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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Axiconsystem zur Umformung einer
auf eine Eintrittsfläche
des Axiconsystems auftreffenden Eintrittslichtverteilung in eine
aus einer Austrittsfläche
des Axiconsystems austretende Austrittslichtverteilung durch radiale
Umverteilung von Lichtintensität
sowie auf ein Beleuchtungssystem für eine optische Einrichtung,
welches mindestens ein solches Axiconsystem enthält.
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Die
Leistungsfähigkeit
von Projektionsbelichtungsanlagen für die mikrolithographische
Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten
Bauteilen wird wesentlich durch die Abbildungseigenschaften der
Projektionsoptik bestimmt. Darüber
hinaus wird die Bildqualität
und der mit einer Anlage erzielbare Wafer-Durchsatz wesentlich durch Eigenschaften
des dem Projektionsobjektiv vorgeschalteten Beleuchtungssystems
mitbestimmt. Dieses muss in der Lage sein, das Licht einer Lichtquelle
mit möglichst
hohem Wirkungsgrad zu präparieren
und dabei eine Lichtverteilung einzustellen, die bezüglich Lage
und Form beleuchteter Bereiche genau definierbar ist und bei der
innerhalb beleuchteter Bereiche eine möglichst gleichmäßige Intensitätsverteilung
vorliegt. Diese Forderungen sollen bei allen einstellbaren Beleuchtungsmodi
gleichermaßen
erfüllt
sein, beispielsweise bei konventionellen Settings mit verschiedenen
Kohärenzgraden oder
bei Ringfeld-, Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung.
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Eine
zunehmend wichtiger werdende Forderung an Beleuchtungssysteme besteht
darin, dass diese in der Lage sein sollen, Ausgangslicht mit einem
möglichst
genau definierbaren Polarisationszustand bereitzustellen. Beispielsweise
kann es gewünscht
sein, dass das auf die Photomaske oder in das nachfolgende Projektionsobjektiv
fallende Licht weitgehend oder vollständig linear polarisiert ist
und eine definierte Ausrichtung der Polarisationsvorzugsrichtung
hat. Mit linear polarisiertem Eingangslicht können z.B. moderne katadioptrische
Projektionsobjektive mit Polarisationsstrahlteiler (beam splitter
cube, BSC) mit einem theoretischen Wirkungsgrad von 100% am Strahlteiler
arbeiten.
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Wird
das Beleuchtungssystem in Verbindung mit einer Excimer-Laser-Lichtquelle genutzt,
die bereits weitgehend linear polarisiertes Licht bereitstellt, so
kann linear polarisiertes Ausgangslicht dadurch bereitgestellt werden,
dass das gesamte Beleuchtungssystem im wesentlichen polarisationserhaltend arbeitet.
Auch bei Verwendung von polarisiertem Licht sollen die obigen Forderungen
nach Variabilität und
Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung erfüllt
werden.
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Beleuchtungssysteme,
insbesondere solche für
Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlagen, haben
normalerweise einen komplexen Aufbau mit einer Vielzahl unterschiedlicher
Teilsysteme und Komponenten für
unterschiedliche Funktionalitäten. Ist
es bei einem Beleuchtungssystem erwünscht, zwischen konventioneller
(axialer, on-axis)
Beleuchtung nicht-konventioneller (außeraxialer, off-axis) Beleuchtung
umschalten zu können,
werden für
diesen Zweck bevorzugt Axiconsysteme verwendet, die in der Lage
sind, eine auf eine Eintrittsfläche
des Axiconsystems auftreffende Eintrittslichtverteilung durch radiale
Umverteilung von Lichtintensität
in eine Austrittslichtverteilung umzuformen, bei der die Lichtintensität außerhalb
der optischen Achse deutlich größer ist
als im Bereich der optischen Achse. Diese nichtkonventionellen Beleuchtungssettings
zur Erzeugung einer außeraxialen,
schiefen Beleuchtung können
unter anderem der Erhöhung
der Tiefenschärfe
durch Zweistrahlinterferenz sowie der Erhöhung des Auflösungsvermögens von
Projektionsbelichtungsanlagen dienen.
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Die
EP 747 772 beschreibt ein
Beleuchtungssystem mit einem kombiniertem Zoom-Axicon-Objektiv,
in dessen Objektebene ein erstes diffraktives Rasterelement mit
zweidimensionaler Rasterstruktur angeordnet ist. Dieses Rasterelement dient
dazu, den Lichtleitwert der auftreffenden Laserstrahlung durch Einführung von
Apertur zu erhöhen und
die Form der Lichtverteilung so zu verändern, dass sich beispielsweise
eine angenäherte
Kreisverteilung (für
konventionelle Beleuchtung) oder eine polare Verteilung ergibt.
