WO2004102273A2 - Beleuchtungssystem mit axikon-modul - Google Patents

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WO2004102273A2
WO2004102273A2 PCT/EP2004/004004 EP2004004004W WO2004102273A2 WO 2004102273 A2 WO2004102273 A2 WO 2004102273A2 EP 2004004004 W EP2004004004 W EP 2004004004W WO 2004102273 A2 WO2004102273 A2 WO 2004102273A2
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polarization
axicon
lighting system
rays
influencing
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PCT/EP2004/004004
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Jörg SCHULTZ
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70091—Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
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    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70566—Polarisation control

Definitions

  • the invention relates to an illumination system for a microlithography projection exposure system with an axicon module.
  • the axicon module has a first axicon element with a first axicon surface and a second axicon element assigned to the first axicon element with a second axicon surface. If the two axicon surfaces are arranged at a distance along an optical axis, the axicon module generates an illumination distribution with a central intensity minimum.
  • the axicon module is usually arranged in the lighting system such that the exit pupil of the lighting system has the illumination with the central intensity minimum.
  • Annular illumination is created with conical axicon surfaces.
  • the diameter of the annular illumination can be changed by changing the distance between the two axicon elements. If the axicon surfaces are each formed from individual segments that are arranged pyramidally, that is to say form the roof of a multi-sided pyramid, multipole illumination is generated. Quadrupole illumination, which is often used in lithography, is created in four segments. In the case of multipole illumination, too, the distance of the illuminated areas from the optical axis can be changed by changing the distance between the two pyramidal axicon elements.
  • the lithographic transfer of a mask structure to the substrate to be exposed can be optimized by varying the illumination distribution in the exit pupil of an illumination system for microlithography projection exposure systems.
  • the two axicon surfaces of the axicon elements assigned to one another are generally concave-convex or convex-convex.
  • EP 0949 541 also discloses pairs of axicon elements arranged one behind the other with conical and pyramidal axicon surfaces. The distance between the axicon elements can be changed in each case.
  • an illumination system for a microlithography projection exposure system with an axicon module is known. Furthermore, the lighting system has a polarization-influencing optical element in order to polarize rays radially to the optical axis of the lighting system. In the exemplary embodiment shown in FIG. 5, however, the polarization-influencing optical element is arranged only after the axicon module. The rays with the polarization state specified by the light source thus strike the axicon surfaces. As a rule, the lasers used in microlithography at DUV wavelengths generate linearly polarized light.
  • the polarization-influencing optical element is preferably only arranged after the last asymmetrical element such as, for example, deflection mirrors or polarization beam splitter layers. Otherwise the radial polarization, which is desired for the optimal coupling of the beams into the resist of the wafer, is lost again.
  • DE 100 10 131 US 2001/0019404
  • DE 195 35 392 US 6,191,880
  • the polarization-influencing optical element is arranged only after the axicon module.
  • the rays with the polarization state predetermined by the light source thus strike the axicon surfaces.
  • the polarization-influencing optical element generates tangential polarization in DE 100 10 131.
  • the tangential polarization of the beams improves the two-beam interference in the formation of the image.
  • the light sources used in microlithography projection exposure systems generally generate linearly polarized or unpolarized light. This then hits the axicon surfaces of the axicon module.
  • the axicon surfaces have optical surfaces which are inclined with respect to the optical axis. This results in reflection losses on the axicon surfaces that are dependent on the polarization state of the rays, as will be explained in the following.
  • the polarization component the electrical vector of which oscillates parallel to the plane of incidence of a beam
  • the polarization component the electric E-field vector of which oscillates perpendicular to the plane of incidence of a beam
  • An axicon module is considered, which is arranged along an optical axis running in the z direction.
  • the axicon surfaces each consist of four segments of a pyramid structure that are inclined at the Brewster angle.
  • the pyramid structure is oriented in the xy direction.
  • the axicon surfaces should not have an anti-reflective coating.
  • the incident rays are linearly polarized in the y direction.
  • the rays are now reflected or refracted at the axicon surfaces according to the Fresnel formulas depending on the polarization.
  • the p-polarized rays are refracted on the segments of the axicon surfaces arranged in the positive and negative y-direction without reflection losses, while the s-polarized rays suffer reflection losses on the segments of the axicon surfaces arranged in the positive and negative x-direction.
  • the intensity distribution is therefore non-uniform according to the axicon module and is greater in the quadrants arranged along the y-axis than in the quadrants arranged along the x-axis.
  • the individual illuminated areas thus have different overall intensities.
  • the object of the invention is therefore to provide a lighting system in which the rays pass through the axicon module with minimal intensity losses.
  • the polarization-influencing optical element is therefore arranged in front of the axicon module in the direction of light.
  • the polarization-influencing optical element is constructed in such a way that the rays are approximately perpendicular or parallel to the plane of incidence of the rays with respect to the
  • Axicon surfaces are polarized.
  • the plane of incidence of a beam is spanned by the beam and the surface noraial at the point of impact of the beam on the axicon surface.
  • This adjustment of the polarization state ensures that all rays are refracted approximately without changing the polarization state on the axicon surfaces. If reflection losses occur, they are the same size for all rays.
  • Various polarization-influencing optical elements in order to suitably adapt the polarization state of a beam are known from DE 195 35 392 (US 6,191,880) or DE 101 24 803 (US 2002/176166), the disclosure of which with respect to the structure of polarization-influencing optical elements is fully disclosed in the present application is included.
  • the grid arrangement disclosed in DE 195 35 392 with half-wave plates ( ⁇ / 2 plate), the reflection polarizer with a truncated-cone-shaped polarizing surface or a combination of a voltage birefringence quarter wave plate and a radial pressure stress can be used circular birefringent 45 ° rotating plate are used.
  • the first polarization-influencing optical element consists, for example, of a plane-parallel plate made of anisotropic, optically uniaxial crystal, the crystal axis of which is essentially perpendicular to the plane-parallel plate surfaces.
  • deflecting structures with coordinated deflection properties are formed on the entry side and the exit side of the plate.
  • Orientation and the structure of the deflecting structures determine the angles at which the incident rays pass through the birefringent crystal.
  • the polarization components of a beam that are perpendicular to one another suffer an optical path difference. This allows the state of polarization of the rays striking the individual structures to be influenced in a targeted manner.
  • the polarization-influencing optical element can consist of a grid arrangement of birefringent elements made of anisotropic crystal.
  • the crystal axes of the individual elements are arranged skew to the optical axis. Due to the orientation of the crystal axes, the
  • Polarization state of the rays within the individual elements can be influenced in a targeted manner. Further optical elements can also be arranged between the first polarization-influencing optical element and the first axicon element, provided that these largely leave the polarization state of the beams unaffected.
  • the beams are polarized radially or tangentially when they hit the axicon surfaces.
  • the beams are always polarized parallel or perpendicular to the plane of incidence of the beams.
  • radial polarization has the advantage that the rays are almost 100% refracted even without an anti-reflective coating on the axicon surfaces if the rays hit the axicon surfaces at the Brewster angle.
  • a suitable anti-reflective coating is advantageous for tangential polarization.
  • the axicon surfaces consist of several normally flat segments that are arranged pyramidally.
  • the number of segments corresponds to the number of poles or the illuminated areas. Due to the pyramid shape, the segments are each inclined about tilt axes perpendicular to the optical axis.
  • the direction of the maximum area gradient of each segment usually runs through the pyramid tip and the center of the respective segment. If you were to draw contour lines on the pyramidal axicon surface, the direction of the maximum surface gradient would be perpendicular to the contour lines. It is advantageous if the beams are linearly polarized either parallel or perpendicular to a plane which is perpendicular to the respective segment surface and contains the direction of the maximum surface gradient.
  • An axicon module can simultaneously have axicon elements with conical and pyramidal axicon surfaces, which are connected in series. To change the lighting distribution after the axicon module, it is advantageous if the distance of the axicon elements along the optical axis can be changed by moving or exchanging the axicon elements.
  • Raster arrangements of half-wave plates are particularly favorable as polarization-influencing optical elements, since they change the polarization state almost without loss and can be arranged in a space-saving manner. If the rays striking the raster arrangement are linearly polarized, the main axes should be oriented in the direction of the bisector between the polarization direction of the incident rays and the desired polarization direction of the emerging rays. In the case of conical axicon surfaces, it is advantageous if the number of grid elements is large, for example 10 to 10 2 . This allows the radial or tangential polarization to be set with sufficient accuracy.
  • Raster elements can be hexagonal or have a fan-like sector division.
  • the number of grid elements can correspond to the number of segments.
  • a raster arrangement with four half-wave plates is therefore sufficient. This is because in the case of pyramidal axicon surfaces, the planes of incidence run parallel for a segment and therefore the same polarization influence is required for all rays that strike a segment.
  • pyramidal axicon flat rays which are linearly polarized parallel to one direction, with a few half-wave plates they can be converted into rays which then hit the following segments with the state of polarization according to the invention.
  • the grid arrangement made of half-wave plates has the further advantage that it can be optically seamlessly attached to the axicon element, in particular it can be opened. This eliminates lossy interfaces. Since half-wave plates, for example if they are made of magnesium fluoride and are to be operated in zero order, are very thin, they can be stabilized by starting. Calcium fluoride oriented in the ⁇ 110> crystal direction can also be used as the material for the half-wave plates.
  • the grid arrangement of half-wave plates works particularly effectively when the beams in front of the grid arrangement are linearly polarized parallel to a direction which is perpendicular to the optical axis of the lighting system. Then the suitably oriented half-wave plates only have to rotate the polarization state in the desired direction. This is done almost without loss of intensity.
  • the laser light sources often used in microlithography projection exposure systems already generate largely linearly polarized light. Unpolarized light can be suitably linearly polarized with polarization filters.
  • a suitably oriented quarter-wave plate ( ⁇ / 4 plate) should be arranged in front of the half-wave plate raster arrangement.
  • a further polarization-influencing optical element follows after the axicon module, which generates a predetermined polarization distribution.
  • This polarization distribution is adapted to the polarization-optical properties of the subsequent optical elements.
  • the beams are each linearly polarized with respect to a direction perpendicular to an optical axis. It is optimal to change the polarization state of the rays parallel to the respective plane of incidence.
  • the beams should also be linearly polarized parallel to a preferred direction.
