DE102012223230A1

DE102012223230A1 - Optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102012223230A1
Application number: DE201210223230
Authority: DE
Inventors: Ingo Sänger
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit einem polarisationsbeeinflussenden optischen Element (120, 220) und einer entlang der optischen Systemachse (OA) vor diesem polarisationsbeeinflussenden optischen Element (120, 220) befindlichen Anordnung (110, 210) zur Erzeugung einer Winkelverteilung in einem auf das polarisationsbeeinflussende optische Element (120, 220) auftreffenden Strahlbündel, wobei das polarisationsbeeinflussende optische Element (120, 220) aufgrund einer über diese Winkelverteilung variierenden, linearen oder intrinsischen Doppelbrechung im Betrieb des optischen Systems eine konstant lineare Eingangspolarisationsverteilung zumindest über einen Bereich des Strahlbündelquerschnitts in eine zumindest näherungsweise tangentiale Ausgangspolarisationsverteilung, eine zumindest näherungsweise radiale Ausgangspolarisationsverteilung oder eine zumindest näherungsweise gemischt tangential-radiale Ausgangspolarisationsverteilung umwandelt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv ist es bekannt, für eine kontrastreiche Abbildung insbesondere eine tangentiale Polarisationsverteilung einzustellen. Unter „tangentialer Polarisation” (oder „TE-Polarisation”) wird eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd senkrecht zum auf die optische Systemachse gerichteten Radius orientiert sind. Hingegen wird unter „radialer Polarisation” (oder „TM-Polarisation”) eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd radial zur optischen Systemachse orientiert sind. Entsprechend wird unter einer quasi-tangentialen bzw. einer quasi-radialen Polarisationsverteilung eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die vorstehenden Kriterien zumindest näherungsweise erfüllt sind.
Darüberhinaus besteht auch ein Bedarf nach der Einstellung weiterer, über die Pupille der Beleuchtungseinrichtung variierender Polarisationsverteilungen.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf WO 2005/069081 A2 , US 2006/0055909 A1 , WO 03/077011 A1 , DE 10 2009 055 184 B4 und US 6,392,800 B2 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welches die Bereitstellung einer zumindest näherungsweise tangentialen, radialen oder gemischt tangential-radialen Ausgangspolarisationsverteilung mit vergleichsweise geringem fertigungstechnischem Aufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, eine optische Systemachse auf, wobei das optische System ferner aufweist:

– ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element, und
– eine entlang der optischen Systemachse vor diesem polarisationsbeeinflussenden optischen Element befindliche Anordnung zur Erzeugung einer Winkelverteilung in einem auf das polarisationsbeeinflussende optische Element auftreffenden Strahlbündel,
– wobei das polarisationsbeeinflussende optische Element aufgrund einer über diese Winkelverteilung variierenden, linearen oder intrinsischen Doppelbrechung im Betrieb des optischen Systems eine konstant lineare Eingangspolarisationsverteilung zumindest über einen Bereich des Strahlbündelquerschnitts in eine zumindest näherungsweise tangentiale Ausgangspolarisationsverteilung, eine zumindest näherungsweise radiale Ausgangspolarisationsverteilung oder eine zumindest näherungsweise gemischt tangential-radiale Ausgangspolarisationsverteilung umwandelt.

