DE102005049942A1

DE102005049942A1 - Polarisator für ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102005049942A1
Application number: DE200510049942
Authority: DE
Inventors: Markus Walter; Damian Fiolka; Alexandra Pazidis
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-04-26

Abstract

Ein Polarisator für ein Beleuchtungssystem (IS) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (PEA) enthält mehrere planparallele Trägerelemente (290), die jeweils eine polarisationsselektive Strahlteilerschicht (292, 294) tragen und alternierend in einem Winkel +-alpha¶0¶ geneigt zu einer optischen Achse (OA) angeordnet sind. Die Schwankungen des gemittelten Gesamttransmissionsgrads T'¶m¶(alpha) = 0,5 È [T¶m¶(alpha¶0¶ + alpha) È F(alpha¶0¶ + alpha) + T¶m¶(alpha¶0¶ - alpha) È F(alpha¶0¶ - alpha)] der Strahlteilerschicht (292, 294) sind über einen Winkelbereich von 20 DEG hinweg mindestens um einen Faktor 2 kleiner als der mittlere Transmissionsgrad T¶m¶(alpha) = (T¶s¶ + T¶p¶)/2 der Strahlteilerschicht (292, 294). Dabei ist alpha der Winkel zwischen der Einfallsrichtung eines einfallenden Lichtstrahls (LR1, LR2) zur optischen Achse des Polarisators, T¶s¶ und T¶p¶ der Transmissionsgrad für die s-polarisierte bzw. die p-polarisierte Polarisationskomponente des Lichtstrahls (LR1, LR2) und F der Flächenanteil der Strahlteilerschichten (292, 294) ist, der von Lichtstrahlen beleuchtet wird, die unter dem Winkel alpha zur optischen Achse einfallen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Polarisator für ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.

Integrierte elektrische Schaltkreise und andere mikrostrukturierte Bauelemente werden üblicherweise hergestellt, indem auf ein geeignetes Substrat, bei dem es sich beispielsweise um einen Silizium-Wafer handeln kann, mehrere strukturierte Schichten aufgebracht werden. Zur Strukturierung der Schichten werden diese zunächst mit einem Photolack bedeckt, der für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches, z.B. Licht im tiefen ultravioletten Spektralbereich (DUV, deep ultraviolet), empfindlich ist. Anschließend wird der so beschichtete Wafer in einer Projektionsbelichtungsanlage belichtet. Dabei wird ein Muster aus beugenden Strukturen, das auf einem Retikel angeordnet ist, auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs abgebildet. Da der Abbildungsmaßstab dabei im allgemeinen kleiner als eins ist, werden derartige Projektionsobjektive häufig auch als Reduktionsobjektive bezeichnet.

Nach dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer einem Ätzprozeß unterzogen, wodurch die Schicht entsprechend dem Muster auf dem Retikel strukturiert wird. Der noch verbliebene Photolack wird dann von den verbleibenden Teilen der Schicht entfernt. Dieser Prozeß wird so oft wiederholt, bis alle Schichten auf dem Wafer aufgebracht sind.

Teil einer bei der Belichtung verwendeten Projektionsbelichtungsanlage ist eine Beleuchtungseinrichtung, die ein Projektionslichtbündel erzeugt, das auf das Retikel gerichtet wird. Die Beleuchtungseinrichtung enthält als Lichtquelle im allgemeinen einen Laser, der linear polarisiertes Licht erzeugt. Insbesondere bei der Verwendung sehr kurzwelligen Projektionslichts (z.B. λ = 157 nm) können jedoch bei bestimmten optischen Elementen unerwünschte polarisationsabhängige Effekte auftreten, die die Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs stören. Ein Beispiel hierfür ist die intrinsische Doppelbrechung von Kalziumfluorid (CaF₂), das bei diesen kurzen Wellenlängen eine deutlich höhere Transparenz als übliche Linsenmaterialien wie etwa Quarzglas aufweist und deswegen diese Materialien teilweise oder sogar ganz ersetzt.

Um derartige Polarisationsabhängigkeiten zu verringern, sind bei einigen derartiger Projektionsbelichtungsanlagen zusätzliche Maßnahmen vorgesehen, um das vom Laser erzeugte linear polarisierte Projektionslicht in zirkular polarisiertes Licht oder sogar in unpolarisiertes Licht umzuwandeln, wie dies etwa in der US 6 535 273 beschrieben ist.

Bei Projektionsbelichtungsanlagen, deren Projektionsobjektive einen Strahlteilerwürfel mit einer polarisationsselektiven Strahlteilerschicht enthalten, ist es allerdings vorteilhaft, auf die Strahlteilerschicht linear und homogen polarisiertes Projektionslicht auftreffen zu lassen, da auf diese Weise Lichtverluste an der Strahlteilerschicht gering gehalten werden können. Es hat sich außerdem herausgestellt, daß in bestimmten Fällen, z.B. bei der Projektion besonders fein strukturierter Retikel, die Verwendung polarisierten Lichts zu einem höheren Kontrast bei der Abbildung des Retikels führt. Deswegen werden bei einigen Projektionsbelichtungsanlagen die Bemühungen gerade darauf gerichtet, die von dem Laser vorgegebene lineare Polarisation möglichst gut in der Beleuchtungseinrichtung zu erhalten. Störungen der Polarisationsverteilung, wie sie z.B. durch Doppelbrechung auftreten können, versucht man deswegen möglichst zu vermeiden. Der mit der Vermeidung dieser Störungen zusammenhängende Aufwand ist allerdings relativ groß.

Aus der internationalen Anmeldung WO 2005/017620 ist ein Polarisator für ein Beleuchtungssystem bekannt, der vorzugsweise in einer Pupillenebene eines Maskierungsobjek tivs angeordnet ist. Der Polarisator enthält geneigt zur optischen Achse angeordnete polarisationsselektive Strahlteilerschichten, die zwischen prismenförmigen Trägerelementen oder auf dünnen Trägerplatten aufgebracht sein können.

Aus der JP 20044258503 ist ein Polarisator für ultraviolettes Licht bekannt, dessen Strahlteilerschichten alle die gleiche Dicke haben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Strahlteilerschichten für derartige Polarisatoren anzugeben, die sich nicht ungünstig auf die Homogenität der Beleuchtung in der Retikelebene auswirken.

Gelöst wird diese Aufgabe durch Polarisatoren gemäß den Ansprüchen 1, 3 und 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

1 eine schematische perspektivische Darstellung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage;

2 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungssystems der in der 1 gezeigte Projektionsbelichtungsanlage mit einem Polarisator, der in einem Maskierungsobjektiv angeordnet ist;

3 eine perspektivische Ansicht des Polarisators aus der 2;

4 eine vergrößerte Schnittdarstellung des in der 3 gezeigten Polarisators entlang der Linie IV-IV;

5 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Schnittdarstellung der 4;

6 und 7 Graphen, in denen die Abhängigkeit des mittleren Tranmissionsgrades vom Einfallwinkel bzw. des mittleren Gesamttransmissionsgrades von dem Winkel zur optischen Achse einer polarisationsselektiven Strahlteilerschicht gemäß dem Stand der Technik dargestellt ist;

8 und 9 Graphen, in denen die Abhängigkeit des mittleren Tranmissionsgrades vom Einfallwinkel bzw. des mittleren Gesamttransmissionsgrades von dem Winkel zur optischen Achse einer polarisationsselektiven Strahlteilerschicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist;

10 und 11 Graphen, in denen die Abhängigkeit des mittleren Tranmissionsgrades und des linearen Polarisationsgrades vom Einfallwinkel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt ist;

11 und 12 Graphen, in denen die Abhängigkeit des mittleren Tranmissionsgrades und des linearen Polarisationsgrades vom Einfallwinkel gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt ist;

13 und 14 Graphen, in denen die Abhängigkeit des mittleren Tranmissionsgrades und des linearen Polarisationsgrades vom Einfallwinkel gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt ist;

15 und 16 Graphen, in denen die Abhängigkeit des mittleren Tranmissionsgrades und des linearen Polarisationsgrades vom Einfallwinkel gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dargestellt ist;

17 und 18 Graphen, in denen die Abhängigkeit des mittleren Tranmissionsgrades und des linearen Polarisationsgrades vom Einfallwinkel gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel dargestellt ist;

19 und 20 Graphen, in denen die Abhängigkeit des mittleren Tranmissionsgrades und des linearen Polarisationsgrades vom Einfallwinkel gemäß einem achten Ausführungsbeispiel dargestellt ist;

21 und 22 Graphen, in denen die Abhängigkeit des mittleren Tranmissionsgrades und des linearen Polarisationsgrades vom Einfallwinkel gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die 1 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage PEA in einer stark schematisierten und nicht maßstäblichen Darstellung, die für die Herstellung mikrostrukturierter Bauteile geeignet ist. Die Projektionsbelichtungsanlage PEA umfaßt ein Beleuchtungssystem IS zur Erzeugung eines Projektionslichtbündels, mit dem auf einem Retikel R, das zu projizierende Strukturen enthält, ein schmales, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckförmiges Lichtfeld LF ausgeleuchtet wird. Die innerhalb des Lichtfeldes LF liegenden Strukturen des Retikels R werden mit Hilfe eines Projektionsobjektivs PL auf eine lichtempfindliche Schicht abgebildet, die auf einem Wafer W aufgebracht ist und sich in der Bildebene des Projektionsobjektivs PL befindet. Da das Projektionsobjektiv PL einen Abbildungsmaßstab hat, der kleiner ist als 1, wird der Bereich LF auf dem Retikel R verkleinert als Bereich LF' auf dem Wafer W abgebildet.
Während der Projektion werden das Retikel R und der Wafer W entlang einer Y-Richtung verfahren. Das Verhältnis der Verfahrgeschwindigkeiten ist dabei gleich dem Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs PL. Falls das Projektionsobjektiv PL eine Invertierung des Bildes erzeugt, verlaufen die Verfahrbewegungen des Retikels R und des Wafers W gegenläufig, wie dies in der 1 durch Pfeile A1 und A2 angedeutet ist. Auf diese Weise wird das Lichtfeld LF in einer Scanbewegung über das Retikel R geführt, so daß auch größere strukturierte Bereicht zusammenhängend auf den Wafer W projiziert werden können. Die Y-Richtung wird deswegen im folgenden auch als Scanrichtung bezeichnet.
In der 2 ist in einem vereinfachten und nicht maßstäblichen Meridionalschnitt das in der 1 angedeutete Beleuchtungssystem IS gezeigt. Eine beispielsweise als Excimer-Laser ausgeführte Lichtquelle 1 erzeugt monochromatisches und stark kollimiertes Licht mit einer Wellenlänge im tiefen ultravioletten Spektralbereich, z.B. 193 nm oder 157 nm.
In einem Strahlaufweiter 2, bei dem es sich z.B. um eine verstellbare Spiegelanordnung handeln kann, wird das von der Lichtquelle 1 erzeugte Licht zu einem rechteckigen und weitgehend parallelen Strahlenbüschel auf geweitet. Das aufgeweitete Strahlenbüschel durchtritt anschließend ein erstes optisches Rasterelement RE1, bei dem es sich z.B. um ein diffraktives optisches Element handeln kann. Weitere Beispiele für geeignete Rasterelemente sind der US 6 285 443 der Anmelderin entnehmbar, deren Offenbarung hiermit vollumfänglich aufgenommen wird. Das erste optische Rasterelement RE1 hat die Aufgabe, die Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts zu verändern und den Lichtleitwert, der häufig auch als geometrischer optischer Fluß bezeichnet wird, zu erhöhen.
Das erste optische Rasterelement RE1 ist in einer Objektebene OP eines Strahlumformobjektivs 3 angeordnet, mit dem sich die Beleuchtungswinkelverteilung weiter modifizieren und kontinuierlich verändern läßt. Das Strahlumformobjektiv 3 enthält zu diesem Zweck eine Zoom-Gruppe 3a mit mindestens einer verstellbaren Linse 3L und eine Axicon-Gruppe 3b. Die Axicon-Gruppe 3b umfaßt zwei Axicon-Elemente mit konischen Flächen, deren Abstand veränderbar ist.
In einer Pupillenebene PP, bei der es sich um die Austrittspupille des Strahlumformobjektivs 3 handelt, ist ein zweites optisches Rasterelement RE2 angeordnet. Das zweite optische Rasterelement RE2 hat die Aufgabe, die Intensitätsverteilung in einer nachfolgenden konjugierten Feldebene festlegen.
In Lichtausbreitungsrichtung hinter dem zweiten optischen Rasterelement RE2 ist ein Kondensor-Objektiv 4 angeordnet, das die Pupillenebene PP in eine Feldebene IP transformiert. Dort ist eine an sich bekannte Maskierungseinrichtung 5 (sog. REMA-Blende) angeordnet. Die Maskierungseinrichtung 5 kann verstellbaren Schneiden umfassen und legt die Formen des Bereichs fest, der auf dem Retikel R von Projektionslicht durchsetzt werden. Um eine scharfe Umrandung dieses Bereichs zu erzielen, ist ein hier als Maskierungsobjektiv bezeichnetes drittes Objektiv 6 vorgesehen, in dessen Objektebene die Schneiden der Maskeneinrichtung 5 angeordnet sind und in dessen Bildebene das Retikel R mit Hilfe einer Verfahreinrichtung eingeführt werden kann.
Bei Bedarf kann zwischen dem zweiten Objektiv 4 und der Maskierungseinrichtung 5 noch ein Glasstab zur Strahlhomogenisierung eingefügt sein, wie dies in der bereits erwähnten US 6 285 443 beschrieben ist.
In einer mit 8 angedeuteten Pupillenebene des Maskierungsobjektivs 6 ist ein Polarisator 210 zur Erzeugung linear polarisierten Lichts in einen Filterhalter 11 eingeschoben. Ausführungsbeispiele für den Polarisator 210 werden im folgenden mit Bezug auf übrigen Figuren erläutert.
Die 3 und 4 zeigen den Polarisator 210 in einer perspektivischen Darstellung bzw. einem horizontalen Schnitt entlang der Linie IX-IX. Der Polarisator 210 weist eine kreisrunde Montagescheibe 212 auf, die mit einem zentralen rechteckförmigen Ausschnitt 214 versehen ist und z.B. durch Einschieben in einen Filterhalter 11, wie er in der 2 gezeigt ist, in den optischen Strahlengang eingeführt werden kann. Der Filterhalter 11 kann so ausgeführt sein, daß der Polarisator 210 in verschiedenen Winkelpositionen eingesetzt oder um beliebige Winkel um die optische Achse gedreht werden kann. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Polarisationsrichtungen einstellen.
Über den Ausschnitt 214 hinweg erstrecken sich eine Vielzahl von Trägerelementen 290, die aus dünnen planparallelen Quarzglas-Platten bestehen und die Form von in Y-Richtung langgestreckter Rechtecke haben. Jedes Trägerelement 290 trägt auf seiner Oberseite und Unterseite jeweils eine polarisationsselektive Strahlteilerschicht 292 bzw. 294, wie dies weiter unten mit Bezug auf die 5 näher erläutert wird.
In der X-Richtung ist die Anordnung der Trägerelemente 290 durch zwei Anschläge 228 und 230 begrenzt. Der Anschlag 230 ist dabei lösbar mit Hilfe zweier Befestigungselemente 242, 244 auf der Montagescheibe 12 befestigt.
In der Y- und Z-Richtung sind die Trägerelemente 290 durch zwei Leisten 232 und 234 fixiert, in die zu den Trägerelementen 290 hin zickzackförmig angeordnete Nuten eingearbeitet sind. In diese Nuten werden die kurzen Querseiten der Trägerelemente 290 eingesetzt und verklebt oder auf sonstige Weise befestigt. Auf diese Weise sind die Trägerelemente 290 in der in den 3 und 4 gezeigten Anordnung mit wechselseitiger Schrägstellung gehalten. Diese Anordnung zeichnet sich, wie besonders gut der 4 entnehmbar sind, dadurch aus, daß die Trägerelemente 290 alle im gleichen Winkel zu einer optischen Achse OA angeordnet sind. Die Orientierung der Winkel alterniert jedoch, so daß der in der 4 erkennbare zickzackförmige Verlauf entsteht. Jedes Trägerelement 290 ist somit parallel zu seinem übernächsten Nachbarn ausgerichtet; mit dem unmittelbaren Nachbarn wird ein spitzer Winkel gebildet, der etwa 40° beträgt.
Zur Erläuterung des Grundprinzips des Polarisators 210 zeigt die 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Querschnitt durch die Trägerelemente 290, wie er in der 4 gezeigt ist. Die Trägerelemente 290 sind jeweils so zu der optischen Achse OA geneigt angeordnet, daß der Winkel α₀ zwischen der optischen Achse OA und dem Lot auf den Trägerelementen 290 71,5° beträgt.
In der 5 ist ein Lichtstrahl LR1 eingezeichnet, der unter einem kleinen Winkel α zur optischen Achse OA auf die nach außen weisende polarisationsselektive Strahltei lerschicht 292 des Trägerelements 290b fällt. Zum Lot auf der Strahlteilerschicht 292 bildet dieser Lichtstrahl LR1 einen Winkel von a₀ – α. Der Lichtstrahl LR1 enthält sowohl senkrecht als auch parallel zur Einfallsebene (Papierebene) polarisierte Komponenten. Diese Komponenten werden auch hier wieder als s- bzw. p-polarisierte Komponenten bezeichnet und sind in der 5 durch schwarze Kreise bzw. senkrecht zum Strahl LR1 verlaufende Doppelpfeile angedeutet.
Die Strahlteilerschicht 292 hat die Eigenschaft, daß für den Einfallswinkel a₀ – α die s-polarisierte Komponente von der Strahlteilerschicht 292 reflektiert wird und, jetzt als Strahl LR1_s bezeichnet, auf die nach außen weisende Strahlteilerschicht 292 des benachbarten Trägerelements 290c trifft.
Die beiden polarisationsselektiven Strahlteilerschichten 292, 294 auf dem Trägerelement 290c kann der s-polarisierte Strahl LR1_s jedoch durchdringen, da der Einfallswinkel α' jetzt so klein ist, daß die Strahlteilerschichten 292, 294 auch für s-polarisiertes Licht fast vollständig transmittierend sind. Da der einmal reflektierte Lichtstrahl LR1_s jedoch unter einem großen Winkel zur optischen Achse OA aus dem Polarisator 210 austritt, wird er von umgebenden Gehäuseteilen absorbiert und trägt somit nicht zur Beleuchtung des Retikels R bei.
Die p-polarisierte Komponente des Lichtstrahls LR1 hingegen wird von den beiden Strahlteilerschichten 292, 294 des Trägerelements 290b fast vollständig transmittiert, so daß auf der Rückseite des Polarisators 210 weitgehend p-polarisiertes Licht austritt. In der 5 ist der austretende Lichtstrahl mit LR1_p bezeichnet. Aufgrund der geringen Dicke der Trägerelemente 290, die beispielsweise 0,5 mm oder weniger betragen kann, ist der brechungsbedingte Versatz des durchgehenden Lichtstrahls LR1_p sehr gering.
An die für einen Einsatz für den Polarisator 210 geeigneten Strahlteilerschichten 292, 294 werden sehr hohe Anforderungen gestellt. Zum einen soll der lineare Polarisationsgrad P₁ möglichst groß sein. Der lineare Polarisationsgrad P₁ ist definiert als P1 = (Tp – Ts)/(Tp + Ts),wobei mit T_t und T_s die Transmissionsgrade für p-polarisiertes bzw. s-polarisiertes Licht bezeichnet sind.
Anzustreben sind Werte des linearen Polarisationsgrades P₁ von wenigstens 80%. Ferner soll der lineare Polarisationsgrad P₁ möglichst unabhängig vom Einfallswinkel α_i sein, den der einfallende Lichtstrahl LR1 zum Lot auf die Strahlteilerschicht bildet. Diese geringe Abhängigkeit vom Einfallswinkel sollte über einen möglichst großen Einfallswinkelbereich hinweg gegeben sein.
Möglichst unabhängig vom Einfallswinkel soll auch der mittlere Transmissionsgrad T_m sein, der definiert ist als Tm = (Tp + Ts)/2.
Ansonsten kommt es zu einer ungleichmäßigen Ausleuchtung des Retikels R und dadurch zu unerwünschten Strukturbreitenschwankungen in der Ebene des Wafers W. Befindet sich der Polarisator 210 beispielsweise in der Pupillenebene 8, wie dies in der 2 angedeutet ist, so führt eine größere Winkelabhängigkeit des mittleren Transmissionsgrades T_m zu Schwankungen der Lichtintensität über das von der Beleuchtungseinrichtung IS ausgeleuchtete Lichtfeld LF. Wird der Polarisator 210 hingegen in oder nahe der Feldebene IP oder einer hierzu konjugierten Feldebene angeordnet, so führt eine größere Winkelabhängigkeit des mittleren Transmissionsgrades dazu, daß die Beleuchtungswinkelverteilung nicht mehr für alle Feldpunkte auf dem Retikel R identisch ist.
Die vorgenannten Anforderungen sind physikalisch in der Weise miteinander verknüpft, daß eine Verbesserung einer der genannten Eigenschaften im allgemeinen zu einer Verschlechterung der anderen Eigenschaften führt. Deswegen stellt die Optimierung der Strahlteilerschichten 292, 294 eine schwierige Aufgabe dar, die selbst bei intensivem Einsatz von Optimierungsprogrammen viel Erfahrung und Fingerspitzengefühl verlangt.
Im folgenden werden unterschiedliche Möglichkeiten angegeben, wie das Design der Strahlteilerschichten 292, 294 optimiert werden kann, um möglichst günstige Eigenschaften zu erzielen. Zunächst werden dabei allgemeine Designvorgaben erläutert. Weiter unten werden konkrete Ausführungsbeispiele für Schichtanordnungen angegeben, die besonders günstige Eigenschaften im Hinblick auf den mittleren Transmissionsgrad, den linearen Polarisationsgrad sowie die Winkelabhängigkeit dieser Größen haben.
In der 5 ist ein Lichtstrahl LR2 dargestellt, der parallel zu dem Lichtstrahl LR1 auf den Polarisator 210 fällt, dort jedoch auf eine Strahlteilerschicht 292 des benachbarten Trägerelements 290c trifft, die unter einem anderen Winkel zur optischen Achse OA angeordnet ist als die Strahlteilerschicht 292 auf dem Trägerelement 290b. Der Einfallswinkel α_i beträgt wegen der zickzackförmigen Symmetrie nun α₀ + α.
Die durch die unterschiedlichen Einfallswinkel verursachten Unterschiede im mittleren Transmissionsgrad und im linearen Polarisationsgrad mitteln sich jedoch zum Teil heraus, da parallele Lichtstrahlen sich in einem Feldpunkt auf dem Retikel R treffen, wenn der Polarisator 110 in einer Pupillenebene angeordnet ist, wie dies bei dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Für einen Feldpunkt auf dem Retikel R läßt sich somit ein gemittelter Gesamttransmissionsgrad T'_m definieren, der gegeben ist durch T'm(α) = 0,5·[Tm(α0 + α)·F(α0 + α) + Tm(α0 – α)·F(α0 – α)]
Der Winkel α bezeichnet auch hier wieder den Winkel der Lichtstrahlen LR1, LR2 zur optischen Achse OA. F(β) bezeichnet den Flächenanteil, der unter dem Winkel β bestrahlt wird. Der mittlere Gesamttransmissionsgrad T'_m sollte möglichst unabhängig vom Winkel α sein, damit alle Punkte auf dem Retikel R mit der gleichen Intensität beleuchtet werden.
In analoger Weise läßt sich auch ein gemittelter Gesamtpolarisationsgrad definieren.
Die 6 und 7 zeigen die Abhängigkeit des mittleren Transmissionsgrades T'_m vom Einfallswinkel α_i bzw. den sich daraus gemäß der vorstehenden Gleichung ergebenden Abhängigkeit des mittleren Gesamttransmissionsgrades T'_m vom Winkel α. Bei der herkömmlichen Optimierung wurde so vorgegangen, daß der mittlere Transmissionsgrad T'_m über einen größeren Winkelbereich hinweg, hier etwa zwischen 62,5° und 77,5°, eine sehr kleine Winkelabhängigkeit hat, die in der Größenordnung von 1,5% liegt. In der 7 ist erkennbar, daß der letztlich aber allein relevante mittlere Gesamttransmissionsgrad T'_m bei einer solchen Auslegung über den erforderlichen Winkelbereich von etwa 8° hinweg ebenfalls Schwankungen von über 1,5% aufweist. Diese Schwankungen übertragen sich unmittelbar auf die Intensität auf dem Retikel R und führen schließlich zu unerwünschten Strukturbreitenschwankungen auf dem Wafer W.
In den 8 und 9 sind die gleichen Größen für ein erfindungsgemäßes Design der Strahlteilerschichten 292, 294 gezeigt. Die Schichtstruktur der Strahlteilerschichten 292, 294 sind hier so gewählt, daß der mittlere Transmissionsgrad T_m im Mittel über einen weiten Winkelbereich eine monoton fallende Funktion über dem Einfallswinkel α_i ist. In einem Winkelbereich zwischen etwa 62,5° und 77,5° verändert sich der mittlere Transmissionsgrad T_m um über 3% und somit erheblich stärker, als dies bei der in der 6 gezeigten Strahlteilerschicht der Fall ist.
Der in der 8 erkennbare Verlauf bewirkt jedoch gemäß der obigen Gleichung, daß der mittlere Gesamttransmissionsgrad T'_m nur noch sehr schwach vom Winkel α zur optischen Achse OA abhängt, wie dies die 9 eindrücklich zeigt. In der 9 kann man über den relevanten Winkelbereich von 0° bis etwa 8° Schwankungen des mittleren Gesamttransmissionsgrades T'_m von weniger als 0,5% ablesen. Im Vergleich zu dem in der 7 gezeigten Fall sind die Schwankungen somit annähernd um einen Faktor 3 verringert worden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die in der 8 gezeigte Abhängigkeit des mittleren Transmissionsgrades T_m vom Einfallswinkel α_i wesentlich leichter und mit geringeren Kosten realisieren läßt, als dies bei Strahlteilerschichten der Fall ist, welche die in der 6 gezeigte Abhängigkeit aufweisen. Dies gilt insbesondere dann, wenn gleichzeitig auch der lineare Polarisationsgrad möglichst winkelunabhängig sein soll. Strahlteilerschichten mit einem abfallenden mittleren Transmissionsgrad T_m benötigen somit weniger dielektrische Schichten und sind auf diese Weise kostengünstiger herstellbar.
Zu bemerken ist in diesem Zusammenhang, daß die (negative) Steigung des mittleren Transmissionsgrades T_m als solche keinen Einfluß auf die Winkelabhängigkeit des mittleren Gesamttransmissionsgrades T'_m hat. Der Einfluß beschränkt sich lediglich auf den Absolutwert des mittleren Gesamttransmissionsgrades T'_m, der zumindest unter dem Gesichtspunkt einer homogenen Ausleuchtung des Retikels R nicht relevant ist. Eine etwas geringere Intensität auf dem Retikel R wirkt sich zwar auf die möglichen Scan-Geschwindigkeiten und damit auf den Durchsatz der Projektionsbelichtungsanlage PEA aus, jedoch ist dieser Nachteil im allgemeinen weniger schwerwiegend als unerwünschte Strukturbreitenschwankungen, die zu Fehlfunktionen der herzustellenden Bauelemente führen können.
Im folgenden werden konkrete Schichtstrukturen für Strahlteilerschichten 292, 294 angegeben, die zwar nicht exakt die in der 8 gezeigte Abhängigkeit des mittleren Transmissionsgrades T_m vom Einfallswinkel α_i bewir ken, dafür jedoch insgesamt sehr günstige Eigenschaften hinsichtlich der Winkelabhängigkeit des mittleren Transmissionsgrades und des linearen Polarisationsgrades über einen größeren Winkelbereich hinweg aufweisen. Derartige Strahlteilerschichten sind deswegen auch für solche Polarisatoren 210 geeignet, die nicht in einer Pupillenebene oder in der Nähe einer solchen, sondern feldnah angeordnet sind.
Die Tabelle 1 zeigt eine Übersicht über die verwendeten Materialklassen, deren Brechzahlen n, deren Extinktion k sowie Beispielmaterialien, die in die entsprechende Materialklasse fallen.
Tabelle 1: Übersicht über Materialklassen
In den am Ende der Beschreibung angefügten Tabellen 2 bis 9 sind die Schichtstrukturen, aus denen die Strahlteilerschichten aufgebaut sind, im einzelnen spezifiziert, und zwar unter Angabe der Schichtdicke und der Materialklasse. Unterstellt ist dabei stets eine Wellenlänge von λ = 193 nm. Die in den jeweiligen Tabellen obersten Werte beziehen sich auf diejenige Schicht, die zuerst auf ein Substrat, bei dem es sich in den Beispielfällen um Glas handelt, aufgebracht wird. Die jeweils unterste Zeile der Tabellen betrifft diejenige Schicht, die nach außen weist.
Die 10 und 11 zeigen die Abhängigkeit des mittleren Transmissionsgrades T_m und des linearen Polarisationsgrades P₁ vom Einfallswinkel α_i für das in der Tabelle 2 spezifizierte Ausführungsbeispiel. Über einen Winkelbereich von etwa 60° bis 74° liegen die Schwankungen des mittleren Transmissionsgrades unterhalb von 7% und die Schwankungen des linearen Polarisationsgrades unterhalb von 3%.
Die 12 und 13 zeigen entsprechende Graphen für ein zweites Ausführungsbeispiel, dessen Schichtdesign in der Tabelle 3 angegeben ist. Über den gleichen Winkelbereich hinweg sind die Schwankungen des mittleren Transmissionsgrades T_m kleiner als 6% und die Schwankungen des linearen Polarisationsgrades P₁ kleiner als 2%.
Noch günstigere Werte werden bei dem dritten Ausführungsbeispiel erzielt, dessen Winkelabhängigkeit des mittleren Transmissionsgrades T_m und des linearen Polarisationsgrades P₁ in den 14 bzw. 15 gezeigt sind. Die Strukturdaten sind in der Tabelle 4 angegeben. Über den Winkelbereich zwischen 60° und 74° liegt die Schwankung des mittleren Transmissionsgrades unterhalb von 1%. Das gleiche gilt auch für die Schwankungen des linearen Polarisationsgrades P₁.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß den 16 und 17 und der Tabelle 5 schwankt der mittlere Transmissionsgrad T_m um weniger als 2,2% und der lineare Polarisationsgrad P₁ um weniger als 6%.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß den 18 und 19 sowie der Tabelle 6 liegen die Schwankungen des mittleren Transmissionsgrades T_m zwischen Einfallswinkeln von 65° oder 79° unterhalb von 1,2% und die Schwankungen des linearen Polarisationsgrades P₁ unterhalb von 4,5%.
Die zwei folgenden Ausführungsbeispiele für Strahlteilerschichten gehen von einem Winkelbereich aus, der um einen Mittenwinkel von 45° zentriert ist. Eine solche Anforderung ergibt sich beispielsweise bei Strahlteilerschichten, die in Polarisatoren verwendet sind, wie sie in den 3 bis 6 der WO 2005/017620 gezeigt sind. Aus herstellungstechnischen Gründen ist es dort am günstigsten, wenn die Strahlteilerschichten in einem Winkel von 45° zur optischen Achse angeordnet sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 22 und 23 und der Tabelle 8 betragen die Schwankungen des mittleren Transmissionsgrades T_m zwischen Einfallswinkeln von 38° und 52° weniger als 4%. In diesem Winkelbereich liegen die Schwankungen des linearen Polarisationsgrades P₁ unterhalb von 16%.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 22 und 23 und der Tabelle 9 werden diese Werte für einen Einfallswinkelbereich zwischen 36° und 50° erzielt.
SPEZIFIKATIONEN DER SCHICHTSTRUKTUREN
Tabelle 2: Schichtspezifikation für Ausführungsbeispiel 1
Tabelle 3: Schichtspezifikation für Ausführungsbeispiel 2
Tabelle 4: Schichtspezifikation für Ausführungsbeispiel 3
Tabelle 5: Schichtspezifikation für Ausführungsbeispiel 4
Tabelle 6: Schichtspezifikation für Ausführungsbeispiel 5
Tabelle 7: Schichtspezifikation für Ausführungsbeispiel 6
Tabelle 8: Schichtspezifikation für Ausführungsbeispiel 7
Tabelle 9: Schichtspezifikation für Ausführungsbeispiel 8
Tabelle 9: Schichtspezifikation für Ausführungsbeispiel 10

Claims

Polarisator für ein Beleuchtungssystem (IS) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (PEA), dadurch gekennzeichnet, a) daß der Polarisator (210) mehrere planparallele Trägerelemente (290) umfaßt, die jeweils eine polarisationsselektive Strahlteilerschicht (292, 294) tragen und alternierend in einem Winkel ±α₀ geneigt zu einer optischen Achse (OA) angeordnet sind, und b) daß die Schwankungen des gemittelten Gesamttransmissionsgrads T'_m(α) = 0,5·[T_m(α₀ + α)·F(α₀ + α) + T_m(α₀ – α)·F(α₀ – α)] der Strahlteilerschicht (292, 294) über einen Winkelbereich von 20° hinweg mindestens um einen Faktor 2 kleiner sind als der mittlere Transmissionsgrad T_m(α) = (T_s + T_p)/2 der Strahlteilerschicht (292, 294), wobei α der Winkel zwischen der Einfallsrichtung eines einfallenden Lichtstrahls (LR1, LR2) zur optischen Achse des Polarisators, T_s und T_p der Transmissionsgrad für die s-polarisierte bzw. die p-polarisierte Polarisationskomponente des Lichtstrahls (LR1, LR2) und F der Flächenanteil der Strahlteilerschichten (292, 294) ist, der von Lichtstrahlen beleuchtet wird, die unter dem Winkel α zur optischen Achse einfallen.
Polarisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Transmissionsgrad zumindest über einen Winkelbereich von 10° hinweg monoton abfällt.
Polarisator für ein Beleuchtungssystem (IS) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (PEA), der mehrere polarisationsselektive Strahlteilerschichten (292, 294) enthält, die unter einem Winkel zu einer optischen Achse (OA) geneigt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Strahlteilerschicht (292, 294) über einen Einfallswinkelbereich von 14° hinweg der der mittlere Transmissionsgrad T_m(α_i) = (T_s + T_p)/2 um weniger als 7% und der lineare Polarisationsgrad P₁ = (T_p – T_s)/(T_p + T_s) um weniger als 3% variiert, wobei α_i der Einfallswinkel zwischen der Einfallsrichtung eines einfallenden Lichtstrahls (LR1, LR2) zum Lot auf der Strahlteilerschicht (292, 294) und T_s und T_p der Transmissionsgrad für die s-polarisierte bzw. die p-polarisierte Polarisationskomponente des Lichtstrahls (LR1, LR2) ist.
Polarisator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der der mittlere Transmissionsgrad T_m(α_i) um weniger als 6% und der lineare Polarisationsgrad P₁ um weniger als 2% variiert.
Polarisator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Transmissionsgrad T_m(α_i) weniger als 1% und der lineare Polarisationsgrad P₁ um weniger als 1% variiert.
Polarisator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkelbereich zwischen 60° und 74° liegt.
Polarisator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkelbereich zwischen 65° und 79° liegt.
Polarisator nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator (210) mehrere planparallele Trägerelemente (290) umfaßt, die jeweils eine polarisationsselektive Strahlteilerschicht (292, 294) tragen.
Polarisator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einander benachbarte Trägerelemente (290a, 290b, 290c, 290d) in einem Winkel zueinander angeordnet sind.
Polarisator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen einander benachbarten Trägerelementen (290a, 290b, 290c, 290d) im wesentlichen gleich ist.
Polarisator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Trägerelemente (290) kleiner ist als 2 mm, vorzugsweise kleiner als 1,0 mm, weiter vorzugsweise kleiner als 0,5 mm ist.
Polarisator nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen dem Lot auf den Trägerelementen (290) und der optischen Achse (OA) zwischen 60° und 75°, vorzugsweise zwischen 65° und 70°, liegt.
Polarisator nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente (290) derart angeordnet sind, daß ihr Lot zu der optischen Achse (OA) zumindest annähernd den gleichen Winkel einschließt.
Polarisator nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente (290) auf beiden Seiten Strahlteilerschichten (292, 294) tragen.
Polarisator nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator mehrere Strahlteilerwürfel umfaßt, die jeweils polarisationsselektive Strahlteilerschichten enthalten.
Polarisator für ein Beleuchtungssystem (IS) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (PEA), der mehrere polarisationsselektive Strahlteilerschichten enthält, die unter einem Winkel zu einer optischen Achse geneigt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Strahlteilerschicht über einen Einfallswinkelbereich zwischen 40° und 50° der mittlere Transmissionsgrad T_m(α_i) = (T_s + T_p)/2 um weniger als 7% und des lineare Polarisationsgrad P₁ = (T_p – T_s)/(T_p + T_s) um weniger als 3% variiert, wobei α_i der Einfallswinkel zwischen der Einfallsrichtung eines einfallenden Lichtstrahls zum Lot auf der Strahlteilerschicht und T_s und T_p der Transmissionsgrad für die s-polarisierte bzw. die p-polarisierte Polarisationskomponente des Lichtstrahls ist.