WO2004102232A1 - Geblazetes diffraktives optisches element sowie projektionsobjektiv mit einem solchen element - Google Patents

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WO2004102232A1
WO2004102232A1 PCT/EP2004/004636 EP2004004636W WO2004102232A1 WO 2004102232 A1 WO2004102232 A1 WO 2004102232A1 EP 2004004636 W EP2004004636 W EP 2004004636W WO 2004102232 A1 WO2004102232 A1 WO 2004102232A1
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optical element
diffraction
diffractive optical
blazed
region
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PCT/EP2004/004636
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Bernd Kleemann
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Carl-Zeiss-Stiftung Trading As Carl Zeiss
Carl Zeiss
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    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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    • G02B27/4222Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant in projection exposure systems, e.g. photolithographic systems
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1842Gratings for image generation

Definitions

  • the invention relates to a blazed diffractive optical element with a carrier and a plurality of blazed diffraction structures, which are applied to the carrier at a distance from a locally varying grating constant, the diffraction structures having an at least approximately ra-shaped profile in a first region.
  • the invention further relates to a projection lens for an icrolithographic projection exposure system with such an optical element.
  • An optical element of the type mentioned is known from DE 101 23 230 AI.
  • Diffractive optical elements terkonstanten with locally varying lattice have found ge ⁇ in optics numerous applications. Diffractive optical elements are used, for example, to generate wavefront profiles which cannot be achieved with refractive optical elements such as lenses or can only be achieved with great effort. Fresnel lenses, with which extremely short focal lengths can be achieved, have also found widespread use. It was also proposed (see, for example, EP 0 965 864 A2) to use diffractive optical elements for correcting chromatic shear aberrations in optical systems, which are caused by the dispersive properties of common lens materials in broadband light sources. The use of diffractive optical elements for focusing, collimation and beam splitting of laser light and in integrated optics also comes into consideration, since diffractive optical elements can also be produced in a photolithographic process.
  • the grating constant g with which the diffraction structures are spaced apart, can change locally or continuously in sections in one or more spatial directions.
  • the lattice constant g generally changes along the diameter, in the case of rectangular elements along the transverse and / or the long sides.
  • Diffraction efficiency is an important quality feature for diffractive optical elements. This is understood to mean the part of the diffractive optical element that is due to a specific diffraction order
  • diffraction efficiency is required that is constant over the entire area of the diffractive optical element.
  • An example of this are microlithographic pro ection exposure systems in which diffractive optical elements have to ensure very homogeneous illumination of the image field.
  • the diffraction efficiency of such diffractive optical elements decreases with decreasing lattice constants. This effect is exacerbated by the fact that the areas with the smallest lattice constants are often those on which the light is incident at the greatest angle of incidence, which also has an unfavorable effect on the diffraction efficiency. Since the grating constant in the diffractive optical elements considered here is location-dependent, the diffraction efficiency also varies over the area of the diffractive optical element.
  • the object of the invention is to provide a diffractive optical element with which any, in particular constant, spatial distributions of the diffraction efficiency can be achieved with low light losses within wide limits.
  • this object is achieved in that in a second region the diffraction structures are blown in a binary manner by division into preferably pillar-shaped or web-shaped substructures.
  • Such substructures are described, for example, in an article by P. Laianne et al. with the title "Design and manufacture of blazed binary diffractive elements with sampling periods smaller than the structural cutoff", J. Opt. Soc. At the. A, Vol. 16, No. 5, pages 1143 to 1156. It has been shown that such binary blazed diffraction structures have a higher diffraction efficiency than "classic" blazed diffraction structures with ramp-like or step-like profiles approximated to ramps.
  • the spatial course of the diffraction efficiency can be influenced in a targeted manner. In contrast to known approaches, the influence here is not caused by a local reduction in diffraction efficiency, but by a local increase.
  • the diffractive optical elements according to the invention therefore have lower light losses than is the case with known approaches.
  • the binary substructures also have the advantage that the diffractive elements have a large angular acceptance. This means that the high diffraction efficiencies can also be achieved with larger deviations from the ideal blaze angle. In addition, the high diffraction efficiencies are achieved within a larger wavelength range than with classic blaze structures. The greater polarization independence of the binary blazed diffraction structures is also advantageous.
  • first areas with classic blazed diffraction structures and several second areas with binary blazed diffraction structures in any arrangement on the carrier.