Unter einer „gemischt tangential-radialen Polarisationsverteilung” (welche auch als TE/TM-Polarisationsverteilung oder TM/TE-Polarisationsverteilung bezeichnet werden kann) ist hier und im Folgenden eine Polarisationsverteilung zu verstehen, welche einen (kontinuierlichen oder schrittweisen) Übergang zwischen einer tangentialen und einer radialen Polarisationsverteilung aufweist. Mit anderen Worten weist eine solche Polarisationsverteilung im Übergang zwischen Orten in der Pupille, in denen die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd senkrecht zum auf die optische Systemachse gerichteten Radius orientiert sind, und Orten, in denen die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd parallel zum auf die optische Systemachse gerichteten Radius orientiert sind, Orte auf, in denen die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren zwischen diesen beiden „extremen” Positionen liegen und kontinuierlich oder schrittweise über die Pupille von der tangentialen zur radialen Ausrichtung übergehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine zumindest näherungsweise tangentiale, radiale oder gemischt tangential-radiale Ausgangspolarisationsverteilung dadurch zu erzeugen, dass ein lineare oder intrinsische Doppelbrechung aufweisendes Element im optischen System unter unterschiedlichen Strahlwinkeln durchlaufen wird, wobei ausgenutzt wird, dass sich für ein das Element durchlaufendes Strahlbündel je nach Strahlwinkel ein bestimmter Betrag und eine bestimmte Orientierung der schnellen Achse dieser Doppelbrechung ergeben. Die Erfindung beinhaltet weiter das Konzept, die Ausgestaltung des betreffenden polarisationsbeeinflussenden optischen Elements hinsichtlich dessen kristallographischer Orientierung sowie geometrischer Dicke gerade so zu wählen, dass die unter unterschiedlichen Strahlwinkeln hindurchlaufenden Strahlen gerade die gewünschte bzw. für die Erzeugung der angestrebten Ausgangspolarisationsverteilung erforderliche Doppelbrechung erfahren.
Dabei beinhaltet die Erfindung insbesondere eine Abkehr von herkömmlichen Ansätzen, bei denen die gewünschte polarisationsbeeinflussende Wirkung über eine spezielle Fertigung eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elements etwa unter Variation von dessen Dicke oder unter Variation der Orientierung der optischen Kristallachse über den Elementquerschnitt (für das Element parallel zueinander durchlaufende Lichtstrahlen) erzielt wird. Vielmehr wird gemäß der vorliegenden Erfindung die gewünschte polarisationsbeeinflussende Wirkung ohne spezielle „Behandlung” des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements über dessen optisch wirksame Fläche hinweg – und damit auch unter Vermeidung des mit einer solchen Behandlung einhergehenden fertigungstechnischen Aufwandes – realisiert, indem nämlich unter geeigneter Platzierung des Elements im System die sich bereits aufgrund unterschiedlicher Strahlwinkel im Element ergebende Variation der Doppelbrechung hinsichtlich Betrag und Orientierung der schnellen Achse dieser Doppelbrechung ausgenutzt wird.
Bei der vor dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element befindlichen Anordnung zur Erzeugung der Winkelverteilung in dem auf das polarisationsbeeinflussende optische Element auftreffenden Strahlbündel kann es sich beispielsweise um eine Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl unabhängig voneinander verstellbarer Spiegelelemente handeln. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann es sich bei der Anordnung zur Erzeugung der Winkelverteilung auch um ein diffraktives optisches Element (DOE) handeln.
In der Praxis kann etwa zunächst eine in der Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung gewünschte Polarisationsverteilung vorgegeben und dann in eine hierzu geeignete Orientierung der schnellen Achse der Doppelbrechung umgerechnet werden. Hieraus kann wiederum in dem erfindungsgemäßen Aufbau die Anordnung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements im Wege einer Simulation optimiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Ausgangspolarisationsverteilung in Form einer näherungsweise tangentialen oder näherungsweise radialen Ausgangspolarisationsverteilung in einem annularen Bereich erzeugt. Hiervon soll im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch ein Dipol-Beleuchtungssetting mit näherungsweise tangentialer oder näherungsweise radialer Ausgangspolarisationsverteilung umfasst sein, da die beiden Beleuchtungspole in einem solchen Dipol-Beleuchtungssetting ebenfalls als Teilbereich eines annularen Bereichs angesehen werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist das polarisationsbeeinflussende optische Element entlang der optischen Systemachse zwischen der Anordnung zur Erzeugung der Winkelverteilung und einer ersten Pupillenebene des optischen Systems angeordnet. Sofern sich zwischen der Anordnung zur Erzeugung der Winkelverteilung und dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element kein weiteres strahlablenkendes Element befindet, kann dabei die exakte Platzierung des polarisationsbeeinflussenden Elements grundsätzlich variabel gewählt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das polarisationsbeeinflussende optische Element eine planparallele Geometrie auf.