Zum Wechsel zwischen diesen Beleuchtungsmodi werden gegebenenfalls
erste Rasterelemente ausgetauscht. Das Zoom-Axicon-Objektiv vereinigt
eine Zoom-Funktion zur stufenlosen Verstellung des Durchmessers
einer Lichtverteilung und eine Axicon-Funktion zur radialen Umverteilung von
Lichtintensitäten.
Das Axiconsystem hat zwei axial gegeneinander verschiebbare Axconelemente
mit einander zugewandten konischen Axiconflächen, die bis zum Abstand null
aneinander gefahren werden können.
Durch Verstellung des Zoom-Axicons
lassen sich dementsprechend die Annularität der Beleuchtung und der Kohärenzgrad
verstellen. Ein zweites Rasterelement, welches sich in der Austrittsebenepupille
des Objektivs befindet, wird mit der entsprechenden (axialen oder
außeraxialen) Lichtverteilung
ausgeleuchtet und formt eine rechteckige Lichtverteilung, deren
Form der Eintrittsfläche eines
nachfolgenden Stabintegrators entspricht.
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Andere
Beleuchtungssysteme mit Axiconsystemen zur radialen Umverteilung
von Lichtenergie sind beispielsweise im US-Patent
US 5,675,401 der Anmelderin, im Patent
US 6,377,336 B1 sowie
parallelen Schutzrechten oder im Patent
US 6,452,663 B1 gezeigt.
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Es
ist bekannt, dass Axiconsysteme eine polarisierende Wirkung haben
können.
In der
DE 35 23 641 (entsprechend
US 4,755,027 ) ist ein Polarisator beschrieben,
der die polarisationsselektive Wirkung mehrerer hintereinanderliegender
Axiconflächen
zur Erzeugung tangentialer oder radialer Polarisation nutzt. Die
durch die schräg
zur optischen Achse geneigten Axiconflächen erzeugte polarisationsselektive
Wirkung wird bei manchen Ausführungsformen durch
geeignete optische Beschichtungen verstärkt. Ein anderer Polarisator
mit Kegelflächen
ist in der
DE 195
35 392 A1 (entsprechend
US 6,191,880 B1 ) gezeigt.
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Es
ist erkannt worden, dass herkömmliche Axiconsysteme
in der Regel auch die Intensitätsverteilung
der durchtretenden Strahlung räumlich
inhomogen beeinflussen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Axiconsystem bereitzustellen,
welches im Vergleich zu herkömmlichen
Axiconsystemen eine deutliche Verringerung polarisationsbedingter
Transmissionsinhomogenitäten
zeigt. Eine weitere Aufgabe ist es, Massnahmen anzugeben, die optische
Systeme mit Axiconsystemen ermöglichen,
welche eine weitgehend gleichmäßige Transmissionsfunktion
haben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Axiconsystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben. Der Wortlaut sämtlicher
Ansprüche
wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Ein
erfindungsgemäßes Axiconsystem
dient zur Umformung einer auf eine Eintrittsfläche des Axiconsystems auftreffenden
Eintrittslichtverteilung in eine aus einer Austrittsfläche des
Axiconsystems austretende Austrittslichtverteilung durch radiale
Umverteilung der Lichtintensität.
Es umfasst:
eine optische Achse; mindestens ein Axiconelement mit
mindestens einer Axiconfläche;
und
Kompensationsmittel zur ortsabhängigen Kompensation von durch
polarisationsselektive Reflexion an der Axiconfläche bedingten Transmissionsinhomogenitäten des
Axiconsystems, wobei die Kompensationsmittel auf die durchtretende
Strahlung in Bezug auf die optische Achse eine im wesentlichen zweizählig radialsymmetrische
Wirkungsgradcharakteristik haben, bei der ein erster Wirkungsgrad
im Bereich um eine senkrecht zur optischen Achse verlaufende erste
Richtung signifikant größer oder
kleiner ist als ein zweiter Wirkungsgrad im Bereich einer senkrecht zur
ersten Richtung und zur optischen Achse verlaufenden zweiten Richtung.