  • the beams are polarized tangentially to the optical axis.
  • the beams hit the structure to be imaged in a circularly polarized manner.
  • the second polarization-influencing optical element it is possible to achieve that the rays each have an optimal polarization state for the efficiency and the optical properties of the system.
  • Elements can also be used for the second polarization-influencing optical element, as are known from DE 195 35 392 (US 6,191,880) or DE 101 24 803 (US 2002/176166).
  • a grid arrangement of half-wave plates, the main axes of which are suitably oriented, is particularly favorable. If a circular polarization distribution is to be generated with the second polarization-influencing optical element, this can be achieved by arranging a quarter-wave plate according to the grid arrangement with half-wave plates.
  • This grid arrangement can then advantageously be optically seamlessly joined to the second axicon element, in particular blown onto it.
  • Additional optical elements can also be arranged between the second axicon element and the second polarization-influencing optical element, provided that these largely leave the polarization state of the beams unaffected.
  • the two polarization-influencing elements can also be arranged and configured such that each beam after the second polarization-influencing element has approximately the same polarization state as the same beam before the first polarization-influencing element. This ensures that the polarization state of the beams is not influenced by the axicon module while the transmission efficiency is high. This means that polarization-maintaining lighting systems are also possible when using Axikon modules.
  • Such lighting systems can advantageously be used in microlithography projection exposure systems which, based on the light source, have an inventive lighting system, a mask positioning system, a structure wearing mask, a projection lens, an object positioning system and a light sensitive substrate.
  • mil ⁇ osl-structured semiconductor components can be produced.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an illumination system with an axicon module with axicon elements pushed apart;
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the lighting system of FIG. 1 with axicon elements pushed together;
  • Figure 3 shows a schematic representation of the polarization distribution
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of a polarization-influencing optical element
  • Figure 5 shows a schematic representation of the polarization distribution for a
  • FIG. 6 shows a second exemplary embodiment of a lighting system with a zoom axicon module
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment for a polarization-influencing optical element
  • Figure 8 shows a schematic representation of the polarization distribution for a
  • Figure 9 shows a third embodiment of a lighting system with a
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a third exemplary embodiment of a polarization-influencing optical element
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a microlithography projection exposure system.
  • FIG. 1 shows the axicon module 3 and the two polarization-influencing elements 15 and 17 of the illumination system 1.
  • the illumination system 1 generally has further optical elements that are described in connection with FIG. 11.
  • the axicon module 3 consists of the two axicon elements 5 and 7, which have the axicon surfaces 11 and 13.
  • the axicon surface 11 is concave and has a diverting effect on the rays 19, while the axicon surface 13 is convex and has a collecting effect on the rays 19.
  • the axicon surfaces 11 and 13 have a conical surface shape.
  • the optical surfaces of the axicon module are designed such that rays 19 parallel to the optical axis after the axicon module 3 again run parallel to the optical axis.
  • the surfaces of the axicon elements 5 and 7 arranged opposite the axicon surfaces 11 and 13 are flat. However, they can also be curved, as is the case with the axicon module in DE 4421 053.
  • the angle of inclination of the two axicon surfaces 11 and 13 to the optical axis OA is 60 °.
  • the axicon elements 5 and 7 consist of calcium fluoride in ⁇ 100> or ⁇ 11 l> orientation, which has a refractive index of 1.55 at a wavelength of 157 nm.
  • the Brewster angle is thus 57.2 °.
  • the rays 19 thus fall on the axicon surfaces 11 and 13 almost at the Brewster angle.
  • the polarization-influencing optical element 15 is arranged in front of the axicon module 3, and the polarization-influencing optical element 17 is arranged after the axicon module 3. Their operation is explained in connection with Figures 3 to 5.
  • Figure 2 shows the lighting system 1 of Figure 1 in a different state.
  • the two axicon elements 5 and 7 are at a minimum distance.
  • the axicon module 3 thereby acts approximately like a plane-parallel plate and leaves the course of the rays 19 almost unaffected.
  • the rays 19, which strike the polarization-influencing optical element 15, are linearly polarized in the y-direction. This is shown in Figure 3.
  • the extension 321 of the tufts all have the E-field vectors 323 of the rays shown in the y-direction. This polarization distribution typically results when a laser light source is used to generate the beams.
  • the polarization-influencing optical element 15 is now constructed and arranged such that the rays 19 are polarized radially to the optical axis OA after passing through the polarization-influencing optical element 15.
  • a raster plate made of half-wave plates can be used as the polarization-optical element 15, as is shown in FIG. 1 a of DE 195 35 392.
  • FIG. 4 Another embodiment of the polarization-optical element 15 is shown in FIG. 4.
  • the polarization-optical element 15 consists of the raster plate 425 with individual half-wave plates 427.
  • the main axes 429 of the half-wave plates 427 are oriented such that in the direction of the bisector between the original polarization direction oriented in the y direction and the respective polarization direction oriented radially to the optical axis point.
  • the raster arrangement 425 consists of 12 half-wave plates 427.
  • the number of individual half-wave plates 427 can also be increased in order to be able to set the radial polarization distribution as well as possible.
  • Calcium fluoride in the ⁇ 110> orientation can be used as the material for the half-wave plate.
  • the half-wave plate With an intrinsic birefringence of 10 nm / cm at a wavelength of 157 nm, the half-wave plate is 78.5 mm thick.
  • a corresponding zero-order half-wave plate for 157 nm made of magnesium fluoride has a thickness of only 11 ⁇ m.
  • the half-wave plate can due to the small Angular variance can also be operated in a higher order. In the twentieth order, the half-wave plate then has a thickness of approximately 0.44 mm.
  • FIG. 5 now shows the polarization distribution which the beams 19 have after the polarization-optical element 15.
  • the E-field vectors 523 are oriented radially to the optical axis OA. It is thereby achieved that the E-field vectors are each oriented parallel to the plane of incidence of the rays 19 on the conical axicon surfaces 11 and 13 in the axicon module 3 of FIG. 1. This results in minimal reflection losses at the axicon surfaces 11 and 13.
  • the state of polarization is not changed during the refraction at the two axicon surfaces 11 and 13. Without the polarization-influencing optical element 15, the light beams 19 would hit the axicon surfaces 11 and 13 in a linearly polarized manner.
  • reflection losses would occur and the state of polarization would be changed.
  • a further polarization-influencing element 17 is arranged after the axicon module 3. This is arranged and constructed in such a way that the radial polarization distribution is converted into a linear polarization distribution. So that the E-field vectors of the beams 19 point in the y direction again, the polarization-influencing optical element 17 is constructed in the same way as the polarization-influencing element 15. It again consists, for example, of a raster arrangement of half-wave plates, as shown in FIG. 1a of DE 195 35 392 registration is shown. Of course, the raster arrangement of FIG. 4 can also be used as a further polarization-influencing optical element 17.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment for an illumination system 601.
  • the polarization-influencing optical elements 615 and 617 are optically seamlessly connected to the axicon elements 605 and 607 in this case. This is possible, for example, by starting.
  • the elements in FIG. 6 corresponding to the elements in FIG. 1 have the same reference numerals as in FIG. 1, increased by the number 600. For a description of these elements, reference is made to the description of FIG.
  • this arrangement is advantageous if magnesium fluoride, which is used as material for the half-wave plates, is used
  • Wavelengths in the deep UV range only have a small thickness in order to produce the ⁇ / 2 effect. Since a half-wave plate for 157 nm made of magnesium fluoride is only a few ⁇ m to 1 mm thick, the problem of stable storage can be solved by cracking onto the axicon elements.
  • the axicon surfaces 11 and 13, or 611 and 613 have a pyramidal shape.
  • the axicon surfaces consist of 4 pyramidally arranged flat segments. The angle of inclination of the segments to the optical axis OA is again 60 °.
  • Calcium fluoride can be used as the material for the axicon elements.
  • FIG. 7 now shows a second embodiment for a polarization-influencing optical element, such as is used in connection with pyramid-shaped axicon elements, which generate a total of 4 illuminated areas along the x and y axes symmetrically to the optical axis OA.
  • the polarization-influencing optical element consists of a raster arrangement 725 of 4 half-wave plates 727, which are arranged along the y- or x-axis.
  • the main axes 729 of the half-wave plates 727 are oriented in such a way that in the direction of the bisector of the angle between the originally oriented in the y direction Field vectors and have a direction that results as the intersection between the half-wave plate and a plane that is perpendicular to the segment assigned to the relevant half-wave plate and contains the direction of the maximum surface gradient of this segment.
  • FIG. 8 shows the polarization distribution within the bundle of rays 821 after the polarization-influencing element shown in FIG. 7.
  • the E-field vectors 823 are each oriented parallel to the plane of incidence of the rays on the axicon surfaces. Since the segments are flat, the planes of incidence for rays that hit the same segment are parallel to one another. They are parallel to a plane that is perpendicular to the segment and contains the direction of the maximum surface gradient of this segment.
  • the raster arrangement 725 shown in FIG. 7 can be arranged again as an optical element influencing the polarization after the axicon module.
  • FIG. 9 shows a third exemplary embodiment of a lighting system 901.
  • the axicon module 903 is shown together with the optical ones that influence polarization
  • the axicon module 903 consists of the axicon elements 905 and 907 with the conical axicon surfaces 911 and 913, and the axicon elements 931 and 933 with the pyramidal axicon surfaces 935 and 937.
  • this axicon module 903 as is similar in construction FIG. 8 of EP 0 949 541 describes a variable annular lighting and / or a variable multipole lighting.
  • the rays 919 should be linearly polarized in the y direction before they strike the polarization-influencing optical element 915, as is shown in FIG. 3 is shown.
  • the polarization-influencing optical element 915 consists of a raster arrangement of half-wave plates, as shown in FIG.
  • the rays 919 are radially polarized, as shown in FIG. 5, and pass through the conical axicon elements 905 and 907 with minimal reflection losses.
  • An exemplary embodiment of the polarization-influencing optical element 939 is shown in FIG.
  • the polarization-influencing element 939 consists of a raster arrangement 1025 composed of individual half-wave plates 1027.
  • the main axes 1029 of the individual half-wave plates 1027 are oriented such that they are in the direction of the bisector between the radially oriented E-field vectors of the rays 919 and those through the pyramidal Shape of the axicon surfaces 935 and 937 specified
  • the distribution of the E-field vectors point The distribution of the E-field vectors after the polarization-influencing optical element 939 is shown, for example, in FIG. 8.
