WO2005083511A2 - System zur reduzierung der kohärenz einer laserstrahlung - Google Patents

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WO2005083511A2
WO2005083511A2 PCT/EP2005/001797 EP2005001797W WO2005083511A2 WO 2005083511 A2 WO2005083511 A2 WO 2005083511A2 EP 2005001797 W EP2005001797 W EP 2005001797W WO 2005083511 A2 WO2005083511 A2 WO 2005083511A2
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resonator body
partial
projection exposure
laser beam
laser
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Nils Dieckmann
Manfred Maul
Damian Fiolka
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G03F7/70058—Mask illumination systems

Definitions

  • the invention relates to a system for reducing the coherence of a laser radiation emitting wavefronts, in particular for a projection objective in semiconductor lithography, a first partial beam being partially reflected by the laser beam impinging on a surface of a resonator body and a second partial beam entering the resonator body and after several total reflections at least approximately in the area of the entry point, it emerges from the resonator body and is passed on together with the first partial beam to an illumination plane.
  • the invention also relates to a projection exposure system with a laser as a light source, an illumination system and a projection lens.
  • the present invention has for its object to provide a system with which the lighting homogeneity can be improved even further.
  • this object is achieved in that the resonator body is designed such that, in addition to the division into partial beams, the wave fronts of at least one partial beam are modulated during a laser pulse, the partial beams reflected on the resonator body and those entering the resonator body after the resonator body are superimposed and the resonator body is provided with a phase plate with different local phase distribution.
  • the wave fronts of the laser radiation are also modulated according to the invention.
  • a significant increase in lighting homogeneity can be achieved by averaging over several speckle distributions.
  • the combination of temporally staggered wave fronts according to the invention, which is additionally modulated and thus receives different phase distributions, allows a very high degree of homogeneity to be achieved by means of averaged speckle patterns.
  • a phase plate, which is attached in the resonator body, is suitable for this.
  • the resonator body is designed as a prism with at least five corners. It was found that, in comparison to a resonator body with 3 corners, at the generally used wavelengths of the laser beams, in particular in the VUV range (vacuum ultraviolet spectral range) or shorter, deflection angles which are too steep result in the prism, so that it does not Total reflections occur, but partial exits with corresponding light losses.
  • VUV range vacuum ultraviolet spectral range
  • the resonator body with 3 corners at the generally used wavelengths of the laser beams, in particular in the VUV range (vacuum ultraviolet spectral range) or shorter, deflection angles which are too steep result in the prism, so that it does not Total reflections occur, but partial exits with corresponding light losses.
  • VUV range vacuum ultraviolet spectral range
  • the resonator body is designed as a prism with at least five corners. It was found that, in comparison to a resonator body with 3 corners, at the generally used wavelengths of the laser beams
  • the thickness of the phase plate is different, then spatially offset wavefronts result. Different changes in thickness - in relation to a direction transverse to the beam direction - should occur at a distance which corresponds to the order of magnitude of the spatial coherence length of the laser radiation which should be modulated through.
  • the phase plate is designed as a diffractive optical element (DOE) which is operated in the zeroth diffraction order.
  • DOE diffractive optical element
  • a diffractive optical element in the first or even a higher diffraction order is normally used.
  • the diffractive optical element (DOE) in the zeroth diffraction order will be used, where the laser light passes through unbroken.
  • Another option is to use a diffuser as a phase plate.
  • the modulation of a wavefront according to the invention can also be achieved in that the resonator body, e.g. the prism with at least five corners is asymmetrical. This can e.g. by an asymmetrical, i.e. non-mirror-symmetrical formation of at least one side of the prism.
  • Another solution, or a combination with an asymmetrical resonator body is that the beam guidance of the laser beam is selected such that the center of gravity beam hits the resonator body off-center. In this case, modulations of the wavefront are also created when the partial beam circulates in the resonator body.
  • the possible uses can be increased further, since the angle dependency can be at least partially reduced.
  • the entry angle can thus be varied through the divider layer and thus also the ratio of the reflected partial beam and that entering the resonator body Partial beam.
  • the divider layer can be of different thicknesses and / or not homogeneous.
  • a dielectric layer with a division ratio of 33: 67 or 1/3: 2/3 can advantageously be used as the divider layer.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a projection exposure system with a light source, an illumination system and a projection lens
  • FIG. 2 pentagonal prism as a resonator body with a phase plate
  • FIG. 3a shows a cross section through the phase plate according to FIG. 2;
  • FIG. 3b shows a cross section through a further embodiment of a phase plate
  • Figure 4 shows a pentagonal prism with two asymmetrical sides
  • Figure 5 shows a pentagonal prism with a divider layer on one surface.
