WO2006021540A2 - Optisches system, nämlich objektiv oder beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen projektionsbelichtungsanlage - Google Patents

Optisches system, nämlich objektiv oder beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen projektionsbelichtungsanlage Download PDF

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optical element
electromagnetic radiation
diffractive optical
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Bernd Kleemann
Johannes Ruoff
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Carl Zeiss SMT GmbH
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    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70316—Details of optical elements, e.g. of Bragg reflectors, extreme ultraviolet [EUV] multilayer or bilayer mirrors or diffractive optical elements

Definitions

  • Optical system namely lens or
  • the invention relates to an optical system, namely a lighting device or a projection objective of a microlithographic projection exposure apparatus, having at least one diffractive optical element.
  • Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus, which has an illumination device and a projection objective.
  • a substrate eg a silicon wafer
  • photosensitive layer photoresist
  • DOE 's diffractive optical Elements
  • a desired intensity distribution eg dipole or quadrupole distribution
  • Winkelabstrahlcharakte ⁇ stik example in a pupil plane
  • 10 shows a DOE 1 on which a bundle of light 2 falls, the intensity of which is distributed by DOE 1 into different regions, wherein in FIG. 10 only two directions 3 and 4 are indicated by way of example.
  • the DOE 1 consists of an array of diffractive structures whose Fou ⁇ ertransformation reflects a desired intensity distribution.
  • FIG. 11 shows typical intensity distributions in an illumination pupil in the form of a dipole distribution 10 (FIG. IIa) or a quadrupole distribution 20 (FIG. IIb), which are used depending on the structures imaged in a projection exposure apparatus.
  • EP 1 160 589 A1 discloses various embodiments of DOEs with substructures designed in a comb-like manner on a carrier material, which are applied to a larger structure in the shape of a saw tooth.
  • the s-component whose electric field vector oscillates perpendicular to the plane of incidence of a light beam. Accordingly, the s-component
  • Pola ⁇ sationskomponente whose electric field vector oscillates parallel to the plane of incidence of a light beam, referred to as p-component.
  • p-component Pola ⁇ sationskomponente whose electric field vector oscillates parallel to the plane of incidence of a light beam
  • US 2001/0019404 A1 discloses e.g. Arrangements are known in which a polarization-influencing element is arranged in a pupil plane, which e.g. can be constructed of segmented birefringent plates.
  • the object of the present invention is to provide an optical system, namely a lighting device or a projection objective of a microlithographic projection exposure apparatus, which enables fast and flexible adjustment of a desired intensity distribution x n of a pupil or field plane.
  • the xn exner illumination device or a projection objective allows a fast and flexible setting of a desired intensities and polarization distribution xn exner Pupxllen- or field level.
  • Blaze effect is understood to mean the setting of a high diffraction efficiency xn of a certain diffraction order, the diffraction efficiency being correspondingly small for the other diffraction orders, i. the energy is maximized xn a desired diffraction order.
  • the bladder structures each comprise a plurality of sub-cell substructures arranged next to each other according to a predetermined period xn extension direction, provide the blaze effect and each have the shape of a closed geometric surface
  • the blaze effect according to the invention becomes substantially two-dimensional, closed Individual structures achieved, which is initially advantageous in terms of manufacturing technology and, moreover, with a suitable configuration of these individual structures, furthermore also makes it possible to selectively set a desired polarization distribution.
  • the individual substructures are designed such that the blaze effect is effective for electromagnetic radiation impinging on the diffractive optical element of the diffractive optical element for one of two mutually orthogonal Pola ⁇ sationsShen stronger than for the other of these polarization states.
  • the blaze effect is stronger for one of two mutually orthogonal polarization states than the other of these polarization states (and is preferably optimized for one of two mutually orthogonal polarization states)
  • a desired (for example tangential) polarization can be achieved in a pupil plane )
  • Polarization distribution can be adjusted without the need for an additional Pola ⁇ sationsbeeinlendes element is required.
  • the light is occupied at the same time with formation of the desired Wmkelabstrahlcharakte ⁇ stik or lighting configuration in the pupil plane with the corresponding desired Pola ⁇ sations für, so that the light from the outset polarization selective, for example, to the poles of the respective lighting configuration (for example, dipole lighting or quadrupole lighting) is directed.
  • FDE field defimng element
  • Intensity distribution but also a desired (for example, constantly linear) polarization distribution can be adjusted.
  • an illumination device or a projection objective of a microlithographic projection exposure apparatus has at least a polarxsatxone-selectively blazed diffractive optical element comprising:
  • blazer structures each having a width greater than the wavelength of the electromagnetic radiation for which the diffractive optical element is designed, perpendicular to its direction of extension;
  • Blaze Students each comprise a plurality of individual substructures, which are arranged side by side according to a predetermined period m direction, provide the Blazerial and each have in plan view the shape of a closed geometric surface whose parallel to the extension direction directed dimension varies perpendicular to the extension direction, but is always smaller than the wavelength of the electromagnetic radiation, and whose maximum dimension perpendicular to the direction of extension is greater than the wavelength of the electromagnetic radiation;
  • the Fullverhaltms the Emzel substructures in the extension direction to the period as a function of the position perpendicular to the extension direction is chosen so that for one of two uej nander orthogonal Pola ⁇ sationsParken the electromagnetic radiation, the Blaze Angel is optimized.
  • the diffractive optical element is composed of a plurality of partial regions, wherein each of these partial regions has the identical arrangement of the plurality of bladder structures.
  • the bladder structures form a first grid and the individual blanks Substructures] of the bladder structure form a second grid, wherein grid directions of the first and second gratings are not parallel, and preferably substantially perpendicular, to each other.
  • a full ratio of the emzel substructures is selected such that a predetermined course of the effective refractive index for the electromagnetic radiation of the one polarization state is given.
  • the Emzel substructures may be formed (or the full ratio may be chosen) such that the s-polarized component of the electromagnetic radiation predominantly in the ( ⁇ l) -th diffraction order and the p-pola ⁇ sêt component of the electromagnetic radiation predominantly in the zeroth diffraction order is directed.
  • the diffractive optical element can be arranged exchangeably in the optical system.
  • the diffractive optical element may be followed by a further element for filtering out the electromagnetic radiation directed into the zeroth diffraction order.
  • This further element can be formed for example by a diaphragm or by an axicon.
  • an intensity distribution generated by the diffractive optical element is essentially a dipole or quadrupole distribution or an annular distribution.
  • the emzel substructures may be designed so that m is substantially tangential to the poles of the dipole or quadrupole distribution or to the ring of the annular distribution Polarization distribution is generated.
  • the diffractive optical element according to the invention can furthermore also be used for refreshing ("clean-up") already pre-polarized light m of an illumination device shortly before the reticle.
  • the optical system according to the invention is an illumination device of a microlithographic projection exposure apparatus, in which the diffractive optical element is one of the three first optical elements following the light source in the light propagation direction.
  • the diffractive optical element may, in particular, be a pupil-de fi ning element (PDE), a fi ne-defining element (FDE) or else a diffractive lens.
  • PDE pupil-de fi ning element
  • FDE fi ne-defining element
  • the diffractive optical element m can be arranged on a pupil plane of a lighting device.
  • the diffractive optical element may in particular also be designed to be adjustable.
  • the closed geometric surface of the Emzel substructures can essentially be a triangular surface or else have another suitable shape according to the respective requirements.
  • two blazer structures adjacent to the direction of extension are arranged such that base sides of emzel substructures of one blazer structure adjoin base sides of emzel substructures of the other blazer structure.
  • the wavelength of the electromagnetic radiation for which the diffractive optical element is designed is less than 250 nm, and preferably less than 200 nm.
  • the invention also relates to a microlithographic projection exposure apparatus, a method for the microlithographic production of microstructured components and a microstructured component.
  • Figure la-b is a schematic representation for explaining the operation of an inventive DOE 's according to a preferred embodiment
  • Figure 2a-c are schematic representations for explaining the
  • Figure 3a-c are diagrams for explaining the structure of existing in the inventive DOE of Fig. 1 Individual substructures for optimizing the blaze effect for s-polarization (FIG. 3b) or for p-polarization (FIG. 3c);
  • FIGS. 4-5 are schematic diagrams for explaining the structure of a DOE according to the invention in accordance with further preferred embodiments.
  • FIG. 6 shows a diagram for explaining the structure of individual components present in a DOE according to the invention.
  • Figure 7a-c are schematic representations for explaining the structure of an inventive element in the form of a diffractive lens according to another preferred embodiment
  • Figure shows the structure of a microlithography projection exposure apparatus in which a erfmdungsge68es DOE is used at different positions in the illumination device and in the projection lens;
  • Figure 9a-b are schematic representations of according to the
  • Figure 10 is a schematic representation for explaining the setting of a desired
  • Illumination device of a microlithography projection exposure apparatus Illumination device of a microlithography projection exposure apparatus.
  • a light bundle 101 whose intensity passes through the DOE 100 into different ones, is incident on a DOE 100
  • the DOE 100 is composed of a plurality of substantially identical subregions 111, 112, ....
  • the DOE 100 is to generate a particular illumination configuration in the pupil of a lighting device of a microlithographic
  • each of these partial areas 111, 112,... Emits the same area of the illumination pupil. Since different partial areas of the light bundle 101 contribute to the intensity distribution in the respective partial areas 111, 112,..., A thorough mixing of the light emitted by the individual partial areas 111, 112,.. Inhomogeneities of the light beam 101 in the illumination pupil.
  • the DOE 100 is composed of the plurality of subregions 111, 112, ... (e.g., substantially checkered).
  • the number of individual subregions is typically much higher and their size substantially smaller than in the illustration, wherein the typical dimensions of the respective subregions 111, 112,... Can be, for example, on the order of 100 .mu.m.
  • the DOE 100 has a polarization-dependent diffraction efficiency. More specifically, in the embodiment, the light diffracted in the "l" -th and -l "diffraction order is s-polarized, i. the electric field vector oscillates perpendicular to the plane of incidence of the respective light beam. On the other hand, the light propagating in the zeroth diffraction order is p-polarized, i. the electrical
  • Field vector oscillates parallel to the plane of incidence of the respective light beam.