  • the arrangement is preferred stipulated from the point of view that binary blazed diffraction structures are only applied to the carrier where the diffraction efficiency of classic blazed diffraction structures is not sufficient.
  • binary blazed diffraction structures are known per se in the prior art. They are characterized in that the mostly pillar-shaped or web-shaped substructures from which they are constructed have characteristic dimensions that are smaller than the wavelength for which the diffractive optical element is intended. The substructures then do not generate any further diffraction orders which go beyond the zero order and which could absorb energy. Diffraction efficiencies of 80% and more are possible. If the spacing of the pillars or bridges is less than one structure period, the diffractive substructures can be viewed as a homogeneous medium in which only one mode can spread. The value of the structure period depends, among other things. on the angle of incidence of the light and the geometry of the substructures.
  • the second region with the binary blazed diffraction structures is the region with the smaller grating constants. Because of the higher efficiency Beu ⁇ supply binary blazed diffraction structures so can namely occur in the control effect can be compensated, whereby locally to diffractive optical elements having location-dependent grating constant, the diffraction efficiency decreases, the smaller the lattice constant becomes. It is thus possible, for example, to achieve a spatially approximately constant diffraction efficiency for a specific diffraction order.
  • an intermediate region with at least one binary blazed diffraction structure can be arranged in between, which is designed in such a way that the diffraction efficiency in comparison with that with an optimal design is reduced.
  • the diffraction efficiency can, for example, be set in such a way that it continuously increases from the relatively low diffraction efficiency of the classically blazed first region to the larger one of the binary blazed second region. It is also possible to set the diffraction efficiency in the intermediate region to be between that of the first and that of the second region.
  • the local detuning of the diffraction efficiency in the intermediate area can be generated, for example, by substructures with a reduced height on the
  • Carrier are applied.
  • a phase change associated with the local detuning may have to be compensated for by other measures in the system.
  • FIG. 1 shows a schematic, not to scale representation of a rectangular diffractive optical element embodied as a linear grating in plan view;
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from a section along the line II-II through the diffractive optical element shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a representation corresponding to FIG. 2 of another diffractive optical element with a regionally reduced diffraction efficiency
  • FIG. 4 shows a section from a section through a diffractive optical element which comprises two partial elements arranged one above the other, each of which is constructed similarly to the diffractive optical element shown in FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 5 shows a schematic, not to scale representation of a diffractive optical element designed as a Fresnel lens in plan view
  • FIG. 6 shows an enlarged detail VI from the Fresnel lens from FIG. 5.
  • FIG. 1 A first exemplary embodiment of a diffractive optical element, designated overall by 10, is shown in FIG. 1 in a schematic, not to scale illustration, in plan view. see and shown in Figure 2 in detail in a section along the line II-II.
  • the diffractive optical element 10 is designed as a rectangular linear blaze grating, the grating constant g of which decreases in sections towards the transverse sides 12. The decrease in the lattice constant is indicated in FIG. 1 by the vertical lines which become denser towards the transverse sides 12.
  • the diffractive optical element has a multiplicity of blazed diffraction structures 16 and 18, which are applied to a carrier 14 and are subdivided into several regions, each with the same grating constant.
  • a total of four of these areas B n _ 2 , B n _ ⁇ , B n and B n + ⁇ are shown, within which the lattice constant g ⁇ is constant in each case.
  • the lattice constants gi decrease from right to left in the illustration in FIG. 2, ie g n - 2 ⁇ gn- ⁇ ⁇ g n ⁇ gn + i •
  • the diffraction structures 16 are designed as classic blaze structures with a ramp-shaped profile.
  • Each ramp has a blaze flank 22 which is inclined by a blaze angle a ⁇ with respect to the base 20 of the diffractive optical element 10 defined by the carrier 14 and a counter flank 24 arranged perpendicular to a base 20.
  • the size of the blaze angle ci is region-dependent in the case of this exemplary embodiment and decreases with increasing lattice constant g.
  • each binary diffraction structure 18 in these two areas B n - ⁇ and B n _ 2 consists of a group of substructures 26, which can each be thought of as a replacement for a classic ramp-shaped diffraction structure 28, as shown in FIG 2 are indicated by dashed ramp profiles 28.
