DE102013200961A1

DE102013200961A1 - Polarisationsmessvorrichtung für eine Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102013200961A1
Application number: DE201310200961
Authority: DE
Inventors: Ingo Sänger; Frank Schlesener
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-07-24
Also published as: WO2014114436A1

Abstract

Eine Polarisationsmessvorrichtung (34) für eine Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie wird bereitgestellt. Die Polarisationsmessvorrichtung umfasst mindestens ein polarisationsmodulierendes Element (50; 148), welches monolithisch ausgebildet ist und entlang einer Translationsachse (58) variieriende Polarisatoreigenschaften aufweist, sowie ein polarisationsselektives Element (56), welches dem polarisationsmodulierenden Element (50; 148) nachgeordnet ist und dazu konfiguriert ist, Strahlung mit einer bestimmten Polarisationseigenschaft aus auftreffender Strahlung (64) zu selektieren.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Polarisationsmessvorrichtung für eine Polarisationsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, ein Retikel für die Mikrolithographie mit einer darin integrierten Polarisationsmessvorrichtung sowie ein Verfahren zur Polarisationsmessung in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie.
Zur Sicherstellung einer gleichbleibend hohen Qualität von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie im Produktionsbetrieb werden regelmäßige Überprüfungen der Belichtungseigenschaften durchgeführt. Dabei wird beispielsweise die Homogenität der Belichtungsstrahlung im Belichtungsstrahlengang, wie etwa in der Maskenebene etc. in regelmäßigen Abständen überwacht. Aufgrund ständig steigender Anforderungen an die Qualität der Projektionsbelichtungsanlagen ist es wünschenswert, auch Polarisationseigenschaften im Belichtungsstrahlengang regelmäßig zu überprüfen.
Die Problematik hierbei ist jedoch, dass eine dazu geeignete Polarisationsmessvorrichtung nur wenig Bauraum einnehmen darf, um ohne großen Umbauaufwand in Belichtungspausen der Projektionsbelichtungsanlage zum Einsatz kommen zu können. Hierbei wäre beispielsweise eine Unterbringung der Polarisationsmessvorrichtung in der Retikel- oder der Waferebene sinnvoll. Herkömmliche Polarisationsmesstechniken mit für den Anwendungszweck ausreichender Messgenauigkeit sind jedoch aus Bauraumgründen ungeeignet bzw. würden einen unverhältnismäßig hohen Aufwand nach sich ziehen. Ein Beispiel für eine derartige, dem Fachmann bekannte Polarisationsmesstechnik ist in WO 2010/105757 A1 beschrieben. Hierbei wird eine drehbar gelagerte λ/4-Verzögerungsplatte vor einem Strahlteilerwürfel angeordnet.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Polarisationsmessvorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Polarisationsmessung an einer in einer Produktionsumgebung installierten Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie ohne großen Umbau-Aufwand mit hoher Qualität durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorstehende Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Polarisationsmessvorrichtung für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, die wie folgt konfiguriert ist. Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst mindestens ein polarisationsmodulierendes Element, welches monolithisch ausgebildet ist und entlang einer Translationsachse variieriende Polarisatoreigenschaften aufweist. Weiterhin umfasst die Projektionsbelichtungsanlage ein polarisationsselektives Element, welches dem polarisationsmodulierenden Element nachgeordnet ist und dazu konfiguriert ist, Strahlung mit einer bestimmten Polarisationseigenschaft aus auftreffender Strahlung zu selektieren.
Aufgrund der Ausbildung des polarisationsmodulierenden Elementes mit entlang einer Translationsachse variierenden Polarisatoreigenschaften kann durch lineare Verschiebung des Polarisationsmessvorrichtung eine variierende Wirkung auf die Polarisation einer eingestrahlten Strahlung erzeugt werden. Damit kann beispielsweise eine bereits in der Projektionsbelichtungsanlage vorhandene Verschiebeeinrichtung, wie etwa der Retikeltisch oder der Wafertisch, zur Polarisationsmessung eingesetzt werden, wodurch der von zur Polarisationsmessung benötigte Bauraum reduziert werden werden kann.
Unter einem monolithisch ausgebildeten Element ist zu verstehen, dass das Element nicht zusammengefügt, d. h. aus einem Stück gefertigt ist. Das polarisationsmodulierende Element ist damit einstückig und weist gleichzeitig eine homogene Grundstruktur auf. Mit anderen Worten ist das polarisationsmodulierende Element aus mikroskopischer Sicht, d. h. aus Sicht der Materialstruktur ein durchgängiges Werkstück. Ins Unreine gesprochen kann gesagt werden, dass das polarisationsmodulierende Element „aus einem Guss” gefertigt ist, wobei das einheitliche Werkstück, aus dem das Element gefertigt ist, nicht durch ein Gussverfahren hergestellt sein muss, sondern beispielsweise auch ein Kristall sein kann.
Das polarisationsmodulierende Element weist entlang einer Translationsachse, und damit entlang einer Geraden, variierende Polarisatoreigenschaften auf. Damit hat das polarisationsmodulierende Element an unterschiedlichen Punkten entlang der Translationsachse unterschiedliche Wirkungen auf die Polarisationseigenschaften eingehender Strahlung. Das führt dazu, dass bei Verschiebung des Polarisationsmodulators entlang der Translationsachse eine punktuell auf den Polarisationsmodulator eingestrahlte Strahlung hinsichtlich ihrer Polarisationseigenschaft moduliert wird. Die Polarisationseigenschaften variieren gemäß einer Ausführungsform kontinuierlich entlang der Translationsachse und können in diesem Fall mittels einer stetigen Funktion beschrieben werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Variation der Polarisationseigenschaften mit einer Stufenfunktion beschrieben werden.
Die vorstehend genannten Wirkungen auf die Polarisationseigenschaften der eingehenden Strahlung können z. B. eine Drehung der Polarisationsrichtung und/oder eine Veränderung der Phasenbeziehung zwischen senkrecht zueinander polarisierten Wellenanteilen, wie etwa s- und p-polarisierten Wellenanteilen, betreffen. Eine unterschiedliche Wirkung an unterschiedlichen Punkten liegt insbesondere dann vor, wenn mindestens ein Polarisationsparameter um mehr als 1%, insbesondere 5% oder 10% an den unterschiedlichen Punkten voneinander abweicht. So kann z. B. eine von dem polarisationsmodulierenden Element bewirkte Drehung der Polarisationsrichtung an den unterschiedlichen Punkten um mehr als 1°, insbesondere mehr als 5° oder mehr als 10° voneinander abweichen und/oder die Phasenbeziehung zwischen senkrecht zueinander polarisierten Wellenanteilen an den unterschiedlichen Punkten um mindestens π/100, was einer Weglängendifferenz von mindestens 1/200 der Wellenlänge entspricht, insbesondere um mindestens π/10 oder mindestens π/2 voneinander abweichen.
Das polarisationsselektive Element ist dem polarisationsmodulierenden Element nachgeordnet. Mit anderen Worten ist das polarisationsselektive Element bezüglich der Translationsachse quer gegenüber dem polarisationsmodulierenden Element derart versetzt angeordnet, dass Strahlung, welche mit dem polarisationsmodulierenden Element in Wechselwirkung getreten ist, zumindest zum Teil auf das polarisationsselektive Element auftrifft. Anders ausgedrückt, ist das polarisationsselektive Element in einem Ausgangsstrahlengang des Polariationsmodulators angeordnet, sodass eingehende Strahlung nach Wechselwirkung mit dem Polarisationsmodulator auf das polarisationsselektive Element auftrifft. Das polarisationsselektive Element kann z. B. ein Strahlteilerwürfel oder ein Dünnschichtpolarisator sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Polarisationsmessvorrichtung weiterhin eine dem Polarisationsmodulator vorgelagerte Projektionsoptik. Eine derartige Projektionsoptik kann beispielsweise als Fresnellinse ausgeführt sein oder auch ein zweidimensionales Array von Linsen umfassen. Weiterhin kann in der Polarisationsmessvorrichtung ein dem polarisationsselektiven Element nachgeordneter Strahlungsdetektor, z. B. in Gestalt einer CCD-Kamera, zur Auswertung der Intensität der durch das polarisationsselektive Element hindurchtretenden Strahlung enthalten sein. Die Intensitätsmessung kann aber auch mittels einem auf der Waferstage der Projektionsbelichtungsanlage vorhandenen Sensor erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst das polarisationsmodulierende Element optisch aktives Material zur Drehung einer Polarisationsrichtung von auftreffender polarisierter Strahlung, wobei das optisch aktive Material eine Dickenvariation entlang der Translationsachse aufweist. Das optisch aktive Material kann links- und/oder rechtsdrehende Moleküle oder auch Kristalle mit einer asymmetrischen Kristallstruktur umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist das polarisationsmodulierende Element keilförmig gestaltet. Gemäß einer Variante weist das polarisationsmodulierende Element optisch aktives Material zur Drehung einer Polarisationsrichtung von auftreffender polarisierter Strahlung auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist das polarisationsmodulierende Element als ein erstes keilförmiges Element gestaltet und die Polarisationsmessvorrichtung umfasst weiterhin ein zweites keilförmiges Element, wobei die keilförmigen Elemente in zueinander entgegengesetzten Richtungen orientiert sind. Gemäß einer Variante umfassen die keilförmigen Elemente optisch aktives Material zur Drehung einer Polarisationsrichtung von auftreffender polarisierter Strahlung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Polarisationsmessvorrichtung zwei polarisationsmodulierende Elemente mit jeweils entlang der Translationsachse variierenden Polarisatoreigenschaften sowie eine zwischen den zwei polarisationsmodulierenden Elementen angeordnete Verzögerungsplatte auf. Eines der polarisationsmodulierenden Elemente ist das vorstehend erwähnte monolithisch ausgebildete polarisationsmodulierende Element, wobei das zweite polarisationsmodulierende Element ebenfalls monolithisch ausgebildet sein kann. Unter einer Verzögerungsplatte, auch Wellenplatte genannt, ist eine dünne Scheibe oder Folie aus optisch anisotropem Material zu verstehen, welches für unterschiedlich polarisiertes Licht verschiedene Ausbreitungsgeschwindigkeiten in verschiedenen Richtungen aufweist. Typischerweise weist eine derartige Verzögerungsplatte einen doppelbrechenden Kristall mit passend gewählter Dicke und Ausrichtung auf. Ein Beispiel einer derartigen Verzögerungsplatte ist eine λ/4-Platte.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weisen die beiden polarisationsmodulierenden Elemente jeweils optisch aktives Material zur Drehung einer Polarisationsrichtung von auftreffender polarisierter Strahlung auf, wobei das jeweilige optisch aktive Material eine jeweilige Dickenvariation entlang der Translationsachse aufweist, welche sich von polarisationsmodulierendem Element zu polarisationsmodulierendem Element unterscheidet. Unter der Dicke des optisch aktiven Materials ist in diesem Zusammenhang die Erstreckung des optisch aktiven Materials in Durchtrittsrichtung der polarisierten Strahlung zu verstehen. Die Durchtrittsrichtung verläuft insbesondere senkrecht zur Translationsachse.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist das polarisationsmodulierende Element mindestens einen Abschnitt mit einer Ausdehnung von 0,1 mm entlang der Translationsachse auf, in dem die Polarisatoreigenschaften um weniger als 5%, insbesondere weniger als 1%, variieren. Gemäß einer Variante variieren die Polarisationseigenschaften in jedem beliebigen Abschnitt des polarisationsmodulierenden Elements mit einer Ausdehnung von 0,1 mm um weniger als 5%, insbesondere um weniger als 1%.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist das polarisationsmodulierende Element mehrere entlang der Translationsachse angeordnete Segmente mit jeweils einheitlichen Polarisatoreigenschaften auf, wobei die Polarisatoreigenschaften von Segment zu Segment variieren. Mit anderen Worten sind im jeweiligen Segment die Polarisatoreigenschaften einheitlich. Gemäß einer Variante beträgt die Ausdehnung eines jeden der Segmente entlang der Translationsachse mindestens 0,1 mm, insbesondere mindestens 1 mm. Bei einer derartigen Dimensionierung ist es möglich, die Polarisationsmessung pupillenaufgelöst, d. h. in Abhängigkeit des Einfallswinkels einer zu vermessenden Strahlung, durchzuführen. Unter einheitlichen Polarisatoreigenschaften ist zu verstehen, dass Polarisatoreigenschaften um weniger als 1%, insbesondere weniger als 0,1% variieren.
Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Polarisationsmessvorrichtung für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt, welche mindestens ein polarisationsmodulierendes Element aufweist. Das polarisationsmodulierende Element umfasst mehrere entlang einer Translationsachse angeordnete Segmente mit von Segment zu Segment variierenden Polarisatoreigenschaften, wobei die Polarisatoreigenschaften innerhalb der Segmente jeweils einheitlich sind und jedes der Segmente eine Ausdehnung in Richtung der Translationsachse von mindestens 0,1 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm oder mindestens 1 mm, aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist mindestens eines der Segmente ein optisch aktives Material zur Drehung einer Polarisationsrichtung von auftreffender polarisierter Strahlung auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weisen mindestens zwei der Segmente doppelbrechendes Material auf, wobei sich das doppelbrechende Material von Segment zu Segment in mindestens einem der folgenden Parameter unterscheidet: Orientierung einer schnellen Achse des doppelbrechenden Materials sowie Dicke des doppelbrechenden Materials.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weisen die Segmente eine Wirkung von λ/4-Plättchen unterschiedlicher Orientierung auf. Bei unterschiedlich orientierten λ/4-Plättchen weist die optischen Achsen der Plättchen unterschiedliche Orientierungen auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst das polarisationsmodulierende Element ein amorphes Material, welches in zumindest einem Abschnitt laserinduzierte Doppelbrechung aufweist. Ein amorphes Material kann beispielsweise Quarzglas sein. Die genannte laserinduzierte Doppelbrechung kann beispielsweise, wie in dem Artikel „Laser-induced birefringence in fused silica from polarized lasers", U. Neukirch et. al., Poceedings of SPIE Vol. 5754 (SPIE, Bellingham, WA, 2005) beschrieben, erzeugt werden.
Gemäß einer Variante liegt der die laserinduzierte Doppelbrechung aufweisende Abschnitt in einem während einem Messvorgang optisch genutzten Bereich und das polarisationsmodulierende Element weist weiterhin einen optisch nicht-genutzten Bereich mit verringerter Transmission auf. Der optisch nicht-genutzte Bereich kann unmittelbar an den optisch genutzten Bereich angrenzen. Unter einem optisch genutzten Bereich ist ein Bereich zu verstehen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass Strahlung nach Wechselwirkung mit dem optisch genutzten Bereich zur Polarisationsmessung ausgewertet wird. Bei dem optisch nicht-genutzten Bereich ist das Gegenteil der Fall. Der optisch nicht-genutzte Bereich dient der Laserbestrahlung zur Erzeugung der Doppelbrechung im optisch genutzten Bereich. Die Laserbestrahlung kann eine Transmissionsverringerung im bestrahlten Bereich nach sich ziehen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Polarisationsmessvorrichtung für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt, die wie folgt konfiguriert ist. Diese Projektionsbelichtungsanlage umfasst mindestens ein polarisationsmodulierendes Element. Das polarisationsmodulierende Element weist entlang einer Translationsachse kontinuierlich variieriende Polarisatoreigenschaften und/oder stetig variierende Polarisationseigenschaften auf. Weiterhin umfasst die Projektionsbelichtungsanlage ein polarisationsselektives Element, welches dem polarisationsmodulierenden Element nachgeordnet ist und dazu konfiguriert ist, Strahlung mit einer bestimmten Polarisationseigenschaft aus auftreffender Strahlung zu selektieren. Unter stetig variierenden Polarisationseigenschaften ist zu verstehen, dass deren Verlauf mittels einer stetigen Funktion beschrieben werden kann. Die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten beschriebenen Merkmale können analog auf diese Polarisationsmessvorrichtung angewandt werden.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Retikel für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt, welches eine darin integrierte Polarisationsmessvorrichtung in der einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten umfasst.
Darüber hinaus wird gemäß der Erfindung ein Retikel für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie vorgeschlagen, welches mindestens ein polarisationsmodulierendes Element umfasst. Das polarisationsmodulierende Element ist einstückig ausgebildet und weist entlang einer Translationsachse variieriende Polarisatoreigenschaften auf.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt, welche eine Polarisationsmessvorrichtung in einer der vorstehenden Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten umfasst.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Projektionsbelichtungsanlage ist die Polarisationsmessvorrichtung an einem jeweils entlang der Translationsachse verschiebbaren Retikeltisch oder Wafertisch der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet. Der Retikeltisch und der Wafertisch werden oft auch als Retikelstage bzw. Waferstage bezeichnet und sind jeweils als Verschiebebühne für das Retikel bzw. den Wafer ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Projektionsbelichtungsanlage als Scanner konfiguriert, bei dem während eines Belichtungsvorgangs sowohl der Retikeltisch als auch der Wafertisch parallel zu einer Scannrichtung bewegt werden. Dabei ist die Polarisationsmessvorrichtung derart angeordnet, dass die Translationsachse parallel zur Scannrichtung ausgerichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Projektionsbelichtungsanlage weiterhin eine Lochblende sowie eine Halterung zum Halten der Lochblende in einer Stellung oberhalb der Polarisationsmessvorrichtung auf. Die Lochblende ist dabei gemäß einer Ausführungsvariante im Messbetrieb stationär in Bezug auf die Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet.
Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Polarisationsmessung in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt, welche einen Belichtungsstrahlengang zum Führen von Belichtungsstrahlung aufweist. Gemäß dem Verfahren wird mindestens ein Polarisationsmodulator derart im Belichtungsstrahlengang angeordnet, dass durch Wechselwirkung der einen Eingangspolarisationszustand aufweisenden Belichtungsstrahlung mit dem Polarisationsmodulator an einem Messort des Belichtungsstrahlenganges eine Ausgangsstrahlung erzeugt wird. Weiterhin wird durch Verschieben des Polarisationsmodulators parallel zu einer Translationsachse ein Polarisationszustand der Ausgangsstrahlung variiert. Weiterhin wird der Eingangspolarisationszustand ermittelt, indem ein Verlauf einer Polarisationseigenschaft der Ausgangsstrahlung während der Verschiebung des Polarisationsmodulators ausgewertet wird. Damit bleibt beim Verschieben des Polarisationsmodulators der Messort gleich.
Gemäß erfindungsgemäßer Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens ist der Polarisationsmodulator Teil einer Polarisationsmessvorrichtung gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Projektionsbelichtungsanlage eine Verschiebeeinrichtung zum Verschieben eines Substrats entlang der Scannrichtung auf und der Polarisationsmodulator wird zumindest während des Messvorgangs an der Verschiebeeinrichtung angeordnet. Das Substrat kann ein Retikel oder ein Wafer sein.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Polarisationsmessvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsmäße Retikel bzw. die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage übertragen werden. Dies gilt auch umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in den Ansprüchen und in der Figurenbeschreibung erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
1 eine schematisierte Ansicht einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Polarisationsretikel, welches eine Polarisationsmessvorrichtung in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält,
2 eine weitere Ausführungsform der Polarisationsmessvorrichtung zur Verwendung in dem Polarisationsretikel gemäß 1,
3 eine Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Detektionsanordnung zur Verwendung in der Polarisationsmessvorrichtung,
4 eine Veranschaulichung der Funktionsweise der Polarisationsmessvorrichtung in einer der Ausführungsformen nach 1 oder 2 für den Fall einer linear polarisierten Eingangsstrahlung,
5 eine Veranschaulichtung der Funktionsweise der Polarisationsmessvorrichtung in einer der Ausführungsformen nach 1 oder 2 für den Fall einer zirkular polarisierten Eingangsstrahlung,
6 der von einem Strahlungsdetektor während einem Messvorgang mittels der Polarisationsvorrichtung in einer Ausführungsformen nach 1 oder 2 gemessene Intensitätsverlauf für den Fall einer Eingangsstrahlung mit dem Polarisationszustand +S1 oder –S1,
7 der von einem Strahlungsdetektor während einem Messvorgang mittels der Polarisationsvorrichtung in einer Ausführungsformen nach 1 oder 2 gemessene Intensitätsverlauf für den Fall einer Eingangsstrahlung mit dem Polarisationszustand +S2 oder –S2,
8 der von einem Strahlungsdetektor während einem Messvorgang mittels der Polarisationsvorrichtung in der Ausführungsformen nach 1 oder 2 gemessene Intensitätsverlauf für den Fall einer Eingangsstrahlung mit dem Polarisationszustand +S3 oder –S3,
9 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Polarisationsmessvorrichtung zur Verwendung in dem Polarisationsretikel gemäß 1 mit einem polarisationsmodulierenden Element in Gestalt einer segmentierten Polarisationsoptik,
10 eine Veranschaulichung der Funktionsweise des polarisationsmodulierenden Elements gemäß 9,
11 eine Draufsicht auf das polarisationsmodulierende Element gemäß 10 in einer ersten Ausführungsform, sowie
12 eine Draufsicht auf das polarisationsmodulierende Element gemäß 11 in einer weiteren Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen und Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
In 1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie in einer Ausführungsform nach der Erfindung veranschaulicht. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst ein Beleuchtungssystem 12 zur Beleuchtung einer an einem Retikeltisch 26 angeordneten Maske mit Belichtungsstrahlung 16. Die Beleuchtung erfolgt zum Zweck, die Maske auf ein Substrat, z. B. in Gestalt eines Wafers 30 oder eines transparenten sogenannten „Flat-Panels”, abzubilden.
Das Beleuchtungssystem 12 umfasst eine Belichtungsstrahlungsquelle 14 zur Erzeugung der Belichtungsstrahlung 16. Die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung 16 kann je nach Ausführungsform der Projektionsbelichtungsanlage 10 im UV-Wellenlängenbereich, z. B. bei 248 nm oder 193 nm, oder auch im extremen UV-Wellenlängenbereich (EUV), z. B. bei 13,5 nm oder 6,8 nm, liegen. Je nach Belichtungswellenlänge sind die optischen Elemente des Beleuchtungssystems 12 und des Projektionsobjektivs 22 als Linsen und/oder als Spiegel ausgeführt. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer im UV-Wellenlängenbereich betriebenen Projektionsbelichtungsanlage 10 erläutert.
Die von der Belichtungsstrahlungsquelle 14 erzeugte Belichtungsstrahlung 16 durchläuft eine Strahlaufbereitungsoptik 18 und wird daraufhin von einem Illuminator 20 in die Maskenebene eingestrahlt. In der in 1 gezeigten Konfiguration befindet sich die Projektionsbelichtungsanlage 10 in einem Messmodus, in dem ein Messretikel 32 in der Maskenebene angeordnet ist. Das Messretikel 32 wird vom Retikeltisch 26 gehalten. Vor dem Messretikel 32 ist eine Lochblende 38 angeordnet.
Im zeichnerisch nicht dargestellten Belichtungsmodus ist anstelle des Messretikels eine zu belichtende Maske am Retikeltisch 26 angeordnet. Weiterhin befindet sich die Lochblende 38 nicht mehr im Belichtungsstrahlengang 36. Der Retikeltisch 26 ist gegenüber einem Rahmen 24 der Projektionsbelichtungsanlage 10 verschiebbar gelagert. Der Wafer 30 wird zur Belichtung auf einem Wafertisch 28 angeordnet, welcher ebenfalls verschiebbar gelagert ist. Während eines Belichtungsvorganges wird der Retikeltisch 26 in einer Scannrichtung 60, welche gemäß 1 parallel zur x-Koordinatenachse ausgerichtet ist, verschoben. Gleichzeitig erfolgt eine synchrone Verschiebung des Wafertisches 28 parallel zur Scannrichtung 60.
In dem bereits vorstehend erwähnten Messmodus wird das Messretikel 32 am Retikeltisch 26 in der Maskenebene angeordnet, wie in 1 gezeigt. Weiterhin wird die Lochblende 38 oberhalb des Messretikels 32 mittels einer Halterung 40 in einer zum Beleuchtungssystem 12 ortsfesten Stellung positioniert. Durch die Stellung der Lochblende 38 wird ein Messort 42 für die im Messmodus erfolgende Polarisationsmessung definiert. Der Messort 42 entspricht dem Ort der Öffnung der Lochblende 38. Die vom Beleuchtungssystem 12 ausgesandte Belichtungsstrahlung 16 tritt am Messort 42 als divergentes Strahlenbündel durch die Öffnung der Lochblende 38. Das divergente Strahlenbündel dient als Eingangsstrahlung 44 bei der Polarisationsmessung. Zur Vermessung unterschiedlicher Feldpunkte im Strahlungsfeld der in die Maskenebene eingestrahlten Belichtungsstrahlung 16 wird die Lochblende 38 und damit der Messort 42 auf geeignete Weise in der x-y-Ebene verschoben.
Das Messretikel 32 umfasst eine Polarisationsmessvorrichtung 34 zum Vermessen einer Polarisationseigenschaft der in die Maskenebene eingestrahlten Belichtungsstrahlung 16. Eine Ausführungsform der Polarisationsmessvorrichtung 34 ist zusammen mit der oberhalb angeordneten Lochblende 38 im linken oberen Abschnitt von 1 dargestellt.
Diese Polarisationsmessvorrichtung 34 weist eine an die Dicke des Messretikels 32 angepasste Höhe, d. h. Ausdehnung in z-Richtung, von etwa 6 mm auf. In der x- bzw. y-Richtung entspricht die Abmessung der Polarisationsmessvorrichtung 34 etwa der Ausdehnung des auf die Maskenebene eingestrahlten Belichtungsfeldes in Scannrichtung 60, d. h. der Erstreckung des von der Belichtungsstrahlung 16 beleuchteten Feldes in der Maskenebene in x-Richtung. Damit kann die Abmessung der Polarisationsmessvorrichtung 34 in x- bzw. y-Richtung z. B. jeweils etwa 22 mm betragen.
Die Polarisationsmessvorrichtung 34 in der Ausführungsform gemäß 1 umfasst eine Projektionsoptik 46, welche dazu dient, die die Lochblende 38 verlassende, Eingangsstrahlung 44 in Gestalt einer expandierenden Welle in eine ebene Welle umzuwandeln. Unterhalb der Projektionsoptik 46 ist ein Polarisationsmodulator 48 angeordnet, welcher ein erstes polarisationsmodulierendes Element 50, ein zweites polarisationsmodulierendes Element 54 sowie eine zwischen den Elementen 50 und 54 angeordnete Verzögerungsplatte 52 umfasst. Die beiden polarisationsmodulierenden Elemente 50 und 54 sind jeweils keilförmig gestaltet, wobei die Keile in zueinander entgegengesetzten Richtungen orientiert sind. Die Keilausrichtung verläuft jeweils parallel zu einer Translationsachse 58, welche parallel zur Scannrichtung 60 ausgerichtet ist. Die keilförmigen Elemente sind jeweils monolithisch ausgebildet und weisen damit, wie bereits vorstehend erläutert, eine homogene Grundstruktur auf.
Die keilförmigen polarisationsmodulierenden Elemente 50 und 54 haben gemäß einer Ausführungsvariante eine Dicke von weniger als 3 mm, die Verzögerungsplatte 52 kann beispielsweise mit einer Dicke von etwa 7 mm ausgeführt werden. Gemäß einer nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind die Elemente 50, 54 und die Verzögerungsplatte 52 aneinander angesprengt. Dazu werden die Elemente 50 und 54 etwas gegenüber den in 1 gezeigten Stellungen verdreht, sodass diese mit der Verzögerungsplatte 52 in Kontakt treten. Beim Ansprengen werden die jeweils aneinander angrenzenden Elemente mit ihren korrespondierenden Oberflächen so nah aneinander gesetzt, dass es zu einer festen Verbindung zwischen den Elementen kommt.
Die keilförmigen polarisationsmodulierenden Elemente 50 und 54 sind jeweils aus optisch aktivem Material gefertigt, welches dazu dient, eine Polarisationsrichtung der auftreffenden Strahlung zu drehen. Der Drehwinkel hängt von der Dicke des optisch aktiven Materials ab und variiert daher bei beiden Elementen 50 und 54 aufgrund der Keilform entlang der Translationsachse 58. Als optisch aktives Material kommen Kristalle mit asymmetrischen Kristallstrukturen sowie Materialien, die chirale Substanzen umfassen, in Frage.
Die Eingangsstrahlung 44 mit einem bestimmten Eingangspolarisationszustand verlässt nach Durchlaufen des Polarisationsmodulators 48 diesen als Ausgangsstrahlung 64 mit einem Ausgangspolarisationszustand, welcher abhängig ist von dem Eingangspolarisationszustand der Eingangsstrahlung 44 sowie der Position der Polarisationsmessvorrichtung 34 entlang der Translationsachse 58, wie nachstehend mit Bezug auf die 4 und 5 näher erläutert.
Die Polarisationsmessvorrichtung 34 umfasst in der Ausführungsform gemäß 1 weiterhin ein dem Polarisationsmodulator 48 nachgeordnetes polarisationsselektives Element 56 in Gestalt eines polarisierenden Strahlteilerwürfels. Alternativ kann das polarisationsselektive Element 56 z. B. auch als Dünnschichtpolarisator ausgeführt sein. Lediglich Strahlungsanteile der Ausgangsstrahlung 64 mit P-Polarisation werden vom polarisationsselektiven Element 56 durchgelassen und durchlaufen als polarisationsselektierte Strahlung 66 das Projektionsobjektiv 22 der Projektionsbelichtungsanlage 10.
In einen Randbereich des Wafertisches 28 ist ein Strahlungsdetektor 62 in Gestalt einer CCD-Kamera integriert. Im Messmodus wird der Wafertisch 28 so positioniert, dass die polarisationsselektierte Strahlung 66 auf den Strahlungsdetektor 62 auftrifft. Daraufhin wird der Retikeltisch 26 bei feststehendem Wafertisch 28 in Scannrichtung 60, d. h. parallel zur Translationsachse 58 bewegt. Während dieser Bewegung wird der Verlauf der Intensität der auf den Strahlungsdetektor 62 auftreffenden Strahlung 66 aufgezeichnet. Aus dem aufgezeichneten Verlauf wird daraufhin mittels einer Auswerteeinrichtung 63 der Eingangspolarisationszustand der Eingangsstrahlung 44 bestimmt, wie nachstehend näher erläutert. Dabei wird der Polarisationseinfluss durch das Projektionsobjektiv 22 rechnerisch berücksichtigt. Befindet sich der Messort 42 am Rand des von dem Beleuchtungssystem 12 erzeugten Beleuchtungsfeldes, so wird bei der Polarisationsmessung die Polarisationsmessvorrichtung 34 über das Beleuchtungsfeld hinaus gefahren. Dieser Vorgang wird auch als „Over-Scann” bezeichnet.
Im Fall, in dem der Strahlungsdetektor 62 als örtlich auflösender Detektor konfiguriert ist, kann zu jedem Zeitpunkt der Scannbewegung eine Intensitätsveteilung aufgezeichnet werden. Diese Intensitätsverteilung entspricht der Pupillenverteilung der Eingangsstrahlung 44 in Bezug auf die Pupille des Beleuchtungssystems 16 und d. h. der Winkelverteilung der Eingangsstrahlung 44 am Messort 42. Der Eingangspolarisationszustand kann damit pupillenaufgelöst bestimmt werden.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Polarisationsmessvorrichtung 34 nach der Erfindung. Diese unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform lediglich darin, dass der Strahlungsdetektor 62 in die Polarisationsmessvorrichtung 34 und damit in das Messretikel 32 integriert ist. Damit wird zur Messung ein im Wafertisch 28 integrierter Strahlungsdetektor nicht benötigt. In diesem Fall wird ein möglicher störender Einfluss des Projektionsobjektivs 22 auf die Messung vermieden.
Weiterhin ist es auch möglich, das polarisationsselektive Element 56 außerhalb der Polarisationsmessvorrichtung anzuordnen. So kann dieses z. B. mit dem Strahlungsdetektor 62 in den Wafertisch 28 der Polarisationsbelichtungsanlage 10 integriert werden. Die Polarisationsmessvorrichtung 34 gemäß 1, gemäß 2 oder gemäß anderer in dieser Anmeldung beschriebener Ausführungsformen kann alternativ zur Anordnung in der Maskenebene auch an anderen Stellen im Belichtungsstrahlengang 16 der Projektionsbelichtungsanlage 10 positioniert werden. In diesem Fall wird die Polarisationsmessvorrichtung 34 separat, d. h. ohne Messretikel 32, an der entsprechenden Stelle angeordnet. So kann die Polarisationsmessvorrichtung 34 z. B. in den Wafertisch 28 integriert werden und somit zur Messung der Polarisationseigenschaft der Belichtungsstrahlung 16 in der Waferebene verwendet werden.
3 zeigt eine modifizierte Variante der Auswertung der Ausgangsstrahlung 64. Gemäß dieser Variante ist in beiden Ausgangsstrahlengängen des polarisationsselektive Elements 56 in Gestalt eines polarisierten Strahlteilerwürfels jeweils ein Strahlungsdetektor 62 angeordnet. Die auf das als polarisationsselektive Element 56 auftreffende Ausgangsstrahlung 64 mit senkrecht zueinander polarisierten Polarisationsanteilen S und P wird vom Strahlteilerwürfel in zwei Ausgangstrahlengänge aufgespalten. Der erste Ausgangsstrahlengang enthält die polarisationsselektierte Strahlung 66 mit P-Polarisierung, während der zweite Ausgangsstrahlengang eine polarisationsselektierte Strahlung 68 mit S-Polarisierung enthält. Die Intensitäten beider Strahlungsanteile werden von den beiden Strahlungsdetektoren 62 gemessen. Damit kann die Polarisationszusammensetzung der Strahlung 64 mit einer höheren Messgenauigkeit erfasst werden. Aus der Summe der von den beiden Strahlungsselektoren 62 aufgezeichneten Intensität ergibt sich die Gesamtintensität der Strahlung 64, wodurch eine Intensitätsnominierung vorgenommen werden kann. Weiterhin ist es möglich, eine Intensitätsnominierung als Funktion der Pupillenverteilung, d. h. der Winkelverteilung der Strahlung am Messort 42, vorzunehmen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 die Funktionsweise der Polarisationsmessvorrichtung 34 gemäß 1 bzw. 2 erläutert. 4 zeigt die Veränderung des Polarisationszustandes der Eingangsstrahlung 44 beim Durchtritt durch die einzelnen Elemente der Polarisationsmessvorrichtung 34 an unterschiedlichen Positionen (POS) der Polarisationsmessvorrichtung 34 während eines Messvorgangs. Im in 4 veranschaulichten Beispiel ist die Eingangsstrahlung 44 vollständig P-polarisiert. Das heißt, der Polarisationszustand P_I der Eingangsstrahlung 44 ist der P-Polarisationszustand.
Wie bereits vorstehend erwähnt, wird während eines Messvorgangs die Polarisationsmessvorrichtung 34 als Teil des Messretikels 32 in der Scannrichtung 60 verschoben. Dabei durchfährt die Polarisationsmessvorrichtung 34 nacheinander die in 4 mit Pos 1 bis Pos 5 bezeichneten Stellungen. An der Position Pos 1 befindet sich die Polarisationsmessvorrichtung 34 in einer Stellung, in der die Eingangsstrahlung 44 beim Durchtritt durch das erste polarisationsmodulierende Element 50 in Gestalt eines ersten keilförmigen Elements W1 eine Drehung der Polarisationsrichtung von 180° erfährt. Dabei tritt die Eingangsstrahlung 44 durch das dicke Ende des keilförmigen Elements W1. In den Positionen Pos 2 bis Pos 5 ist die Polarisationsmessvorrichtung 34 jeweils schrittweise nach links verschoben, so dass die Eingangsstrahlung 44 jeweils durch dünner werdende Abschnitte des keilförmigen Elements W1 hindurchtritt. Der Drehwinkel α₁ wird damit in Schritten von 45° kleiner. In der Position POS 2 beträgt der Drehwinkel α₁ am keilförmigen Element W1 135°, in der Position POS 3 beträgt er 90°, in der Position POS 4 noch 45°, in der Position POS 5 hingegen gilt für den Drehwinkel α₁ = 0°.
Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die Eingangsstrahlung 44 in dem in 4 veranschaulichten Beispiel P-polarisiert. Damit wird ein linear polarisierter Zustand bezeichnet, dessen Polarisationsrichtung parallel zur Einfallsebene der Eingangsstrahlung 44 ist. Die Einfallsebene der Eingangsstrahlung 44 ist durch die von dem Ausbreitungsvektor der Eingangsstrahlung 44 sowie der Senkrechten zur strahlteilenden Fläche des polarisationsselektiven Elements 56 in Gestalt des polarisierenden Strahlteilerwürfels BS aufgespannte Ebene definiert. Der P-polarisierte Polarisationszustand wird auch mit +S1 bezeichnet. Dies steht als Abkürzung für den einen Stokesvektor mit den Stokeskomponenten S1 = +1 und S2 = 0 und S3 = 0.
Der nach dem Durchtritt der Eingangsstrahlung 44 durch das keilförmige Element W1 vorliegende Polarisationszustand ist in 4 mit P_W1 bezeichnet und für jede der Positionen Pos 1 bis 5 dargestellt. Die Strahlung mit dem Polarisationszustand P_W1 durchläuft daraufhin die Verzögerungsplatte 52 in Gestalt einer λ/4-Platte. Der danach vorliegende Polarisationszustand P_λ/4 lautet für die Positionen Pos 1 bis Pos 5 nacheinander: P-Polarisation, rechtszirkulare Polarisation, S-Polarisation, linkszirkulare Polarisation sowie P-Polarisation. Die Strahlung durchläuft daraufhin das zweite polarisationsmodulierende Element 54 in Gestalt des zweiten keilförmigen Elements W2, welches gegenüber dem ersten keilförmigen Element W1 in gegengesetzter Richtung orientiert ist, was dazu führt, dass die zirkularen Polarisationszustände an Position POS 1 und Position POS 4 jeweils in ihrer Orientierung umgekehrt werden werden und die S-Polarisation an Position POS 3 in eine P-Polarisation umgewandelt wird. Die jeweilige vom zweiten keilförmigen Element W2 bewirkte Drehung ist in 4 mit dem Drehwinkel α₂ bezeichnet. Daraufhin durchläuft die Strahlung mit dem Polarisationszustand P_W2 den polarisierenden Strahlteilerwürfel BS, wobei lediglich die Strahlungskomponenten mit P-Polarisation diesen unabgelenkt durchlaufen. Dies ist die vorstehend erwähnte polarisationsselektierte Strahlung 66, deren Intensität vom Detektor 62 aufgezeichnet wird.
An den Positionen Pos 2 und Pos 4, an denen die auf den Strahlteiler BS eintreffende Strahlung zirkular polarisiert ist, beträgt die Intensität der Strahlung 66 lediglich jeweils 50% der Intensität der Strahlung 66 an den Positionen Pos 1, Pos 3 bzw. Pos 5. Das in 4 unterhalb des Strahlteilerwürfels BS dargestellte Diagramm zeigt den vom Strahlungsdetektor 62 an einem Ort der Detektionsfläche aufgezeichneten Intensitätsverlauf I der Strahlung 66 bei kontinuierlicher Verschiebung der Polarisationsmessvorrichtung 34 von Position Pos 1 bis Position Pos 5. Der Intensitätsverlauf ist in Abhängigkeit des Drehwinkels α₂ des zweiten keilförmigen Elements W2 dargestellt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, weist der aufgezeichnete Intensitätsverlauf die Gestalt einer Kosinusfunktion mit einer Winkelperiode von 90° auf.
5 veranschaulicht die Veränderung der Polarisationszustände beim Durchtritt der Eingangsstrahlung 44 durch die Polarisationsmessvorrichtung 34 für den Fall, dass die Eingangsstrahlung 44 vollständig rechtszirkular polarisiert ist. Der entsprechende Polarisationszustand P_I wird auch als +S3 bezeichnet, was als Abkürzung für den Stokesvektor dient, bei dem für die Stokeskomponenten S1, S2 und S3 gilt: S1 = 0, S2 = 0 und S3 = +1. Die Darstellung in 5 erfolgt analog zur 4 für die einzelnen Positionen Pos 1 bis Pos 5. Wie aus der Darstellung ersichtlich, ist der Polarisationszustand P_λ/4 nach Durchtritt durch die λ/4-Platte für alle Positionen gleich, nämlich ein gegenüber der P-Polarisation um 45° gedrehter linearer Polarisationszustand. Der vom Strahlungsdetektor 62 während der Bewegung von Position Pos 1 bis Position Pos 5 aufgezeichnete Intensitätsverlauf entspricht einer Sinusfunktion mit einer Winkelperiode von 180°.
Zur Vervollständigung zeigen die 6 bis 8 die vom Strahlungsdetektor 62 aufgezeichneten Intensitätsverläufe für eine Eingangsstrahlung 44 mit den Polarisationszuständen +S1 bzw. –S1 (6), den Polarisationszuständen +S2 bzw. –S2 (7) sowie den Polarisationszuständen +S3 bzw. –S3 (8). Dabei entspricht +S1 dem Stokesvektor (1, 1, 0, 0), –S1 dem Stokesvektor (1, –1, 0, 0), +S2 dem Stokesvektor (1, 0, 1, 0), –S2 dem Stokesvektor (1, 0, –1, 0), +S3 dem Stokesvektor (1, 0, 0, 1) und –S3 dem Stokesvektor (1, 0, 0, –1).
Wie aus den Diagrammen hervorgeht, kann jeder der veranschaulichten Eingangspolarisationszustände anhand der Signatur des diesem zugeordneten Intensitätsverlaufs eindeutig bestimmt werden. So entspricht der Intensitätsverlauf des Polarisationszustands +S1 einer positiven Kosinus-Funktion mit einer Winkelperiode von 90° und einer Intensitätsamplitude von 0,25 I₀ (I₀ ist die Intensität der Eingangsstrahlung 44), wobei der Null-Durchgang bei 0,75 I₀ liegt. Der Intensitätsverlauf des Polarisationszustands –Si entspricht einer negativen Kosinus-Funktion mit der gleichen Winkelperiode sowie der gleichen Intensitätsamplitude wie der Intensitätsverlauf des Polarisationszustands +S1, jedoch einem um 0,5 I₀ niedrigeren Null-Durchgang. Der jeweilige Intensitätsverlauf der Polarisationszustände +S2 und –S2 ist gekennzeichnet durch einen positive bzw. eine negative Sinus-Funktion mit einer jeweiligen Winkelperiode von 90° sowie einer Intensitätsamplitude von 0,25 I₀ und einem Null-Durchgang von 0,5 I₀. Bezüglich der Polarisationszustände +S3 sowie –S3 weist der jeweilige Intensitätsverlauf die Form einer negativen bzw. positiven Sinus-Funktion mit einer Winkelperiode von 180° sowie einer Intensitätsamplitude von 0,5 I₀ und einem Nulldurchgang von 0,5 I₀ auf.
Im allgemeinen Fall, in dem die Eingangsstrahlung 44 einen beliebigen Polarisationszustand, d. h. einen Polarisationszustand aufweist, der eine beliebige Mischung der vorstehend beschriebenen Zustände +S1, –S1, +S2, –S2, +S3 sowie –S3 aufweist, weist der vom Strahlungsdetektor 62 aufgenommene Intensitätsverlauf eine entsprechend komplexe Struktur auf. In der Auswerteeinrichtung 63 wird der aufgezeichnete Intensitätsverlauf mittels einer Fouriertransformation ausgewertet. Anhand der Fouriertransformation können dann die einzelnen, auf die verschiedenen Polarisationszustände S1 bis S3 entfallenden Polarisationsanteile ermittelt werden und somit der Eingangspolarisationszustand der Strahlung 44 vollständig bestimmt werden. Die Zuordnung der einzelnen Polarisationszustände S1 bis S3 erfolgt in der Auswerteeinrichtung 63 mittels der bekannten Signaturen der einzelnen Polarisationszustände gemäß 6 bis 8.
9 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Polarisationsmessvorrichtung 34, welche, wie die Polarisationsvorrichtungen 34 gemäß 1 und 2, in das Messretikel 32 integriert sein kann oder aber auch an anderen Stellen des Belichtungsstrahlenganges 36 der Projektionsbelichtungsanlage 10, wie etwa auf dem Wafertisch 28, angeordnet sein kann. Die Polarisationsmessvorrichtung 34 gemäß 9 unterscheidet sich von der Polarisationsmessvorrichtung gemäß 2 lediglich darin, dass der Polarisationsmodulator, welcher in 9 mit dem Bezugszeichen 148 bezeichnet ist, in Richtung der Ausbreitungsrichtung der einstrahlenden Eingangsstrahlung 44 einstückig ausgebildet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der gesamte Polarisationsmodulator 148 ein einstückiges Element und kann damit auch als polarisationsmodulierendes Element bezeichnet werden.
10 zeigt den Polarisationsmodulator 148 als derartiges einstückig ausgebildetes Element in Schnittansicht. Der Polarisationsmodulator 148 umfasst mehrere entlang der Translationsachse 54 angeordnete Segmente 170-1 bis 170-4 mit von Segment zu Segment variierenden Polarisationseigenschaften. Innerhalb jedes dieser Segmente 170-1 bis 170-4 sind die Polarisationseigenschaften einheitlich, d. h. die Polarisationswirkung des Polarisationsmodulators 48 ist entlang der Translationsachse 58 durch einen entsprechend der Segmentaufteilung stufenförmigen Verlauf gekennzeichnet. Gemäß einer Ausführungsform weisen zumindest zwei der Segmente 170-1 bis 170-4 doppelbrechendes Material auf, wobei sich das doppelbrechende Material von Segment zu Segment in mindestens einem der folgenden Parameter unterscheidet: Orientierung einer schnellen Achse des doppelbrechenden Materials sowie Dicke des doppelbrechenden Materials.
Mindestens eines der Segmente 170-1 bis 170-4 kann auch als λ/4-Plättchen ausgebildet sein. Gemäß einer Variante umfasst der Polarisationsmodulator 148 in seinen Segmenten mehrere λ/4-Plättchen mit jeweils unterschiedlicher Orientierung der optischen Achse. In der in 10 beispielhaft illustrierten Ausführungsform ist ein erstes Segment 170-1 des Polarisationsmodulators 148 als polarisationsneutrales Glas ausgebildet, so dass die Eingangsstrahlung 44 mit linearer P-Polarisation beim Durchtritt unverändert bleibt. Das zweite Segment 170-2 weist ein doppelbrechendes Material auf, welches aus einer P-polarisierten Welle eine elliptisch polarisierte Welle macht. Das Segment 170-3 ist aus einem polarisationsdrehenden Material gefertigt und das Segment 170-4 ist dazu konfiguriert, eine eingestrahlte P-Polarisation in eine zirkulare Polarisation umzuwandeln.
11 zeigt den Polarisationsmodulator 148 in Draufsicht. Weiterhin ist in der Figur die Scannrichtung 60 angegeben, in der der Polarisationsmodulator 148 bei der Ausführung eines Messvorgangs verschoben wird. Analog zur mit Bezug auf die 3 bis 8 beschriebenen Auswertung wird auch bei Verwendung des Polarisationsmodulators 148 gemäß 10 und 11 vom Strahlungsdetektor 62 ein Intensitätssignal aufgezeichnet, welches abhängig von der Position des Polarisationsmodulators 148 im Scannvorgang stufenweise variiert. Dieses Signal wird ebenfalls von der Auswerteeinrichtung 63 ausgewertet. Dabei wird aufgrund der Vorkenntnis der polarisationsverändernden Eigenschaften der einzelnen Segmente 170-1 bis 170-4 der Eingangspolarisationszustand der eingestrahlten Eingangsstrahlung 44 bestimmt.
Die einzelnen Segmente 170 des Polarisationsmodulators 148 gemäß 10 können aus jeweils eigenen Werkstücken gefertigt werden und daraufhin zum einstückig gestalteten Polarisationsmodulator 148 zusammengefügt werden. Gemäß einer weiteren Variante ist der Polarisationsmodulator 148 monolithisch ausgebildet und damit aus einem Stück gefertigt. In diesem Fall weist das polarisationsmodulierende Element 148 eine homogene Grundstruktur auf. Das polarisationsmodulierende Element 148 dann nicht nur aus makroskopischer Sicht, sondern auch aus mikroskopischer Sicht ein durchgängiges Werkstück.
Ein Beispiel eines derart monolithisch ausgebildeten Polarisationsmodulators 148 mit mehreren von Segment zu Segment variierenden Polarisationseigenschaften, ist in 12 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist der Polarisationsmodulator 128 aus einem zusammenhängenden Werkstück amorphen Materials gefertigt, wobei neben einem während des Messvorgangs optisch genutzten Bereich 172 zusätzlich zwei optisch nicht-genutzte Bereiche 174 vorgesehen sind. Die optisch nicht genutzten Bereiche grenzen in einer Richtung quer zur Scannrichtung 60 an den optisch genutzten Bereich 172 an. Mit anderen Worten sind die optisch nicht-genutzten Bereiche 174 oberhalb und unterhalb des optisch genutzten Bereichs 172 angeordnet.
Den Segmenten 170-1 bis 170-4 im optisch genutzten Bereich 172 sind jeweils an die entsprechenden Segmente angrenzende Abschnitte 176-1 bis 176-4 des optisch nicht-genutzten Bereichs 174 zugeordnet. Bei der Herstellung des Polarisationsmodulators 148 gemäß 12 werden die Abschnitte 176-1 im optisch nicht-genutzten Bereich 174 mit Laserstrahlung beaufschlagt. Die Beaufschlagung erfolgt entsprechend angepasst an die in den Segmenten 170-1 bis 170-4 erwünschte Polarisationswirkung, etwa indem Laser-induzierte Doppelbrechung in der gewünschten Form in den einzelnen Segmenten 170-1 bis 170-4 erzeugt wird. Dazu kann beispielsweise das in dem Artikel „Laser-induced birefringence in fused silica from polarized lasers", U. Neukirch et. al., Poceedings of SPIE Vol. 5754 (SPIE, Bellingham, WA, 2005) beschriebene Verfahren zur Erzeugung laserinduzierter Doppelbrechung verwendet werden. Durch die Bestrahlung der zugeordneten Abschnitte im optisch nicht-genutzten Bereich 174 wird eine geeignete Doppelbrechung in den Segmenten 170 des optischen genutzten Bereichs 172 erzeugt. Der optisch nicht-genutzte Bereich 174 weist aufgrund der hohen Bestrahlungsintensität in der Regel eine verringerte Transmission auf, weshalb dieser Bereich zur Nutzung bei der Polarisationsmessung in der Regel ungeeignet ist.
Der Polarisationsmodulator 148 ist in den beispielhaften 10 bis 12 mit lediglich vier Segmenten 170-1 bis 170-4 dargestellt. Die Anzahl der Segmente 170 kann jedoch zur praktischen Anwendung größer sein, jedes der Segmente 170 sollte jedoch eine Mindestausdehnung in Richtung der Translationsachse 58 von 0,1 mm aufweisen. Gemäß weiteren Varianten beträgt die Mindestausdehnung der Segmente 170 in Richtung der Translationsachse 0,5 mm bzw. 1 mm.
Bezugszeichenliste

10: Projektionsbelichtungsanlage
12: Beleuchtungssystem
14: Belichtungsstrahlungsquelle
16: Belichtungsstrahlung
18: Strahlaufbereitungsoptik
20: Illuminator
22: Projektionsobjektiv
24: Rahmen
26: Retikeltisch
28: Wafertisch
30: Wafer
32: Messretikel
34: Polarisationsmessvorrichtung
36: Belichtungsstrahlengang
38: Lochblende
40: Halterung
42: Messort
44: Eingangsstrahlung
46: Projektionsoptik
48: Polarisationsmodulator
50: erstes polarisationsmodulierendes Element
52: Verzögerungsplatte
54: zweites polarisationsmodulierendes Element
56: polarisationsselektives Element
58: Translationsachse
60: Scannrichtung
62: Strahlungsdetektor
63: Auswerteeinrichtung
64: Ausgangsstrahlung
66: polarisationsselektierte Strahlung
68: polarisationsselektierte Strahlung
148: Polarisationsmodulator
170-1 bis 170-4: Segmente
172: optisch genutzter Bereich
174: optisch nicht-genutzter Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2010/105757 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Artikel „Laser-induced birefringence in fused silica from polarized lasers”, U. Neukirch et. al., Poceedings of SPIE Vol. 5754 (SPIE, Bellingham, WA, 2005) [0023]
Artikel „Laser-induced birefringence in fused silica from polarized lasers”, U. Neukirch et. al., Poceedings of SPIE Vol. 5754 (SPIE, Bellingham, WA, 2005) [0083]

Claims

Polarisationsmessvorrichtung (34) für eine Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit: – mindestens einem polarisationsmodulierenden Element (50; 148), welches monolithisch ausgebildet ist und entlang einer Translationsachse (58) variieriende Polarisatoreigenschaften aufweist, sowie – einem polarisationsselektiven Element (56), welches dem polarisationsmodulierenden Element (50; 148) nachgeordnet ist und dazu konfiguriert ist, Strahlung mit einer bestimmten Polarisationseigenschaft aus auftreffender Strahlung (64) zu selektieren.
Polarisationsmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das polarisationsmodulierende Element (50; 148) optisch aktives Material zur Drehung einer Polarisationsrichtung von auftreffender polarisierter Strahlung aufweist, wobei das optisch aktive Material eine Dickenvariation entlang der Translationsachse (58) aufweist.
Polarisationsmessvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher das polarisationsmodulierende Element (50) keilförmig gestaltet ist.
Polarisationsmessvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher das polarisationsmodulierende Element (50) als ein erstes keilförmiges Element gestaltet ist und die Polarisationsmessvorrichtung (34) weiterhin ein zweites keilförmiges Element (54) umfasst, wobei die keilförmigen Elemente in zueinander entgegengesetzten Richtungen orientiert sind.
Polarisationsmessvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche zwei polarisationsmodulierende Elemente (50, 54) mit jeweils entlang der Translationsachse variierenden Polarisatoreigenschaften sowie eine zwischen den zwei polarisationsmodulierenden Elementen (50, 54) angeordnete Verzögerungsplatte (52) aufweist.
Polarisationsmessvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das polarisationsmodulierende Element (50, 148) mindestens einen Abschnitt (170-1, 170-2, 170-3, 170-4) mit einer Ausdehnung von 0,1 mm entlang der Translationsachse (58) aufweist, in dem die Polarisatoreigenschaften um weniger als 5% variieren.
Polarisationsmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das polarisationsmodulierende Element (148) mehrere entlang der Translationsachse angeordnete Segmente (170-1, 170-2, 170-3, 170-4) mit jeweils einheitlichen Polarisatoreigenschaften aufweist, wobei die Polarisatoreigenschaften von Segment zu Segment variieren.
Polarisationsmessvorrichtung (43) für eine Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit mindestens einem polarisationsmodulierenden Element (148), welches mehrere entlang einer Translationsachse (58) angeordnete Segmente (170-1, 170-2, 170-3, 170-4) mit von Segment zu Segment variierenden Polarisatoreigenschaften aufweist, wobei die Polarisatoreigenschaften innerhalb der Segmente jeweils einheitlich sind und jedes der Segmente eine Ausdehnung in Richtung der Translationsachse (58) von mindestens 0,1 mm aufweist.
Polarisationsmessvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der mindestens eines der Segmente (170-1, 170-2, 170-3, 170-4) ein optisch aktives Material zur Drehung einer Polarisationsrichtung von auftreffender polarisierter Strahlung (44) aufweist.
Polarisationsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der mindestens zwei der Segmente (170-1, 170-2, 170-3, 170-4) doppelbrechendes Material aufweisen, wobei sich das doppelbrechende Material von Segment zu Segment in mindestens einem der folgenden Parameter unterscheidet: Orientierung einer schnellen Achse des doppelbrechenden Materials sowie Dicke des doppelbrechenden Materials.
Polarisationsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die Segmente (170-1, 170-2, 170-3, 170-4) eine Wirkung von λ/4-Plättchen unterschiedlicher Orientierung aufweisen.
Polarisationsmessvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das polarisationsmodulierende Element (50, 148) ein amorphes Material umfasst, welches in zumindest einem Abschnitt laserinduzierte Doppelbrechung aufweist.
Polarisationsmessvorrichtung (34) für eine Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit: – mindestens einem polarisationsmodulierenden Element (50; 148), welches entlang einer Translationsachse (58) kontinuierlich variieriende Polarisatoreigenschaften aufweist, sowie – einem polarisationsselektiven Element (56), welches dem polarisationsmodulierenden Element (50; 148) nachgeordnet ist und dazu konfiguriert ist, Strahlung mit einer bestimmten Polarisationseigenschaft aus auftreffender Strahlung (64) zu selektieren.
Retikel (32) für einen Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit einer darin integrierten Polarisationsmessvorrichtung (34) nach einem der vorausgehenden Ansprüche.
Retikel (32) für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit mindestens einem polarisationsmodulierenden Element (50, 148), welches einstückig ausgebildet ist und entlang einer Translationsachse (58) variieriende Polarisatoreigenschaften aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit einer Polarisationsmessvorrichtung (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16, bei der die Polarisationsmessvorrichtung (34) an einem jeweils entlang der Translationsachse (58) verschiebbaren Retikeltisch (26) oder Wafertisch (28) der Projektionsbelichtungsanlage (10) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16 oder 17, die weiterhin eine Lochblende (38) sowie eine Halterung (40) zum Halten der Lochblende in einer Stellung oberhalb der Polarisationsmessvorrichtung (34) aufweist.
Verfahren zur Polarisationsmessung in einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit einem Belichtungsstrahlengang (36) zum Führen von Belichtungsstrahlung (16), bei dem: – mindestens ein Polarisationsmodulator (48, 148) derart im Belichtungsstrahlengang (36) angeordnet wird, dass durch Wechselwirkung der einen Eingangspolarisationszustand aufweisenden Belichtungsstrahlung (16) mit dem Polarisationsmodulator an einem Messort (42) des Belichtungsstrahlenganges eine Ausgangsstrahlung (64) erzeugt wird, – durch Verschieben des Polarisationsmodulators (48, 148) parallel zu einer Translationsachse (58) ein Polarisationszustand der Ausgangsstrahlung (64) variiert wird, sowie – der Eingangspolarisationszustand ermittelt wird, indem ein Verlauf einer Polarisationseigenschaft der Ausgangsstrahlung (64) während der Verschiebung des Polarisationsmodulators (48, 148) ausgewertet wird.