  • a projection exposure system 1 has a light source 2 in the form of a laser
  • Illumination system 3 for illuminating a field in a Level 4, in which a structure-bearing mask 4a is arranged, and a projection objective 5 for imaging the structure-bearing mask 4a in level 4 onto a light-sensitive substrate 6.
  • the projection lens 5 has a plurality of optical elements 7 in its housing 8.
  • the projection exposure system 1 is used to produce semiconductor components, such as computer chips.
  • a resonator body 9, 9 ' is arranged between the laser 2 and the illumination system 3 in order to reduce the, in particular temporal, coherence of a laser radiation 10 from the laser 2.
  • FIG. 2 shows a pentagonal prism as resonator body 9
  • a lambda / 2 plate 18 is used to adjust the degree of polarization (between unpolarized and linearly polarized) of the laser beam 10.
  • the laser beam 10 impinging on a surface 11 of the prism 9 is divided into a first partial beam 10a which reflects on the surface 11 and a partial beam 10b which enters the resonator body 9 and there after several total reflections at the entry point again out of the resonator body 9 emerges and is combined there with the first partial beam 10a.
  • Both partial beams are then fed to an illumination level, in this case level 4 with the structure-bearing mask.
  • a phase plate 12 protrudes into the prism 9 is introduced into the prism 9 in such a way that the circulating partial beam 10b, which approximately meets perpendicularly with a front surface 13 of the phase plate 12, must penetrate it.
  • the phase plate 12 causes a different local phase distribution.
  • the phase plate 12 has a different thickness, as can be seen from the enlarged cross-sectional representations according to FIGS. 3a and 3b.
  • the different thicknesses of the phase plate 12 vary in width s in the transverse direction to the beam direction. The greatest width s should be - depending on the laser used and its wavelength - in the order of the spatial coherence length of the laser radiation used.
  • the value for s is between 0.05 and 1 mm, whereby a possible beam expansion increases the value accordingly.
  • the base thickness of the phase plate b can be in the range of 500 ⁇ m.
  • the distribution of the width differences s and the thickness differences a should be as random as possible, so that a relatively random phase distribution on the wavefront is also obtained.
  • the optical path lengths differ locally and, in the case of the reunited partial beams 10a and 10b after the resonator body 9, correspondingly different partial beams are obtained, which are also modulated with respect to the wavefront.
  • the individual pulses can be so short in their duration and in phase distribution that there is no longer any interference capability.
  • the structure of the phase plate 12 is made tapered or prism-like, whereby an improved beam expansion is achieved.
  • reflection angles are greater than 37 degrees, which means that total reflections occur inside.
  • the exemplary embodiment shown was designed so that all total reflection angles are identical and are approximately 55 degrees.
  • the crystal orientation of the CaF 2 prism 9 is selected such that the first (100) crystal plane forms an angle of 45 ° with the light entry plane of the entry or surface 11 and is perpendicular to the side surface 14.
  • the second (100) crystal plane lies parallel to the side surface 14 of the prism 9.
  • the --- intrinsic birefringence which is significant at the wavelength of 157 nm and 193 nm, does not affect the polarization of the circulating beam if the light at the entrance obex surface 11 is linearly polarized and the direction of oscillation of the electrical Field strength vector is parallel (p-polarized) or perpendicular (s-polarized) with respect to the plane of incidence.
  • the light emerges from the prism 9 again in s or p polarization.
  • the crystal orientation is not important and the prism 9 made of CaF 2 can be oriented as desired.
  • a corresponding possibility consists in producing the block from MgF 2 (transparent at 157 nm and 193 nm, strongly birefringent). It is about. unpolarized Light at the entrance, then the crystal orientation with regard to the prism surfaces can also be chosen arbitrarily.
  • the crystal orientation must be chosen so that the direction of oscillation of the incident electric field strength vector parallel to the fast ( Direction with extraordinary refractive index) or slow (direction with ordinary refractive index) crystal axis.
  • a diffractive optical element can be used as the phase plate 12, which is optimized to the zero order of diffraction, in which incident light passes undeflected.
  • a diffusing screen can also be used as the phase plate 12.
  • FIG. 4 shows a prism in a pentagonal shape, an offset being present or the prism body being asymmetrical.
  • one side namely the first side 15, on which the partial beams 10b impinge are shifted downward by the distance d.
  • the distance d can be of the order of 0.1 mm.
  • phase plate 12 (shown in dashed lines in FIG. 4) can also be used 2, which is even more variable with respect to the modulation of wave fronts.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a prism 9, also in a pentagonal shape, a divider layer 17 being applied to the entrance surface 11.
  • the divider layer can e.g. a dielectric layer with a split ratio of 1/3: 2/3.
  • the splitter layer has the task of influencing the entry angle of the partial beam 10b into the prism 9. This can be chosen according to the design and the material of the divider layer as desired.