  • each group forming a diffraction structure 18 optically shows a diffraction - Has an effect on incident light, which is basically comparable to that of a corresponding ramp-shaped diffraction structure 28 with the same grating constant gi.
  • the binary blazed diffraction structures 18 have a higher diffraction efficiency. This compensates for a drop in the diffraction efficiency that would occur in the classic blazed diffraction structures 28 due to their low grating constants.
  • the diffractive optical element 10 thus has a diffraction efficiency that is approximately constant over its surface 32.
  • the only requirement is that the substructures 26 have characteristic dimensions that are smaller than the wavelength of the incident light.
  • a binary blazed intermediate region B z is provided between the regions B n and B n - ⁇ , which has one or more binary blazed diffraction structures 18 '. includes.
  • the diffraction structure 18 ' is designed such that the diffraction efficiency lies between that in the region B n and that in the region B n - ⁇ within the intermediate region B z .
  • This local reduction in diffraction efficiency can be brought about, for example, by reducing the height h 'of the substructures 26' in the intermediate region B z compared to the height h in the adjacent binary blazed diffraction structures 18, as is shown in FIG. 3 .
  • Another way to reduce efficiency is to increase the height h To leave substructures unchanged and to change their distances and widths. In this way, the detuning of the diffraction efficiency has less effect on the light passing through the phase.
  • FIG. 4 shows another exemplary embodiment of a diffractive optical element, designated as a whole by 100, in a sectional representation.
  • the diffractive optical element 100 comprises a first and a second partial element 110 or 112, which are arranged one above the other and parallel to one another.
  • the first sub-element 110 is constructed in exactly the same way as the diffractive optical element 10 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the second sub-element 112 largely corresponds to the diffractive optical element 10, however, in contrast to this, the regions B'n-i and B'n-2 with small lattice constants are not binary, but the regions B ' n and B'n + i with large lattice constants blazed.
  • FIG. 5 shows a schematic, not to scale representation of a further exemplary embodiment, designated 200, of a diffractive optical element in a top view.
  • the diffractive optical element 200 is a Fresnel lens, in which the grating constant g decreases with increasing distance from the center of the element 200. This is indicated in FIG. 5 by the circular lines becoming denser towards the outside.
  • the Fresnel lens 200 can be intended, for example, for installation in a projection objective of a microlithographic projection processing system.
  • FIG. 5 A section VI from the top view from FIG. 5 is shown enlarged in FIG. This shows an area B " n - ⁇ lying in the vicinity of the circumference 34, in which the diffraction structures 218 are blazed in binary form.
  • the substructures 226 are not designed here as webs, but as pillars with a square base area
  • the diffraction structures 216 again have the classic ramp shape toward the center of the region B " n of the element 200.

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Abstract

Ein geblazetes diffraktives optisches Element hat einen Träger (14) und mehrere geblazete Beugungsstrukturen (16, 18, 18‘; 216, 218), die im Abstand einer lokal variierenden Gitterkonstante (gn-2, gn-1, gn, gn+1) auf dem Träger (14) aufgebracht sind. In einem ersten Bereich (Bn, Bn+l; B'n-2, B'n-1; B'n) haben die Beugungsstrukturen (16; 216) ein zumindest annähernd rampenförmiges Profil. In einem zweiten Bereich (Bn-2, Bn-1; B'n, B'n+l; B'n-1) sind die Beugungsstrukturen (18; 218) durch Aufteilung in vorzugsweise steg- oder pfeilerförmige Unterstrukturen (26; 26‘; 226) binär geblazet. Dadurch lässt sich in dem zweiten Bereich die Beugungseffizienz des diffraktiven optischen Elements (10; 100; 200) erhöhen.

Description

Geblazetes diffraktives optisches Element sowie Projektionsobjektiv mit einem solchen Element
Die Erfindung betrifft ein geblazetes diffraktives optisches Element mit einem Träger und mehreren geblazeten Beu- gungsStrukturen, die 'im Abstand einer lokal variierenden Gitterkonstante auf dem Träger aufgebracht sind, wobei in einem ersten Bereich die BeugungsStrukturen ein zumindest annähernd ra penförmiges Profil haben. Die Erfindung betrifft ferner ein Projektionsobjektiv für eine ikrolitho- graphische Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen optischen Element.
Ein optisches Element der genannten Art ist aus der DE 101 23 230 AI bekannt.
