DE102013204453B4 - Optical system for a microlithographic projection exposure apparatus, microlithographic projection exposure apparatus and method for the microlithographic production of microstructured components - Google Patents
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Abstract
Optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit einer optischen Systemachse (OA) und einer polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung, wobei die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung (200, 300) aufweist:• ein erstes polarisationsbeeinflussendes Element (220, 320), welches aus optisch einachsigem Kristallmaterial hergestellt ist und eine zur optischen Systemachse (OA) senkrechte erste Orientierung der optischen Kristallachse und eine in Richtung der optischen Systemachse (OA) variierende Dicke aufweist; und• ein in Lichtausbreitungsrichtung nach dem ersten polarisationsbeeinflussenden Element (220, 320) angeordnetes zweites polarisationsbeeinflussendes Element (230, 330), welches aus optisch einachsigem Kristallmaterial hergestellt ist und eine zur optischen Systemachse (OA) senkrechte zweite Orientierung der optischen Kristallachse und eine planparallele Geometrie aufweist, wobei die zweite Orientierung von der ersten Orientierung verschieden ist;• wobei die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung (200, 300) eine konstant lineare Eingangspolarisationsverteilung von auf die Anordnung (200, 300) auftreffendem Licht in eine Ausgangspolarisationsverteilung mit über den Lichtbündelquerschnitt kontinuierlich variierender Polarisationsrichtung umwandelt.An optical system for a microlithographic projection exposure apparatus comprising an optical system axis (OA) and a polarization-influencing optical device, wherein the polarization-influencing optical device (200, 300) comprises: a first polarization-influencing element (220, 320) made of optically uniaxial crystal material and a first orientation of the optical crystal axis perpendicular to the optical system axis (OA) and a thickness varying in the direction of the optical system axis (OA); and a second polarization-influencing element (230, 330) arranged in the light propagation direction after the first polarization-influencing element (220, 320), which is made of optically uniaxial crystal material and has a second orientation of the optical crystal axis perpendicular to the optical system axis (OA) and a plane-parallel geometry wherein the second orientation is different from the first orientation, wherein the polarization-influencing optical device (200, 300) converts a constant linear input polarization distribution of light incident on the device (200, 300) to an output polarization distribution having a polarization direction continuously varying across the light beam cross-section ,
Description
Die Erfindung betrifft ein optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.The invention relates to an optical system for a microlithographic projection exposure apparatus.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Eine solche Projektionsbelichtungsanlage weist eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv auf. Im Mikrolithographieprozess wird das Bild einer mit Hilfe der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) 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.Microlithographic projection exposure equipment is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. Such a projection exposure apparatus has an illumination device and a projection objective. In the microlithography process, the image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is projected onto a photosensitive layer (photoresist) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective (eg, a silicon wafer) to project the mask structure onto the photosensitive layer Transfer coating of the substrate.
Im Betrieb einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage besteht der Bedarf, definierte Beleuchtungssettings, d.h. Intensitätsverteilungen in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung, gezielt einzustellen. Es sind ferner verschiedene Ansätze bekannt, in der Beleuchtungseinrichtung zur Optimierung des Abbildungskontrastes gezielt bestimmte Polarisationsverteilungen in der Beleuchtungspupille einzustellen.In the operation of a microlithographic projection exposure machine, there is a need to provide defined lighting settings, i. Intensity distributions in a pupil plane of the lighting device to set targeted. Furthermore, various approaches are known for setting specific polarization distributions in the illumination pupil in the illumination device in order to optimize the imaging contrast.
Sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv ist es insbesondere bekannt, für eine kontrastreiche Abbildung eine tangentiale Polarisationsverteilung einzustellen. Both in the illumination device and in the projection objective, it is known in particular to set a tangential polarization distribution for a high-contrast image.