  • the rays 919 are thus each linearly polarized parallel to the plane of incidence when they strike the pyramidal axicon surfaces 935 and 937.
  • the polarization-influencing optical element 917 again generates a linear polarization distribution oriented in the y direction.
  • the polarization-influencing optical element 917 consists, for example, of a raster arrangement of 4 half-wave plates, as shown in FIG. It is thus possible, even when conical and pyramidal axicon elements are connected in series, to maintain the polarization state of rays without loss of intensity.
  • the polarization-influencing optical element 15 or 615 or 915 has a quarter-wave plate which is arranged in the light direction in front of the grid arrangement of half-wave plates.
  • the main axis of the quarter-wave plate is at 45 ° to the y direction.
  • the polarization-influencing optical element 17 or 617 or 917 has a quarter-wave plate which is arranged in the light direction after the grid arrangement of half-wave plates.
  • the main axis of the quarter-wave plate is at 45 ° to the y direction.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a microlithography projection exposure system 1100 with the light source unit 1101, the illumination system 1143, the structure-bearing mask 1129, the projection objective 1131 and the substrate 1141 to be exposed.
  • the light source unit 1101 comprises a DUV or VUV laser as the light source, for example an ArF laser for 193 nm, an F 2 laser for 157 nm, an Ar 2 laser for 126 nm or a Ne 2 laser for 109 nm, and beam shaping optics which generate a parallel light bundle.
  • the rays of the light bundle are linearly polarized parallel to the y-direction, which is perpendicular to the optical axis OA.
  • the lighting system 1143 comprises the components 1103 to 1128.
  • the basic structure of the lighting system 1143 is described in DE 195 29 563 (US 6,258,443).
  • the parallel light bundle strikes the divergence-increasing optical element 1103.
  • a raster plate made of diffractive or refractive raster elements can, for example, be used as the divergence-increasing optical element 1103.
  • Each raster element generates a bundle of rays, the angular distribution of which is determined by the extent and focal length of the raster element.
  • the grid plate is located in the object plane of a subsequent lens 1105 or in the vicinity thereof.
  • Lens 1105 is a zoom lens that creates a parallel bundle of light with a variable diameter.
  • the parallel bundle of light is directed onto an optical unit 1109 by the deflecting mirror 1107, which is tilted about the x-axis.
  • the direction of the x-axis is retained by the deflecting mirror, while the y-axis is still perpendicular to the optical axis OA.
  • the optical unit 1109 consists of an axicon module and suitably adapted polarization-influencing elements.
  • the optical unit 1109 is known from FIG. 9. For a more detailed explanation, reference is made to the description of FIG. 9.
  • the zoom lens 1105 and the optical unit 1109 generate a conventional illumination with a small or large illumination diameter in the aperture plane 1111, optionally with closed axicon elements, depending on the state of the zoom lens 1105.
  • the external shape of the lighting depends on the shape of the raster elements of the divergence-increasing optical element 1103.
  • the light in the diaphragm plane 1111 is linearly polarized in the y-direction by the correspondingly adapted polarization-influencing elements in the optical unit 1109.
  • the optical unit known from FIG. 1 or 6 can also be used.
  • a further divergence-increasing optical element 1113 which is, for example, a grid plate made of diffractive or refractive grid elements.
  • the angular distribution generated by the grid elements is adapted to the entry surface of a subsequent glass rod 1117.
  • the angular distribution generated by the divergence-increasing optical element 1113 is transformed by the coupling optics 1115 into a field distribution on the entry surface of the glass rod 1117.
  • the glass rod 1117 is followed by an optical delay system 1119, which interchanges two polarization states that are orthogonal to one another.
  • the optical delay system 1119 is followed by a further glass rod 1121, which has the same dimensions as the glass rod 1117.
  • the arrangement of the optical delay system between the two glass rods ensures that the light beams are guided through the two glass rods to maintain polarization.
  • the glass rod 1121 is followed by a reticle masking system (REMA) 1123, which is imaged onto the structure-bearing mask (reticle) 1129 by a REMA lens 1125 and thereby delimits the illuminated area on the reticle 1129.
  • the REMA objective 1125 comprises a deflection mirror 1127 which is tilted about the x axis. The direction of the x-axis is retained by the deflecting mirror, while the y-axis is still perpendicular to the optical axis OA.
  • the before Quarter wave plate 1128 arranged in reticle 1129 produces a circular polarization distribution.
  • the reticle 1129 is imaged onto the wafer 1141 using the catadioptric objective 1131.
  • the catadioptric objective 1131 comprises a polarization-optical beam splitter 1133, a quarter-wave plate 1136, a quarter-wave plate 1137, a concave mirror 1135, a deflection mirror 1138, a polarization-influencing optical element 1138 for generating tangential polarization and further optical elements.
  • Catadioptric projection objectives with polarization-optical beam splitter are known for example from EP 1 227 354 (US 2002/167737) or US 6,522,483.
  • the polarization-optical beam splitter layer of the beam splitter 1133 and the deflection mirror 1138 are each tilted about the x-axis. The orientation of the x-axis is retained, while the y-axis is perpendicular to the optical axis OA.
  • Exemplary embodiments for the polarization-influencing optical element 1139 are given in DE 100 10 131 (US Ser. No. 09/797961). Both the reticle 1129 and the wafer 1141 have a suitable holding device which permits the exchange of the elements as well as the scanning movement of the elements.
  • Deflecting mirrors 1107, 1127 and 1138 For a loss-free reflection on the deflecting mirrors 1107, 1127 and 1138 it is necessary that the beams are linearly polarized parallel to the plane of incidence, ie in each case in the y-direction.
  • the lighting system in the optical unit 1109 has axicon elements for which it is advantageous if the polarization distribution is oriented tangentially or radially to the optical axis.
  • the glass rods 1117 and 1121 can also change the polarization state of the rays due to the birefringent properties of the glass materials.
  • the rays on the reticle are not diffracted depending on the structure, it is advantageous if the rays on the reticle are circularly polarized.
  • the polarization distribution of the beams must also be suitably adapted on the polarization-optical beam splitter 1133. So must the rays are s-polarized to be reflected and p-polarized to be transmitted.
  • it is advantageous for lithographic imaging if the rays are tangentially polarized before they come into interference in the image plane of the projection objective.
  • the microlithography projection exposure system 1100 now has additional polarization-influencing optical elements in order to suitably adapt the polarization distribution of the beams to the respective requirements.
  • the means presented influence the polarization distribution of the beams almost without loss.
  • the linear polarization direction of the light source unit 1101 is oriented such that the light beams are linearly polarized parallel to the y direction.
  • the beams are polarized parallel to the respective plane of incidence on the deflection mirror 1107.
  • the polarization-influencing optical elements in the optical unit 1109 are adapted in such a way that the rays pass the axicon elements with as little loss as possible and then hit the diaphragm plane 1111 in a linearly polarized manner in the y direction.
  • the optical delay system 1119 is arranged between the two glass rods 1117 and 1121, which ensures that the beams at the output of the glass rod 1121 are again linearly polarized in the y direction. As a result, the light beams hit the deflection mirror 1127 again with the ideal polarization direction. Since the beams hit the reticle 1129 in a circularly polarized manner due to the quarter-wave plate 1128, the structures of the reticle are imaged almost independently of orientation. Through the quarter wave plate 1136, the beams are s-polarized with respect to the beam splitter surface of the polarization-optical beam splitter 1133.
  • the rays Due to the double passage of the rays through the quarter-wave plate 1137, the rays are p-polarized when they strike the beam splitter surface of the polarization-optical beam splitter 1133 for the second time and are thus transmitted.
  • the polarization-influencing device 1139 is used to generate a tangential polarization distribution from the linear polarization distribution in order to improve the two-beam interference.

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Abstract

Beleuchtungssystem (1) für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Axikon-Modul (3) zur Erzeugung einer Beleuchtungsverteilung mit einem zentralen Intensitätsminimum. Das Axikon-Modul (3) weist ein erstes Axikonelement (5) mit einer ersten Axikonfläche (11) und ein dem ersten Axikonelement (5) zugeordnetes zweites Axikonelement (7) mit einer zweiten Axikonfläche (13) auf. Das Beleuchtungssystem (1) weist weiterhin ein erstes polarisationsbeeinflussendes optisches Element (15) auf, welches in Lichtrichtung vor dem ersten Axikonelement (5) angeordnet ist und derart aufgebaut ist, dass auf die Axikonflächen (11, 13) treffende Strahlen (19) annähernd senkrecht oder annähernd parallel zur jeweiligen Einfallsebene der Strahlen (19) polarisiert sind.

Description

Beschreibung:
Beleuchtungssvstem mit Axikon-Modul
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage mit einem Axikon-Modul.
Derartige Beleuchtungssysteme sind beispielsweise aus DE 4421 053 (US 5,675,401) oder DE 195 20 563 (6,258,443) bekannt. Insbesondere die in DE 44 21 053 (US 5,675,401) angegebenen Referenzen geben bekannte Axikon-Module in Beleuchtungssystemen an. Das Axikon-Modul weist dabei ein erstes Axikonelement mit einer ersten Axikonflache und ein dem ersten Axikonelement zugeordnetes zweites Axikonelement mit einer zweiten Axikonflache auf. Wenn die beiden Axikonflachen entlang einer optischen Achse mit Abstand angeordnet sind, erzeugt das Axikon-Modul eine Beleuchtungsverteilung mit einem zentralen Intensitätsminimum. Das Axikon-Modul ist in dem Beleuchtungssystem in der Regel so angeordnet, dass die Austrittspupille des Beleuchtungssystems die Ausleuchtung mit dem zentralen Intensitätsminimum aufweist. Bei konischen Axikonflachen entsteht eine annulare Beleuchtung. Durch Verändern des Abstandes der beiden Axikonelemente kann der Durchmesser der annularen Beleuchtung geändert werden. Werden die Axikonflachen jeweils aus einzelnen Segmenten gebildet, die pyramidal angeordnet sind, also sozusagen das Dach einer mehrseitigen Pyramide bilden, so wird eine Multipol-Beleuchtung erzeugt. Bei vier Segmenten entsteht die in der Lithographie häufig eingesetzte Quadrupol-Beleuchtung. Auch bei der Multipolbeleuchtung kann durch Verändern des Abstandes der beiden pyramidalen Axikonelemente der Abstand der beleuchteten Bereiche von der optischen Achse verändert werden. Durch Variieren der Beleuchtungsverteilung in der Austrittspupille eines Beleuchtungssystems für Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen kann die lithographische Übertragung einer Maskenstruktur auf das zu belichtende Substrat optimiert werden. Die beiden Axikonflachen der einander zugeordneten Axikonelemente sind in der Regel konkav- konvex oder konvex -konvex. Aus EP 0949 541 sind auch hintereinander angeordnete Paare von Axikonelementen mit konischen und mit pyramidalen Axikonflachen bekannt. Der Abstand der Axikonelemente ist dabei jeweils veränderbar.