  • the divider layer also has a different thickness, modulation of the wavefront is also achieved in a manner similar to that of the phase plate (shown in broken lines in FIG. 5). The same is possible through an inhomogeneous or non-homogeneous formation of the divider layer.
  • FIGS. 2, 4 and 5 for generating different wave fronts can be used both separately and in any combination with one another.

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Abstract

Bei einem System zur Reduzierung der Kohärenz einer wellenfronten aussendenden Laserstrahlung (10), insbesondere für ein Projektionsobjektiv in der Halbleiterlithographie wird ein von dem auf eine Oberfläche(11) eines Resonatorkörpers (9) auftreffenden Laserstrahles (10) ein erster Teilstrahl (10a) teilreflektiert. Ein zweiter Teilstrahl (10b) tritt in den Resonatorkörper (9) ein und tritt nach mehreren Totalreflexionen wenigstens annährend im Bereich der Eintrittsstelle wieder aus dem Resonatorkörper (9) aus. Anschließend werden die beiden Teilstrahlen (10a und 10b) gemeinsam zu einer Beleuchtungsbene weitergeleitet. Der Resonatorkörper (9) ist derart ausgebildet, dass zusätzlich zu der Aufteilung in Teilstrahlen (10a,10b) die Wellenfronten wenigstens eines Teilstrahles (10b) während eines Laserpulses moduliert werden, wobei die an dem Resonatorkörper (9) reflektierten und die in den Resonatorkörper eintretenden Teilstrahlen (10a, 10b) nach dem Resonatorkörper (9) überlagert werden und wobei der Resonatorkkörper (9, 9') mit einer Phasenplatte (12) mit unterschiedlicher lokaler Phasenverteilung versehen ist.

Description

System zur Reduzierung der Kohärenz einer Laserstrahlung
Die Erfindung betrifft ein System zur Reduzierung der Kohä- renz einer Wellenfronten aussendenden Laserstrahlung, insbesondere für ein Projektionsobjektiv in der Halbleiterlithographie, wobei von dem auf eine Oberfläche eines Resonatorkörpers auftreffenden Laserstrahl ein erster Teilstrahl teilreflektiert wird und wobei ein zweiter Teilstrahl in den Re- sonatorkörper eintritt und nach mehreren Totalreflexionen wenigstens annähernd im Bereich der Eintrittsstelle wieder aus dem Resonatorkörper austritt und mit dem ersten Teilstrahl gemeinsam zu einer Beleuchtungsebene weitergeleitet wird. Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Laser als Lichtquelle, einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv.
Bei Projektionsobjektiven in der Halbleiterlithographie ist es erforderlich die Maske, auch Reticle genannt, mittels ei- nes Beleuchtungssystems möglichst homogen auszuleuchten. Dabei besteht jedoch ein Problem bei Verwendung von gepulstem Laserlicht in einer großen zeitlichen Kohärenz der Laserstrahlung, wodurch die Homogenität durch Speckle, d.h. Unterschiede im Hell/Dunkel, gestört wird. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, durch die Anordnung eines Resonatorkörpers in Form eines Prismas mit drei Ecken den Laserstrahl beim Auftreffen auf den Resonatorkörper aufzuteilen und zwar in einen teilreflektierten Teilstrahl und einen zweiten Teilstrahl, der in den Resonatorkörper eintritt, nach entspre- chenden Totalreflexionen wieder im Bereich der Eintrittsstelle aus den Resonatorkörper austritt und anschließend mit dem reflektierten Teilstrahl wieder vereint wird. Auf diese Weise werden die Laserpulse praktisch in mehrere Teilstrahlen "zerhackt", welche zeitlich nacheinander an der Beleuchtungsebe- ne, z.B. der Reticle-Ebene im Falle eines Einsatzes in der Halbleiterlithographie, ankommen. Der Zweck dabei ist es, den Zeitabstand zwischen zwei Pulsen so groß zu machen, dass dieser größer ist als die sogenannte zeitliche Kohärenz der Laserstrahlung. Dies bedeutet, die Strahlbündel sind nicht mehr interferenzfähig, d.h. sie können keine Interferenzen mehr bilden. Durch diese Maßnahme soll sich eine Verbesserung in der Beleuchtungshomogenität ergeben.
Zum Stand der Technik wird auf die EP 1 107 089 A2, die US 6,238,063 Bl und den Patent Abstract of Japan 01198759A ver- wiesen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, mit dem die Beleuchtungshomogenität noch weiter verbessert werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Resonatorkörper derart ausgebildet ist, dass zusätzlich zu der Aufteilung in Teilstrahlen die Wellenfronten wenigstens eines Teilstrahles während eines Laserpulses moduliert wer- den, wobei die an dem Resonatorkörper reflektierten und die in den Resonatorkörper eintretenden Teilstrahlen nach dem Resonatorkörper überlagert werden und wobei der Resonatorkörper mit einer Phasenplatte mit unterschiedlicher lokaler Phasenverteilung versehen ist.