Unter „tangentialer Polarisation“ (oder „TE-Polarisation“) wird eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd senkrecht zum auf die optische Systemachse gerichteten Radius orientiert sind. Hingegen wird unter „radialer Polarisation“ (oder „TM-Polarisation“) eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd radial zur optischen Systemachse orientiert sind. Entsprechend wird unter einer quasi-tangentialen bzw. einer quasi-radialen Polarisationsverteilung eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die vorstehenden Kriterien zumindest näherungsweise erfüllt sind."Tangential polarization" (or "TE polarization") is understood to mean a polarization distribution in which the oscillation planes of the electric field strength vectors of the individual linearly polarized light beams are oriented approximately perpendicular to the radius directed onto the optical system axis. By contrast, "radial polarization" (or "TM polarization") is understood to mean a polarization distribution in which the oscillation planes of the electric field strength vectors of the individual linearly polarized light beams are oriented approximately radially to the optical system axis. Accordingly, a quasi-tangential or a quasi-radial polarization distribution is understood as meaning a polarization distribution in which the above criteria are at least approximately fulfilled.
Zum Stand der Technik wird beispielsweise auf
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welches in vergleichsweise einfacher Weise die Erzeugung einer gewünschten Polarisationsverteilung in der Projektionsbelichtungsanlage ermöglicht.The object of the present invention is to provide an optical system for a microlithographic projection exposure apparatus which enables the generation of a desired polarization distribution in the projection exposure apparatus in a comparatively simple manner.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the features of independent claim 1.
Ein erfindungsgemäßes optisches System für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage weist eine optische Systemachse und eine polarisationsbeeinflussende optische Anordnung auf, wobei die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung aufweist:
- - ein erstes polarisationsbeeinflussendes Element, welches aus optisch einachsigem Kristallmaterial hergestellt ist und eine zur optischen Systemachse senkrechte erste Orientierung der optischen Kristallachse und eine in Richtung der optischen Systemachse variierende Dicke aufweist; und
- - ein in Lichtausbreitungsrichtung nach dem ersten polarisationsbeeinflussenden Element angeordnetes zweites polarisationsbeeinflussendes Element, welches aus optisch einachsigem Kristallmaterial hergestellt ist und eine zur optischen Systemachse senkrechte zweite Orientierung der optischen Kristallachse und eine planparallele Geometrie aufweist, wobei die zweite Orientierung von der ersten Orientierung verschieden ist;
- - wobei die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung eine konstant lineare Eingangspolarisationsverteilung von auf die Anordnung auftreffendem Licht in eine Ausgangspolarisationsverteilung mit über den Lichtbündelquerschnitt kontinuierlich variierender Polarisationsrichtung umwandelt.
- a first polarization-influencing element, which is produced from optically uniaxial crystal material and has a first orientation, which is perpendicular to the optical system axis, of the optical crystal axis and a thickness which varies in the direction of the optical system axis; and
- a second polarization-influencing element arranged in the light propagation direction after the first polarization-influencing element, which is made of optically uniaxial crystal material and has a second orientation of the optical crystal axis perpendicular to the optical system axis and a plane-parallel geometry, the second orientation being different from the first orientation;
- wherein the polarization-influencing optical arrangement converts a constant linear input polarization distribution of light incident on the array into an output polarization distribution with a polarization direction continuously varying over the light beam cross-section.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass grundsätzlich durch Kombination von drei linearen Retardern (d.h. von drei polarisationsbeeinflussenden optischen Elementen, welche aufgrund linearer Doppelbrechung eine Retardierung bzw. Verzögerung, d.h. einen optischen Wegunterschied zwischen zwei orthogonalen bzw. zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirken) je nach Ausgestaltung dieser linearen Retarder ein beliebiger elliptischer Retarder physikalisch realisiert werden kann. Hierbei wird unter einem „elliptischen Retarder“ die insofern verallgemeinerte Definition eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elements verstanden, als die durch einen solchen elliptischen Retarder bewirkte Rotation eines vorgegebenen Polarisationszustandes auf der Poincare-Kugel beliebig beschaffen sein kann.The invention is based on the consideration that in principle by combination of three linear retarders (ie of three polarization-influencing optical elements, which due to linear birefringence retardation or delay, ie cause an optical path difference between two orthogonal or mutually perpendicular polarization states) depending on Embodiment of this linear retarder can be physically realized any elliptical retarder. Here, an "elliptical retarder" is understood to mean the generalized definition of a polarization-influencing optical element, as the rotation of a predetermined rotation caused by such an elliptical retarder Polarization state on the Poincare sphere can be arbitrary.