Diffraktive optische Elemente mit lokal variierenden Git- terkonstanten haben in der Optik zahlreiche Anwendungen ge¬ funden. Verwendet werden diffraktive optische Elemente beispielsweise zur Erzeugung von Wellenfrontverläufen, die sich mit refraktiven optischen Elementen wie Linsen nicht oder nur mit großem Aufwand erzielen lassen. Weite Verbrei- tung gefunden haben auch Fresnel-Linsen, mit denen sich äußerst kurze Brennweiten realisieren lassen. Vorgeschlagen wurde auch (siehe z.B. EP 0 965 864 A2) die Verwendung von diffraktiven optischen Elementen zur Korrektur chro ati- scher Aberrationen in optischen Systemen, die durch die dispersiven Eigenschaften der gängigen Linsenmaterialien bei breitbandigen Lichtquellen verursacht werden. In Betracht kommt außerdem die Verwendung diffraktiver optischer Elemente zur Fokussierung, Kollimation und Strahlteilung von Laserlicht und in der integrierten Optik, da sich diffraktive optische Elemente ebenfalls in einem photolithographisch herstellen lassen.
Bei solchen diffraktiven optischen Elementen kann sich die Gitterkonstanten g, mit der die Beugungsstrukturen voneinander beabstandet sind, lokal in einer oder mehreren Raumrichtungen kontinuierlich oder abschnittsweise verändern. Bei rotationssymmetrischen Elementen verändert sich die Gitterkonstante g in der Regel entlang des Durchmessers, bei rechteckigen Elementen entlang der Quer- und/oder der Längsseiten.
Ein für diffraktive optische Elemente wichtiges Qualitätsmerkmal ist die Beugungseffizienz. Darunter versteht man den auf eine bestimmte Beugungsordnung entfallenden Teil des auf das diffraktive optische Element auffallenden
Lichts. Bei zahlreichen Anwendungen wird eine Beugungseffizienz verlangt, die über die gesamte Fläche des diffraktiven optischen Elements konstant ist. Ein Beispiel hierfür sind mikrolithographische Pro ektionsbelichtungsanlagen, bei denen diffraktive optische Elemente eine sehr homogene Ausleuchtung des Bildfeldes gewährleisten.müssen. Es hat sich allerdings gezeigt, daß die Beugungseffizienz derartiger diffraktiver optischer Elemente sich mit abnehmenden Gitterkonstanten verringert . Verstärkt wird dieser Effekt noch aufgrund der Tatsache, daß die Bereiche mit den kleinsten Gitterkonstanten häufig diejenigen sind, auf die das Licht unter dem größten Einfallswinkel auffällt, was sich ebenfalls ungünstig auf die Beugungseffizienz auswirkt. Da die Gitterkonstante bei den hier betrachteten diffraktiven optischen Elementen ortsabhängig ist, variiert auch die Beugungseffizienz über die Fläche des diffraktiven optischen Elements . Bei Gitterkonstanten, die sehr groß gegenüber der Betriebswellenlänge des Elements sind, sind die lokalen Änderungen der Beugungseffizienz gering. Wenn das Element jedoch auch Bereiche mit Gitterkonstanten hat, die nur etwa das Fünffache oder weniger der Wellenlänge betragen, so kann dies zu Schwankungen der Beugungseffizienz von bis zu 20% führen.
Um diese Schwankungen zu unterdrücken, sind verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden.
Aus der DE 101 23 230 AI ist beispielsweise bekannt, die hohe Beugungseffizienz in Bereichen mit großer Gitterkonstante zu verringern und damit an die kleinere Beugungseffizienz der Bereiche mit kleiner Gitterkonstante anzupassen. Die Verringerung der Beugungseffizienz wird dort durch eine lokale Verringerung der Gittertiefe erzielt. Nachteilig ist hierbei allerdings, daß auf diese Weise letztlich die gesamte nutzbare, von dem Element transmittierte oder reflektierte Lichtenergie verringert wird. Dies ist beispielsweise nachteilig bei Projektionsbelichtungsanlagen, deren Strahlungsguelle schwach und/oder bei denen das auszuleuchtende Bildfeld groß ist.