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Wegen
der rotationssymmetrischen oder radialsymmetrischen Geometrie der
Axiconflächen
mit schräg
zur optischen Achse geneigten brechenden Flächen fallen beispielsweise
bei linear polarisierter Eingangsstrahlung Strahlen gleicher Schwingungsrichtung
des elektrischen Feldstärkevektors
nicht überall
in gleich orientierte Einfallsebenen bezüglich der brechenden Axiconflächen. Dadurch
erfährt
das eintreffende Licht aufgrund von Fresnelverlusten eine vom Einfallsort
abhängige
und damit lokal unterschiedliche Abschwächung der p- bzw. s-Anteile
der elektrischen Feldstärke.
Dadurch können
an Axiconflächen
in Azimutalrichtung (Umfangsrichtung) variierende Abschwächungen
auftreten. Dies führt
bei einer homogenen Intensitätsverteilung
des Eintrittslichts zu einer räumlich
nicht mehr homogenen Lichtverteilung hinter dem Axiconsystem. Abschätzungen zeigen,
dass bei herkömmlichen
Axiconsystemen und linear polarisiertem Eingangslicht die hierdurch bedingte
energetische Inhomogenität
durchaus in der Größenordnung
von bis zu ca. 10% liegen kann.
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Die
erfindungsgemäßen Kompesationsmittel wirken
dem entgegen. Dabei sind die anisotrop wirkenden Kompensationsmittel
azimutal, d.h. in Umfangsrichtung zur optischen Achse, derart relativ
zu einem Axiconelement ausgerichtet, dass ein Lichtstrahl, der am
Axiconelement bzw. an dessen Axiconfläche einen Bereich besonders
niedriger Transmission (oder hoher Reflexion) durchtritt, im Bereich
der Kompensationsmittel einen Bereich relativ hoher Transmission
(oder niedriger Reflexion) durchtritt und umgekehrt. Dadurch können Transmissionsverluste über den
gesamten Querschnitt des mit dem Axiconsystem ausgestatteten optischen
System vergleichmäßigt und
Transmissionsinhomogenitäten
vermindert oder weitgehend vermieden werden.
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Insbesondere
können
die Kompensationsmittel auf die auftreffende Strahlung in Bezug
auf die optische Achse eine im wesentlichen elliptische Wirkungsgradcharakteristik
haben, bei der in Azimutalrichtung (Umfangsrichtung) zwei Maxima
der Transmission (oder Reflexion) und jeweils im rechten Winkel
dazu zwei Minima der Transmission (oder Reflexion) auftreten. Zwischen
diesen Bereichen kann ein kontinuierlicher Übergang existieren, gegebenenfalls ist
auch ein stufenweiser Übergang
möglich.
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Gemäß einer
Weiterbildung ist mindestens eine optischen Fläche des Axiconsystems mit einer optischen
Kompensationsbeschichtung zur ortsabhängigen Kompensation der durch
polarisationsselektive Reflexion an der Axiconfläche bedingten Transmissionsinhomogenitäten des
Axiconsystems belegt.
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Die
Kompensationsbeschichtung, die z.B eine Graufilterschicht oder ein
Mehrlagen-Interferenzschichtsystem mit abwechselnd hochbrechenden
und niedrigbrechenden dielektrischen Einzelschichten sein kann,
ist idealerweise so ausgelegt, dass sie in Bezug auf Reflexionsverluste
ortsauflösend
im wesentlichen einen reziproker Effekt erzeugt wie das unbeschichtete
Axiconsystem.
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Die
Einstellung der Wirkungsgradcharakteristik kann beispielsweise durch
eine Variation der Schichtdicke erfolgen, die azimutal zweimal einen kompletten
Sinusverlauf zeigen kann. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, eine
Variation der Schichtzusammensetzung über den azimutalen Winkel zu
erzeugen. Für
eine gegebene Eintrittsintensitätsverteilung
kann der erforderliche Verlauf der Schichteigenschaften eines Interferenzschichtsystems
aus den Fresnel-Formeln
abgeleitet werden. Bei Interferenzschichten auf transparenten Optikkomponenten
ist es vorteilhaft, wenn sie insgesamt eine reflexionsmindernde
(Antireflex-) Wirkung haben.
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Transparente
Axiconelemente haben zusätzlich
zu der Axiconfläche
eine weitere Fläche,
die im wesentlichen eben, sphärisch
oder ebenfalls als Axiconfläche
gestaltet sein kann. Es gibt Ausführungsformen, bei denen nur
die Axiconfläche
mit einer Kompensationsbeschichtung belegt ist. Bei anderen Ausführungsformen
ist nur die weitere Fläche
mit einer Kompensationsbeschichtung belegt. Es ist auch möglich, dass
die Axiconfläche
und die weitere Fläche
jeweils mit einer Kompensationsbeschichtung belegt sind, wobei die örtlichen
Verteilungen der Wirkungsgrade der Kompensationsbeschichtungen so aufeinander
abgestimmt sein können,
dass insgesamt die erforderliche Kompensationswirkung erzeugt wird.
