DE102013201133A1

DE102013201133A1 - Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102013201133A1
Application number: DE102013201133.4A
Authority: DE
Inventors: Ingo Sänger; Christoph Hennerkes
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-07-24
Also published as: KR20150092285A; WO2014114494A1; TW201443574A; US20150277235A1; US9405202B2; JP2016510425A; KR101980939B1; TWI600974B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens einer Spiegelanordnung (200), welche eine Mehrzahl von Spiegelelementen aufweist, die zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar sind, und einem polarisationsbeeinflussenden optischen Element (110, 210–212, 310, 411, 412, 510, 610, 710), welches für auftreffendes Licht mit einer konstant linearen oder einer zirkularen Eingangspolarisationsverteilung eine Ausgangspolarisationsverteilung mit über den Lichtbündelquerschnitt kontinuierlich variierender Polarisationsrichtung erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Insbesondere betrifft die Erfindung ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches eine erhöhte Flexibilität bei der Bereitstellung einer gewünschten Polarisationsverteilung ermöglicht.
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.
Im Betrieb einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage besteht der Bedarf, definierte Beleuchtungssettings, d. h. Intensitätsverteilungen in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung, gezielt einzustellen. Hierzu ist außer der Verwendung diffraktiver optischer Elemente (sogenannter DOE's) auch der Einsatz von Spiegelanordnungen, z. B. aus WO 2005/026843 A2 , bekannt. Solche Spiegelanordnungen umfassen eine Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Mikrospiegel.
Es sind ferner verschiedene Ansätze bekannt, in der Beleuchtungseinrichtung zur Optimierung des Abbildungskontrastes gezielt bestimmte Polarisationsverteilungen in der Pupillenebene und/oder im Retikel einzustellen. Insbesondere ist es sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv bekannt, für eine kontrastreiche Abbildung 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.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf WO 2005/069081 A2 , DE 10 2010 029 905 A1 und DE 10 2010 029 339 A1 verwiesen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welches die Bereitstellung einer gewünschten Polarisationsverteilung mit vergleichsweise geringem Aufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch das optische System gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage weist auf:

– wenigstens eine Spiegelanordnung, welche eine Mehrzahl von Spiegelelementen aufweist, die zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar sind; und
– ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element, welches für auftreffendes Licht mit einer konstant linearen oder einer zirkularen Eingangspolarisationsverteilung eine Ausgangspolarisationsverteilung mit über den Lichtbündelquerschnitt kontinuierlich variierender Polarisationsrichtung erzeugt.

Der Erfindung liegt insbesondere zunächst das Konzept zugrunde, eine Spiegelanordnung mit unabhängig voneinander verstellbaren Spiegelelementen mit einer durch ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element erzeugten kontinuierlich variierenden Polarisationsrichtung zu kombinieren mit der Folge, dass für die einzelnen, von den Spiegelelementen der Spiegelanordnung in eine nachfolgende Ebene (insbesondere eine Pupillenebene des optischen Systems) gelenkten „Lichtkanäle” entsprechend der jeweiligen polarisationsbeeinflussenden Wirkung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes für den betreffenden Lichtkanal ein entsprechender Polarisationszustand eingestellt wird. Dabei kann das polarisationsbeeinflussende optische Element selbst in herstellungstechnischer Hinsicht vergleichsweise einfach ausgeführt sein, wobei insbesondere aufwändig herzustellende Dickenprofile vermieden werden können. Des Weiteren können in segmentierten polarisationsbeeinflussenden optischen Elementen vorhandene Zwischenräume und hieraus resultierende Probleme wie z. B. Lichtverlust vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das polarisationsbeeinflussende optische Element eine planparallele Geometrie auf, was den Vorteil einer besonders einfachen und damit vergleichsweise kostengünstigen Herstellbarkeit hat.
Gemäß einer Ausführungsform weist das polarisationsbeeinflussende optische Element eine lineare Doppelbrechungsverteilung mit über die optisch wirksame Fläche variierender Richtung der schnellen Achse der Doppelbrechung auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System eine optische Systemachse auf, wobei die Richtung der schnellen Achse der Doppelbrechung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements in einer in Bezug auf die optische Systemachse azimutalen Richtung variiert.