Andererseits kann es im Einzelfall auch zweckmäßig sein, diffraktive optische Elemente mit besonders großen und gezielt einstellbaren Schwankungen der Beugungseffizienz zu v rwenden. In einem solchen Fall würde bei Anwendung des vorstehend erläuterten bekannten Ansatzes die Beugungseffi- zienz der Bereiche mit ohnehin niedriger Beugungseffizienz weiter verringert, um auf diese Weise die Schwankungen zu verstärken.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein diffraktives optisches Element anzugeben, mit dem sich in weiten Grenzen beliebi- ge, insbesondere konstante, räumliche Verteilungen der Beugungseffizienz bei geringen Lichtverlusten erzielen lassen.
Bei einem diffraktiven optischen Element der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem zweiten Bereich die Beugungsstrukturen durch Aufteilung in vorzugsweise pfeiler- oder stegförmige Unterstrukturen bi- när geblazet sind.
Derartige Unterstrukturen sind z.B. beschrieben in einem Aufsatz von P. Laianne et al . mit dem Titel "Design and fa- brication of blazed binary diffractive elements with sam- pling periods smaller than the structural cutoff", J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 16, No . 5, Seiten 1143 bis 1156. Es hat sich gezeigt, daß derartige binär geblazeten BeugungsStrukturen eine höhere Beugungseffizienz haben als "klassisch" geblazete Beugungsstrukturen mit rampenför igen oder stu- fenförmig an Rampen angenäherten Profilen. Durch Kombination der vergleichsweise einfach herzustellenden klassisch geblazeten mit den binär geblazeten BeugungsStrukturen in einem optischen Element kann somit der räumliche Verlauf der Beugungseffizienz, gezielt beeinflußt werden. Anders als bei bekannten Ansätzen erfolgt die Beeinflussung hier jedoch nicht durch lokale Verringerung der Beugungseffizienz, sondern durch lokale Erhöhung. Daher weisen die erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elemente geringere Lichtverluste auf, als dies bei bekannten Ansätzen der Fall ist.
Die binären Unterstrukturen haben außerdem den Vorteil, daß die diffraktiven Elemente eine große Winkelakzeptanz haben. Dies bedeutet, daß die hohen Beugungseffizienzen auch bei größeren Abweichungen vom idealen Blaze-Winkel erzielbar sind. Außerdem werden die hohen Beugungseffizienzen innerhalb eines größeren Wellenlängenbereichs als bei klassischen Blazestrukturen erreicht. Vorteilhaft ist ferner die größere Polarisationsunabhängigkeit der binär geblazeten Beugungsstrukturen.
Selbstverständlich ist möglich, mehrere erste Bereiche mit klassisch geblazeten und mehrere zweite Bereiche mit binär geblazeten BeugungsStrukturen in beliebiger Anordnung auf dem Träger aufzubringen. Die Anordnung wird vorzugsweise unter dem Gesichtspunkt festgelegt, daß binär geblazete Beugungsstrukturen nur dort auf dem Träger aufgebracht werden, wo die Beugungseffizienz klassisch geblazeter Beugungsstrukturen nicht ausreicht.
Gestalt, Abmessungen und Herstellung binär geblazeter Beugungsstrukturen sind an sich im Stand der Technik bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß die meist pfeiler- oder stegför igen Unterstrukturen, aus denen sie aufgebaut sind, charakteristische Abmessungen haben, die kleiner als die Wellenlänge sind, für die das diffraktive optische Element vorgesehen ist. Es werden dann durch die Unterstrukturen keine über die nullte Ordnung hinausgehenden weiteren Beugungsordnungen erzeugt, die Energie aufnehmen könnten. Dadurch sind Beugungseffizienzen von 80% und mehr möglich. Wenn die Abstände der Pfeiler oder Stege kleiner als eine Strukturperiode sind, können die diffraktiven Unterstrukturen als homogenes Medium angesehen werden, in dem sich nur eine Mode ausbreiten kann. Der Wert der Strukturperiode hängt u.a. vom Einfallswinkel des Lichts und der Geometrie der Unterstrukturen ab.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite Bereich mit den binär geblazeten Beugungsstrukturen der Bereich mit der kleineren Gitterkonstanten ist. Aufgrund der höheren Beu¬ gungseffizienz binär geblazeter Beugungsstrukturen kann so nämlich der in der Regel auftretende Effekt kompensiert werden, wonach bei diffraktiven optischen Elementen mit ortsabhängigen Gitterkonstanten die Beugungseffizienz lokal abnimmt, je kleiner die Gitterkonstante wird. Somit ist es beispielsweise möglich, eine räumlich annähernd konstante Beugungseffizienz für eine bestimmte Beugungsordnung zu erzielen.