Das polarisationsbeeinflussende optische Element kann insbesondere aus einem kubisch kristallinen Material, z. B. Kalziumfluorid (CaF₂), hergestellt sein. In diesem Falle beruht die erfindungsgemäße polarisationsbeeinflussende Wirkung auf der bekanntermaßen in dem kubisch kristallinen Material erzeugten intrinsischen Doppelbrechung. Beispielweise bei Herstellung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements aus Kalziumfluorid im [111]-Kristallschnitt verschwindet zwar beispielsweise die intrinsische Doppelbrechung für parallel zur optischen Systemachse durch das Element hindurchtretendes Licht, wobei sich jedoch für unter unterschiedlichen Strahlwinkeln durch das Element hindurchtretende Lichtstrahlen eine hinsichtlich Betrag sowie Richtung der schnellen Achse variierende Doppelbrechungsverteilung ergibt.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann anstelle von Kalziumfluorid auch ein anderes, für Licht der Arbeitswellenlänge transmittierendes kubisch kristallines Material verwendet werden. Insbesondere können auch kubisch kristalline Materialien wie etwa Granate, z. B. Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂) und Yttriumaluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂), Lithiumbariumfluorid (LiBaF₃), und Spinell, insbesondere Magnesiumspinell (MgAl₂O₄), zum Einsatz kommen, welche eine im Vergleich zu Kalziumfluorid wesentlich höhere intrinsische Doppelbrechung aufweisen, so dass zur Erzeugung der gewünschten polarisationsbeeinflussenden Wirkung geringere Dicken des betreffenden polarisationsbeeinflussenden optischen Elements erforderlich sind und somit eine Materialersparnis erzielt wird.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist das polarisationsbeeinflussende optische Element aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial, insbesondere kristallinem Quarz (SiO₂), Magnesiumfluorid (MgF₂) oder Saphir (Al₂O₃), hergestellt. In diesem Falle beruht die erfindungsgemäße polarisationsbeeinflussende optische Wirkung auf der in dem optisch einachsigen Kristallmaterial erzeugten linearen Doppelbrechung, wobei ebenfalls ausgenutzt wird, dass die durch das optische Element hindurchtretenden Strahlen je nach Strahlwinkel eine (hinsichtlich Betrag sowie Richtung der schnellen Achse) unterschiedliche Doppelbrechung erfahren. Hierbei kann bei Verwendung von kristallinem Quarz der Umstand ausgenutzt werden, dass die in diesem Material neben der linearen Doppelbrechung im Falle einer zur Lichtausbreitungsrichtung nicht exakt senkrechten Orientierung der optischen Kristallachse aufgrund der optischen Aktivität von kristallinem Quarz ebenfalls vorhandene zirkulare Doppelbrechung mit zunehmendem Winkel zwischen Kristallachse und Lichtausbreitungsrichtung rasch und insbesondere nichtlinear abfällt, so dass der erfindungsgemäß ausgenutzte gewünschte Effekt der linearen Doppelbrechung demgegenüber wesentlich überwiegt.
Des Weiteren ist die Verwendung von linear doppelbrechendem, optisch einachsigem Kristallmaterial im Rahmen der Erfindung insofern vorteilhaft, als infolge der im Vergleich zur intrinsischen Doppelbrechung wesentlich größeren Werte der Verzögerung geringere Materialdicken erforderlich sind. Mit „Verzögerung” wird die Differenz der optischen Weglängen für orthogonale bzw. zueinander senkrechte Polarisationszustände bezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das polarisationsbeeinflussende optische Element aus wenigstens zwei Teilelementen mit voneinander verschiedener Orientierung der optischen Kristallachse zusammengesetzt. Hierdurch kann gegebenenfalls eine noch bessere Annäherung der erzielten Ausgangspolarisationsverteilung an die gewünschte Verteilung erzielt werden.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann das polarisationsbeeinflussende optische Element auch aus einem optisch zweiachsigen Kristallmaterial hergestellt sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System eine Lambda/2-Platte auf, welche entlang der optischen Systemachse nach dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element angeordnet ist. Mittels einer solchen Lambda/2-Platte kann beispielsweise eine durch das polarisationsbeeinflussende optische Element zunächst erzeugte gemischt tangential-radiale Polarisationsverteilung je nach Wunsch in eine tangentiale Polarisationsverteilung umgewandelt werden. Eine gegebenenfalls vorhandene Abweichung der Retardierung der Lambda/2-Platte vom perfekten Wert Lambda/2 kann in Ausführungsformen der Erfindung durch ein geeignetes Dickenprofil in dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element kompensiert werden. Eine mit einem solchen Dickenprofil gegebenenfalls einhergehende Strahlablenkung kann ihrerseits durch eine geeignete Kompensatoroptik (vorzugsweise aus amorphem Material wie z. B. Quarzglas und mit komplementärem Dickenprofil) kompensiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Lambda/2-Platte in einer Pupillenebene des optischen Systems angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lambda/2-Platte auch aus einem ersten Teilelement aus optisch positiv einachsigem Kristallmaterial und einem zweiten Teilelement aus optisch negativ einachsigem Kristallmaterial zusammengesetzt sein. Mittels einer solchen Ausgestaltung kann in vorteilhafter Weise eine vom Einfallwinkel des auf die Lambda/2-Platte auftreffenden Lichtes unabhängige polarisationsbeeinflussende Wirkung der Lambda/2-Platte erreicht werden, so dass die Platzierung der Lambda/2-Platte grundsätzlich beliebig (d. h. auch in einem Bereich mit nicht zur optischen Systemachse parallelem Strahlverlauf, z. B. unmittelbar nach dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element) erfolgen kann.
Unter einem optisch positiv einachsigen Kristallmaterial wird hier im Einklang mit der üblichen Terminologie – ein optisch einachsiges Kristallmaterial verstanden, für das die außerordentliche Brechzahl n_e größer als die ordentliche Brechzahl n_o ist. Entsprechend wird unter einem optisch negativ einachsigen Kristallmaterial ein optisch einachsiges Kristallmaterial verstanden, für das die außerordentliche Brechzahl ne kleiner als die ordentliche Brechzahl n_o ist. Geeignete optisch positive Materialien sind beispielsweise kristallines Quarz (SiO₂) und Magnesiumfluorid (MgF₂). Geeignete optisch negative Materialien sind beispielsweise Saphir (Al₂O₃) und Lanthanfluorid (LaF₃). Hinsichtlich beispielhafter quantitativer Angaben zu den die Lambda/2-Platte bildenden Teilelementen (insbesondere zu den zur Erzeugung einer Lambda/2-Platte entsprechenden Wirkung geeigneten Dicken), wird auf die DE 10 2007 059 258 A1 (vgl. dort Tabellen 1 ff.) Bezug genommen.
Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zum Herstellen eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elements für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Projektionsbelichtungsanlage eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine optische Systemachse und eine Anordnung zur Erzeugung einer Winkelverteilung aufweist, mit folgenden Schritten:

– Vorgeben einer in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung gewünschten Ausgangspolarisationsverteilung;
– Berechnen einer zur Erzeugung dieser Ausgangspolarisationsverteilung geeigneten Verteilung der schnellen Achse der Doppelbrechung;
– simulative Optimierung von Dicke und Kristallorientierung eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elements, welches lineare oder intrinsische Doppelbrechung aufweist, derart, dass eine polarisationsbeeinflussende Wirkung dieses optischen Elements an einer Position zwischen der Anordnung zur Erzeugung einer Winkelverteilung und der Pupillenebene im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage der zuvor ermittelten Verteilung der schnellen Achse der Doppelbrechung entspricht; und
– Herstellen des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements mit der zuvor ermittelten Dicke und Kristallorientierung.

Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage sowie ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1–2 schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise eines optischen Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3–4 schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise eines optischen Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5a–d schematische Darstellungen von erfindungsgemäß einstellbaren Ausgangspolarisationsverteilungen; und
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines beispielhaften Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einem polarisationsbeeinflussenden optischen Element gemäß der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird zunächst unter Bezugnahme auf 6 ein beispielhafter Aufbau einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen polarisationsbeeinflussenden optischen Element erläutert.
Die Projektionsbelichtungsanlage gemäß 6 weist eine Beleuchtungseinrichtung 10 sowie ein Projektionsobjektiv 20 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 10 dient zur Beleuchtung einer Struktur tragenden Maske (Retikel) 30 mit Licht von einer Lichtquelleneinheit 1, welche beispielsweise einen ArF-Excimerlaser für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm sowie eine ein paralleles Lichtbündel erzeugende Strahlformungsoptik umfasst. Generell sind die Beleuchtungseinrichtung 10 sowie das Projektionsobjektiv 20 bevorzugt für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 400 nm, insbesondere weniger als 250 nm, weiter insbesondere weniger als 200 nm, ausgelegt.