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Bei
Ausführungsformen,
die ein erstes Axiconelement mit einer ersten Axiconfläche und
mindestens ein zweites Axiconelement mit einer zweiten Axiconfläche umfassen,
können
wahlweise die einzelnen Axiconelemente jeweils für sich kompensiert und damit
transmissionserhaltend ausgelegt sein, oder die Axiconelemente können jeweils
inhomogene Transmissionscharakteristiken haben, die sich gegenseitig
weitgehend oder vollständig
kompensieren, um das Axiconsystem insgesamt im wesentlichen transmissionserhaltend
zu machen. Ein typischer Anwendungsbereich solcher Axiconsysteme
mit mindestens zwei Axiconelementen, deren Axialabstand gegebenenfalls
vom Abstand Null bis zu größeren Abständen stufenlos
oder in Schritten veränderbar ist,
sind Beleuchtungssysteme der eingangs erwähnten Art, die in Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlagen
eingesetzt werden können.
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Sofern
ein Axiconelement oder ein Axiconsystem nicht in sich kompensiert
und damit weitgehend transmissionserhaltend ist, kann dem Axiconelement
oder Axiconsystem auch mindestens eine weitere optische Komponente
zugeordnet sein, die eine zum Axiconelement oder zum Axiconsystem räumlich komplementäre Transmissionsinhomogenität hat, beispielsweise
eine elliptische Transmissionsfunktion. Beispielsweise kann mindestens
ein gesondertes Kompensationsfilterelement vorgesehen sein.
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Wird
das Axiconsystem in einem Beleuchtungssystem eingesetzt, insbesondere
in einem Beleuchtungssystem einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage,
so ist es in der Regel erwünscht, dass
am Austritt des Beleuchtungssystems eine sehr gleichmäßige Beleuchtung
vorliegt. Hierzu werden üblicherweise
Lichtmischelemente eingesetzt, die vor oder hinter einem Axiconsystem
angeordnet sein können.
Wird als Lichtmischelement ein Stabintegrator mit Rechteckquerschnitt
und unterschiedlichen Kantenlängen
verwendet, so kann eine automatische Kompensation der anisotropen
Transmission eines Axiconsystems dadurch erreicht werden, dass bei Verwendung
von linear polarisiertem Licht dessen Polarisationsvorzugsrichtung
schräg
zu den Seitenflächen
des Stabintegrators, insbesondere im Winkel von ca. 45°, ausgerichtet
wird. Da solche Rechteck-Stabintegratoren, wenn keine geeigneten
Kompensationsmaßnahmen
vorgesehen sind, das Licht durch innere Totalreflexion so mischen,
dass eine energetisch elliptische Pupille entstehen kann (vgl.
DE 10065198 .1 entsprechend
US 2002/0126931 A1 der Anmelderin),
ist durch geeignete Auslegung dieser elliptischen Wirkungsweise
in Bezug auf das Axiconsystem eine Kompensation der Transmission
des kombinierten Systems aus Axiconsystem und Lichtmischer möglich.
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Die
vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch
aus der Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen
Merkmale jeweils für
sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für sich
schutzfähige
Ausführungsformen
darstellen können.
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1 zeigt schematisch eine
axiale Draufsicht auf eine konische Eintrittsfläche eines Axiconelementes,
auf welches linear polarisiertes Licht auftrifft;
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2 zeigt schematisch eine
Seitenansicht eines Axiconelementes mit konischer Axiconfläche;
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3 zeigt schematisch die
Aufteilung eines durchstrahlten Bereiches in vier um die x- und
y-Achse des Axiconsystems zentrierten Quadranten zur Erläuterung
der energetischen Elliptizität;
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4 zeigt eine schematische Übersicht
einer Ausführungsform
eines Beleuchtungssystem für eine
Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage, in der verschiedene
Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Kompensationsmittel
verwirklicht sind.
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Anhand
der 1 bis 3 wird zunächst die Entstehung
von räumlichen
Transmissionsinhomogenitäten
bei einem Axiconsystem 50 beschrieben, welches im Beispielsfall
aus einem einzelnen, aus transparentem Material bestehenden Axiconelement 51 besteht.
