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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage.
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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 Projektionsobjektiv
aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung 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.
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In
der Projektionsbelichtungsanlage ist für manche Anwendungen
die Erzeugung von möglichst unpolarisiertem Licht erwünscht.
Hierzu ist es z. B. aus
DE
198 29 612 A1 bekannt, das von der Laserquelle ausgehende
linear polarisierte Licht mittels eines Hanle-Depolarisators und
eines diesem nachgeordneten Lichtmischsystems zu depolarisieren.
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Dabei
tritt jedoch das Problem auf, dass das Licht in der Retikelebene
der Beleuchtungseinrichtung noch eine Restpolarisation aufweisen
kann. Ursächlich hierfür sind insbesondere Effekte
der in der Beleuchtungseinrichtung auf den Linsen vorhandenen antireflektierenden
Schichten (AR-Schichten) sowie der auf den Spiegeln vorhandenen
hochreflektierenden Schichten (HR-Schichten).
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Dabei
hat es sich gezeigt, dass diese Effekte zu einer inhomogenen Verteilung
der Restpolarisation führen können. Diese inhomogene
Verteilung lässt sich damit erklären, dass eine
durch die Linsen (insbesondere die Kegellinsen des in der Beleuchtungseinrichtung
verwendeten Axikons) bzw. durch die auf diesen Linsen befindlichen
AR-Schichten erzeugte radiale Restpolarisationsverteilung sich mit einer
durch die auf den Spiegeln vorhandenen HR-Schichten erzeugten linearen
Restpolarisation von konstanter Polarisationsvorzugsrichtung überlagert,
wobei diese sich überlagernden Restpolarisationsverteilungen
sich je nach Richtung (z. B. senkrecht oder parallel in Bezug auf
die Scan-Richtung) gegenseitig verstärken oder abschwächen.
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Es
sind diverse Ansätze bekannt, um den Effekt unerwünschter
Veränderungen des Polarisationszustandes im Lichtweg der
Beleuchtungseinrichtung und/oder dem Projektionsobjektiv zu reduzieren.
Aus
US 2005/0094268
A1 und
WO
03/077011 A1 ist es bekannt, ein optisches System in zwei
Teilsysteme zu zerlegen und dazwischen einen als Lambda/2-Platte
wirkenden Retarder anzuordnen, der zwei zueinander senkrechte Polarisationszustände
zwischen den Teilsystemen vertauscht, so dass sich die Aufsummierung
der Phasensprünge im zweiten Teilsystem gerade mit derjenigen
im ersten Teilsystem aufhebt. Der Einsatz eines 90°-Polarisationsrotators
etwa in einem Projektionsobjektiv zum gegenseitigen Ausgleich der
Verzögerungen, die in einer bezüglich dieses 90°-Polarisationsrotators
vorderen Gruppe und in einer bezüglich dieses 90°-Polarisationsrotators
hinteren Gruppe erzeugt werden, ist auch aus
US 2003/0086156 A1 bekannt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungseinrichtung
einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche
die Erzeugung von Licht ohne Polarisationsvorzugsrichtung in einer
Bildebene der Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem
alternativen, einfach und wirksam zu realisierenden Ansatz ermöglicht.
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Eine
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung einer
mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Beleuchtungseinrichtung im
Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage eine Objektebene eines
Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage beleuchtet,
ist derart ausgebildet, dass im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung
erzeugte Lichtanteile, welche sich erst in der Objektebene überlagern,
zueinander orthogonale Polarisationszustände aufweisen.