Aus DE 195 35 392 (US 6,191,880) ist ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Axikon-Modul bekannt. Desweiteren weist das Beleuchtungssystem ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element auf, um Strahlen radial zur optischen Achse des Beleuchtungssystems zu polarisieren. Das polarisationsbeeinflussende optische Element ist jedoch in dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel erst nach dem Axikon-Modul angeordnet. Damit treffen die Strahlen mit dem von der Lichtquelle vorgegebenen Polarisationszustand auf die Axikonflachen. In der Regel erzeugen die in der Mikrolithographie bei DUV-Wellenlängen eingesetzten Laser linear polarisiertes Licht. Gemäß DE 195 35 392 ist das polarisationsbeeinflussende optische Element vorzugsweise erst nach dem letzten asymmetrischen Element wie beispielsweise Umlenkspiegel oder Polarisationsstrahlteilerschichten angeordnet. Andernfalls geht die radiale Polarisation wieder verloren, die für die optimale Einkopplung der Strahlen in den Resist des Wafers gewünscht wird.
Aus DE 100 10 131 (US 2001/0019404) ist ein ähnliches Beleuchtungssystem wie aus DE 195 35 392 (US 6,191,880) bekannt. Das polarisationsbeeinflussende optische Element ist auch in diesem Fall erst nach dem Axikon-Modul angeordnet. Damit treffen auch im Beleuchtungssystem der DE 100 10 131 die Strahlen mit dem von der Lichtquelle vorgegebenen Polarisationszustand auf die Axikonflachen. Das polarisationsbeeinflussende optische Element erzeugt in der DE 100 10 131 tangentiale Polarisation. Durch die tangentiale Polarisation der Strahlen wird die Zweistrahlinterferenz bei der Bildentstehung verbessert. Gemäß der Offenbarung in DE 100 10 131 ist es erforderlich, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element erst nach dem letzten asymmetrischen Element wie beispielsweise Umlenkspiegel oder Polarisationsstrahlteilerschichten angeordnet ist. Andernfalls geht die tangentiale Polarisation wieder verloren.
Die in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen verwendeten Lichtquellen erzeugen in der Regel linear polarisiertes oder unpolarisiertes Licht. Dieses trifft dann auf die Axikonflachen des Axikon-Moduls. Die Axikonflachen weisen bezüglich der optischen Achse geneigte optische Flächen auf. Dadurch entstehen an den Axikonflachen vom Polarisationszustand der Strahlen abhängige Reflexionsverluste, wie im folgenden erläutert wird. Die Polarisationskomponente, deren elektrischer Vektor parallel zur Einfallsebene eines Strahls schwingt, wird im folgenden als p-Komponente bezeichnet. Entsprechend wird die Polarisationskomponente, deren elektrischer E-Feld- Vektor senkrecht zur Einfallsebene eines Strahls schwingt, im folgenden als s-Komponente bezeichnet. Es wird ein Axikon-Modul betrachtet, das entlang einer in z-Richtung verlaufenden optischen Achse angeordnet ist. Die Axikonflachen bestehen aus jeweils vier Segmenten einer Pyramidenstruktur, die unter dem Brewsterwinkel geneigt sind. Die Pyramidenstruktur ist in x-y-Richtung ausgerichtet. Die Axikonflachen sollen keine Antireflex-Beschichtung aufweisen. Die einfallenden Strahlen seien in y-Richtung linear polarisiert. Die Strahlen werden nun an den Axikonflachen entsprechend den Fresnelschen Formeln polarisationsabhängig reflektiert, bzw. gebrochen. Die p-polarisierten Strahlen werden an den in positiver und negativer y-Richtung angeordneten Segmenten der Axikonflachen ohne Reflexionsverluste gebrochen, während die s-polarisierten Strahlen an den in positiver und negativer x-Richtung angeordneten Segmenten der Axikonflachen Reflexionsverluste erleiden. Dies führt dazu, dass nach dem Axikon-Modul die entlang der y- Achse auftreffenden Strahlen eine höhere Intensität aufweisen als die entlang der x- Achse auftreffenden Strahlen. Die Intensitätsverteilung ist somit nach dem Axikon-Modul ungleichmäßig und in den entlang der y- Achsen angeordneten Quadranten größer als in den entlang der x- Achse angeordneten Quadranten. Damit weisen die einzelnen beleuchteten Bereiche unterschiedlich große Gesamtintensitäten auf. Aber auch mit einer geeigneten Antireflex-Beschichtung oder mit einer Anpassung des Neigungswinkels der Axikonflachen entsteht aufgrund der polarisationsabhängigen Brechung/Reflektion eine ungleichmäßige Intensitätsverteilung. Dadurch werden beim Lithographie-Prozess Strukturen abhängig von ihrer Orientierung unterschiedlich abgebildet. Bei konischen Axikonflachen wird zudem auch der Polarisationszustand für Strahlen geändert, die nicht entlang der x- und der y- Achse auf die Axikonflachen treffen. Die Änderung des linearen Polarisationszustandes eines Strahles kann zu weiteren Verlusten an nachfolgenden Umlenkspiegeln oder polarisationsabhängigen Strahlteilerschichten führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Beleuchtungssystem anzugeben, bei dem die Strahlen mit minimalen Intensitätsverlusten durch das Axikon-Modul treten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Um die Reflektionsverluste an den Axikonflachen so gering wie möglich zu halten und Polarisationseffekte weitgehend zu minimieren, ist deshalb das polarisationsbeeinflussende optische Element in Lichtrichtung vor dem Axikon-Modul angeordnet. Das polarisationsbeeinflussende optische Element ist dabei derart aufgebaut, dass die Strahlen annähernd senkrecht oder parallel zur Einfallsebene der Strahlen bezüglich der
Axikonflachen polarisiert sind. Die Einfallsebene eines Strahls wird dabei durch den Strahl und die Flächennoraiale am Auftreffpunkt des Strahls auf der Axikonflache aufgespannt. Durch diese Anpassung des Polarisationszustandes wird erreicht, dass alle Strahlen näherungsweise ohne Änderung des Polarisationszustandes an den Axikonflachen gebrochen werden. Sofern Reflexionsverluste auftreten, sind diese für alle Strahlen gleich groß. Verschiedene polarisationsbeeinflussende optische Elemente, um den Polarisationszustand eines Strahls geeignet anzupassen, sind aus DE 195 35 392 (US 6,191,880) oder DE 101 24 803 (US 2002/176166) bekannt, deren Offenbarungsgehalt bezüglich des Aufbaus von polarisationsbeeinflussenden optischen Elementen vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird. Als erstes polarisationsbeeinflussendes optisches Element zur Erzeugung einer radialen Polarisationsverteilung kann die in DE 195 35 392 offenbarte Rasteranordnung mit Halbwellenplatten (λ/2-Platte), der Reflexionspolarisator mit kegelstumpftnantel-förmigen polarisierender Fläche oder eine Kombination einer unter radialer Druckspannung stehenden Spannungsdoppelbrechungs- Viertelwellenlängenplatte und einer zirkulär doppelbrechenden um 45° drehenden Platte zum Einsatz kommen.
Weitere Ausführungsformen für das erste polarisationsbeeinflussende optische Element können DE 101 24 803 (US 2002/176166) entnommen werden. Das erste polarisationsbeeinflussende optische Element besteht dabei beispielsweise aus einer planparallelen Platte aus anisotropem, optisch einachsigen Kristall, dessen Kristallachse im wesentlichen senkrecht zu den planparallelen Plattenoberflächen steht. Auf der Eintrittsseite und der Austrittsseite der Platte sind einander zugeordnete , ablenkende Strukturen mit aufeinander abgestimmten Ablenkeigenschaften ausgebildet. Durch die
Orientierung und den Aufbau der ablenkenden Strukturen werden die Winkel vorgegeben, unter denen die einfallenden Strahlen durch den doppelbrechenden Kristall laufen. Dabei erleiden die senkrecht aufeinanderstellenden Polarisationskomponenten eines Strahles einen optischen Wegunterschied. Dadurch lässt sich der Polarisationszustand der auf die einzelnen Strukturen treffenden Strahlen gezielt beeinflussen. Durch die parallele
Anordnung einer Vielzahl von Strukturen lassen sich beliebige Polarisationsverteilungen erzeugen. Alternativ kann das polarisationsbeeinflussende optische Element aus einer Rasteranordnung von doppelbrechenden Elementen aus anisotropem Kristall bestehen. Die Kristallachsen der einzelnen Elemente sind dabei windschief zur optischen Achse angeordnet. Durch die Orientierung der Kristallachsen kann individuell der
Polarisationszustand der Strahlen innerhalb der einzelnen Elemente gezielt beeinflusst werden. Zwischen dem ersten polarisationsbeeinflussenden optischen Element und dem ersten Axikonelement können auch weitere optische Elemente angeordnet sein, sofern diese den Polarisationszustand der Strahlen weitgehend unbeeinflusst lassen.
Bei konischen Axikonflachen zur Erzeugung einer annularen Beleuchtungsverteilung ist es günstig, wenn die Strahlen radial oder tangential polarisiert sind, wenn sie auf die Axikonflachen treffen. Dadurch sind die Strahlen immer parallel oder senkrecht zur Einfallsebene der Strahlen polarisiert. Die radiale Polarisation hat im Vergleich zur tangentialen Polarisation den Vorteil, dass die Strahlen auch ohne Antireflexbeschichtung der Axikonflachen zu nahezu 100% gebrochen werden, wenn die Strahlen unter dem Brewsterwinkel auf die Axikonflachen treffen. Bei tangentialer Polarisation ist eine geeignete Antireflex-Beschichtung von Vorteil.
