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Die
Erfindung betrifft ein diffraktives optisches Element, sowie ein
Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements.
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Diffraktive
optische Elemente werden inzwischen auf vielen Gebieten der Optik
und des optischen Maschinenbaus eingesetzt. Aufgrund der Entwicklung
in der Mikroelektronik ist es möglich mikrooptische Elemente
bis hinab zu Strukturgrößen von einigen zehn Nanometern
auf den Anlagen zur Herstellung von Mikroelektronik herzustellen.
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Als
diffraktive optische Elemente (DOE) werden neben Computer generierten
Hologrammen (CGH) auch Gitter bezeichnet. Ferner gelten auch mikrooptische
Nachbildungen von klassischen refraktiven Elementen, wie z. B. einer
Fresnel-Zonenplatte als DOEs, siehe
US 6,728,036 B2 . Darüber hinaus
werden auch Elemente mit sogenannten „Area-Coded Effective
Medium Structure" (ACES) Strukturierungen als diffraktive optische
Elemente bezeichnet. Hierbei handelt es sich um Strukturierungen,
die sich nur noch mit rigorosen Methoden zur Lösung der
Maxwell-Gleichungen auslegen lassen, da die Abmessungen der Strukturierungen
in der Größenordnung der Wellenlänge
oder darunter liegen, siehe
US
7,139,127 B2 .
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In
US 6,728,036 B2 wird
eine Mikro-Fresnel-Linse in Form eines Gitters mit Blazeprofil mit
von der Linsenmitte zum Linsenrand hin kontinuierlich abnehmender
Gitterperiode beschrieben. Unter Blazeprofil wird hierbei ein Sägezahnprofil
verstanden. Das diffraktive optische Element in
US 6,728,036 B2 hat z. B.
die Aufgabe bestimmte Abbildungsfehler einer optischen Anordnung,
z. B. den Farblängsfehler, den Farbvergrößerungsfehler,
das sekundäre Spektrum, die farbige Variation der Koma
und zusätzlich monochromatische Abbildungsfehler zu korrigieren. In
US 6,728,036 B2 wird
die Höhe der einzelnen Sägezähne derart
angepasst, dass die Beugungseffizienz für die erste Beugungsordnung
des Gitters für alle Gitterperioden nahezu denselben Wert
aufweist. Hierbei wird die Beugungseffizienz des Gitters für
die zentralen Bereiche in der Linsenmitte mit der größten Gitterperiode
soweit erniedrigt, dass diese Beugungseffizienz mit der Beugungseffizienz
der Randbereiche der Linse mit der niedrigen Gitterperiode in etwa übereinstimmt.
Nachteilig an der Anpassung der lokalen Höhe des Gitters
ist die daraus resultierende Phasenverzögerung von größer
0,06 rad zwischen dem Licht, das die Linsenmitte und dem Licht, das
den Linsenrand passiert. Eine solche Phasenverzögerung
ist insbesondere für den Einsatz eines diffraktiven optischen
Elements als ein Austausch-Element in einem Projektionsobjektiv
für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
unerwünscht, da solche Objektive mit sehr großem
Aufwand auf sehr viel niedrigere Phasenverzögerungswerte
insgesamt korrigiert werden. Ein weiterer Nachteil an einem Gitter
mit Blazeprofil ist das Blazeprofil an sich, da es sich nur aufwändig
durch mehrere lithographische Prozessschritte nacheinander herstellen
lässt. Hierbei entstehen Herstellungsfehler des Gitters,
da sich die einzelnen Strukturen resultierend aus den einzelnen
Lithographieschritten aufgrund von endlicher Fertigungsgenauigkeit
räumlich nicht perfekt zueinander in Deckung bringen lassen.
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Ein
binäres CGH zum Einsatz in einer Prüfanlage für
asphärische Flächen ist in „Asphärenprüfung
mit computergenerierten Hologrammen", Stephan Reichelt und Hans
Tiziani, Technisches Messen 73 (2006) 10, Oldenburg Verlag,
gezeigt. Das dort gezeigte binäre CGH soll eine asphärische
Oberfläche nachbilden und besitzt eine entlang der Oberfläche
variable Streifendichte von Null bis etwa 250/mm. Als Streifendichte
eines binären diffraktiven optischen Elements wird die
Anzahl der Streifen innerhalb eines betrachtenden Abschnitts innerhalb der
optisch aktiven Fläche des diffraktiven optischen Elements
dividiert durch die Länge des betrachteten Abschnitts senkrecht
zur Ausdehnungsrichtung der Streifen bezeichnet. Bei Phasenobjekten
als binäres diffraktives optisches Element wird als Streifen
der Teil der einzelnen diffraktiven Struktur bezeichnet, der aus
Material mit einem höheren Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge λ besteht.
Ferner bildet die Lücke den restlichen Teil der einzelnen
diffraktiven Struktur, der aus Material mit einem niedrigeren Brechungsindex
bei der Arbeitswellenlänge λ besteht. Bei Amplitudenobjekten
als binäres diffraktives optisches Element ist der Streifen
der Teil der einzelnen diffraktiven Struktur der eine niedrigere
Transmission aufweist als der restliche Teil der einzelnen diffraktiven
Struktur, der hierbei die Lücke bildet. In der mathematischen
Beschreibung von Amplitudenobjekten werden die Transmissionswerte
in Form von komplexen Brechungsindizes berücksichtigt.
Ein binäres CGH oder DOE hat gegenüber einem Gitter
mit Blazeprofil den Vorteil, dass es sich in einem Prozessschritt
herstellen lässt. Dadurch ist ein solches DOE einfacher
und billiger herzustellen. Darüber hinaus weist es aufgrund
des einzelnen Prozessschrittes zur Herstellung geringere Fertigungsfehler
als ein Gitter mit Blazeprofil auf.
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In
WO 2007/031992 A1 wird
das lokale Tastverhältnis eines binären DOE derart
angepasst, dass die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung über
die optische Fläche lokal variiert und somit inhomogen
wird. Das DOE besitzt hierbei eine konstante Streifendichte über
die gesamte optische Fläche. Unter einem lokalen Tastverhältnis
wird das Produkt von lokaler Streifenbreite und lokaler Streifendichte
einer einzelnen binären diffraktiven Struktur verstanden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es diffraktive optische Elemente weiterzuentwickeln
und dabei die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere
soll bei binären diffraktiven optischen Elementen mit variierender
Streifendichte eine homogene Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
und/oder eine homogene Phasenverzögerung der Phase der
ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung
bei Streifendichte Null erzielt werden. Darüber hinaus
soll bei binären diffraktiven optischen Elementen mit variierender
Streifendichte eine homogene Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
und/oder eine homogene Phasenverzögerung der Phase der
ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung
bei Streifendichte Null auch für TE-polarisiertes Licht
und/oder TM-polarisiertes Licht erzielt werden.