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Das
um die optische Achse 3 zentrierte Axiconelement hat eine
konische Axiconfläche 52,
die bei der gezeigten Durchstrahlungsrichtung die Eintrittsfläche des
Axiconelementes bildet, sowie als weitere Fläche eine senkrecht zur optischen
Achse ausgerichtete ebene Austrittsfläche 53. Die konische Axiconfläche 52 steht
in einem Neigungswinkel α zu einer
senkrecht zur optisch Achse verlaufenden Ebene, wodurch ein Lichtstrahl 54,
der parallel zur optischen Achse 3 auf die Axiconfläche fällt, mit
dieser einen Einfallswinkel oder Inzidenzwinkel i einschließt, der
zwischen der Einfallsrichtung und einer Flächennormalen der Axiconfläche am Auftreffpunkt 56 gemessen
wird. Die optische Achse 3 verlaufe in z-Richtung, zu der
senkrecht die x- und y-Achse des Axiconsystems verlaufe.
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Dieses
Axiconelement werde nun mit vollständig linear polarisiertem Eintrittslicht
bestrahlt, dessen Polarisationsvorzugsrichtung (Doppelpfeile) parallel
zur y-Achse ausgerichtet ist. Das Eintrittslicht habe über den
gesamten Querschnitt des Axiconsystems homogene, d.h. gleichmäßige Intensität.
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Bei
dieser Konstellation ist zu beachten, dass die lineare Polarisation
an der Axiconfläche
je nach Azimutwinkel 55 eines Strahlauftreffortes 56 entweder
ausschließlich
p-polarisiert oder ausschließlich
s-polarisiert ist oder einen gemischten Polarisationszustand mit
unterschiedlich starken Anteilen von p- und s-Polarisation hat.
Der s-Anteil ist hier diejenige elektrische Feldstärkekomponente,
die senkrecht zur Einfallsebene verläuft, die durch die Flächennormale
der Axiconfläche
am Auftreffort und die Strahleintrittsrichtung aufgespannt wird.
Der p-Anteil ist die elektrische Feldstärkekomponente, die parallel
zur Einfallsebene, also in der Einfallsebene selbst schwingt.
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Wegen
der azimutwinkelabhängigen
Ausrichtung der Einfallsebenen erfährt das eintretende Licht aufgrund
von Fresnelverlusten eine vom Einfallsort bzw. Auftreffort abhängige und
damit lokal unterschiedliche Abschwächung der p- bzw. s-Anteil
der elektrischen Feldstärke.
Hierdurch tritt an der Axiconfläche
eine in Azimutalrichtung (Umfangsrichtung) variierende Abschwächung der
Strahlung und damit hinter dem Axiconelement eine entsprechende
Intensitätsinhomogenität auf. Dabei
ist das Licht bei allen auf der y-Achse liegenden Auftrefforten
vollständig p-polarisiert,
während
es bei allen auf der x-Achse liegenden Auftrefforten vollständig s-polarisiert
ist. Beim Übergang
zwischen diesen Extremsituationen findet zwischen der y- und der
x-Achse allmählich eine
Abnahme des p-Anteils und eine Zunahme des s-Anteils bzw. umgekehrt
statt, so dass in allen Bereichen zwischen y- und x-Richtung beide
Anteile in unterschiedlicher Stärke
vorhanden sind. Wird nun berücksichtigt,
dass bei normalen Fresnel-Reflexionen die s-polarisierten Anteile
generell einen höheren
Reflexionsgrad haben als die p-Anteile und der Reflexionsgrad für s-Polarisation
mit steigenden Inzidenzwinkeln i in der Regel monoton ansteigt,
während
bei p-Polarisation eine starke Inzidenzwinkelabhängigkeit des Reflexionsgrades
mit einem ausgeprägten Minimum
beim sogenannten Brewster-Winkel vorliegt, so ist ersichtlich, dass
in Bereichen um die y-Achse mit stark überwiegendem p-Anteil die Transmission
des Axiconelementes generell höher
sein wird als in Bereichen um die x-Achse, wo überwiegend s-Polarisation vorliegt.