Das dieser Überlegung zugrundeliegende Konzept der Poincare-Kugel ist in
Ausgehend von der vorstehenden Überlegung liegt der Erfindung nun insbesondere das Konzept zugrunde, eine über den Lichtbündelquerschnitt kontinuierliche Variationen der Polarisationsrichtung (d.h. die Wirkung eines Rotators mit kontinuierlich variierendem Polarisationsdrehwinkel, entsprechend einer Rotation eines Polarisationszustandes auf der Poincare-Kugel um die Achse „C“ in
Grundsätzlich lässt sich ein allgemeiner linearer Retarder durch folgende Jones-Matrix J beschreiben:
Die Jones-Matrix Jtarget eines erfindungsgemäß angestrebten Rotators lautet allgemein
Erfindungsgemäß wird nun der folgende Ansatz der Kombination von drei linearen Retardern mit jeweils vorgegebener, konstanter Richtung der schnellen Achse der Doppelbrechung gewählt:
J2 die Jones-Matrix eines Retarders mit β=45° und Phasenverzögerung Δϕ2, d.h.
Aus (4)-(6) folgt:
Die Lösung gemäß (8) entspricht somit einer polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung aus einer Lambda/4-Platte mit einer 90°-Orientierung der optischen Kristallachse (bezogen auf eine vorgegebene Richtung, z.B. die y-Richtung in einem fest vorgegebenen Koordinatensystem), einem linearen Retarder mit einer 45°-Orientierung der optischen Kristallachse (bezogen auf die vorgegebene Richtung, z.B. die y-Richtung) und einer Phasenverzögerung von Δϕ2=2α und einer weiteren Lambda/4-Platte mit einer 0°-Orientierung der optischen Kristallachse (bezogen auf die vorgegebene Richtung, z.B. die y-Richtung). Für die erfindungsgemäß angestrebte Erzeugung eines ortsabhängig variierenden Polarisationsdrehwinkels α weist somit auch der besagte lineare Retarder mit der 45°-Orientierung der optischen Kristallachse eine ortsabhängig bzw. über den Lichtbündelquerschnitt variierende Phasenverzögerung Δϕ2 auf.The solution according to (8) thus corresponds to a polarization-influencing optical arrangement of a lambda / 4 plate with a 90 ° orientation of the optical crystal axis (relative to a given direction, eg the y-direction in a fixed coordinate system), a linear retarder with a 45 ° orientation of the optical crystal axis (based on the predetermined direction, eg the y-direction) and a phase delay of Δφ 2 = 2α and another lambda / 4 plate with a 0 ° orientation of the optical crystal axis (relative to the predetermined direction, eg the y -Direction). For the generation of a location-dependent varying polarization rotation angle α according to the invention, therefore, the said linear retarder with the 45 ° orientation of the optical crystal axis also has a phase-dependent Δφ 2 varying over the light bundle cross-section.