Zusätzlich zu der bekannten Aufteilung des Laserstrahles in Teilstrahlen, die zeitlich nicht mehr zueinander kohärent sind, wird erfindungsgemäß noch eine Modulation der Wellenfronten der Laserstrahlung vorgenommen. Auf diese Weise kommt es zu unterschiedlichen Wellenfronten (lokale Phasenverteilungen) während eines einzigen Laserpulses. Anders ausgedrückt: Durch Überlagerung von verschiedenen Specklemustern während eines Pulses lässt sich auf diese Weise eine deutliche Steigerung der Beleuchtungshomogenität durch eine Mitte- lung über mehrere Speckleverteilungen erreichen. Durch die erfindungs gemäße Kombination von zeitlich versetzten Wellenfronten, die zusätzlich noch moduliert und damit unterschiedliche Phasenverteilungen erhalten, lässt sich eine sehr große Homogenität durch gemittelte Specklemuster errei- chen. Geeignet hierfür ist eine Phasenplatte, welche in dem Resonatorkörper angebracht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Resonatorkörper als Prisma mit wenigs- tens fünf Ecken ausgebildet ist. Es wurde nämlich festgestellt, dass sich im Vergleich zu einem Resonatorkörper mit 3-Ecken, bei den im allgemeinen verwendeten Wellenlängen der Laserstrahlen, insbesondere im VUV-Bereich (vakuumultravioletter Spektralbereich) oder kürzer, in dem Prisma zu steile Ablenkwinkel ergeben, so dass es nicht jeweils zu Totalreflexionen kommt, sondern zu Teilaustritten mit entsprechenden Lichtverlusten. Bei Verwendung eines Prismas mit mindestens 5-Ecken werden wenigstens vier Reflexionen erzeugt, wobei in ■ der Regel Mindestwinkel von 37 Grad eingehalten werden kön- nen, so dass es stets zu Totalreflexionen kommt. Dabei hat sich insbesondere Kalziumfluorid als Material für den erfindungsgemäßen Resonatorkörper herausgestellt. Selbstverständlich sind jedoch auch, noch andere Materialien wie z.B. Magne- siumfluorid und Quarz hierfür möglich.
Zur Modulation einer Wellenfront sind weitere verschiedene Maßnahmen denkbar.
Ist die Dicke der Phasenplatte gemäß einer Weiterbildung der Erfindung unterschiedlich, so ergeben sich entsprechend räumlich versetzte Wellenfronten. Unterschiedliche Dickenänderungen - bezogen auf eine Richtung quer zur Strahlrichtung - sollten dabei in einem Abstand auftreten, der der Größenordnung der räumlichen Kohärenzlänge der Laserstrahlung, welche durchmoduliert werden sollte, entspricht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Phasenplatte als diffraktives optisches Element (DOE) ausgebildet ist, das in der nullten Beugungsordnung betrieben wird. Normalerweise wird ein diffraktives optisches Element in der ersten oder auch einer höheren Beugungsordnung verwendet. Um jedoch die Wellenfrontmodulati- on zu erreichen, wird man das diffraktive optische Element (DOE) in der nullten Beugungsordnung verwenden, wo das Laserlicht ungebrochen durchgeht.
Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Einsatz einer Streuscheibe als Phasenplatte.
Die erfindungsgemäße Modulation einer Wellenfront lässt sich auch dadurch erreichen, dass man den Resonatorkörper, z.B. das Prisma mit den wenigstens fünf Ecken, asymmetrisch ausbildet. Dies kann z.B. durch eine asymmetrische, d.h. nicht spiegelsymmetrische Ausbildung wenigstens einer Seite des Prismas erfolgen.
Eine weitere Lösung oder auch eine Kombination mit einem a- symmetrischen Resonatorkörper, besteht darin, dass die Strahlführung des Laserstrahles so gewählt ist, dass der Schwerpunktstrahl außermittig auf den Resonatorkörper trifft. In diesem Fall werden bei dem Umlauf des Teilstrahles in dem Resonatorkörper ebenfalls Modulationen der Wellenfront geschaffen.
Wenn man die Oberfläche, auf die der Laserstrahl auftrifft, mit einer Teilerschicht versieht, die derart ausgestaltet ist, dass damit der Eintrittswinkel veränderbar ist, lassen sich die Anwendungsmöglichkeiten noch steigern, da die Winkelabhängigkeit zumindest teilweise reduziert werden kann. Durch die Teilerschicht lässt sich somit der Eintrittswinkel variieren und damit auch das Verhältnis des reflektierten Teilstrahles und des in den Resonatorkörper eintretenden Teilstrahles .