Die Beleuchtungseinrichtung 10 weist eine optische Einheit 11 auf, die insbesondere (außer einem im dargestellten Beispiel vorhandenen Umlenkspiegel 13) eine Anordnung 110 zur Erzeugung einer Winkelverteilung aufweist, welche die Erzeugung unterschiedlicher Beleuchtungskonfigurationen ermöglicht. In Ausführungsformen der Erfindung kann diese Anordnung 110 zur Erzeugung einer Winkelverteilung eine Spiegelanordnung aufweisen, welche eine Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Spiegelelemente umfasst und wie sie z. B. aus WO 2005/026843 A2 bekannt ist. Diese Spiegelelemente können jeweils individuell, z. B. in einem Winkelbereich von –2° bis +2°, insbesondere –5° bis +5°, weiter insbesondere –10° bis +10°, verkippt werden. Durch eine geeignete Verkippungsanordnung der Spiegelelemente in der Spiegelanordnung kann in einer Pupillenebene PP eine gewünschte Lichtverteilung, z. B. ein annulares Beleuchtungssetting, ein Dipol-Setting oder ein Quadrupol-Setting, ausgebildet werden, indem das zuvor homogenisierte und kollimierte Laserlicht je nach gewünschtem Beleuchtungssetting durch die Spiegelelemente jeweils in die entsprechende Richtung gelenkt wird.
In weiteren Ausführungsformen kann die Anordnung 110 zur Erzeugung einer Winkelverteilung auch ein diffraktives optisches Element (DOE) sein, welches beispielsweise in Kombination mit einem nachfolgenden Zoom-Objektiv in Verbindung mit einem Axikon vorgesehen sein kann.
In Lichtausbreitungsrichtung nach der optischen Einheit 11 befindet sich im Strahlengang eine Lichtmischeinrichtung (nicht dargestellt), welche z. B. in für sich bekannter Weise eine zur Erzielung einer Lichtmischung geeignete Anordnung aus mikrooptischen Elementen aufweisen kann, sowie eine Linsengruppe 14, hinter der sich eine Feldebene mit einem Retikel-Maskierungssystem (REMA) befindet, welches durch ein in Lichtausbreitungsrichtung nachfolgendes REMA-Objektiv 15 auf die Struktur tragende, in einer weiteren Feldebene angeordnete Maske (Retikel) 30 abgebildet wird und dadurch den ausgeleuchteten Bereich auf der Maske 30 begrenzt. Die Struktur tragende Maske 30 wird mit dem Projektionsobjektiv 20 auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht versehenes Substrat 40 bzw. einen Wafer abgebildet. Das Projektionsobjektiv 20 kann insbesondere für den Immersionsbetrieb ausgelegt sein. Ferner kann es eine numerische Apertur NA größer als 0.85, insbesondere größer als 1.1, aufweisen.
Gemäß 6 ist Bestandteil der Beleuchtungseinrichtung 10 außerdem ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element 120, das sich zwischen der Anordnung 110 zur Erzeugung einer Winkelverteilung und der ersten Pupillenebene PP befindet und dessen Ausgestaltung und Funktionsweise im Weiteren näher erläutert wird.
1–2 zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktion eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 120 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Hierbei wird (ohne dass die Erfindung darauf beschränkt wäre) davon ausgegangen, dass im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 10 linear polarisiertes Licht mit in y-Richtung weisender Orientierung des elektrischen Feldstärkevektors auf das polarisationsbeeinflussende optische Element 120 auftrifft.
1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus, und 2 zeigt die durch die Kombination aus der Anordnung 110 und dem Element 120 in der Pupillenebene PP erzeugte Retardierungsverteilung hinsichtlich der (mit „fa” bezeichneten) schnellen Achse der Doppelbrechung, sowie auch die sich infolgedessen in der Pupillenebene PP ergebende Ausgangspolarisation angedeutet. Dabei sind die in der vorliegenden Anmeldung dargestellten Retardierungsverteilungen jeweils als in die Pupillenebene projiziert (oder als Darstellung der einfallswinkelabhängigen Retardierungsverteilung) zu verstehen.