Um größere Sprünge der Beugungseffizienz an den Grenzen zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich zu vermeiden, kann dazwischen ein Zwischenbereich mit wenigstens einer binär geblazeten BeugungsStruktur angeordnet sein, die so ausgelegt ist, daß in dem Zwischenbereich die Beu- gungseffizienz gegenüber derjenigen bei optimaler Auslegung verringert ist. Die Beugungseffizienz kann beispielsweise so eingestellt sein, daß sie kontinuierlich von der relativ kleinen Beugungseffizienz des klassisch geblazeten ersten Bereichs zu der größeren des binär geblazeten zweiten Be- reichs ansteigt. Ebenso ist es möglich, die Beugungseffizienz in dem Zwischenbereich so einzustellen, daß sie zwischen derjenigen des ersten und derjenigen des zweiten Bereichs liegt. Die lokale Verstimmung der Beugungseffizienz in dem Zwischenbereich kann beispielsweise erzeugt werden, indem dort Unterstrukturen mit reduzierter Höhe auf den
Träger aufgebracht werden. Eine mit der lokalen Verstimmung verbundene Phasenänderung ist ggf. durch andere Maßnahmen im System zu kompensieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei- spiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen: Figur 1 eine schematische, nicht maßstäbliche Darstellung eines als lineares Gitter ausgeführten rechteck- för igen diffraktiven optischen Elements in Draufsicht;
Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem Schnitt entlang der Linie II-II durch das in Figur 1 gezeigte diffraktive optische Element;
Figur 3 eine der Figur 2 entsprechende Darstellung eines anderen diffraktiven optischen Elements mit be- reichsweise erniedrigter Beugungseffizienz;
Figur 4 einen Ausschnitt aus einem Schnitt durch ein diffraktives optisches Element, das zwei übereinander angeordnete Teilelemente umfaßt, die jeweils ähnlich wie das in den Figuren 1 und 2 gezeigte dif- fraktive optische Element aufgebaut sind;
Figur 5 eine schematische, nicht maßstäbliche Darstellung eines als Fresnel-Linse ausgeführten diffraktiven optischen Elements in Draufsicht;
Figur 6 einen vergrößerten Ausschnitt VI aus der Fresnel- Linse aus Figur 5.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines insgesamt mit 10 bezeichneten diffraktiven optischen Elements ist in Figur 1 in schematischer, nicht maßstäblicher Darstellung in Drauf- sieht und in Figur 2 ausschnittsweise in einem Schnitt entlang der Linie II-II gezeigt. Das diffraktive optische Element 10 ist als rechteckförmiges lineares Blaze-Gitter ausgeführt, dessen Gitterkonstante g zu den Querseiten 12 hin abschnittsweise abnimmt. In Figur 1 ist die Abnahme der Gitterkonstante durch die zu den Querseiten 12 hin dichter werdenden vertikalen Linien angedeutet.