Um darüber hinaus auch noch Wellenfrontmodulationen zu erreichen, kann z.B. die Teilerschicht unterschiedlich dick und/oder nicht homogen ausgebildet werden. Als Teilerschicht lässt sich in vorteilhafter Weise eine dielektrische Schicht mit einem Teilungsverhältnis von 33 : 67 bzw. 1/3 : 2/3 verwenden.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung prinzipmäßig anhand der Zeichnungen dargestellt.
Es zeigt:
Figur 1 einen schematischen Aufbau einer Projektionsbelich- tungsanlage mit einer Lichtquelle, einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv;
Figur 2 5-Eck-Prisma als Resonatorkörper mit einer Phasen- platte;
Figur 3a einen Querschnitt durch die Phasenplatte nach der Fig. 2;
Figur 3b einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Phasenplatte;
Figur 4 ein 5-Eck-Prisma mit zwei asymmetrischen Seiten; und
Figur 5 ein 5-Eck-Prisma mit einer Teilerschicht auf einer Oberfläche .
Wie aus Figur 1 ersichtlich., weist eine Proj ektionsbelich- tungsanlage 1 eine als Laser ausgebildete Lichtquelle 2 , ein
Beleuchtungssystem 3 zur Ausleuchtung eines Feldes in einer Ebene 4, in der eine strukturtragende Maske 4a angeordnet ist, sowie ein Projektionsobjektiv 5 zur Abbildung der strukturtragenden Maske 4a in der Ebene 4 auf ein lichtempfindliches Substrat 6 auf. Das Projektionsobjektiv 5 weist mehrere optische Elemente 7 in seinem Gehäuse 8 auf. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 dient zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Computerchips.
Ein Resonatorkörper 9,9' ist im vorliegenden Ausführungsbei- spiel zwischen dem Laser 2 und dem Beleuchtungssystem 3 zur Reduzierung der, insbesondere zeitlichen Kohärenz einer Laserstrahlung 10 des Lasers 2 angeordnet.
Figur 2 zeigt ein 5-Eck-Prisma als Resonatorkörper 9,
Von dem einfallenden Laserstrahlbündel 10 ist zur Vereinfachung nur der Schwerpunktstrahl dargestellt und im folgenden wird auch nur von dem Laserstrahl 10 gesprochen. Selbstverständlich liegt in der Praxis ein Strahlenbündel vor. Zur Einstellung des Polarisationsgrades (zwischen unpolarisiert und linear polarisiert) des Laserstrahls 10 wird eine Lamb- da/2-Platte 18 verwendet. Der auf eine Oberfläche 11 des Prismas 9 auftreffende Laserstrahl 10 wird in einen ersten Teilstrahl 10a aufgeteilt, welcher an der Oberfläche 11 re- flektiert und einen Teilstrahl 10b, der in den Resonatorkörper 9 eintritt und dort nach mehreren Totalreflexionen an der Eintrittsstelle wieder aus dem Resonatorkörper 9 austritt und dort mit dem ersten Teilstrahl 10a vereint wird. Beide Teilstrahlen werden anschließend zu einer Beleuch- tungsebene, in diesem Falle der Ebene 4 mit der strukturtragenden Maske zugeführt. In dem dargestellten 5-eckigen Prisma kommt es zu vier Totalreflexionen. Bei einem Prisma mit mehr Ecken sind entsprechend mehr Totalreflexionen vorhanden.
Gemäß Figur 2 ragt in das Prisma 9 eine Phasenplatte 12, die derart in das Prisma 9 eingebracht ist, dass der umlaufende Teilstrahl 10b, welcher annähernd, senkrecht auf eine vordere Oberfläche 13 der Phasenplatte 12 trifft, diese durchdringen muss. Die Phasenplatte 12 verursacht eine unterschiedliche lokale Phasenverteilung. Hierzu besitzt die Phasenplatte 12 eine unterschiedliche Dicke, wie aus den vergrößerten Querschnittdarstellungen gemäß den Figuren 3a und 3b ersichtlich ist. Wie ersichtlich, variieren die unterschiedlichen Dicken der Phasenplatte 12 in Querrichtung zur Strahlrichtung in ihrer Breite s. Die größte Breite s soll dabei - in Abhängigkeit von dem verwendeten Laser und dessen Wellenlänge - in der Größenordnung der räumlichen Kohärenzlänge der benutzten Laserstrahlung liegen. Bei Excimer-Lasern liegt der Wert für s zwischen 0,05 und 1 mm, wobei eine eventuelle Strahlaufweitung den Wert entsprechend vergrößert.
Die Dickendifferenz zwischen der maximalen und der minimalen Dicke der Platte sollte in der Größenordnung von einigen Wellenlängen des eingesetzten Lichtes liegen. Bei den vor- stehend genannten Wellenlängen sollte diese zwischen a = 200 bis 500 nm liegen.
Die Basisdicke der Phasenplatte b kann im Bereich von 500 μm liegen.
Die Verteilung der Breitenunterschiede s und der Dickenunterschiede a sollten möglichst zufällig sein, damit man auch eine relativ zufällige Phasenverteilung auf der Wellenfront erhält. Auf diese Weise sind die optischen Weglängen lokal unterschiedlich und man erhält bei den wiedervereinigten Teilstrahlen 10a und 10b nach dem Resonatorkörper 9 entsprechend zeitlich unterschiedliche Teilstrahlen, die darüber hinaus auch noch bezüglich der Wellenfront moduliert sind. Die einzelnen Pulse können auf diese Weise so kurz in ihrer Dauer und in Phasenverteilung sein, dass keine Interferenzfähigkeit mehr gegeben ist. In der Ausführungsform gemäß Figur 3b ist die Struktur der Phasenplatte 12 spitz zulaufend bzw. prismenartig ausgeführt, wodurch eine verbesserte StrahlaufWeitung erreicht wird.
Bei Verwendung eines 5-eckigen Prismas ergeben sich Reflexionswinkel die größer 37 Grad sind, wodurch totale Reflexionen im Inneren auftreten. Das dargestellte Ausführungsbei- spiel wurde so ausgelegt, dass alle Totalreflexionswinkel identisch sind und ca. 55 Grad betragen.
Als Material für das Prisma kann Kalziumfluorid verwendet werden. Die Kristallorientierung des CaF2-Prismas 9 wird so gewählt, dass die erste (100) -Kristallebene einen Winkel von 45° mit Lichteintrittsebene Eintritts- bzw. Oberfläche 11 bildet und senkrecht auf der Seitenfläche 14 liegt. Die zweite (100) -Kristallebene liegt parallel zu der Seitenfläche 14 des Prismas 9.
Auf diese Weise wirkt sich die--- intrinsische Doppelbrechung, die bei der Wellenlänge von 157 nm und 193 nm signifikant ist, nicht auf die Polarisation des umlaufenden Strahls aus, wenn das Licht an der Eintrittsobexflache 11 linear polari- siert und die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldstärkevektors parallel (p-polarisiert ) oder senkrecht (s- polarisiert) bezüglich der Einfallsebene ist. Das Licht tritt wieder s- bzw. p-polarisiert aus dem Prisma 9 heraus.
Besteht der einfallende Strahl 10 aus unpolarisiertem Licht, dann ist die Kristallorientierung nicht von Bedeutung und das Prisma 9 aus CaF2 kann beliebig orientiert sein.
Eine entsprechende Möglichkeit besteht darin, den Block aus MgF2 (transparent bei 157 nm und 193 nm, stark doppelbrechend) herzustellen. Handelt es sich um. unpolarisiertes Licht am Eintritt, dann kann die Kristallorientierung bezüglich der Prismaflächen ebenfalls beliebig gewählt werden.
Ist das Licht an der Eintrittsebene bzw. Eintrittsoberfläche 11 linear polarisiert (s- bzw. p-polarisiert) und soll das Licht wieder linear polarisiert austreten, dann muss die Kristallorientierung so gewählt werden, dass die Schwingungsrichtung des einfallenden elektrischen Feldstärkevektors parallel zu der schnellen (Richtung mit außerordentli- eher Brechzahl) oder langsamen (Richtung mit ordentlicher Brechzahl) Kristallachse liegt.
In diesem Fall findet keine Doppelbrechung statt und der Polarisationszustand bleibt erhalten.
Als Phasenplatte 12 kann ein diffraktives optisches Element verwendet werden, das auf die nullte Beugungsordnung optimiert ist, in der auftreffendes Licht ungebeugt durchtritt.
Als Phasenplatte 12 kann auch eine Streuscheibe verwendet werden.
Figur 4 zeigt ein Prisma in 5-Eck-Form, wobei ein Versatz vorhanden ist bzw. wobei der Prismenkörper asymmetrisch aus- gebildet ist. Wie ersichtlich ist eine Seite, nämlich die erste Seite 15, auf der die Teilstrahlen 10b auftreffen um den Abstand d nach unten verschoben. Damit ist die Spiegelsymmetrie gestört, was auch für die nachfolgende Seite 16 gilt. Auf diese Weise wird ebenfalls erreicht, dass der re- flektierte Teilstrahl 10a und der in dem Prisma 9' umlaufende Teilstrahl 10b und damit schließlich alle Teilstrahlen zeitlich und räumlich versetzt zueinander verlaufen. Der Abstand d kann in der Größenordnung von 0,1 mm liegen.