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Dementsprechend
zeigt die Energieverteilung der Strahlung nach Durchtritt durch
das Axiconelement in dessen Pupille eine zweizählige Radialsymmetrie, bei
der um die y-Achse zentrierte Quadranten I und III mit relativ hoher
Intensität
existieren, während
sich in den um die x-Achse zentrierten Quadranten II und IV weniger
Lichtintensität
findet (
3). Eine Abschätzung für typische
Neigungswinkeln a, bei denen die Inzidenzwinkel in der Nähe des Brewster-Winkels
liegen können,
ergibt einen Unterschied der Lichtenergie im benachbarten Quadranten
in der Größenordnung
von bis zu 10%. Dies führt
zu einer energetischen Elliptizität der Pupille, die z.B. bis
zu 10% betragen kann. Dabei ist die Elliptizität E definiert als:
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Normalerweise
sind jedoch deutlich niedrigere Elliptizitätswerte angestrebt, beispielsweise
mit E < 1%. Die
Erfindung stellt Kompensationsmittel zur Verringerung dieser Elliptizität bereit.
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Bei
der Ausführungsform
eines Axicons gemäß 2 ist die Axiconfläche 52 mit
einer optischen Kompensationsbeschichtung 60 belegt, die
auf die Kegelfläche
beispielsweise durch ein geeignetes PVD-Verfahren, insbesondere
durch Elektronenstrahlverdampfen aufgebracht ist. Die Kompensationsschicht
ist ein Mehrschichtpaket mit Einzelschichten aus dielektrischen
Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes, wobei abwechselnd
hochbrechendes und niedrigbrechendes Material übereinanderliegt, um die optische
Wirkung über
Interferenzeffekte zu erreichen. Im Beispielsfall ist die Kompensationsschicht 60 so
ausgelegt, dass die um die y-Achse liegenden azimutalen Bereiche
der Kompensationsschicht einen deutlich niedrigeren Transmissionsgrad
T bzw. höheren
Reflexionsgrad haben, als diejenigen Azimutalbereiche, die um die
x-Achse zentriert sind und somit im Zentrum der Quadranten II und
IV liegen. Zwischen diesen Bereichen findet ein kontinuierlicher Übergang
statt.
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In 3 ist schematisch die zugehörige elliptische
Transmissionsfunktion T der Kompensationsschicht 60 gezeigt,
bei der der Abstand der (gestrichelt gezeichneten) Ellipsenlinie 61 von
der optischen Achse 3 ein Maß für den Transmissionsgrad der
Kompensationsbeschichtung beim jeweiligen Azimutwinkel ist. Die
Elliptizität
der Transmissionsfunktion der Kompensationsschicht ist dabei im
wesentlichen reziprok zur Elliptizität der Transmission des Axiconelementes,
die sich aufgrund der azimutal variierenden Polarisationszustände ergibt.
Dadurch kann eine weitgehende oder vollständige Kompensation der durch
die Axicongeometrie und Polarisationseffekte bewirkten Transmissionsinhomogenität erreicht
werden.
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Eine
vergleichbare elliptische Transmissionsfunktion einer Beschichtung
kann auch dadurch erreicht werden, dass die Beschichtung als Graufilterschicht
mit azimutal variierender Transmission ausgelegt ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
zur Axiconfläche 52 kann
auch die weitere Fläche 53 mit
einer geeigneten Kompensationsschicht belegt sein. Eine Belegung
beider Schichten kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn mit
einer einzelnen Schicht nur eine unvollkommene Kompensation möglich ist.
Die Beschichtung einer ebenen oder gegebenenfalls leicht gekrümmten Beschichtungsfläche ähnlich der Austrittsfläche 53 kann
auch aus herstellungstechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft sein.
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Anhand
von 4 wird als ein Beispiel
für die
Verwendung erfindungsgemäßer Axiconelemente
bzw. Axiconsysteme ein Beleuchtungssystem 1 einer mikrolithografischen
Projektionsbelichtungsanlage gezeigt, die bei der Herstellung von
Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen einsetzbar
ist und zur Erzielung von Auflösungen
bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht aus dem tiefen Ultraviolettbereich
arbeitet. Als Lichtquelle 2 dient ein F2-Excimer-Laser
mit einer Arbeitswellenlänge
von ca. 157 nm, dessen Lichtstrahl koaxial zur optischen Achse 3 des
Beleuchtungssystems ausgerichtet ist. Andere UV-Lichtquellen, beispielsweise ArF-Excimer-Laser mit 193 nm
Arbeitswellenlänge, KrF-Excimer-Laser
mit 248 nm Arbeitswellenlänge oder
Lichtquellen mit Wellenlängen
unterhalb 157 nm sind ebenfalls möglich.