Gemäß einer Ausführungsform weist das polarisationsbeeinflussende optische Element eine über die optisch wirksame Fläche betragsmäßig konstante Verzögerung auf.
Diese Verzögerung kann insbesondere Lambda/2 oder Lambda/4 betragen, wobei Lambda die Arbeitswellenlänge des optischen Systems bezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform weist das polarisationsbeeinflussende optische Element eine keilabschnittsförmige Geometrie auf. Auch diese Ausgestaltung hat ähnlich der Ausgestaltung mit planparalleler Geometrie den Vorteil einer besonders einfachen und damit vergleichsweise kostengünstigen Herstellbarkeit.
Gemäß einer Ausführungsform ist das polarisationsbeeinflussende optische Element aus optisch aktivem Material hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System ferner ein Kompensatorelement mit einer zu dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element komplementären Geometrie zur Kompensation einer durch das polarisationsbeeinflussende optische Element bewirkten Strahlablenkung auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System ferner eine polarisationsbeeinflussende optische Anordnung aus einer Mehrzahl optischer Komponenten auf, welche relativ zueinander mit einem in Lichtausbreitungsrichtung variablen Überlappungsgrad verstellbar sind, wobei durch diese Verstellung in Verbindung mit der Spiegelanordnung und dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element unterschiedliche Ausgangspolarisationsverteilungen erzeugbar sind.
Die Einsatz einer solchen zusätzlichen polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung hat – wie im Weiteren noch näher erläutert – zum einen zur Folge, dass in Verbindung mit dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element es für einen letztlich in einer Pupillenebene erwünschten Bereich unterschiedlicher Polarisationsrichtungen nicht mehr erforderlich ist, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element selbst (etwa infolge eines bestimmten Keilwinkels) den jeweiligen Winkelbereich vollständig bereitstellt, da es ausreichend ist, wenn in Kombination mit der durch die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung bewirkten zusätzlichen Polarisationsdrehung der erforderliche Bereich von Polarisationsdrehwinkeln abgedeckt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass – wie ebenfalls noch näher erläutert – auch polarisierte Beleuchtungssettings mit räumlich voneinander getrennten beleuchteten Bereichen in der Pupillenebene (z. B. Dipol- oder Quadrupol-Beleuchtungssettings) mit gewünschter (z. B. quasitangentialer) Polarisationsverteilung im Wesentlichen ohne Lichtverlust einstellbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind durch diese Verstellung unterschiedliche Polarisationsdrehwinkel der Polarisationsvorzugsrichtung von hindurchtretendem Licht einstellbar. Diese Polarisationsdrehwinkel können insbesondere einem ganzzahligen Vielfachen von 22.5°, insbesondere einem ganzzahligen Vielfachen von 45°, entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt ein durch das polarisationsbeeinflussende optische Element erzeugter Polarisationsdrehwinkel über den Lichtbündelquerschnitt maximal 45°.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Ausgangspolarisationsverteilung in zumindest einer Konfiguration der Spiegelanordnung und des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements eine zumindest näherungsweise tangentiale Polarisationsverteilung oder eine zumindest näherungsweise radiale Polarisationsverteilung.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein in einer Pupillenebene des optischen Systems erzeugtes Beleuchtungssetting ein annulares Beleuchtungssetting, ein Dipol-Beleuchtungssetting oder ein Quadrupol-Beleuchtungssetting.
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.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktionsweise eines optischen Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2a–c schematische Darstellungen zur Erläuterung unterschiedlicher Ausführungsformen eines in dem optischen System von 1 eingesetzten polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes;
3–6 schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen optischen Systems;
7a–f schematische Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen optischen Systems mit einer zusätzlichen polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung; und
8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einem polarisationsbeeinflussenden optischen Element gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Im Weiteren wird zunächst unter Bezugnahme auf 8 ein prinzipieller Aufbau einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen optischen System erläutert. Die Projektionsbelichtungsanlage weist eine Beleuchtungseinrichtung 10 sowie ein Projektionsobjektiv 20 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 10 dient zur Beleuchtung einer strukturtragenden 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.
Gemäß der Erfindung ist Bestandteil der Beleuchtungseinrichtung 10 insbesondere eine Spiegelanordnung 200, wie im Weiteren unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert wird. Die Spiegelanordnung 200 weist eine Mehrzahl von Spiegelelementen auf, die zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung 200 reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar sind, wobei gemäß 1 eine Ansteuerungseinheit 205 zur Ansteuerung dieser Verstellung (z. B. über geeignete Aktuatoren) vorgesehen sein kann.
In Lichtausbreitungsrichtung vor der Spiegelanordnung 200 ist eine im Weiteren unter Bezugnahme auf 1ff. noch näher erläuterte polarisationsbeeinflussende optische Anordnung 110 angeordnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 10 weist eine optische Einheit 11 auf, die u. a. im dargestellten Beispiel einen Umlenkspiegel 12 umfasst. 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 dem Retikel 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.
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf 1 zunächst eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 110 sowie dessen Zusammenwirken mit der Spiegelanordnung 200 erläutert.
Das polarisationsbeeinflussende optische Element 110 gemäß 1 weist lineare Doppelbrechung mit einer Doppelbrechungsverteilung auf, wobei der Betrag der Doppelbrechung über die optisch wirksame Fläche des Elements 110 im Ausführungsbeispiel den konstanten Wert von Lambda/2 aufweist (wobei Lambda die Arbeitswellenlänge des optischen Systems bezeichnet), und wobei die Richtung der (durch Striche angedeuteten) schnellen Achse der Doppelbrechung über die optisch wirksame Fläche kontinuierlich variiert, wie im Weiteren unter Bezugnahme auf 2a–c noch näher erläutert wird.
Im konkreten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element 110 um eine planparallele Platte aus Quarzglas (SiO₂), wobei die besagte lineare Doppelbrechungsverteilung über Spannungsdoppelbrechung durch Anlegen von äußerem mechanischem Druck an diese Platte erzeugt wurde. Des Weiteren weist, wie schematisch in 2a dargestellt, die durch diesen äußeren Druck erzeugte lineare Doppelbrechungsverteilung im Ausführungsbeispiel einen in Bezug auf die (in z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem verlaufende) optische Systemachse OA azimutalen Verlauf auf.
In einem weiteren, in 2b veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann eine solche lineare Doppelbrechungsverteilung auch durch Erzeugung strahlungsinduzierter Defekte in einem optisch nicht genutzten Bereich erzeugt werden. Dieses Verfahren beruht auf der Erkenntnis, das durch Bestrahlung eines amorphen Materials wie z. B. Quarzglas (SiO₂) mit insbesondere Infrarotstrahlung in gezielter Weise eine durch die strahlungsinduzierten Defekte bewirkte lineare Doppelbrechung in dem Material erzeugt werden kann, welche sich auch in den nicht unmittelbar bestrahlten Bereichen ausbildet, so dass die strahlungsinduzierten Defekte auch in einem optisch gar nicht genutzten Bereich erzeugt werden können. Dabei kann durch geeignete Anordnung der strahlungsinduzierten Defekte die sich hierbei ergebende örtliche Verteilung der schnellen Achse der Doppelbrechung gezielt eingestellt werden. In diesem Zusammenhang haben durchgeführte Studien ergeben, dass z. B. Werte der Verzögerung bzw. Retardierung (d. h. der Differenz der optischen Weglängen für zueinander orthogonale bzw. senkrechte Polarisationszustände) von mehr als 10 nm pro Zentimeter Materialweg mit hoher Genauigkeit einstellbar sind. Beträgt beispielsweise die Arbeitswellenlänge ca. 193 nm, entspricht eine Verzögerung von Lambda/2 etwa 96.5 nm und somit einem erforderlichen Materialweg von weniger als 9 cm, der durch ein oder auch mehrere der dargestellten polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente 101 bereitgestellt werden kann.
