufgabe eines diffraktiven optischen Elements bei, so dass die 0. Beugungsordnung zur Vermeidung von Lichtverlusten gemäß der oben angegebenen Formel durch eine entsprechende Anpassung der Streifenhöhe h unterdrückt wird.An inventive diffractive optical element in the operation of a phase object, wherein the operating wavelength λ implicitly by the equation λ = 2 · h · | (n ₁ - n ₂ ) | given the stripe height h, the refractive index of the gap n ₁ at the operating wavelength λ and the refractive index of the stripe n ₂ at the operating wavelength λ, leads to a suppression of the 0th diffraction order. In general, the 0th diffraction order does not contribute to the functional task of a diffractive optical element, so that the 0th diffraction order to avoid light losses is suppressed according to the formula given above by a corresponding adaptation of the strip height h.

Bei einem diffraktiven optischen Element kann die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für unterschiedliche Streifendichten homogenisiert werden, indem die Tastverhältnisse entsprechend erfindungsgemäß angepasst werden. In der Regel kann durch eine Erniedrigung der Beugungseffizienzen bei kleineren Streifendichten erfindungsgemäß eine Angleichung an die Beugungseffizienzen bei hohen Streifendichten erfolgen. Eine solche Homogenisierung der Beugungseffizienzen erfolgt durch ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element mit einer Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung, wobei die Beugungseffizienz für unterschiedliche Streifendichten des diffraktiven optischen Elements eine Variation von weniger als 20%, bevorzugt weniger als 15%, noch mehr bevorzugt von weniger als 10% bezogen auf die größte Beugungseffizienz aufweist. Darüber hinaus liegt insbesondere bei einem diffraktiven optischen Element in der Funktionsweise eines Phasenobjektes mit einer maximalen Streifendichte von größer oder gleich 0,8·1/λ dann eine sehr homogenisierte Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung vor, wenn die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für unterschiedliche Streifendichten mehr als 30% beträgt und eine Variation von weniger als 5% aufweist. Ferner liegt insbesondere bei einem diffraktiven optischen Element in der Funktionsweise eines Phasenobjektes mit einer maximalen Streifendichte von größer oder gleich 0,9·1/λ dann eine sehr homogenisierte Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung vor, wenn die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für unterschiedliche Streifendichten mehr als 22% beträgt und eine Variation von weniger als 4% aufweist. Des weiteren liegt insbesondere bei einem diffraktiven optischen Element in der Funktionsweise eines Phasenobjektes mit wenigstens zwei unterschiedlichen Streifendichten von größer 0,4·1/λ und kleiner als 0,7·1//λ und mit einem Gradienten der Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für die zwei unterschiedlichen Streifendichten dann eine homogenisierte Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung vor, wenn der Gradient der Beugungseffizienz maximal 60%·λ beträgt. Insofern resultiert im Fernfeld solcher diffraktiven optischen Elemente an den Orten, an denen die ersten Beugungsordnungen zu liegen kommen, für jede der ersten Beugungsordnungen die gleiche Intensität. In einem Projektionsobjektiv oder einem Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, sowie einer Asphären-Prüfanlage gilt es in den Feld- und Pupillenebenen in der Regel homogene Ausleuchtungsverteilungen zu realisieren. Insofern ist es gerade bei solchen optischen Baugruppen mit einem diffraktiven optischen Element wichtig erfindungsgemäß die Beugungseffizienz zu homogenisieren. Analog gelten die getätigten Aussagen hinsichtlich der Homogenisierung der Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung bei einem diffraktiven optischen Element in der Funktionsweise eines Phasenobjekts auch für TE- oder TM-polarisiertes Licht. Im Hinblick auf die Anwendung von TE- und/oder TM-polarisiertem Licht in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie und/oder einer Asphären-Prüfanlage können sich gewisse Vorteile ergeben, die über die offensichtlichen Vorteile einer homogenisierten Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung hinaus gehen. Zumindest ist es für die rechentechnische Optimierung der Tastverhältnisse von Vorteil, wenn nur die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für eine bestimmte Polarisationsrichtung des Lichtes beachtet werden muss. Dies führt zu einer kleineren Variation der Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für verschiedene Streifendichten, sowie zu einer kürzeren Rechenzeit.at a diffractive optical element may have the diffraction efficiency the first diffraction order for different stripe densities be homogenized by the duty cycles accordingly be adjusted according to the invention. Usually can be achieved by lowering the diffraction efficiencies in smaller ones Strip densities according to the invention an approximation to the diffraction efficiencies at high stripe densities. A such homogenization of the diffraction efficiencies is done by inventive diffractive optical element with a diffraction efficiency of the first diffraction order, wherein the Diffraction efficiency for different strip densities of the diffractive optical element has a variation of less than 20%, preferably less than 15%, even more preferably less as 10% based on the greatest diffraction efficiency having. In addition, lies especially in a diffractive optical element in the operation of a phase object with a maximum strip density of greater or less equal to 0.8 · 1 / λ then a very homogenized diffraction efficiency the first diffraction order, when the diffraction efficiency of the first Diffraction order for different strip densities more than 30% and has a variation of less than 5%. Further is especially in a diffractive optical element in the How a phase object works with a maximum stripe density of greater than or equal to 0.9 · 1 / λ then a very homogenized diffraction efficiency of the first diffraction order, when the diffraction efficiency of the first diffraction order for different strip densities is more than 22% and has a variation of less than 4%. Furthermore, in particular in a diffractive optical element in the operation of a Phase object with at least two different stripe densities of greater than 0.4 x 1 / λ and smaller as 0.7 x 1 // λ and with a gradient of diffraction efficiency the first diffraction order for the two different ones Strip densities then a homogenized diffraction efficiency of the first Diffraction order before, when the gradient of the diffraction efficiency maximum 60% · λ is. Insofar results in the Far field of such diffractive optical elements in the places at which the first diffraction orders come to lie, for each of the first orders of diffraction has the same intensity. In a projection lens or a lighting system for a Microlithography projection exposure system, as well as an aspheric testing system In the field and pupil planes, homogeneous illumination distributions are generally applied to realize. In this respect, it is precisely with such optical assemblies with a diffractive optical element important according to the invention Homogenize diffraction efficiency. The same applies Statements regarding the homogenization of the diffraction efficiency the first diffraction order in a diffractive optical element in the mode of operation of a phase object also for TE or TM polarized light. With regard to the use of TE and / or TM polarized light in a projection exposure apparatus for microlithography and / or an aspheric testing system There may be some benefits over that the obvious advantages of homogenized diffraction efficiency go beyond the first diffraction order. At least it is for the computational optimization of the duty cycle of Advantage, if only the diffraction efficiency of the first diffraction order for a certain polarization direction of the light must become. This leads to a smaller variation of the Diffraction efficiency of the first diffraction order for different stripe densities, as well as to a shorter computing time.

Bei einem diffraktiven optischen Element kann die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung für unterschiedliche Streifendichten gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei der Streifendichte Null homogenisiert werden, indem die Tastverhältnisse entsprechend erfindungsgemäß angepasst werden. Dies ist insbesondere durch ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element mit einer Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei der Streifendichte Null möglich, wobei die Phasenverzögerung für unterschiedliche Streifendichten des diffraktiven optischen Elements gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei der Streifendichte Null eine Variation von weniger als 0,05 rad aufweist. Darüber hinaus liegt insbesondere für ein diffraktives optisches Element in der Funktionsweise eines Phasenobjektes dann eine sehr homogenisierte Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei der Streifendichte Null vor, wenn die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung bei wenigstens einer Streifendichte größer als 0,7·1/λ weniger als 0.05 rad beträgt. Eine solch homogenisierte Phasenverzögerung ist insbesondere bei einem Projektionsobjektiv für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage wichtig, da bei einem solchen Projektionsobjektiv mit großem Aufwand in Design und Fertigung große Phasenverzögerungen zwischen der idealen sphärischen Wellenfront und der realen Wellenfront des Objektivs bei den Bildpunkten des Objektivs vermieden werden. Gleiches gilt auch für die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung bei einem DOE in der Funktionsweise eines Phasenobjektes für TE- und/oder TM-polarisiertes Licht.In a diffractive optical element, the phase delay of the phase of the first diffraction order for different stripe densities can be homogenized compared to the phase of the first diffraction order at the stripe density zero by the duty cycles are adjusted according to the invention. This is possible in particular by a diffractive optical element according to the invention having a phase delay of the first diffraction order phase relative to the phase of the first diffraction order at zero stripe density, the phase retardation for different stripe densities of the diffractive optical element being opposite to the phase of the first diffraction order at the stripe density zero Variation of less than 0.05 rad. In addition, in particular for a diffractive optical element in the operation of a phase object then a very homogenized phase delay of the phase of the first diffraction order relative to the phase of the first diffraction order at the strip density zero, if the phase delay of the phase of the first diffraction order at least one stripe density greater than 0.7 · 1 / λ is less than 0.05 rad. Such a homogenized phase delay is particularly important in a projection lens for a microlithography projection exposure system, since in such a projection lens with great effort in design and manufacturing large phase delays between the ideal spherical wavefront and the real wavefront of the lens at the pixels of the lens are avoided. The same applies to the phase delay of the phase of the first diffraction order in a DOE in the operation of a phase object for TE and / or TM polarized light.

Die Herstellung eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elementes erfolgt durch ein Verfahren, bei dem die unterschiedlichen Tastverhältnisse der binären Strukturierung an den Orten des ersten Teilbereichs mit den unterschiedlichen Streifendichten der binären Strukturierung entsprechend den Ergebnissen von Rechnungen mit rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen ausgelegt werden. Die Optimierung der Tastverhältnisse erfolgt hierbei erfindungsgemäß mit Bezug auf die Beugungseffizienzen der ersten Beugungsordnung der unterschiedlichen Streifendichten und/oder die Phasenverzögerungen der Phase der ersten Beugungsordnungen der unterschiedlichen Streifendichten.The Production of a diffractive according to the invention optical element is made by a method in which the different Duty ratios of the binary structuring the locations of the first subarea with the different stripe densities the binary structuring according to the results of calculations with rigorous methods for solving the Maxwell equations be interpreted. The optimization of the duty cycles takes place according to the invention with reference to the diffraction efficiencies of the first diffraction order of the different Strip densities and / or the phase delays of the phase the first diffraction orders of the different stripe densities.

Ferner erfolgt die Herstellung eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elementes durch ein Verfahren, bei dem die binäre Strukturierung des ersten Teilbereichs innerhalb eines einzigen Strukturübertragenden Prozessschrittes mittels klassischer Lithographie, Elektronenstrahl-Lithographie, Laserplottern, Kopiertechniken oder Druckmethoden wie z. B. Nano-Imprint erzeugt wird. Unter der Druckmethode Nano-Imprint wird ein Druckverfahren verstanden bei dem eine positive Maske mit Strukturen bis hinab zu wenigen Nanometern auf ein Substrat oder Druckkörper mittels Abformung übertragen wird, so dass auf dem Druckkörper eine negative Form der Maske entsteht. Ein Verfahren mit nur einem einzigen Strukturübertragenden Prozessschritt ist einfach und kostengünstig und weist nur geringe Fertigungsfehler auf.Further the production of an inventive diffractive optical element by a method in which the binary structuring of the first subarea within a single structure-transmitting process step means classical lithography, electron beam lithography, laser plotters, Copying or printing methods such. B. Nano imprint generated becomes. Under the printing method nano-imprint becomes a printing process understood by a positive mask with structures down to to a few nanometers on a substrate or pressure hull is transferred by means of impression, so that on the pressure hull a negative form of the mask is created. A procedure with only one single structure-transferring process step is simple and cost-effective and has only minor manufacturing errors.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:embodiments The invention will be described below with reference to the drawing explained. In this show:

1: Eine schematische Darstellung einer binären Strukturierung mit unterschiedlichen Streifendichten und unterschiedlichen Tastverhältnissen 1 : A schematic representation of a binary structuring with different stripe densities and different duty cycles

2: Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements im Strahlengang einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie 2 : A schematic representation of a diffractive optical element according to the invention in the beam path of a projection exposure apparatus for microlithography

3: Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements im Strahlengang einer Asphären-Prüfanlage 3 : A schematic representation of a diffractive optical element according to the invention in the beam path of an aspherical test facility

4: Ein Diagramm zur Darstellung der Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung eines binär strukturierten diffraktiven optischen Elements in Abhängigkeit von der Streifendichte bei erfindungsgemäß angepasstem Tastverhältnis. 4 : A diagram for the representation of the diffraction efficiency of the first diffraction order of a binary structured diffractive optical element as a function of the stripe density in accordance with the invention adapted duty cycle.

5: Ein Diagramm zur Darstellung der Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung eines binär strukturierten diffraktiven optischen Elements in Abhängigkeit von der Streifendichte bei einem Tastverhältnis von 0,5 als Stand der Technik. 5 FIG. 4: A diagram illustrating the diffraction efficiency of the first diffraction order of a binary-structured diffractive optical element as a function of the strip density at a duty cycle of 0.5 as a prior art.

6: Ein Diagramm zur Darstellung der Beugungseffizienz für TE-Polarisation der ersten Beugungsordnung eines binär strukturierten diffraktiven optischen Elements in Abhängigkeit von der Streifendichte bei erfindungsgemäß angepasstem Tastverhältnis. 6 : A diagram illustrating the diffraction efficiency for TE polarization of the first diffraction order of a binary structured diffractive optical element as a function of the stripe density in accordance with the invention adapted duty cycle.

7: Ein Diagramm zur Darstellung der Phasenverzögerung der ersten Beugungsordnung eines binär strukturierten diffraktiven optischen Elements in Abhängigkeit von der Streifendichte bei erfindungsgemäß angepasstem Tastverhältnis. 7 : A diagram for the representation of the phase delay of the first diffraction order of a binary structured diffractive optical element as a function of the stripe density in accordance with the invention adapted duty cycle.

8: Ein Diagramm zur Darstellung der Phasenverzögerung der ersten Beugungsordnung eines binär strukturierten diffraktiven optischen Elements in Abhängigkeit von der Streifendichte bei einem Tastverhältnis von 0,5 als Stand der Technik. 8th : A diagram illustrating the phase delay of the first diffraction order of a binary structured diffractive optical element as a function of the strip density at a duty cycle of 0.5 as prior art.

9: Ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel zu 4. 9 : A diagram illustrating the duty cycles as a function of the strip density for the embodiment 4 ,

10: Ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel zu 6. 10 : A diagram illustrating the duty cycles as a function of the strip density for the embodiment 6 ,

11: Ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel zu 7. 11 : A diagram illustrating the duty cycles as a function of the strip density for the embodiment 7 ,

12: Ein Diagramm zur Darstellung der Streifendichte über die Objekthöhe eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements zum Einsatz im Strahlengang einer Projektionsbelichtungsanlage nach 2 oder einer Asphären-Prüfanlage nach 3. 12 : A diagram for the representation of the strip density over the object height of a diffractive optical element according to the invention for use in the beam path of a projection exposure plant after 2 or an aspherical testing system 3 ,

13: Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements für das Ausführungsbeispiel zu 12 beim Durchgang einer ebenen Welle. 13 : A schematic representation of a diffractive optical element according to the invention for the embodiment of 12 when passing a plane wave.

Die 1 zeigt links zwei Strukturen eines binären diffraktiven optischen Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjektes mit jeweils gleich breiten Streifen und Lücken mit einer Streifenhöhe h, einer Streifenbreite b und einer Streifendichte 1/P als Kehrwert der Strukturausdehnung P. Das Tastverhältnis b/P ergibt sich hieraus gemäß Streifenbreite b mal Streifendichte 1/P zu 0,5, da der Streifen und die Lücke gleich breit sind. Insofern gibt das Tastverhältnis an, zu welchem Bruchteil ein Streifen die Strecke P einer einzelnen Struktur eines binären diffraktiven optischen Elements überdeckt. Die 1 zeigt rechts schematisch eine erfindungsgemäß angepasste Strukturierung eines binären diffraktiven optischen Elements mit unterschiedlichen Streifendichten 1/P1, 1/P2 und 1/P3 und unterschiedlichen Streifenbreiten b1, b2 und b3, wobei für die Streifendichten 1/P1 < 1/P2 < 1/P3 und für die Streifenbreiten b1 > b3 > b2 gilt. Dadurch resultieren unterschiedliche Tastverhältnisse der Größe nach von b2/P2 < b1/P1 = 0,5 < b3/P3. Da die Beugungseffizienz und die Phase der ersten Beugungsordnungen vom Tastverhältnis abhängen, ist es nun möglich durch gezielte Anpassung des Tastverhältnisses bei unterschiedlichen Streifendichten, die durch die Aufgabenstellung des diffraktiven optischen Elements vorgegeben sind, eine Anpassung der Beugungseffizienz und/oder der Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null vorzunehmen.The 1 2 shows on the left two structures of a binary diffractive optical element in the function of a phase object with strips of equal width and gaps with a strip height h, a strip width b and a strip density 1 / P as the reciprocal of the structure extent P. The pulse duty factor b / P results from this in accordance with FIG Stripe width b times stripe density 1 / P to 0.5, since the stripe and gap are the same width. In this respect, the duty cycle indicates at which fraction a strip covers the path P of a single structure of a binary diffractive optical element. The 1 1 shows on the right schematically a structuring of a binary diffractive optical element with different strip densities 1 / P1, 1 / P2 and 1 / P3 and different strip widths b1, b2 and b3, wherein for the strip densities 1 / P1 <1 / P2 <1 / P3 and for the stripe widths b1>b3> b2. This results in different duty cycles of the size of b2 / P2 <b1 / P1 = 0.5 <b3 / P3. Since the diffraction efficiency and the phase of the first diffraction orders depend on the duty cycle, it is now possible to adjust the diffraction efficiency and / or the phase delay of the phase of the first by selectively adjusting the duty cycle at different strip densities, which are predetermined by the task of the diffractive optical element Diffraction order compared to the phase of the first diffraction order at stripe density zero make.

Die Ablenkung von Lichtstrahlen durch Beugung an einem binären diffraktiven optischen Element als Phasenobjekt wird gemäß der allgemeinen Beugungsgleichung beschrieben: n2·sin(βm) = n1·sin(α) + m·λ/P (1)mit:

n₂:: Brechungsindex des Streifens bei der Arbeitswellenlänge λ
n₁:: Brechungsindex von Luft bzw. des Umgebungsmediums des Streifens bei der Arbeitswellenlänge λ
α:: Einfallswinkel der Lichtstrahlen zur Gitternormalen
β_m:: Ausfalls- oder Beugungswinkel zur Gitternormalen abhängig von der Beugungsordnung m
m:: Zahl der Beugungsordnung
λ:: Arbeitswellenlänge λ
P:: Strukturausdehnung

The deflection of light beams by diffraction on a binary diffractive optical element as a phase object is described according to the general diffraction equation: n 2 * Sin (β m ) = n 1 · Sin (α) + m · λ / P (1) With:

n ₂ :: Refractive index of the strip at the working wavelength λ
n ₁ :: Refractive index of air or the ambient medium of the strip at the operating wavelength λ
α:: Angle of incidence of the light rays to the lattice normal
β _m :: Failure or diffraction angle to the lattice normal depending on the diffraction order m
m:: Number of the diffraction order
λ:: Working wavelength λ
P:: structure expansion

Die angegebene Formel (1) gilt für den Lichteinfall vom Umgebungsmedium des Streifens aus auf die binäre Strukturierung. Für den Lichteinfall vom Medium des Streifens aus auf die binäre Strukturierung müssen die Brechungsindizes n₁, n₂ getauscht werden. Die Beugungsgleichung am Gitter gemäß Formel (1) geht für den Grenzfall einer unendlich großen Strukturausdehnung in das Snellsche Brechungsgesetzt n₂·sin(β) = n₁·sin(α) über. Gleichzeitig gehen in dem Grenzfall einer unendlich großen Strukturausdehnung alle Beugungsordnungen in eine auslaufende Wellenfront mit einer einheitlichen Phase über, die sich aus der Brechung der einlaufenden Wellenfront am betrachteten Objekt ergibt. Hierbei haben dann alle Beugungswinkel β ein und denselben Wert des Ausfallswinkels β gemäß dem Snellschen Brechungsgesetzes. Insofern können Bereiche des diffraktiven optischen Elements mit sehr großer Strukturausdehnung auch als Bereiche angesehen werden an denen Brechung statt Beugung stattfindet, wodurch die Beugungsgleichung und das Snellsche Brechungsgesetz identische Werte für den Beugungs- bzw. Brechungswinkel ergeben. Insbesondere bei einer Streifendichte Null liegt eine solche Situation vor, hierbei ist der Beugungswinkel der ersten Beugungsordnung identisch mit dem Ausfallswinkel β gemäß dem Snellschen Brechungsgesetzes und die Phase der ersten Beugungsordnung als auslaufende Wellenfront ergibt sich aus der Phase der einlaufenden Wellenfront nach der Brechung am betrachteten Objekt.The given formula (1) applies to the incidence of light from the surrounding medium of the strip on the binary structuring. For the incidence of light from the medium of the strip on the binary structuring, the refractive indices n ₁ , n _{2 must be} exchanged. The diffraction equation on the lattice according to formula (1), for the limit case of an infinitely large structural extent, changes into the Snell's law of refraction n ₂ · sin (β) = n ₁ · sin (α). At the same time, in the limiting case of an infinitely large structural extension, all orders of diffraction transduce into an outgoing wavefront with a uniform phase, which results from the refraction of the incoming wavefront at the viewed object. In this case, all the diffraction angles β have one and the same value of the angle of reflection β in accordance with Snell's law of refraction. As such, regions of the diffractive optical element having a very large structural extent may also be considered as regions at which refraction rather than diffraction occurs, whereby the diffraction equation and the Snell's law of refraction give identical values for the diffraction angle. Such a situation exists, in particular, at zero stripe density, in which the diffraction angle of the first diffraction order is identical to the angle of reflection β according to Snell's law of refraction and the phase of the first diffraction order as expiring wavefront results from the phase of the incoming wavefront after refraction at the observed object ,

In der Regel wird bei einem binären diffraktiven optischen Element in der Funktionsweise als Phasenobjekt die 0. Beugungsordnung zur Vermeidung von Lichtverlusten unterdrückt, da sie in der Regel nicht zur funktionellen Aufgabe des diffraktiven optischen Elements beiträgt. Zur Unterdrückung der 0. Beugungsordnung wird die Streifenhöhe h eines binären diffraktiven optischen Elements gemäß der folgenden Beziehung an den Brechungsindex der Lücke n₁ bei der Arbeitswellenlänge λ, den Brechungsindex des Streifens n₂ bei der Arbeitswellenlänge λ und die Arbeitswellenlänge λ angepasst: λ = 2·h·|(n1 – n2)| (2) As a rule, in the case of a binary diffractive optical element in the mode of functioning as a phase object, the 0th order of diffraction is suppressed in order to avoid light losses since, as a rule, it does not contribute to the functional task of the diffractive optical element. In order to suppress the 0th diffraction order, the fringe height h of a binary diffractive optical element is adjusted according to the following relationship to the refractive index of the gap n ₁ at the operating wavelength λ, the refractive index of the fringe n ₂ at the operating wavelength λ and the operating wavelength λ: λ = 2 · h · | (n 1 - n 2 ) | (2)

Hierdurch wird sicher gestellt, dass der Teillichtstrahl der 0. Beugungsordnung, der bei senkrechtem Einfall auf das diffraktive optische Element durch einen Streifen verläuft eine Phasenverzögerung von λ/2 erfährt gegenüber dem Teillichtstrahl der 0. Beugungsordnung der durch die benachbarte Lücke verläuft. Hierdurch überlagern sich beide Teillichtstrahlen nach dem diffraktiven optischen Element destruktiv und führen zu einer Unterdrückung der 0. Beugungsordnung bei einem solchen Phasenobjekt. Implizit kann auch anhand der Formel (2) die Arbeitswellenlänge λ eines vorliegenden diffraktiven optischen Elements als Phasenobjekt mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung anhand der Streifenhöhe h und der Brechungsindizes n₁ und n₂ ermittelt werden. Zu beachten ist hierbei jedoch, dass die Brechungsindizes n₁ und n₂ selbst wiederum von der Arbeitswellenlänge λ abhängen, so dass die Arbeitswellenlänge λ anhand der Formel (2) nur implizit ermittelt werden kann. Im Grenzfall einer Streifendichte von Null kann der Standpunkt eingenommen werden, dass mangels destruktiver Interferenz, da entweder, je nach Betrachtungsweise, der Streifen oder die Lücke fehlt, die 0. Beugungsordnung mit einer Beugungseffizienz von 100% vorhanden ist und die auslaufende Wellenfront darstellt. Alternativ kann aber auch der Standpunkt eingenommen werden, dass im Grenzfall einer Streifendichte von Null die 0. Beugungsordnung nach wie vor fehlt und die auslaufende Wellenfront sich mit einer Beugungseffizienz von 100% zusammensetzt aus der Summe aller ungeraden Beugungsordnungen angefangen bei der +1. und –1. Beugungsordnung mit jeweils etwa 40,5%, der +3. und –3. Beugungsordnung mit jeweils etwa 4,5% usw.This ensures that the partial light beam of the 0th diffraction order, which passes through a strip at normal incidence on the diffractive optical element, experiences a phase delay of λ / 2 with respect to the partial diffraction beam of the 0th diffraction order passing through the adjacent gap. As a result, both partial light beams superimpose destructively on the diffractive optical element and lead to a suppression of the 0th order of diffraction in such a phase object. Implicitly, the operating wavelength λ of a present diffractive optical element as a phase object with suppression can also be calculated using the formula (2) The determination of the 0th diffraction order can be determined on the basis of the strip height h and the refractive indices n ₁ and n ₂ . It should be noted, however, that the refractive indices n ₁ and n ₂ in turn depend on the operating wavelength λ, so that the operating wavelength λ can only be determined implicitly using the formula (2). In the limit of zero stripe density, it can be argued that for lack of destructive interference, since either the stripe or the gap is missing, the 0th diffraction order with a 100% diffraction efficiency is present and represents the outgoing wavefront. Alternatively, however, it may also be assumed that in the limit of zero stripe density, the 0th diffraction order is still absent and the outgoing wavefront is composed with a diffraction efficiency of 100% from the sum of all odd diffraction orders starting at +1. and -1. Diffraction order with each about 40.5%, the +3. and -3. Diffraction order with each about 4.5%, etc.

Die 2 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Element DOE1 nahe der Pupille P2 eines Projektionsobjektivs 6 in Form eines sogenannten RCR-Designs (refraktiv katadioptrisch refraktiv) auf der Rückseite S1 einer negativen Linse NL2. Die Projektionsbelichtungsanlage besteht aus der Lichtquelle 1, der Strahlzuführung „beam delivery" 3, dem Beleuchtungssystem 5 und dem Projektionsobjektiv 6. Das Projektionsobjektiv 6 ist der Anmeldung GB 2 428 491 A entnommen und besteht aus einem ersten refraktiven Teil, umfassend die Teilgruppen LG11 und LG12, der eine Maske in der Objektebene OS in ein Zwischenbildbereich unmittelbar in Strahlrichtung hinter dem Umlenkspiegel FM1 abbildet. Der zweite katadioptrische Teil CG des Projektionsobjektivs 6 stellt einen sogenannten Schupmann-Achromaten dar, der den ersten Zwischenbildbereich in einen zweiten Zwischenbildbereich unmittelbar in Strahlrichtung vor dem zweiten Umlenkspiegel FM2 abbildet und dabei die Aufgabe der Korrektur der chromatischen Längsaberration und der Petzval-Summe des Projektionsobjektivs 6 übernimmt. Diese Korrekturaufgaben werden bei einem Schupmann-Achromaten durch das Zusammenspiel eines konkaven Spiegels CM mit einer oder mehreren negativen Linsen NL1, NL2 erreicht. Das erfindungsgemäße diffraktive optische Element DOE1 hat gegenüber GB 2 428 491 A nicht nur die Aufgabe die Korrektur der chromatischen Längsaberration der Gruppe CG zu unterstützen, sondern auch die Aufgabe für eine homogene Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung zu sorgen, so dass im Fernfeld bzw. der Fourier-transformierten Ebenen die Beugungsordnungen mit gleicher Intensität zu liegen kommen. Der zweite refraktive Teil des Projektionsobjektivs, umfassend die Teilgruppen LG31 bis LG34 bildet den zweiten Zwischenbildbereich unmittelbar in Strahlrichtung vor dem Umlenkspiegel FM2 in die Bildebene IS ab. Neben den erwähnten Feldebenen (Objektebene OS, Zwischenbildbereiche und Bildebene IS) besitzt das Projektionsobjektiv 6 auch mehrere Pupillenebenen P1 bis P3, eine optische Achse OA und eine Blende AS. Der Einsatzort des erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements DOE1 nahe der Pupille des Projektionsobjektivs steht hierbei lediglich exemplarisch für viele Einsatzorte innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage angefangen von der Strahlzuführung 3 zum Beleuchtungssystem 5, über das Beleuchtungssystem 5 bis hin zum Projektionssystem 6. Ebenso steht das RCR-Design lediglich exemplarisch für viele Designformen eines Projektionsobjektivs. Ein erfindungsgemäßes diffraktiven optisches Element DOE1 innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie kann genutzt werden, um bestimmte Abbildungsfehler eines Projektionsobjektivs oder eines Beleuchtungssystems einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zu korrigieren. Dies sind neben dem Farblängsfehler, wie in GB 2 428 491 A , der Farbvergrößerungsfehler, das sekundäre Spektrum, die farbige Variation der Koma, monochromatische Abbildungsfehler, Telezentrie, Homogenität der Feldausleuchtung, Homogenität der Pupillenausleuchtung und Elliptizität der Pupille. Optische Baugruppen innerhalb von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie sind in der Regel dahingehend ausgelegt, dass sie in Feld- und Pupillenebenen homogene Intensitätsverteilungen realisieren können. Insofern bietet ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Beugungseffizienzen der ersten Beugungsordnung alle die gleiche Intensität aufweisen. Die Beugungsordnungen kommen in der Regel in der Fourier-transformierten Ebene des diffraktiven optischen Elements innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage zu liegen. Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass ein solches Element gegen ein anderes erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element getauscht werden kann, da die erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elemente so ausgelegt werden können, dass sie eine homogene Phasenverzögerung über verschiedene Streifendichten aufweisen. Hierdurch ist es auch möglich erfindungsgemäße diffraktive optische Elemente gegeneinander zu tauschen, welche unterschiedliche, funktionelle Aufgaben erfüllen, siehe z. B. oben die Diskussion über die Abbildungsfehler. Unterschiedliche funktionelle Aufgaben spiegeln sich in unterschiedlichen Verteilungen der Streifendichten über das diffraktive optische Element wieder. Ein solcher Tausch wäre mit diffraktiven optischen Elementen bei unterschiedlichen funktionellen Aufgaben gemäß dem Stand der Technik nicht möglich, da durch den Tausch eine inhomogene Phasenverzögerung z. B. in das Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage eingebracht werden würde, welche aufgrund der Spezifikation für das Projektionsobjektiv nicht erlaubt wäre.The 2 shows a projection exposure apparatus for microlithography with a diffractive optical element according to the invention DOE1 near the pupil P2 of a projection lens 6 in the form of a so-called RCR design (refractive catadioptric refractive) on the back S1 of a negative lens NL2. The projection exposure system consists of the light source 1 , the beam delivery "beam delivery" 3 , the lighting system 5 and the projection lens 6 , The projection lens 6 is the registration GB 2 428 491 A taken and consists of a first refractive part comprising the subgroups LG11 and LG12, which images a mask in the object plane OS in an intermediate image area directly in the beam direction behind the deflection mirror FM1. The second catadioptric part CG of the projection objective 6 represents a so-called Schupmann achromatic image, which images the first intermediate image area into a second intermediate image area directly in the beam direction in front of the second deflection mirror FM2 and thereby the task of correcting the longitudinal chromatic aberration and the Petzval sum of the projection objective 6 takes over. These correction tasks are achieved in a Schupmann achromat by the interaction of a concave mirror CM with one or more negative lenses NL1, NL2. The diffractive optical element DOE1 according to the invention has opposite GB 2 428 491 A not only the task to support the correction of the longitudinal chromatic aberration of the group CG, but also to provide the task for a homogeneous diffraction efficiency of the first diffraction order, so that the diffraction orders come to lie in the far field or the Fourier-transformed planes with equal intensity. The second refractive part of the projection objective, comprising the subgroups LG31 to LG34, images the second intermediate image area directly in the beam direction in front of the deflection mirror FM2 into the image plane IS. In addition to the field levels mentioned (object level OS, intermediate image areas and image plane IS) has the projection lens 6 also a plurality of pupil planes P1 to P3, an optical axis OA and a diaphragm AS. The location of use of the diffractive optical element DOE1 according to the invention near the pupil of the projection objective is merely an example of many places of use within a projection exposure system starting from the beam feed 3 to the lighting system 5 , about the lighting system 5 up to the projection system 6 , Likewise, the RCR design is merely an example of many design forms of a projection lens. A diffractive optical element DOE1 according to the invention within a microlithographic projection exposure apparatus can be used to correct specific aberrations of a projection objective or of a lighting system of a microlithography projection exposure apparatus. These are in addition to the color longitudinal error, as in GB 2 428 491 A , the chromatic aberration, the secondary spectrum, the colored variation of coma, monochromatic aberrations, telecentricity, homogeneity of field illumination, homogeneity of pupil illumination, and pupil ellipticity. Optical assemblies within microlithography projection exposure equipment are typically designed to realize homogeneous intensity distributions in field and pupil planes. In this respect, a diffractive optical element according to the invention offers the advantage over the prior art that the diffraction efficiencies of the first diffraction order all have the same intensity. The diffraction orders usually come to lie in the Fourier-transformed plane of the diffractive optical element within a projection exposure apparatus. A further advantage of a diffractive optical element according to the invention over the prior art is that such an element can be exchanged for another diffractive optical element according to the invention, since the diffractive optical elements according to the invention can be designed so that they have a homogeneous phase delay over different strip densities exhibit. As a result, it is also possible to exchange the diffractive optical elements according to the invention, which fulfill different, functional tasks, see, for example, US Pat. For example, above is the discussion of the aberrations. Different functional tasks are reflected in different distributions of the strip densities via the diffractive optical element. Such an exchange would not be possible with diffractive optical elements in different functional tasks according to the prior art, since by the exchange an inhomo gene phase delay z. B. would be introduced into the projection lens of a projection exposure system, which would not be allowed due to the specification for the projection lens.

Die 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes binäres diffraktives optisches Element 10 innerhalb des Strahlengangs einer nicht weiter dargestellten Asphären-Prüfanlage mit einer zu prüfenden Asphärischen Fläche 14 und einer von der Asphären-Prüfanlage ausgehenden, sowie zurückkehrenden Wellenfront 15. Im Folgenden wird die Wellenfront 15 in eine ausgehende Wellenfront 15a und eine zurückkehrende Wellenfront 15b unterteilt. Die 3 entspricht der 3 aus dem Artikel „Asphärenprüfung mit computergenerierten Hologrammen" von Stephan Reichelt und Hans Tiziani, Technisches Messen 73 (2006) 10, Oldenburg Verlag . Jedoch wurde das dort gezeigte diffraktive optische Element durch ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element 10 ersetzt. Aufgabe des diffraktiven optischen Elements 10 ist es, die von der Prüfanlage ausgehende Wellenfront 15a so auf die zu prüfende Asphäre zu lenken, dass die Normale der Wellenfront an jeder Stelle der Asphäre parallel zu der Normalen der Asphäre ist und somit die Wellenfront senkrecht auf die Asphären einfällt. Ferner ist es die Aufgabe des diffraktiven optischen Elements, die von der Asphäre zurück reflektierte Wellenfront so umzulenken, dass diese zurückkehrende Wellenfront 15b nach dem diffraktiven optischen Element 10 wieder nahezu der ausgehenden Wellenfront 15a entspricht. Aus den kleinen Differenzen zwischen der zurückkehrenden Wellenfront 15b und der ausgehenden Wellenfront 15a wird innerhalb der Asphären-Prüfanlage die Abweichung der zu prüfenden Asphäre 14 von der idealen Form ermittelt. Für den oberen von der Prüfanlage ausgehenden Lichtstrahl der Wellenfront 15a ist die Ablenkwirkung aufgrund von Beugung des binären diffraktiven optischen Elements 10 gezeigt. Die –1. Beugungsordnung 13 des Lichtstrahls wird senkrecht auf die Asphären gelenkt, hingegen die 0. Beugungsordnung 12 und die +1. Beugungsordnung 11 mit Winkeln versehen, die dafür sorgen, dass das zugehörige Licht nicht in die Prüfanlage zurück gelangt. Für den unteren von der Prüfanlage ausgehenden Lichtstrahl wäre es bei dieser Nomenklatur die +1. Beugungsordnung, die senkrecht auf die zu prüfende Asphäre fällt. Insofern ist im Rahmen dieser Anmeldung unter der ersten Beugungsordnung immer die genutzte erste Beugungsordnung zu verstehen unabhängig von der jeweiligen Nomenklatur. Beim Einsatz eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjektes mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung fehlt die 0. Beugungsordnung 12 in 3, da sie aufgrund der Anpassung der Streifenhöhe h gemäß Formel (2) durch destruktive Interferenz unterdrückt wird. Der Vorteil eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements 10 gegenüber dem Stand der Technik liegt bei der Asphären-Prüfanlage darin, dass, durch die Homogenisierung der Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung, die in die Asphären-Prüfanlage zurückkehrende Wellenfront 15b bei der Abbildung auf eine Messfläche, wie z. B. ein CCD-Chip, über die Messfläche mit konstanter Intensität abgebildet wird. Dabei kann die Intensität so eingestellt werden, dass sie der Intensität der Referenzwellenfront in der Asphären-Prüfanlage entspricht. Hierdurch ist es möglich einen maximalen Interferenzkontrast und somit optimale Auswertemöglichkeiten zu erzeugen.The 3 schematically shows a binary diffractive optical element according to the invention 10 within the beam path of an aspherical test system (not shown) with an aspherical surface to be tested 14 and an outgoing from the aspheric test facility, as well as returning wavefront 15 , The following is the wavefront 15 into an outgoing wavefront 15a and a returning wave front 15b divided. The 3 equals to 3 from the article "Aspheric Examination with Computer Generated Holograms" by Stephan Reichelt and Hans Tiziani, Technisches Messen 73 (2006) 10, Oldenburg Verlag , However, the diffractive optical element shown therein became a diffractive optical element of the present invention 10 replaced. Task of the diffractive optical element 10 it is the wavefront emanating from the test facility 15a to direct the asphere to be tested so that the normal of the wavefront at each point of the asphere is parallel to the normal of the asphere and thus the wavefront is perpendicular to the aspheres. Furthermore, it is the task of the diffractive optical element to redirect the wavefront reflected back from the asphere such that this returning wavefront 15b after the diffractive optical element 10 again almost the outgoing wavefront 15a equivalent. From the small differences between the returning wave front 15b and the outgoing wavefront 15a within the aspherical test facility, the deviation of the asphere to be tested 14 determined from the ideal shape. For the upper light beam of the wavefront emanating from the test facility 15a is the deflection effect due to diffraction of the binary diffractive optical element 10 shown. The 1. diffraction order 13 of the light beam is directed perpendicular to the aspheres, whereas the 0th diffraction order 12 and the +1. diffraction order 11 provided with angles that ensure that the associated light does not get back into the test system. For the lower light beam emanating from the test facility, this nomenclature would be +1. Diffraction order that falls perpendicular to the asphere to be tested. In this respect, in the context of this application, the first diffraction order always means the first diffraction order used, regardless of the respective nomenclature. When using a diffractive optical element according to the invention in the mode of operation of a phase object with suppression of the 0th diffraction order, the 0th diffraction order is missing 12 in 3 because it is suppressed by destructive interference due to the adaptation of the strip height h according to formula (2). The advantage of a diffractive optical element according to the invention 10 Compared to the prior art is in the aspheric test system is that, by the homogenization of the diffraction efficiency of the first diffraction order, the wavefront returning to the aspherical test facility 15b when imaging on a measuring surface, such. B. a CCD chip, is imaged via the measuring surface with constant intensity. The intensity can be adjusted so that it corresponds to the intensity of the reference wavefront in the aspheric test facility. This makes it possible to generate a maximum interference contrast and thus optimal evaluation options.

Die 4 zeigt ein Diagramm der theoretischen Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung in Abhängigkeit der Streifendichte bei erfindungsgemäß angepassten Tastverhältnissen eines binären diffraktiven optischen Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjekts mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung. Das optimale Tastverhältnis bei einer gegebenen Streifendichte für das Ausführungsbeispiel zu 4 ist das Ergebnis einer Optimierung mittels rigoroser Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen und ist in 9 in Abhängigkeit von der Streifendichte dargestellt. Die Optimierung der Tastverhältnisse wurde im Hinblick auf eine konstante Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung bei unpolarisiertem Licht durchgeführt. Als unpolarisiertes Licht gilt im Rahmen dieser Anmeldung Licht, das sich aus 50% TE-polarisiertem Licht und 50% TM-polarisiertem Licht zusammen setzt. Anhand des Diagramms ist zu erkennen, dass die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für unpolarisiertes Licht bei entsprechend angepassten Tastverhältnissen für die verschiedensten Streifendichten bei etwa 24% liegt und nur um etwa 0,5% von diesem Wert abweicht. Die Streifendichte ist in allen Diagrammen dieser Anmeldung in der Einheit 1/λ aufgetragen, um eine Unabhängigkeit der Diagramme von der Arbeitswellenlänge λ zu gewährleisten. Bei einer konkreten Arbeitswellenlänge von z. B. 633 nm erstrecken sich die dargestellten Werte von einer Streifendichte von etwa 80/mm bis zu etwa 1500/mm. In dem Diagramm sind noch die entsprechenden Beugungseffizienzen der ersten Beugungsordnung für TE und TM-polarisiertes Licht des binären diffraktiven optischen Elements angegeben. Anhand dieser Beugungseffizienzwerte für die verschiedenen Polarisationsrichtungen ist zu erkennen, dass z. B. bei einer Streifendichte von etwa 0,55·1/λ die Beugungseffizienzen der beiden Polarisationsrichtungen sehr unterschiedliche Werte aufweisen und sich diese Werte dennoch zu einer Beugungseffizienz für unpolarisiertes Licht von etwa 24% ergänzen.The 4 shows a diagram of the theoretical diffraction efficiency of the first diffraction order as a function of the strip density in accordance with the invention adapted duty ratios of a binary diffractive optical element in the operation of a phase object with suppression of the 0th diffraction order. The optimum duty cycle for a given stripe density for the embodiment too 4 is the result of an optimization using rigorous methods to solve the Maxwell equations and is in 9 represented as a function of the strip density. The optimization of the duty cycles was carried out in view of a constant diffraction efficiency of the first diffraction order in unpolarized light. For the purposes of this application, light which is composed of 50% TE polarized light and 50% TM polarized light is considered unpolarized light. It can be seen from the diagram that the diffraction efficiency of the first diffraction order for unpolarized light with correspondingly adapted duty cycles for the most varied strip densities is approximately 24% and only deviates by approximately 0.5% from this value. The stripe density is plotted in the units 1 / λ in all diagrams of this application to ensure independence of the diagrams from the operating wavelength λ. At a specific operating wavelength of z. B. 633 nm, the values shown extend from a strip density of about 80 / mm up to about 1500 / mm. In the diagram, the corresponding diffraction efficiencies of the first diffraction order for TE and TM polarized light of the binary diffractive optical element are given. It can be seen from these diffraction efficiency values for the different polarization directions that z. For example, at a stripe density of about 0.55 × 1 / λ, the diffraction efficiencies of the two polarization directions have very different values, and these values nevertheless complement one another to a diffraction efficiency for unpolarized light of about 24%.

Die 5 zeigt ein Diagramm der theoretischen Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung in Abhängigkeit der Streifendichte bei einem konstanten Tastverhältnis von 0,5 eines binären diffraktiven optischen Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjekts mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung als Stand der Technik zum Vergleich mit dem Diagramm aus 4. Die getätigten Aussagen zum Diagramm in 4 hinsichtlich Arbeitswellenlänge und Einheit der Streifendichte gelten für 5 entsprechend. Die in 5 angegebenen Beugungseffizienzen sind das Ergebnis von Rechnungen mittels rigoroser Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen. Anhand des Diagramms in 5 ist im Vergleich zum Diagramm in 4 zu erkennen, dass für nahezu alle dargestellten Beugungseffizienzen ein konstantes Tastverhältnis von 0,5 zu höheren Beugungseffizienzen führt. Jedoch ist anhand des Diagramms in 5 im Vergleich zum Diagramm in 4 zu erkennen, dass die Variation der Beugungseffizienz für ein konstantes Tastverhältnis von 0,5 mit etwa 18% sehr viel größer ist als die Variation der Beugungseffizienz für entsprechend angepasste Tastverhältnisse mit etwa 0,5%. Insofern eignet sich ein erfindungsgemäß angepasstes binäres diffraktives optisches Element dazu, die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung über die verschiedensten Streifendichten hinweg zu homogenisieren.The 5 FIG. 12 is a graph of theoretical diffraction efficiency of the first diffraction order vs. stripe density at a constant duty cycle of 0.5 of a binary diffractive optical element in operation. FIG of a phase object with suppression of the 0th diffraction order as prior art for comparison with the diagram 4 , The statements made to the diagram in 4 in terms of operating wavelength and unit of the strip density apply to 5 corresponding. In the 5 The diffraction efficiencies reported are the result of calculations using rigorous methods to solve the Maxwell equations. Using the diagram in 5 is compared to the diagram in 4 see that for almost all diffraction efficiencies shown, a constant duty cycle of 0.5 results in higher diffraction efficiencies. However, based on the diagram in 5 in comparison to the diagram in 4 Note that the variation in diffraction efficiency for a constant duty cycle of 0.5 at about 18% is much greater than the variation in diffraction efficiency for appropriately adjusted duty cycles at about 0.5%. In this respect, a binary diffractive optical element adapted according to the invention is suitable for homogenizing the diffraction efficiency of the first diffraction order over the most varied strip densities.

Die 6 zeigt ein Diagramm der theoretischen Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung in Abhängigkeit der Streifendichte bei erfindungsgemäß für TE-Polarisation angepassten Tastverhältnissen eines binären diffraktiven optischen Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjekts mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung. Die getätigten Aussagen zum Diagramm in 4 hinsichtlich Arbeitswellenlänge und Einheit der Streifendichte gelten für 6 entsprechend. In dem Ausführungsbeispiel zu 6 sind die Tastverhältnisse bei unterschiedlichen Streifendichten auf eine homogene Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für TE-polarisiertes Licht hin mit rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen optimiert. Die optimierten Tastverhältnisse des Ausführungsbeispiels zu 6 sind in Abhängigkeit von der Streifendichte in 10 dargestellt. Anhand des Diagramms in 6 ist zu erkennen, dass für TE-Polarisation die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für verschiedenste Streifendichten durch entsprechende Anpassung der Tastverhältnisse auf etwa 24% mit einer Variation von unter 1% eingestellt und somit homogenisiert werden kann. Hingegen ergeben sich für die TM-Polarisation hierbei zum Teil wesentlich höhere Beugungseffizienzwerte mit einer sehr hohen Variation von bis zu 16%. Die anhand des Ausführungsbeispiels eines binären diffraktiven optischen Elements gemäß dem Diagramm in 6 getroffene Optimierung für TE-polarisiertes Licht, lässt sich in gleicher Weise auf ein Ausführungsbeispiel für TM-polarisiertes Licht übertragen. In diesem Fall lässt sich die Beugungseffizienz für TM-polarisiertes Licht über die verschiedenen Streifendichten hinweg durch entsprechende Anpassung der Tastverhältnisse homogenisieren und die Beugungseffizienz für TE-polarisiertes Licht zeigt hierbei eine hohe Variation über die verschiedenen Streifendichten.The 6 shows a diagram of the theoretical diffraction efficiency of the first diffraction order as a function of the stripe density in accordance with the invention for TE polarization adapted duty cycles of a binary diffractive optical element in the operation of a phase object with suppression of the 0th diffraction order. The statements made to the diagram in 4 in terms of operating wavelength and unit of the strip density apply to 6 corresponding. In the embodiment too 6 the duty cycles are optimized at different stripe densities to a homogeneous diffraction efficiency of the first diffraction order for TE polarized light out with rigorous methods for solving the Maxwell equations. The optimized duty cycles of the embodiment too 6 are dependent on the strip density in 10 shown. Using the diagram in 6 It can be seen that, for TE polarization, the diffraction efficiency of the first diffraction order can be set to a variation of less than 1% for various stripe densities by appropriate adaptation of the duty cycles to approximately 24% and thus homogenized. On the other hand, for the TM polarization, in some cases significantly higher diffraction efficiency values result with a very high variation of up to 16%. The basis of the embodiment of a binary diffractive optical element according to the diagram in 6 Optimization for TE-polarized light, can be transferred in the same way to an embodiment for TM polarized light. In this case, the diffraction efficiency for TM polarized light can be homogenized over the various stripe densities by appropriate adjustment of the duty ratios, and the diffraction efficiency for TE polarized light shows a high variation across the various stripe densities.

Die 7 zeigt ein Diagramm der theoretischen Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei einer Streifendichte Null für TE-polarisiertes Licht in Abhängigkeit der Streifendichte bei einem erfindungsgemäßen binären diffraktiven optischen Element in der Funktionsweise eines Phasenobjekts mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung. Ebenso dargestellt ist die Phasenverzögerung hierbei zwischen der Phase der ersten Beugungsordnung für TE-polarisiertes Licht und der Phase der ersten Beugungsordnung für TM-polarisiertes Licht in Abhängigkeit der Streifendichte. In dem Ausführungsbeispiel zu 7 sind die Tastverhältnisse bei unterschiedlichen Streifendichten auf eine homogene Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null für TE-polarisiertes Licht hin mit rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen optimiert. Die optimierten Tastverhältnisse des Ausführungsbeispiels zu 7 sind in Abhängigkeit von der Streifendichte in 11 dargestellt. Die getätigten Aussagen zum Diagramm in 4 hinsichtlich Arbeitswellenlänge und Einheit der Streifendichte gelten für 7 entsprechend. Anhand des Diagramms in 7 ist zu erkennen, dass es anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels möglich ist, die Phasenverzögerung der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null über verschiedene Streifendichten hinweg für TE-polarisiertes Licht zu homogenisieren, im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß dem Diagramm in 6, bei dem die Beugungseffizienz für TE-polarisiertes Licht homogenisiert ist. Die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null über verschiedenste Streifendichten hinweg für TE-polarisiertes Licht beträgt in dem Diagramm in 7 weniger als 0.01 rad. Anhand des Diagramms in 7 ist ferner zu erkennen, dass die Phasenverzögerung zwischen TE- und TM-polarisiertem Licht kleiner gleich 0,04 rad für die verschiedenen Streifendichten beträgt. Insofern ist es beim Ausführungsbeispiel zu 7 möglich, gleichzeitig die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null für TE-polarisiertes Licht und für TM-polarisiertes Licht nahezu zu homogenisieren.The 7 FIG. 12 is a graph showing the theoretical phase delay of the first diffraction order phase versus the first diffraction order phase at zero stripe density for TE polarized light as a function of stripe density in a binary diffractive optical element of the present invention operating a zero diffraction order suppression phase object. FIG. Also shown here is the phase delay between the phase of the first diffraction order for TE polarized light and the phase of the first diffraction order for TM polarized light as a function of the slice density. In the embodiment too 7 the duty cycles at different stripe densities are optimized to a homogeneous phase delay of the phase of the first diffraction order over the phase of the first diffraction order at zero stripe density for TE polarized light with rigorous methods for solving the Maxwell equations. The optimized duty cycles of the embodiment too 7 are dependent on the strip density in 11 shown. The statements made to the diagram in 4 in terms of operating wavelength and unit of the strip density apply to 7 corresponding. Using the diagram in 7 It can be seen that it is possible by means of a further embodiment to homogenize the phase delay of the first diffraction order with respect to the phase of the first diffraction order at stripe density zero over different stripe densities for TE polarized light, in contrast to the embodiment according to the diagram in FIG 6 in which the diffraction efficiency for TE polarized light is homogenized. The phase delay of the phase of the first diffraction order with respect to the phase of the first diffraction order at stripe density zero over a wide range of stripe densities for TE polarized light is shown in the diagram in FIG 7 less than 0.01 rad. Using the diagram in 7 It can also be seen that the phase lag between TE and TM polarized light is less than 0.04 rad for the various stripe densities. In this respect, it is in the embodiment too 7 at the same time, it is possible to almost homogenize the phase delay of the first diffraction order phase from the first diffraction order phase at zero stripe density for TE polarized light and for TM polarized light.

Die 8 zeigt ein Diagramm der theoretischen Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null für TE-polarisiertes Licht und der Phasenverzögerung der ersten Beugungsordnung zwischen TE-polarisiertem Licht und TM-polarisiertem Licht in Abhängigkeit der Streifendichte. Das der 8 zugrundeliegende binären diffraktiven optischen Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjektes mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung mit einem konstanten Tastverhältnis von 0,5 ist als Stand der Technik zum Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 aufgeführt. Die getätigten Aussagen zum Diagramm in 4 hinsichtlich Arbeitswellenlänge und Einheit der Streifendichte gelten für 8 entsprechend. Die in 8 dargestellten Phasenwerte sind anhand rigoroser Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichung berechnet. Anhand des Diagramms in 8 ist zu erkennen, dass die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null für TE-polarisiertes Licht Werte von 0,2 rad oder größer für verschiedene Streifendichten annehmen kann. Ferner ist zu erkennen, dass die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung zwischen TE-polarisiertem Licht und TM-polarisiertem Licht ähnlich niedrige Werte aufweist wie beim Ausführungsbeispiel zum Diagramm in 7. Das bedeutet, dass die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null für TM-polarisiertes Licht ebenso inhomogen über die verschiedenen Streifendichten verläuft wie die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung für TE-polarisiertes Licht. Somit führt ein konstantes Tastverhältnis von 0,5 zu einer sehr inhomogenen Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null über die verschiedensten Streifendichten mit und ohne Betrachtung von Polarisationsrichtungen. Eine solch inhomogene Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung über die verschiedensten Streifendichten hinweg erlaubt es nicht, dass binäre diffraktive optische Elemente mit einem konstanten Tastverhältnis von 0,5 als Austausch-Elemente innerhalb von Projektionsobjektiven von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie eingesetzt werden können. Solche Projektionsobjektive sind seitens ihrer Korrektur auf eine weit geringere Phasenverzögerung für einen Feldpunkt zwischen der Objektivwellenfront und einer idealen sphärischen Wellenfront abgestimmt.The 8th Fig. 10 is a graph of the theoretical phase delay of the first diffraction order phase versus the first diffraction order phase at zero stripe density for TE polarized light and the phase delay of the ers th diffraction order between TE polarized light and TM polarized light as a function of the stripe density. That the 8th underlying binary diffractive optical element in the operation of a phase object with suppression of the 0th diffraction order with a constant duty cycle of 0.5 is as prior art for comparison with the embodiment according to 7 listed. The statements made to the diagram in 4 in terms of operating wavelength and unit of the strip density apply to 8th corresponding. In the 8th Phase values shown are calculated using rigorous methods to solve the Maxwell equation. Using the diagram in 8th It can be seen that the phase delay of the phase of the first diffraction order over the phase of the first diffraction order at zero stripe density for TE polarized light can assume values of 0.2 radians or greater for different stripe densities. It can also be seen that the phase delay of the phase of the first diffraction order between TE polarized light and TM polarized light has similarly low values as in the exemplary embodiment of FIG 7 , That is, the phase lag of the first diffraction order phase versus the first order diffraction order at zero phase density for TM polarized light is also inhomogeneous over the various fringes, as is the phase lag of the first diffraction order phase for TE polarized light. Thus, a constant duty cycle of 0.5 results in a very inhomogeneous phase lag of the first diffraction order phase versus the first diffraction order phase at zero stripe density over a variety of stripe densities with and without consideration of polarization directions. Such an inhomogeneous phase delay of the first diffraction order phase across a variety of fringes does not allow binary constant duty cycle binary diffractive optical elements of 0.5 to be used as interchangeable elements within projection lenses of microlithographic projection exposure machines. Such projection lenses are tuned by their correction to a much lower phase delay for a field point between the lens wavefront and an ideal spherical wavefront.

Die 9 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel zu 4. Es ist zu erkennen, dass als Ergebnis der Optimierung mit den rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwellwellgleichungen sich Tastverhältnisse zwischen 0,4 und 0,8 ergeben. Ferner ist zu erkennen, dass erst bei einer Streifendichte von größer als 0,4·1/λ die Tastverhältnisse verstärkt mit der Streifendichte variieren.The 9 shows a diagram illustrating the duty cycles as a function of the strip density for the embodiment 4 , It can be seen that as a result of the optimization with the rigorous methods for solving the Maxwellwell equations duty cycles between 0.4 and 0.8 result. Furthermore, it can be seen that only with a strip density of greater than 0.4 · 1 / λ, the duty cycles increased with the stripe density vary.

Die 10 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel zu 6. Es ist zu erkennen, dass als Ergebnis der Optimierung mit den rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwellwellgleichungen sich Tastverhältnisse zwischen 0,4 und 0,8 ergeben. Ferner ist zu erkennen, dass erst bei einer Streifendichte von größer als 0,4·1/λ die Tastverhältnisse verstärk mit der Streifendichte variieren.The 10 shows a diagram illustrating the duty cycles as a function of the strip density for the embodiment 6 , It can be seen that as a result of the optimization with the rigorous methods for solving the Maxwellwell equations duty cycles between 0.4 and 0.8 result. It can also be seen that the duty ratios increase more strongly with the strip density only at a strip density of greater than 0.4 · 1 / λ.

Die 11 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel zu 7. Es ist zu erkennen, dass als Ergebnis der Optimierung mit den rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwellwellgleichungen sich Tastverhältnisse zwischen 0,5 und 0,9 ergeben. Ferner ist zu erkennen, dass die Tastverhältnisse über den gesamten Streifendichtebereich variieren.The 11 shows a diagram illustrating the duty cycles as a function of the strip density for the embodiment 7 , It can be seen that duty cycles between 0.5 and 0.9 result as a result of the optimization with the rigorous methods for solving the Maxwellwell equations. It can also be seen that the duty cycles vary over the entire strip density range.

Die 12 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Streifendichte über die Objekthöhe eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements zum Einsatz im Strahlengang einer Projektionsbelichtungsanlage nach 2 oder einer Asphären-Prüfanlage nach 3. Die Objekthöhe des diffraktiven optischen Elements beträgt nahezu 50 mm, so dass das diffraktive optische Element einen Durchmesser von nahezu 100 mm aufweist. Die Streifendichte variiert über die Objekthöhe von Null bis über 600/mm. Die Arbeitswellenlänge beträgt bei diesem Beispiel 633 nm.The 12 shows a diagram for representing the strip density over the object height of a diffractive optical element according to the invention for use in the beam path of a projection exposure apparatus 2 or an aspherical testing system 3 , The object height of the diffractive optical element is nearly 50 mm, so that the diffractive optical element has a diameter of almost 100 mm. The strip density varies over the object height from zero to over 600 / mm. The working wavelength is 633 nm in this example.

Die 13 zeigt das erfindungsgemäße diffraktive optische Element für das Ausführungsbeispiel zu 12 beim Durchgang einer ebenen Welle. Eine senkrecht auf das diffraktive optische Element 20 einfallende ebene Wellenfront 25a wird durch das diffraktive optische Element in eine auslaufende gebogene Wellenfront 25b umgewandelt. Die auslaufende gebogene Wellenfront 25b hat in diesem Beispiel die Form eines Sombreros. Eine solche Wellenfront 25b kann z. B. innerhalb eines Beleuchtungssystems und/oder eines Projektionsobjektivs für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie dazu dienen, die sphärische Aberration als Abbildungsfehler zu korrigieren oder vorzuhalten, siehe die Beschreibung zu 2. Ferner kann eine solche Wellenfront 25b innerhalb einer Asphären-Prüfanlage dazu dienen, eine entsprechend einem Sombrero geformte Asphäre zu vermessen, siehe die Beschreibung zu 3.The 13 shows the inventive diffractive optical element for the embodiment 12 when passing a plane wave. One perpendicular to the diffractive optical element 20 incident flat wave front 25a passes through the diffractive optical element into an outgoing curved wavefront 25b transformed. The expiring curved wave front 25b has the form of a sombrero in this example. Such a wavefront 25b can z. For example, within an illumination system and / or a projection lens for a microlithography projection exposure apparatus, to correct or maintain the spherical aberration as aberrations, see the description 2 , Furthermore, such a wavefront 25b within an aspheric test facility, to measure a sombrero shaped asphere, see the description 3 ,

Auch wenn die Erkenntnis zur Anpassung der Tastverhältnisse bei unterschiedlichen Streifendichten eines binären diffraktiven optischen Elements aus der rigorosen Lösung der Maxwell-Gleichungen im Rahmen der vorliegenden Ausführungsbeispielen nur auf Phasenobjekte als binäre diffraktive optische Elemente angewendet wird, so kann sie auch analog auf eine entsprechende Anpassung der Tastverhältnisse bei unterschiedlichen Streifendichten eines binären diffraktiven optischen Elements bei Amplitudenobjekten als binäre diffraktive optische Elemente übertragen werden, da die Maxwell-Gleichungen universale Gültigkeit haben. Es muss hierbei lediglich bei den rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen die Darstellung der Streifen und Lücken für Amplitudenobjekte durch entsprechende komplexe Brechungsindizes erfolgen.Even if the recognition of the adaptation of the duty cycles at different stripe densities of a binary diffractive optical element from the rigorous solution of the Maxwell equations in the context of the present embodiments, only to phase objects as a binary diffractive optical Elements is applied, it can also be analogously to a corresponding adjustment of the duty cycles at different stripe densities of a binary diffractive optical element in amplitude objects as binary diffractive optical elements are transmitted, since the Maxwell equations have universal validity. In this case, only the rigorous methods for solving the Maxwell equations require the representation of the stripes and gaps for amplitude objects by means of corresponding complex refractive indices.

Ferner ist zu beachten, dass die in den Diagrammen der 4 bis 8 angegebenen Werte auf theoretischen Rechnungen mit idealen binären diffraktiven Elementen beruhen und daher reale diffraktive optische Elemente aufgrund von Fertigungsfehlern hiervon abweichen können.It should also be noted that in the diagrams of the 4 to 8th given values based on theoretical calculations with ideal binary diffractive elements and therefore can deviate real diffractive optical elements due to manufacturing errors thereof.

Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z. B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind.If the invention also with reference to specific embodiments described, will be apparent to those skilled in the art numerous variations and alternative embodiments, z. B. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it is understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are encompassed by the present invention.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 6728036 B2 [0003, 0004, 0004, 0004]
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WO 2007/031992 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- "Aspherical Examination with Computer-Generated Holograms", Stephan Reichelt and Hans Tiziani, Technisches Messen 73 (2006) 10, Oldenburg Verlag [0005]
- "Aspherical Examination with Computer Generated Holograms" by Stephan Reichelt and Hans Tiziani, Technisches Messen 73 (2006) 10, Oldenburg Verlag [0040]

Claims

Diffractive optical element for a working wavelength λ, which has a binary structuring at least in a first subregion, wherein the binary structuring has different stripe densities less than 1 / λ at at least two locations of the first subregion, characterized in that the binary structuring on the at least two Locations has different duty cycles, wherein the difference of the different strip densities at least 0.1 · 1 / λ and the difference of the different duty cycles is at least 0.1.

A diffractive optical element according to claim 1 for the use within a lighting system and / or a projection lens a microlithography projection exposure machine.

A diffractive optical element according to claim 1 for the use within an aspherical test facility.

Diffractive optical element according to one of the claims 1 to 3, wherein the binary structuring in places of the first Subarea with equal stripe density an equal size Duty cycle has.

Diffractive optical element according to one of the claims 1 to 4, wherein the respective different duty cycles at the locations of the at least two different stripe densities greater than 0.1 and less than 0.9, in particular greater than 0.2 and less than 0.8.

Diffractive optical element according to one of the claims 1 to 5, where a single strip of binary structuring has a length greater than that is a hundred times the width of the strip.

Diffractive optical element according to one of the claims 1 to 6, where the binary structuring is curved Has stripes.

A diffractive optical element according to any one of claims 1 to 7, in the operation of a phase object, wherein the binary structuring has gaps and stripes with a fringe height h and the fringe height h with the working wavelength λ is given by the equation λ = 2 · h · | (n ₁ - n ₂ ) | where n _{2 is} the refractive index of the strip and n _{1 is} the refractive index of the gap at the operating wavelength λ.

Diffractive optical element according to one of the claims 1 to 8, in the operation of a phase object with a maximum strip density greater than or equal to 0.8 · 1 / λ and a diffraction efficiency of the first diffraction order for the different strip densities, where the diffraction efficiency for the different strip densities more than 28% is.

Diffractive optical element according to one of the claims 1 to 9, in the operation of a phase object with a maximum stripe density of greater than or equal to 0.9 · 1 / λ and a diffraction efficiency of the first diffraction order for the different strip densities, where the diffraction efficiency for different strip densities more than 20% is.

Diffractive optical element according to one of the claims 1 to 10, in the operation of a phase object with at least two different stripe densities of larger 0.4 · 1 / λ and less than 0.7 · 1 // λ and with a gradient of the diffraction efficiency of the first diffraction order for the two different stripe densities, the Gradient of the diffraction efficiency is a maximum of 60% · λ.

Diffractive optical element according to one of the claims 1 to 11, with a diffraction efficiency of the first diffraction order for the different strip densities, the Diffraction efficiency for different strip densities a relative variation of less than 20%, preferably less than 15%, even more preferably less than 10% of the largest Diffraction efficiency has.

Diffractive optical element according to one of the claims 1 to 12, in the operation of a phase object with a phase delay the phase of the first order of diffraction from the phase the first diffraction order at the stripe density zero, wherein the Phase delay greater at least one stripe density when 0.7 · 1 / λ is less than 0.05 rad.

Diffractive optical element according to one of the claims 1 to 13, with a phase delay of the phase of the first Diffraction order with respect to the phase of the first diffraction order at the stripe density zero, with the phase delay for different stripe densities a variation of less than 0.05 rad.

Method for producing a diffractive optical element according to one of claims 1 to 14, characterized in that the different duty cycles of the binary structuring at the locations of the first subregion with the different stripe densities of the binary structure according to the results of calculations with rigorous methods for solving the Maxwell equations.

Process for producing a diffractive optical Element according to claim 15, characterized in that an optimization the different duty cycles of the binary Structuring at the locations of the first subarea with the different ones Stripe densities of binary structuring with respect to Diffraction efficiencies of the first diffraction order of the different Strip densities and / or with respect to phase delays the phase of different stripe densities takes place.

Process for producing a diffractive optical Element according to one of claims 1 to 14, characterized that the binary structuring of the first section by a single structure-transferring process step will be produced.

Diffractive optical element, which after a Method according to one of the claims 15 until 17 is made.