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Das
linear polarisierte Licht der Lichtquelle
2 tritt zunächst in
einen Strahlaufweiter
4 ein, der beispielsweise als Spiegelanordnung
gemäß der
DE 41 24 311 ausgebildet
sein kann und zur Kohärenzreduktion
und Vergrößerung des
Strahlquerschnitts dient. Ein optional vorgesehener Verschluss ist
bei der gezeigten Ausführungsform
durch eine entsprechende Pulssteuerung des Lasers
2 ersetzt.
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Ein
als Strahlformungselement dienendes, erstes diffraktives, optisches
Rasterelement 5 ist in der Objektebene 6 eines
im Strahlengang dahinter angeordneten Objektivs 7 angeordnet,
in dessen Bildebene 8 bzw. Austrittspupille ein refraktives
zweites optisches Rasterelement 9 angeordnet ist, welches ebenfalls
als Strahlformungselement dient.
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Eine
dahinter angeordnete Einkoppeloptik 10 überträgt das Licht auf die Eintrittsebene 11 einer Lichtmischeinrichtung 12,
die das durchtretende Licht mischt und homogenisiert. Unmittelbar
an der Austrittsebene 13 der Lichtmischeinrichtung 12 liegt eine
Zwischenfeldebene, in der ein Reticle/Masking-System (REMA) 14 angeordnet
ist, welches als verstellbare Feldblende dient. Das nachfolgende
Objektiv 15 bildet die Zwischenfeldebene mit dem Maskierungssystem 14 auf
Retikel 16 (Maske, Lithographievorlage) ab und enthält eine
erste Linsengruppe 17, eine Pupillenzwischenebene 18,
in die Filter oder Blenden eingebracht werden können, eine zweite und eine
dritte Linsengruppe 19 bzw. 20 und dazwischen
einen Umlenkspiegel 21, der es ermöglicht, die große Beleuchtungseinrichtung
(ca. 3 m Länge)
horizontal einzubauen und das Retikel 16 waagrecht zu lagern.
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Dieses
Beleuchtungssystem bildet zusammen mit einem (nicht gezeigten) katadioptrischen Projektionsobjektiv
mit polarisationsselektivem Strahlteiler (beam splitter cube, BSC)
und einem verstellbaren Wafer-Halter,
der das Retikel 16 in der Objektebene des Projektionsobjektivs
hält, eine
Projektionsbelichtungsanlage für
die mikrolithographische Herstellung von elektronischen Bauteilen,
aber auch von optisch diffraktiven Elementen und anderen mikrostrukturierten
Teilen.
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Die
Ausführung
der der Lichtmischeinrichtung 12 vorgelagerten Teile, insbesondere
der optischen Rasterelemente 5 und 9, ist so gewählt, dass eine
rechteckige Eintrittsfläche
der Lichtmischeinrichtung weitgehend homogen und mit höchstmöglichem
Wirkungsgrad, das heißt
ohne wesentliche Lichtverluste neben der Eintrittfläche, ausgeleuchtet wird.
Hierzu wird der vom Strahlaufweiter 4 kommende, parallele
Lichtstrahl mit rechteckigem Querschnitt und einer nicht rotationssymmetrischen
Divergenz zunächst
durch das erste diffraktive Rasterelement 5 unter Einführung von
Lichtleitwert bezüglich
Divergenz und Form verändert.
Dabei bleibt die lineare Polarisation des Laserlichtes weitgehend
erhalten.
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Das
in der vorderen Brennebene (Objektebene) des Objektivs 7 angeordnete
erste optische Rasterelement 5 präpariert zusammen mit dem Objektiv 7 einen
Beleuchtungsfleck mit variabler Größe und Lichtverteilung in der
Austrittspupille bzw. Bildebene 8 des optischen Systems 7.
Hier ist das zweite optische Rasterelement 9 angeordnet,
das im Beispiel als refraktives optisches Element mit rechteckiger
Abstrahlcharakteristik ausgebildet ist. Dieses Strahlformungselement
erzeugt den Hauptanteil des Lichtleitwertes und adaptiert den Lichtleitwert über die
Einkoppel-Optik 10 an die Feldgröße, das heißt an die Rechteckform der
Eintrittsfläche
des Stabintegrators 12.
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Der
Aufbau des bisher beschriebenen Beleuchtungssystems mit Ausnahme
des Objektivs
7 kann beispielsweise dem in der
EP 0 747 772 beschriebenen
Aufbau entsprechen, deren Offenbarungsgehalt insoweit durch Bezugnahme
zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird.