Zur Erzeugung einer Multipol-Beleuchtung bestehen die Axikonflachen aus mehreren in der Regel planen Segmenten, die pyramidal angeordnet sind. Die Zahl der Segmente entspricht dabei der Anzahl der Pole, beziehungsweise der beleuchteten Bereiche. Auf Grund der Pyramidenform sind die Segmente jeweils um senkrecht zur optischen Achse stehenden Kippachsen geneigt. Die Richtung des maximalen Flächengradienten jedes Segments verläuft dabei in der Regel durch die Pyramidenspitze und die Mitte des jeweiligen Segments. Würde man auf der pyramidalen Axikonflache Höhenlinien einzeichnen, so würde die Richtung des maximalen Flächengradienten senkrecht zu den Höhenlinien verlaufen. Es ist günstig, wenn die Strahlen entweder parallel oder senkrecht zu einer Ebene linear polarisiert sind, die senkrecht auf der jeweiligen Segmentfläche steht und die Richtung des maximalen Flächengradienten enthält. Sind die Strahlen parallel zu dieser Ebene linear polarisiert, so ergibt sich selbst bei mangelhafter Antireflex- Beschichtung der Axikonflachen dennoch eine nahezu 100%-Transmission, wenn die Strahlen unter dem Brewsterwinkel auf die einzelnen Segmente treffen. Sind die Strahlen parallel zu dieser Ebene linear polarisiert, so sollten die Axikonflachen zusätzlich mit einer geeigneten Antireflex-Beschichtung beschichtet sein. Ein Axikon-Modul kann gleichzeitig Axikonelemente mit konischen und pyramidalen Axikonflachen aufweisen, die in Reihe geschaltet sind. Zur Veränderung der Beleuchtungsverteilung nach dem Axikon-Modul ist es günstig, wenn der Abstand der Axikonelemente entlang der optischen Achse durch Verschieben oder Tausch der Axikonelemente veränderbar ist.
Rasteranordnungen aus Halbwellenplatten, deren Hauptachsen geeignet orientiert sind, sind besonders günstig als polarisationsbeeinflussende optische Elemente, da sie den Polarisationszustand nahezu verlustfrei verändern und platzsparend angeordnet werden können. Sind die auf die Rasteranordnung auftreffenden Strahlen linear polarisiert, so sollten die Hauptachsen in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen der Polarisationsrichtung der einfallenden Strahlen und der gewünschten Polarisationsrichtung der austretenden Strahlen orientiert sein. Bei konischen Axikonflachen ist es günstig, wenn die Zahl der Rasterelemente groß ist, beispielsweise 10 bis 102. Dadurch lässt sich die radiale oder tangentiale Polarisation mit ausreichender Genauigkeit einstellen. Die
Rasterelemente können dabei hexagonal sein oder einer fächerartige Sektoreneinteilung aufweisen. Bei pyramidalen Axikonflachen kann die Zahl der Rasterelement der Zahl der Segmente entsprechen. Bei einer Axikonflache mit vier Segmenten zur Erzeugung einer Quadrupol-Beleuchtung ist somit eine Rasteranordnung mit vier Halbwellenplatten ausreichend. Dies liegt daran, dass bei pyramidalen Axikonflachen die Einfallsebenen für ein Segment parallel verlaufen und somit für alle Strahlen, die auf ein Segment treffen, die gleiche Polarisationsbeeinflussung erforderlich ist. Somit lassen sich gerade bei pyramidalen Axikonflachen Strahlen, welche parallel zu einer Richtung linear polarisiert sind, mit wenigen Halbwellenplatten in Strahlen umwandeln, welche dann mit dem erfindungsgemäßen Polarisationszustand auf die nachfolgenden Segmente treffen.
Die Rasteranordnung aus Halbwellenplatten hat den weiteren Vorteil, dass sie sich optisch nahtlos an das Axikonelement fügen, insbesondere ansprengen lässt. Dadurch entfallen verlustreiche Grenzflächen. Da Halbwellenplatten, wenn sie beispielsweise aus Magnesium-Fluorid sind und in nullter Ordnung betrieben werden sollen, sehr dünn sind, können sie durch das Ansprengen stabilisiert werden. Als Material für die Halbwellenplatten kann aber auch in <110>-Kristallrichtung orientiertes Kalzium-Fluorid eingesetzt werden.
Die Rasteranordnung aus Halbwellenplatten arbeitet dann besonders effektiv, wenn die Strahlen vor der Rasteranordnung parallel zu einer Richtung linear polarisiert sind, welche senkrecht auf der optischen Achse des Beleuchtungssystems steht. Dann müssen die geeignet orientierten Halbwellenplatten nur den Polarisationszustand in die gewünschte Richtung drehen. Dies erfolgt dabei nahezu intensitätsverlustfrei. Die in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen oftmals eingesetzten Laser-Lichtquellen erzeugen bereits weitgehend linear polarisiertes Licht. Unpolarisiertes Licht kann mit Polarisationsfiltern geeignet linear polarisiert werden. Bei zirkulär polarisierten Strahlen sollte vor der Rasteranordnung aus Halbwellenplatten eine geeignet orientierte Viertelwellenplatte (λ/4-Platte) angeordnet sein.
Für bestimmte Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn nach dem Axikon-Modul ein weiteres polarisationsbeeinflussendes optisches Element folgt, welches eine vorgegebene Polarisationsverteilung erzeugt. Diese Polarisationsverteilung ist dabei an die polarisationsoptischen Eigenschaften der nachfolgenden optischen Elemente angepasst. So ist es beispielsweise bei nachfolgenden planen Umlenkspiegeln oder Umlenkprismen günstig, wenn die Strahlen jeweils zu einer zu einer optischen Achse senkrecht stehenden Richtung linear polarisiert sind. Optimal ist es, den Polarisationszustand der Strahlen parallel zur jeweiligen Einfallsebene zu ändern. Bei nachfolgenden polarisationsoptischen Strahlteilerschichten sollten die Strahlen ebenfalls parallel zu einer Vorzugsrichtung linear polarisiert sein. Zur Optimierung der Zweistrahlinterferenz ist es günstig, wenn die Strahlen tangential zur optischen Achse polarisiert sind. Bei Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlagen ist es aber auch günstig, wenn die Strahlen zirkulär polarisiert auf die abzubildende Struktur treffen. Mit dem zweiten polarisationsbeeinflussenden optischen Element lässt sich erreichen, dass die Strahlen jeweils einen für die Effizienz und die optischen Eigenschaften des Systems optimalen Polarisationszustand aufweisen.
Auch für das zweite polarisationsbeeinflussende optische Element können Elemente eingesetzt werden, wie sie aus DE 195 35 392 (US 6,191,880) oder DE 101 24 803 (US 2002/176166) bekannt sind. Besonders günstig ist eine Rasteranordnung aus Halbwellenplatten, deren Hauptachsen geeignet orientiert sind. Soll mit dem zweiten polarisationsbeeinflussenden optischen Element eine zirkuläre Polarisationsverteilung erzeugt werden, so ist kann dies durch Anordnung einer Viertelwellenplatte nach der Rasteranordnung mit Halbwellenplatten erreicht werden.
Diese Rasteranordnung kann dann vorteilhafterweise optisch nahtlos an das zweite Axikonelement gefugt, insbesondere angesprengt sein.
Zwischen dem zweiten Axikonelement und dem zweiten polarisationsbeeinflussenden optischen Element können auch weitere optische Elemente angeordnet sein, sofern diese den Polarisationszustand der Strahlen weitgehend unbeeinflusst lassen.
Die beiden polarisationsbeeinflussenden Elemente können auch so angeordnet und ausgestaltet sein, dass jeder Strahl nach dem zweiten polarisationsbeeinflussenden Element annähernd den gleichen Polarisationszustand aufweist wie der gleiche Strahl vor dem ersten polarisationsbeeinflussenden Element aufgewiesen hat. Damit erreicht man, dass bei gleichzeitig hoher Transmissionseffizienz der Polarisationszustand der Strahlen durch das Axikon-Modul nicht beeinflusst wird. Somit sind polarisationserhaltende Beleuchtungssysteme auch bei der Verwendung von Axikon-Modulen möglich.
Derartige Beleuchtungssysteme lassen sich vorteilhaft in Mikrolithographie- Projektionsbelichtunganlagen einsetzen, die ausgehend von der Lichtquelle ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem, ein Masken-Positioniersystem, eine Struktur tragende Maske, ein Projektionsobjektiv, ein Objekt-Positionierungssystem und ein Licht empfindliches Substrat umfassen.
Mit dieser Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage lassen sich milαoslxukturierte Halbleiter-Bauelemente herstellen.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Beleuchtungssystem mit einem Axikon-Modul mit auseinandergeschobenen Axikonelementen;
Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung das Beleuchtungssystem der Figur 1 mit zusammengeschobenen Axikonelementen;
Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Polarisationsverteilung eines
Strahlenbüschels; Figur 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausfuhrungsbeispiel für ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element;
Figur 5 zeigt in einer schematischen Darstellung die Polarisationsverteilung für ein
Strahlenbüschel nach dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element der Figur 4;
Figur 6 zeigt ein zweites Ausfuhrungsbeispiel für ein Beleuchtungssystem mit einem Zoom Axikon-Modul;
Figur 7 zeigt in einer schematischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel für ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element;
Figur 8 zeigt in einer schematischen Darstellung die Polarisationsverteilung für ein
Strahlenbüschel nach dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element der Figur 7; Figur 9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Beleuchtungssystem mit einem
Axikon-Modul;
Figur 10 zeigt in einer schematischen Darstellung ein drittes Ausfuhrungsbeispiel für ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element; und
Figur 11 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage. Figur 1 zeigt von dem Beleuchtungssystem 1 das Axikon-Modul 3 und die beiden polarisationsbeeinflussenden Elemente 15 und 17. Das Beleuchtungssystem 1 weist in der Regel noch weitere optische Elemente auf, die im Zusammenhang mit Figur 11 beschrieben werden. Das Axikon-Modul 3 besteht aus den beiden Axikonelementen 5 und 7, welche die Axikonflachen 11 und 13 aufweisen. Die Axikonflache 11 ist konkav und wirkt dabei zerstreuend auf die Strahlen 19, während die Axikonflache 13 konvex ist und auf die Strahlen 19 sammelnd wirkt. Die Axikonflachen 11 und 13 haben im Ausfuhrungsbeispiel der Figur 1 eine konische Flächenform. Durch den Abstand der beiden Axikonelemente 5 und 7 entlang der optischen Achse OA entsteht nach dem Axikon-Modul 3 eine anulare Beleuchtungsverteilung. Die optischen Flächen des Axikon- Moduls sind so ausgelegt, dass zur optischen Achse parallele Strahlen 19 nach dem Axikon-Modul 3 wieder parallel zur optischen Achse verlaufen. Die gegenüber den Axikonflachen 11 und 13 angeordneten Flächen der Axikonelemente 5 und 7 sind plan. Sie können jedoch auch gekrümmt sein, wie dies bei dem Axikon-Modul in DE 4421 053 der Fall ist. Der Neigungswinkel der beiden Axikonflachen 11 und 13 zur optischen Achse OA beträgt 60°. Die Axikonelemente 5 und 7 bestehen aus Kalzium-Fluorid in <100>- oder <11 l>-Orientierung, welches bei einer Wellenlänge von 157nm eine Brechzahl von 1,55 aufweist. Somit beträgt der Brewsterwinkel 57,2°. Die Strahlen 19 fallen somit nahezu unter dem Brewsterwinkel auf die Axikonflachen 11 und 13.
Vor dem Axikon-Modul 3 ist das polarisationsbeeinflussende optische Element 15, nach dem Axikon-Modul 3 das polarisationsbeeinflussende optische Element 17 angeordnet. Deren Funktionsweise wird im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 5 näher erläutert.
Figur 2 zeigt das Beleuchtungssystem 1 der Figur 1 in einem anderen Zustand. In Figur 2 weisen die beiden Axikonelemente 5 und 7 einen minimalen Abstand auf. Das Axikon- Modul 3 wirkt dadurch annähernd wie eine planparallele Platte und lässt den Verlauf der Strahlen 19 nahezu unbeeinflusst. Durch das Verschieben der beiden Axikonelemente 5 und 7 entlang der optischen Achse OA kann zwischen einer konventionellen kreisrunden Beleuchtung, wie sie im Zustand der Figur 2 erzeugt wird und einer anularen Beleuchtung, wie sie mit dem Zustand der Figur 1 erzeugt wird, gewählt werden.
Die Strahlen 19, welche auf das polarisationsbeeinflussende optische Element 15 treffen, sind in y-Richtung linear polarisiert. Dies ist in Figur 3 dargestellt. Innerhalb der
Büschelausdehnung 321 weisen die E-Feld- Vektoren 323 der dargestellten Strahlen alle in y-Richtung. Diese Polarisationsverteilung ergibt sich typischerweise, wenn eine Laser- Lichtquelle zur Erzeugung der Strahlen verwendet wird.
Das polarisationsbeeinflussende optische Element 15 ist nun so aufgebaut und angeordnet, dass die Strahlen 19 nach Durchtritt des polarisationsbeeinflussenden optischen Elements 15 radial zur optischen Achse OA polarisiert sind. Als polarisationsoptisches Element 15 kann beispielsweise eine Rasterplatte aus Halbwellenplatten eingesetzt werden, wie sie in Figur la der DE 195 35 392 dargestellt ist. Eine weitere Ausfuhrungsform des polarisationsoptischen Elements 15 ist in Figur 4 dargestellt. Das polarisationsoptische Element 15 besteht dabei aus der Rasterplatte 425 mit einzelnen Halbwellenplatten 427. Die Hauptachsen 429 der Halbwellenplatten 427 sind dabei so orientiert, dass sie in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen der ursprünglichen in y-Richtung orientierten Polarisationsrichtung und der jeweiligen radial zur optischen Achse orientierten Polarisationsrichtung weisen.
In Figur 4 besteht die Rasteranordnung 425 aus 12 Halbwellenplatten 427. Selbstverständlich kann die Anzahl der einzelnen Halbwellenplatten 427 auch erhöht werden, um die radiale Polarisationsverteilung möglichst gut einstellen zu können. Als Material für die Halbwellenplatte kann Kalziumfluorid in <110>-Orientierung eingesetzt werden. Bei einer intrinsischen Doppelbrechung von lOnm/cm bei einer Wellenlänge von 157nm ist somit die Halbwellenplatte 78,5mm dick. Eine entsprechende Halbwellenplatte nullter Ordnung für 157 nm aus Magnesiumfluorid hat lediglich eine Dicke von nur 11 μm. Jedoch kann im vorliegenden Fall die Halbwellenplatte auf Grund der geringen Winkelvarianz auch in höherer Ordnung betrieben werden. In zwanzigster Ordnung hat die Halbwellenplatte dann eine Dicke von ca. 0,44 mm.
Figur 5 zeigt nun die Polarisationsverteilung, welche die Strahlen 19 nach dem polarisationsoptischen Element 15 aufweisen. Innerhalb des Strahlenbüschels 521 sind die E-Feld- Vektoren 523 radial zur optischen Achse OA orientiert. Dadurch erreicht man, dass die E-Feld- Vektoren jeweils parallel zur Einfallsebene der Strahlen 19 auf den konischen Axikonflachen 11 und 13 im Axikon-Modul 3 der Figur 1 orientiert sind. Somit ergeben sich an den Axikonflachen 11 und 13 minimale Reflektionsverluste. Weiterhin wird der Polarisationszustand bei der Brechung an den beiden Axikonflachen 11 und 13 nicht verändert. Ohne das polarisationsbeeinflussende optische Element 15 würden die Lichtstrahlen 19 linear polarisiert auf die Axikonflachen 11 und 13 treffen. Je nach Orientierung des E-Feld- Vektors zur Einfallsebene des jeweiligen Strahls würden dadurch Reflektionsverluste auftreten und der Polarisationszustand verändert werden.
Um nach dem Axikon-Modul 3 wieder die ursprüngliche lineare Polarisationsverteilung herzustellen, ist nach dem Axikon-Modul 3 ein weiteres polarisationsbeeinflussendes Element 17 angeordnet. Dieses ist derart angeordnet und aufgebaut, dass die radiale Polarisationsverteilung in eine lineare Polarisationsverteilung umgewandelt wird. Damit die E-Feld- Vektoren der Strahlen 19 wieder in y-Richtung weisen, ist das polarisationsbeeinflussende optische Element 17 gleich aufgebaut wie das polarisationsbeeinflussende Element 15. Es besteht beispielweise wiederum aus einer Rasteranordnung von Halbwellenplatten, wie sie in Figur la der DE 195 35 392 Anmeldung dargestellt ist. Selbstverständlich kann auch die Rasteranordnung von Figur 4 als weiteres polarisationsbeeinflussendes optisches Element 17 verwendet werden. Die Hauptachsen von einander zugeordneten Halbwellenplatten sollten dabei jeweils in die gleiche Richtung weisen, da die Hintereinanderschaltung von zwei gleich orientierten Halbwellenplatten eine Einwellenplatte (λ-Platte) ergibt und damit der ursprüngliche Polarisationszustand wieder hergestellt wird. In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Beleuchtungssystem 601 dargestellt. Im Unterschied zum Beleuchtungssystem 1 der Figur 1 sind in diesem Fall die polarisationsbeeinflussenden optischen Element 615 und 617 optisch nahtlos mit den Axikonelementen 605 und 607 verbunden. Dies ist beispielsweise durch Ansprengen möglich. Die den Elementen von Figur 1 entsprechenden Elemente in Figur 6 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 vermehrt um die Zahl 600. Für eine Beschreibung dieser Elemente wird auf die Beschreibung von Figur 1 verwiesen. Durch das Ansprengen der polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente an die Axikonelemente 605 und 607 können Grenzflächen eingespart werden. Außerdem ist diese Anordnung günstig, wenn als Material für die Halbwellenplatten Magnesiumfluorid verwendet wird, welches bei
Wellenlängen im tiefen UV-Bereich nur eine geringe Dicke aufweist, um die λ/2- Wirkung zu erzeugen. Da eine Halbwellenplatte für 157 nm aus Magnesiumfluorid nur wenige μm bis 1mm Dicke aufweist, kann das Problem der stabilen Lagerung durch Ansprengen an die Axikonelemente gelöst werden.
Möchte man mit dem Axikon-Modul 3, bzw. 603 keine anulare Beleuchtungsverteilung erzeugen, sondern eine Multipolbeleuchtung, so weisen die Axikonflachen 11 und 13, bzw. 611 und 613 eine pyramidale Form auf. Zur Erzeugung einer Quadropol-Beleuchtung bestehen die Axikonflachen aus 4 pyramidal angeordneten planen Segmenten. Der Neigungswinkel der Segmente zur optischen Achse OA beträgt wiederum 60°. Als Material für die Axikonelemente kann Kalzium-Fluorid zum Einsatz kommen.
Figur 7 zeigt nun eine zweite Ausführungsform für ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element, wie es in Verbindung mit pyramidenförmigen Axikonelementen zum Einsatz kommt, welche entlang der x- und y- Achsen punktsymmetrisch zur optischen Achse OA insgesamt 4 beleuchtete Bereiche erzeugen. Das polarisationsbeeinflussende optische Element besteht in diesem Falle aus einer Rasteranordnung 725 von 4 Halbwellenplatten 727, welche entlang der y- , beziehungsweise der x- Achse angeordnet sind. Die Hauptachsen 729 der Halbwellenplatten 727 sind dabei so orientiert, dass sie in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen der ursprünglich in y-Richtung orientierten E- Feld-Vektoren und einer Richtung weisen, welche sich als Schnittlinie zwischen der Halbwellenplatte und einer Ebene ergibt, die senkrecht auf dem der betreffenden Halbwellenplatte zugeordneten Segment steht und die Richtung des maximalen Flächengradienten dieses Segments enthält.
Figur 8 zeigt die Polarisationsverteilung innerhalb des Strahlenbüschels 821 nach dem in Figur 7 dargestellten polarisationsbeeinflussenden Element. Die E-Feld- Vektoren 823 sind dabei jeweils parallel zur Einfallsebene der Strahlen auf den Axikonflachen orientiert. Da es sich um plane Segmente handelt, sind die Einfallsebenen für Strahlen, die auf das gleiche Segment treffen, parallel zueinander. Sie sind parallel zu einer Ebene, die senkrecht auf dem Segment steht und die Richtung des maximalen Flächengradienten dieses Segmentes enthält.
Um nach dem Axikon-Modul mit pyramidalen Axikonelementen wieder in y-Richtung polarisierte Strahlen zu erhalten, kann nach dem Axikon-Modul wieder die in Figur 7 dargestellte Rasteranordnung 725 als polarisationsbeeinflussendes optisches Element angeordnet werden.
Figur 9 zeigt ein drittes Ausfuhrungsbeispiel für ein Beleuchtungssystem 901. Dargestellt ist das Axikon-Modul 903 zusammen mit den polarisationsbeeinflussenden optischen
Elementen 915, 939 und 917. Die den Elementen von Figur 1 entsprechenden Elemente in Figur 9 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 vermehrt um die Zahl 900. Für eine Beschreibung dieser Elemente wird auf die Beschreibung zur Figur 1 verwiesen. Das Axikon-Modul 903 besteht in diesem Fall aus den Axikonelementen 905 und 907 mit den konischen Axikonflachen 911 und 913, sowie den Axikonelementen 931 und 933 mit den pyramidalen Axikonflachen 935 und 937. Mit diesem Axikon-Modul 903, wie es mit ähnlichem Aufbau in Figur 8 der EP 0 949 541 beschrieben ist, lässt sich wahlweise eine variable anulare Beleuchtung und/oder eine variable Multipol-Beleuchtung erzeugen. Auch in diesem Fall sollen die Strahlen 919 bevor sie auf das polarisationsbeeinflussende optische Element 915 treffen, in y-Richtung linear polarisiert sein, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Das polarisationsbeeinflussende optische Element 915 besteht aus einer Rasteranordnung von Halbwellenplatten, wie sie in Figur 4 dargestellt ist. Dadurch werden die Strahlen 919 wie in Figur 5 dargestellt radial polarisiert und treten mit minimalen Reflexionsverlusten durch die konischen Axikonelemente 905 und 907. Ein Ausfuhrungsbeispiel für das polarisationsbeeinflussende optische Element 939 ist in Figur 10 dargestellt. Das polarisationsbeeinflussende Element 939 besteht dabei aus einer Rasteranordnung 1025 aus einzelnen Halbwellenplatten 1027. Die Hauptachsen 1029 der einzelnen Halbwellenplatten 1027 sind dabei so orientiert, dass sie in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den radial orientierten E-Feld- Vektoren der Strahlen 919 und der durch die pyramidale Form der Axikonflachen 935 und 937 vorgegebenen
Verteilung der E-Feld- Vektoren weisen. Die Verteilung der E-Feld-Vektoren nach dem polarisationsbeeinflussenden optischen Element 939 ist beispielsweise in Figur 8 dargestellt. Damit sind die Strahlen 919 jeweils parallel zur Einfallsebene linear polarisiert, wenn sie auf die pyramidalen Axikonflachen 935 und 937 treffen. Das polarisationsbeeinflussende optische Element 917 erzeugt schließlich wieder eine in y- Richtung orientierte lineare Polarisationsverteilung. Dabei besteht das polarisationsbeeinflussende optische Element 917 beispielsweise aus einer Rasteranordnung von 4 Halbwellenplatten, wie sie in Figur 7 dargestellt ist. Es ist somit selbst bei einer Hintereinanderschaltung von konischen und pyramidalen Axikonelementen möglich, den Polarisationszustand von Strahlen ohne Intensitätseinbuße zu erhalten.
Sind die Strahlen 19, bzw. 619 oder 919 zirkulär polarisiert, so weist das polarisationsbeeinflussende optische Element 15, beziehungsweise 615 oder 915 eine Viertelwellenplatte auf, die in Lichtrichtung vor der Rasteranordnung aus Halbwellenplatten angeordnet ist. Die Hauptachse der Viertelwellenplatte steht dabei unter 45° zur y-Richtung. Dadurch werden aus den zirkulär polarisierten Strahlen in y-Richtung linear polarisierte Strahlen erzeugt, deren Polarisationszustand durch die Rasteranordnungen aus Halbwellenplatten geeignet beeinflusst wird. Ist im Anschluß an das Axikon-Modul 3, bzw. 603 oder 903 zirkulär polarisiertes Licht gewünscht, so weist das polarisationsbeeinflussende optische Element 17, beziehungsweise 617 oder 917 eine Viertelwellenplatte auf, die in Lichtrichtung nach der Rasteranordnung aus Halbwellenplatten angeordnet ist. Die Hauptachse der Viertelwellenplatte steht dabei unter 45° zur y-Richtung. Dadurch werden aus den in y-Richtung linear polarisierten Strahlen zirkulär polarisierte Strahlen erzeugt.
Figur 11 zeigt in schematischer Darstellung eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage 1100 mit der Lichtquelleneinheit 1101, dem Beleuchtungssystem 1143, der Struktur tragenden Maske 1129, dem Projektionsobjektiv 1131 und dem zu belichtenden Substrat 1141. Die Lichtquelleneinheit 1101 umfasst als Lichtquelle einen DUV- oder VUV-Laser, beispielsweise ein ArF-Laser für 193 nm, ein F2-Laser für 157 nm, ein Ar2-Laser für 126 nm oder ein Ne2-Laser für 109 nm, und eine Strahlformungsoptik, welche ein paralleles Lichtbüschel erzeugt. Die Strahlen des Lichtbüschels sind parallel zur y-Richtung, welche senkrecht auf der optischen Achse OA steht, linear polarisiert. Das Beleuchtungssystem 1143 umfasst die Komponenten 1103 bis 1128. Der prinzipielle Aufbau des Beleuchtungssystems 1143 ist in DE 195 29 563 (US 6,258,443) beschrieben. Das parallele Lichtbüschel trifft auf das Divergenz erhöhende optische Element 1103. Als Divergenz erhöhendes optisches Element 1103 kann beispielsweise eine Rasterplatte aus diffraktiven oder refraktiven Rasterelementen eingesetzt werden. Jedes Rasterelement erzeugt ein Strahlenbüschel, dessen Winkelverteilung durch Ausdehnung und Brennweite des Rasterelementes bestimmt ist. Die Rasterplatte befindet sich in der Objektebene eines nachfolgenden Objektives 1105 oder in deren Nähe. Das Objektiv 1105 ist ein Zoom-Objektiv, welches ein paralleles Lichtbüschel mit variablem Durchmesser erzeugt. Das parallele Lichtbüschel wird durch den Umlenkspiegel 1107, welcher um die x- Achse gekippt ist, auf eine optische Einheit 1109 gerichtet. Durch den Umlenkspiegel bleibt die Richtung der x- Achse erhalten, während die y- Achse weiterhin senkrecht auf der optischen Achse OA steht. Die optische Einheit 1109 besteht aus einem Axikon-Modul und geeignet angepassten polarisationsbeeinflussenden Elementen. Die optische Einheit 1109 ist aus Figur 9 bekannt. Zur näheren Erläuterung wird auf die Beschreibung von Figur 9 verwiesen. Das Zoom- Objektiv 1105 und die optische Einheit 1109 erzeugen in der Blendenebene 1111 wahlweise bei zugefahrenen Axikonelementen je nach Zustand des Zoom-Objektives 1105 eine konventionelle Beleuchtung mit kleinem oder großem Beleuchtungsdurchmesser. Die Außenform der Beleuchtung hängt von der Form der Rasterelemente des Divergenz erhöhenden optischen Elementes 1103 ab. Durch Auseinanderfahren der Axikonelemente der optischen Einheit 1109 kann eine anulare oder eine Multipolbeleuchtung erzeugt werden, je nachdem welche Axikonelemente bewegt werden. Durch die entsprechend angepassten polarisationsbeeinflussenden Elementen in der optischen Einheit 1109 ist das Licht in der Blendenebene 1111 linear in y-Richtung polarisiert. Alternativ kann auch die aus Figur 1 oder 6 bekannte optische Einheit verwendet werden. Nach der Blendenebene 1111 folgt ein weiteres Divergenz erhöhendes optisches Element 1113, welches beispielsweise eine Rasterplatte aus diffraktiven oder refraktiven Rasterelementen ist. Die von den Rasterelementen erzeugte Winkelverteilung ist dabei an die Eintrittsfläche eines nachfolgenden Glasstabes 1117 angepasst. Die von dem Divergenz erhöhenden optischen Element 1113 erzeugte Winkelverteilung wird durch die Einkoppeloptik 1115 in eine Feldverteilung an der Eintrittsfläche des Glasstabes 1117 transformiert. Nach dem Glasstab 1117 folgt ein optisches Verzögerungssystem 1119, welches zwei orthogonal zueinander stehende Polarisationszustände vertauscht. Auf das optische Verzögerungssystem 1119 folgt ein weiterer Glasstab 1121, welcher die gleichen Abmessungen wie der Glasstab 1117 aufweist. Durch die Anordnung des optischen Verzögerungssystems zwischen den beiden Glasstäben wird erreicht, dass die Lichtstrahlen polarisationserhaltend durch die beiden Glasstäbe geführt werden. Ein derartiges optisches System ist in DE 103 11 809 (PCT/EP02/12446) näher beschrieben, deren Inhalt vollumfanglich in diese Anmeldung aufgenommen wird. Auf den Glasstab 1121 folgt ein Retikel-Maskierungssystem (REMA) 1123, welches durch ein REMA-Objektiv 1125 auf die Struktur tragende Maske (Retikel) 1129 abgebildet wird und dadurch den ausgeleuchteten Bereich auf dem Retikel 1129 begrenzt. Das REMA-Objektiv 1125 umfaßt einen Umlenkspiegel 1127, welcher um die x- Achse gekippt ist. Durch den Umlenkspiegel bleibt die Richtung der x- Achse erhalten, während die y- Achse weiterhin senkrecht auf der optischen Achse OA steht. Die vor dem Retikel 1129 angeordnete Viertelwellenplatte 1128 erzeugt eine zirkuläre Polarisationsverteilung. Das Retikel 1129 wird mit dem katadioptrischen Objektiv 1131 auf den Wafer 1141 abgebildet. Das katadioptrische Objektiv 1131 umfasst einen polarisationsoptischen Strahlteiler 1133, eine Viertelwellenplatte 1136, eine Viertelwellenplatte 1137, einen Konkavspiegel 1135, einen Umlenkspiegel 1138, ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element 1138 zur Erzeugung von tangentialer Polarisation und weitere optische Elemente. Katadioptrische Projektionsobjektive mit polarisationsoptischem Strahlteiler sind beispielsweise aus EP 1 227 354 (US 2002/167737) oder US 6,522,483 bekannt. Die polarisationsoptische Strahlteilerschicht des Strahlteilers 1133 sowie der Umlenkspiegel 1138 sind j eweils um die x- Achse gekippt. Die Orientierung der x- Achse bleibt dadurch erhalten, während die y- Achse jeweils senkrecht auf der optischen Achse OA steht. Ausführungsbeispiele für das polarisationsbeeinflussendes optisches Element 1139 sind in DE 100 10 131 (US Ser. No. 09/797961) gegeben. Sowohl das Retikel 1129 als auch der Wafer 1141 weisen eine geeignete Halteeinrichtung auf, welche den Tausch der Elemente wie auch die scannende Bewegung der Elemente zulässt.
Aus der Beschreibung der in Figur 11 dargestellte Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage wird deutlich, dass diese eine Vielzahl von polarisationsbeeinflussenden Elementen aufweist. Dazu gehören beispielsweise die
Umlenkspiegel 1107, 1127 und 1138. Für eine möglichst verlustfreie Reflektion an den Umlenkspiegeln 1107, 1127 und 1138 ist es erforderlich, dass die Strahlen parallel zur Einfallsebene, also jeweils in y-Richtung linear polarisiert sind. Andererseits weist das Beleuchtungssystem in der optischen Einheit 1109 Axikonelemente auf, für die es günstig ist, wenn die Polarisationsverteilung tangential oder radial zur optischen Achse orientiert ist. Auch die Glasstäbe 1117 und 1121 können auf Grund von doppelbrechenden Eigenschaften der Glasmaterialien den Polarisationszustand der Strahlen verändern. Damit die Strahlen am Retikel nicht stjukturabhängig gebeugt werden, ist es günstig, wenn die Strahlen am Retikel zirkulär polarisiert sind. Am polarisationsoptischen Strahlteiler 1133 muß die Polarisationsverteilung der Strahlen ebenfalls geeignet angepasst sein. So müssen die Strahlen s-polarisiert sein, um reflektiert zu werden, und p-polarisiert sein, um transmittiert zu werden. Schließlich ist es für die lithographische Abbildung günstig, wenn die Strahlen, bevor sie in der Bildebene des Projektionsobjektivs zur Interferenz kommen, tangential polarisiert sind.
Die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 1100 weist nun zusätzliche polarisationsbeeinflussende optische Elemente auf, um die Polarisationsverteilung der Strahlen an die jeweiligen Anforderungen geeignet anzupassen. Die vorgestellten Mittel beeinflussen die Polarisationsverteilung der Strahlen dabei jeweils annähernd verlustfrei. So wird zunächst die lineare Polarisationsrichtung der Lichtquelleneinheit 1101 derart orientiert, dass die Lichtstrahlen parallel zur y-Richtung linear polarisiert sind. Dadurch sind die Strahlen parallel zur jeweiligen Einfallsebene auf dem Umlenkspiegel 1107 polarisiert. Die polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente in der optischen Einheit 1109 sind so angepasst, dass die Strahlen möglichst verlustfrei die Axikonelemente passieren und anschließend in y-Richtung linear polarisiert auf die Blendenebene 1111 treffen. Zwischen den beiden Glasstäben 1117 und 1121 ist das optische Verzögerungssystem 1119 angeordnet, welches dafür sorgt, dass die Strahlen am Ausgang des Glasstabes 1121 wieder in y-Richtung linear polarisiert sind. Dadurch treffen die Lichtstrahlen wieder mit der idealen Polarisationsrichtung auf den Umlenkspiegel 1127. Da die Strahlen auf Grund der Viertelwellenplatte 1128 zirkulär polarisiert auf das Retikel 1129 treffen, werden die Strukturen des Retikels nahezu orientierungsunabhängig abgebildet. Durch die Viertel wellenplatte 1136 werden die Strahlen bezüglicher der Strahlteilerfläche des polarisationsoptischen Strahlteilers 1133 s-polarisiert. Durch den doppelten Durchtritt der Strahlen durch die Viertelwellenplatte 1137 sind die Strahlen p- polarisiert, wenn sie das zweite Mal auf die Strahlteilerfläche des polarisationsoptischen Strahlteilers 1133 treffen und werden somit transmittiert. Schließlich wird mit der polarisationsbeeinflussenden Einrichtung 1139 aus der linearen Polarisationsverteilung eine tangentiale Polarisationsverteilung erzeugt, um die Zweistrahlinterferenz zu verbessern.

Claims

Patentansprüche:
1. Beleuchtungssystem (1, 601, 901, 1143) für eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage (1100) • mit einem Axikon-Modul (3, 603, 903) zur Erzeugung einer
Beleuchtungsverteilung mit einem zentralen Intensitätsminimum, wobei das Axikon-Modul ein erstes Axikonelement (5, 605, 905, 931) mit einer ersten Axikonflache (11, 611, 911, 935) und ein dem ersten Axikonelement zugeordnetes zweites Axikonelement (7, 607, 907, 933) mit einer zweiten Axikonflache (13, 613, 913, 937) umfasst,
• und mit einem ersten polarisationsbeeinflussenden optischen Element (15, 615,
915, 939), dadurch gekennzeichnet, dass das erste polarisationsbeeinflussende optische Element in Lichtrichtung vor dem ersten Axikonelement angeordnet ist und derart aufgebaut ist, dass auf die
Axikonflachen treffende Strahlen (19, 619, 919) annähernd senkrecht oder annähernd parallel zur jeweiligen Einfallsebene der Strahlen polarisiert sind.
2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , wobei die beiden Axikonflachen (11, 13; 611, 613; 911, 913) konisch zur Erzeugung einer annularen Beleuchtungsverteilung sind.
3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, wobei Strahlen nach dem ersten polarisationsbeeinflussenden optischen Element radial zu einer optischen Achse (OA) polarisiert sind.
4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, wobei Strahlen nach dem ersten polarisationsbeeinflussenden optischen Element tangential zu einer optischen Achse polarisiert sind.
5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , wobei die beiden Axikonflachen (11, 13 ; 611 , 613; 935, 937) jeweils aus mehreren pyramidal angeordneten Segmenten zur Erzeugung einer Multipol-Beleuchtung bestehen.
6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, wobei Strahlen, die auf ein Segment treffen, parallel zu einer Ebene linear polarisiert sind, die senkrecht auf diesem Segment steht und die Richtung des maximalen Flächengradienten dieses Segments enthält.
7. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, wobei Strahlen, die auf ein Segment treffen, senkrecht zu einer Ebene linear polarisiert sind, die senkrecht auf diesem Segment steht und die Richtung des maximalen Flächengradienten dieses Segments enthält.
8. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste polarisationsbeeinflussende optische Element eine erste Rasteranordnung (425, 725, 1025) aus Halbwellenplatten (427, 727, 1027) umfasst, deren Hauptachsen (429, 729, 1029) derart orientiert sind, dass auf die Axikonflachen treffende Strahlen annähernd senkrecht oder annähernd parallel zur jeweiligen Einfallsebene der Strahlen polarisiert sind.
9. Beleuchtungssystem (601) nach Anspruch 8, wobei die erste Rasteranordnung (615, 915) optisch nahtlos an das erste Axikonelement (605, 905) gefügt, insbesondere angesprengt ist.
10. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Strahlen vor dem ersten polarisationsbeeinflussenden optischen Element parallel zu einer Richtung linear polarisiert sind, welche senkrecht auf einer optischen Achse (OA) steht.
11. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Strahlen vor dem ersten polarisationsbeeinflussenden optischen Element zirkulär polarisiert sind.
12. Beleuchtungssystem nach Anspruch 8 oder 9 und Anspruch 11, wobei das erste polarisationsbeeinflussende optische Element eine Viertelwellenplatte umfasst, welche in Lichtrichtung vor der Rasteranordnung aus Halbwellenplatten angeordnet ist.
13. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei in Lichtrichtung nach dem Axikon-Modul ein zweites polarisationsbeeinflussendes Element (17, 617, 917) angeordnet ist und derart aufgebaut ist, dass die Strahlen in Lichtrichtung nach dem zweiten polarisationsbeeinflussenden Element eine vorgegebene Polarisationsverteilung aufweisen.
14. Beleuchtungssystem nach Anspruch 14, wobei das zweite polarisationsbeeinflussende optische Element eine zweite Rasteranordnung (425, 725, 1025) aus Halbwellenplatten (427, 727, 1027) umfasst, deren Hauptachsen (429, 729, 1029) derart orientiert sind, dass die vorgegebene Polarisationsverteilung erzeugt wird.
15. Beleuchtungssystem nach Anspruch 14, wobei die zweite Rasteranordnung (617, 917) nahtlos an das zweite Axikonelement (607, 933) gefügt, insbesondere angesprengt ist.
16. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Strahlen in Lichtrichtung nach dem zweiten polarisationsbeeinflussenden Element parallel zu einer zu einer optischen Achse (OA) senkrecht stehenden Richtung linear polarisiert sind.
17. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Strahlen in Lichtrichtung nach dem zweiten polarisationsbeeinflussenden Element zirkulär polarisiert sind.
18. Beleuchtungssystem nach Anspruch 14 oder 15 und Anspruch 17, wobei das zweite polarisationsbeeinflussende optische Element eine Viertelwellenplatte umfasst, welche in Lichtrichtung nach der Rasteranordnung aus Halbwellenplatten angeordnet ist.
19. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei für jeden Strahl der Polarisationszustand in Lichtrichtung nach dem zweiten polarisationsbeeinflussenden Element annähernd der gleiche ist wie in Lichtrichtung vor dem ersten polarisationsbeeinflussenden Element.
20. Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (1100), umfassend ein Beleuchtungssystem (1143) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zum Beleuchten einer Struktur tragenden Maske (1129), und ein Objektiv (1131), das die Struktur tragende Maske (1129) auf ein lichtempfindliches Substrat (1141) abbildet.
21. Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen mit einer Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage (1100) nach Anspruch 20.
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