Gemäß 2b kann (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) die vorstehend beschriebene Erzeugung strahlungsinduzierter Defekte in einem zentralen bzw. in radialer Richtung inneren ersten Bereich und einem in radialer Richtung äußeren annularen zweiten Bereich erfolgen, um die gewünschte lineare Doppelbrechung in dem dazwischenliegenden Bereich zu erzeugen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 bewirkt das polarisationsbeeinflussende optische Element 110 für hindurchtretendes Licht aufgrund der vorstehend beschriebenen linearen Doppelbrechungsverteilung eine über die optische Wirkfläche des Elements 110 kontinuierlich variierende Drehung der ursprünglich konstant linearen Eingangspolarisation, wobei in 1 lediglich schematisch die jeweilige Schwingungsrichtung des elektrischen Feldstärkevektors durch Doppelpfeile symbolisiert ist.
Das von dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element 110 austretende Licht trifft sodann auf die Spiegelanordnung 200 und wird je nach Kippstellung der jeweiligen Spiegelelemente mit unterschiedlichem Winkel reflektiert und über eine nachfolgende Fourier-Optik 300 in die Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung gelenkt, wobei die dort erzeugte tangentiale Polarisationsverteilung in 1 mit P1 bezeichnet und schematisch angedeutet ist.
In einem weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsbeispiel kann das polarisationsbeeinflussende optische Element 110 in Lichtausbreitungsrichtung auch nach der Spiegelanordnung 200 angeordnet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel von 1 gewählte konstant lineare Eingangspolarisation des auf das polarisationsbeeinflussende optische Element 110 auftreffenden Lichtes beschränkt. In einem weiteren, in 3 sowie 2c veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann eine zu 1 analoge Erzeugung einer gewünschten (insbesondere wiederum tangentialen) Ausgangspolarisationsverteilung auch aus einer (in 3 schematisch angedeuteten) zirkularen Eingangspolarisation erzeugt werden, wobei in diesem Falle das polarisationsbeeinflussende optische Element 310 einen (wiederum über die optisch wirksame Fläche konstanten) Betrag der Doppelbrechung von Lambda/4 aufweist, und wobei die Richtung der schnellen Achse dieser Doppelbrechung (ebenfalls analog zu der anhand von 1 beschriebenen Ausführungsform) in bezogen auf die optische Systemachse OA azimutaler Richtung variiert. Dies ist schematisch in 2c dargestellt, wobei die betreffende Doppelbrechungsverteilung hier analog zu 2b wiederum durch Erzeugung strahlungsinduzierter Defekte in einem optisch nicht genutzten Bereich hervorgerufen wird. In einem weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsbeispiel kann auch diese Doppelbrechungsverteilung in zu 2a analoger Weise über eine durch Beaufschlagung mit äußerem Druck erzeugte Spannungsdoppelbrechung hervorgerufen werden.
Was die Periode der Variation der schnellen Achse der Doppelbrechung über die optisch wirksame Fläche des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements hinweg betrifft, so kann diese Periode gemäß 4a für ein beispielhaftes eingezeichnetes Element 411 der Größe der Spiegelanordnung 200 entsprechen oder gemäß 4b für ein anderes polarisationsbeeinflussendes optisches Element 412 auch kleiner als die Größe der Spiegelanordnung 200 sein.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5 eine weitere Ausführungsform eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 510 sowie dessen Zusammenwirken mit der Spiegelanordnung 200 beschrieben.
Gemäß 5 weist ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element 510 eine keilabschnittsförmige Geometrie auf und ist aus optisch aktivem Material (im Ausführungsbeispiel aus kristallinem Quarz mit zur optischen Systemachse OA bzw. z-Richtung paralleler Ausrichtung der optischen Kristallachse) hergestellt. Auch hier kann in Abwandlung der Anordnung von 5 das polarisationsbeeinflussende optische Element 510 alternativ auch in Lichtausbreitungsrichtung nach der Spiegelanordnung 200 angeordnet sein.