Gemäß 2 variiert die (durch die eingezeichneten Doppelpfeile symbolisierte) Richtung der Ausgangspolarisation infolge der Variation der jeweiligen Richtung der schnellen Achse „fa” der auf das durch das polarisationsbeeinflussende optische Element 110 hindurchtretende Licht jeweils wirkenden Doppelbrechung, wobei sich die Polarisationsrichtung des aus dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element 120 austretenden Lichtes jeweils als Spiegelung der Eingangspolarisationsrichtung an der schnellen Achse „fa” ergibt.
In dem konkreten Ausführungsbeispiel von 1–2 ist diese örtliche Variation der von den unter unterschiedlichen Strahlwinkeln durch das polarisationsbeeinflussende optische Element 120 hindurchtretenden Lichtstrahlen jeweils erfahrenen Doppelbrechung hinsichtlich der Richtung der schnellen Achse „fa” dieser Doppelbrechung gerade so beschaffen, dass die Ausgangspolarisationsverteilung einer gemischt tangential-radialen Polarisationsverteilung entspricht.
Gemischt tangential-radiale Ausgangspolarisationsverteilungen sind in 5c und 5d schematisch dargestellt und mit „P503” bzw. „P504” bezeichnet. Bei der Ausgangspolarisationsverteilung P503 gemäß 5c verläuft die Polarisationsvorzugsrichtung bzw. die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldstärkevektors in den Positionen unter „12 Uhr”, „3 Uhr”, „6 Uhr” und „9 Uhr” tangential, und unter den gegenüber diesen Positionen um 45° um die z-Achse bzw. um die optische Systemachse OA verdrehten Positionen radial. Hingegen verläuft in umgekehrter Weise bei der Ausgangspolarisationsverteilung P504 gemäß 5d die Polarisationsvorzugsrichtung bzw. die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldstärkevektors in den Positionen unter „12 Uhr”, „3 Uhr”, „6 Uhr” und „9 Uhr” radial, und unter den gegenüber diesen Positionen um 45° um die z-Achse bzw. um die optische Systemachse OA verdrehten Positionen tangential. Beide Ausgangspolarisationsverteilungen P503, P504 weisen somit einen Übergang zwischen einer tangentialen Polarisationsverteilung und einer radialen Polarisationsverteilung auf und stellen eine gemischt tangential-radiale Polarisationsverteilung dar.
Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, wobei in weiteren Ausführungsformen – je nach konkreter Anwendung bzw. abhängig von den Erfordernissen im optischen System – auch (zumindest näherungsweise) eine tangentiale Ausgangspolarisationsverteilung („P501” in 5a) oder radiale Ausgangspolarisationsverteilung („P502” in 5b) erzeugt werden kann.
In dem Ausführungsbeispiel von 1 ist das polarisationsbeeinflussende optische Element 120 aus intrinsisch doppelbrechendem Material, z. B. Kalziumfluorid (CaF₂), hergestellt. Des Weiteren weist das polarisationsbeeinflussende optische Element 120 eine planparallele Geometrie auf und ist im konkreten Ausführungsbeispiel im [111]-Kristallschnitt hergestellt. Infolgedessen verschwindet die intrinsische Doppelbrechung dieses Materials zwar für sich parallel zur optischen Systemachse (d. h. zur z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) ausbreitendes Licht, wobei jedoch das durch das Element 120 hindurchlaufende Licht für unterschiedliche Strahlwinkel eine im Betrag sowie in der Richtung der schnellen Achse variierende Doppelbrechung erfährt. Wie aus 2 ersichtlich ist, lässt sich auf diese Weise in einem annularen Bereich eine ursprünglich (d. h. vor Auftreffen auf das polarisationsbeeinflussende optische Element 120) konstant lineare Eingangspolarisationsverteilung in guter Näherung in eine gemischt tangential-radiale Ausgangspolarisationsverteilung umwandeln.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 und 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Systems bzw. eines darin vorhandenen polarisationsbeeinflussenden optischen Elements erläutert, wobei analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit entsprechenden, um „100” größeren Bezugsziffern bezeichnet werden.
Die Ausführungsform gemäß 3 und 4 unterscheidet sich von der zuvor anhand von 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen dadurch, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element 220 aus optisch einachsigem und somit linear doppelbrechendem Kristallmaterial, im konkreten Ausführungsbeispiel aus kristallinem Quarz, hergestellt ist.