Das diffraktive optische Element weist eine Vielzahl von, auf einem Träger 14 aufgebrachten geblazeten Beugungsstruk- turen 16 und 18 auf, die in mehrere Bereiche mit jeweils gleicher Gitterkonstante unterteilt sind. In der vergrößerten Schnittdarstellung der Figur 2 sind insgesamt vier dieser Bereiche Bn_2, Bn_ι, Bn und Bn+ι dargestellt, innerhalb derer die Gitterkonstante g± jeweils konstant ist. Die Git- terkonstanten gi nehmen dabei in der Darstellung von Figur 2 von rechts nach links ab, d.h. gn-2 < gn-ι< gn < gn+i •
In den Bereichen Bn und Bn+i.mit den größeren Gitterkonstanten gn und gn+ι sind die Beugungsstrukturen 16 als klassische Blaze-Strukturen mit rampenförmigem Profil ausgeführt. Jede Rampe weist eine um einen Blazewinkel a± gegenüber der durch den Träger 14 festgelegten Grundfläche 20 des diffraktiven optischen Elements 10 geneigte Blazeflanke 22 sowie eine senkrecht zu einer Grundfläche 20 angeordnete Gegenflanke 24 auf. Die Größe des Blazewinkels ci ist bei dem diesem Ausführungsbeispiel bereichsabhängig und nimmt mit zunehmenden Gitterkonstanten g ab. In den Bereichen Bn-ι und Bn-2 mit den kleinen Gitterkonstanten gn-ι und gn_2 sind die BeugungsStrukturen 18 durch Aufteilung in stegförmige Unterstrukturen 26 binär geblazet. Dies bedeutet, daß jede binäre BeugungsStruktur 18 in die- sen beiden Bereichen Bn-ι und Bn_2 aus einer Gruppe von Unterstrukturen 26 besteht, die man sich jeweils als Ersatz für eine klassische rampenförmige BeugungsStruktur 28 denken kann, wie sie in Figur 2 durch gestrichelt darstellte Rampenprofile 28 angedeutet sind. Innerhalb einer binär ge- blazeten BeugungsStruktur 18 nimmt die Breite der stegfσr- igen Unterstrukturen 26 jeweils so in einer mit 30 angedeuteten Richtung zu und der Abstand zwischen den Unterstrukturen 26 in dieser Richtung 30 so ab, daß jede eine BeugungsStruktur 18 bildende Gruppe optisch eine Beugungs- Wirkung auf einfallendes Licht hat, die grundsätzlich mit derjenigen einer entsprechenden rampenför igen Beugungsstruktur 28 mit gleicher Gitterkonstante gi vergleichbar ist. Im Vergleich zu solchen rampenförmigen Beugungsstrukturen 28 haben die binär geblazeten Beugungsstrukturen 18 jedoch eine höhere Beugungseffizienz. Dadurch wird ein Abfall der Beugungseffizienz kompensiert, der bei den klassisch geblazeten Beugungsstrukturen 28 aufgrund ihrer geringen Gitterkonstanten auftreten würde. Das diffraktive optische Element 10 hat somit eine Beugungseffizienz, die annähernd konstant über dessen Oberfläche 32 ist. Voraussetzung ist hierbei lediglich, daß die Unterstrukturen 26 charakteristische Abmessungen haben, die kleiner als die Wellenlänge des einfallenden Lichts sind. Der Träger 14 kann z.B. aus Glas und die UnterStrukturen 26 können z.B. aus Titanoxid (Ti02) bestehen, dessen Brechungsindex n wesentlich höher ist als derjenige von Glas (n = 1,5) . Auf diese Weise läßt sich das Verhältnis von Profiltiefe h zur Breite b der Unterstrukturen 26 (siehe Figur 3) verringern.
Aufgrund der im Vergleich zu den klassisch geblazeten Beugungsstrukturen 16 höheren Beugungseffizienz der binär geblazeten Beugungsstrukturen 18 kommt es an der Grenze zwi- sehen den Bereichen Bn_ι und Bn zu einer sprunghaften Veränderung der Beugungseffizienz, was bei bestimmten Anwendungen unerwünscht sein kann.
Um eine weniger sprunghafte Veränderung der Beugungseffizienz entlang dieser Grenze zu erzielen, ist bei dem in Fi- gur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen den Bereichen Bn und Bn-ι ein binär geblazeter Zwischenbereich Bz vorgesehen, der eine oder mehrere binär geblazete BeugungsStrukturen 18' umfaßt. Die BeugungsStruktur 18' ist so ausgelegt, daß innerhalb des Zwischenbereichs Bz die Beugungseffizienz zwischen derjenigen in dem Bereich Bn und derjenigen in dem Bereich Bn-ι liegt. Diese lokale Verringerung der Beugungseffizienz kann z.B. bewirkt werden, indem bei der Beugungsstruktur 18' in dem Zwischenbereich Bz die Höhe h' der Unterstrukturen 26' gegenüber der Höhe h in den benachbarten binär geblazeten BeugungsStrukturen 18 verringert wird, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Eine andere Möglichkeit zur Verringerung der Effizienz besteht darin, die Höhe h der Unterstrukturen unverändert zu lassen und dafür deren Abstände und Breiten zu verändern. Auf diese Weise wirkt sich die Verstimmung der Beugungseffizienz weniger auf die Phase hindurchtretenden Lichts aus .