Wie in 5 wiederum anhand von Doppelpfeilen angedeutet bewirkt das Element 510 für hindurchtretendes, ursprünglich konstant linear polarisiertes Licht infolge der optischen Aktivität eine Polarisationsdrehung um einen zur Dicke des durchlaufenen optisch aktiven Materials proportionalen Polarisationsdrehwinkel. Infolgedessen ergibt sich für das aus dem Element 510 austretende Licht wiederum analog zu 1 eine kontinuierlich variierende Polarisationsrichtung, wobei – ebenfalls analog zu 1 – beim anschließenden Auftreffen auf die Spiegelelemente der Spiegelanordnung 200 entsprechend unterschiedlich polarisierte Lichtkanäle je nach Kippwinkel der Spiegelelemente der Spiegelanordnung 200 über die anschließende Fourier-Optik 300 in die Pupillenebene gelenkt werden.
Im Ergebnis wird gemäß dem Ausführungsbeispiel von 5 wiederum eine tangentiale Polarisationsverteilung P1 in der Pupillenebene erzeugt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 6 sowie 7a bis 7f eine weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Der Aufbau gemäß 7a bis 7f unterscheidet sich von demjenigen aus 5 dadurch, dass zusätzlich zu einem keilabschnittsförmig aus optisch aktivem Material hergestellten polarisationsbeeinflussenden optischen Element 710 und der Spiegelanordnung 200 eine weitere polarisationsbeeinflussende optische Anordnung aus einer Mehrzahl optischer Komponenten 751, 752 und 753 vorgesehen ist, welche relativ zueinander mit einem in Lichtausbreitungsrichtung (d. h. z-Richtung) variablen Überlappungsgrad verstellbar sind.
Im konkreten Ausführungsbeispiel sind die betreffenden Komponenten 751, 752 und 753 ebenfalls aus optisch aktivem Material (insbesondere kristallinem Quarz mit parallel zur optischen Systemachse OA verlaufender Richtung der optischen Kristallachse) hergestellt, wobei jede der Komponenten 751–753 eine planparallele Geometrie mit einer solchen Dicke besitzt, dass die Polarisationsrichtung für linear polarisiertes auftreffendes Licht bei Durchtritt durch jeweils eine der Komponenten um einen Winkel von 45° gedreht wird. Infolgedessen ergibt sich je nach Überlappungsgrad der Komponenten 751–753 für ein jeweils hindurchtretendes Lichtbündel bei Durchtritt durch zwei Komponenten ein Polarisationsdrehwinkel von 90° und bei Durchtritt durch drei Komponenten ein Polarisationsdrehwinkel um 135°.
Wie nun in 7b–f angedeutet ist, lassen sich durch Variation der Stellung der Komponenten 751, 752 und 753 der polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung in Verbindung mit dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element 710 und der Spiegelanordnung 200 unterschiedliche polarisierte Beleuchtungssettings einstellen, wobei lediglich beispielhaft in 7b die Erzeugung eines Dipol-Beleuchtungssettings mit in y-Richtung einander gegenüberliegenden Beleuchtungspolen (mit jeweils x-Polarisation), in 7c die Erzeugung eines Dipol-Beleuchtungssettings mit in x-Richtung einander gegenüberliegenden Beleuchtungspolen (mit jeweils y-Polarisation), in 7d die Erzeugung eines Quadrupol-Beleuchtungssettings (mit x-y-Polarisation), in 7e die Erzeugung eines Quasar-Beleuchtungssettings mit einer unter 45° zur x- bzw. y-Richtung orientierten Polarisationsrichtung und in 7f die Erzeugung eines annularen Beleuchtungssettings mit tangentialer Polarisation angedeutet sind. Dabei können die Beleuchtungssettings von 7b–e jeweils als quasi-tangential polarisierte Beleuchtungssettings bezeichnet werden.
Die zusätzliche, flexibel einstellbare Polarisationsdrehung mittels der polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung 750 hat zum einen zur Folge, dass in Verbindung mit dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element 710 (dessen Keilrichtung in 7a–7f durch einen mit „WD” bezeichneten Pfeil angegeben ist) es für einen letztlich in der Pupillenebene erwünschten Bereich unterschiedlicher Polarisationsrichtungen nicht mehr erforderlich ist, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element 710 selbst infolge seines Keilwinkels den jeweiligen Winkelbereich vollständig bereitstellt.