Konkret beinhaltet eine gemäß der Erfindung zur effektiven Ausbildung eines Rotators mit über den Lichtbündelquerschnitt variierendem Polarisationsdrehwinkel eingesetzte polarisationsbeeinflussende optische Anordnung zumindest zwei lineare Retarder, von denen der eine ein in Lichtausbreitungsrichtung bzw. in Richtung der optischen Systemachse variierendes Dickenprofil besitzt und der weitere, in Lichtausbreitungsrichtung nachfolgende Retarder eine planparallele Geometrie besitzt, und wobei diese beiden lineare Retarder jeweils zur optischen Systemachse senkrechte, voneinander verschiedene Orientierungen der optischen Kristallachse aufweisen.Specifically, a polarization-influencing optical arrangement used according to the invention for effective formation of a rotator with a polarization rotation angle varying over the light bundle cross section includes at least two linear retarders, one of which has a thickness profile varying in the light propagation direction or in the direction of the optical system axis, and the further following in the light propagation direction Retarder has a plane-parallel geometry, and wherein these two linear retarder each have to the optical system axis perpendicular, mutually different orientations of the optical crystal axis.
Je nach konkreter Beschaffenheit der Eingangspolarisationsverteilung des auf die erfindungsgemäße polarisationsbeeinflussende optische Anordnung auftreffenden Lichtes kann zur Erzielung der gewünschten Ausgangspolarisationsverteilung wie im Weiteren noch näher erläutert zusätzlich noch ein dritter linearer Retarder eingesetzt werden, welcher ebenfalls eine planparallele Geometrie aufweist und bezogen auf die Lichtausbreitungsrichtung vor dem ersten und zweiten linearen Retarder angeordnet ist.Depending on the specific nature of the input polarization distribution of the light impinging on the polarization-influencing optical arrangement according to the invention, a third linear retarder can also be used to achieve the desired output polarization distribution as further explained below, which likewise has a plane-parallel geometry and, with respect to the light propagation direction, before the first and second linear retarder.
Gemäß einer Ausführungsform sind das erste polarisationsbeeinflussende Element und das zweite polarisationsbeeinflussende Element in Lichtausbreitungsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet.According to one embodiment, the first polarization-influencing element and the second polarization-influencing element are arranged directly following one another in the light propagation direction.
Gemäß einer Ausführungsform weist die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung ferner ein in Lichtausbreitungsrichtung vor dem ersten polarisationsbeeinflussenden Element angeordnetes drittes polarisationsbeeinflussendes Element auf, welches aus optisch einachsigem Kristallmaterial hergestellt ist und eine zur optischen Systemachse senkrechte dritte Orientierung der optischen Kristallachse und eine planparallele Geometrie aufweist.In accordance with one embodiment, the polarization-influencing optical arrangement further has a third polarization-influencing element, which is made of optically uniaxial crystal material and has a third orientation of the optical crystal axis perpendicular to the optical system axis and a plane-parallel geometry, arranged in the light propagation direction in front of the first polarization-influencing element.
Gemäß einer Ausführungsform sind das erste, zweite und dritte polarisationsbeeinflussende Element in Lichtausbreitungsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet.According to one embodiment, the first, second and third polarization-influencing elements are arranged in the light propagation direction directly one after the other.
Gemäß einer Ausführungsform verlaufen die zweite Orientierung der optischen Kristallachse des zweiten polarisationsbeeinflussenden Elements und die dritte Orientierung der optischen Kristallachse des dritten polarisationsbeeinflussenden Elements senkrecht zueinander.According to one embodiment, the second orientation of the optical crystal axis of the second polarization-influencing element and the third orientation of the optical crystal axis of the third polarization-influencing element extend perpendicular to one another.
Gemäß einer Ausführungsform verläuft die erste Orientierung der optischen Kristallachse des ersten polarisationsbeeinflussenden Elements unter einem Winkel von betragsmäßig 45°±5° zur zweiten Orientierung der optischen Kristallachse des zweiten polarisationsbeeinflussenden Elements und zur dritten Orientierung der optischen Kristallachse des dritten polarisationsbeeinflussenden Elements.According to one embodiment, the first orientation of the optical crystal axis of the first polarization-influencing element extends at an angle of magnitude 45 ° ± 5 ° to the second orientation of the optical crystal axis of the second polarization-influencing element and the third orientation of the optical crystal axis of the third polarization-influencing element.