Des Weiteren ist im Ausführungsbeispiel von 3 und 4 das polarisationsbeeinflussende optische Element 220 aus zwei Teilelementen 221, 222 zusammengesetzt, welche sich hinsichtlich der kristallographischen Orientierung voneinander unterscheiden. Im konkreten Ausführungsbeispiel entspricht die kristallographische Orientierung des ersten Teilelements 221 Millerschen Indizes von [3 3 4], und die kristallographische Orientierung des zweiten Teilelements 222 entspricht Millerschen Indizes von [1 0 1], wobei die Dicke der Teilelemente 221, 222 beispielsweise jeweils etwa 7 μm betragen kann.
In weiteren Ausführungsformen können auch andere kristallographische Orientierungen sowie Dicken gewählt werden, wobei die betreffenden Orientierungen bzw. Dicken jeweils auf die durch die Anordnung 210 erzeugten Strahlwinkel derart abgestimmt werden, dass die gewünschte Polarisationsverteilung erhalten wird.
In der Praxis kann etwa zunächst eine in der Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung gewünschte Polarisationsverteilung vorgegeben und dann in eine hierzu geeignete Orientierung der schnellen Achse der Doppelbrechung umgerechnet werden. Hieraus kann wiederum in dem erfindungsgemäßen Aufbau die Anordnung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements im Wege einer Simulation optimiert werden.
4 zeigt wiederum in zu 2 analoger Weise die durch die Kombination aus der Anordnung 210 und dem Element 220 in der Pupillenebene PP erzeugte Retardierungsverteilung hinsichtlich der (mit „fa” bezeichneten) schnellen Achse der Doppelbrechung, sowie auch die sich infolgedessen in der Pupillenebene PP ergebende Ausgangspolarisation.
Im konkreten Ausführungsbeispiel erfolgt durch das polarisationsbeeinflussende optische Element 220 eine Umwandlung einer zunächst (d. h. vor Auftreffen auf das Element 220) konstant linearen Polarisationsverteilung in eine näherungsweise tangentiale Polarisationsverteilung in einem annularen Bereich der Pupillenebene.
Die Erzeugung der tangentialen Ausgangspolarisationsverteilung zumindest in dem besagten annularen Bereich ist insofern von Vorteil, als eine in der Praxis gewünschte tangentiale Polarisation in einem solchen annularen Bereich bzw. für hohe numerische Aperturen besonders relevant ist. Des Weiteren kann mittels der Anordnung 210 zur Erzeugung der Winkelverteilung sichergestellt werden, dass Lichtstrahlen nur auf den besagten annularen Bereich gelenkt werden. In weiteren Ausführungsformen kann der zentrale (d. h. nicht die gewünschte tangentiale Polarisationsverteilung aufweisende) Bereich auch abgeschattet bzw. obskuriert werden.
In weiteren Ausführungsformen kann polarisationsbeeinflussende optische Element 220 auch aus mehr als zwei Teilelementen aus optisch einachsigem Kristallmaterial zusammengesetzt sein. Des Weiteren kann das polarisationsbeeinflussende optische Element 220 auch aus einem optisch zweiachsigen Kristallmaterial hergestellt sein.