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Dabei
sind im Sinne der vorliegenden Anmeldung unter „orthogonalen
Polarisationszuständen" solche Polarisationszustände
zu verstehen, bei denen das Skalarprodukt der die Polarisationszustände jeweils
beschreibenden Jones-Vektoren Null beträgt. In diesem Sinne
sind zueinander orthogonale Zustände nicht nur lineare
Polarisationszustände mit zueinander senkrechter Polarisationsvorzugsrichtung,
sondern auch zirkulare Polarisationszustände mit entgegengesetzter
Händigkeit (d. h. linkszirkulare Polarisation und rechtszirkulare
Polarisation). Des Weiteren sind im Sinne der vorliegenden Anmeldung unter
linearen Polarisationsverteilungen auch Polarisationsverteilungen
zu verstehen, bei welchen die einzelnen Lichtstrahlen linear polarisiert
sind, wobei die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren
der einzelnen Lichtstrahlen (wie z. B. bei einer radialen oder tangentialen
Polarisationsverteilung) auch in verschiedenen Richtungen orientiert sein
können.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unpolarisiertes Licht
auch durch die inkohärente Überlagerung von zueinander
orthogonalen Polarisationszuständen erhalten werden kann.
Anstelle des eingangs diskutierten, bekannten Ansatzes einer gegenseitigen
polarisationsoptischen Kompensation aufeinander folgender Abschnitte
der Beleuchtungseinrichtung (etwa im Wege einer zwischen solchen Abschnitten
erfolgenden 90°-Drehung der Polarisationsvorzugsrichtung)
kann somit gemäß der vorliegenden Erfindung gerade
die Aufsummierung von Polarisationseffekten in der Beleuchtungseinrichtung zugelassen
werden. Die sich aus den entsprechenden Restpolarisationseffekten
ergebende Verteilung kann dann gezielt zur Erzeugung von zueinander
orthogonalen Polarisationszuständen genutzt werden, aus
welchen dann erst durch inkohärente Überlagerung
das letztendlich gewünschte, effektiv unpolarisierte Licht
erhalten wird. Die Entstehung von effektiv unpolarisiertem Licht
infolge der Überlagerung orthogonaler Polarisationszustände
kann hierbei abbildungstheoretisch dadurch erklärt werden,
dass bei orthogonalen Eingangs-Polarisationszuständen der Mischterm
in der die polarisierte Abbildung beschreibenden Abbildungsgleichung
verschwindet, so dass diese Abbildungsgleichung in die Abbildungsgleichung
für den Fall unpolarisierter Beleuchtung übergeht.
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Wesentlich
für das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist dabei auch,
dass kurz vor der Objektebene des Projektionsobjektives (d. h. insbesondere noch
in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung selbst) zwar
unterschiedliche Bereiche mit zueinander orthogonaler Polarisation
ausgebildet werden, jedoch noch keine Überlagerung dieser
zueinander orthogonal polarisierten Lichtanteile stattgefunden hat.
Mit anderen Worten ist vor der Retikelebene, und insbesondere in
der Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung, zumindest noch ein
polarisierter Anteil (beispielsweise ein Restpolarisationsgrad von
wenigstens 1 Prozent, weiter insbesondere wenigstens 2 Prozent,
weiter insbesondere wenigstens 5%) vorhanden. Des Weiteren kann
gegebenenfalls sogar an jedem beleuchteten Ort in der Pupillenebene
noch vollständig (oder nahezu vollständig, z. B.
zu wenigstens 95%) polarisiertes Licht vorhanden sein. Erst die Überlagerung
dieser Lichtanteile in der Retikelebene führt zu effektiv
unpolarisiertem Licht.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung durchlaufen die zueinander
orthogonale Polarisationszustände aufweisenden Lichtanteile
jeweils unterschiedliche Bereiche einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung.
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Dadurch,
dass erfindungsgemäß vor der Retikelebene bzw.
in der Pupillenebene noch zueinander orthogonal polarisierte Bereiche
vorliegen, welche erst in der Retikelebene zu unpolarisiertem Licht überlagert
werden, unterscheidet sich das erfindungsgemäße
Konzept insbesondere von demjenigen des einleitend erwähnten
Hanle-Depolarisators, welcher bereits in der Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung
unpolarisiertes Licht infolge der vor oder in dieser Pupillenebene
erfolgenden Durchmischung von Lichtanteilen mit unterschiedlichem
Polarisationszustand erzeugt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung sind die Bereiche, in welchen
die Lichtanteile mit zueinander orthogonalem Polarisationszustand erzeugt
werden, zueinander punktsymmetrisch in Bezug auf die Pupillenmitte,
d. h. in Bezug auf eine zentrale Position des Lichtbündelquerschnitts
in der Pupillenebene angeordnet.
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Die
erfindungsgemäße Erzeugung orthogonaler Polarisationszustände
kann in einfacher Weise erfolgen, indem die sich aus den o. g. Restpolarisationseffekten
ergebende Verteilung an einer geeigneten Position der Beleuchtungseinrichtung
(z. B. erst kurz vor der Retikelebene) entsprechend zum Erhalt der
gewünschten orthogonalen Polarisationszustände
aufgeteilt wird. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen
Ansatzes besteht somit auch darin, dass der mit einer gegenseitigen
polarisationsoptischen Kompensation aufeinanderfolgender Abschnitte
der Beleuchtungseinrichtung einhergehende Aufwand (etwa bei der
Auswahl bzw. der geeigneten Festlegung der sich kompensierenden
Abschnitte) vermieden wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung kann hierzu eine polarisationsbeeinflussende
optische Anordnung verwendet werden, welche für einen durch
diese Anordnung hindurchtretenden, linear polarisierten Lichtanteil
den Polarisationszustand über einen ersten Teilbereich
des Lichtbündelquerschnitts unverändert lässt
und über einen zweiten Teilbereich des Lichtbündelquerschnitts
eine Drehung der Polarisationsvorzugsrichtung um 90° oder
um ein ungeradzahliges Vielfaches hiervon bewirkt.
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Die
polarisationsbeeinflussende optische Anordnung kann z. B. wenigstens
ein optisches Rotatorelement aufweisen, welches im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage
nur einen Bruchteil des Lichtbündelquerschnitts abdeckt
und für hindurchtretendes, linear polarisiertes Licht eine
Drehung der Polarisationsvorzugsrichtung um 90° oder um
ein ungeradzahliges Vielfaches hiervon bewirkt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die polarisationsbeeinflussende
optische Anordnung auch so ausgelegt sein, dass sie einen durch
die Anordnung hindurchtretenden, linear polarisierten Lichtanteil über
einen ersten Teilbereich des Lichtbündelquerschnitts in
linkszirkular polarisiertes Licht umwandelt und über einen
zweiten Teilbereich des Lichtbündelquerschnitts in rechtszirkular polarisiertes
Licht umwandelt. Dies kann mittels einer Anordnung aus Lambda/4-Platten
mit jeweils geeigneter Orientierung der optischen Kristallachse
realisiert werden kann, wie weiter unten noch näher erläutert
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die polarisationsbeeinflussende
optische Anordnung auch so ausgelegt sein, dass sie für einen
durch die Anordnung hindurchtretenden, zirkular polarisierten Lichtanteil
den Polarisationszustand über einen ersten Teilbereich
des Lichtbündelquerschnitts unverändert lässt
und über einen zweiten Teilbereich des Lichtbündelquerschnitts
die Händigkeit des zirkular polarisierten Lichtes umkehrt.
Dies kann mit einer Lambda/2-Platte erreicht werden, wie weiter
unten noch näher erläutert wird.
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Die
zuletzt beschriebenen Ausgestaltungen mit Erzeugung von zirkular
polarisiertem Licht haben den Vorteil, dass sich in diesen Fällen
die erzeugten Lichtanteile mit zueinander orthogonalen Polarisationszustände,
nämlich das linkszirkular polarisierte Licht einerseits
und das rechtszirkular polarisierte Licht andererseits, bei der
Transmission durch die Beleuchtungseinrichtung bzw. das Projektionsobjektiv
gleich verhalten, da die unterschiedliche Händigkeit für
die Transmission ohne Belang ist.
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Im
Falle der zuvor erläuterten Erzeugung von zueinander orthogonalen
Polarisationszuständen in Form linearer Polarisationszustände
mit zueinander senkrechter Polarisationsvorzugsrichtung verhält
es sich dagegen in der Regel so, dass das Transmissionsverhalten
für diese zueinander orthogonalen Polarisationszustände
beim Durchlaufen der Optik der Projektionsbelichtungsanlage unterschiedlich
ist. Dieser Unterschied im Transmissionsverhalten kann durch einen
geeigneten Vorhalt bezüglich der energetischen Verteilung
kompensiert werden. Eine solche Kompensation kann z. B. erreicht
werden, indem Teilstrahlen mit höherer Intensität
im Vergleich zu dem Teilstrahl minimaler Intensität in
ihrer Intensität abgeschwächt werden (z. B. mittels
eines Graufilters. Ein oder mehrere solcher Graufilter können
insbesondere mit polarisationsoptischen Elementen wie der erfindungsgemäßen
polarisationsbeeinflussenden Anordnung kombiniert werden und an
gleicher Position im optischen System eingebaut werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist die polarisationsbeeinflussende
optische Anordnung in einem REMA-Objektiv, welches im Betrieb der
Projektionsbelichtungsanlage eine Zwischenfeldebene in die Objektebene
abbildet, und vorzugsweise in einer Pupillenebene dieses REMA-Objektivs angeordnet.
An einer solchen Position ist die erfindungsgemäß ausgenutzte
Restpolarisation besonders ausgeprägt vorhanden, so dass
auch die Erzeugung der zueinander orthogonalen Polarisationszustände
besonders effizient möglich ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage, welche eine Beleuchtungseinrichtung
und ein Projektionsobjektiv aufweist, wobei die Beleuchtungseinrichtung
eine Objektebene des Projektionsobjektivs beleuchtet, und wobei
in der Beleuchtungseinrichtung Lichtanteile mit zueinander orthogonalem
Polarisationszustand derart erzeugt werden, dass sich diese Lichtanteile
erst in der Objektebene überlagern.
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Die
Erfindung betrifft ferner auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage
sowie ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter
Bauelemente und ein mikrostrukturiertes Bauelement.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten
Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung des bei der vorliegenden
Erfindung angewandten Grundprinzips, um in einer Bildebene einer Projektionsbelichtungsanlage
Licht ohne Polarisationsvorzugsrichtung zu erzeugen;
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2 eine
vereinfachte, schematische Darstellung zur Erläuterung
der Realisierung der vorliegenden Erfindung in einer Beleuchtungseinrichtung einer
Projektionsbelichtungsanlage;
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3–6 schematische
Darstellungen zur Erläuterung des Einflusses einer gemäß der
Erfindung in einer Beleuchtungseinrichtung eingesetzten polarisationsbeeinflussenden
optischen Anordnung auf die Polarisationsverteilung; und
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7 eine
vereinfachte, schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung
gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 zunächst
das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip erläutert,
welches zur Erzeugung von Licht ohne Polarisationsvorzugsrichtung
in einer Bildebene einer Projektionsbelichtungsanlage angewandt wird.
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Dabei
zeigt 1 in stark vereinfachter, schematischer Darstellung
ein abzubildende Strukturen aufweisendes Retikel (bzw. eine Maske) 30,
welches in der Objektebene OP eines (lediglich durch zwei Linsen
L1 und L2 symbolisierten)
Projektionsobjektivs 40 angeordnet ist. In der Bildebene
IP des Projektionsobjektivs 40 ist ein mit einer lichtempfindlichen
Schicht versehenes Substrat (bzw. ein Wafer) 50 angeordnet.
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Ebenfalls
in 1 dargestellt sind zwei Lichtstrahlen 10 und 20,
welche aus einer (in 1 nicht dargestellten) Beleuchtungseinrichtung
austretend in der Objektebene OP des Projektionsobjektivs 40 zusammentreffen,
wobei die Lichtstrahlen 10, 20 an der auf dem
Retikel 30 vorgesehenen Struktur gebeugt werden. Dabei
wird davon ausgegangen, dass die Struktur 30 (zumindest
u. a.) ein Muster aus in Scan-Richtung verlaufenden Linien umfasst,
wobei diese Scan-Richtung in dem in 1 eingezeichneten
Koordinatensystem parallel zur (senkrecht zur Papierebene orientierten)
y-Achse verläuft, so dass die besagte Beugung an diesen
Linien der Struktur senkrecht zur Scan-Richtung (bzw. zur y-Achse) stattfindet.
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Von
dieser Beugung sind in 1 für jeden der Lichtstrahlen 10, 20 drei
Beugungsordnungen 11–13 bzw. 21–23 angedeutet,
von denen jeweils eine Beugungsordnung (nämlich die Beugungsordnung 11 bzw. 21)
nicht durch das Projektionsobjektiv 40 hindurchgeht, wohingegen
die übrigen beiden Beugungsordnungen 12 und 13 bzw. 22 und 23 durch das
Projektionsobjektiv 40 verlaufen, wobei sie auf dem in
der Bildebene IP angeordneten Wafer 50 wieder zusammentreffen.
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Wesentlich
für das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Prinzip
ist nun, dass auf dem in der Bildebene IP des Projektionsobjektivs 40 angeordneten
Wafer 50 effektiv unpolarisiertes Licht (d. h. Licht ohne
Polarisationsvorzugsrichtung) erzeugt wird, ohne das hierzu die
beiden aus der Beleuchtungseinrichtung austretenden Lichtstrahlen 10 und 20 selbst
unpolarisiert sind. Vielmehr wird gemäß der Erfindung
durch geeignete Ausbildung der Beleuchtungseinrichtung erreicht,
dass die Lichtstrahlen 10 und 20 zueinander orthogonale
Polarisationszustände aufweisen. Bei diesen orthogonalen Polarisationszuständen
kann es sich, wie im Weiteren noch näher erläutert
wird, sowohl um lineare Polarisationszustände mit zueinander
senkrechter Polarisationsvorzugsrichtung als auch um zirkulare Polarisationszustände
mit zueinander entgegengesetzter Händigkeit (d. h. linkszirkular
polarisiertes Licht und rechtszirkular polarisiertes Licht) handeln.
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Dabei
macht sich die Erfindung den Effekt zunutze, dass die durch das
Projektionsobjektiv 40 verlaufenden beiden Beugungsordnungen 12, 13 des ersten
Lichtstrahls 10 einerseits und die durch das Projektionsobjektiv 40 verlaufenden
beiden Beugungsordnungen 22, 23 des zweiten Lichtstrahls 20 andererseits
auch auf dem in der Bildebene IP angeordneten Wafer 50 bei
der Erzeugung des Bil des der abzubildenden Struktur mit zueinander
orthogonalen Polarisationszuständen zusammentreffen und
sich dabei effektiv zu unpolarisiertem Licht überlagern.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung eine Beleuchtungseinrichtung 200 einer
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage. Die Beleuchtungseinrichtung 200 dient
zum Beleuchten eines in der Objektebene OP eines (in 2 nicht
dargestellten) Projektionsobjektivs angeordneten Retikels (Maske) 201,
wie zuvor anhand von 1 beschrieben wurde.
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Auf
die Beleuchtungseinrichtung 200 trifft Licht von einer
Lichtquelleneinheit 202, welche beispielsweise einen ArF-Laser
für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm oder einen
F2-Laser für eine Arbeitswellenlänge
von 157 nm mit einer ein paralleles Lichtbündel erzeugenden
Strahlformungsoptik umfassen kann. Dieses parallele Lichtbündel
trifft im Ausführungsbeispiel zunächst auf ein
diffraktives optisches Element (DOE) 203, welches in Verbindung mit
einem in Lichtausbreitungsrichtung nachgeordneten Zoom-Axikon 204 in
der nach einem Umlenkspiegel 205 angeordneten Pupillenebene
je nach Zoom-Stellung und Position der Axikon-Elemente unterschiedliche
Beleuchtungskonfigurationen erzeugt. Im Strahlengang hinter dem
DOE 203 befindet sich ein Depolarisator 206 (z.
B. ein Hanle-Depolarisator), um das linear polarisierte Licht der
Lichtquelle 202 in Verbindung mit einem nachgeordneten
Lichtmischsystem 207 in unpolarisiertes Licht umzuwandeln. Das
Lichtmischsystem 207 ist im Ausführungsbeispiel
in Form einer für sich bekannten Anordnung aus mikrooptischen
Elementen ausgebildet. Alternativ kann jedoch auch in bekannter
Weise ein Wabenkondensor oder Stabintegrator als Lichtmischsystem verwendet
werden. Eine nach einer auf das Lichtmischsystem 207 folgenden
Abbildungsoptik 208 angeordnete Zwischenfeldebene wird
durch ein (lediglich schematisch angedeutetes) REMA-Objektiv 209 auf
das die abzubildende Struktur tragende Retikel 201 abgebildet.
Das Struktur tragende Retikel 201 wird mit einem (in 2 nicht
dargestellten) Projektionsobjektiv auf ein lichtempfindliches Substrat
analog zu 1 abgebildet.
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In
der mit „P" bezeichneten Pupillenebene innerhalb des REMA-Objektivs 209 befindet
sich eine polarisationsbeeinflussende optische Anordnung 210,
zu deren Realisierung unterschiedliche Ausführungsbeispiele
anhand der nachfolgenden 3 bis 6 erläutert
werden.
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Gemeinsames
Merkmal der Ausführungsbeispiele einer polarisationsbeeinflussenden
optischen Anordnung gemäß 3 bis 5 ist
es, dass diese Anordnung aus dem auf sie treffenden Licht, welches eine
lineare Restpolarisation aufweist, Lichtanteile mit zueinander orthogonalem
Polarisationszustand erzeugt, wobei diese Lichtanteile symmetrisch
zu einer zentralen Position des Lichtbündelquerschnitts
in der Pupillenebene P angeordnet sind.
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Dabei
resultiert die besagte lineare Restpolarisation des auf die polarisationsbeeinflussende
optische Anordnung treffenden Lichtes insbesondere aus einer sich
aus Überlagerung der Effekte von in der Beleuchtungseinrichtung
vorhandenen AR-Schichten und HR-Schichten ergebenden inhomogenen
Restpolarisationsverteilung. Diese Restpolarisationsverteilung ist
wie eingangs erläutert darauf zurückzuführen,
dass eine durch die auf den Linsen (insbesondere auf den Kegellinsen
des Zoom-Axikons 204) befindlichen AR-Schichten erzeugte
radiale Restpolarisationsverteilung sich mit einer durch HR-Schichten
erzeugten linearen Restpolarisation von konstanter Polarisationsvorzugsrichtung überlagert,
wobei sich diese einander überlagernden Restpolarisationsverteilungen
gegenseitig je nach Richtung (senkrecht oder parallel in Bezug auf
die Scan-Richtung) verstärken oder abschwächen.
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Im
Weiteren wird unter Bezugnahme auf 3a und 3b eine polarisationsbeeinflussende optische
Anordnung 300 gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
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3a zeigt zunächst schematisch
ein Beispiel einer sich in der Pupillenebene P des REMA-Objektivs 209 einstellenden
Polarisationsverteilung P1, wobei lediglich
beispielhaft ein sogenanntes Dipol-X-Beleuchtungssetting zugrunde
gelegt wird, bei welchem Licht in der Pupillenebene P auf die Pole eines
sich in x-Richtung (d. h. senkrecht zur in y-Richtung verlaufenden
Scan-Richtung) erstreckenden Dipols begrenzt wird. Wie durch die
Doppelpfeile in 3a angedeutet, welche
jeweils die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldstärkevektors symbolisieren,
ergibt sich aufgrund der vorstehend erläuterten Restpolarisationseffekte
in den Bereichen dieser Pole eine zumindest näherungsweise
radiale Restpolarisationsverteilung.
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3b zeigt nun für dieses Beispiel
die Wirkung einer erfindungsgemäßen polarisationsbeeinflussenden
optischen Anordnung 300 gemäß einer ersten
Ausführungsform. Die Anordnung 300 besteht in
dem Ausführungsbeispiel aus einem optischen Rotatorelement,
welches für hindurchtretendes, linear polarisiertes Licht
eine Drehung der Polarisationsvorzugsrichtung um 90° oder
um ein ungeradzahliges Vielfaches hiervon bewirkt. Bei Verwendung
von synthetischem, optisch aktivem kristallen Quarz mit einem spezifischen
Drehvermögen α von etwa 323.1° pro mm
bei einer Wellenlänge von 193 nm und einer Temperatur von
21.6°C entspricht diese Bedingung einer Dicke dieses polarisationsbeeinflussenden
optischen Elementes von 278.5 μm + N·557 μm
(N = 0, 1, 2, ...) oder einem ungeradzahligen Vielfachen hiervon.
Die Anordnung 300 bzw. das polarisationsbeeinflussende
optische Element deckt hierbei nur einen Bruchteil des Lichtbündelquerschnitts,
und zwar im Wesentlichen den Bereich von einem der beiden Pole des
genannten Dipol-X-Beleuchtungssettings, ab.
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Die
in 3b eingezeichneten Doppelpfeile bezeichnen
die sich infolge des Einflusses der Anordnung 300 ergebende
Polarisationsverteilung. Wie aus 3b ersichtlich,
entsteht durch Wirkung der Anordnung 300 in dem in 3b rechten Pol aus der ursprünglich
radialen Polarisationsverteilung eine tangentiale Polarisationsverteilung,
bei der die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldstärkevektors
um 90° gedreht wurde und nunmehr senkrecht zu dem auf die
(in z-Richtung verlaufende) optische Achse gerichteten Radius orientiert
ist.
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In
dem in 4a, b gezeigten Ausführungsbeispiel
umfasst eine polarisationsbeeinflussende optische Anordnung 400 zur
Umwandlung der Polarisationsverteilung P3 von 4a (welche der Polarisationsverteilung
P1 von 3 entspricht)
neben einem optischen Rotatorelement 420, welche die Hälfte
des Lichtbündelquerschnitts abdeckt und analog zu dem polarisationsbeeinflussenden
Element von 3b ausgebildet ist, eine
die Polarisationsverteilung nicht beeinflussende Ausgleichsplatte 410 aus nicht
doppelbrechendem, d. h. weder linear noch zirkular doppelbrechendem
Material, z. B. optisch amorphem Quarzglas. Diese Ausgleichsplatte 410 dient
zum Ausgleich der optischen Wege und der optischen Transmission
in den beiden Bereichen P4,a und P4,b.
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Bei
der weiteren, in 5 schematisch dargestellten
Ausführungsform umfasst eine polarisationsbeeinflussende
optische Anordnung 500 zur Umwandlung der in 5a gezeigten Polarisationsverteilung P5 (welche wiederum den Polarisationsverteilungen
P1 und P3 von 3a bzw. 4a entspricht)
zwei Lambda/4-Platten 510 und 520, wobei die optische Kristallachse
in der ersten Lambda/4-Platte 510 unter einem Winkel von
+45° zur x-Achse orientiert ist und wobei die optische
Kristallachse in der zweiten Lambda/4-Platte 520 unter
einem Winkel von –45° zur x-Achse orientiert ist.
Die Lambda/4-Platten 510 und 520 können
aus einem beliebigen geeigneten doppelbrechendem Material, beispielsweise
für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm aus Magnesiumfluorid (MgF2) oder kristallinem Quarz (SiO2)
hergestellt sein.
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Wie
in 5b angedeutet ist, besteht die Wirkung
der Anordnung 500 darin, dass die lineare Polarisationsverteilung
P5 in dem Bereich P6,a in
linkszirkular polarisiertes Licht umgewandelt wird, wohingegen die
lineare Eingangspolarisationsverteilung P5 in
dem Bereich P6,b in rechtszirkular polarisiertes Licht
umgewandelt wird. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
erzeugt also auch die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung 500 aus
dem auf sie treffenden Licht, welches eine lineare Restpolarisation
aufweist, Lichtanteile mit zueinander orthogonalem Polarisationszustand,
wobei diese Lichtanteile symmetrisch zu einer zentralen Position
des Lichtbündelquerschnitts angeordnet sind.
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Bei
der weiteren, in 6 schematisch dargestellten
Ausführungsform umfasst eine polarisationsbeeinflussende
optische Anordnung 600 zur Umwandlung der in 6a gezeigten Polarisationsverteilung P7 (welche nun im Unterschied zu 3 bis 5 eine
homogene zirkulare Polarisationsverteilung ist, im gezeigten Beispiel
linkszirkular polarisiertes Licht) eine Lambda/2-Platte 600,
die aus einem beliebigen geeigneten doppelbrechendem Material, beispielsweise
für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm aus Magnesiumfluorid
(MgF2) oder kristallinem Quarz (SiO2) hergestellt sein kann. Die Anordnung 600 bzw.
die Lambda/2-Platte deckt hierbei analog zu der Ausführung
von 3 nur einen Bruchteil des Lichtbündelquerschnitts,
und zwar wiederum im Wesentlichen den Bereich von einem der beiden
Pole des genannten Dipol-X-Beleuchtungssettings, ab. Da die Lambda/2-Platte
die Händigkeit des durch sie hindurch tretenden zirkular
polarisierten Lichtes umkehrt, erzeugt sie im Bereich des rechten
Pols der Dipol-X-Verteilung rechtszirkular polarisiertes Licht.
Im Falle der gleichfalls möglichen Verwendung von auf die
Anordnung 600 treffendem rechtszirkular polarisiertem Licht
erzeugt die Lambda/2-Platte analog im dem von ihr abgedeckten Bereich
des Lichtbündelquerschnitts linkszirkular polarisiertes
Licht.
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Im
Ergebnis erzeugt also die polarisationsbeeinflussende optische Anordnung 600 aus
dem auf sie treffenden Licht, welches eine zirkulare Polarisationsverteilung
aufweist, wiederum die erfindungsgemäß benötigten
Lichtanteile mit zueinander orthogonalem Polarisationszustand, wobei
diese Lichtanteile wieder symmetrisch zu einer zentralen Position
des Lichtbündelquerschnitts angeordnet sind.
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Selbstverständlich
können in den vorstehend unter Bezugnahme auf 3 bis 6 erläuterten Ausführungsformen
die jeweiligen polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente auch
aus zwei oder mehreren Teilplatten zusammengesetzt sein, was im
Hinblick auf die begrenzte Verfügbarkeit des jeweils verwendeten
kristallinen Materials vorteilhaft sein kann. Des Weiteren können
selbstverständlich auch bei sämtlichen Ausführungsformen
Ausgleichsplatten analog zu der Ausführungsform von 4 vorgesehen
sein.
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In 7 ist
wiederum vereinfacht der Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung 700 gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Dabei wurden im Vergleich zu 2 entsprechende
bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit entsprechenden,
um 500 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 700 gemäß 7 unterscheidet
sich von derjenigen gemäß 2 durch
ein zusätzliches optisches Rotatorelement 711,
welches in der nach dem Zoom-Axikon 704 befindlichen Pupillenebene
angeordnet ist und über den gesamten Lichtbündelquerschnitt
für hindurchtretendes, linear polarisiertes Licht eine
Drehung der Polarisationsvorzugsrichtung um 90° bewirkt.
Bei Verwendung von synthetischem, optisch aktivem kristallinen Quarz
entspricht diese Bedingung somit wiederum einer Dicke von etwa 278,5 μm +
N·557 μm (N = 0, 1, 2, ...). Mittels dieses optischen 90°-Rotators
kann in grundsätzlich bekannter Weise eine effektive Vertauschung
der zueinander senkrechten Polarisationszustände zwischen
den vor bzw. nach diesem Rotatorelement 711 angeordneten Teilsystemen
und damit eine zumindest teilweise Aufhebung der in den Teilsystemen
angesammelten Phasensprüngen erreicht werden.
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Dieses
Kompensationsprinzip wird gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 7 mit der für die vorliegende Erfindung
charakteristischen Erzeugung orthogonaler Polarisationszustände
aus einer in der Pupillenebene des REMA-Objektivs 709 verbleibenden
Restpolarisation kombiniert.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19829612
A1 [0003]
- - US 2005/0094268 A1 [0006]
- - WO 03/077011 A1 [0006]
- - US 2003/0086156 A1 [0006]