  • Each of the sub-areas 111, 112, ... which are constructed essentially identical to one another is formed according to the invention by a diffractive-blazed structure, the exemplary structure of which is explained with reference to FIGS. 2 a to 2 c.
  • a diffractive-blazed structure the exemplary structure of which is explained with reference to FIGS. 2 a to 2 c.
  • typical bladder structures 211, 212, 213,, 221, 222, 223,, 231, respectively are shown, wherein the hatched areas represent zones with a different refractive index (for example ni ) as the non-hatched areas (with refractive index n 2 ).
  • the hatched areas may be areas formed on a transmissive carrier having a first refractive index ni, between which areas of a further material having a second refractive index n 2 are formed, for example
  • this is formed from a plurality of Emzel substructures 211a, 211b, ..., which are formed dreieckformig in the exemplary embodiment substantially, said di ° length of the base sides of these Emzel substructures 211a 211b, ... corresponds to the period "sg" of this arrangement of Emzel substructures in the extension direction "I" of the blazer structures 211, 212, 213.
  • This average refractive index n eff depends for each point along the grating period of the grating formed by the blaze structures 211, 212, 213 (in direction “II") the ratio of the dimension of the respective Emzel substructure 211a, 211b, ... m extension direction “I” at this point to the Subwellenpe ⁇ ode “sg" from.
  • the shape of the structures is not limited to triangular structures, but can be selected according to the requirements.
  • Frull ratio f is the ratio of the dimension of the individual substructures 211a, 211b, ... in the extension direction "I” of the diffractive-blazed structures 211, 212, ... relative to the period "sg" of the sub-wavelength structure for a predetermined point within the blaze period the diffraction-blazed structures 211, 212, ... to understand.
  • the bladder structures 211, 212, 213 polarization-selective the effect is exploited that the averaging of the electromagnetic radiation via the individual substructures 211a, 211b,... Depends on the polarization of the electromagnetic radiation.
  • the sub-wavelength structuring is optimized only for one of two mutually polarization states (ie, either s-polarization or p-polarization).
  • the so-called "effective medium theory” applies to the effective refractive index n eff on the premise that the period "sg" of the sub-wavelength structuring is much smaller than the wavelength ⁇ of the electromagnetic radiation, for the p-Pola ⁇ sation (or. TM polarization) the following relationship:
  • the course of the effective refractive index is chosen according to the invention so that the dependence of the effective refractive index n eff on the coordinate x perpendicular to the extension direction "I" is a linear function p-polarization, according to the equation (1) after f, yields the following relationship (3) for the associated full ratio: "
  • Fig. 3b shows in plan view the corresponding shape of the Emzel structures 211a, 211b in the case of optimizing the blaze effect for s-polarization
  • Fig. 3c shows the corresponding form of these Emzel substructures in the case of optimization for p-polarization.
  • the x-coordinate is that spatial coordinate which proceeds in the direction "II” with reference to FIG. 2a
  • the y-coordinate is that spatial coordinate which, with reference to FIG "I" (ie in the direction of extension of Blaze Quilt Cook 211, 212, 213) proceeds.
  • Equation (5) applies to a good approximation for large grid widths and almost vertical incidence of light.
  • FIGS. 4a to 4c schematically show the structure of bladder structures 411, 412,... According to another embodiment
  • the respective emzel substructures 411 a, 411 b of the bladder structures 411, 412,... are formed from a lower layer 421 having a refractive index ni and an upper layer 422 having a refractive index n 2 .
  • the lower layer 421 has a height hi
  • the upper layer 422 has a height h 2 .
  • this further layer 423 is formed from a material having a refractive index n 3 and has the height h 3 .
  • n he ' 1 ⁇ ' are the effective refractive indices which result from the respective refractive indices n ⁇ and n-, which are present in the partial heights h 3 , (hi ⁇ h 3 ) and h 2 . If h 3 > hi holds, you can derive an analogous formula.
  • the full ratio f describes xn of the lower layer the fraction of the grating period which is filled with the material with the refractive index ni, xn of the upper layer it applies to the material with the refractive index n 2 .
  • n eff TM is always greater than n ef f TE and that there are regions of f where either n eff TM or n e ff TE is a plateau-like one Show behavior and thus xn certain f-areas are almost independent of f.
  • n eff TM is always greater than n ef f TE
  • n e ff TE is a plateau-like one Show behavior and thus xn certain f-areas are almost independent of f.
  • the TM polarization in the interval 0.5 ⁇ f ⁇ 1 is almost independent of f.
  • the TE polarization in this region increases sharply, as shown in Fig.
  • the full behavior curve as a function of the coordinate x (ie perpendicular to the extension direction "I") can be chosen such that the desired eg linear refractive index course xn dependence on the coordinate x is achieved
  • the desired eg linear refractive index course xn dependence on the coordinate x is achieved
  • the desired eg linear refractive index course xn dependence on the coordinate x is achieved
  • the desired eg linear refractive index course xn dependence on the coordinate x is achieved
  • Fig. 4a, 4b as well as in Fig. 5a and 5b not shown.
  • the course of the effective refractive index n e r f as a function of the full ratio f shown in FIG. 4 c is exploited in the exemplary embodiment of FIG.
  • the TE polarization becomes highly efficient m diffracts the desired Blaze order.
  • the TM polarization is very poorly diffracted into the desired (here the first diffraction order).
  • the TM polarization is mainly m diffraction orders other than the desired Blaze elbow, here mainly in the zeroth order of diffraction of Blaze Modell. Since the full-ratio f satisfies the following inequality: 0.5 ⁇ f ⁇ 1, the emzel substructures 411a, 412a, 413a are cropped at the tip so as to be substantially trapezoidal.
  • the height h of the individual layers results from the blaze condition
  • the index on TE, TM denotes the diffraction orders of the diffraction caused on the bladder structures 411, 412 and 413.
  • TE polarization a large portion of the incident light is directed into the first blaze order, while the TM polarization is mainly m in the zeroth order.
  • Table 2 shows selected parameters for which the blaze effect occurs in TM polarization.
  • the degree of polarization here amounts to 98.4%.
  • the associated course of the effective refractive index n eff m dependence of the full ratio f is shown in FIG. 5 c.
  • a representation of the possible form of the Emzel substructures 511, 512, 513 is shown in FIG. 5a.
  • the Emzel substructures 511, 512, 513 are triangles (m top view) that do not touch each other in the direction of the sub-wavelength period "sg", but here the length of the side Sl is smaller
  • Fig. 5b in the same way as in Fig. 4b, only the lower layer 521 is shown.
  • the radiation is perpendicular to the DOE so that the angle of incidence is 0 °. If the angle of incidence is not equal to 0 °, then it may be necessary from a certain angle of incidence to take this into account in the determination of the sub-wavelength period sg and, if appropriate, in the above calculations.
  • the sub-wavelength period "sg" should always be chosen so that only the zeroth diffraction order can propagate with respect to the sub-wavelength structure., Of course, not all blazer structures need to be carried out using the described sub-wavelength structure, It is also possible to provide classical blazed diffraction structures with a ramp profile for the bladder structures ,
  • the individual substructures can form any possible closed surface in plan view, wherein, for example, polygonal curves of individual sides are possible in plan view.
  • FIG. 6 a basic structure of individual substructures present in a DOE according to the invention is shown according to a further preferred embodiment.
  • two bladder structures 611 and 612 adjacent to the extension direction "I" are arranged in each case so that the individual substructures 611a, 611b (in the form of triangular faces) of one bladder structure 611 with their respective base side adjoin the adjacent base side of FIG 6 also adjoin individual substructures 612a, 612b (also in the form of triangular faces according to FIG. 6) of the other bladder structure 612.
  • a sinusoidal transmission can be achieved which provides maximum diffraction efficiency for the (+ 1) -th and (-).
  • L) -th diffraction order in particular a point-symmetric intensity distribution can be efficiently generated.
  • Fig. 7 the structure of a erfmdungsgedorfen element in the form of a diffractive lens according to another preferred embodiment of the invention is shown.
  • Blaze Studentsen 711, 712 and 713 are formed nikringformig on a transmissive carrier, wherein each of these Blaze fabricaten 711, 712 and 713 analogous to that with reference to FIG 2 has a plurality of Emzel substructures 711a, 711b,..., 712a, 712b,... And 713a, 713b,... Of substantially triangular-shaped geometry, whose (xn) ) Base has a length that corresponds to the period "sg" of the arrangement of Emzel substructures 711a, 711b, ...
  • the Emzel substructures 711a, 711b, ... can also be analogous to FIG Etching a transmissive carrier with the refractive index ni are formed (ie the remaining areas after structuring the transmissive
  • the hatched Areas may be formed on a transmissive carrier regions having a first refractive index n x , between which regions of a further material having a second refractive index n 2 are formed.
  • the extension direction of the Blaze Modellen 711, 712 and 713 is designated in Fig. 7b with Ri, R 2 and R 3 .
  • the respective width of the bladder structures 711, 712 and 713 is denoted by gi, g 2 and g 3 in FIG. 7b and decreases in the concrete embodiment at a radial distance from the center of the element 700.
  • the filling ratio of the bladder structures 711, 712 and 713 is selected such that a linear progression of the effective refractive index n eff as a function of the radial refractive index
  • the individual substructures 711a, 711b,... Have substantially the shape described with reference to FIG. 3c, so that their blaze effect is optimized for p polarization (or TM polarization).
  • the individual substructures 711a, 711b,... But also depending on the desired optimization of Blaze Koch another suitable form, in particular as described with reference to FIG. 3b form, in which case their blaze effect for s-polarization (or TE polarization) is optimized.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a microlithography projection exposure apparatus 800 having a light source unit 801, a lighting device 802, a structure-carrying mask 803, a projection objective 804 and a substrate 805 to be exposed.
  • the light source unit 801 can use, for example, an ArF laser for a light source Working wavelength of 193 nm, as well a beam-forming optical system that generates a parallel Lichtbuschel include.
  • the parallel light pencil first encounters a diffractive optical element 806.