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Das
Objektiv 7, welches im folgenden auch als Zoom-Axicon-System
bezeichnet wird, enthält
ein transmissionskompensiertes Axiconsystem 150, welches
variabel einstellbar ist und dazu dient, eine auf seine Eintrittsfläche auftreffenden
Eintrittslichtverteilung in eine aus einer Austrittsfläche austretende Austrittslichtverteilung
durch radiale Umverteilung von Lichtintensität umzuformen, sowie ein ebenfalls einstellbares
Zoom-System 40 zur variablen Einstellung des Durchmessers
einer vom Zoom-System abgegebenen Lichtverteilung. Dadurch kann
wahlweise an der Eintrittsfläche
des Rasterelementes 9 ein im wesentlichen runder Beleuchtungsfleck
weitgehend gleichmäßiger Intensität mit einstellbarem
Durchmesser oder eine gewünschte
Lichtverteilung mit einer außerhalb
der optischen Achse relativ zum Axialbereich erhöhten Intensität erzeugt
werden, beispielsweise in Form eines Ringes mit variablem Innen-
und Aussendurchmesser.
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Das
Axiconsystem 150 ist weitgehend energetisch kompensiert
und umfasst ein erstes Axiconelement 151 und eine in Lichtlaufrichtung
dahinter angeordnetes zweites Axiconelement 152, deren
Axialabstand durch eine nicht gezeigte Verstelleinrichtung stufenlos
verstellbar und gegebenenfalls bis auf einen Abstand Null reduzierbar
ist. Das erste Axiconelement 151 hat eine ebene oder leicht
spärische
Eintrittsfläche
und eine konkave konische Austrittsfläche, während das zweite Axiconelement 152 mit
konvexer konicher Eintrittsfläche
und ebener oder leicht spärischer
Austrittsfläche
gestaltet und damit ähnlich wie
das Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 ausgeführt ist. Jedes der Axiconelemente
hat an seiner Eintrittsfläche
und/oder an seiner Austrittsfläche
eine Kompensationsbeschichtung, die die geometrie- und polarisationsbedingten
Transmissionsinhomogenitäten
teilweise oder vollständig
kompensiert, so dass hinter dem Objektiv 7 innerhalb beleuchteter
Bereiche die Intensitätsverteilung
weitgehend homogen ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
werden die Kompensationsmittel zur Vermeidung von energetischen
Inhomogenitäten
dadurch gebildet, dass die Polarisationsvorzugsrichtung des linear
polarisierten Laserlichtes in einem Winkel von ca. 45° zur x- bzw.
y-Achse ausgerichtet ist (Teilfigur A). Dies führt in Verbindung mit einer
energetischen Elliptizität,
die durch den Stabintegrator 12 mit Rechteckquerschnitt
(Teilfigur B) erzeugt wird, hinter dem Stabintegrator widerum zu
einer weitgehend energetisch kompensierten Lichtverteilung, da die
von den (nicht kompensierten) Axiconelementen eingeführte Elliptizität der energetischen
Verteilung durch eine reziprok ausgerichtete Elliptizität der Transmission
des Stabintegrators 12 weitgehend oder vollständig kompensiert
wird. Denn der Stabintegrator durchmischt die Quadranten I bis IV
durch innere Totalreflexion derart, dass die energetisch elliptische
Pupille kompensiert werden kann. Es hat sich gezeigt, dass der Wirkungsgrad
dieser Kompensation abhängig
von der Beleuchtungseinstellung ist und bei großen Kohärenzgraden (entsprechend vielen
Totalreflexionen im Stabintegrator) in der Regel besser funktioniert
als bei kleineren Settings, wo weniger Reflexionen im Integratorstab
stattfinden. Eine Kombination der hier beschriebenen Kompensationsmittel
kann ebenfalls vorgesehen sein.
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Die
Erfindung ist analog auch bei reflektiv arbeitenden Axiconsystemen
nutzbar, z.B. in Beleuchtungssystemen für EUV-Lithographie, die mit
extrem kurzen UV-Wellenlängen
im Bereich weicher Röntgenstrahlung
arbeiten. Der Begriff „Licht" soll auch derartige
kurzwellige Strahlung umfassen. Bei derartigen Systemen ist deren „Transmissions"-Wirkungsgrad für die Weiterleitung auftreffender
Strahlung durch den Reflexionsgrad der Spiegelflächen bestimmt. Der Begriff „Transmissionsgrad" ist somit bei reflektiven
Systemen allgemein als „Weiterleitungswirkungsgrad" für die auftreffende
und dann reflektierte Strahlung zu verstehen.