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Gelöst
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein diffraktives
optisches Element für eine Arbeitswellenlänge λ,
welches zumindest in einem ersten Teilbereich eine binäre
Strukturierung aufweist, wobei die binäre Strukturierung
an mindestens zwei Orten des ersten Teilbereichs unterschiedliche
Streifendichten kleiner als 1/λ aufweist. Ferner weist
die binäre Strukturierung an den mindestens zwei Orten mit
unterschiedlichen Streifendichten unterschiedliche Tastverhältnisse
der binären Strukturierung auf, wobei die Differenz der
unterschiedlichen Streifendichten wenigstens 0,1·1/λ und
die Differenz der unterschiedlichen Tastverhältnisse wenigstens
0,1 beträgt. Durch das Anpassen der Tastverhältnisse
bei unterschiedlichen Streifendichten mit rigorosen Methoden zur
Lösung der Maxwell-Gleichungen können die Beugungseffizienz
der ersten Beugungsordnung und/oder die Phasenverzögerung
der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase
der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null für
unterschiedliche Streifendichten homogenisiert werden. Dies ist
insbesondere auch für TE-polarisiertes Licht und/oder TM-polarisiertes
Licht möglich.
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Ein
erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element
für den Einsatz innerhalb eines Beleuchtungssystems und/oder
eines Projektionsobjektivs in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
bietet den Vorteil, bestimmte Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs
und/oder des Beleuchtungssystems der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
zu korrigieren. Dies sind unter anderem der Farblängsfehler,
der Farbvergrößerungsfehler, das sekundäre
Spektrum, die farbige Variation der Koma, monochromatische Abbildungsfehler,
Telezentrie, Homogenität der Feldausleuchtung, Homogenität
der Pupillenausleuchtung und Elliptizität der Pupille.
Ferner können mit dem diffraktiven optischen Element in
Feld- und Pupillenebenen des Projektionsobjektivs oder des Beleuchtungssystems bestimmte
chromatische oder monochromatische Filterfunktionen bzw. Verlaufsfilterfunktionen
realisiert werden. Darüber hinaus können durch
diffraktive optische Elemente innerhalb von Projektionsobjektiven oder
Beleuchtungssystemen die optische Funktionalität von sphärischen
oder asphärischen Linsenoberflächen nachgebildet
werden und somit Materialeinsparungen realisiert werden, da dicke
Linsen durch dünne diffraktive optische Elemente ersetzt
werden können.
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Ein
erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element
für den Einsatz innerhalb eine Asphären-Prüfanlage
bietet den Vorteil, die Intensität der Prüfwelle
an die Intensität der Referenzwelle anzupassen, so dass
ein optimaler Interferenzkontrast entsteht, wodurch die Auswertung
der Interferenzmuster auf dem CCD-Chip der Asphären-Prüfanlage erleichtert
wird.
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Ein
erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element,
bei dem die binäre Strukturierung an Orten des ersten Teilbereiches
mit gleicher Streifendichte ein gleich großes Tastverhältnis
aufweist, hat den Vorteil, dass Orte des diffraktiven optischen
Elements, an denen die erste Beugungsordnung in die gleiche Beugungs-Richtung
ablenkt wird, auch die gleiche Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
aufweisen. Darüber hinaus hat das gleiche Tastverhältnis
bei binären Strukturierungen an Orten mit gleicher Streifendichte
der binären Strukturierung den Vorteil, dass damit die
Freiheitsgrade bei der Berechnung des diffraktiven optischen Elements
mit rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen eingeschränkt
werden und somit einerseits Rechenzeit gespart wird, sowie andererseits
unstabile Lösungen vermieden werden.
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Ein
erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element,
wobei die jeweils unterschiedlichen Tastverhältnisse der
mindestens zwei unterschiedlichen Streifendichten größer
als 0,1 und kleiner als 0,9 sind, insbesondere größer
als 0,2 und kleiner als 0,8 sind, trägt dem Umstand Rechnung,
dass bei Tastverhältnissen kleiner 0,1 und größer
0,9, bzw. kleiner 0,2 und größer 0,8, zu große
Lichtverluste bzw. zu niedrige Beugungseffizienzen auftreten.
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Ein
erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element,
wobei ein einzelner Streifen der binären Strukturierung
eine Länge aufweist, die größer als die
hundertfache Breite des Streifens ist, führt im Gegensatz
zu einem rein aus einzelnen Pixeln bestehenden CGH dazu, dass dieses
DOE unempfindlich gegen Proximity-Effekte bei der lithographischen Herstellung
mittels Maskenabbildung ist. Unter Proximity-Effekten werden Fehl-Effekte
bei der lithographischen Abbildung von Maskenstrukturen verstanden, die
dazu führen, dass Enden, Kanten und Ecken von Maskenstrukturen
verfälscht abgebildet werden. Bei der Benutzung von ausgedehnten
Maskenstrukturen, bei denen die Enden oder Ecken der Maskenstrukturen
eine untergeordnete Rolle spielen, werden diese Proximity-Effekte
unterdrückt.
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Ein
erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element,
wobei die binäre Strukturierung gekrümmte Streifen
aufweist, führt im Gegensatz zu einem rein aus einzelnen
Pixeln oder geraden Streifen bestehenden CGH dazu, dass dieses DOE
die beabsichtigte Funktionalität zur Korrektur der oben
genannten Abbildungsfehlern einfacher nachbilden kann, da gekrümmte
Streifen besser an die Symmetrieeigenschaften der Abbildungsfehler
angepasst werden können als gerade Streifen.
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Ein
erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element
in der Funktionsweise eines Phasenobjektes, wobei die Arbeitswellenlänge λ implizit durch
die Gleichung λ = 2·h·|(n1 – n2)| mit der Streifenhöhe h, dem
Brechungsindex der Lücke n1 bei
der Arbeitswellenlänge λ und dem Brechungsindex
des Streifens n2 bei der Arbeitswellenlänge λ gegeben
ist, führt zu einer Unterdrückung der 0. Beugungsordnung.
In der Regel trägt die 0. Beugungsordnung nicht zur funktionellen
Aufgabe eines diffraktiven optischen Elements bei, so dass die 0.
Beugungsordnung zur Vermeidung von Lichtverlusten gemäß der oben angegebenen
Formel durch eine entsprechende Anpassung der Streifenhöhe
h unterdrückt wird.
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Bei
einem diffraktiven optischen Element kann die Beugungseffizienz
der ersten Beugungsordnung für unterschiedliche Streifendichten
homogenisiert werden, indem die Tastverhältnisse entsprechend
erfindungsgemäß angepasst werden. In der Regel
kann durch eine Erniedrigung der Beugungseffizienzen bei kleineren
Streifendichten erfindungsgemäß eine Angleichung
an die Beugungseffizienzen bei hohen Streifendichten erfolgen. Eine
solche Homogenisierung der Beugungseffizienzen erfolgt durch ein
erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element
mit einer Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung, wobei die
Beugungseffizienz für unterschiedliche Streifendichten
des diffraktiven optischen Elements eine Variation von weniger als
20%, bevorzugt weniger als 15%, noch mehr bevorzugt von weniger
als 10% bezogen auf die größte Beugungseffizienz
aufweist. Darüber hinaus liegt insbesondere bei einem diffraktiven
optischen Element in der Funktionsweise eines Phasenobjektes mit
einer maximalen Streifendichte von größer oder
gleich 0,8·1/λ dann eine sehr homogenisierte Beugungseffizienz
der ersten Beugungsordnung vor, wenn die Beugungseffizienz der ersten
Beugungsordnung für unterschiedliche Streifendichten mehr
als 30% beträgt und eine Variation von weniger als 5% aufweist. Ferner
liegt insbesondere bei einem diffraktiven optischen Element in der
Funktionsweise eines Phasenobjektes mit einer maximalen Streifendichte
von größer oder gleich 0,9·1/λ dann
eine sehr homogenisierte Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung vor,
wenn die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für
unterschiedliche Streifendichten mehr als 22% beträgt und
eine Variation von weniger als 4% aufweist. Des weiteren liegt insbesondere
bei einem diffraktiven optischen Element in der Funktionsweise eines
Phasenobjektes mit wenigstens zwei unterschiedlichen Streifendichten
von größer 0,4·1/λ und kleiner
als 0,7·1//λ und mit einem Gradienten der Beugungseffizienz
der ersten Beugungsordnung für die zwei unterschiedlichen
Streifendichten dann eine homogenisierte Beugungseffizienz der ersten
Beugungsordnung vor, wenn der Gradient der Beugungseffizienz maximal
60%·λ beträgt. Insofern resultiert im
Fernfeld solcher diffraktiven optischen Elemente an den Orten, an
denen die ersten Beugungsordnungen zu liegen kommen, für
jede der ersten Beugungsordnungen die gleiche Intensität.
In einem Projektionsobjektiv oder einem Beleuchtungssystem für eine
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, sowie einer Asphären-Prüfanlage
gilt es in den Feld- und Pupillenebenen in der Regel homogene Ausleuchtungsverteilungen
zu realisieren. Insofern ist es gerade bei solchen optischen Baugruppen
mit einem diffraktiven optischen Element wichtig erfindungsgemäß die
Beugungseffizienz zu homogenisieren. Analog gelten die getätigten
Aussagen hinsichtlich der Homogenisierung der Beugungseffizienz
der ersten Beugungsordnung bei einem diffraktiven optischen Element
in der Funktionsweise eines Phasenobjekts auch für TE-
oder TM-polarisiertes Licht. Im Hinblick auf die Anwendung von TE-
und/oder TM-polarisiertem Licht in einer Projektionsbelichtungsanlage
für die Mikrolithographie und/oder einer Asphären-Prüfanlage
können sich gewisse Vorteile ergeben, die über
die offensichtlichen Vorteile einer homogenisierten Beugungseffizienz
der ersten Beugungsordnung hinaus gehen. Zumindest ist es für
die rechentechnische Optimierung der Tastverhältnisse von
Vorteil, wenn nur die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
für eine bestimmte Polarisationsrichtung des Lichtes beachtet
werden muss. Dies führt zu einer kleineren Variation der
Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für verschiedene Streifendichten,
sowie zu einer kürzeren Rechenzeit.
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Bei
einem diffraktiven optischen Element kann die Phasenverzögerung
der Phase der ersten Beugungsordnung für unterschiedliche
Streifendichten gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung
bei der Streifendichte Null homogenisiert werden, indem die Tastverhältnisse
entsprechend erfindungsgemäß angepasst werden.
Dies ist insbesondere durch ein erfindungsgemäßes
diffraktives optisches Element mit einer Phasenverzögerung
der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase
der ersten Beugungsordnung bei der Streifendichte Null möglich,
wobei die Phasenverzögerung für unterschiedliche
Streifendichten des diffraktiven optischen Elements gegenüber
der Phase der ersten Beugungsordnung bei der Streifendichte Null
eine Variation von weniger als 0,05 rad aufweist. Darüber hinaus
liegt insbesondere für ein diffraktives optisches Element
in der Funktionsweise eines Phasenobjektes dann eine sehr homogenisierte
Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber
der Phase der ersten Beugungsordnung bei der Streifendichte Null
vor, wenn die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung bei
wenigstens einer Streifendichte größer als 0,7·1/λ weniger
als 0.05 rad beträgt. Eine solch homogenisierte Phasenverzögerung
ist insbesondere bei einem Projektionsobjektiv für eine
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage wichtig, da bei einem
solchen Projektionsobjektiv mit großem Aufwand in Design
und Fertigung große Phasenverzögerungen zwischen
der idealen sphärischen Wellenfront und der realen Wellenfront
des Objektivs bei den Bildpunkten des Objektivs vermieden werden. Gleiches
gilt auch für die Phasenverzögerung der Phase
der ersten Beugungsordnung bei einem DOE in der Funktionsweise eines
Phasenobjektes für TE- und/oder TM-polarisiertes Licht.
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Die
Herstellung eines erfindungsgemäßen diffraktiven
optischen Elementes erfolgt durch ein Verfahren, bei dem die unterschiedlichen
Tastverhältnisse der binären Strukturierung an
den Orten des ersten Teilbereichs mit den unterschiedlichen Streifendichten
der binären Strukturierung entsprechend den Ergebnissen
von Rechnungen mit rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen
ausgelegt werden. Die Optimierung der Tastverhältnisse
erfolgt hierbei erfindungsgemäß mit Bezug auf
die Beugungseffizienzen der ersten Beugungsordnung der unterschiedlichen
Streifendichten und/oder die Phasenverzögerungen der Phase
der ersten Beugungsordnungen der unterschiedlichen Streifendichten.
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Ferner
erfolgt die Herstellung eines erfindungsgemäßen
diffraktiven optischen Elementes durch ein Verfahren, bei dem die
binäre Strukturierung des ersten Teilbereichs innerhalb
eines einzigen Strukturübertragenden Prozessschrittes mittels
klassischer Lithographie, Elektronenstrahl-Lithographie, Laserplottern,
Kopiertechniken oder Druckmethoden wie z. B. Nano-Imprint erzeugt
wird. Unter der Druckmethode Nano-Imprint wird ein Druckverfahren
verstanden bei dem eine positive Maske mit Strukturen bis hinab
zu wenigen Nanometern auf ein Substrat oder Druckkörper
mittels Abformung übertragen wird, so dass auf dem Druckkörper
eine negative Form der Maske entsteht. Ein Verfahren mit nur einem
einzigen Strukturübertragenden Prozessschritt ist einfach
und kostengünstig und weist nur geringe Fertigungsfehler auf.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
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1:
Eine schematische Darstellung einer binären Strukturierung
mit unterschiedlichen Streifendichten und unterschiedlichen Tastverhältnissen
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2:
Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
diffraktiven optischen Elements im Strahlengang einer Projektionsbelichtungsanlage für
die Mikrolithographie
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3:
Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
diffraktiven optischen Elements im Strahlengang einer Asphären-Prüfanlage
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4:
Ein Diagramm zur Darstellung der Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
eines binär strukturierten diffraktiven optischen Elements
in Abhängigkeit von der Streifendichte bei erfindungsgemäß angepasstem
Tastverhältnis.
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5:
Ein Diagramm zur Darstellung der Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
eines binär strukturierten diffraktiven optischen Elements
in Abhängigkeit von der Streifendichte bei einem Tastverhältnis
von 0,5 als Stand der Technik.
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6:
Ein Diagramm zur Darstellung der Beugungseffizienz für
TE-Polarisation der ersten Beugungsordnung eines binär
strukturierten diffraktiven optischen Elements in Abhängigkeit
von der Streifendichte bei erfindungsgemäß angepasstem Tastverhältnis.
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7:
Ein Diagramm zur Darstellung der Phasenverzögerung der
ersten Beugungsordnung eines binär strukturierten diffraktiven
optischen Elements in Abhängigkeit von der Streifendichte
bei erfindungsgemäß angepasstem Tastverhältnis.
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8:
Ein Diagramm zur Darstellung der Phasenverzögerung der
ersten Beugungsordnung eines binär strukturierten diffraktiven
optischen Elements in Abhängigkeit von der Streifendichte
bei einem Tastverhältnis von 0,5 als Stand der Technik.
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9:
Ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit
von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel
zu 4.
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10:
Ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit
von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel
zu 6.
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11:
Ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit
von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel
zu 7.
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12:
Ein Diagramm zur Darstellung der Streifendichte über die
Objekthöhe eines erfindungsgemäßen diffraktiven
optischen Elements zum Einsatz im Strahlengang einer Projektionsbelichtungsanlage
nach 2 oder einer Asphären-Prüfanlage nach 3.
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13:
Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
diffraktiven optischen Elements für das Ausführungsbeispiel
zu 12 beim Durchgang einer ebenen Welle.
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Die 1 zeigt
links zwei Strukturen eines binären diffraktiven optischen
Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjektes mit jeweils
gleich breiten Streifen und Lücken mit einer Streifenhöhe
h, einer Streifenbreite b und einer Streifendichte 1/P als Kehrwert
der Strukturausdehnung P. Das Tastverhältnis b/P ergibt
sich hieraus gemäß Streifenbreite b mal Streifendichte
1/P zu 0,5, da der Streifen und die Lücke gleich breit
sind. Insofern gibt das Tastverhältnis an, zu welchem Bruchteil
ein Streifen die Strecke P einer einzelnen Struktur eines binären
diffraktiven optischen Elements überdeckt. Die 1 zeigt
rechts schematisch eine erfindungsgemäß angepasste Strukturierung
eines binären diffraktiven optischen Elements mit unterschiedlichen
Streifendichten 1/P1, 1/P2 und 1/P3 und unterschiedlichen Streifenbreiten b1,
b2 und b3, wobei für die Streifendichten 1/P1 < 1/P2 < 1/P3 und für
die Streifenbreiten b1 > b3 > b2 gilt. Dadurch resultieren
unterschiedliche Tastverhältnisse der Größe
nach von b2/P2 < b1/P1
= 0,5 < b3/P3.
Da die Beugungseffizienz und die Phase der ersten Beugungsordnungen
vom Tastverhältnis abhängen, ist es nun möglich
durch gezielte Anpassung des Tastverhältnisses bei unterschiedlichen
Streifendichten, die durch die Aufgabenstellung des diffraktiven
optischen Elements vorgegeben sind, eine Anpassung der Beugungseffizienz
und/oder der Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung
gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte
Null vorzunehmen.
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Die
Ablenkung von Lichtstrahlen durch Beugung an einem binären
diffraktiven optischen Element als Phasenobjekt wird gemäß der
allgemeinen Beugungsgleichung beschrieben: n2·sin(βm) = n1·sin(α)
+ m·λ/P (1)mit:
- n2:
- Brechungsindex des
Streifens bei der Arbeitswellenlänge λ
- n1:
- Brechungsindex von
Luft bzw. des Umgebungsmediums des Streifens bei der Arbeitswellenlänge λ
- α:
- Einfallswinkel der
Lichtstrahlen zur Gitternormalen
- βm:
- Ausfalls- oder Beugungswinkel
zur Gitternormalen abhängig von der Beugungsordnung m
- m:
- Zahl der Beugungsordnung
- λ:
- Arbeitswellenlänge λ
- P:
- Strukturausdehnung
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Die
angegebene Formel (1) gilt für den Lichteinfall vom Umgebungsmedium
des Streifens aus auf die binäre Strukturierung. Für
den Lichteinfall vom Medium des Streifens aus auf die binäre
Strukturierung müssen die Brechungsindizes n1,
n2 getauscht werden. Die Beugungsgleichung
am Gitter gemäß Formel (1) geht für den
Grenzfall einer unendlich großen Strukturausdehnung in
das Snellsche Brechungsgesetzt n2·sin(β)
= n1·sin(α) über.