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, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/069081 A2 [0005]
US 2006/0055909 A1 [0005]
WO 03/077011 A1 [0005]
DE 102009055184 B4 [0005]
US 6392800 B2 [0005]
DE 102007059258 A1 [0026]
WO 2005/026843 A2 [0038]

Claims

Optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches eine optische Systemachse (OA) aufweist, mit: • einem polarisationsbeeinflussenden optischen Element (120, 220); und • einer entlang der optischen Systemachse (OA) vor diesem polarisationsbeeinflussenden optischen Element (120, 220) befindlichen Anordnung (110, 210) zur Erzeugung einer Winkelverteilung in einem auf das polarisationsbeeinflussende optische Element (120, 220) auftreffenden Strahlbündel; • wobei das polarisationsbeeinflussende optische Element (120, 220) aufgrund einer über diese Winkelverteilung variierenden, linearen oder intrinsischen Doppelbrechung im Betrieb des optischen Systems eine konstant lineare Eingangspolarisationsverteilung zumindest über einen Bereich des Strahlbündelquerschnitts in eine zumindest näherungsweise tangentiale Ausgangspolarisationsverteilung, eine zumindest näherungsweise radiale Ausgangspolarisationsverteilung oder eine zumindest näherungsweise gemischt tangential-radiale Ausgangspolarisationsverteilung umwandelt.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Ausgangspolarisationsverteilung zumindest in einem annularen Bereich erzeugt wird.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (120, 220) entlang der optischen Systemachse (OA) zwischen der Anordnung (110, 210) zur Erzeugung einer Winkelverteilung und einer ersten Pupillenebene (PP) des optischen Systems angeordnet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (120, 220) eine planparallele Geometrie aufweist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (120) aus einem kubisch kristallinen Material, insbesondere Kalziumfluorid (CaF₂), einem Granat, insbesondere Lutetiumaluminiumgranat (Lu₃Al₅O₁₂) oder Yttriumaluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂), Lithiumbariumfluorid (LiBaF₃) oder Spinell, insbesondere Magnesiumspinell (MgAl₂O₄), hergestellt ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (220) aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial, insbesondere kristallinem Quarz (SiO₂), Magnesiumfluorid (MgF₂) oder Saphir (Al₂O₃), hergestellt ist.
Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (220) aus wenigstens zwei Teilelementen (221, 222) mit voneinander verschiedener Orientierung der optischen Kristallachse zusammengesetzt ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element aus einem optisch zweiachsigen Kristallmaterial hergestellt ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner eine Lambda/2-Platte aufweist, welche entlang der optischen Systemachse (OA) nach dem polarisationsbeeinflussenden optische Element (120, 220) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese Lambda/2-Platte in einer Pupillenebene (PP) des optischen Systems angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lambda/2-Platte aus einem ersten Teilelement aus optisch positiv einachsigem Kristallmaterial und einem zweiten Teilelement aus optisch negativ einachsigem Kristallmaterial zusammengesetzt ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der schnellen Achse der über die Winkelverteilung variierenden Doppelbrechung zumindest in einem annularen Bereich einen bezogen auf die optische Systemachse (OA) nur in azimutaler Richtung variierenden Verlauf aufweist.
Optisches System nach einem Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (110, 210) zur Erzeugung einer Winkelverteilung ein diffraktives optisches Element (DOE) aufweist.
Optisches System nach einem Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (110, 210) zur Erzeugung einer Winkelverteilung eine Spiegelanordnung aus einer Mehrzahl unabhängig voneinander einstellbarer Spiegelelemente aufweist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung (10) und einem Projektionsobjektiv (20), wobei die Beleuchtungseinrichtung (10) ein optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elements (120, 220) für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Projektionsbelichtungsanlage eine Beleuchtungseinrichtung (10) und ein Projektionsobjektiv (20) aufweist, wobei die Beleuchtungseinrichtung (10) eine optische Systemachse (OA) und eine Anordnung (110, 210) zur Erzeugung einer Winkelverteilung aufweist, mit folgenden Schritten: a) Vorgeben einer in einer Pupillenebene (PP) der Beleuchtungseinrichtung (10) gewünschten Ausgangspolarisationsverteilung; b) Berechnen einer zur Erzeugung dieser Ausgangspolarisationsverteilung geeigneten Verteilung der schnellen Achse der Doppelbrechung; c) simulative Optimierung von Dicke und Kristallorientierung eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elements (120, 220), welches lineare oder intrinsische Doppelbrechung aufweist, derart, dass eine polarisationsbeeinflussende Wirkung dieses optischen Elements (120, 220) an einer Position zwischen der Anordnung (110, 210) zur Erzeugung einer Winkelverteilung und der Pupillenebene (PP) im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage der in Schritt b) ermittelten Verteilung der schnellen Achse der Doppelbrechung entspricht; und d) Herstellen des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements (120, 220) mit der in Schritt c) ermittelten Dicke und Kristallorientierung.
Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines Substrats (40), auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist; • Bereitstellen einer Maske (30), die abzubildende Strukturen aufweist; • Bereitstellen einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 15; und • Projizieren wenigstens eines Teils der Maske (30) auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage.