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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage.
Ferner betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage
mit einer derartigen Beleuchtungsoptik, ein Herstellungsverfahren
für ein mikro- bzw. nanostrukturiertes Bauelement unter
Einsatz einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage sowie ein mit
diesem Herstellungsverfahren hergestelltes Bauelement.
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Eine
Beleuchtungsoptik für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage
ist bekannt aus der
US
2007/0258077 A1 , der hierzu parallelen
WO 2007/119514 A , der
WO 97/11411 A1 ,
der
US 2007/058151
A1 , der
EP
1 835 312 A2 und der
US 2005/0140958 A1 .
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Die
Leistungsfähigkeit von Projektionsbelichtungsanlagen für
die mikrolithografische Herstellung von Halbleiterbauelementen und
anderen fein strukturierten Bauteilen wird wesentlich durch die
Abbildungseigenschaften der Projektionsobjektive bestimmt. Darüber
hinaus werden die Bildqualität, die Flexibilität
der Verfahrensführung, der mit der Anlage erzielbare Wafer-Durchsatz
und andere Leistungsmerkmale wesentlich durch Eigenschaften des
dem Projektionsobjektiv vorgeschalteten Beleuchtungssystems, also
der Beleuchtungsoptik und der Strahlungsquelle, mitbestimmt. Die
Beleuchtungsoptik sollte in der Lage sein, das Licht einer primären
Lichtquelle, beispielsweise eines Lasers, mit möglichst hohem
Wirkungsgrad zu präparieren und dabei in einem Objekt-
bzw. Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems eine möglichst
gleichmäßige Intensitätsverteilung zu erzeugen.
Zudem soll es möglich sein, am Beleuchtungssystem verschiedene
Beleuchtungsmodi einzustellen, um beispielsweise die Beleuchtung
entsprechend der Strukturen der einzelnen abzubildenden Vorlagen,
also von Masken oder Retikeln, zu optimieren. Üblich sind
Einstellungsmöglichkeiten zwischen unterschiedlichen konventionellen
Beleuchtungssettings mit verschiedenen Kohärenzgraden sowie
Ringfeldbeleuchtung und Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung. Die nicht-konventionellen
Beleuchtungssettings zur Erzeugung einer schiefen Beleuchtung können
u. a. der Erhöhung der Tiefenschärfe durch Zweistrahlinterferenz
sowie der Erhöhung des Auflösungsvermögens
dienen.
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Für
Mehrfachbelichtungen können schnelle Wechsel des Beleuchtungssettings
erwünscht sein, um in kurzen Zeiten eine Maske im Objektfeld
mit zwei unterschiedlichen Beleuchtungssettings zu beleuchten. Die
Möglichkeiten herkömmlicher Beleuchtungsoptiken
mit variabel einstellbaren Pupillenformungseinrichtungen sind in
dieser Hinsicht begrenzt, insbesondere wenn für den Wechsel
zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssettings relativ lange Verfahrwege
für die Massen der verschiebbaren optischen Komponenten
zurückgelegt werden müssen. Bei einem Einsatz
von auswechselbaren Pupillenfiltern muss Lichtverlust in Kauf genommen
werden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsoptik für
eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage bereit zu stellen,
die einen schnellen Wechsel zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssettings,
möglichst innerhalb von Sekundenbruchteilen und im Wesentlichen
ohne Lichtverlust, ermöglicht.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
eine Beleuchtungsoptik für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage
zur Ausleuchtung eines Objektfeldes mit Beleuchtungslicht einer
Strahlungsquelle, mit einem optischen Strahlformungs-Element, das
unterteilt ist in eine Gruppe von Strahlformungsabschnitten zur
Erzeugung einer ersten Strahlwinkelverteilung des Beleuchtungslichts, mindestens
eine weitere Gruppe weiterer Strahlformungsabschnitte zur Erzeugung
mindestens einer weiteren Strahlwinkelverteilung des Beleuchtungslichts,
die sich von der ersten Strahlwinkelverteilung unterscheidet, mit
einem optischen Gruppen-Ansteuerelement zur Beaufschlagung genau
einer der mindestens zwei Gruppen der Strahlungsabschnitt des optischen
Strahlformungs-Elements mit dem Beleuchtungslicht, mit einer vor
dem optischen Strahlformungs-Element angeordneten Strahlablenkungseinrichtung
für das Beleuchtungslicht, wobei die Strahlablenkungseinrichtung
zwischen mehreren Ablenkstellungen umstellbar ist und in jeder der
Ablenkstellungen das Beleuchtungslicht hin zu einer der Gruppen
von Strahlformungsabschnitten des optischen Strahlformungs-Elements
ablenkt.
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Das
erfindungsgemäße optische Strahlformungs-Element
beinhaltet mindestens zwei Gruppen von Strahlformungsabschnitten,
die mindestens die zwei Beleuchtungssettings erzeugen können,
zwischen denen hin- und hergewechselt werden kann. Das optische
Gruppen-Ansteuerelement sorgt dafür, dass jeweils bei einem
bestimmten Ablenkungszustand des Beleuchtungslichts die Strahlformungsabschnitte
genau einer der Gruppen des optischen Strahlformungs-Elements mit
Beleuchtungslicht beaufschlagt werden. Die Strahlablenkungseinrichtung sorgt
für einen Wechsel zwischen den verschiedenen mit Beleuchtungslicht
beaufschlagbaren Gruppen. Auf diese Weise wird die Anforderung,
verschiedene Beleuchtungssettings bereitzustellen, darauf reduziert,
verschiedene Ablenkstellungen des Beleuchtungslichts herbeizuführen.
Derartige Strahlablenkungseinrichtungen lassen sich mit vergleichsweise geringem
Aufwand realisieren. Dabei ist es mög lich, sehr schnelle
Wechsel zwischen den unterschiedlichen Beleuchtungssettings herbeizuführen.
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Eine
diffraktive Ausgestaltung des optischen Strahlformungs-Elements,
bei der die Strahlformungsabschnitte als diffraktive Strahlformungsabschnitte
ausgebildet sind, führt zu einer präzisen Vorgabe
der individuellen Strahlwinkel- bzw. Beleuchtungswinkelverteilungen.
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Die
Strahlablenkungseinrichtung kann so ausgeführt sein, dass
je nach der Ablenkstellung ein unterschiedlicher Einfallswinkel
des Beleuchtungslichts auf dem optischen Strahlformungs-Element
resultiert, wobei die Gruppen des optischen Strahlformungs-Elements
Kompensationselemente zur Kompensation der unterschiedlichen Einfallswinkel
aufweisen. Eine derartige Anordnung ist mit einer einfach gestaltbaren
Strahlablenkungseinrichtung realisierbar, die z. B. als Kippspiegel
ausgeführt sein kann. Die Kompensationselemente sorgen
dann dafür, dass nach dem optischen Strahlformungs-Element
das Beleuchtungslicht keinen unerwünschten Winkelversatz
erfahrt.
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Die
Kompensationselemente zur Kompensation der unterschiedlichen Einfallswinkel,
die mit einer derartigen Strahlablenkungseinrichtung erzeugt werden,
können als Kompensationskeilelemente ausgeführt
sein. Eine derartige Gestaltung ermöglicht eine präzise
Kompensation der unterschiedlichen Einfallswinkel.
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Die
Strahlablenkungseinrichtung kann als mindestens ein verkippbarer
Umlenkspiegel ausgeführt sein. Eine derartige Gestaltung
kann beispielsweise über einen Schrittmotor oder über
einen Piezo-Aktuator angesteuert werden, so dass schnelle Umstellzeiten
ermöglicht sind. Anstelle eines ver kippbaren Umlenkspiegels
kann die Strahlablenkungseinrichtung auch als rotierender Polygonspiegel
gestaltet sein, wie dies beispielsweise aus der Laser-Display-Technik
bekannt ist.
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Die
Strahlablenkungseinrichtung kann so ausgeführt sein, dass
der Einfallswinkel des Beleuchtungslichts auf dem optischen Strahlformungs-Element
von der Ablenkstellung der Strahlablenkungseinrichtung unabhängig
ist. Kompensationselemente zur Kompensation unterschiedlicher Einfallswinkel des
Beleuchtungslichts entfallen dann.
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Die
Strahlablenkungseinrichtung kann zwei gegenläufig verkippbare
Umlenkspiegel aufweisen. Auf diese Weise kann die Strahlablenkungseinrichtung
mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand so ausgeführt
sein, dass der Einfallswinkel des Beleuchtungslichts auf dem optischen
Strahlformungs-Element von der Ablenkstellung der Strahlablenkungseinrichtung
unabhängig ist.
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Die
Strahlablenkungseinrichtung kann als quer zur Strahlrichtung verlagerbare
Linse ausgeführt sein. Eine derartige Gestaltung ist konstruktiv einfach.
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Die
Strahlablenkungseinrichtung kann ein Polarisationsdrehungselement
aufweisen, das in einer ersten Polarisationsstellung einen ersten
Polarisationszustand des Beleuchtungslichts und in einer zweiten
Polarisationsstellung einen zweiten Polarisationszustand des Beleuchtungslichts
erzeugt. Zudem kann die Strahlablenkungseinrichtung ein doppelbrechendes
optisches Ablenkelement aufweisen, das dem Polarisationsdrehungselement
nachgeordnet ist und abhängig vom durch das Polarisationsdrehungselement
eingestellten Polarisationszustand des Beleuchtungslichts dieses
mit unterschiedlichem Ablenkwinkel ablenkt. Mit einer Umstellung
des Polarisationsdrehungselements kann dann eine unterschiedliche
Ablenkung des Beleuchtungslichts und damit eine Beaufschlagung jeweils
einer der verschiedenen Gruppen von Strahlformungsabschnitten des
optischen Strahlformungs-Elements zur Erzeugung jeweils eines Beleuchtungssettings
realisiert werden.
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Das
Polarisationsdrehungselement kann in zwei Polarisationsdrehungselement-Bereiche
unterteilt sein, wobei abhängig davon, welcher der Polarisationsdrehungselement-Bereiche
vom Beleuchtungslicht durchtreten wird, einer der Polarisationszustände
des Beleuchtungslichts eingestellt ist. Eine Verlagerung des Polarisationsdrehungselements
und ein hierdurch herbeigeführter Wechsel der Beaufschlagung
der verschiedenen Polarisationsdrehungselement-Bereiche mit Beleuchtungslicht
führt dann zur Ablenkung des Beleuchtungslichts und zur entsprechend
selektiven Beaufschlagung des optischen Strahlformungs-Elements.
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Das
Polarisationsdrehungselement kann um eine Achse angetrieben drehbar
sein, die parallel zur Strahlrichtung des Beleuchtungslichts verläuft.
Hierdurch sind sehr schnelle Beleuchtungssettingwechsel realisierbar.
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Das
doppelbrechende optische Ablenkelement kann als Umlenkprisma mit
einer optischen Kristallachse ausgebildet sein, die in der Umlenkebene
des Beleuchtungslichts liegt. Für einen bestimmten Polarisationszustand
kann ein derartiges doppelbrechendes optisches Ablenkelement zu
einer Ablenkung führen und für einen anderen Polarisationszustand
des Beleuchtungslichts nicht. Dies kann zu einer gewünscht
selektiven Beaufschlagung des optischen Strahlformungs-Elements
genutzt werden.
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Die
Strahlablenkungseinrichtung kann zwischen dem optischen Gruppen-Ansteuerelement
und dem optischen Strahlformungs-Element angeordnet sein. In diesem
Fall kann eine konstante Beaufschlagung des optischen Gruppen-Ansteuerelements
mit verhältnismäßig geringem Aufwand
gewährleistet sein.
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Vor
dem optischen Gruppen-Ansteuerelement kann eine Aufweitungsoptik
für das Beleuchtungslicht vorgesehen sein. Dies reduziert
die strukturellen Anforderungen an das optische Gruppen-Ansteuerelement.
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Das
optische Gruppen-Ansteuerelement kann als Mikrolinsen-Array ausgeführt
sein. Hierdurch kann eine gewünschte selektive Beaufschlagung
des optischen Strahlformungs-Elements mit hoher Präzision
gewährleistet sein.
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Die
Strahlungsformungsabschnitte des optischen Strahlformungs-Elements
können senkrecht zur Strahlrichtung des Beleuchtungslichts
als rechteckige Abschnitte mit einer langen und einen kurzen Seitenlänge
ausgeführt sein. Hierbei kann das optische Gruppen-Ansteuerelement
als Mikrolinsen-Array mit Zylinderlinsen ausgeführt sein.
Hierdurch kann eine präzise Beaufschlagung jeweils der
Strahlformungsabschnitte der gewünschten Gruppe des Strahlformungs-Elements
herbeigeführt werden. Streulichtanteile, die unerwünscht
nicht zu beaufschlagende Strahlformungsabschnitte beaufschlagen,
werden auf ein Mindestmaß reduziert.
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Das
optische Strahlformungs-Element kann senkrecht zur Strahlrichtung
des Beleuchtungslichts unterteilt sein in einen ersten optischen
Strahlformungs-Element-Bereich mit mindestens zwei Gruppen von Strahlformungsabschnitten
und in mindestens einen weiteren optischen Strahlformungs-Element-Bereich
mit ebenfalls mindestens zwei Gruppen von Strahlformungsabschnitten.
Jeweils ausgewählte Strahlformungsabschnitt-Gruppen der
optischen Strahlformungs-Element-Bereiche können hierbei
die gleichen Beleuchtungswinkelverteilungen erzeugen. Dies erhöht
die Flexibilität der Beleuchtungsoptik, was die Erzeugung
unterschiedlicher Beleuchtungssettings angeht.
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Die
Strahlablenkungseinrichtung kann unterteilt sein in ein erstes Ablenkungselement,
das einen Teil des Beleuchtungslichts auf den ersten optischen Strahlformungs-Element-Bereich
ablenkt, und in mindestens ein weiteres Ablenkungs-Element, das
mindestens einen weiteren Teil des Beleuchtungslichts auf den mindestens
einen weiteren optischen Strahlformungs-Element-Bereich ablenkt.
Hierbei können die Ablenkelement jeweils zwischen mehreren
Ablenkstellungen umstellbar sein und in jeder der Ablenkstellungen
das Beleuchtungslicht hin zu derjenigen Strahlformungsabschnitt-Gruppe
der verschiedenen Strahlformungsabschnitt-Gruppen der optischen
Strahlformungs-Element-Bereiche ablenken, die einer vorgegebenen
Beleuchtungswinkelverteilung zugeordnet ist. Durch diese Aufteilung
in mehrere Ablenkungselemente kann beispielsweise die Lage eines
Schwerpunkts eines Beleuchtungslicht-Strahlbündels gezielt
beeinflusst werden.
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Die
Strahlformungsabschnitte der verschiedenen optischen Strahlformungs-Element-Bereiche, die
jeweils die gleiche Beleuchtungswinkelverteilung erzeugen, können
quer zur Strahlrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sein.
Auch dies kann zur Beeinflussung der Lage des Schwerpunkts des Beleuchtungslicht-Strahlbündels
genutzt werden.
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Die
Ablenkungselemente können beim Umstellen zwischen den Ablenkstellungen
derart angesteuert werden, dass sich die Lage eines Schwer punkts,
insbesondere eines energetischen Schwerpunkts, des Beleuchtungslicht-Strahlbündels
nicht ändert. Dies kann genutzt werden, um vom jeweiligen Beleuchtungssetting
unabhängige Beleuchtungsparameter, beispielsweise Telezentriewerte,
möglichst konstant zu halten.
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Die
Beleuchtungsoptik kann derart ausgeführt sein, dass den
verschiedenen Beleuchtungswinkelverteilungen jeweils verschiedene
lineare Polarisationszustände des Beleuchtungslichts nach dem
optischen Strahlformungs-Element zugeordnet sind. Dies kann zu einer
zusätzlichen Verbesserung der Auflösung bei der
Strukturabbildung bei der Projektionsbelichtung führen.
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Nach
dem optischen Strahlformungs-Element und vor dem Objektfeld kann
ein Polarisationsfilter zur Unterdrückung von ausgewählten
linearen Polarisationszuständen angeordnet sein. Dies kann die
Reinheit des jeweils durch Beaufschlagung einer bestimmten Gruppe
von Strahlformungsabschnitten des optischen Strahlformungs-Elements
erzeugten Beleuchtungssettings erhöhen. Durch Streulicht
unerwünscht erzeugte Beleuchtungsrichtungen können dann
wirksam unterdrückt werden.
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Der
Polarisationsfilter kann im Bereich einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik
angeordnet sein. Dort ist die Trennung zwischen erwünschten und
unerwünschten Beleuchtungswinkeln in der Regel am einfachsten.
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Der
Polarisationsfilter kann senkrecht zur Strahlrichtung in Quadranten
unterteilt sein. Hierbei können benachbarte Quadranten
jeweils aufeinander senkrecht stehende Polarisationszustände
des Beleuchtungslichts unterdrücken. Eine derartige Unterteilung
des Polarisationsfilters ist an häufig eingesetzte Beleuchtungssettings
angepasst.
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Der
Polarisationsfilter kann eine pyramidenförmige Gestalt
haben. Hierbei können die Pyramiden-Seitenwände
als dielektrisch beschichtete Dünnschicht-Polarisatoren
ausgeführt sein. Die Pyramiden-Grundfläche kann
dann senkrecht auf der Strahlrichtung des Beleuchtungslichts durch
den Polarisationsfilter stehen. Eine derartige Gestaltung des Polarisationsfilters
ist kompakt und erlaubt eine hohe Unterdrückungs-Dynamik
unerwünschter Polarisationszustände.
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Der
Polarisationsfilter kann um eine zur Strahlrichtung parallele Achse
drehbar ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine
Einstellung von Beleuchtungssettings mit einem gewünschten
und beispielsweise verkippten Polarisationszustand.
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Vor
dem Polarisationsfilter kann ein Polarisationsdrehungselement angeordnet
sein. In diesem Fall ist eine gewünschte Polarisationsrichtung
des Beleuchtungssettings ohne Lichtverlust am Polarisationsfilter
vorgebbar.
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Das
Polarisationsdrehungselement vor dem Polarisationsfilter kann als
statischer Rotator abgestimmter Dicke oder als drehende Lambda/2-Platte ausgeführt
sein. Diese Varianten sind konstruktiv mit vergleichsweise geringem
Aufwand realisierbar und gewährleisten je nach Anforderung
eine gewünschte Flexibilität bei der Einstellung
der Polarisation des gewünschten Beleuchtungssettings.
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Die
Vorteile einer Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen
Beleuchtungsoptik,
- – mit einer Strahlungsquelle
zur Erzeugung des Beleuchtungslichts,
- – mit einer Projektionsoptik zur Abbildung des in einer
Objektebene liegenden Objektfelds in ein Bildfeld in einer Bildebene,
- – mit einem Retikelhalter zur Halterung eines abzubildenden
Strukturen tragenden Retikels im Objektfeld,
- – mit einem Waferhalter zur Halterung eines Wafers
im Bildfeld,
- – wobei bevorzugt der Retikelhalter und der Waferhalter
bei der Projektionsbelichtung synchronisiert zueinander senkrecht
zur Strahlrichtung des Beleuchtungslichts in einer Verlagerungsrichtung verlagerbar
sind,
entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme
auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik erläutert
wurden.
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Die
Verlagerungsrichtung des Retikelhalters einerseits und des Waferhalters
andererseits kann im Wesentlichen parallel zu den langen Seitenlängen der
rechteckigen Abschnitte der Strahlformungsabschnitte des optischen
Strahlformungs-Elements verlaufen. Dies gewährleistet eine
definierte Beaufschlagung der einzelnen Objektfeldpunkte.
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Die
Vorteile eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung strukturierter
Bauelemente mit folgenden Schritten:
- – Bereitstellen
eines Wafers, auf den zumindest teilweise eine Schicht aus einem
lichtempfindlichen Material aufgebracht ist,
- – Bereistellen eines Retikels, das abzubildende Strukturen
aufweist,
- – Bereitstellen einer erfindungsgemäßen
Projektionsbelichtungsanlage,
- – Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels auf
einen Bereich der Schicht des Wafers mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage,
und
eines mit diesem Verfahren hergestellten Bauelements entsprechen
denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße
Beleuchtungsoptik und erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage
erläutert wurden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
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1 stark
schematisch im Meridionalschnitt optische Hauptgruppen einer Projektionsbelichtungsanlage
für die Mikrolithografie;
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2 stärker
im Detail eine Pupillenformungsoptik einer Beleuchtungsoptik der
Projektionsbelichtungsanlage nach 1, ebenfalls
im Meridionalschnitt;
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3 eine
Aufsicht auf eine Lichtverteilung der Ausleuchtung eines pupillenformenden
optischen Strahlformungs-Elements der Pupillenformungsoptik nach 2;
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4 ein
mit dem nach 3 beleuchteten Strahlformungs-Element
der Pupillenformungsoptik nach 2 erzeugtes
Beleuchtungssetting in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik;
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5 in
einer zu 2 ähnlichen Darstellung
die Pupillenformungsoptik nach 2 mit einer durch
Umstellung einer Strahlablenkungseinrichtung der Pupillenformungsoptik
erzeugten anderen Ausleuchtung des Strahlformungs-Elements;
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6 in
einer zu 3 ähnlichen Darstellung
die Ausleuchtung des Strahlformungs-Elements beim Ausleuchtungszustand
nach 5;
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7 in
einer zu 4 ähnlichen Darstellung
das beim Ausleuchtungszustand nach den 5 und 6 erzeugte
Beleuchtungssetting;
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8 eine
weitere Ausführung einer Strahlablenkungseinrichtung zur
Ausleuchtung des Strahlformungs-Elements mit unterschiedlichen Lichtverteilungen,
ebenfalls in einem Meridionalschnitt;
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9 eine
Aufsicht auf eine weitere Ausführung einer Strahlablenkungseinrichtung
zur Beaufschlagung einer weiteren Ausführung eines pupillenformenden
optischen Strahlformungs-Elements;
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10 in
einer zu 3 ähnlichen Darstellung
einen Ausleuchtungszustand des Strahlformungs-Elements, das mit
der Strahlablenkungseinrichtung nach 9 beleuchtet
ist;
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11 in
einer zu 10 ähnlichen Darstellung
einen weiteren Ausleuchtungszustand des Strahlformungs-Elements,
das mit der Strahlablenkungseinrichtung nach 9 beleuchtet
ist;
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12 in
einer zu 2 ähnlichen Darstellung
eine weitere Ausführung einer Pupillenformungsoptik;
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13 eine
Aufsicht auf eine Lichtverteilung der Ausleuchtung eines pupillenformenden
optischen Strahlformungs-Elements der Pupillenformungsoptik nach 12;
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14 ein
mit dem nach 13 beleuchteten Strahlformungs-Element
der Pupillenformungsoptik nach 12 erzeugtes
Beleuchtungssetting in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik;
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15 in
einer zu 12 ähnlichen Darstellung
die Pupillenformungsoptik nach 12 mit
einer anderen Ausleuchtung des Strahlformungs-Elements;
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16 in
einer zu 13 ähnlichen Darstellung
die Ausleuchtung des Strahlformungs-Elements beim Ausleuchtungszustand
nach 15;
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17 in
einer zu 14 ähnlichen Darstellung
das beim Ausleuchtungszustand nach den 15 und 16 erzeugte
Beleuchtungssetting;
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18 ebenfalls
im Meridionalschnitt eine Ausschnittsvergrößerung
einer weiteren Ausführung eines pupillenformenden optischen
Strahlungsformungs-Elements, das entsprechend den Darstellungen
nach den 2, 5, 12 und 15 orientiert
ist;
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19 vergrößert
und in Bezug auf ein Nutzlichtbündel nicht maßstabsgerecht
eine als Polarisationsdrehungselement ausgeführte Komponente
einer Strahlablenkungseinrichtung in einer Aufsicht;
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20 in
einer zu 12 ähnlichen Darstellung
eine Pupillenformungsoptik mit einer weiteren Ausführung
einer Strahlablenkungseinrichtung;
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21 eine
Aufsicht auf eine Lichtverteilung der Ausleuchtung eines pupillenformenden
optischen Strahlformungs-Elements der Pupillenformungsoptik nach 20;
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22 ein
mit dem nach 21 beleuchteten Strahlformungs-Element
der Pupillenformungsoptik nach 20 erzeugtes
Beleuchtungssetting in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik;
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23 in
einer zu 20 ähnlichen Darstellung
die Pupillenformungsoptik nach 20 mit
einer anderen Ausleuchtung des Strahlformungs-Elements;
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24 in
einer zu 21 ähnlichen Darstellung
die Ausleuchtung des Strahlformungs-Elements beim Ausleuchtungszustand
nach 23;
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25 in
einer zu 22 ähnlichen Darstellung
das beim Ausleuchtungszustand nach den 23 und 24 erzeugte
Beleuchtungssetting;
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26 in
einer Aufsicht einen in einer Pupillenebene der Pupillenformungsoptik
angeordneten Polarisationsfilter;
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27 ein
mit der Pupillenformungsoptik nach den 12 oder 20 bereitgestelltes
Beleuchtungssetting im Strahlengang vor dem Polarisationsfilter
nach 26;
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28 ein
mit der Pupillenformungsoptik nach den 12 oder 20 bereitgestelltes
Beleuchtungssetting im Strahlengang nach dem Polarisationsfilter
nach 26;
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29 ein
mit der Pupillenformungsoptik nach den 15 oder 23 bereitgestelltes
Beleuchtungssetting im Strahlengang vor dem Polarisationsfilter
nach 26;
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30 ein
mit der Pupillenformungsoptik nach den 15 oder 23 bereitgestelltes
Beleuchtungssetting im Strahlengang nach dem Polarisationsfilter
nach 26; und
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31 eine
Ausführung eines Polarisators mit der polarisierenden Wirkung
des Polarisationsfilters nach 26 in
einer perspektivischen Darstellung.
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Eine
Projektionsbelichtungsanlage 1 ist, was ihre optischen
Hauptgruppen angeht, schematisch in der 1 im Meridionalschnitt
dargestellt. Diese schematische Darstellung zeigt die optischen
Hauptgruppen als refraktive optische Elemente. Genauso gut können
die optischen Hauptgruppen auch als diffraktive oder reflektive
Komponenten oder als Kombinationen oder Unterkombinationen von refraktiven/diffraktiven/reflektiven
Zusammenstellungen optischer Elemente ausgebildet sein.
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Zur
Erleichterung der Darstellung von Lagebeziehungen wird in der Zeichnung
durchgehend ein kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. In der 1 verläuft
die x-Achse senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein. Die y-Achse
verläuft in der 1 nach oben. Die z-Achse verläuft
in der 1 nach rechts und parallel zu einer optischen
Achse 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1. Die
optische Achse 2 kann, wie bei nachfolgend beschriebenen
Figuren noch dargestellt, ggf. ein- oder mehrfach gefaltet sein.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 1 hat eine Strahlungsquelle 3,
die Nutzlicht in Form eines Beleuchtungs- bzw. Abbildungsstrahlenbündels 4 erzeugt.
Das Nutzlicht 4 hat eine Wellenlänge im tiefen Ultraviolett
(DUV), beispielsweise im Bereich zwischen 100 und 200 nm. Alternativ
kann das Nutzlicht auch eine Wellenlänge im EUV-Bereich,
insbesondere im Bereich zwischen 5 und 30 nm, haben.
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Eine
Beleuchtungsoptik 5 der Projektionsbelichtungsanlage 1 führt
das Nutzlicht 4 von der Strahlungsquelle 3 hin
zu einer Objektebene 6 der Projektionsbelichtungsanlage 1.
In der Objektebene 6 ist ein durch die Projektionsbelichtungsanlage 1 abzubildendes
Objekt in Form eines Retikels 7 angeordnet. Das Retikel 7 ist
in der 1 gestrichelt angedeutet. Das Retikel 7 wird
von einem nicht dargestellten Retikelhalter der Projektionsbelichtungsanlage 1 gehalten.
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Als
erste optische Hauptgruppe umfasst die Beleuchtungsoptik 5 zunächst
eine Pupillenformungsoptik 8. Diese dient dazu, in einer
nachgelagerten Pupillenebene 9 der Beleuchtungsoptik 5 eine definierte
Intensitätsverteilung des Nutzlichts 4 zu erzeugen.
Die Pupillenformungsoptik 8 bildet die Strahlungsquelle 3 in
eine Mehrzahl sekundärer Lichtquellen ab. Die Pupillenformungsoptik 8 kann
zusätzlich auch eine feldformende Funktion haben. In der
Pupillenformungsoptik 8 kann, wie nachfolgend noch erläutert,
ein diffraktives optisches Element zum Einsatz kommen. Als pupillenformende
optische Elemente können in der Pupillenformungsoptik 8 alternativ
oder zusätzlich auch Facettenelemente oder Wabenelemente
zum Einsatz kommen. Die Pupillenebene 9 ist optisch konjugiert
zu einer weiteren Pupillenebene 10 eines Projektionsobjektivs 11 der
Projektionsbelichtungsanlage 1, das der Beleuchtungsoptik 5 zwischen
der Objektebene 6 und einer Bildebene 12 nachgelagert
ist.
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In
der Bildebene 12 ist ein Wafer 13 angeordnet und
in der 1 gestrichelt angedeutet. Ein Objektfeld in der
Objektebene 7 wird vom Projektionsobjektiv 11 in
ein Bildfeld auf dem Wafer 13 in der Bildebene 12 abgebildet.
Der Wafer 13 wird von einem in der Zeichnung nicht dargestellten
Waferhalter der Projektionsbelichtungsanlage 1 gehalten.
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Bei
der Projektionsbelichtung werden das Retikel 7 und der
Wafer 13 synchronisiert zueinander in der y-Richtung gescannt.
Auch ein sogenannter Stepper-Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 ist
möglich, bei dem das Retikel 7 und der Wafer 13 synchronisiert
zueinander in der y-Richtung zwischen zwei Belichtungen schrittweise
verlagert werden.
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Der
hinter der Pupillenformungsoptik 8 angeordneten Pupillenebene 9 nachgeordnet
ist eine Feldlinsengruppe 14 als weitere optische Hauptgruppe
der Beleuchtungsoptik 5. Die Feldlinsengruppe 14 hat
eine objektfeldformende Funktion. Teil der Feldlinsengruppe 14 kann
ein weiteres diffraktives feldformendes Element sein. Auch ein Mikrolinsen-Array kann
Teil der Feldlinsengruppe 14 sein. Hinter der Feldlinsengruppe 14 ist
eine Zwischenbildebene 15 angeordnet, die zur Objektebene 6 konjugiert
ist. In der Zwischenbildebene 15 liegt eine Blende 16 zur Vorgabe
einer randseitigen Begrenzung des auszuleuchtenden Objektfeldes
in der Objektebene 6. Die Blende 16 wird auch
als REMA-(Retikel Masking-System zum Abblenden des Retikels 7)
Blende bezeichnet.
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Die
Zwischenbildebene 15 wird durch eine Objektivgruppe 17,
die auch als REMA-Linsengruppe bezeichnet wird, in die Objektebene 6 abgebildet.
Die Objektivgruppe 17 stellt eine weitere optische Hauptgruppe
der Be leuchtungsoptik 5 dar. In der Objektivgruppe 17 ist
eine weitere Pupillenebene 18 der Beleuchtungsoptik 5 angeordnet.
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2 zeigt
eine Ausführung der Pupillenformungsoptik 8. Abweichend
von der schematischen Darstellung nach 1 ist der
Strahlengang der Pupillenformungsoptik 8 nach 2 gefaltet.
Das Nutzlicht 4 liegt zunächst als kollimiertes
Strahlungsbündel vor, das insbesondere einen rechteckigen
Querschnitt aufweist. Das in die Pupillenformungsoptik 8 einfallende
Nutzlicht 4 wird zunächst durch eine als Galilei-Teleskop
ausgeführte Aufweitungsoptik mit Linsen 19, 20 aufgeweitet.
Ein typischer Aufweitungsfaktor dieser Aufweitungsoptik 19, 20 beträgt
2 bis 5. Nach der Aufweitungsoptik 19, 20 trifft
das Nutzlicht 4 auf ein Mikrolinsen-Array 21 mit
einer Mehrzahl von Zylinderlinsen 22. Am Ort des Mikrolinsen-Arrays 21 hat
das Nutzlicht 4 einen Bündelquerschnitt von beispielsweise
20 mm × 20 mm.
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In
der 2 ist ebenfalls ein xyz-Koordinatensystem eingezeichnet,
welches für das einfallende Nutzlicht 4 bis zur
ersten Faltung der optischen Achse 2 gilt. Die x-Achse
dieses Koordinatensystems verläuft in der 2 nach
oben. Die y-Achse verläuft senkrecht zur Zeichenebene der 2 aus
dieser heraus. Die z-Achse verläuft in der 2 nach rechts.
Nach der Faltung der optischen Achse 2 dreht sich das Koordinatensystem
entsprechend der Faltung mit. Die dann in der 2 nach
oben verlaufende z-Achse bleibt also auch nach der Faltung parallel zur
Strahlrichtung des Nutzlichts 4 und die beiden anderen
Achsen x, y spannen den Strahlquerschnitt des Nutzlichts 4 auf.
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Die
Zylinderlinsen 22 haben parallel zur y-Richtung verlaufende
Zylinderachsen. In der Darstellung nach 2 sind schematisch
sechs derartiger Zylinderlinsen 22 dargestellt. In der
Praxis kann die Anzahl der Zylinderlinsen 22 wesentlich
höher sein. Die Brennweite der Zylinderlinsen 22 kann
größer sein als 1 m.
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Nach
dem Mikrolinsen-Array 21 trifft das Nutzlicht 4 auf
einen 90°-Faltspiegel 23. Dieser stellt eine Strahlablenkungseinrichtung
für das Nutzlicht 4 dar. Nach dem Faltspiegel 23 trifft
das Nutzlicht 4 auf ein pupillenformendes optisches Strahlformungs-Element 24 in
Form eines diffraktiven optischen Elements. Die Zylinderlinsen 22 des
Mikrolinsen-Arrays 21 teilen das Nutzlicht 4 in
einzelne Nutzlichtbündel 25 auf und fokussieren
diese auf das diffraktive optische Element (DOE) 24.
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Das
DOE 24 ist aus in Bezug auf die einfallende Polarisation
des Nutzlichts 4 neutralem Material, das den Polarisationszustand
des durchtretenden Nutzlichts 4 nicht verändert.
Alternativ ist es möglich, das DOE 24 aus polarisierendem
Material zu gestalten.
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Das
diffraktive optische Element 24 ist unterteilt in eine
Mehrzahl von rechteckigen Strahlformungsschnitten 26. Die
Strahlformungsabschnitte 26 sind als rechteckige Abschnitte
mit einer langen Seitenlänge parallel zur y-Achse und einer
kurzen Seitenlänge parallel zur x-Achse ausgeführt.
Der in der 2 ganz linke Strahlformungsabschnitt 26 und seine
jeweils übernächsten Nachbarn gehören
zu einer ersten Gruppe 27 von Strahlungsformungsabschnitten 26,
die nachfolgend als Strahlungsformungsabschnitte 261 bezeichnet
werden. In der 2 jeweils rechts neben einem
der Strahlformungsabschnitte 261 der
ersten Gruppe 27 liegt ein Strahlformungsabschnitt 262 einer zweiten Gruppe 28 der
Strahlungsformungsabschnitte 26. Die Strahlformungsabschnitte 261 und 262 liegen
beim diffraktiven optischen Element 24 also jeweils im
Wechsel, das heißt alternierend, vor. Die einzelnen Strahlformungsabschnitte 26 haben
parallel zur x-Richtung eine Dimension von etwa 2 mm.
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Die
Fokussierung der Nutzlichtbündel 25 auf das DOE 24 ist
derart, dass die Nutzlichtbündel 25 bei der Anordnung
nach 2 die erste Gruppe 27 der Strahlungsformungsabschnitte 26 ausleuchten, also
alle Strahlungsformungsabschnitte 261 .
Diese Lichtverteilung ist in der 3 schematisch
dargestellt. Die beleuchteten Strahlformungsabschnitte 261 sind dabei gestrichelt und die unbeleuchteten
Strahlformungsabschnitte 262 sind
offen dargestellt.
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Die
strahlablenkende Wirkung der Strahlformungsabschnitte 261 der ersten Gruppe 27 auf
die Nutzlichtbündel 25 unterscheidet sich von
der ablenkenden Wirkung der Strahlformungsabschnitte 262 auf die Nutzlichtbündel 25.
Die erste Gruppe 27 dient zur Erzeugung einer ersten Strahlwinkelverteilung des
Nutzlichts 4. Die zweite Gruppe 28 dient zur Erzeugung
einer weiteren Strahlwinkelverteilung des Beleuchtungslichts 4,
die sich von der Strahlwinkelverteilung unterscheidet, die von der
ersten Gruppe 27 erzeugt wird. Die strahlablenkende Wirkung
der Strahlformungsabschnitte 261 der
ersten Gruppe 27 ist derart, dass in der Pupillenebene 9 ein
Beleuchtungssetting in Form eines Dipols mit zwei in x-Richtung
voneinander beabstandeten Intensitätsspots 29 resultiert.
Das so erzielte Beleuchtungssetting wird auch als x-Dipol bezeichnet.
Die beiden Intensitätsspots 29 sind in der 4 als
runde Intensitätsspots angedeutet. Auch andere Berandungsformen
der Intensitätsspots 29 sind möglich,
beispielsweise eine ringsegmentförmige Berandung um ein
Zentrum 30 einer freien Apertur der Beleuchtungsoptik 5 in
der Pupillenebene 9. Die Strahlformungsabschnitte 261 können auch so ausgebildet
sein, dass mit ihnen ein anderes Beleuchtungssetting als das x-Dipolsetting nach 4 erzeugt
wird.
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5 zeigt
die Pupillenformungsoptik 8 nach 2 mit einem
geringfügig gegenüber der Stellung nach 2 verkippten
Faltspiegel 23. Verkippt wird der Faltspiegel 23 um
eine Kippachse 31 parallel zur y-Achse. Hierzu steht der
Faltspiegel 23 über eine mechanische Ankopplung 32 mit
einem Kippantrieb 33 in Verbindung. Hierbei kann es sich beispielsweise
um einen Schrittmotor oder um einen piezoelektrischen Aktuator handeln.
Der Kippantrieb 33 steht über eine in der Zeichnung
nicht dargestellte Signalverbindung mit einer zentralen Steuereinrichtung
der Projektionsbelichtungsanlage 1 in Verbindung.
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Aufgrund
der Verkippung des Faltspiegels 23 in der Stellung nach 5 fokussieren
die Zylinderlinsen 22 des Mikrolinsen-Arrays 21 die
Nutzlichtbündel 25 nun auf die Strahlformungsabschnitte 262 der zweiten Gruppe 28 der
Strahlungsformungsabschnitte 26. In der 5 sind
die Lichtwege der Nutzlichtbündel 25 in der Ablenkstellung
des Faltspiegels 23 durchgezogen dargestellt. Zum Vergleich
sind in der 5 auch die ursprüngliche
Stellung des Faltspiegels 23 nach 2 und die
ursprünglichen Lichtwege der Nutzlichtbündel 25 nach 2 jeweils
gestrichelt angedeutet.
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Die
durch die Ablenkung nach 5 erzeugte Ausleuchtung des
pupillenformenden Strahlformungs-Elements 24, also des
DOE 24, ist in der 6 schematisch
dargestellt. Die über das Mikrolinsen-Array 21 erzeugte
Rechteck-Verteilung der Ausleuchtung ist nun um genau einen Strahlformungsabschnitt 26 nach
rechts gewandert, so dass nun die Strahlformungsabschnitte 262 der zweiten Gruppe 28 ausgeleuchtet
werden. Die strahlablenkende diffraktive Wirkung der Strahlformungsabschnitte 262 der zweiten Gruppe 28 ist
derart, dass ein Beleuchtungssetting in Form eines Dipols mit zwei
Intensitätsspots 34 erzeugt wird, die in der y-Richtung
voneinan der beabstandet sind. Das in der 7 dargestellte,
entsprechende Beleuchtungssetting wird auch als y-Dipol bezeichnet.
Für die Berandungsform der Intensitätsspots 34 gilt,
was vorstehend zu den Intensitätsspots 29 nach 4 ausgeführt
wurde. Die Strahlformungsabschnitte 262 können
auch so ausgebildet sein, dass mit ihnen ein anderes Beleuchtungssetting als
das y-Dipolsetting nach 7 erzeugt wird.
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Der
Kippwinkel des Faltspiegels 23 zwischen den beiden Ablenkstellungen
nach 2 und 5 ist in der Zeichnung übertrieben
dargestellt. Bei einer praxisgerechten Auslegung des DOE 24 ist
der Abstand zwischen benachbarten Strahlformungsabschnitten 26 sehr
klein, so dass in der Praxis ein Kippwinkel von beispielsweise 2
mrad ausreicht, um einen Wechsel zwischen den Ausleuchtungen nach den 3 und 6 herbeizuführen.
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Eine
Umstellung zwischen der Ausleuchtung der ersten Gruppe 27 und
der Ausleuchtung der zweiten Gruppe 28 kann auf einer sehr
schnellen Zeitskala erfolgen. Typische Schaltzeiten für
diese Umstellung liegen bei 100 ms oder kürzer, vorzugsweise
bei 10 ms und kürzer und noch stärker bevorzugt
bei 1 ms. Je kürzer die Schaltzeit für die Umstellung
ist, desto definierter ist die selektive Ausleuchtung der beiden
Gruppen 27 und 28.
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Beim
Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird eine Struktur
auf dem Retikel 7 zunächst mit einem ersten Beleuchtungssetting
beleuchtet, welches mit der ersten Gruppe 27 der Strahlformungsabschnitte 26 erzeugt
wird. Anschließend wird der Faltspiegel 23 umgestellt
und die Beleuchtung der gleichen Struktur auf dem Retikel 7 erfolgt
mit dem zweiten Beleuchtungssetting, erzeugt durch die zweite Gruppe 28 der
Strahlformungsabschnitte 26. Es findet also eine Doppelbelichtung
des Retikels 7 mit zwei unterschiedlichen Beleuchtungssettings statt.
Dies wird genutzt, um Struk turen auf dem Retikel 7, die
jeweils nur mit einem der beiden Beleuchtungssettings sauber ausgeleuchtet
werden können, insgesamt mit hoher Auflösung auf
den Wafer 13 abzubilden.
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8 zeigt
eine weitere Ausführung einer Strahlablenkungseinrichtung 35 zur
Ablenkung des Nutzlichts 4 zwischen dem Mikrolinsen-Array 21,
das in der 8 nicht dargestellt ist, und
dem DOE 24. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die
vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 bereits
erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und
werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Durchgezogen
ist in der 8 ein Strahlweg eines ausgewählten
Nutzlichtbündels 25 des Nutzlichts 4 nach
dem Mikrolinsen-Array 21 bei einer ersten Ablenkstellung
der Strahlablenkungseinrichtung 35 dargestellt. Dieser
durchgezogene Strahlengang entspricht der Ablenkstellung nach 2.
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Die
Strahlablenkungseinrichtung 35 hat zwei Faltspiegel 36, 37.
Das Nutzlichtbündel 25 wird zunächst
vom Faltspiegel 36 und anschließend vom Faltspiegel 37 umgelenkt,
bevor es auf den Strahlformungsabschnitt 261 des
DOE 24 trifft.
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Gestrichelt
ist in der 8 eine zweite Ablenkstellung
der Strahlablenkungseinrichtung 35 dargestellt, die, was
die Beaufschlagung des DOE 24 betrifft, derjenigen nach 5 entspricht.
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Vor
und nach der Strahlablenkungseinrichtung 35 verläuft
das Nutzlichtbündel 25 unabhängig von
der jeweiligen Ablenkstellung der Strahlablenkungseinrichtung 35 genau
parallel zur z-Richtung.
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Der
erste Faltspiegel 36 ist bei der Verlagerung von der ersten
Ablenkstellung hin zur zweiten Ablenkstellung um einen Kippwinkel
entgegen dem Uhrzeigersinn um eine Kippachse 38 parallel
zur y-Achse verkippt. Hierzu ist der erste Faltspiegel 36 über
eine mechanische Ankopplung 39 mit einem Kippantrieb 40 verbunden.
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Gleichzeitig
ist der zweite Faltspiegel 37 bei der Verlagerung von der
ersten Ablenkstellung hin zur zweiten Ablenkstellung in der 8 im
Uhrzeigersinn um eine ebenfalls zur y-Achse parallele Kippachse 41 verkippt.
Hierzu ist der zweite Faltspiegel 37 über eine
weitere mechanische Ankopplung 42 mit einem weiteren Kippantrieb 43 verbunden.
Die Kippantriebe 40, 43 können wie der
Kippantrieb 33 der Ausführung nach den 2 bis 7 ausgebildet
sein. Die Kippantriebe 40, 43 stehen wiederum mit
der zentralen Steuereinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 1 in
Signalverbindung.
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Auch
in der zweiten Ablenkstellung der Strahlablenkungseinrichtung 35,
die in der 8 gestrichelt dargestellt ist,
verläuft das Nutzlichtbündel 25 nach
der Strahlablenkungseinrichtung 35 exakt parallel zur z-Achse
und ist genau um einen Abstand zweier Strahlformungsabschnitte 26 des
DOE 24 gegenüber dem Nutzlichtbündel 25 in
der ersten Ablenkstellung in negativer x-Richtung versetzt. Das Nutzlichtbündel 25 trifft
in der zweiten Ablenkstellung daher auf den Strahlformungsabschnitt 262 der zweiten Gruppe 28. Bei
der Ausführung der Strahlablenkungseinrichtung 35 nach 8 kommt
es zwischen den beiden Ablenkstellungen, bei denen wahlweise die
beiden Gruppen 27 oder 28 ausgeleuchtet werden,
also nicht zu einem Winkelversatz auf dem Strahlformungs-Element 24.
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9 zeigt
eine weitere Variante einer Strahlablenkungseinheit 44,
die anstelle der Strahlablenkungseinrichtungen 23 oder 35 zum
Einsatz kommen kann. Die Strahlablenkungseinrichtung 44 ist
in der 9 in einer Projektion parallel zur einfallenden
Strahlrichtung des Nutzlichts 4 dargestellt. Die Strahlablenkungseinrichtung 44 ist
unterteilt in einen oberen, rechteckigen Faltspiegel 45 und
in einen unteren rechteckigen Faltspiegel 46. Die beiden Faltspiegel 45, 46 sind
einander sehr eng benachbart, so dass zwischen diesen praktisch
kein Zwischenraum vorliegt. Die gesamte Apertur der Strahlablenkungseinrichtung 44 entspricht
derjenigen des Faltspiegels 23 der Ausführung
nach den 2 bis 7. Die Summe
der Reflexionsflächen der beiden Faltspiegel 45, 46 ergibt
also die Reflexionsfläche des Faltspiegels 23.
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Die
beiden Faltspiegel 45, 46 sind über nicht dargestellte
Kippantriebe unabhängig voneinander jeweils um eine Kippachse 47 parallel
zur y-Achse verkippbar.
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10 und 11 zeigen
eine weitere Ausführung eines Strahlformungs-Elements 48,
das anstelle des Strahlformungs-Elements 24 der Ausführungen
nach den 1 bis 8 zum Einsatz
kommen kann. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend
unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 bereits
erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und
werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Das
Strahlformungs-Element 48 ist in der xy-Ebene, also in
der Aufsicht nach den 10 und 11, unterteilt
in einen oberen Strahlformungs-Element-Bereich 49 und in
einen unteren Strahlformungs-Element-Bereich 50. Die beiden Strahlformungs-Element-Bereiche 49, 50 sind
entsprechend dem Strahlformungs-Element 24 untergliedert
in alternierend aufeinander folgende Strahlformungsabschnitte 26 der
Typen 261 und 262 .
Beim in der 10 oberen Strahlformungs-Element-Bereich 49 liegt
ganz links ein Strahlformungs-Abschnitt 26 des Typs 261 vor. Beim in der 10 unteren Strahlformungs-Element-Bereich 50 liegt
ganz links ein Strahlformungs-Abschnitt 26 des Typs 262 vor. Direkt übereinander
liegen also jeweils unterschiedliche Typen der Strahlformungsabschnitte 26,
so dass sich eine Art Schachbrettmuster der Typenverteilung der
Strahlformungsabschnitte 26 über das Strahlformungs-Element 48 ergibt.
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Die
Strahlablenkungseinrichtung 44 ist also unterteilt in ein
erstes Ablenkungselement, nämlich den oberen Faltspiegel 45,
der einen Teil des Nutzlichts 4 auf den oberen Strahlformungs-Element-Bereich 49 ablenkt
und in ein weiteres Ablenkungselement, nämlich den unteren
Faltspiegel 46, der einen anderen Teil des Nutzlichts 4 hin
zum unteren Strahlformungs-Element-Bereich 50 ablenkt.
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10 zeigt
eine Ausleuchtung des Strahlformungs-Elements 48, bei der
alle Strahlformungsabschnitte 26 des Typs 262 ausgeleuchtet sind, bei der also sowohl
beim oberen Strahlformungs-Element-Bereich 49 als auch
beim unteren Strahlformungs-Element-Bereich 50 die zweite
Gruppe 28 der Strahlformungsabschnitte 26 ausgeleuchtet
ist.
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11 zeigt
eine zu 10 komplementäre Ausleuchtung
der Strahlformungsabschnitte 26, bei der alle Strahlformungsabschnitte 26 des
Typs 261 der Strahlformungs-Element-Bereiche 49, 50,
also die ersten Gruppen 27 der Strahlformungsabschnitte 26,
ausgeleuchtet sind. Beim Wechsel zwischen den Ausleuchtungen nach
den 10 und 11 wird der
obere Faltspiegel 45 um die Kippachse 47 in einem
ersten Drehsinn verkippt und der untere Faltspiegel 46 wird
um den gleichen Kippwinkel, allerdings im entgegengesetzten Drehsinn,
verkippt.
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Die
Beleuchtungsintensität auf dem Strahlformungs-Element 48,
gesehen in der x-Richtung und integriert über die y-Richtung,
ist von der jeweiligen Ausleuchtung unabhängig.
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Über
die beleuchtete Fläche des Strahlformungs-Elements 48 gesehen ändert
sich ein energetischer Beleuchtungsschwerpunkt SP der Ausleuchtung
des Strahlformungs-Elements 48 bei den Ausleuchtungen nach
den 10 und 11 nicht.
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Während
eines Scans oder während einer Step-Beleuchtung kann zwischen
den beiden Ablenkstellungen, also zwischen den Beleuchtungssettings,
mindestens einmal und insbesondere mehrfach umgeschaltet werden.
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12 bis 17 zeigen
eine weitere Ausführung einer Pupillenformungsoptik 8 der
Beleuchtungsoptik 5. Komponenten, die denjenigen entsprechen,
die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 11 bereits
erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und
werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Bei
der Ausführung der Pupillenformungsoptik 8 nach
den 12 bis 17 fällt
das Nutzlicht 4 linear polarisiert ein. Nachfolgend wird
senkrecht zur jeweiligen Zeichenebene polarisiertes Licht als s-polarisiertes
Licht und parallel zur Zeichenebene polarisiertes Licht als p-polarisiertes
Licht bezeichnet.
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Bei
der Pupillenformungsoptik 8 nach den 12 bis 17 liegt
eine Strahlablenkungseinrichtung 51 vor, die unterteilt
ist in ein Polarisationsdrehungselement 52 und in ein doppelbrechendes optisches
Ablenkelement 53.
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19 zeigt
das Polarisationsdrehungselement 52 in einer Aufsicht.
Das Polarisationsdrehungselement 52 hat eine runde Apertur
und ist unterteilt in zwei halbkreisförmige Polarisationsdrehungselement-Bereiche 54 und 55.
Das Polarisationsdrehungselement 52 ist aus einem doppelbrechenden
Kristallmaterial mit einer optischen Kristallachse gefertigt, die
in der xy-Ebene liegt. Die Stärke des Polarisationsdrehungselement-Bereiches 54 in z-Richtung
ist derart, dass dieser Bereich 54 keine Polarisationsdrehung
des Nutzlichts 4 bewirkt. s-polarisiert einfallendes Nutzlicht 4 bleibt
nach Durchgang durch den Bereich 54 also s-polarisiert.
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Die
Stärke des Polarisationsdrehungselement-Bereichs 55 in
der z-Richtung ist derart, dass die Polarisation des durchtretenden
Nutzlichts 4 genau um 90° gedreht wird, so dass
aus s-polarisiert einfallendem Nutzlicht 4 nach Durchtritt
durch den Bereich 55 p-polarisiertes Nutzlicht 4 wird.
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Das
doppelbrechende Ablenkelement 53 ist als 90°-Umlenkprisma
ausgeführt, das in seiner Umlenkwirkung grundsätzlich
dem Faltspiegel 23 entspricht. Eine optische Kristallachse 56 liegt
entsprechend dem xyz-Koordinatensystem für das in das Ablenkelement 53 einfallende
Nutzlicht 4 parallel zur x-Achse.
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In
einer ersten Ablenkstellung der Strahlablenkungseinrichtung 51 nach 12 bleibt
die Polarisation des Nutzlichts 4 beim Durchgang durch
den Polarisationsdrehungselement-Bereich 54 des Polarisationsdrehungselements 52 und
durch das doppelbrechende Ablenkelement 53 jeweils erhalten,
so dass das Nutzlicht 4 s-polarisiert auf die Strahlformungsabschnitte 26 des
Typs 261 , also auf die erste Gruppe 27 der
Strahlformungsabschnitte 26, trifft. In der Pupillenebene 9 liegt
dann ein x-Dipolsetting mit linear in y-Richtung polarisiertem Nutzlicht
vor.
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Das
Polarisationsdrehungselement 52 ist um eine zur z-Achse
parallele Drehachse 57 drehbar, die außerhalb
des einfallenden Bündels des Nutzlichts 4 liegt.
Für diese Drehung ist das Polarisationsdrehungselement 52 über
eine mechanische Ankopplung mit einem Drehantrieb 58 verbunden.
Letzterer ist wiederum über eine nicht dargestellte Signalverbindung
mit der zentralen Steuereinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 1 verbunden.
Die Drehzahl des Polarisationsdrehungselements 52 um die Drehachse 57 ist
so groß, dass sich das Polarisationsdrehungselement 52 während
eines Scans oder während einer Step-Belichtung mindestens
einmal um die Drehachse 57 vollständig dreht und
bevorzugt mehrfach um die Drehachse 57 dreht.
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Im
Bereich des Polarisationsdrehungselements 52 kann auch
ein Fokus des Nutzlichts 4 sein, so dass der Bündelquerschnitt
des Nutzlichts 4 am Ort des Polarisationsdrehungselements 52 klein
gegenüber den Flächen der beiden Bereiche 54, 55 ist.
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Bei
einer typischen Dimension eines Bündelquerschnitts des
Nutzlichts 4 im Bereich des Polarisationsdrehungselements 52 von
5 mm und einer Umfangsgeschwindigkeit des Polarisationsdrehungselements 52 von
5 m/s ergibt sich eine Schaltzeit, also eine Zeit für den Übergang
zwischen den beiden Bereichen 54, 55, von 1 ms.
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15 zeigt
die Ablenkstellung der Strahlablenkungseinrichtung 51,
bei der das Nutzlicht 4 den Polarisationsdrehungselement-Bereich 55 durchtritt.
Aufgrund der polarisationsdrehenden Wirkung des Bereichs 55 tritt
das s-polarisiert eintretende Nutzlicht p-polarisiert aus dem Bereich 55 aus. Aufgrund
der Orientierung der optischen Kristallachse 56 lenkt das
doppelbrechende Ablenkelement 53 die hindurchtretenden,
p-polarisierten Nutzlichtbündel 25 ab, so dass
die Nutzlichtbündel 25 in der Ablenkstellung nach 15 unter
einem Ablenkwinkel zur z-Achse aus dem doppelbrechenden Ablenkelement 53 austreten. Ähnlich
wie in der 5 ist auch in der 15 ein
Vergleich zur nicht abgelenkten, gestrichelt dargestellten Situation
der Nutzlichtbündel 25 dargestellt. Nach Durchtritt
durch das doppelbrechende Ablenkelement 53 liegt das Nutzlicht 4 weiterhin
p-polarisiert vor. Die Winkelablenkung der p-polarisierten Nutzlichtbündel 25 liegt
beispielsweise im Bereich von 10 mrad. Hierdurch werden nun im DOE 24 die
Strahlformungsabschnitte 26 vom Typ 262 ausgeleuchtet,
wie in der 16 dargestellt. Es resultiert
wiederum ein y-Dipolsetting in der Pupillenebene 9, wie
in der 17 dargestellt. Das Nutzlicht 4 in
den Intensitätsspots 34 dieses y-Dipolsettings
ist linear in x-Richtung polarisiert.
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18 zeigt
einen Teilbereich einer Ausführung des DOE 24,
mit der ein durch die Strahlablenkungseinrichtungen 23 oder 51 erzeugter
Ablenkwinkel bei der Beleuchtung der Strahlformungsabschnitte 26 des
Typs 262 kompensiert werden kann.
Diffraktive Strukturen der Strahlformungsabschnitte 26 befinden
sich jeweils auf den Eintrittsflächen des DOE 24.
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Dargestellt
ist in der 18 in links nach rechts eine
alternierende Abfolge von drei Strahlformungsabschnitten 26 des
Typs 261 und drei Strahlformungsabschnitte 26 des
Typs 262 .
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Austrittsflächen 60 der
Strahlformungsabschnitte 26 des Typs 262 sind
bei der Ausführung nach 18 als
Keilflächen derart gestaltet, dass die Nutzlichtbündel 25,
die die Strahlformungsabschnitte 26 vom Typ 262 durchtreten, exakt parallel zur z-Richtung
verlaufen. Die keilförmigen Austrittsflächen 60 kompensieren
also einen von den Strahlablenkungseinrichtungen 23 bzw. 51 erzeugten
Winkelversatz nach dem DOE 24.
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Anstelle
einer Rotation um die Drehachse 57 kann ein Wechsel zwischen
den beiden Ablenkstellungen, die in den 12 und 15 dargestellt sind,
auch durch eine Translation des Polarisationsdrehungselements 52 parallel
zur x-Richtung erzeugt werden, wie in den 12 und 15 durch
einen Doppelpfeil 61 angedeutet ist. In diesem Fall können die
Bereiche 54, 55 des Polarisationsdrehungselements 52 nicht
halbkreisförmig, sondern rechteckig sein.
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Anhand
der 20 bis 25 wird
nachfolgend eine weitere Ausführung einer Strahlablenkungseinrichtung 62 erläutert.
Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme
auf die 1 bis 19, insbesondere unter
Bezugnahme auf die 12 bis 17, erläutert
wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals
im Einzelnen diskutiert.
-
Bei
der Ausführung nach den 20 bis 25 hat
die Strahlablenkungseinrichtung 62 neben dem Polarisationsdrehungselement 52 einen
für das Nutzlicht 4 durchlässigen doppelbrechenden Block 63.
Der doppelbrechende Block 63 ist eine weitere Variante
eines doppelbrechenden Ablenkelements. Ein Faltspiegel 64,
der anstelle des Faltspiegels 23 der Ausführung
nach 2 eingesetzt ist, ist als starrer, also nicht
verkippbarer Spie gel ausgeführt. Der doppelbrechende Block 63 ist
zwischen dem Faltspiegel 64 und dem DOE 24 im
Strahlengang der Nutzlichtbündel 25 angeordnet.
Eine optische Kristallachse 65 des doppelberechenden Blocks 63 ist
in der xz-Ebene ausgerichtet und schließt mit der x-Achse
einen 45°-Winkel ein.
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20 zeigt
die Stellung der Strahlablenkungseinrichtung 62, bei der
das s-polarisiert auf das Polarisationsdrehungselement 52 einfallende
Nutzlicht 4 den Polarisationsdrehungselement-Bereich 54 passiert,
nach dem Durchgang durch das Polarisationsdrehungselement 52 also
weiterhin s-polarisiert ist. Da diese Polarisationsrichtung senkrecht
auf der optischen Kristallachse 65 steht, wird die Polarisationsrichtung
der Nutzlichtbündel 25 beim Durchtritt durch den
doppelbrechenden Block 63 nicht geändert. Auch
eine Strahlablenkung findet bei diesem Durchtritt nicht statt (vgl. 20).
Die vom doppelbrechenden Block 63 nicht abgelenkten Nutzlichtbündel 25 treffen
auf die Strahlformungsabschnitte 26 des DOE 24 vom
Typ 261 (vgl. 21),
so dass eine Ausleuchtung nach 21 resultiert
und in der Pupillenebene 9 ein x-Dipolsetting entsteht,
welches demjenigen nach 14 entspricht
(vgl. 22).
-
23 zeigt
die Ablenkstellung, bei der das s-polarisiert einfallende Nutzlicht
das Polarisationsdrehungselement 52 durch den Polarisationsdrehungselement-Bereich 55 durchtritt.
Aus dem Polarisationsdrehungselement 52 tritt das Nutzlicht
dann p-polarisiert aus. Beim Durchtritt durch den doppelbrechenden
Block 63 wird dieses p-polarisierte Licht innerhalb des
doppelbrechenden Blocks 63 um einen Ablenkwinkel in der
xz-Ebene abgelenkt. Nach dem Austritt aus dem doppelbrechenden Block 63 verlaufen
die Nutzlichtbündel 25 wiederum exakt in der z-Richtung.
Die Ablenkung im doppelbrechenden Block 63 führt
also zu einem Parallelversatz der Nutzlichtbündel 25 gegenüber
der nicht abgelenkten Situation nach 20. In
der abgelenkten Situation nach 23 beaufschlagen
die p-polarisierten Nutzlichtbündel 25 die Strahlformungsabschnitte 26 des
Typs 262 , so dass die Ausleuchtung
nach 24 und das y-Dipol-Beleuchtungssetting nach 25 resultieren.
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26 zeigt
eine Aufsicht auf einen Polarisationsfilter 66, der in
einer der Pupillenebenen 9, 18 der Beleuchtungsoptik 5 angeordnet
sein kann und im in der 1 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiel in der Pupillenebene 9 angeordnet
ist. Der Polarisationsfilter 66 mit insgesamt runder Apertur
ist in der in 26 dargestellten Aufsicht in
vier Quadranten unterteilt. Ein in der 26 rechts
dargestellter Polarisationsfilterquadrant 67 und ein in
der 26 links dargestellter Polarisationsfilterquadrant 68 sind
zum Durchlass einer in der 26 vertikalen Polarisation,
also zum Durchlass einer linearen Polarisation in y-Richtung ausgebildet.
Ein in der 26 oben dargestellter Polarisationsfilterquadrant 69 und ein
in der 26 unten dargestellter Polarisationsfilterquadrant 70 sind
zum Durchlass einer in der 26 horizontalen
Polarisation, also zum Durchlass von in x-Richtung polarisiertem
Nutzlicht 4, ausgebildet.
-
Mit
dem Polarisationsfilter 66 lassen sich in Bezug auf Soll-Beleuchtungssettings
nach den 14 und 17 bzw.
nach den 22 und 25 störende
Fehl-Polarisationsanteile unterdrücken, wie nachfolgend
anhand der 27 bis 30 erläutert
wird.
-
In
der 27 ist ein Roh-Beleuchtungssetting 71 in
der Pupillenebene 9 mit den Intensitätsspots 29 und
Fehl-Polarisationsanteilen 72 dargestellt. Diese Fehl-Polarisationsanteile 72 werden durch
Streulicht erzeugt, welches auf die Bündelformungsabschnitte 26 des
Typs 262 trifft. Diese Fehl- Polarisationsanteile 72 werden über
die Polarisationsfilterquadranten 69, 70 unterdrückt,
da diese Polarisationsfilterquadranten 69, 70 für
die auftreffende y-Polarisation blockend wirken. Es verbleibt das
in der 28 dargestellte Soll-Beleuchtungssetting,
welches mit den Settings nach den 14 und 22 übereinstimmt.
-
Entsprechend
wirkt der Polarisationsfilter 66 bei der Umsetzung eines
Roh-Beleuchtungssettings 73 (vgl. 29), welches
durch Beaufschlagung der Bündelformungsabschnitte 26 des
Typs 262 erzeugt wurde. Hierbei
kann es vorkommen, dass beispielsweise durch Streulicht auch Bündelformungsabschnitte 26 des
Typs 261 beaufschlagt werden, so dass
Fehl-Polarisationsanteile 74 neben den Intensitätsspots 34 des
gewünschten y-Dipol-Beleuchtungsssettings entstehen. Diese
Fehl-Polarisationsanteile 74 werden über die Polarisationsfilterquadranten 67, 68 des
Polarisationsfilters 66 geblockt, so dass, wie in der 30 dargestellt,
das gewünschte y-Dipol-Beleuchtungssetting entsprechend
den 17 und 25 resultiert.
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31 zeigt
eine mögliche Ausgestaltung des Polarisationsfilters 66.
Dieser weist insgesamt vier dreieckig geformte Planplatten 75 auf,
die nach Art der Seitenflächen einer Pyramide zusammengesetzt
sind. Basen 76 der Planplatten 75 begrenzen eine
Grundfläche der Pyramide, auf der die z-Richtung, also
die Strahlrichtung des durch den Polarisationsfilter 66 tretenden
Nutzlichts 4, senkrecht steht. Die Planplatten 75 sind
jeweils zur Polarisationsaufspaltung dielektrisch beschichtet, wirken
also als Dünnschichtpolarisatoren. Der Einfallswinkel des Nutzlichts 4 auf
die Planplatten 75 liegt im Bereich zwischen 50° und
70°, ist also sehr steil. In der Einfallsebene polarisiertes
Licht wird von den Planplatten 75 reflektiert, wie in der 31 durch
einen Fehl-Polarisationsanteil 72 veranschaulicht ist.
Senkrecht zur Einfallsebene des Nutzlichts 4 auf den Planplatten 75 polarisiertes
Nutzlicht wird hingegen durchgelassen, wie in der 31 durch
einen Polarisationsanteil 77 veranschaulicht ist.
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Die
polarisierende Wirkung der Planplatten 75 kann auch genau
komplementär zu derjenigen sein, die vorstehend beschrieben
wurde. Bei dieser Komplentär-Wirkung wird in der Einfallsebene
des Nutzlichts 4 auf den Planplatten 75 polarisiertes
Licht von den Planplatten 75 durchgelassen und senkrecht zur
Einfallsebene des Nutzlichts 4 auf den Planplatten 75 polarisiertes
Nutzlicht von den Planplatten 75 reflektiert. Es ergeben
sich dann Soll-Beleuchtungssettings mit im Vergleich zu den Polarisationen
nach den 28 und 30 senkrecht
orientierter Polarisation, also ein x-Dipolsetting mit linearer
Polarisation in x-Richtung und ein y-Dipolsetting mit linearer Polarisation
in y-Richtung. Falls nicht diese Polarisationssettings gewünscht
sind, sondern die Polarisationssettings nach den 28 oder 30,
kann zwischen dem komplementär zur 31 wirkenden
Polarisationsfilter und der Objektebene auch ein die Polarisation
des Nutzlichts 4 um 90° drehendes optisches Element,
beispielsweise eine Lambda/2-Platte oder ein optischer Rotator,
angeordnet sein.
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Zur
Beeinflussung der Polarisation in den Intensitätsspots 29 bzw. 34 des
x-Dipol- bzw. des y-Dipol-Settings kann der Polarisationsfilter 66 auch
um die z-Achse drehbar ausgestaltet sein. Zwischen dem Polarisationsfilter 66 und
dem DOE 24 oder auch zwischen dem letzten, dem DOE 24 vorgeordneten
optischen Element und dem DOE 24 kann dann zusätzlich
noch eine auf die Wellenlänge des Nutzlichts 4 abgestimmte
Lambda/2-Platte 78 (vgl. 1) angeordnet
sein, die die Polarisation des auf den Polarisationsfilter 66 einfallenden
Nutzlichts so dreht, dass zusammen mit der Wirkung des Polarisationsfilters 66 eine
gewünschte Blockungswirkung von Fehl-Polarisationsanteilen
resultiert. Auch die Lambda/2-Platte 78 kann drehbar um
die z-Achse ausgestaltet sein. Anstelle einer drehbaren Lambda/2-Platte
kann als optisches Element 78 auch ein statischer Polarisationsrotator
eingesetzt werden.
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Bei
einer nicht dargestellten Variante ist die Strahlablenkungseinrichtung,
die beispielsweise anstelle der Strahlablenkungseinrichtung 35 nach 8 eingesetzt
werden kann, als quer zur Strahlrichtung, also als beispielsweise
in der x-Richtung, verlagerbare Linse ausgeführt. Es resultiert
bei einer derartigen Strahlablenkungseinrichtung ebenfalls ein Parallelversatz
des die Linse durchtretenden Nutzlichts 4.
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Bei
einer weiteren Ausführung der Pupillenformungsoptik 8 kann
das Strahlformungs-Element 48 auch mit einer einzigen Strahlablenkungseinrichtung
nach Art des Faltspiegels 23 mit dem Nutzlicht 4 beaufschlagt
werden. In diesem Fall wird aufgrund der Unterteilung des Strahlformungs-Elements 48 in die
beiden Strahlformungs-Element-Bereiche 49, 50 auf
einen Schlag gleichzeitig ein Quadrupol-Beleuchtungssetting erzeugt.
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Mit
Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens
ein Teil des Retikels 7 auf einen Bereich einer lichtempfindlichen
Schicht auf dem Wafer 13 zur lithografischen Herstellung
eines mikro- bzw. nanostrukturierten Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements,
abgebildet. Je nach Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 als
Scanner oder als Stepper werden das Retikel 7 und der Wafer 13 zeitlich
synchronisiert in der y-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb
oder schrittweise im Stepperbetrieb verfahren.
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Insbesondere
dann, wenn als Strahlungsquelle 3 eine EUV-Strahlungsquelle
eingesetzt wird, können anstelle der vorstehend erläuterten
strahl durchlässigen diffraktiven optischen Elemente auch reflektive
diffraktive optische Elemente zum Einsatz kommen.
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Soweit
bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen
eine Polarisationsdrehung um 90° erforderlich ist, kann
diese durch eine Lambda/2-Platte oder durch einen statischen Rotator
abgestimmter Dicke realisiert werden. Ein statischer Rotator abgestimmter
Dicke ist aus einem doppelbrechenden Material, beispielsweise SiO2, die aus dem doppelbrechenden Material,
insbesondere aus Kristallmaterial, so herausgearbeitet ist, dass
eine optische Kristallachse senkrecht zur Platte, also in Strahlrichtung,
verläuft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2007/0258077
A1 [0002]
- - WO 2007/119514 A [0002]
- - WO 97/11411 A1 [0002]
- - US 2007/058151 A1 [0002]
- - EP 1835312 A2 [0002]
- - US 2005/0140958 A1 [0002]