Gemäß einer Ausführungsform weist das erste polarisationsbeeinflussende Element eine keilförmige bzw. keilabschnittsförmige Geometrie auf.According to one embodiment, the first polarization-influencing element has a wedge-shaped or wedge-segment-shaped geometry.
Gemäß einer Ausführungsform weist das erste polarisationsbeeinflussende Element ein Dickenprofil auf, welches in einer bezogen auf die optische Systemachse azimutalen Richtung variiert und in einer bezogen auf die optische Systemachse radialen Richtung konstant ist.According to one embodiment, the first polarization-influencing element has a thickness profile which varies in an azimuthal direction relative to the optical system axis and is constant in a radial direction relative to the optical system axis.
Gemäß einer Ausführungsform weist das zweite polarisationsbeeinflussende Element eine Verzögerung von Lambda/4 auf, wobei Lambda die Arbeitswellenlänge des optischen Systems bezeichnet.According to one embodiment, the second polarization-influencing element has a delay of lambda / 4, wherein lambda denotes the operating wavelength of the optical system.
Gemäß einer Ausführungsform weist das dritte polarisationsbeeinflussende Element eine Verzögerung von Lambda/4 auf, wobei Lambda die Arbeitswellenlänge des optischen Systems bezeichnet.According to one embodiment, the third polarization-influencing element has a delay of lambda / 4, where lambda denotes the operating wavelength of the optical system.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optisch einachsige Kristallmaterial aus der Gruppe ausgewählt, welche Magnesiumfluorid (MgF2), Saphir (Al2O3) und kristallines Quarz (SiO2) enthält.In one embodiment, the optically uniaxial crystal material is selected from the group consisting of magnesium fluoride (MgF 2 ), sapphire (Al 2 O 3 ), and crystalline quartz (SiO 2 ).
Gemäß einer Ausführungsform wandelt die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung eine konstant lineare Eingangspolarisationsverteilung von auf die Anordnung auftreffendem Licht in eine zumindest näherungsweise tangentiale Ausgangspolarisationsverteilung um.According to one embodiment, the polarization-influencing optical arrangement converts a constant linear input polarization distribution of light incident on the array into an at least approximately tangential output polarization distribution.
Gemäß einer Ausführungsform ist die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung in einer Pupillenebene des optischen Systems angeordnet.According to one embodiment, the polarization-influencing optical arrangement is arranged in a pupil plane of the optical system.
Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage sowie ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente.The invention further relates to a microlithographic projection exposure apparatus and to a method for microlithographic production of microstructured components.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage; -
2-4 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktionsweise von Ausführungsformen einer polarisationsbeeinflussenden optischen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; und -
5 eine schematische Darstellung der Poincaré-Kugel zur Erläuterung der Wirkungsweise unterschiedlicher Retarder.
-
1 a schematic representation of the possible structure of a microlithographic projection exposure system; -
2-4 schematic diagrams for explaining the structure and operation of embodiments of a polarization-influencing optical arrangement according to the present invention; and -
5 a schematic representation of the Poincaré sphere for explaining the operation of different retarder.
Im Folgenden wird zunächst unter Bezugnahme auf
Die mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage
In der Pupillenebene PP befindet sich gemäß
Die Beleuchtungseinrichtung
In weiteren Ausführungsformen kann die Beleuchtungseinrichtung
Im Weiteren werden nun mögliche Ausführungsformen der gemäß
Gemäß
Die polarisationsbeeinflussenden Elemente
Im konkreten Ausführungsbeispiel beträgt für die polarisationsbeeinflussenden Elemente
Ebenfalls in
Die vorstehend beschriebene, durch die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf
Die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung
Die bezogen auf die Lichtausbreitungsrichtung vor bzw. nach den Element
Die polarisationsbeeinflussenden Elemente
Wenngleich in den vorstehend unter Bezugnahme auf
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.While the invention has been described in terms of specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments, e.g. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.
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