Im Bedarfsfalle kann zusätzlich noch eine Phasenplatte 12 (in der Figur 4 gestrichelt dargestellt) entsprechend der Ausgestaltung nach der Figur 2 eingebracht werden, womit man bezüglich der Modulation von Wellenfronten noch variabler ist .
Die Figur 5 zeigt eine Ausgestaltung eines Prismas 9, ebenfalls in 5-Eck-Form, wobei auf der Eintrittsoberfläche 11 noch eine Teilerschicht 17 aufgebracht ist. Die Teilerschicht kann z.B. eine dielektrische Schicht mit einem Teilungsverhältnis von 1/3 : 2/3 sein. Die Teilerschicht hat zum einen die Aufgabe den E ntrittswinkel des Teilstrahles 10b in das Prisma 9 zu beeinflussen. Dies lässt sich entsprechend der Ausgestaltung und dem Material der Teilerschicht je nach Wunsch wählen.
Wenn die Teilerschicht darüber hinaus noch eine unterschiedliche Dicke aufweist, so wird zusätzlich auch noch in ähnlicher Weise wie bei der Phasenplatte (gestrichelt dargestellt in Figur 5) eine Modulation der Wellenfront erreicht. Glei- ches ist möglich durch eine unhomogene bzw. nicht homogene Ausbildung der Teilerschicht.
Die in den Figuren 2, 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele zur Erzeugung von unterschiedlichen Wellenfronten können sowohl separat als auch in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Beispielsweise ist es auch möglich alle drei Maßnahmen miteinander zu kombinieren, d.h. eine Phasenplatte 12 in einem asymmetrischen Prisma 9' gemäß Figur 4 anzuordnen und zusätzlich auch noch die Eintritts- Oberfläche 11 mit einer Teilerschicht 17 zu versehen, welche darüber hinaus eine unterschiedliche Dicke und/oder auch nicht homogen ausgebildet ist.

Claims

Patentansprüche :
1. System zur Reduzierung der Kohärenz einer Wellenfronten aussendenden Laserstrahlung, insbesondere für ein Projek- tionsobjektiv in der Halbleiterlithographie, wobei von dem auf eine Oberfläche eines Resonatorkörpers auftreffenden Laserstrahl ein erster Teilstrahl teilreflektiert wird und wobei ein zweiter Teilstrahl in den Resonatorkörper eintritt und nach mehreren Totalreflexionen we- nigstens annähernd im Bereich der Eintrittsstelle wieder aus dem Resonatorkörper austritt und mit dem ersten Teilstrahl gemeinsam zu einer Beleuchtungsebene weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorkör- per (9,9') derart ausgebildet ist, dass zusätzlich zu der Aufteilung in Teilstrahlen (10a, 10b) die Wellenfronten wenigstens eines Teilstrahles (10b) während eines Laserpulses moduliert werden, wobei die an dem Resonatorkörper (9,9') reflektierten und die in den Resonatorkörper (9,9') eintretenden Teilstrahlen (10a, 10b) nach dem Reso- natorkörper (9,9') überlagert werden und wobei der Resonatorkörper (9.,9') mit einer Phasenplatte (12) mit unterschiedlicher lokaler Phasenverteilung versehen ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenplatte (12) für den Durchgang des zweiten Teilstrahles (10b) des Laserstrahles quer zur Strahlrichtung unterschiedliche Dicken aufweist.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschiede in der Dicke zwischen 200 und 500 nm liegen.
4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Dicken der Phasenplatte (9) in Querrichtung in einer Breite s variieren, die in der Größen- Ordnung der räumlichen Kohärenzlänge der Laserstrahlung an der Eintrittsebene (11) liegt.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Breite s 0,05 < s < 1 mm gilt.
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenplatte (12) als diffraktives optisches Element (DOE) ausgebildet ist, welches auf die nullte Beugungsordnung optimiert ist.
7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Phasenplatte (12) eine Streuscheibe vorgesehen ist.
8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorkörper (9,9') als Prisma mit wenigstens fünf E- cken ausgebildet ist.
9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionswinkel in dem Resonatorkörper (9,9') wenigstens 37 Grad betragen.
10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Weglänge des zweiten Teilstrahles (10b) in dem Resonatorkörper (9,9') ein Mehrfaches der Kohärenzlänge beträgt .
11. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das auf den Resonatorkörper (9,9') auftreffende Licht in einem Verhältnis von 1/3 zu 2/3 bezüglich des ersten reflektierten Teilstrahles " (10a) und des zweiten in dem Re- sonatorkörper (9,9') umlaufenden Teilstrahles (10a, 10b) aufgeteilt wird.
12. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Wellenlängen des Laserstrahles (10) von 157 nm oder klei- ner als Resonatorkörper (9,9') Kalziumfluorid verwendet wird.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Kalziumfluorid in einer Kristallorientierung so gewählt wird, dass die erste (100) -Kristallebene einen Winkel von 45 Grad mit der Ebene der Oberfläche bildet, auf die der Laserstrahl trifft, und senkrecht auf einer Seitenfläche liegt, wobei die zweite (100) -Kristallebene parallel zu dieser Seitenfläche liegt.
14. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung des auf den Resonatorkörper (9,9') auftreffenden Laserstrahles zur Einstellung eines Polarisationszustandes relativ zur Einf llsebene drehbar ist.
15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsgrad zwischen unpolarisiert und linear polarisiert einstellbar ist.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Polarisationszustandes eine Lambda/2- Platte (18) verwendet wird.
17. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Prisma (9') asymmetrisch ausgebildet ist.
18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Prisma (9') mit wenigstens einer asymmetrischen Seite versehen ist.
19. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Schwerpunktstrahles des auf den Resonatorkörper (9,9') auftreffenden Laserstrahles (10) außermittig ist.
20. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorkörper (9') asymmetrisch ausgebildet ist und dass der Schwerpunktstrahl des Laserstrahles (10) außer- mittig auf den Resonatorkörper (9') trifft.
21. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (11) des Resonatorkörpers (9,9'), auf die der Laserstrahl (10) auftrifft, mit einer Teilerschicht (17) derart versehen ist, dass sie den Eintrittswinkel des in den Resonatorkörper (9,9') eintretenden Teilstrahles (10b) beeinflusst.
22." System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilerschicht (17) eine unterschiedliche Dicke aufweist.
23. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilerschicht (17) nicht homogen ausgebildet ist.
24. System nach einem der Ansprüche 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilerschicht (17) eine dielektrische Schicht aufweist.
25. Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Laser als Lichtquelle, einem Beleuchtungssystem, einer Beleuchtungsebene mit einer Maske und mit einem Projektionsobjektiv, wobei zur Reduzierung der Kohärenz einer Wellenfronten aussendenden Laserstrahlung, der auf eine Oberfläche eines Resonatorkörpers auftreffende Laserstrahl mit einem ersten Teilstrahl teilreflektiert wird, und wobei ein zweiter Teilstrahl in den Resonatorkörper eintritt und nach mehreren Totalreflexionen wenigstens annähernd im Bereich der Eintrittsstelle wie- der aus dem Resonatorkörper austritt und mit dem ersten Teilstrahl gemeinsam zu einer Beleuchtungsebene weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet dass, der Resonatorkörper (9,9') derart ausgebildet ist, dass zusätzlich zu der Aufteilung in Teilstrahlen (10a, 10b) die Wellenfron- ten wenigstens eines Teilstrahles (10b) während eines Laserpulses moduliert werden, wobei die an den Resonator- körper (9,9') reflektierten und die in den Resonatorkörper (9,9') eintretenden Teilstrahlen (10a, 10b) nach dem Resonatorkörper (9,9') überlagert werden und wobei der Resonatorkörper (9,9') mit einer Phasenplatte (12) mit unterschiedlicher lokaler Phasenverteilung versehen ist.
26. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenplatte (12) als diffrakti- ves optisches Element (DOE) ausgebildet ist, welches auf die nullte Beugungsordnung optimiert ist.
27. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Pbiasenplatte (12) eine Streuscheibe vorgesehen ist.
28. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet dass, der Resonatorkörper (9,9') als Prisma mit wenigstens fünf Ecken ausgebildet ist.
29. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Weglänge des zweiten Teilstrahles (10b) in dem Resonatorkörper (9,9') ein Mehrfaches der zeitlichen Kohärenzlänge beträgt.
30. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass bei Wellenlängen des Laserstrahles (10) von 157 nm oder kleiner als Resonatorkörper (9,9') Kalziumfluorid vorgesehen ist.
31. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorkörper (9,9') mit einer Phasenplatte (12) mit unterschiedlicher lokaler Phasenverteilung versehen ist.
32. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Prisma (9') asymmetrisch ausge- bildet ist .
33. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Schwerpunktstrahles des auf den Resonatorkörper (9,9') auftreffenden Laserstrahles (10) außermittig ist.
34. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (11) des Resonator- körpers (9,9'), auf die der Laserstrahl (10) auftrifft, mit einer Teilerschicht (17) derart versehen ist, dass sie den Eintrittswinkel des in den Resonatorkörper (9,9') eintretenden Teilstrahles (10b) beeinflusst.
35. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilerschicht eine unterschiedliche Dicke und/oder nicht homogen ausgebildet ist.
36. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilerschicht eine dielektrische Schicht aufweist.
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