Im konkreten Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass eine sich über die Ausdehnung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 710 ergebende maximale Polarisationsdrehung von 45° ausreichend ist, um in Kombination mit der vorstehend beschriebenen zusätzlichen Polarisationsdrehung aufgrund der polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung um 45°, 90° oder 135° einen kontinuierlichen Bereich von Polarisationsdrehwinkel von 0° bis 180° in der Pupillenebene abzudecken. Dies ist in der schematischen Darstellung von 6 angedeutet (wobei hier der Übersichtlichkeit halber die Komponenten 751, 752 und 753 der polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung nicht dargestellt sind).
Die vorstehend anhand von 7a–7f beschriebene Ausführungsform hat den weiteren Vorteil, dass auch polarisierte Beleuchtungssettings mit räumlich voneinander getrennten beleuchteten Bereichen in der Pupillenebene (z. B. Dipol- oder Quadrupol-Beleuchtungssettings) mit gewünschter (z. B. quasitangentialer) Polarisationsverteilung im Wesentlichen ohne Lichtverlust einstellbar sind. Dieser Vorteil resultiert aus der Tatsache, dass im Unterschied zu den unter Bezugnahme auf 1–5 beschriebenen Ausführungsformen nicht jeder Polarisationszustand von vorneherein notwendigerweise zum gleichen Anteil erzeugt wird.
In der vorstehend unter Bezugnahme auf 7a–7f beschriebenen Ausführungsform, d. h. im Falle der Ausgestaltung sowohl der Komponenten 751, 752 und 753 der polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung als auch des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 710 aus optisch aktivem Material (insbesondere kristallinem Quarz mit parallel zur optischen Systemachse OA verlaufender Richtung der optischen Kristallachse) ist die Reihenfolge der Komponenten 751, 752 und 753 der polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung sowie des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 710 und der Spiegelanordnung 200 entlang der optischen Systemachse OA bzw. der Lichtausbreitungsrichtung (z-Richtung) grundsätzlich beliebig.
Das vorstehend anhand von 7a–7f beschriebene Konzept ist jedoch nicht auf die Realisierung der Komponenten 751 bis 753 der polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung aus optisch aktivem Material beschränkt. In weiteren Ausführungsformen können diese Komponenten – in Kombination mit der Ausgestaltung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements aus optisch aktivem Kristallmaterial (d. h. analog zu 5) auch unter Ausnutzung linearer Doppelbrechung bzw. als Retarder (insbesondere als Lambda/2-Platten) ausgeführt sein, wobei in diesem Falle die Komponenten 751–753 bezogen auf die Lichtausbreitungsrichtung vor dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element platziert werden, damit nicht bereits bei Lichteintritt in die Komponenten 751–753 eine variierende Polarisationsrichtung vorliegt.
Des Weiteren kann auch die Ausgestaltung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 710 – in Kombination mit der Ausgestaltung der Komponenten 751 bis 753 der polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung aus optisch aktivem Material – abweichend von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel analog zu 1, d. h. unter Ausnutzung linearer Doppelbrechung mit variierender Richtung der schnellen Achse der Doppelbrechungsverteilung erfolgen.
In der vorstehend unter Bezugnahme auf 7a–7f beschriebenen Ausführungsform, d. h. im Falle der Ausgestaltung sowohl der Komponenten 751, 752 und 753 der polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung als auch des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 710 aus optisch aktivem Material (insbesondere kristallinem Quarz mit parallel zur optischen Systemachse OA verlaufender Richtung der optischen Kristallachse) ist die Reihenfolge der Komponenten 751, 752 und 753 der polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung sowie des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 710 und der Spiegelanordnung 200 entlang der optischen Systemachse OA bzw. der Lichtausbreitungsrichtung (z-Richtung) grundsätzlich beliebig.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann in dem erfindungsgemäßen optischen System in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auch ein zusätzlicher Rotator (z. B. ein 90°-Rotator oder ein 45°-Rotator) zur Erzeugung einer zusätzlichen (globalen) Drehung der Polarisationsrichtung des von der Lichtquelle erzeugten Lichtes eingesetzt werden, um je nach der konkreten Anwendungssituation eine ggf. weitere Optimierung der Performance des optischen Systems zu erzielen.
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 2005/026843 A2 [0003]
WO 2005/069081 A2 [0005]
DE 102010029905 A1 [0005]
DE 102010029339 A1 [0005]

Claims

Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit • wenigstens einer Spiegelanordnung (200), welche eine Mehrzahl von Spiegelelementen aufweist, die zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar sind; und • einem polarisationsbeeinflussenden optischen Element (110, 210–212, 310, 411, 412, 510, 610, 710), welches für auftreffendes Licht mit einer konstant linearen oder einer zirkularen Eingangspolarisationsverteilung eine Ausgangspolarisationsverteilung mit über den Lichtbündelquerschnitt kontinuierlich variierender Polarisationsrichtung erzeugt.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (110, 210–212, 310, 411, 412) eine planparallele Geometrie aufweist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (110, 210–212, 310, 411, 412) lineare Doppelbrechung mit über die optisch wirksame Fläche variierender Richtung der schnellen Achse der Doppelbrechung aufweist.
Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine optische Systemachse (OA) aufweist, wobei die Richtung der schnellen Achse der Doppelbrechung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements (110, 210–212, 310, 411, 412) in einer in Bezug auf die optische Systemachse (OA) azimutalen Richtung variiert.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (110, 210–212, 310, 411, 412) eine über die optisch wirksame Fläche betragsmäßig konstante Verzögerung aufweist.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Verzögerung Lambda/2 beträgt, wobei Lambda die Arbeitswellenlänge des optischen Systems bezeichnet.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Verzögerung Lambda/4 beträgt, wobei Lambda die Arbeitswellenlänge des optischen Systems bezeichnet.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (510, 610, 710) eine keilabschnittsförmige Geometrie aufweist.
Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (510, 610, 710) aus optisch aktivem Material hergestellt ist.
Optisches System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner ein Kompensatorelement mit einer zu dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element komplementären Geometrie zur Kompensation einer durch das polarisationsbeeinflussende optische Element (510, 610, 710) bewirkten Strahlablenkung aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner eine polarisationsbeeinflussende optische Anordnung (750) aus einer Mehrzahl optischer Komponenten (751, 752, 753) aufweist, welche relativ zueinander mit einem in Lichtausbreitungsrichtung variablen Überlappungsgrad verstellbar sind, wobei durch diese Verstellung in Verbindung mit der Spiegelanordnung (200) und dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element (710) unterschiedliche Ausgangspolarisationsverteilungen erzeugbar sind.
Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch diese Verstellung unterschiedliche Polarisationsdrehwinkel der Polarisationsvorzugsrichtung von hindurchtretendem Licht einstellbar sind.
Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese Polarisationsdrehwinkel einem ganzzahligen Vielfachen von 22.5°, insbesondere einem ganzzahligen Vielfachen von 45°, entsprechen.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch das polarisationsbeeinflussende optische Element (710) erzeugter Polarisationsdrehwinkel über den Lichtbündelquerschnitt maximal 45° beträgt.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangspolarisationsverteilung in zumindest einer Konfiguration der Spiegelanordnung (200) und des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements (110, 210–212, 310, 411, 412, 510, 610, 710) eine zumindest näherungsweise tangentiale Polarisationsverteilung oder eine zumindest näherungsweise radiale Polarisationsverteilung ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer Pupillenebene des optischen Systems erzeugtes Beleuchtungssetting ein annulares Beleuchtungssetting, ein Dipol-Beleuchtungssetting oder ein Quadrupol-Beleuchtungssetting ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei die Beleuchtungseinrichtung (10) und/oder das Projektionsobjektiv (20) ein optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisen.
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 17; und • Projizieren wenigstens eines Teils der Maske (30) auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage.