WO2011006710A2 - Wabenkondensor, insbesondere für eine mikrolithographische projektionsbelichtungsanlage - Google Patents

Wabenkondensor, insbesondere für eine mikrolithographische projektionsbelichtungsanlage Download PDF

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WO2011006710A2
WO2011006710A2 PCT/EP2010/057934 EP2010057934W WO2011006710A2 WO 2011006710 A2 WO2011006710 A2 WO 2011006710A2 EP 2010057934 W EP2010057934 W EP 2010057934W WO 2011006710 A2 WO2011006710 A2 WO 2011006710A2
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WO
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honeycomb condenser
arrangements
honeycomb
optical elements
light
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PCT/EP2010/057934
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Michael Patra
Markus Schwab
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0961—Lens arrays
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70075—Homogenization of illumination intensity in the mask plane by using an integrator, e.g. fly's eye lens, facet mirror or glass rod, by using a diffusing optical element or by beam deflection

Definitions

  • Honeycomb condenser in particular for a microlithographic
  • the invention relates to a honeycomb condenser, in particular for a microlithographic projection exposure apparatus.
  • Microlithographic projection exposure equipment is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs.
  • a projection exposure apparatus has an illumination device and a projection objective.
  • a substrate eg a silicon wafer
  • photosensitive layer photoresist
  • honeycomb condensers which comprise raster arrangements made up of a multiplicity of beam-deflecting elements (for example lenses with dimensions in the millimeter range), is commonly used to achieve light mixing.
  • the honeycomb condenser can be used both for field homogenization and for pupil homogenization.
  • the stabilization which means that the position of the illumination in a certain level of the illumination device with respect to variations of location and in particular the direction of the emanating from the laser light source beam remains unchanged.
  • the first grid arrangement in the light propagation direction must necessarily be arranged at a distance from the second grid arrangement in the light propagation direction, which of the focal length the beam deflecting elements or lenses of the second grid arrangement corresponds.
  • each of the two grid arrangements 810 and 820 is symbolized by only two lenses 811, 812 and 821, 822 and wherein the distance corresponding to the length of the honeycomb condenser is I, the focal length of the lenses 811, 812 the first raster arrangement 810 is denoted by fi and the focal length of the lenses 821, 822 of the second raster arrangement 820 is denoted by f 3 .
  • Angle distribution of a laser radiation is known which, in addition to a first homogenization stage with a first lens array having a first substrate and a second lens array having a second substrate, a third substrate with a third lens array, in particular, the distance between the first substrate and the second and / or or third
  • Substrate is variable in order to change the angular distribution or the size of the illuminated area in the so-called working level, if necessary. From JP 2285628 A, among other things, the construction of an optical integrator comprising three successive lens arrays is also known.
  • honeycomb condensers which are constructed from at least three arrays of beam deflecting elements, makes it possible to circumvent the above-described restriction with respect to the conformity of the installation space with the focal length of the lenses of the last grid arrangement in the light propagation direction and thus to achieve the desired stabilizing effect even with comparatively small installation space of the honeycomb condenser.
  • honeycomb condensers in the illumination device of a microlithographic projection exposure apparatus is undesired interference effects caused by the periodic structures of the beam deflecting elements of the respective arrays, especially at low angles of divergence or light conductance.
  • mrad millirad
  • micro mirror array micromirror array
  • Another relevant application example is systems for LCD production, in which a short-term improvement of the optical properties of the LCD produced. TIG glass melting takes place, in which in turn make the above-mentioned diffraction effects by the appearance of undesirable discrete lines noticeable.
  • a honeycomb condenser has at least three successive arrays of beam deflecting optical elements in the light propagation direction for generating a multiplicity of optical channels, at least two of these optical channels having a different cross section in at least one of these arrangements.
  • optical channels are considered here and below, provided that they have a different area, a different shape and / or a different orientation.
  • cross section, shape, area and orientation are each related to the main plane of the relevant beam deflecting elements in the arrangement.
  • the mean of the surfaces on the front and rear main plane can be used or the shape or orientation only on the front main plane or only on the rear main plane are used for comparison.
  • the different cross section can be effected, for example, by virtue of the fact that the optically active surfaces of at least two beam deflecting optical elements have different sizes or if they have a different geometry (for example rectangular shapes with different aspect ratio) for the same area. Furthermore, at least two beam-deflecting optical elements with a matching surface and shape can also be oriented differently (by different orientation of, for example, square or hexagonal beam-deflecting optical elements).
  • Honeycomb condenser is not subject to the limitation of a periodic design of all arrangements of beam deflecting elements with a constant pitch.
  • Such a "three-stage honeycomb condenser" 600 is shown schematically in FIG. 6, wherein three arrangements 610, 620 and 630 of beam-deflecting elements 611, 612, ... are provided in the light propagation direction (in the z-direction in the drawn coordinate system) in the schema When only two elements (refractive lenses) for each of the arrangements are shown in side view, the number of which is typically significantly larger.
  • “d” is the distance between the first array 610 and the second array 620
  • "a" indicates the distance between the second array 620 and the third array 630.
  • the second arrangement 620 and the third arrangement 630 form an optical system in whose front focal plane the first arrangement 610 is located and which has an effective focal length F.
  • F effective focal length
  • Fig. 7 is a diagram for explaining the influence of the pitch on the far-field intensity distribution. It turns out that for a comparatively small pitch of 0.1 mm to 0.25 mm in the example gaussian intensity distribution can be converted into a maximum flattened distribution by setting a larger pitch of 1 mm to 5 mm in the example. Furthermore, as explained in more detail below, this may be accomplished without the need for enlargement of the honeycomb condenser, i. in a given space, done.
  • the optically effective areas of the beam-deflecting optical elements have different sizes.
  • the size of the optically active surface in at least one arrangement varies by at least 10%, in particular by at least 20%, more particularly by at least 30%.
  • At least one of the arrangements in its construction of the beam-deflecting optical elements is at least partially aperiodic.
  • the respective arrangement may also be aperiodic over its entire optically effective area.
  • the invention is not limited to a non-periodic design of one or more of the arrangements of beam-deflecting optical elements, since the inventive structure with optical channels of within the same arrangement of different cross section even while maintaining a certain periodicity of the overall structure (eg in a sequence "ABAB- ##) is feasible.
  • At least one of the assemblies forms a non-planar array of beam deflecting optical elements.
  • the arrangement in question can have a concave curvature over the entire optically effective area or a convex curvature over the entire optically effective area. In this way, it can be achieved that the optical channels become uniformly narrower or narrower across the beam-deflecting elements into an array.
  • At least one of the optical channels has a cross-section (or a varying extent perpendicular to the direction of light propagation) varying along the light propagation direction.
  • At least two optical channels which are adjacent to one another when light enters the honeycomb condenser, are no longer adjacent to one another when light exits from the honeycomb condenser.
  • a position manipulator is provided for varying the relative position of at least two of the array of beam deflecting optical elements.
  • the beam-deflecting elements can be configured as refractive or diffractive optical elements and can be produced, for example, from quartz glass (SiO 2 ) or calcium fluoride (CaF 2 ), the production from calcium fluoride being particularly effective with regard to the improved light resistance (avoidance of compaction effects, etc.). ) is advantageous.
  • Corresponding refractive lenses for forming the beam-deflecting elements can be, for example, biconvex lenses, plano-convex lenses, cylindrical lenses, etc.
  • individual or all of the beam-deflecting elements can also be designed as reflective elements (mirrors).
  • the invention is therefore also particularly suitable in the EUV range (i.e., at wavelengths less than 15 nm, in particular about 13 nm or about 7 nm).
  • the invention relates to a honeycomb condenser, in particular for a microlithographic projection exposure apparatus, having at least two successive arrays of beam deflecting optical elements in the light propagation direction to produce a multiplicity of optical channels, at least two of these optical channels entering the honeycomb condenser upon light entry adjacent to each other, are not adjacent to each other at light exit from the honeycomb condenser.
  • the honeycomb condenser has at least three successive arrays of beam-deflecting optical elements in the light propagation direction.
  • the invention also relates to a lighting device with a honeycomb condenser according to the invention.
  • the illumination device can have a micromirror arrangement (MMA) with a multiplicity of mutually independently adjustable micromirrors.
  • MMA micromirror arrangement
  • the at least one honeycomb condenser is arranged in a region where the divergence angle of the light passing through the illumination device during operation is a maximum of 10 mrad, in particular a maximum of 5 mrad, more particularly a maximum of 3 mrad.
  • the at least one honeycomb condenser in the light propagation direction is one of the three first optical elements in the illumination device.
  • the positioning of the honeycomb condenser in the region of small divergence angles or close to the entry into the illumination device is advantageous in view of the interference effects which are at least partially suppressed according to the invention, especially with low divergence angles.
  • the at least one honeycomb condenser is arranged at least in the immediate vicinity of a pupil plane. In such a position, the honeycomb condenser may be used to open the field (i.e., as a so-called FDE, i.e., as a "field defining element") .
  • the invention also relates to a microlithographic
  • Projection exposure apparatus a method for the microlithographic production of microstructured components and a microstructured component.
  • the component can be an LCD display since, as already explained at the beginning, the avoidance of undesired diffraction effects is particularly significant during its production. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.
  • Figure 1 shows a honeycomb condenser in a schematic representation according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2a-c Fourier spectra to explain the operation of the honeycomb condenser of Figure 1 (Figure 2c) in comparison with conventional honeycomb condensers ( Figure 2a and 2b).
  • FIG. 5a-b show schematic illustrations for explaining the effect of a variation of the position of the optical channels on the light entrance or light exit side (FIG. 5b) according to an embodiment of the invention in comparison with a configuration without this variation (FIG. 5a);
  • Figure 6 is a schematic representation of a three-stage honeycomb condenser
  • Figure 7 is a diagram for explaining the influence of the pitch size in a honeycomb condenser on the intensity distribution obtained in the far field;
  • Figure 8 is a schematic representation for explaining the operation of a conventional, two-stage honeycomb condenser;
  • FIG. 9 shows a schematic representation of an exemplary construction of a lighting device of a microlithographic projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a schematic representation of a lighting device according to another embodiment of the present invention.
  • a honeycomb condenser 100 according to the invention according to a first embodiment is shown schematically.
  • the honeycomb condenser 100 has three in the light propagation direction (corresponding to the z-direction in the drawn coordinate system) successively located assemblies 110, 120 and 130, each having a plurality of beam deflecting elements 111-114, 121-124 and 131-134, in the embodiment each designed as refractive biconvex lenses made of calcium fluoride and each are lined up in each arrangement without gaps.
  • each of the three arrays 110, 120 and 130 is aperiodically formed with respect to their structure of beam deflecting optical elements. This is achieved in the exemplary embodiment in that, for each of the three arrangements 110-130, the extent or the optically effective areas of the beam deflecting optical elements 111, 112,... Are of different sizes, so that the beam deflecting optical elements 111, 112, ...
  • a comparatively small element 112 follows on a comparatively medium-sized element 111, a comparatively large element 113, etc., on this, the extension of the elements being designated as pi, p 2l .
  • D denotes the distance between the first arrangement 110 and the second arrangement 120
  • a denotes the distance between the second arrangement 120 and the third arrangement 130.
  • the beam deflecting elements 111, 112,... are each different and for the second arrangement with f / 2) , f2 (2> , - - as well as for the third arrangement with f ⁇ (3) , f 2 (3) , ... referred.
  • the arrangements 110, 120 and 130 each form a non-periodic structure over the entire optically effective area, ie the respective structure has no periodicity.
  • the invention is not limited thereto.
  • honeycomb condensers should also be regarded as encompassed by the present application, in which despite a variation of the optically active surface, shape or orientation of the optical channels or of the beam-deflecting optical elements producing them, at least one arrangement still has a certain periodicity (eg in a sequence "ABAB - --) is present.
  • the invention also includes honeycomb condensers in which the variation of the optically active surface, the shape or the orientation of the beam deflecting elements or an at least partially aperiodic structure is not given for all arrangements, but only for one or two of the total of at least three arrangements.
  • the effect achieved by the inventive configuration of the honeycomb condenser 100 of FIG. 1 is demonstrated by comparison with a traditional, periodic honeycomb condenser (FIG. 2 a) and a honeycomb condenser with random thickness variation of the optical channels or introduction of an additional phase shift from 0 to 2 ⁇ for each optical channel (Figure 2b), wherein the honeycomb condenser 100 of the invention is characterized in Figure 2c.
  • FIGS. 2a-c The Fourier spectra for the respective honeycomb condensers are shown in FIGS. 2a-c. These Fourier spectra were each calculated for a horizontal section through the far field with simulated irradiation of the systems with a plane wave, the inverse of the mean pitch being used as "frequency 1" for normalizing the spatial frequency.
  • the traditional honeycomb condenser produces regular far-field peaks whose spatial frequency is given by the inverse of the pitch, so that when the normalized spatial frequency is one, a large peak occurs Fig. 2b despite significant reduction still recognizable.
  • FIG. 2c shows a significant smearing of the peak into a broad structure, so that it can be seen that the periodic diffraction effects in the far field can be effectively suppressed by the configuration according to the invention.
  • FIG. 3 shows a honeycomb condenser 300 according to the invention according to a further embodiment. This comprises as "four-stage" honeycomb condenser four arrangements 310-340 of beam-deflecting optical elements of which only four or five elements are indicated.
  • the honeycomb condenser 300 initially has in common with the honeycomb condenser 100 the at least partially aperiodic structure, wherein the cross section of the optical channels or the optically effective surface of the beam deflecting elements varies again in at least one (namely in two cases) arrangements.
  • the arrays 320 and 330 are each formed as periodic arrays of beam deflecting optical elements with constant pitch.
  • the honeycomb condenser 300 differs from the honeycomb condenser 100 in that the intersecting optical deflecting elements formed in the arrays 310-340 do not have a constant cross section (or a constant light propagation direction) for transmitted light as indicated by dashed lines their extent or width), wherein in particular in the embodiment, the optical channels are alternately wider and narrower from arrangement to arrangement.
  • the arrangements may also be non-planar, that is to say convexly or concavely curved over at least some areas or even over the entire optically effective area.
  • the feature of the varying cross section of the optical channels can also be realized in a three-stage honeycomb condenser, provided that the beam-deflecting optical elements of the last arrangement in the light propagation direction are not arranged equidistant from one another. As already explained, this is readily possible and leads geometrically-optically to the same far field as in an equidistantly designed honeycomb condenser. Wave optically, a non-equidistant last arrangement of the honeycomb condenser leads to small differences in the far field of the individual optical channels, which can, however, mostly be neglected.
  • This honeycomb condenser 400 comprises, in addition to a first array 410 of beam deflecting elements 411, 412,... And a last array 440 of beam deflecting elements 441, 442,..., Two arrangements located between these arrangements 410, 440 420 and 430, which also beam deflecting elements 421, 422, ... or 431, 432, ... include, but which are designed as wedge-shaped prisms. In particular, these wedge-shaped prisms can also be arranged directly on the beam-deflecting elements of the respectively adjacent arrangement 410 or 440 designed as biconvex lenses.
  • Honeycomb condenser 400 are adjacent to each other, are no longer adjacent to each other in light emission from the honeycomb condenser 400.
  • this effect can also be achieved by means of reflective elements or mirrors instead of wedge-shaped prisms in combination with refractive lenses.
  • the said concept of changing the assignment of the position of the optical channels on the light entry side arrangement 410 in comparison to the light exit side arrangement 440 both in connection with the inventive design of the honeycomb condenser with variable distance between the Beam deflecting elements or their non-periodic arrangement, as well as independently of this, ie in conjunction with a conventional periodic structure of the beam deflecting optical elements (as in Fig. 4 of the case) can be realized.
  • FIGS. 5a and 5b The effect achieved by the concept of FIG. 4, namely the change of the position of the optical channels in the light exit side arrangement relative to the light entry side arrangement in the honeycomb condenser, is illustrated in FIGS. 5a and 5b.
  • FIGS. 5a and 5b In these schematic representations, only the light entrance side arrangement 510 or 560 and the light exit side arrangement 520 or 570 of beam deflecting optical elements are shown in each case by a honeycomb condenser 500 or 550 for ease of illustration.
  • the optical arrangement (“Fourier optics") located between the honeycomb condenser 500 or 550 and only indicated in the drawing is denoted by 530 and 580.
  • the changed relative assignment of the optical channels described above with reference to Fig. 4 on the light exit side to the light entry side As a result, according to FIG.
  • the waves impinging on one another in the field plane FE strike one another at larger angles compared to the situation of FIG. 5a (with a constant relative allocation of the channels on the light entry and light exit sides), which in turn leads to higher frequencies. generates quente or finer structures in the field level FE.
  • optical channels which are arranged adjacent to one another on the light entry surface are distributed as far as possible over the light exit surface, then correlated light beams in the far field meet at a higher angle.
  • Interference structure is thus high-frequency. This is more advantageous than a low frequency structure because existing convolution cores in the system can wash out high frequency structures much more efficiently.
  • FIG. 9 shows, in a merely schematic representation, the basic structure of a lighting device of a microlithographic projection exposure apparatus according to an embodiment of the invention.
  • the illumination device 1 is used to illuminate a structure-carrying mask (reticle) 2 with light from a light source unit (not shown), which comprises, for example, an ArF laser for a working wavelength of 193 nm and a beam forming optical system generating a parallel light beam.
  • a light source unit (not shown)
  • an ArF laser for a working wavelength of 193 nm and a beam forming optical system generating a parallel light beam for example, an F 2 laser for a working wavelength of 157 nm may be provided.
  • the illumination device as well as the subsequent projection objective can also be designed for the use of an EUV light source (ie with an operating wavelength of less than 15 nm, eg approximately 13 nm or approximately 7 nm).
  • the parallel light bundle of the light source unit initially encounters a diffractive optical element 3 (also referred to as "pupil-defining element") which has a desired intensity distribution (eg dipole distribution or quadrupole distribution) in a pupil plane P1 via an angular radiation characteristic defined by the respective diffracting surface structure ) generated.
  • a diffractive optical element 3 also referred to as "pupil-defining element”
  • a desired intensity distribution eg dipole distribution or quadrupole distribution
  • honeycomb condenser 5 In the immediate vicinity of the first pupil plane P1 of the illumination device 1 there is a honeycomb condenser 5 according to the invention with the structure shown schematically in FIG. Alternatively, a honeycomb condenser may be used according to another of the embodiments described above.
  • the honeycomb condenser 5 is followed in the light propagation direction by a lens group 7, behind which there is a field plane F1 with a reticle masking system (REMA), which projects onto the structure through a REMA objective 8 following in the light propagation direction, in which there is a second pupil plane P2 supporting, arranged in the field plane F2 mask (reticle) 2 is shown and thereby limits the illuminated area on the reticle 2.
  • the structure-bearing mask 2 is imaged with a projection lens (not shown here) onto a substrate or wafer provided with a photosensitive layer.
  • the honeycomb condenser 5 serves for field homogenization, the light distribution in the pupil plane P1 first being generated by the diffractive optical element 3 and then being converted into the light distribution in the field plane F1 by means of the honeycomb condenser 5 or F2 is converted.
  • a honeycomb condenser according to the invention can also be used for pupil homogenization. This situation is shown in FIG. In the lighting device 11 shown there are comparable in their function elements with analog, increased by 10 reference times presented. Instead of the diffractive optical element 3 from FIG.
  • the illumination device 11 has a variably adjustable pupil shaping element in the form of a micromirror arrangement (MMA) 13 with a multiplicity of micromirrors which can be set independently of one another.
  • MMA micromirror arrangement
  • another honeycomb condenser 12 (in addition to the honeycomb condenser 15 arranged in the vicinity of the pupil plane P1) is arranged in the light propagation direction in front of the micromirror arrangement 13 or upstream.
  • This honeycomb condenser 12 which is arranged in the region of comparatively low divergence angles (of a few mrads), serves to homogenize the light distribution generated by the micromirror arrangement 13 in the pupil plane P1.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wabenkondensor (5, 12, 15, 100, 200, 300, 400, 500, 550), insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens drei in Lichtausbreitungsrichtung aufeinander folgenden Anordnungen (110-130, 310-340, 410-440) aus strahlablenkenden optischen Elementen (111, 112,...; 121, 122,...; 131, 132,...; 311, 312,...; 411, 412,...) zur Erzeugung einer Vielzahl optischer Kanäle, wobei in wenigstens einer dieser Anordnungen wenigstens zwei dieser optischen Kanäle einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen.

Description

Wabenkondensor, insbesondere für eine mikrolithographische
Projektionsbelichtungsanlage
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wabenkondensor, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Eine solche Projektionsbelichtungsanlage weist eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv auf. Im Mikrolithographiepro- zess wird das Bild einer mit Hilfe der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) 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 Schicht zu übertragen.
In der Beleuchtungseinrichtung ist zur Erzielung einer Lichtdurchmischung der Einsatz sogenannter Wabenkondensoren gebräuchlich, welche Rasteranordnun- gen aus einer Vielzahl strahlablenkender Elemente (z.B. Linsen mit Abmessungen im Millimeterbereich) umfassen. Der Wabenkondensor kann sowohl zur Feldhomogenisierung als auch zur Pupillenhomogenisierung eingesetzt werden. Über die Homogenisierung des Laserlichtes hinaus besteht dabei eine weitere wichtige Aufgabe des Wabenkondensors in der Stabilisierung, was bedeutet, dass die Lage der Ausleuchtung in einer bestimmten Ebene der Beleuchtungseinrichtung gegenüber Variationen von Ort und insbesondere Richtung der von der Laserlichtquelle ausgehenden Strahlenbündel unverändert bleibt.
Hierbei tritt nun bei herkömmlichen Wabenkondensoren, welche aus zwei Rasteranordnungen von strahlablenkenden Linsen aufgebaut sind, das Problem auf, dass zur Erzielung der vorstehend beschriebenen Stabilisierung die in Lichtausbreitungsrichtung erste Rasteranordnung notwendigerweise in einem Abstand von der in Lichtausbreitungsrichtung zweiten Rasteranordnung angeordnet sein muss, welcher der Brennweite der strahlablenkenden Elemente bzw. Linsen der zweiten Rasteranordnung entspricht.
Diese Situation ist in Fig. 8 dargestellt, wobei jede der beiden Rasteranordnungen 810 und 820 durch nur zwei Linsen 811 , 812 bzw. 821 , 822 symbolisiert ist und wobei der der Baulänge des Wabenkondensors entsprechende Abstand mit I, die Brennweite der Linsen 811 , 812 der ersten Rasteranordnung 810 mit fi und die Brennweite der Linsen 821 , 822 der zweiten Rasteranordnung 820 mit f3 bezeichnet ist. Mit p ist der sogenannte Pitch (d.h. die Periodenlänge der periodischen bzw. matrixförmigen Rasteranordnungen 810 bzw. 820) bezeichnet, und α bezeichnet den durch den Wabenkondensor 800 im Fernfeld erzeugten Divergenzwinkel, wobei die numerische Apertur (NA) im Fernfeld des Wabenkondensors 800 durch den halben Divergenzwinkel NA = α/2 gegeben ist. Aus DE 10 2007 026 730 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer homogenen
Winkelverteilung einer Laserstrahlung bekannt, welche zusätzlich zu einer ersten Homogenisierungsstufe mit einem ein erstes Linsenarray aufweisenden ersten Substrat und einem ein zweites Linsenarray aufweisenden zweiten Substrat ein drittes Substrat mit einem dritten Linsenarray aufweist, wobei insbesondere auch der Abstand zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten und/oder dritten
Substrat veränderbar ist, um bei Bedarf die Winkelverteilung bzw. die Größe des ausgeleuchteten Bereichs in der sogenannten Arbeitsebene zu verändern. Aus JP 2285628 A ist u.a. ebenfalls der Aufbau eines optischen Integrators aus drei aufeinander folgenden Linsenarrays bekannt.
Wie im Weiteren noch detaillierter erläutert, ermöglicht es der Einsatz von Waben- kondensoren, welche aus wenigstens drei Arrays von strahlablenkenden Elementen aufgebaut sind, die vorstehend erläuterte Einschränkung hinsichtlich der Ü- bereinstimmung des Bauraums mit der Brennweite der Linsen der in Lichtausbreitungsrichtung letzten Rasteranordnung zu umgehen und damit die gewünschte Stabilisierungswirkung auch bei vergleichsweise geringem Bauraum des Waben- kondensors zu erzielen.
Ein weiteres, beim Einsatz von Wabenkondensoren in der Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage auftretendes Problem besteht in unerwünschten Interferenzeffekten, die durch die periodischen Strukturen der strahlablenkenden Elemente der jeweiligen Arrays gerade bei geringen Divergenzwinkeln bzw. Lichtleitwerten hervorgerufen werden. Von besonderer Bedeutung ist hierbei der Umstand, dass in der Eintrittsebene des in der Beleuchtungseinrichtung eingesetzten Wabenkondensors üblicherweise geringe Divergenzwinkel von nur wenigen Millirad (mrad) vorliegen, was dazu führt, dass ei- ne nur geringe Anzahl diskreter, gut unterscheidbarer Beugungsordnungen erzeugt wird (z.B. können bei einem Divergenzwinkel von 1.5 mrad fünf Beugungsordnungen um jeweils 0.3 mrad voneinander entfernt sein). Während das Problem des Auftretens diskreter Beugungsordnungen bei höheren Divergenzwinkeln (z.B. 50 mrad) infolge der größeren Anzahl von Beugungsordnungen wegen der dann praktisch vorliegenden Homogenität nicht mehr störend ist, ergeben sich somit signifikante störende Effekte gerade in Systemen, bei denen durch den Wabenkondensor nur ein geringer Lichtleitwert eingeführt werden darf.
Ein in der Praxis relevantes Beispiel hierfür bilden Systeme, die mit sogenannten MMA's (kurz:„micro mirror array" = Mikrospiegelarray) ausgestattet sind und eine
Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Mikrospiegel aufweisen. Ein weiteres relevantes Anwendungsbeispiel sind Systeme zur LCD-Herstellung, bei denen zur Verbesserung der optischen Eigenschaften des erzeugten LCD's eine kurzzei- tige Glasaufschmelzung erfolgt, bei welcher sich wiederum die vorstehend erläuterten Beugungseffekte durch Auftreten unerwünschter diskreter Linien bemerkbar machen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wabenkondensor, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustel- len, welcher die vorstehend erläuterten Nachteile zumindest weitgehend vermeidet und insbesondere eine verbesserte Homogenisierung und Stabilisierung des Laserlichtes auch beim Einsatz in Bereichen geringer Divergenzwinkel ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein Wabenkondensor weist gemäß einem Aspekt der Erfindung wenigstens drei in Lichtausbreitungsrichtung aufeinander folgende Anordnungen aus strahlablenkenden optischen Elementen zur Erzeugung einer Vielzahl optischer Kanäle auf, wo- bei in wenigstens einer dieser Anordnungen wenigstens zwei dieser optischen Kanäle einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen.
Infolge des unterschiedlichen Querschnitts von wenigstens zwei optischen Kanälen im Bereich wenigstens einer der Anordnungen wird für diese Anordnung ins- besondere keine regelmäßige Rasteranordnung mit konstantem Rastermaß („Pitch") bzw. konstanter Periodenlänge geschaffen, so dass der vorstehend beschriebene unerwünschte Effekt einer an der betreffenden Anordnung stattfindenden Gitterbeugung, also die Erzeugung von diskreten, das Abbildungsergebnis störenden Beugungsordnungen zumindest reduziert wird.
Als einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisend werden hier und im Folgenden optische Kanäle angesehen, sofern diese eine unterschiedliche Fläche, eine unterschiedliche Form und/oder eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Hierbei sind die Begriffe Querschnitt, Form, Fläche und Orientierung jeweils auf die Hauptebene der betreffenden strahlablenkenden Elemente in der Anordnung bezogen. Bei Vorhandensein von zwei Hauptebenen (als bei Ausgestaltung der strahlablenkenden optischen Elemente als„dicke Linsen") können der Mittelwert der Flächen auf der vorderen und der hinteren Hauptebene herangezogen werden oder es können die Form bzw. Orientierung nur auf der vorderen Hauptebene oder nur auf der hinteren Hauptebene zum Vergleich herangezogen werden.
Der unterschiedliche Querschnitt kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die optisch wirksamen Flächen von wenigstens zwei strahlablenkenden optischen Elementen unterschiedlich groß sind oder dass diese - bei gleicher Fläche - eine unterschiedliche Geometrie (z.B. Rechteckformen mit unterschiedlichem Aspektverhältnis) aufweisen. Des Weiteren können auch wenigstens zwei strahlablenkende optische Elemente mit übereinstimmender Fläche und Form unter- schiedlich orientiert sein (durch unterschiedliche Ausrichtung von z.B. quadratischen oder hexagonalen strahlablenkenden optischen Elementen).
Die Kombination des nicht streng rasterförmigen Aufbaus aus den strahlablenkenden optischen Elementen mit dem weiteren Merkmal, wonach wenigstens drei An- Ordnungen aus solchen strahlablenkenden Elementen vorgesehen sind, hat hierbei weiter zur Folge, dass auch bei nicht konstantem Querschnitt der durch einander zugeordnete strahlablenkende Elemente dieser Anordnungen gebildeten optischen Kanäle für hindurchtretendes Licht die Baubarkeit des durch die Anordnungen gebildeten Wabenkondensors weiter gewährleistet bleibt. Hierbei wird ausge- nutzt, dass ein dreistufiger Wabenkondensor im Gegensatz zu einem zweistufigen
Wabenkondensor nicht der Einschränkung einer periodischen Auslegung sämtlicher Anordnungen aus strahlablenkenden Elementen mit konstantem Pitch unterliegt. Ein solcher„dreistufiger Wabenkondensor" 600 ist schematisch in Fig. 6 dargestellt, wobei in der (in z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) verlaufenden Lichtausbreitungsrichtung drei Anordnungen 610, 620 und 630 aus strahlablenkenden Elementen 611 , 612,... vorgesehen sind. Wenngleich in der Schema- tischen Darstellung lediglich zwei Elemente (refraktive Linsen) für jede der Anordnungen in der Seitenansicht dargestellt sind, ist deren Anzahl typischerweise wesentlich größer. Mit„d" ist der Abstand zwischen der ersten Anordnung 610 und der zweiten Anordnung 620, und mit„a" ist der Abstand zwischen der zweiten An- Ordnung 620 und der dritten Anordnung 630 bezeichnet.
Die zweite Anordnung 620 und die dritte Anordnung 630 bilden ein optisches System, in dessen vorderer Brennebene die erste Anordnung 610 liegt und das eine effektive Brennweite F besitzt. Für die Wirkung zweier Linsen bezüglich Gesamt- brennweite F und Abstand d der vorderen Brennebene gilt:
Figure imgf000008_0001
Für eine vorgegebene Lage der Anordnungen 610-630, also für konstante Werte von„a" und„d" sowie für einen vorgegebenen Wert von F (da dieser zusammen mit dem Pitch„p" die Fernfeldverteilung α bestimmt), ergeben sich eindeutig die notwendigen Brennweiten f2 und f3 der zweiten und der dritten Anordnung 620, 630: ad
/. = a + d - F (3)
aF
f' = y^ (4)
Beide Abstände„a" und„d", und damit auch die Gesamtbaulänge l=a+d können hierbei frei gewählt werden. Damit ist es insbesondere möglich, die Baulänge des Wabenkondensors 600 bei gegebener Winkelverteilung und gegebenem Pitch (letzterer ist für Beugungsverluste relevant und kann daher nicht beliebig gewählt werden) zu verkleinern.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Einflusses des Pitch auf die im Fernfeld erzielte Intensitätsverteilung. Es zeigt sich, dass eine für einen vergleichsweise kleinen Pitch von im Beispiel 0.1 mm bis 0.25 mm gaussförmige Intensitätsverteilung in eine in ihrem Maximum abgeflachte Verteilung durch Einstellung eines größeren Pitch von im Beispiel 1 mm bis 5 mm umgewandelt werden kann. Des Weiteren kann dies, wie im Weiteren noch detaillierter erläutert, ohne Erfordernis einer Vergrößerung des Wabenkondensors, d.h. bei gegebenem Bauraum, erfolgen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind in wenigstens einer der Anordnungen aus strahlablenkenden optischen Elementen, insbesondere in sämtlichen die- ser Anordnungen, die optisch wirksamen Flächen der strahlablenkenden optischen Elemente unterschiedlich groß.
Gemäß einer Ausführungsform variiert die Größe der optisch wirksamen Fläche in wenigstens einer Anordnung um wenigstens 10 %, insbesondere um wenigstens 20 %, weiter insbesondere um wenigstens 30 %.
Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens eine der Anordnungen in ihrem Aufbau aus den strahlablenkenden optischen Elementen wenigstens bereichsweise aperiodisch. Hierdurch kann eine weitere Reduzierung der vorstehend be- schriebenen unerwünschten Interferenzeffekte bis hin zu deren vollständiger Eliminierung erreicht werden. Insbesondere kann die jeweilige Anordnung auch über ihre gesamte optisch wirksame Fläche aperiodisch sein.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine nicht-periodische Auslegung einer oder mehrerer der Anordnungen aus strahlablenkenden optischen Elementen beschränkt, da der erfindungsgemäße Aufbau mit optischen Kanälen von innerhalb der gleichen Anordnung unterschiedlichem Querschnitt auch noch bei Einhaltung einer gewissen Periodizität des Gesamtaufbaus (z.B. in einer Abfolge„A-B-A-B- ...") realisierbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform bildet wenigstens eine der Anordnungen eine nicht-ebene Anordnung aus strahlablenkenden optischen Elementen. Insbesondere kann die betreffende Anordnung über die gesamte optisch wirksame Fläche eine konkave Krümmung oder über die gesamte optisch wirksame Fläche eine konvexe Krümmung aufweisen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die optischen Kanäle über die strahlablenkenden Elemente in eine Anordnung hinweg in gleichmäßiger Weise breiter bzw. schmaler werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist wenigstens einer der optischen Kanäle einen entlang der Lichtausbreitungsrichtung variierenden Querschnitt (bzw. eine variierende Ausdehnung senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung) auf.
Gemäß einer Ausführungsform sind wenigstens zwei optische Kanäle, welche bei Lichteintritt in den Wabenkondensor zueinander benachbart sind, bei Lichtaustritt aus dem Wabenkondensor nicht mehr zueinander benachbart. Durch diese Maßnahme werden zwar für die Mischung der Lichtintensität keine wesentlichen Vor- teile erzielt, da das Fernfeld aus der Überlagerung der Vielzahl einzelner Kanäle erzeugt und die Durchmischung im Fernfeld weder verbessert noch verschlechtert wird. Gleichwohl wird aber ein Vorteil durch die vorstehende Ausgestaltung insoweit erreicht, als aufgrund der in der Feldebene unter größeren Strahlwinkeln aufeinandertreffenden elektromagnetischen Wellen eine feinere bzw. höherfrequente Struktur bei der Abbildung erzeugt wird, die wiederum eine bessere Unterdrückung von unerwünschten Streueffekten im System aufgrund von Abberationen oder z.B. Streuscheiben ermöglicht, da diese Effekte durch eine feinere Struktur einfacher ausgeglichen („weggemittelt") werden können. Gemäß einer Ausführungsform ist ein Positionsmanipulator zur Variation der Relativposition von wenigstens zwei der Anordnungen aus strahlablenkenden optischen Elementen zueinander vorgesehen. Die strahlablenkenden Elemente können als refraktive oder diffraktive optische E- lemente ausgestaltet und z.B. aus Quarzglas (SiO2) oder Kalziumfluorid (CaF2) hergestellt sein, wobei die Herstellung aus Kalziumfluorid insbesondere im Hinblick auf die verbesserte Lichtbeständigkeit (Vermeidung von Kompaktierungsef- fekten etc.) vorteilhaft ist. Entsprechende refraktive Linsen zur Ausbildung der strahlablenkenden Elemente können beispielsweise Bikonvexlinsen, Plankonvexlinsen, Zylinderlinsen etc. sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können einzelne oder sämtliche der strahl- ablenkenden Elemente auch als reflektive Elemente (Spiegel) ausgebildet sein. Die Erfindung ist somit insbesondere auch im EUV-Bereich (d.h. bei Wellenlängen kleiner als 15 nm, insbesondere etwa 13 nm oder etwa 7 nm) geeignet.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Wabenkondensor, ins- besondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens zwei in Lichtausbreitungsrichtung aufeinander folgenden Anordnungen aus strahlablenkenden optischen Elementen zur Erzeugung einer Vielzahl optischer Kanäle, wobei wenigstens zwei dieser optischen Kanäle, welche bei Lichteintritt in den Wabenkondensor zueinander benachbart sind, bei Lichtaustritt aus dem Wabenkondensor nicht zueinander benachbart sind.
Infolge dieser Ausgestaltung kann, wie vorstehend erläutert, aufgrund der in der Feldebene unter größeren Strahlwinkeln aufeinandertreffenden elektromagnetischen Wellen eine feinere bzw. höherfrequente Struktur bei der Abbildung erzeugt werden, die wiederum eine bessere Unterdrückung von unerwünschten Streueffekten im System aufgrund von Abberationen oder z.B. Streuscheiben ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Wabenkondensor wenigstens drei in Lichtausbreitungsrichtung aufeinander folgende Anordnungen aus strahlablenken- den optischen Elementen auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Beleuchtungseinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Wabenkondensor. Die Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere eine Mikrospiegelanordnung (MMA) mit einer Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Mikrospiegel aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Wabenkondensor in einem Bereich angeordnet, wo der Divergenzwinkel des die Beleuchtungseinrichtung im Betrieb durchlaufenden Lichtes maximal 10 mrad, insbesondere maximal 5 mrad, weiter insbesondere maximal 3 mrad, beträgt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Wabenkondensor in Lichtausbreitungsrichtung eines der drei ersten optischen Elemente in der Beleuchtungseinrichtung. Die Positionierung des Wabenkondensors im Bereich kleiner Divergenzwinkel bzw. nahe am Eintritt in die Beleuchtungseinrichtung ist im Hinblick auf die gerade bei geringen Divergenzwinkeln relevanten, erfindungsgemäß zumindest teilweise unterdrückten Interferenzeffekte vorteilhaft. Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Wabenkondensor zumindest in unmittelbarer Nähe einer Pupillenebene angeordnet. In einer solchen Position kann der Wabenkondensor zur Aufspannung des Feldes (d.h. als sogenanntes FDE, d.h. als„felddefinierendes Element") verwendet werden. Gemäß weiteren Aspekten betrifft die Erfindung auch eine mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage, ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente sowie ein mikrostrukturiertes Bauelement.
Das Bauelement kann insbesondere ein LCD-Display sein, da bei dessen Herstel- lung, wie eingangs bereits erläutert, die Vermeidung unerwünschter Beugungseffekte besonders zum Tragen kommt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dar- gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Es zeigen:
Figur 1 einen Wabenkondensor in schematischer Darstellung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Figur 2a-c Fourierspektren zur Erläuterung der Wirkungsweise des Wabenkondensors von Figur 1 (Figur 2c) im Vergleich zu herkömmlichen Wabenkondensoren (Figur 2a und 2b);
Figur 3 und 4 Wabenkondensoren in schematischer Darstellung gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung;
Figur 5a-b schematische Darstellungen zur Erläuterung des Effektes einer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgenden Variation der Lage der optischen Kanäle auf der Licht- eintritts- bzw. Lichtaustrittsseite (Figur 5b) im Vergleich zu einer Ausgestaltung ohne diese Variation (Figur 5a);
Figur 6 eine schematische Darstellung eines dreistufigen Wabenkondensors;
Figur 7 ein Diagramm zur Erläuterung des Einflusses der Pitchgröße in einem Wabenkondensor auf die im Fernfeld erzielte Intensitätsverteilung; Figur 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise eines herkömmlichen, zweistufigen Wabenkondensors;
Figur 9 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus einer Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Figur 10 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Wabenkondensor 100 gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch dargestellt. Der Wabenkondensor 100 weist drei in Lichtausbreitungsrichtung (entsprechend der z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) hintereinander befindliche Anordnungen 110, 120 und 130 auf, welche jeweils eine Vielzahl von strahlablenkenden Elementen 111-114, 121-124 und 131-134 aufweisen, die im Ausführungsbeispiel jeweils als refraktive Bikonvexlinsen aus Kalziumfluorid ausgestaltet und in jeder Anordnung jeweils lücken- los aneinander gereiht sind.
Wenngleich in der schematischen Darstellung lediglich vier Linsen für jede der Anordnungen 110, 120 und 130 in der Seitenansicht erkennbar sind, ist die Anzahl strahlablenkender optischer Elemente pro Anordnung typischerweise wesentlich größer. Eine lediglich beispielhafte, typische Anzahl kann etwa 40*40 strahlablenkende optische Elemente pro Anordnung betragen, wobei typische Abmessungen im Millimeterbereich, z.B. bei 0.5 mm bis 4 mm liegen können (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre). Gemäß Fig. 1 ist jede der drei Anordnungen 110, 120 und 130 hinsichtlich ihres Aufbaus aus strahlablenkenden optischen Elementen aperiodisch ausgebildet. Dies wird im Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass für jede der drei Anord- nungen 110-130 jeweils die Ausdehnung bzw. die optisch wirksamen Flächen der strahlablenkenden optischen Elemente 111 , 112,... unterschiedlich groß sind, so dass die durch die strahlablenkenden optischen Elemente 111 , 112,... erzeugten optischen Kanäle einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. Genauer folgt z.B. in der Anordnung 110 auf ein vergleichsweise mittelgroßes Element 111 ein vergleichsweise kleines Element 112, auf dieses ein vergleichsweise großes Element 113 etc., wobei die Ausdehnung der Elemente als pi, p2l... bezeichnet ist. Mit„d" ist der Abstand zwischen der ersten Anordnung 110 und der zweiten Anordnung 120, und mit„a" der Abstand zwischen der zweiten Anordnung 120 und der dritten Anordnung 130 bezeichnet. Für eine gegebene Lage der Anordnungen 110-130, also für konstante Werte von a und d sowie für eine gegebene effektive Brennweite F der Gesamtanordnung ergeben sich die notwendigen Brennweiten für die zweite Anordnung 120 und die dritte Anordnung 130 aus den Beziehungen (3) und (4) wie folgt: ad
/2 =
a + d - F (3)
Figure imgf000015_0001
Aufgrund der variablen Ausdehnungen p, (i=1 ,2,...) der strahlablenkenden opti- sehen Elemente der jeweils benachbarten Elemente 111 , 112,... sind nun diese Brennweiten in der zweiten bzw. dritten Anordnung 120, 130 jeweils unterschiedlich und für die zweite Anordnung mit f/2), f2(2>,- - sowie für die dritte Anordnung mit fι(3), f2 (3),... bezeichnet. Gemäß Fig. 1 bilden die strahlablenkenden Elemente 111 , 112,... für jede der Anordnungen 110, 120 und 130 jeweils einen über die gesamte optisch wirksame Fläche nicht-periodischen Aufbau, d.h. der jeweilige Aufbau weist keinerlei Perio- dizität auf. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Vielmehr sollen auch Wabenkondensoren als von der vorliegenden Anmeldung umfasst gelten, bei denen trotz Variation der optisch wirksamen Fläche, Form oder Orientierung der optischen Kanäle bzw. der diese erzeugenden strahlablenkenden optischen Elemente in wenigstens einer Anordnung noch eine gewisse Periodizität (z.B. in einer Ab- folge„A-B-A-B-... ") vorhanden ist.
Des Weiteren umfasst die Erfindung auch Wabenkondensoren, bei welchen die Variation der optisch wirksamen Fläche, der Form oder der Orientierung der strahlablenkenden Elemente oder ein wenigstens bereichsweise aperiodischer Aufbau nicht für sämtliche Anordnungen, sondern nur für eine oder zwei der insgesamt wenigstens drei Anordnungen gegeben ist.
Im Folgenden wird der durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Wabenkondensors 100 von Fig. 1 erzielte Effekt anhand von Fig. 2 durch Vergleich mit einem traditionellen, periodischen Wabenkondensor (Fig. 2a) sowie einem Wabenkondensor mit zufälliger Dickenvariation der optischen Kanäle bzw. Einführung einer zusätzlichen Phasenverschiebung von 0 bis 2π für jeden optischen Kanal (Fig. 2b) dargestellt, wobei der erfindungsgemäße Wabenkondensor 100 in Fig. 2c charakterisiert ist.
Gezeigt sind in Fig. 2a-c jeweils die Fourierspektren für die betreffenden Wabenkondensoren. Diese Fourierspektren wurden jeweils für einen horizontalen Schnitt durch das Fernfeld bei simulierter Bestrahlung der Systeme mit einer ebenen Welle berechnet, wobei der Kehrwert des mittleren Pitch als„Frequenz 1" zur Normie- rung der Ortsfrequenz verwendet wurde. Wie aus Fig. 2a ersichtlich ist, führt der traditionelle Wabenkondensor zu regelmäßigen Peaks im Fernfeld, deren Ortsfrequenz durch den inversen Wert des Pitch gegeben ist, so dass bei einem Wert Eins der normierten Ortsfrequenz ein großer Peak auftritt. Dieser Peak bleibt in Fig. 2b trotz deutlicher Verringerung noch erkennbar. In Fig. 2c zeigt sich hingegen eine deutliche Verschmierung des Peaks zu einer breiten Struktur, so dass erkennbar wird, dass die periodischen Beugungseffekte im Fernfeld durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wirkungsvoll unterdrückt werden können.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Wabenkondensor 300 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dieser umfasst als„vierstufiger" Wabenkondensor vier Anordnungen 310-340 aus strahlablenkenden optischen Elementen von denen jeweils nur vier bzw. fünf Elemente angedeutet sind.
Der Wabenkondensor 300 hat mit dem Wabenkondensor 100 zunächst den wenigstens bereichsweise aperiodischen Aufbau gemeinsam, wobei wiederum in wenigstens einer (nämlich im konkreten Falle in zwei) Anordnungen der Querschnitt der optischen Kanäle bzw. die optisch wirksame Fläche der strahlablen- kenden Elemente variiert. Hierbei handelt es sich um die Anordnungen 320 und 330, wohingegen die erste Anordnung 310 und die vierte Anordnung 340 jeweils als periodische Anordnungen aus strahlablenkenden optischen Elementen mit konstantem Rastermaß bzw. Pitch ausgebildet sind. Der Wabenkondensor 300 unterscheidet sich jedoch vom Wabenkondensor 100 dadurch, dass die durch einander zugeordnete strahlablenkende optische Elemente in den Anordnungen 310-340 gebildeten optischen Kanäle für hindurchtretendes Licht, welche mittels gestrichelter Linien angedeutet sind, keinen konstanten Querschnitt (bzw. keinen in Lichtausbreitungsrichtung konstanten Verlauf ihrer Ausdehnung bzw. Breite) aufweisen, wobei insbesondere im Ausführungsbeispiel die optischen Kanäle von Anordnung zu Anordnung abwechselnd breiter und schmaler werden.
Gemäß einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform können die Anord- nungen auch nicht-eben ausgestaltet sein, also zumindest bereichsweise oder auch über die gesamte optisch wirksame Fläche konvex oder konkav gekrümmt sein. Gemäß einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform kann das Merkmal des variierenden Querschnitts der optischen Kanäle auch in einem dreistufigen Wabenkondensor verwirklicht werden, sofern die strahlablenkenden optischen E- lemente der in Lichtausbreitungsrichtung letzten Anordnung nicht äquidistant zu- einander angeordnet sind. Wie bereits erläutert ist dies ohne weiteres möglich und führt geometrisch-optisch zum gleichen Fernfeld wie bei einem äquidistant ausgelegten Wabenkondensor. Wellenoptisch führt eine nicht-äquidistante letzte Anordnung des Wabenkondensors zwar zu geringen Unterschieden im Fernfeld der einzelnen optischen Kanäle, die jedoch zumeist vernachlässigt werden können.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Wabenkondensors 400 gemäß der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung gezeigt. Dieser Wabenkondensor 400 umfasst zusätzlich zu einer in Lichtausbreitungsrichtung ersten Anordnung 410 aus strahlablenkenden Elementen 411 , 412,... und einer in Licht- ausbreitungsrichtung letzten Anordnung 440 aus strahlablenkenden Elementen 441 , 442,... zwei zwischen diesen Anordnungen 410, 440 befindliche Anordnungen 420 und 430, welche ebenfalls strahlablenkende Elemente 421 , 422,... bzw. 431 , 432,... umfassen, die jedoch als keilförmige Prismen ausgelegt sind. Diese keilförmigen Prismen können insbesondere auch unmittelbar auf den als Bikon- vexlinsen ausgelegten strahlablenkenden Elementen der jeweils benachbarten Anordnung 410 bzw. 440 angeordnet sein.
Wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 4 angedeutet ist, hat das Vorhandensein dieser keilförmigen Prismen zur Folge, dass die den Lichtdurchtritt durch den Wa- benkondensor ermöglichenden optischen Kanäle, welche bei Lichteintritt in den
Wabenkondensor 400 zueinander benachbart sind, bei Lichtaustritt aus dem Wabenkondensor 400 nicht mehr zueinander benachbart sind. Diese Wirkung kann selbstverständlich - anstatt durch keilförmige Prismen in Kombination mit refrakti- ven Linsen - auch durch reflektive Elemente bzw. Spiegel erzielt werden. Des Wei- teren kann das besagte Konzept einer Änderung der Zuordnung der Lage der optischen Kanäle auf der lichteintrittsseitigen Anordnung 410 im Vergleich zur licht- austrittsseitigen Anordnung 440 sowohl in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Wabenkondensors mit variablem Abstand zwischen den strahlablenkenden Elementen bzw. deren nicht-periodischer Anordnung, als auch unabhängig hiervon, d.h. in Verbindung mit einem herkömmlichen periodischen Aufbau aus den strahlablenkenden optischen Elementen (wie in Fig. 4 der Fall) realisiert werden.
Der durch das Konzept von Fig. 4, nämlich der Änderung der Lage der optischen Kanäle in der lichtaustrittsseitigen Anordnung relativ zur lichteintrittsseitigen Anordnung im Wabenkondensor, erzielte Effekt ist in Fig. 5a und 5b veranschaulicht. In diesen schematischen Darstellungen ist zwecks einfacherer Darstellung jeweils von einem Wabenkondensor 500 bzw. 550 nur die lichteintrittsseitige Anordnung 510 bzw. 560 und die lichtaustrittsseitige Anordnung 520 bzw. 570 aus strahlablenkenden optischen Elementen gezeigt. Mit 530 bzw. 580 ist jeweils die zwischen dem Wabenkondensor 500 bzw. 550 befindliche und in der Zeichnung lediglich angedeutete optische Anordnung („Fourieroptik") bezeichnet. Die vorstehend unter Bezug auf Fig. 4 erläuterte, veränderte relative Zuordnung der optischen Kanäle lichtaustrittsseitig zu lichteintrittsseitig hat gemäß Fig. 5b zur Folge, dass die in der Feldebene FE aufeinander treffenden Wellen im Vergleich zur Situation von Fig. 5a (mit gleich bleibender relativer Zuordnung der Kanäle lichteintritts- und lichtaus- trittsseitig) unter größeren Winkeln aufeinander treffen, was wiederum höherfre- quente bzw. feinere Strukturen in der Feldebene FE erzeugt.
Werden somit optische Kanäle, die auf der Lichteintrittsfläche benachbart zueinander angeordnet sind, möglichst weit über die Lichtaustrittsfläche verteilt, so tref- fen sich korrelierte Lichtstrahlen im Fernfeld unter höherem Winkel. Die erzeugte
Interferenzstruktur wird damit hochfrequenter. Dies ist vorteilhafter als eine niederfrequente Struktur, da vorhandene Faltungskerne im System hochfrequente Strukturen viel effizienter verwaschen können. Für die Bestimmung einer optimalen Zuordnung der Lage der optischen Kanäle beim Lichtaustritt aus dem Wabenkondensor relativ zur Lage beim Lichteintritt in den Wabenkondensor, welche wiederum durch„Abstoßung" der Positionen der optischen Kanäle beim Lichtaustritt aus dem Wabenkondensor beschrieben wird, lassen sich bekannte mathematische Verfahren verwenden. Ein beispielsweise geeigneter Ansatz bietet die Monte-Carlo-Simulation. Hierbei definiert z.B. die Zuordnung der Eingangs- zu den Ausgangskanälen eine Permutation σ. Die Verwendung einer Merit-Funktion der Form
Figure imgf000020_0001
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mit i, j= 1 , 2, ... unterdrückt Permutationen, bei denen benachbarte Eingangskanäle auf benachbarte Ausgangskanäle abgebildet werden. Eine Vielzahl anderer Me- rit-Funktionen ist ebenfalls anwendbar. Eine hinreichend große Zahl zufälliger Permutationen kann durch bekannte„Shuffling-Algorithmen" (= Misch- oder Um- ordnungsalgorithmen) erzeugt werden.
Fig. 9 zeigt in lediglich schematischer Darstellung den prinzipiellen Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanla- ge gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 dient zur Beleuchtung einer Struktur tragenden Maske (Retikel) 2 mit Licht von einer Lichtquelleneinheit (nicht dargestellt), welche beispielsweise einen ArF-Laser für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm sowie eine ein paralleles Lichtbündel erzeugende Strahlformungsoptik umfasst. Alternativ kann beispielsweise auch ein F2-Laser für eine Arbeitswellenlänge von 157 nm vorgesehen sein. Des Weiteren können die Beleuchtungseinrichtung sowie das nachfolgende Projektionsobjektiv auch für die Verwendung einer EUV-Lichtquelle (d.h. mit einer Arbeitswellenlänge kleiner als 15 nm, z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm) ausgelegt sein.
Das parallele Lichtbüschel der Lichtquelleneinheit trifft gemäß dem Ausführungsbeispiel zunächst auf ein diffraktives optisches Element 3 (auch als„pupil defining element" bezeichnet), welches über eine durch die jeweilige beugende Oberflächenstruktur definierte Winkelabstrahlcharakteristik in einer Pupillenebene P1 eine gewünschte Intensitätsverteilung (z.B. Dipol- oder Quadrupolverteilung) erzeugt. In Lichtausbreitungsrichtung nach dem diffraktiven optischen Element 3 befindet sich gemäß Fig. 9 eine optische Einheit 4, welche ein ein paralleles Lichtbündel mit variablem Durchmesser erzeugendes Zoom-Objektiv sowie ein Axikon aufweist. Mittels des Zoom-Objektives in Verbindung mit dem vorgeschalteten diffrak- tiven optischen Element 3 werden in der Pupillenebene P1 je nach Zoom-Stellung und Position der Axikon-Elemente unterschiedliche Beleuchtungskonfigurationen erzeugt. Die optische Einheit 4 umfasst ferner einen Umlenkspiegel 4a.
In unmittelbarer Nähe der ersten Pupillenebene P1 der Beleuchtungseinrichtung 1 befindet sich ein erfindungsgemäßer Wabenkondensor 5 mit dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Aufbau. Alternativ kann auch ein Wabenkondensor gemäß einer anderen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt sein.
Auf den Wabenkondensor 5 folgt in Lichtausbreitungsrichtung eine Linsengruppe 7, hinter welcher sich eine Feldebene F1 mit einem Retikel-Maskierungssystem (REMA) befindet, welches durch ein in Lichtausbreitungsrichtung nachfolgendes REMA-Objektiv 8, in welcher sich eine zweite Pupillenebene P2 befindet, auf die Struktur tragende, in der Feldebene F2 angeordnete Maske (Retikel) 2 abgebildet wird und dadurch den ausgeleuchteten Bereich auf dem Retikel 2 begrenzt. Die Struktur tragende Maske 2 wird mit einem (hier nicht dargestellten) Projektionsobjektiv auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht versehenes Substrat bzw. einen Wafer abgebildet.
In der vorstehend unter Bezugnahme von Fig. 9 beschriebenen Beleuchtungsein- richtung 1 dient der Wabenkondensor 5 zur Feldhomogenisierung, wobei durch das diffraktive optische Element 3 zunächst die Lichtverteilung in der Pupillenebene P1 erzeugt und diese dann mittels des Wabenkondensors 5 in die Lichtverteilung in der Feldebene F1 bzw. F2 umgewandelt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßer Wabenkondensor auch zur Pupillenhomogenisierung eingesetzt werden. Diese Situation ist in Fig. 10 dargestellt. In der dort gezeigten Beleuchtungseinrichtung 11 sind in ihrer Funktion vergleichbare Elemente mit analogen, um 10 erhöhten Bezugszei- chen dargestellt. Die Beleuchtungseinrichtung 11 weist anstelle des diffraktiven optischen Elementes 3 von Fig. 9 ein variabel einstellbares Pupillenformungselement in Form einer Mikrospiegelanordnung (MMA) 13 mit einer Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Mikrospiegel auf. Um diese Mikrospiegelanordnung 13 möglichst gleichmäßig auszuleuchten, ist in Lichtausbreitungsrichtung vor der Mikrospiegelanordnung 13 bzw. stromaufwärts ein weiterer Wabenkondensor 12 (zusätzlich zu dem in Nähe der Pupillenebene P1 angeordneten Wabenkondensor 15) angeordnet. Dieser im Bereich vergleichsweise niedriger Divergenzwinkel (von wenigen mrad) angeordnete Wabenkondensor 12 dient dazu, die durch die Mikrospiegelanordnung 13 in der Pupillenebene P1 erzeugte Lichtverteilung zu homogenisieren. Infolge der Positionierung dieses Wabenkondensors 12 im Bereich kleiner Divergenzwinkel ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen Wabenkondensors im Hin- blick auf die nach der Erfindung gerade für solche geringen Divergenzwinkel reduzierten bzw. vermiedenen Nachteile im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Interferenzeffekten besonders vorteilhaft.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wur- de, 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 . Wabenkondensor (5, 12, 15, 100, 200, 300, 400, 500, 550), insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit:
• wenigstens drei in Lichtausbreitungsrichtung aufeinander folgenden
Anordnungen (1 10-130, 310-340, 410-440) aus strahlablenkenden optischen Elementen (1 1 1 , 1 12, ... ; 121 , 122, ... ; 131 , 132, ... ; 31 1 ,
312, ... ; 41 1 , 412,...) zur Erzeugung einer Vielzahl optischer Kanäle,
• wobei in wenigstens einer dieser Anordnungen wenigstens zwei die- ser optischen Kanäle einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen.
2. Wabenkondensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer dieser Anordnungen (1 10-130, 310-340, 410-440) die optisch wirksamen Flächen von wenigstens zwei strahlablenkenden optischen EIe- menten unterschiedlich groß sind.
3. Wabenkondensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer dieser Anordnungen die optisch wirksame Fläche der strahlablenkenden optischen Elemente um wenigstens 10%, insbesondere um wenigstens 20%, weiter insbesondere um wenigstens 30% variiert.
4. Wabenkondensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser Anordnungen (1 10-130, 310-340, 410-440) in ihrem Aufbau aus den strahlablenkenden optischen Elementen wenigs- tens bereichsweise aperiodisch ist.
5. Wabenkondensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer dieser optischen Kanäle einen entlang der Lichtausbreitungsrichtung variierenden Querschnitt aufweist.
6. Wabenkondensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei optische Kanäle, welche bei Lichteintritt in den Wabenkondensor (400) zueinander benachbart sind, bei Lichtaustritt aus dem Wabenkondensor (400) nicht zueinander benachbart sind.
7. Wabenkondensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser Anordnungen nicht eben ist.
8. Wabenkondensor (400), insbesondere für eine mikrolithographische Projek- tionsbelichtungsanlage, mit:
• wenigstens zwei in Lichtausbreitungsrichtung aufeinander folgenden Anordnungen (410, 420, 430, 440) aus strahlablenkenden optischen Elementen (411 , 412,... ; 421 , 422,... ; 431 , 432,... ; 441 , 442,...) zur
Erzeugung einer Vielzahl optischer Kanäle;
• wobei wenigstens zwei dieser optischen Kanäle, welche bei Lichteintritt in den Wabenkondensor (400) zueinander benachbart sind, bei Lichtaustritt aus dem Wabenkondensor (400) nicht zueinander be- nachbart sind.
9. Wabenkondensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens drei in Lichtausbreitungsrichtung aufeinander folgende Anordnungen (410, 420, 430, 440) aus strahlablenkenden optischen Elementen (411 , 412,... ; 421 , 422,... ; 431 , 432,... ; 441 , 442,...) aufweist.
10. Wabenkondensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionsmanipulator zur Variation der Relativposition von wenigstens zwei dieser Anordnungen zueinander vorgesehen ist.
11. Wabenkondensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der strahlablenkenden optischen Elemente, insbesondere sämtliche dieser strahlablenkenden optischen Elemente, als Spiegel ausgebildet ist bzw. sind.
12. Wabenkondensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der strahlablenkenden optischen Elemente, insbesondere sämtliche dieser strahlablenkenden optischen Elemen- te, als refraktive Linse ausgebildet ist bzw. sind.
13. Wabenkondensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 200 nm, weiter insbesondere weniger als 160 nm, und weiter insbesondere von weniger als 15 nm ausgelegt ist.
14. Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelich- tungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung wenigstens einen Wabenkondensor (100, 200, 300, 400, 500, 550) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
15. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Mikrospiegelanordnung (MMA) (13) mit einer Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Mikrospiegel aufweist.
16. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wabenkondensor (12, 100, 200, 300, 400, 500, 550) in einem Bereich angeordnet ist, wo der Divergenzwinkel des die Be- leuchtungseinrichtung (1) im Betrieb durchlaufenden Lichtes maximal 10 mrad, insbesondere maximal 5 mrad, weiter insbesondere maximal 3 mrad, beträgt.
17. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch ge- kennzeichnet, dass wenigstens ein Wabenkondensor (12, 100, 200, 300,
400, 500, 550) in Lichtausbreitungsrichtung eines der drei ersten optischen Elemente in der Beleuchtungseinrichtung ist.
18. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch ge- kennzeichnet, dass wenigstens ein Wabenkondensor (5, 15, 100, 200, 300,
400, 500, 550) zumindest in unmittelbarer Nähe einer Pupillenebene angeordnet ist.
19. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei die Beleuchtungseinrichtung (1) im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage eine Objektebene des Projektionsobjektivs beleuchtet und das Projektionsobjektiv diese Objekt- ebene auf eine Bildebene abbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung einen Wabenkondensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
20. Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bau- elemente mit folgenden Schritten:
• Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist;
• Bereitstellen einer Maske (2), die abzubildende Strukturen aufweist;
• Bereitstellen einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsan- läge nach Anspruch 19; und
• Projizieren wenigstens eines Teils der Maske (2) auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage.
21 . Mikrostrukturiertes Bauelement, das nach einem Verfahren gemäß Anspruch 20 hergestellt ist.
22. Mikrostrukturiertes Bauelement nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement ein LCD-Display ist.
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