Figur 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines insgesamt mit 100 bezeichneten diffraktiven optischen Elements ausschnittsweise in geschnittener Darstellung. Das diffraktive optische Element 100 umfaßt ein erstes und ein zweites Teilelement 110 bzw. 112, die übereinander und parallel zu- einander angeordnet sind. Das erste Teilelement 110 ist genauso wie das in den Figuren 1 und 2 gezeigte diffraktive optische Element 10 aufgebaut. Das zweite Teilelement 112 entspricht dem diffraktiven optischen Element 10 weitgehend, jedoch sind hiervon abweichend nicht die Bereiche B'n-i und B'n-2 mit kleinen Gitterkonstanten, sondern die Bereiche B'n und B'n+i mit großen Gitterkonstanten binär geblazet. Anstelle der ebenen Träger können auch gekrümmte Träger, z.B. Linsenoberflächen, verwendet werden. Außerdem können die beiden Teilelemente 110 und 112 aus unterschied- liehen Materialien bestehen oder Träger haben, die aus einem anderen Material als die BeugungsStrukturen bestehen. Ferner können sich, anders als bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, die beiden Teilelemente 110 und 112 auch durch die Profiltiefe unterscheiden. Diffraktive opti- sehe Elemente mit übereinander angeordneten, allerdings nur klassisch geblazeten Teilelementen sind an sich aus der EP 0 965 864 A2 bekannt. Figur 5 zeigt in schematischer, nicht maßstäblicher Darstellung ein weiteres, mit 200 bezeichnetes Ausführungsbei- spiel eines diffraktiven optischen Elements in Draufsicht. Bei dem diffraktiven optischen Element 200 handelt es sich um eine Fresnel-Linse, bei der die Gitterkonstante g mit zunehmendem Abstand von der Mitte des Elements 200 abnimmt. In Figur 5 ist dies durch die nach außen dichter werdenden Kreislinien angedeutet. Die Fresnel-Linse 200 kann z.B. zum Einbau in ein Projektionsobj ktiv einer mikrolithogra- phischen Pro ektionsbelicϊitungsanlage bestimmt sein.
Ein Ausschnitt VI aus der Draufsicht aus Figur 5 ist in Figur 6 vergrößert dargestellt. Darin ist ein in der Nähe des U fangs 34 liegender Bereich B"n-ι zu erkennen, in dem die Beugungsstrukturen 218 binär geblazet sind. Die Unterstruk- turen 226 sind hier nicht als Stege, sondern als Pfeiler mit quadratischer Grundfläche ausgeführt. In dem zur Mitte des Elements 200 hin benachbarten Bereich B"n haben die Beugungsstrukturen 216 wieder die klassische Rampenform.

Claims

Patentansprüche
1. Geblazetes diffraktives optisches Element mit einem Träger (14) und mehreren geblazeten BeugungsStrukturen
(16, 18, 18'; 216, 218), die im Abstand einer lokal variierenden Gitterkonstante (gn-2, gn-iΛ gn gn+ι) auf dem Träger (14) aufgebracht sind, wobei in einem ersten Bereich (Bn, Bn+ι;" B'n_2, B'n-x; B"n) die Beugungsstrukturen (16; 21(6) ein zumindest annähernd rampenförmiges Profil haben,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem zweiten Bereich (Bn_2, Bn-ι; B'n, B'n+ι; B"n-ι) die Beugungsstrukuren (18; 218) durch Aufteilung in Unterstrukturen (26; 26'; 226) binär geblazet sind.
2. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstrukturen (26; 26'; 226) pfei- ler- oder stegförmig sind.
3. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Bereich (Bn-2, Bn-ι; B"n_ι) die Beugungsstrukturen (18; 218) eine kleinere Gitterkonstante (gn-ι, gn-2) haben als in dem ersten Bereich (Bn/ Bn+ι; B"n) .
4. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem er- sten Bereich (Bn, Bn+ι) und dem zweiten Bereich (Bn_ι) ein Zwischenbereich (B2) mit wenigstens einer binär geblazeten Beugungsstruktur (18') angeordnet ist, die so ausgelegt ist, daß in dem Zwischenbereich (Bz) die Beugungseffizienz gegenüber derjenigen bei optimaler Auslegung verringert ist .
5. Optisches Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß*, in dem Zwischenbereich (Bz) die Beugungseffizienz zwischen derjenigen des ersten (Bn, Bn+ι) und derjenigen des zweiten Bereichs (Bn-ι) liegt.
6. Pro ektionsobjektiv für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einem optischen Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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