  • Light mixing system which in a manner known per se, a suitable arrangement of micro-optical elements (m Fig. 8 represented by the elements 813 and 814) for the achievement of a Ln chtiruschung has.
  • the light mixing system can also be a honeycomb capacitor or a rod integrator made of transparent material for light of the working wavelength, such as quartz glass or crystalline calcium fluoride.
  • the optical unit 810 further comprises in the pupil plane 807 a further micro-optical element 812, which as a so-called field-defining element (FDE) by its Abstrahlcharakte ⁇ stik the shape and homogeneity of the illumination field at the entrance of a REMA objective 816th determined and, for example, also as a diffractive optical element (DOE) may be formed.
  • FDE field-defining element
  • DOE diffractive optical element
  • the optical unit 810 is followed by a reticle masking system (REMA) 815, which is imaged by the REMA objective 816 onto the structure-carrying mask (reticle) 803 and thereby delimits the illuminated area on the reticle 803.
  • the pattern-bearing mask 803 is imaged onto a photosensitive substrate 805 with the projection lens 804.
  • the location of the optical element according to the invention is the diffractive optical element 806 in the illumination device 802.
  • the optical element according to the invention can be used, in cooperation with the axicon 811 light of a polarization direction (eg p-polarization) closer to the optical axis "OA "and light of the other polarization direction (eg s-polarization) further away from the optical axis" OA "away.
  • a tangential polarization distribution can be adjusted in conjunction with a dipole or quadrupole illumination distribution, without an additional polarization-influencing element is required, since the use of the element according to the invention, the light at the same time the formation of the desired Winkelabstrahl characterizing or the Illuminated configuration in the pupil plane 807 is assigned with the corresponding desired polarization effect.
  • the design of the diffractive optical element 806 according to the invention directs the light from the front of the polarization selective to that in the respective illumination configuration (eg dipole illumination or quadrupole illumination).
  • an illumination pupil 910 that can be achieved in this way is shown with a tangential polarization distribution in FIG. 9 a, for example, an illumination pupil 910 that can be achieved in this way is shown with a tangential polarization distribution in FIG. 9 a, for example, an illumination pupil 910 that can be achieved in this way is shown with a tangential polarization distribution in FIG. 9 a, for example, an illumination pupil 910 that can be achieved
  • the radiation propagating into the zeroth diffraction order from the diffractive optical element 806 can be filtered out, for example, by means of a diaphragm or also through a central opening in the axicon 811. This radiation propagating into the zeroth diffraction order is still present in the illumination pupil 920 shown in FIG. 9b and has a radial polarization distribution.
  • a further preferred application or a preferred place of use of the inventive optical element is the fiber-defining element (FDE) 812 m of the illumination device 802.
  • FDE fiber-defining element
  • m can be applied to the field plane or at the location of the optical element
  • Reticule 803 can be adjusted not only a uniform intensity distribution, but also a desired (eg constant) polarization distribution.
  • the polarization state can be adjusted specifically to the structures present on the reticle, such as by adjusting the polarization distribution on structures on the reticle 803, certain areas of the reticle 803 are illuminated with defined polarization states. For example, one area of the reticle can be illuminated with linearly polarized light and another area with unpolarized light.
  • the optical element according to the invention can be used quasi as a "diffractive polarizer", for example, to allow only tangentially polarized light to be reproduced, for example a lens 818 schematically indicated in FIG. 8 as a diffractive lens blazed in accordance with the invention 7, and that each polarization state has a specific focus value, for example, the lens design can be tuned such that only for the focal length of the s-polarization gives an image in the image plane or on the photosensitive substrate 805.
  • the two polarization states of the s and p polarization can also be selectively focused by the optical element in focal planes that are slightly offset from each other (eg by 0.5-1 ⁇ m), So gezie lt can be adjusted to each other, for example, to compensate for errors caused by undesirable polarizing effects (for example of layers) in the projection objective 804.
  • the invention has also been described with reference to specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments will be apparent to those skilled in the art, eg, by combining and / or replacing features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.

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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens einem diffraktiven optischen Element, das zur Erzielung einer Blazewirkung eine Mehrzahl von Blazestrukturen aufweist, welche jeweils mehrere für eine Blazewirkung sorgende Einzel- Substrukturen umfassen, die gemäß einer vorbestimmten Periode in Erstreckungsrichtung der jeweiligen Blazestruktur nebeneinander angeordnet sind, wobei diese Einzel- Substrukturen in Draufsicht jeweils die Form einer geschlossenen geometrischen Fläche besitzen, deren parallel zur Erstreckungsrichtung gerichtete Abmessung senkrecht zur Erstreckungsrichtung variiert, aber immer kleiner als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung ist, und deren maximale Abmessung senkrecht zur Erstreckungsrichtung größer ist als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung.

Description

Optisches System, nämlich Objektiv oder
Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanläge
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches System, nämlich eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens einem diffraktiven optischen Element.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD' s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektions¬ objektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungs¬ einrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Dabei werden zur Pupillen- und Feldformung häufig, etwa am Eintritt der Beleuchtungseinrichtung, diffraktive optische Elemente (DOE' s) eingesetzt, welche über eine durch ihre jeweilige beugende Oberflachenstruktur definierte Winkelabstrahlcharakteπstik z.B. in einer Pupillenebene eine gewünschte Intensitatsverteilung (z.B. Dipol- oder Quadrupolverteilung) einstellen, wie in Fig. 10 und 11 schematisch dargestellt ist. Dabei zeigt Fig. 10 ein DOE 1, auf welches ein Lichtbundel 2 fallt, dessen Intensität durch dass DOE 1 in unterschiedliche Bereiche verteilt wird, wobei in Fig. 10 lediglich exemplarisch zwei Richtungen 3 und 4 angedeutet sind. Dabei besteht das DOE 1 aus einem Array diffraktiver Strukturen, deren Fouπertransformation eine gewünschte Intensitatsverteilung wiedergibt. In Fig. 11 sind typische Intensitatsverteilungen in einer Beleuchtungspupille in Form einer Dipol-Verteilung 10 (Fig. IIa) bzw. einer Quadrupol-Verteilung 20 (Fig. IIb) dargestellt, welche je nach den in einer Projektionsbelichtungsanlage abgebildeten Strukturen zum Einsatz kommen.
Aus EP 1 160 589 Al sind verschiedene Ausgestaltungen von DOE' s mit auf einem Tragermaterial kammartig ausgebildeten Substrukturen bekannt, die auf einer sagezahnformigen größeren Struktur aufgebracht sind.
Es ist ferner bekannt, dass der Interferenzkontrast im Bild dann optimal ist, wenn eine Zweistrahlinterferenz zwischen
Strahlen mit jeweils senkrecht zur Einfallsebene orientierter Polarisation erfolgt. Hier und im Folgenden wird die Polarisationskomponente, deren elektrischer Feldvektor senkrecht zur Einfallsebene eines Lichtstrahls schwingt, als s-Komponente bezeichnet. Entsprechend wird die
Polaπsationskomponente, deren elektrischer Feldvektor parallel zur Einfallsebene eines Lichtstrahls schwingt, als p-Komponente bezeichnet. Für eine kontrastreiche Bxlderzeugung wird insbesondere eine tangentiale Polarisationsverteilung angestrebt, bei der die Schwingungsebenen der E-Feldvektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen xn einer Pupillenebene des Systems senkrecht zum auf die optische Achse gerichteten
Radius orientiert sind. Aus US 2001/0019404 Al (EP 1 130 470 A2) sind z.B. Anordnungen bekannt, wobei in einer Pupillenebene ein die Polarisation beeinflussendes Element angeordnet wird, welches z.B. aus segmentierten doppelbrechenden Platten aufgebaut sein kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches System, nämlich eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektxonsbelxchtungsanlage, bereitzustellen, welches eine schnelle und flexible Einstellung einer gewünschten Intensitatsverteilung xn einer Pupillen- oder Feldebene ermöglicht. Gemäß einem weiteren Aspekt wird xn exner Beleuchtungseinrichtung oder einem Projektionsobjektiv eine schnelle und flexible Einstellung einer gewünschten Intensxtats- und Polarisationsverteilung xn exner Pupxllen- oder Feldebene ermöglicht.
Erfxndungsgemaß wexst exne Beleuchtungsexnrxchtung oder Projektxonsobjektxv einer mxkrolxthographxschen Projektxonsbelichtungsanlage auf: - wenigstens ein diffraktives optisches Element, das zur Erzielung einer Blazewirkung eine Mehrzahl von Blazestrukturen aufweist, welche jeweils mehrere für eine Blazewirkung sorgende Emzel-Substrukturen umfassen, die gemäß einer vorbestimmten Periode m Erstreckungsrichtung der jeweiligen Blazestruktur nebeneinander angeordnet sind;
- wobei diese Einzel-Substrukturen in Draufsicht jeweils die Form einer geschlossenen geometrischen Flache besitzen, deren parallel zur Erstreckungsrichtung gerichtete Abmessung senkrecht zur Erstreckungsrichtung variiert, aber immer kleiner als die Wellenlange der elektromagnetischen Strahlung ist, und deren maximale Abmessung senkrecht zur Erstreckungsrichtung großer ist als die Wellenlange der elektromagnetischen Strahlung.
Dabei ist unter Blazewirkung die Einstellung eines hohen Beugungswirkungsgrades xn einer bestimmten Beugungsordnung zu verstehen, wobei der Beugungswirkungsgrad für die anderen Beugungsordnungen entsprechend klein ist, d.h. die Energie wird xn einer gewünschten Beugungsordnung maximiert .
Dadurch, dass die Blazestrukturen jeweils mehrere Exnzel- Substrukturen umfassen, die gemäß einer vorbestimmten Periode xn Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordnet sind, für di e Blazewirkung sorgen und xn Draufsicht jeweils die Form einer geschlossenen geometrischen Flache besitzen, wird die erfmdungsgemaße Blazewirkung über im Wesentlichen zweidimensionale, geschlossene Einzelstrukturen erreicht, was zunächst fertigungstechnisch von Vorteil ist und darüber hinaus bei geeigneter Ausgestaltung dieser Einzelstrukturen ferner auch eine gezielte Einstellung einer gewünschten Polaπsationsverteilung ermöglicht.
Vorzugsweise sind die Einzel-Substrukturen derart ausgebildet, dass für auf das diffraktive optische Element auftreffende elektromagnetische Strahlung die Blazewirkung des diffraktiven optischen Elements für einen von zwei zueinander orthogonalen Polaπsationszustanden starker als für den anderen dieser Polarisationszustande ist.
Dadurch, dass bei dem erfmdungsgemaßen diffraktiven optischen Element die Blazewirkung für einen von zwei zueinander orthogonalen Polarisationszustanden starker als für den anderen dieser Polarisationszustande ist (und vorzugsweise für einen von zwei zueinander orthogonalen Polarisationszustanden optimiert ist) , kann etwa in einer Pupillenebene eine gewünschte (beispielsweise tangentiale) Polarisationsverteilung eingestellt werden, ohne dass hierzu ein zusätzliches polaπsationsbeeinflussendes Element erforderlich ist. Durch den Einsatz des erfmdungsgemaßen Elements in einer Beleuchtungseinrichtung oder einem
Projektionsobjektiv wird das Licht zugleich mit Ausbildung der gewünschten Wmkelabstrahlcharakteπstik bzw. Beleuchtungskonfiguration in der Pupillenebene mit der entsprechenden gewünschten Polaπsationswirkung belegt, so dass das Licht von vorneherein polarisationsselektiv beispielsweise an die Pole der jeweiligen Beleuchtungskonfiguration (z.B. Dipolbeleuchtung oder Quadrupolbeleuchtung) gelenkt wird. Bei einem Einsatz als felddefinierendes Element (FDE, „field defimng element") in einer Beleuchtungseinrichtung kann in der Feldebene bzw. am Ort des Retikels nicht nur eine gleichmaßige
Intensitatsverteilung, sondern auch gezielt eine gewünschte (z.B. konstant lineare) Polarisationsverteilung eingestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist eine Beleuchtungs¬ einrichtung oder ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage wenigstens ein polarxsatxonsselektiv geblazetes diffraktives optisches Element auf, welches aufweist:
- eine Mehrzahl von Blazestrukturen, die jeweils senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung eine Breite aufweisen, die großer als die Wellenlange der elektromagnetischen Strahlung ist, für welche das diffraktive optische Element ausgelegt ist;
- wobei die Blazestrukturen jeweils mehrere Einzel- Substrukturen umfassen, die gemäß einer vorbestimmten Periode m Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordnet sind, für die Blazewirkung sorgen und in Draufsicht jeweils die Form einer geschlossenen geometrischen Flache besitzen, deren parallel zur Erstreckungsrichtung gerichtete Abmessung senkrecht zur Erstreckungsrichtung variiert, aber immer kleiner als die Wellenlange der elektromagnetischen Strahlung ist, und deren maximale Abmessung senkrecht zur Erstreckungsrichtung großer ist als die Wellenlange der elektromagnetischen Strahlung;
- wobei das Fullverhaltms der Emzel-Substrukturen in Erstreckungsrichtung zur Periode in Abhängigkeit von der Position senkrecht zur Erstreckungsrichtung so gewählt ist, dass für einen von zwei ?uej nander orthogonalen Polaπsationszustanden der elektromagnetischen Strahlung die Blazewirkung optimiert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist das diffraktive optische Element aus einer Vielzahl von Teilbereichen zusammengesetzt, wobei jeder dieser Teilbereiche die identische Anordnung der Mehrzahl von Blazestrukturen aufweist .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform bilden die Blazestrukturen ein erstes Gitter und die Einzel- Substrukturen ]eder Blazestruktur bilden ein zweites Gitter, wobei Gitterrichtungen des ersten und des zweiten Gitters nicht parallel, und vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zueinander sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist ein Fullverhaltnis der Emzel-Substrukturen so gewählt, dass ein vorbestimmter Verlauf der effektiven Brechzahl für die elektromagnetische Strahlung des einen Polaπsationszustandes gegeben ist. Die Emzel-Substrukturen können so ausgebildet sein (bzw. das Fullverhaltnis kann so gewählt sein), dass die s-polarisierte Komponente der elektromagnetischen Strahlung überwiegend in die (± l)-te Beugungsordnung und die p- polaπsierte Komponente der elektromagnetischen Strahlung überwiegend in die nullte Beugungsordnung gelenkt wird.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform kann das diffraktive optische Element austauschbar in dem optischen System angeordnet sein.
Dem diffraktiven optischen Element kann ein weiteres Element zum Ausfiltern der in die nullte Beugungsordnung gelenkten elektromagnetischen Strahlung nachgeordnet sein. Dieses weitere Element kann beispielsweise durch eine Blende oder auch durch ein Axikon gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist eine von dem diffraktiven optischen Element erzeugte Intensitatsverteilung im Wesentlichen eine Dipol- oder Quadrupolverteilung oder eine ringförmige Verteilung. Dabei können die Emzel- Substrukturen so ausgestaltet sein, dass m den Polen der Dipol- oder Quadrupolverteilung oder auf dem Ring der ringförmigen Verteilung im Wesentlichen eine tangentiale Polarisationsverteilung erzeugt wird. Das erfindungsgemaße diffraktive optische Element kann ferner auch zur Auffrischung („Clean-Up") von bereits vorpolaπsiertem Licht m einer Beleuchtungseinrichtung kurz vor dem Retikel eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist das erfindungsgemaße optische System eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher das diffraktive optische Element eines der drei ersten in Lichtausbreitungsrichtung auf die Lichtquelle folgenden optischen Elemente ist.
Das diffraktive optische Element kann insbesondere ein pupillendefmierendes Element (PDE), ein feiddefinierendes Element (FDE) oder auch eine diffraktive Linse sein.
Insbesondere kann das diffraktive optische Element m einer Pupillenebene einer Beleuchtungseinrichtung angeordnet sein.
Das diffraktive optische Element kann insbesondere auch justierbar ausgebildet sein.
Die geschlossene geometrische Flache der Emzel-Substrukturen kann im Wesentlichen eine Dreiecksflache sein oder auch gemäß den jeweiligen Anforderungen eine andere geeignete Form aufweisen.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind zwei senkrecht zur Erstreckungsrichtung benachbarte Blazestrukturen so angeordnet, dass Basisseiten von Emzel-Substrukturen der einen Blazestruktur an Basisseiten von Emzel-Substrukturen der anderen Blazestruktur angrenzen. Vorzugsweise betragt die Wellenlange der elektromagnetischen Strahlung, für welche das diffraktive optische Element ausgelegt ist, weniger als 250nm, und bevorzugt weniger als 200nm.
Die Erfindung betrifft auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente und ein mikrostrukturiertes Bauelement.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteranspruchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefugten Abbildungen dargestellten Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
Figur la-b eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise eines erfindungsgemaßen DOE' s gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform;
Figur 2a-c schematische Darstellungen zur Erläuterung des
Aufbaus eines erfindungsgemaßen DOE' s gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform;
Figur 3a-c Diagramme zur Erläuterung des Aufbaus von in dem erfindungsgemaßen DOE von Fig. 1 vorhandenen Einzel-Substrukturen zur Optimierung der Blazewirkung für s-Polaπsation (Figur 3b) bzw. für p-Polarisation (Figur 3c) ;
Figur 4-5 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemaßen DOE' s gemäß weiterer bevorzugter Ausfuhrungsformen;
Figur 6 ein Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus von in einem erfmdungsgemaßen DOE vorhandenen Einzel-
Substrukturen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform;
Figur 7a-c schematische Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemaßen Elements in Form einer diffraktiven Linse gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform;
Figur den Aufbau einer Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage, in welchem ein erfmdungsgemaßes DOE an unterschiedlichen Positionen in der Beleuchtungseinrichtung und im Projektionsobjektiv eingesetzt ist;
Figur 9a-b schematische Darstellungen von gemäß der
Erfindung jeweils in einer Beleuchtungspupille erzeugten Polarisationszustanden;
Figur 10 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Einstellung einer gewünschten
Intensitatsverteilung durch ein DOE; und Figur lla-b schematische Darstellungen typischer Beleuchtungspupillen in einer
Beleuchtungseinrichtung einer Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage.
DETALLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Anhand von Fig. 1 wird zunächst die prinzipielle Wirkungsweise eines polarisationsselektiven diffraktiven optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Gemäß Fig. Ia fällt auf ein DOE 100 ein Lichtbündel 101, dessen Intensität durch das DOE 100 in unterschiedliche
Richtungen, insbesondere Richtungen „A", „B" und „C" verteilt wird. Dabei ist mit „A" in Fig. Ia die nullte
Beugungsordnung, mit „B" die „+l"-te Beugungsordnung und mit „C" die ,,-l"-te Beugungsordnung bezeichnet. Wie ebenfalls in Fig. Ia und b dargestellt, ist das DOE 100 aus einer Vielzahl von im Wesentlichen identischen Teilbereichen 111, 112, ... zusammengesetzt. Wenn somit, wie unter Bezugnahme auf Fig. 8 noch näher erläutert wird, das DOE 100 zur Erzeugung einer bestimmten Beleuchtungskonfiguration in der Pupille einer Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage verwendet wird, leuchtet jeder dieser Teilbereiche 111, 112, ... für sich vorzugsweise den gleichen Bereich der Beleuchtungspupille aus. Da in den jeweiligen Teilbereichen 111, 112, ... unterschiedliche Teilbereiche des Lichtbündels 101 zur Intensitätsverteilung beitragen, erfolgt somit eine Durchmischung des von den einzelnen Teilbereichen 111, 112, ... ausgehenden Lichts und damit ein automatischer Ausgleich von etwaigen Inhomogenitäten des Lichtbündels 101 in der Beleuchtungspupille.
Wie schematisch in Fig. Ib gezeigt, ist das DOE 100 aus der Vielzahl von Teilbereichen 111, 112, ... (z.B. im Wesentlichen schachbrettartig) zusammengesetzt. Hierbei ist typischerweise die Anzahl der einzelnen Teilbereiche wesentlich höher und deren Größe wesentlich kleiner als in der Darstellung, wobei die typischen Abmessungen der jeweiligen Teilbereiche 111, 112, ... beispielsweise größenordnungsmäßig 100 μm betragen können.
Wie ebenfalls in Fig. Ia angedeutet, weist das erfindungsgemäße DOE 100 eine polarisationsabhängige Beugungseffizienz auf. Genauer ist in dem Ausführungsbeispiel das in die „l"-te bzw. ,,-l"-te Beugungsordnung gebeugte Licht s-polarisiert, d.h. der elektrische Feldvektor schwingt senkrecht zur Einfallsebene des jeweiligen Lichtstrahls. Hingegen ist das sich in der nullten Beugungsordnung ausbreitende Licht p-polarisiert, d.h. der elektrische
Feldvektor schwingt parallel zur Einfallsebene des jeweiligen Lichtstrahls .
Zur Erläuterung des Aufbaus der einzelnen Teilbereiche 111, 112, ... des DOE^s 100 wird nachfolgend auf Fig. 2 und 3 Bezug genommen.
Jeder der im Wesentlichen identisch zueinander aufgebauten Teilbereiche 111,112, ... wird erfindungsgemäß durch eine diffraktiv geblazete Struktur gebildet, deren beispielhafter Aufbau anhand von Fig. 2a bis 2c erläutert wird. In den in Fig. 2a bis 2c dargestellten Ausschnitten 210, 220 und 230 sind jeweils typische Blazestrukturen 211, 212, 213, , 221, 222, 223, , 231, dargestellt, wobei die schraffierten Bereiche Zonen mit einem anderen Brechungsindex (zum Beispiel ni) als die nicht schraffierten Bereiche (mit Brechungsindex n2) symbolisieren. Dabei können beispielsweise die schraffierten Bereiche Strukturen sein, die durch Atzen eines transmissiven Tragers mit der Brechzahl ni ausgebildet werden (also die verbleibenden Bereiche nach Strukturieren des transmissiven Tragers) , so dass sich etwa zwischen diesen Bereichen Luft (mit der Brechzahl n2 = 1) befindet, oder die schraffierten Bereiche können auf einem transmissiven Trager ausgebildete Bereiche mit einer ersten Brechzahl ni sein, zwischen denen Bereiche aus einem weiteren Material mit einer zweiten Brechzahl n2 ausgebildet sind, beispielsweise
Lanthan-Fluoπd (LaF3) , Magnesium-Fluoπd (MgF2) , Chiolith oder einem beliebigen anderen geeigneten Material.
Bei näherer Betrachtung etwa der Blazestruktur 211 aus Fig. 2a ist diese aus einer Vielzahl von Emzel-Substrukturen 211a, 211b, ... gebildet, welche im Ausfuhrungsbeispiel im Wesentlichen dreieckformig ausgebildet sind, wobei di° Lange der Grundseiten dieser Emzel-Substrukturen 211a, 211b, ... der Periode „sg" dieser Anordnung von Emzel-Substrukturen in Erstreckungsrichtung „I" der Blazestrukturen 211, 212, 213 entspricht. Dabei ist die Periode „sg" der Anordnung der Emzel-Substrukturen 211a, 211b, ... m Erstreckungsrichtung „I" der Blazestrukturen 211, 212, 213 kleiner als die Wellenlange der verwendeten elektromagnetischen Strahlung (beispielsweise λ = 193 nm) . Infolgedessen liegt in
Erstreckungsrichtung „I" der Blazestrukturen 211, 212, 213 eine Subwellenlangenstruktuπerung vor, welche die elektromagnetische Strahlung nicht mehr aufzulösen vermag, so dass die elektromagnetische Strahlung in Erstreckungsπchtung „I" nur noch eine gemittelte effektive Brechzahl neff sieht. Diese gemittelte Brechzahl neff hangt für jeden Punkt entlang der Gitterperiode des durch die Blazestrukturen 211, 212, 213 gebildeten Gitters (in Richtung „II") von dem Verhältnis der Abmessung der jeweiligen Emzel-Substruktur 211a, 211b, ... m Erstreckungsrichtung „I" an diesem Punkt zur Subwellenpeπode „sg" ab.
Die Form der Strukturen ist nicht auf Dreieckstrukturen begrenzt, sondern kann jeweils entsprechend den Anforderungen gewählt werden.
Durch geeignete Wahl des Verlaufs der gemittelten effektiven Brechzahl neff für die Blazestrukturen 211, 212, 213, ... kann erfmdungsgemaß eine gezielte Polarisationsselektivitat erreicht werden, wie nachfolgend naher erläutert wird.
Genauer wird erfmdungsgemaß das Fullverhaltnis f der Emzel- Substrukturen 211a, 211b, ... in Erstreckungsrichtung „I" der Blazestrukturen 211, 212, ... zur Periode sg in Abhängigkeit der Position senkrecht zur Erstreckungsrichtung „I" so gewählt, dass für einen von zwei zueinander orthogonalen Polarisationszustanden der elektromagnetischen Strahlung die Blazewirkung optimiert wird. Dabei ist unter dem
„Fullverhaltnis f" das Verhältnis der Abmessung der Einzel- Substrukturen 211a, 211b, ... in Erstreckungsrichtung „I" der diffraktiv geblazeten Strukturen 211, 212, ... relativ zur Periode „sg" der Subwellenlangenstruktuπerung für einen vorbestimmten Punkt innerhalb der Blazeperiode der diffraktiv geblazeten Strukturen 211, 212, ... zu verstehen. Um die Blazestrukturen 211, 212, 213 polarisationsselektiv auszubilden, wird der Effekt ausgenutzt, dass die Mittelung der elektromagnetischen Strahlung über die Einzel- Substrukturen 211a, 211b, ... von der Polarisation der elektromagnetischen Strahlung abhangt. Dabei wird die Subwellenlangenstrukturierung nur für einen von zwei zueinander Polarisationszustanden (d. h. entweder s- Polarisation oder p-Polaπsation) optimiert. Gemäß der sogenannten ,,Effektives-Medium-Theoπe" gilt für die effektive Brechzahl neff unter der Voraussetzung, dass die Periode „sg" der Subwellenlangenstrukturierung sehr viel kleiner als die Wellenlange λ der elektromagnetischen Strahlung ist, für die p-Polaπsation (bzw. TM-Polarisation) die folgende Beziehung:
'cff TM =f n{ 2+(\-f) „2 2 :D
Für die s-Polaπsation (bzw. TE-Polaπsation) gilt die folgende Beziehung:
2 2
2 _ nx n2 neffTE ~ 1 2 (Z> f n2 +0-/) «l
Um für eine bestimmte Polarisation eine optimale Blazeeffizienz zu erreichen, wird erfindungsgemaß der Verlauf der effektiven Brechzahl so gewählt, dass die Abhängigkeit der effektiven Brechzahl neff von der Koordinate x senkrecht zur Erstreckungsrichtung „I" eine lineare Funktion ist. Zur Erzielung einer optimalen Blazewirkung für p-Polaπsation ergibt sich gemäß Auflosung der Gleichung (1) nach f für das zugehörige Fullverhaltnis die folgende Beziehung (3) : "
Figure imgf000017_0001
Entsprechend ergibt sich für eine optimale Blazewirkung für die s-Polarisation (bzw. TE-Polaπsation) für das zugehörige Fullverhaltms gemäß Auflosung von Gleichung (2) nach f die folgende Beziehung (4) :
Figure imgf000017_0002
In Fig. 3a ist sowohl für eine Optimierung der Blazewirkung für p-Polaπsation als auch für eine Optimierung der Blazewirkung für s-Polarisation die Abhängigkeit des Fullverhaltnisses f von der Koordinate x senkrecht zur Erstreckungsπchtung „I" der diffraktiven Blazestrukturen 211, 212, ... von Fig. 2a dargestellt.
Fig. 3b zeigt in Draufsicht die entsprechende Form der Emzel-Substukturen 211a, 211b für den Fall der Optimierung der Blazewirkung für s-Polarisation, und Fig. 3c zeigt die entsprechende Form dieser Emzel-Substrukturen für den Fall einer Optimierung für p-Polarisation. Dabei ist in den Diagrammen von Fig. 3b, c die x-Koordmate diejenige Ortskoordinate, welche unter Bezugnahme auf Fig. 2a in Richtung „II" verlauft, und die y-Koordmate ist diejenige Ortskoordinate, welche unter Bezugnahme auf Fig. 2a in Richtung „I" (also in Erstreckungsrichtung der Blazestrukturen 211, 212, 213) verlauft.
Ferner wird für eine optimale Blazewirkung jeweils die Hohe h der Emzel-Substrukturen 211a, 211b, ... so gewählt, dass die Beziehung (max(neß ) - mm(nejr)) h = λ ( 5 )
erfüllt ist. Hierbei bezeichnet λ die Wellenlange der elektromagnetischen Strahlung, und max (neff) und mm (neff) bezeichnen jeweils den maximalen bzw. den minimalen Wert der effektiven Brechzahl neff für die gewünschte Polarisation (s- oder p-Polarisation) . Gleichung (5) gilt in guter Näherung für große Gitterweiten und nahezu senkrechten Lichteinfall.
Die obigen Beziehungen (I)- (5) gelten für den Fall, dass die Subwellenlangenperiode „sg" sehr viel kleiner als die Wellenlange λ der elektromagnetischen Strahlung ist. Wenn die Subwellenlangenperiode lediglich unwesentlich kleiner als die Wellenlange λ ist (zum Beispiel um den Faktor 1.5- bis 5-mal kleiner) , sind die obigen Beziehungen gemäß der „Effektives- Medium-Theoπe" noch um zusätzliche Terme zu erweitern, die vom Verhältnis der Subwellenlangenperiode „sg" zur Wellenlange λ der Strahlung abhangen. Es lasst sich jedoch in der gleichen Weise für einen gegebenen Verlauf der effektiven Brechzahl neff(x) das lokale Fullverhaltnis f (x) stets so bestimmen, dass für die gewünschte Polarisation die Blazeeffizienz optimiert wird.
Fig. 4a bis c zeigen schematisch den Aufbau von Blazestrukturen 411, 412, ... gemäß einer weiteren
Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 4a sind hierbei die jeweiligen Emzel-Substrukturen 411a, 411b der Blazestrukturen 411, 412, ... aus einer unteren Schicht 421 mit einer Brechzahl ni und einer oberen Schicht 422 mit einer Brechzahl n2 gebildet. Die untere Schicht 421 weist eine Hohe hi auf, und die obere Schicht 422 weist eine Hohe h2 auf. Zusätzlich ist zwischen den Bereichen der unteren Schicht 421 eine weitere Schicht 423 angeordnet. Diese weitere Schicht 423 ist aus einem Material mit einer Brechzahl n3 gebildet und weist die Hohe h3 auf. Praktisch lasst sich eine solche Struktur mit h3 = h2 und n2 =n3 beispielsweise dadurch herstellen, dass zuerst die untere Schicht 421 hergestellt wird, wie in Fig. 4b gezeigt ist. Danach wird ein einzelner Beschichtungsschritt durchgeführt, so dass idealerweise dann der Aufbau von Fig. 4a resultiert.
In Abwandlung des Beispiels aus Fig. 4a kann auf der Schicht 423 auch eine weitere Schicht mit einer Brechzahl n4 und einer Hohe h4 vorgesehen werden, wobei dann hi + h2 = h3 + h4 gelten soll. Für diesen Fall und unter der Annahme, dass h3 kleiner hi ist und das oberhalb des diffraktiven Elementes ein Material (zum Beispiel Luft) mit der Brechzahl no vorliegt, ergibt sich für eine solche
Subwellenlangenstruktuπerung die gemittelte effektive Brechzahl neff aus optischen Weglangenbetrachtungen zu
H3 ne/*+(K-h,) ne/*+h2 nf
7^ MΛ ( ) wobei ner '1^' die effektiven Brechzahlen sind, die sich aus den jeweiligen Brechzahlen n∑ und n-,, die in den Teilhohen h3, (hi~h3) und h2 vorliegen, ergeben. Falls h3 > hi gilt, lasst sich eine analoge Formel herleiten. Die effektiven Brechzahlen nefr 1^-1' lassen sich gemäß der folgenden Formeln (7) - (10) berechnen, die aus der Effektives-Medium-Theone herleitbar sind, wobei hier statt der Brechzahl die dielektrische Permittivitat ε = n2 verwendet wird, da dadurch die auftretenden Formeln etwas vereinfacht dargestellt werden können. Ferner wurden Terme zweiter Ordnung mit berücksichtigt, da dies auch den Fall abdeckt, dass die Gitterperiode „sg" zwar m der Nahe der Wellenlange λ liegt, aber gleichzeitig noch klein genug ist, dass nur die nullte Beugungsordnung des Subwellenlängengitters propagieren kann Für die TE-Polarisation gilt:
Figure imgf000020_0001
mit
Figure imgf000020_0002
und
(',J)JE ε.ε.
Jeffo (9) f.ε +(!-/)• E1
Für die TM-Polarisation gilt:
ε^-w=ε +Hπ.f.f.(l-f).(εl-εJ) (io;
Im folgenden wird nun jedoch angenommen, dass hi = h2 = h3 h4 = h sowie n3 = n2 > ni und n4 = n0 gilt. In diesem Fall vereinfacht sich die Formel (6) zu
Figure imgf000020_0003
und ist daher unabhängig von der Dicke der einzelnen Schichten. Die verbleibenden freien Parameter sind das Fullverhaltnis f und die auf die Wellenlange normierte Gitterperiode sg/λ der Sublambdawellenlangenstrukturierung. Das Fullverhaltnis f beschreibt xn der unteren Schicht den Bruchteil der Gitterperiode, der mit dem Material mit der Brechzahl ni ausgefüllt ist, xn der oberen Schicht gilt er für das Material mit der Brechzahl n2. Wenn man nun das Fullverhaltnis f für verschiedene normierte Gitterperioden sg/λ variiert, erkennt man, dass neff™ stets großer als neffTE ist und dass es Bereiche von f gibt, wo entweder neff™ oder neffTE ein plateauartiges Verhalten zeigen und damit xn gewissen f-Bereichen fast unabhängig von f sind. Für z.B. sg/λ = 0.2 ist die TM-Polarisation im Intervall 0.5 < f < 1 nahezu unabhängig von f. Gleichzeitig steigt die TE- Polarisation in diesem Bereich stark an, wie in Fig. 4c dargestellt ist, welche die Abhängigkeit der effektiven Brechzahl nerf vom Fullverhaltnis f für die TE- und TM- Polaπsation zeigt. Umgekehrt ist das Verhalten für sg/λ = 0.5. Hier hat man ein plateauartiges Verhalten für die TE- Polarisation im Bereich von 0 < f < 0.5 und einen starken
Anstieg für die TM-Polarisation xn diesem Bereich, wie Fig. 5c zu entnehmen ist.
Ausgehend von dem so bestimmten Verlauf der effektiven Brechzahl vom Fullverhaltnis kann der Fullverhaltnisverlauf in Abhängigkeit der Koordinate x (also senkrecht zur Erstreckungsπchtung „I") so gewählt werden, dass der gewünschte z.B. lineare Brechzahlverlauf xn Abhängigkeit von der Koordinate x erreicht wird. Der daraus resultierende nichtlmeare Verlauf der Dreiecksseiten ist zur Vereinfachung xn Fig. 4a, 4b sowie auch in Fig. 5a und 5b nicht eingezeichnet . Der in Fig. 4c gezeigte Verlauf der effektiven Brechzahl nerf in Abhängigkeit vom Fullverhaltnis f wird m dem Ausfuhrungsbeispiel von Fig. 4a ausgenutzt, dass nur für die TE-Polaπsation ein gutes Blazen zeigt, d.h. die TE- Polaπsation wird mit hoher Effizienz m die gewünschte Blaze-Ordnung gebeugt. Die TM-Polarisation wird hingegen sehr schlecht in die gewünschte gebeugt (hier die erste Beugungsordnung) . Die TM-Polarisation geht hauptsächlich m andere Beugungsordnungen als die gewünschte Blazeordnung, hier hauptsächlich in die nullte Beugungsordnung der Blazestruktur. Da das Fullverhaltnis f folgende Ungleichung erfüllt: 0.5 < f < 1, sind die Emzel-Substrukturen 411a, 412a, 413a an der Spitze beschnitten, so dass sie im Wesentlichen trapezförmig sind.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse der rigorosen Rechnung für dieses Beispiel mit sg/λ = 0.2 und 0.5 < f < 1 gezeigt. Das Fullverhaltnis wurde dabei so bestimmt, dass am linken Periodenrand das Minimum von neff TE = 1.55 und am rechten Periodenrand das Maximum neffTE = 1.86 gilt. Die Hohe h der einzelnen Schichten ergibt sich aus der Blazebedingung
h = λ (12;
2 (max(ne/E)-mm(neff TE))
Der Index an TE, TM bezeichnet die Beugungsordnungen der an den Blazestrukturen 411, 412 und 413 bewirkten Beugung.
Tabelle 1:
Figure imgf000022_0001
Wie man sieht, wird bei der TE-Polarisation ein großer Teil des einfallenden Lichtes in die erste Blaze-Ordnung geleitet, wahrend die TM-Polarisation hauptsächlich m die nullte Ordnung geht. Die Polarisationswirkung ist ausgezeichnet, selbst bei der relativ kleinen Blazegitterpeπode von g = 5λ betragt der Polarisationsgrad schon 97.2 %.
Tabelle 2 zeigt gewählte Parameter, für die die Blazewirkung bei der TM-Polarisation auftritt. Hier ist sg/λ =0.5 und 0<f<0.5, wobei f so gewählt wurde, dass am linken Periodenrand neff™=l .63 und am rechten Periodenrand neff™=l .9 gilt. Der Polarisationsgrad betragt hier 98.4%. Der zugehörige Verlauf der effektiven Brechzahl neff m Abhängigkeit des Fullverhaltnisses f ist m Fig. 5c gezeigt. Eine Darstellung der möglichen Form der Emzel-Substrukturen 511, 512, 513 ist in Fig. 5a gezeigt. Wie man der Darstellung entnehmen kann, sind die Emzel-Substrukturen 511, 512, 513 Dreiecke (m Draufsicht) , die sich m Richtung der Subwellenlangenperiode „sg" nicht berühren, sondern voneinander beabstandet sind. Somit ist hier die Lange der Seite Sl hier kleiner als die Subwellenlangenperiode sg. In Fig. 5b ist m gleicher Weise wie in Fig. 4b nur die untere Schicht 521 gezeigt.
Tabelle 2:
Figure imgf000023_0001
Bei den obigen Berechnungen wurde immer davon ausgegangen, dass die Strahlung senkrecht auf das DOE trifft, so dass der Einfallswinkel 0° betragt. Falls der Einfallswinkel ungleich 0° ist, so kann es ab einem gewissen Einfallswinkel notwendig werden, diesen bei der Bestimmung der Subwellenlangenperiode sg sowie gegebenenfalls bei der den obigen Berechnungen zu berücksichtigen. Die Subwellenlangenperiode „sg" sollte immer so gewählt werden, dass nur die nullte Beugungsordnung bezogen auf die Subwellenlangenstruktuπerung propagieren kann. Natürlich müssen nicht alle Blazestrukturen mittels der beschriebenen Subwellenlangenstruktuπerung durchgeführt werden. Es ist auch möglich, klassisch geblazete Beugungsstrukturen mit einem Rampenprofil für die Blazestrukturen vorzusehen.
Die Einzel-Substrukturen können in Draufsicht jede mögliche geschlossene Flache bilden, wobei zum Beispiel in Draufsicht polygonartige Verlaufe einzelner Seiten möglich sind.
Gemäß Fig. 6 ist ein prinzipieller Aufbau von in einem erfmdungsgemaßen DOE vorhandenen Einzel-Substrukturen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform dargestellt. Dabei sind jeweils zwei senkrecht zur Erstreckungsπchtung „I" benachbarte Blazestrukturen 611 und 612 so angeordnet, dass die Einzel-Substrukturen 611a, 611b, (gemäß Fig. 6 in Form von Dreiecksflachen) der einen Blazestruktur 611 mit ihrer jeweiligen Basisseite an die benachbarte Basisseite von Einzel-Substrukturen 612a, 612b, (gemäß Fig. 6 ebenfalls m Form von Dreiecksflachen) der anderen Blazestruktur 612 angrenzen. Mit einer solchen Konfiguration kann eine sinusförmige Transmission erreicht werden, welche eine maximale Beugungseffizienz für die (+l)-te und (-l)-te Beugungsordnung aufweist, wobei insbesondere eine punktsymmetrische Intensitatsverteilung effizient generiert werden kann.
Zur Einstellung eines sinusförmigen Verlaufs der effektiven Brechzahl bevorzugt in TE-Polaπsation muss der Fullfaktor innerhalb einer Periode p entsprechend der Gleichung (3) die Beziehung
Figure imgf000025_0001
erfüllen, d.h. die Grenzflachen der Einzelelemente sind nicht linear, sondern folgen einem sinusquadrat-formigem Verlauf.
In Fig. 7 ist der Aufbau eines erfmdungsgemaßen Elements in Form einer diffraktiven Linse gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung dargestellt.
Bei dem als diffraktive Linse ausgebildeten Element 700 gemäß Fig. 7 sind Blazestrukturen 711, 712 und 713 (typischerweise wesentlich mehr sowie wesentlich kleiner als dargestellt) kreisringformig auf einem transmissiven Trager ausgebildet, wobei jede dieser Blazestrukturen 711, 712 und 713 analog zu dem anhand von Fig. 2 beschriebenen Aufbau eine Vielzahl von Emzel-Substrukturen 711a, 711b, ..., 712a, 712b, ... und 713a, 713b, ... von im Wesentlichen dreieckformiger Geometrie aufweist, deren (xn Fig. 7a mit Sl bezeichnete) Grundseite eine Lange aufweist, die der Periode „sg" der Anordnung von Emzel-Substrukturen 711a, 711b, ... entspricht. Die Emzel- Substrukturen 711a, 711b, ... können ebenfalls analog zu Fig. 2 Strukturen sein, die durch Atzen eines transmissiven Tragers mit der Brechzahl ni ausgebildet werden (also die verbleibenden Bereiche nach Strukturieren des transmissiven
Tragers) , wobei sich etwa zwischen diesen Bereichen Luft (mit der Brechzahl n2 = 1) befindet, oder die schraffierten Bereiche können auf einem transmissiven Träger ausgebildete Bereiche mit einer ersten Brechzahl nx sein, zwischen denen Bereiche aus einem weiteren Material mit einer zweiten Brechzahl n2 ausgebildet sind.
Die Erstreckungsrichtung der Blazestrukturen 711, 712 und 713 ist in Fig. 7b mit Ri, R2 bzw. R3 bezeichnet. Die jeweilige Breite der Blazestrukturen 711, 712 und 713 ist in Fig. 7b mit gi, g2 bzw. g3 bezeichnet und nimmt in dem konkreten Ausführungsbeispiel mit radialem Abstand von der Mitte des Elements 700 ab.
Gemäß Fig. 7c ist das Füllverhältnis der Blazestrukturen 711, 712 und 713 so gewählt, dass sich ein linearer Verlauf der effektiven Brechzahl neff in Abhängigkeit von der radialen
Koordinate (in Fig. 7c mit x bezeichnet) ergibt. Die Einzel- Substrukturen 711a, 711b, ... besitzen im Wesentlichen die anhand von Fig. 3c beschriebene Form, so dass ihre Blazewirkung für p-Polarisation (bzw. TM-Polarisation) optimiert ist. Alternativ können die die Einzel-Substrukturen 711a, 711b, ... jedoch auch je nach gewünschter Optimierung der Blazewirkung eine andere geeignete Form, insbesondere etwa die anhand von Fig. 3b beschriebene Form aufweisen, im welchem Falle ihre Blazewirkung für s-Polarisation (bzw. TE- Polarisation) optimiert ist.
Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 800 mit einer Lichtquelleneinheit 801, einer Beleuchtungseinrichtung 802, einer Struktur tragenden Maske 803, einem Projektionsobjektiv 804 und einem zu belichtenden Substrat 805. Die Lichtquelleneinheit 801 kann als Lichtquelle beispielsweise einen ArF-Laser für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm, sowie eine Strahlformungsoptik, welche ein paralleles Lichtbuschel erzeugt, umfassen. Das parallele Lichtbuschel trifft gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel zunächst auf ein diffraktives optisches Element 806. Das diffraktive optische Element 806 (auch als PDE bezeichnet, PDE = „pupil defining element") erzeugt über eine durch die jeweilige beugende Oberflachenstruktur definierte Wmkelabstrahlcharakteπstik m einer Pupillenebene 807 eine gewünschte Intensitatsverteilung, z.B. Dipol- oder Quadrupolverteilung gemäß Fig. 10a,b. Ein im Strahlengang nachfolgendes Objektiv 808 ist als Zoom-Objektiv ausgelegt, welches ein paralleles Lichtbuschel mit variablem Durchmesser erzeugt. Das parallele Lichtbuschel wird durch einen Umlenkspiegel 809 auf eine optische Einheit 810 gerichtet, die ein Axikon 811 aufweist. Durch das Zoom-Ob]ektiv 808 m Verbindung mit dem vorgeschalteten DOE 806 und dem Axikon 811 werden m der Pupillenebene 807 je nach Zoom-Stellung und Position der Axikonelemente unterschiedliche Beleuchtungskonfigurationen erzeugt. Die optische Einheit 810 umfasst nach dem Axikon 811 ein im Bereich der Pupillenebene 807 angeordnetes
Lichtmischsystem, welches hier in für sich bekannter Weise eine zur Erzielurg einer Ln chtiruschung geeignete Anordnung aus mikrooptischen Elementen (m Fig. 8 durch die Elemente 813 und 814 repräsentiert) aufweist. Bei dem Lichtmischsystem kann es sich alternativ auch um einen Wabenkondensator oder einen Stabintegrator aus für Licht der Arbeitswellenlange transparentem Material wie z.B. Quarzglas oder auch kristallinem Kalzium-Fluorid handeln. Die optische Einheit 810 umfasst ferner in der Pupillenebene 807 ein weiteres mikrooptisches Element 812, welches als sogenanntes felddefmierendes Element (FDE, „field defining element") durch seine Abstrahlcharakteπstik die Form und Homogenitat des Beleuchtungsfeldes am Eingang eines REMA-Objektivs 816 bestimmt und beispielsweise ebenfalls als diffraktives optisches Element (DOE) ausgebildet sein kann. Auf die optische Einheit 810 folgt ein Retikel-Maskierungssystem (REMA) 815, welches durch das REMA-Objektiv 816 auf die Struktur tragende Maske (Retikel) 803 abgebildet wird und dadurch den ausgeleuchteten Bereich auf dem Retikel 803 begrenzt. Die Struktur tragende Maske 803 wird mit dem Projektionsobjektiv 804 auf ein lichtempfindliches Substrat 805 abgebildet.
Nachfolgend werden anhand des in Fig. 8 schematisch gezeigten Aufbaus bevorzugte Anwendungen bzw. Einsatzorte des erfindungsgemäßen optischen Elements erläutert:
a) Eine bevorzugte Anwendung bzw. ein bevorzugter
Einsatzort des erfindungsgemäßen optischen Elements ist das diffraktive optische Element 806 in der Beleuchtungseinrichtung 802. An dieser Position kann das erfindungsgemäße optische Element dazu genutzt werden, in Zusammenwirken mit dem Axikon 811 Licht einer Polarisationsrichtung (z.B. p-Polarisation) dichter an die optische Achse „OA" und Licht der anderen Polarisationsrichtung (z.B. s-Polarisation) weiter von der optischen Achse „OA" weg zu bringen. Insbesondere kann so mit Hilfe des diffraktiven optischen Elements 806 in der Pupillenebene etwa eine tangentiale Polarisationsverteilung in Verbindung mit einer Dipol- oder Quadrupol-Beleuchtungsverteilung eingestellt werden, ohne dass ein zusätzliches polarisationsbeeinflussendes Element erforderlich ist, da durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Elements das Licht zugleich mit der Ausbildung der gewünschten Winkelabstrahlcharakteristik bzw. der Beleuchtungskonfiguration in der Pupillenebene 807 mit der entsprechenden gewünschten Polarisationswirkung belegt wird. Mit anderen Worten wird durch erfindungsgemaße Ausbildung des diffraktiven optischen Elements 806 das Licht von vorneherem polaπsationsselektiv an die in der jeweiligen Beleuchtungskonfiguration (z.B. Dipolbeleuchtung oder Quadrupolbeleuchtung) gelenkt. In Fig. 9a ist beispielsweise eine so erzielbare Beleuchtungspupille 910 mit einer tangentialen Polarisationsverteilung in
Verbindung mit einer Quadrupol-Beleuchtung dargestellt. Hierbei kann die in die nullte Beugungsordnung von dem diffraktiven optischen Elements 806 aus propagierende Strahlung beispielsweise mittels einer Blende oder auch durch eine zentrale Öffnung in dem Axikon 811 ausgefiltert werden. Diese in die nullte Beugungsordnung propagierende Strahlung ist bei der m Fig. 9b dargestellten Beleuchtungspupille 920 noch vorhanden und weist eine radiale Polaπsations- Verteilung auf.
Eine weitere bevorzugte Anwendung bzw. ein bevorzugter Einsatzort des erfmdungsgemaßen optischen Elements ist das feiddefinierende Element (FDE, „field defming element") 812 m der Beleuchtungseinrichtung 802. Durch die polaπsationsselektive Wirkung des erfmdungsgemaßen optischen Elements kann dann m der Feldebene bzw. am Ort des Retikels 803 nicht nur eine gleichmäßige Intensitatsverteilung, sondern auch eine gewünschte (z.B. konstante) Polarisationsverteilung eingestellt werden. Des weiteren kann auch der Polarisationszustand gezielt an die auf dem Retikel vorhandenen Strukturen angepasst werden, indem etwa unter Anpassung der Polarisationsverteilung an Strukturen auf dem Retikel 803 bestimmte Bereiche des Retikels 803 mit definierten Polarisationszustanden beleuchtet werden. Beispielsweise kann ein Bereich des Retikels mit linear polarisiertem Licht und ein anderer Bereich mit unpolarisiertem Licht beleuchtet werden.
In dem Projektionsobjektiv 804 kann das erfindungsgemäße optische Element quasi als „diffraktiver Polarisator" genutzt werden, um z.B. gezielt nur tangential polarisiertes Licht zur Abbildung kommen zu lassen. Hierzu kann beispielsweise eine in Fig. 8 schematisch angedeutete Linse 818 als erfindungsgemäß polarisationsselektiv geblazete diffraktive Linse wie anhand von Fig. 7 beschrieben ausgebildet und ausgenutzt werden, dass sich für s- und p-Polarisation unterschiedliche Brennweiten ergeben, jeder Polarisationszustand also einen bestimmten Fokuswert besitzt. Das Objektivdesign kann beispielsweise so abgestimmt werden, dass sich nur für die Brennweite der s-Polarisation eine Abbildung in der Bildebene bzw. auf dem lichtempfindlichen Substrat 805 ergibt. Gemäß einem weiteren Aspekt können gezielt auch die beiden Polarisationszustände der s- und p- Polarisation durch das optische Element in zueinander geringfügig (z.B. um 0.5-1 μm) versetzten Fokusebenen fokussiert, also gezielt gegeneinander verstellt werden, um z.B. Fehler, die durch unerwünschte polarisierende Wirkungen (beispielsweise von Schichten) im Projektionsobjektiv 804 hervorgerufen werden, zu kompensieren. Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches System, nämlich Beleuchtungseinrichtung oder Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
• mit wenigstens einem diffraktiven optischen Element (100, 700, 806, 812, 818), das zur Erzielung einer Blazewirkung eine Mehrzahl von Blazestrukturen (211, 212, 411, 412, 413) aufweist, welche jeweils mehrere für eine Blazewirkung sorgende Emzel-Substrukturen
(211a, 212a, 411a, 412a, 413a) umfassen, die gemäß einer vorbestimmten Periode (sg) in
Erstreckungsrichtung (I) der jeweiligen Blazestruktur nebeneinander angeordnet sind; * wobei diese Emzel-Substrukturen (211a, 212a, 411a, 412a, 413a) in Draufsicht jeweils die Form einer geschlossenen geometrischen Flache besitzen, deren parallel zur Erstreckungsrichtung gerichtete Abmessung senkrecht zur Erstreckungsrichtung variiert, aber immer kleiner als die Wellenlange der elektromagnetischen Strahlung ist, und deren maximale Abmessung (g) senkiecht zur Erstreckungsrichtung großer ist als die Wellenlange (λ) der elektromagnetischen Strahlung.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emzel-Substrukturen (211a, 212a, 411a, 412a, 413a) derart ausgebildet sind, dass für auf das diffraktive optische Element auftreffende elektromagnetische Strahlung die Blazewirkung des diffraktiven optischen Elements für einen von zwei zueinander orthogonalen Polarisationszustanden starker als für den anderen dieser Polarisationszustande ist.
3. Optisches System, nämlich Beleuchtungseinrichtung oder Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens einem polaπsationsselektiv geblazeten diffraktiven optischen Element (100, 700, 806, 812, 818) welches aufweist:
• eine Mehrzahl von Blazestrukturen (211, 212, ; 411, 412, 413, ), die jeweils senkrecht zu ihrer Erstreckungsπchtung (I) eine Breite aufweisen, die großer als die Wellenlange (λ) der elektromagnetischen Strahlung ist, für welche das diffraktive optische Element ausgelegt ist, » wobei die Blazestrukturen (211, 212, 411, 412, 413) jeweils mehrere Emzel-Substrukturen (211a, 212a, 411a, 412a, 413a) umfassen, die gemäß einer vorbestimmten Periode (sg) in Erstreckungsπchtung (I) nebeneinander angeordnet sind, für die Blazewirkung sorgen und in Draufsicht jeweils die Form einer geschlossenen geometrischen Flache besitzen, deren parallel zur Erstreckungsrichtung gerichtete Abmessung senkrecht zur
Erstreckungsrichtung variiert, aber immer kleiner als die Wellenlange der elektromagnetischen Strahlung ist, und deren maximale Abmessung (g) senkrecht zur Erstreckungsrichtung großer ist als die Wellenlange (λ) der elektromagnetischen Strahlung,
• wobei das Fullverhaltnis (f) der Emzel- Substrukturen (211a, 212a, 411a, 412a, 413a) m Erstreckungsrichtung zur Periode (sg) in
Abhängigkeit von der Position senkrecht zur Erstreckungsrichtung so gewählt ist, dass für einen von zwei zueinander orthogonalen Polaπsationszustanden der elektromagnetischen Strahlung die Blazewirkung optimiert ist.
4. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (100) aus einer Vielzahl von Teilbereichen (111, 112, ) zusammengesetzt ist, wobei jeder dieser Teilbereiche (111, 112, ) die identische Anordnung der Mehrzahl von Blazestrukturen (211, 212, ) aufweist.
5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blazestrukturen (211, 212, 411, 412, 413) ein erstes Gitter bilden und die Emzel-Substrukturen jeder Blazestruktur jeweils ein zweites Gitter bilden, wobei Gitterrichtungen des ersten und des zweiten Gitters nicht parallel, und vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zueinander sind.
6. Optisches System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fullverhaltms (f) der Emzel-Substrukturei so gewählt ist, dass ein vorbestimmter Verlauf der effektiven Brechzahl für die elektromagnetische Strahlung des einen Polaπsationszustandes gegeben ist.
7. Optisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Emzel-Substrukturen so ausgebildet sind, dass die s-polarisierte Komponente der elektromagnetischen Strahlung überwiegend in die (± l)-te Beugungsordnung und die p-polarisierte Komponente der elektromagnetischen Strahlung überwiegend m die nullte Beugungsordnung gelenkt wird.
8. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (100) austauschbar in dem optischen System angeordnet ist.
9. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (100) justierbar in dem optischen System angeordnet ist.
10. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem diffraktiven optischen Element (100) ein weiteres Element zum Ausfiltern der in die nullte
Beugungsordnung gelenkten elektromagnetischen Strahlung nachgeordnet ist.
11. Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses weitere Element durch eine Blende gebildet ist.
12. Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses weitere Element durch ein Axikon gebildet ist.
13. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem diffraktiven optischen Element (100) erzeugte Intensitätsverteilung im Wesentlichen eine Dipol- oder Quadrupolverteilung oder eine ringförmige Verteilung ist.
14. Optisches System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzel-Substrukturen so ausgestaltet sind, dass in den Polen der Dipol- oder Quadrupolverteilung oder auf dem Ring der ringförmigen Verteilung im Wesentlichen eine tangentiale Polarisationsverteilung erzeugt wird.
15. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist, in welcher das diffraktive optische Element (100) eines der drei ersten in Lichtausbreitungsrichtung auf die Lichtquelle folgenden optischen Elemente ist.
16. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (100) ein pupillendefinierendes Element (PDE) (806) ist.
17. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist, in welcher das diffraktive optische Element (100) in einer Pupillenebene (807) angeordnet ist.
18. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (100) ein felddefinierendes Element (FDE) (812) ist.
19. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element eine diffraktive Linse ist (700) .
20. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene geometrische Fläche der Einzel- Substrukturen (211a, 212a) im Wesentlichem eine Dreiecksfläche ist.
21. Optisches System nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei senkrecht zur Erstreckungsrichtung benachbarte Blazestrukturen (611, 612) so angeordnet sind, dass Basisseiten von Einzel-Substrukturen (611a, 611b,...) der einen Blazestruktur (611) an Basisseiten von Einzel- Substrukturen (612a, 612b, ...) der anderen Blazestruktur (612) angrenzen.
22. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge (λ) der elektromagnetischen Strahlung, für welche das diffraktive optische Element (100) ausgelegt ist, weniger als 250nm, bevorzugt weniger als 200nm beträgt.
23. Optisches System nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzel- Substrukturen (411a, 412a) eine erste Schicht (421, 521) mit einer ersten Brechzahl und eine auf der ersten Schicht liegende zweite Schicht (422, 522) mit einer zweiten Brechzahl, die von der ersten Brechzahl verschieden ist, aufweisen.
24. Optisches System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Einzel-Substrukturen (411a, 412a) im Bereich der ersten Schicht (421, 521) eine dritte Schicht (423, 523) mit der zweiten Brechzahl angeordnet ist.
25. Optisches System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohen der zweiten Schicht (422, 522) und der dritten Schicht (423, 523) gleich sind.
26. Optisches System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Einzel-Substrukturen Einzelstrukturen angeordnet sind, die eine dritte Schicht mit einer dritten Brechzahl und eine vierte Schicht mit einer vierten Brechzahl aufweisen.
27. Optisches System nach einem der Ansprüche 3 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Fullverhaltnis (f) so gewählt ist, das es nicht den gesamten Bereich von 0 bis 1 überstreicht.
28. Optisches System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Große des Bereiches, den das Fullverhaltnis überstreicht, nicht großer als 0.7 ist.
29. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage (900), welche eine Beleuchtungseinrichtung (802) nach einem der Ansprüche 1 bis 28 aufweist.
30. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage
(900), welche ein Projektionsob^ektiv (804) nach einem der Ansprüche 1 bis 28 aufweist.
31. Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten:
• Bereitstellen eines Substrats (805), auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist;
• Bereitstellen einer Maske (803) , die abzubildende Strukturen aufweist;
• Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (800) nach Anspruch 29 oder 30;
• Projizieren wenigstens eines Teils der Maske (803) auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (800) .
32. Mikrostrukturiertes Bauelement, das nach einem Verfahren gemäß Anspruch 31 hergestellt ist.
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