Gleichzeitig gehen in dem Grenzfall einer unendlich großen Strukturausdehnung
alle Beugungsordnungen in eine auslaufende Wellenfront mit einer
einheitlichen Phase über, die sich aus der Brechung der
einlaufenden Wellenfront am betrachteten Objekt ergibt. Hierbei
haben dann alle Beugungswinkel β ein und denselben Wert
des Ausfallswinkels β gemäß dem Snellschen
Brechungsgesetzes. Insofern können Bereiche des diffraktiven
optischen Elements mit sehr großer Strukturausdehnung auch
als Bereiche angesehen werden an denen Brechung statt Beugung stattfindet,
wodurch die Beugungsgleichung und das Snellsche Brechungsgesetz
identische Werte für den Beugungs- bzw. Brechungswinkel
ergeben. Insbesondere bei einer Streifendichte Null liegt eine solche Situation
vor, hierbei ist der Beugungswinkel der ersten Beugungsordnung identisch
mit dem Ausfallswinkel β gemäß dem Snellschen
Brechungsgesetzes und die Phase der ersten Beugungsordnung als auslaufende
Wellenfront ergibt sich aus der Phase der einlaufenden Wellenfront
nach der Brechung am betrachteten Objekt.
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In
der Regel wird bei einem binären diffraktiven optischen
Element in der Funktionsweise als Phasenobjekt die 0. Beugungsordnung
zur Vermeidung von Lichtverlusten unterdrückt, da sie in
der Regel nicht zur funktionellen Aufgabe des diffraktiven optischen
Elements beiträgt. Zur Unterdrückung der 0. Beugungsordnung
wird die Streifenhöhe h eines binären diffraktiven
optischen Elements gemäß der folgenden Beziehung
an den Brechungsindex der Lücke n1 bei
der Arbeitswellenlänge λ, den Brechungsindex des
Streifens n2 bei der Arbeitswellenlänge λ und
die Arbeitswellenlänge λ angepasst: λ = 2·h·|(n1 – n2)| (2)
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Hierdurch
wird sicher gestellt, dass der Teillichtstrahl der 0. Beugungsordnung,
der bei senkrechtem Einfall auf das diffraktive optische Element durch
einen Streifen verläuft eine Phasenverzögerung
von λ/2 erfährt gegenüber dem Teillichtstrahl
der 0. Beugungsordnung der durch die benachbarte Lücke
verläuft. Hierdurch überlagern sich beide Teillichtstrahlen
nach dem diffraktiven optischen Element destruktiv und führen
zu einer Unterdrückung der 0. Beugungsordnung bei einem
solchen Phasenobjekt. Implizit kann auch anhand der Formel (2) die Arbeitswellenlänge λ eines
vorliegenden diffraktiven optischen Elements als Phasenobjekt mit
Unterdrückung der 0. Beugungsordnung anhand der Streifenhöhe
h und der Brechungsindizes n1 und n2 ermittelt werden. Zu beachten ist hierbei
jedoch, dass die Brechungsindizes n1 und
n2 selbst wiederum von der Arbeitswellenlänge λ abhängen,
so dass die Arbeitswellenlänge λ anhand der Formel
(2) nur implizit ermittelt werden kann. Im Grenzfall einer Streifendichte von
Null kann der Standpunkt eingenommen werden, dass mangels destruktiver
Interferenz, da entweder, je nach Betrachtungsweise, der Streifen
oder die Lücke fehlt, die 0. Beugungsordnung mit einer
Beugungseffizienz von 100% vorhanden ist und die auslaufende Wellenfront
darstellt. Alternativ kann aber auch der Standpunkt eingenommen
werden, dass im Grenzfall einer Streifendichte von Null die 0. Beugungsordnung
nach wie vor fehlt und die auslaufende Wellenfront sich mit einer
Beugungseffizienz von 100% zusammensetzt aus der Summe aller ungeraden
Beugungsordnungen angefangen bei der +1. und –1. Beugungsordnung
mit jeweils etwa 40,5%, der +3. und –3. Beugungsordnung
mit jeweils etwa 4,5% usw.
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Die
2 zeigt
eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
mit einem erfindungsgemäßen diffraktiven optischen
Element DOE1 nahe der Pupille P2 eines Projektionsobjektivs
6 in
Form eines sogenannten RCR-Designs (refraktiv katadioptrisch refraktiv)
auf der Rückseite S1 einer negativen Linse NL2. Die Projektionsbelichtungsanlage
besteht aus der Lichtquelle
1, der Strahlzuführung „beam
delivery"
3, dem Beleuchtungssystem
5 und dem
Projektionsobjektiv
6. Das Projektionsobjektiv
6 ist
der Anmeldung
GB 2 428
491 A entnommen und besteht aus einem ersten refraktiven
Teil, umfassend die Teilgruppen LG11 und LG12, der eine Maske in
der Objektebene OS in ein Zwischenbildbereich unmittelbar in Strahlrichtung
hinter dem Umlenkspiegel FM1 abbildet. Der zweite katadioptrische Teil
CG des Projektionsobjektivs
6 stellt einen sogenannten
Schupmann-Achromaten dar, der den ersten Zwischenbildbereich in
einen zweiten Zwischenbildbereich unmittelbar in Strahlrichtung
vor dem zweiten Umlenkspiegel FM2 abbildet und dabei die Aufgabe
der Korrektur der chromatischen Längsaberration und der
Petzval-Summe des Projektionsobjektivs
6 übernimmt.
Diese Korrekturaufgaben werden bei einem Schupmann-Achromaten durch
das Zusammenspiel eines konkaven Spiegels CM mit einer oder mehreren
negativen Linsen NL1, NL2 erreicht. Das erfindungsgemäße
diffraktive optische Element DOE1 hat gegenüber
GB 2 428 491 A nicht nur
die Aufgabe die Korrektur der chromatischen Längsaberration
der Gruppe CG zu unterstützen, sondern auch die Aufgabe
für eine homogene Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
zu sorgen, so dass im Fernfeld bzw. der Fourier-transformierten
Ebenen die Beugungsordnungen mit gleicher Intensität zu
liegen kommen. Der zweite refraktive Teil des Projektionsobjektivs,
umfassend die Teilgruppen LG31 bis LG34 bildet den zweiten Zwischenbildbereich
unmittelbar in Strahlrichtung vor dem Umlenkspiegel FM2 in die Bildebene
IS ab. Neben den erwähnten Feldebenen (Objektebene OS, Zwischenbildbereiche
und Bildebene IS) besitzt das Projektionsobjektiv
6 auch
mehrere Pupillenebenen P1 bis P3, eine optische Achse OA und eine
Blende AS. Der Einsatzort des erfindungsgemäßen
diffraktiven optischen Elements DOE1 nahe der Pupille des Projektionsobjektivs
steht hierbei lediglich exemplarisch für viele Einsatzorte
innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage angefangen von der
Strahlzuführung
3 zum Beleuchtungssystem
5, über
das Beleuchtungssystem
5 bis hin zum Projektionssystem
6.
Ebenso steht das RCR-Design lediglich exemplarisch für
viele Designformen eines Projektionsobjektivs. Ein erfindungsgemäßes
diffraktiven optisches Element DOE1 innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage
für die Mikrolithographie kann genutzt werden, um bestimmte
Abbildungsfehler eines Projektionsobjektivs oder eines Beleuchtungssystems einer
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zu korrigieren. Dies
sind neben dem Farblängsfehler, wie in
GB 2 428 491 A , der Farbvergrößerungsfehler,
das sekundäre Spektrum, die farbige Variation der Koma,
monochromatische Abbildungsfehler, Telezentrie, Homogenität
der Feldausleuchtung, Homogenität der Pupillenausleuchtung
und Elliptizität der Pupille. Optische Baugruppen innerhalb
von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie
sind in der Regel dahingehend ausgelegt, dass sie in Feld- und Pupillenebenen
homogene Intensitätsverteilungen realisieren können.
Insofern bietet ein erfindungsgemäßes diffraktives
optisches Element gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass
die Beugungseffizienzen der ersten Beugungsordnung alle die gleiche
Intensität aufweisen. Die Beugungsordnungen kommen in der
Regel in der Fourier-transformierten Ebene des diffraktiven optischen
Elements innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage zu liegen.
Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen diffraktiven
optischen Elements gegenüber dem Stand der Technik besteht
darin, dass ein solches Element gegen ein anderes erfindungsgemäßes
diffraktives optisches Element getauscht werden kann, da die erfindungsgemäßen
diffraktiven optischen Elemente so ausgelegt werden können,
dass sie eine homogene Phasenverzögerung über
verschiedene Streifendichten aufweisen. Hierdurch ist es auch möglich
erfindungsgemäße diffraktive optische Elemente
gegeneinander zu tauschen, welche unterschiedliche, funktionelle
Aufgaben erfüllen, siehe z. B. oben die Diskussion über
die Abbildungsfehler. Unterschiedliche funktionelle Aufgaben spiegeln
sich in unterschiedlichen Verteilungen der Streifendichten über
das diffraktive optische Element wieder. Ein solcher Tausch wäre
mit diffraktiven optischen Elementen bei unterschiedlichen funktionellen
Aufgaben gemäß dem Stand der Technik nicht möglich,
da durch den Tausch eine inhomogene Phasenverzögerung z.
B. in das Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage
eingebracht werden würde, welche aufgrund der Spezifikation
für das Projektionsobjektiv nicht erlaubt wäre.
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Die 3 zeigt
schematisch ein erfindungsgemäßes binäres
diffraktives optisches Element 10 innerhalb des Strahlengangs
einer nicht weiter dargestellten Asphären-Prüfanlage
mit einer zu prüfenden Asphärischen Fläche 14 und
einer von der Asphären-Prüfanlage ausgehenden,
sowie zurückkehrenden Wellenfront 15. Im Folgenden
wird die Wellenfront 15 in eine ausgehende Wellenfront 15a und eine
zurückkehrende Wellenfront 15b unterteilt. Die 3 entspricht
der 3 aus dem Artikel „Asphärenprüfung
mit computergenerierten Hologrammen" von Stephan Reichelt und Hans
Tiziani, Technisches Messen 73 (2006) 10, Oldenburg Verlag.
Jedoch wurde das dort gezeigte diffraktive optische Element durch
ein erfindungsgemäßes diffraktives optisches Element 10 ersetzt.
Aufgabe des diffraktiven optischen Elements 10 ist es,
die von der Prüfanlage ausgehende Wellenfront 15a so
auf die zu prüfende Asphäre zu lenken, dass die
Normale der Wellenfront an jeder Stelle der Asphäre parallel
zu der Normalen der Asphäre ist und somit die Wellenfront
senkrecht auf die Asphären einfällt. Ferner ist
es die Aufgabe des diffraktiven optischen Elements, die von der
Asphäre zurück reflektierte Wellenfront so umzulenken, dass
diese zurückkehrende Wellenfront 15b nach dem
diffraktiven optischen Element 10 wieder nahezu der ausgehenden
Wellenfront 15a entspricht. Aus den kleinen Differenzen
zwischen der zurückkehrenden Wellenfront 15b und
der ausgehenden Wellenfront 15a wird innerhalb der Asphären-Prüfanlage
die Abweichung der zu prüfenden Asphäre 14 von
der idealen Form ermittelt. Für den oberen von der Prüfanlage
ausgehenden Lichtstrahl der Wellenfront 15a ist die Ablenkwirkung
aufgrund von Beugung des binären diffraktiven optischen
Elements 10 gezeigt. Die –1. Beugungsordnung 13 des
Lichtstrahls wird senkrecht auf die Asphären gelenkt, hingegen
die 0. Beugungsordnung 12 und die +1. Beugungsordnung 11 mit
Winkeln versehen, die dafür sorgen, dass das zugehörige
Licht nicht in die Prüfanlage zurück gelangt. Für
den unteren von der Prüfanlage ausgehenden Lichtstrahl
wäre es bei dieser Nomenklatur die +1. Beugungsordnung,
die senkrecht auf die zu prüfende Asphäre fällt.
Insofern ist im Rahmen dieser Anmeldung unter der ersten Beugungsordnung
immer die genutzte erste Beugungsordnung zu verstehen unabhängig
von der jeweiligen Nomenklatur. Beim Einsatz eines erfindungsgemäßen
diffraktiven optischen Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjektes
mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung fehlt die 0. Beugungsordnung 12 in 3,
da sie aufgrund der Anpassung der Streifenhöhe h gemäß Formel
(2) durch destruktive Interferenz unterdrückt wird. Der Vorteil
eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen
Elements 10 gegenüber dem Stand der Technik liegt
bei der Asphären-Prüfanlage darin, dass, durch
die Homogenisierung der Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung,
die in die Asphären-Prüfanlage zurückkehrende
Wellenfront 15b bei der Abbildung auf eine Messfläche,
wie z. B. ein CCD-Chip, über die Messfläche mit
konstanter Intensität abgebildet wird. Dabei kann die Intensität
so eingestellt werden, dass sie der Intensität der Referenzwellenfront
in der Asphären-Prüfanlage entspricht. Hierdurch
ist es möglich einen maximalen Interferenzkontrast und
somit optimale Auswertemöglichkeiten zu erzeugen.
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Die 4 zeigt
ein Diagramm der theoretischen Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
in Abhängigkeit der Streifendichte bei erfindungsgemäß angepassten
Tastverhältnissen eines binären diffraktiven optischen
Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjekts mit Unterdrückung der
0. Beugungsordnung. Das optimale Tastverhältnis bei einer
gegebenen Streifendichte für das Ausführungsbeispiel
zu 4 ist das Ergebnis einer Optimierung mittels rigoroser
Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen und ist in 9 in
Abhängigkeit von der Streifendichte dargestellt. Die Optimierung
der Tastverhältnisse wurde im Hinblick auf eine konstante
Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung bei unpolarisiertem
Licht durchgeführt. Als unpolarisiertes Licht gilt im Rahmen
dieser Anmeldung Licht, das sich aus 50% TE-polarisiertem Licht und
50% TM-polarisiertem Licht zusammen setzt. Anhand des Diagramms
ist zu erkennen, dass die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
für unpolarisiertes Licht bei entsprechend angepassten Tastverhältnissen
für die verschiedensten Streifendichten bei etwa 24% liegt
und nur um etwa 0,5% von diesem Wert abweicht. Die Streifendichte
ist in allen Diagrammen dieser Anmeldung in der Einheit 1/λ aufgetragen,
um eine Unabhängigkeit der Diagramme von der Arbeitswellenlänge λ zu
gewährleisten. Bei einer konkreten Arbeitswellenlänge
von z. B. 633 nm erstrecken sich die dargestellten Werte von einer Streifendichte
von etwa 80/mm bis zu etwa 1500/mm. In dem Diagramm sind noch die
entsprechenden Beugungseffizienzen der ersten Beugungsordnung für
TE und TM-polarisiertes Licht des binären diffraktiven
optischen Elements angegeben. Anhand dieser Beugungseffizienzwerte
für die verschiedenen Polarisationsrichtungen ist zu erkennen,
dass z. B. bei einer Streifendichte von etwa 0,55·1/λ die
Beugungseffizienzen der beiden Polarisationsrichtungen sehr unterschiedliche
Werte aufweisen und sich diese Werte dennoch zu einer Beugungseffizienz
für unpolarisiertes Licht von etwa 24% ergänzen.
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Die 5 zeigt
ein Diagramm der theoretischen Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
in Abhängigkeit der Streifendichte bei einem konstanten
Tastverhältnis von 0,5 eines binären diffraktiven
optischen Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjekts mit
Unterdrückung der 0. Beugungsordnung als Stand der Technik
zum Vergleich mit dem Diagramm aus 4. Die getätigten
Aussagen zum Diagramm in 4 hinsichtlich Arbeitswellenlänge
und Einheit der Streifendichte gelten für 5 entsprechend.
Die in 5 angegebenen Beugungseffizienzen sind das Ergebnis
von Rechnungen mittels rigoroser Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen.
Anhand des Diagramms in 5 ist im Vergleich zum Diagramm
in 4 zu erkennen, dass für nahezu alle dargestellten
Beugungseffizienzen ein konstantes Tastverhältnis von 0,5
zu höheren Beugungseffizienzen führt. Jedoch ist anhand
des Diagramms in 5 im Vergleich zum Diagramm
in 4 zu erkennen, dass die Variation der Beugungseffizienz
für ein konstantes Tastverhältnis von 0,5 mit
etwa 18% sehr viel größer ist als die Variation
der Beugungseffizienz für entsprechend angepasste Tastverhältnisse
mit etwa 0,5%. Insofern eignet sich ein erfindungsgemäß angepasstes
binäres diffraktives optisches Element dazu, die Beugungseffizienz
der ersten Beugungsordnung über die verschiedensten Streifendichten
hinweg zu homogenisieren.
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Die 6 zeigt
ein Diagramm der theoretischen Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
in Abhängigkeit der Streifendichte bei erfindungsgemäß für
TE-Polarisation angepassten Tastverhältnissen eines binären
diffraktiven optischen Elements in der Funktionsweise eines Phasenobjekts
mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung. Die getätigten
Aussagen zum Diagramm in 4 hinsichtlich Arbeitswellenlänge
und Einheit der Streifendichte gelten für 6 entsprechend.
In dem Ausführungsbeispiel zu 6 sind die
Tastverhältnisse bei unterschiedlichen Streifendichten
auf eine homogene Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung für
TE-polarisiertes Licht hin mit rigorosen Methoden zur Lösung
der Maxwell-Gleichungen optimiert. Die optimierten Tastverhältnisse
des Ausführungsbeispiels zu 6 sind in
Abhängigkeit von der Streifendichte in 10 dargestellt.
Anhand des Diagramms in 6 ist zu erkennen, dass für
TE-Polarisation die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung
für verschiedenste Streifendichten durch entsprechende
Anpassung der Tastverhältnisse auf etwa 24% mit einer Variation
von unter 1% eingestellt und somit homogenisiert werden kann. Hingegen
ergeben sich für die TM-Polarisation hierbei zum Teil wesentlich
höhere Beugungseffizienzwerte mit einer sehr hohen Variation
von bis zu 16%. Die anhand des Ausführungsbeispiels eines
binären diffraktiven optischen Elements gemäß dem
Diagramm in 6 getroffene Optimierung für
TE-polarisiertes Licht, lässt sich in gleicher Weise auf
ein Ausführungsbeispiel für TM-polarisiertes Licht übertragen.
In diesem Fall lässt sich die Beugungseffizienz für
TM-polarisiertes Licht über die verschiedenen Streifendichten
hinweg durch entsprechende Anpassung der Tastverhältnisse
homogenisieren und die Beugungseffizienz für TE-polarisiertes
Licht zeigt hierbei eine hohe Variation über die verschiedenen
Streifendichten.
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Die 7 zeigt
ein Diagramm der theoretischen Phasenverzögerung der Phase
der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung
bei einer Streifendichte Null für TE-polarisiertes Licht
in Abhängigkeit der Streifendichte bei einem erfindungsgemäßen
binären diffraktiven optischen Element in der Funktionsweise
eines Phasenobjekts mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung.
Ebenso dargestellt ist die Phasenverzögerung hierbei zwischen
der Phase der ersten Beugungsordnung für TE-polarisiertes
Licht und der Phase der ersten Beugungsordnung für TM-polarisiertes Licht
in Abhängigkeit der Streifendichte. In dem Ausführungsbeispiel
zu 7 sind die Tastverhältnisse bei unterschiedlichen
Streifendichten auf eine homogene Phasenverzögerung der
Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der
ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null für TE-polarisiertes
Licht hin mit rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen
optimiert. Die optimierten Tastverhältnisse des Ausführungsbeispiels
zu 7 sind in Abhängigkeit von der Streifendichte
in 11 dargestellt. Die getätigten Aussagen
zum Diagramm in 4 hinsichtlich Arbeitswellenlänge
und Einheit der Streifendichte gelten für 7 entsprechend.
Anhand des Diagramms in 7 ist zu erkennen, dass es anhand
eines weiteren Ausführungsbeispiels möglich ist,
die Phasenverzögerung der ersten Beugungsordnung gegenüber
der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null über
verschiedene Streifendichten hinweg für TE-polarisiertes Licht
zu homogenisieren, im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß dem Diagramm in 6, bei dem
die Beugungseffizienz für TE-polarisiertes Licht homogenisiert
ist. Die Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung
gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte
Null über verschiedenste Streifendichten hinweg für
TE-polarisiertes Licht beträgt in dem Diagramm in 7 weniger
als 0.01 rad. Anhand des Diagramms in 7 ist ferner
zu erkennen, dass die Phasenverzögerung zwischen TE- und
TM-polarisiertem Licht kleiner gleich 0,04 rad für die
verschiedenen Streifendichten beträgt. Insofern ist es
beim Ausführungsbeispiel zu 7 möglich,
gleichzeitig die Phasenverzögerung der Phase der ersten
Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung
bei Streifendichte Null für TE-polarisiertes Licht und
für TM-polarisiertes Licht nahezu zu homogenisieren.
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Die 8 zeigt
ein Diagramm der theoretischen Phasenverzögerung der Phase
der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung
bei Streifendichte Null für TE-polarisiertes Licht und
der Phasenverzögerung der ersten Beugungsordnung zwischen
TE-polarisiertem Licht und TM-polarisiertem Licht in Abhängigkeit
der Streifendichte. Das der 8 zugrundeliegende
binären diffraktiven optischen Elements in der Funktionsweise
eines Phasenobjektes mit Unterdrückung der 0. Beugungsordnung
mit einem konstanten Tastverhältnis von 0,5 ist als Stand
der Technik zum Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 aufgeführt.
Die getätigten Aussagen zum Diagramm in 4 hinsichtlich
Arbeitswellenlänge und Einheit der Streifendichte gelten
für 8 entsprechend. Die in 8 dargestellten
Phasenwerte sind anhand rigoroser Methoden zur Lösung der
Maxwell-Gleichung berechnet. Anhand des Diagramms in 8 ist
zu erkennen, dass die Phasenverzögerung der Phase der ersten
Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten Beugungsordnung
bei Streifendichte Null für TE-polarisiertes Licht Werte
von 0,2 rad oder größer für verschiedene
Streifendichten annehmen kann. Ferner ist zu erkennen, dass die
Phasenverzögerung der Phase der ersten Beugungsordnung
zwischen TE-polarisiertem Licht und TM-polarisiertem Licht ähnlich
niedrige Werte aufweist wie beim Ausführungsbeispiel zum
Diagramm in 7. Das bedeutet, dass die Phasenverzögerung
der Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase
der ersten Beugungsordnung bei Streifendichte Null für
TM-polarisiertes Licht ebenso inhomogen über die verschiedenen
Streifendichten verläuft wie die Phasenverzögerung
der Phase der ersten Beugungsordnung für TE-polarisiertes
Licht. Somit führt ein konstantes Tastverhältnis
von 0,5 zu einer sehr inhomogenen Phasenverzögerung der
Phase der ersten Beugungsordnung gegenüber der Phase der ersten
Beugungsordnung bei Streifendichte Null über die verschiedensten
Streifendichten mit und ohne Betrachtung von Polarisationsrichtungen.
Eine solch inhomogene Phasenverzögerung der Phase der ersten
Beugungsordnung über die verschiedensten Streifendichten
hinweg erlaubt es nicht, dass binäre diffraktive optische
Elemente mit einem konstanten Tastverhältnis von 0,5 als
Austausch-Elemente innerhalb von Projektionsobjektiven von Projektionsbelichtungsanlagen
für die Mikrolithographie eingesetzt werden können.
Solche Projektionsobjektive sind seitens ihrer Korrektur auf eine
weit geringere Phasenverzögerung für einen Feldpunkt
zwischen der Objektivwellenfront und einer idealen sphärischen Wellenfront
abgestimmt.
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Die 9 zeigt
ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit
von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel
zu 4. Es ist zu erkennen, dass als Ergebnis der Optimierung
mit den rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwellwellgleichungen
sich Tastverhältnisse zwischen 0,4 und 0,8 ergeben. Ferner
ist zu erkennen, dass erst bei einer Streifendichte von größer
als 0,4·1/λ die Tastverhältnisse verstärkt
mit der Streifendichte variieren.
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Die 10 zeigt
ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit
von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel
zu 6. Es ist zu erkennen, dass als Ergebnis der Optimierung
mit den rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwellwellgleichungen
sich Tastverhältnisse zwischen 0,4 und 0,8 ergeben. Ferner
ist zu erkennen, dass erst bei einer Streifendichte von größer
als 0,4·1/λ die Tastverhältnisse verstärk
mit der Streifendichte variieren.
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Die 11 zeigt
ein Diagramm zur Darstellung der Tastverhältnisse in Abhängigkeit
von der Streifendichte für das Ausführungsbeispiel
zu 7. Es ist zu erkennen, dass als Ergebnis der Optimierung
mit den rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwellwellgleichungen
sich Tastverhältnisse zwischen 0,5 und 0,9 ergeben. Ferner
ist zu erkennen, dass die Tastverhältnisse über
den gesamten Streifendichtebereich variieren.
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Die 12 zeigt
ein Diagramm zur Darstellung der Streifendichte über die
Objekthöhe eines erfindungsgemäßen diffraktiven
optischen Elements zum Einsatz im Strahlengang einer Projektionsbelichtungsanlage
nach 2 oder einer Asphären-Prüfanlage
nach 3. Die Objekthöhe des diffraktiven optischen
Elements beträgt nahezu 50 mm, so dass das diffraktive
optische Element einen Durchmesser von nahezu 100 mm aufweist. Die Streifendichte
variiert über die Objekthöhe von Null bis über
600/mm. Die Arbeitswellenlänge beträgt bei diesem
Beispiel 633 nm.
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Die 13 zeigt
das erfindungsgemäße diffraktive optische Element
für das Ausführungsbeispiel zu 12 beim
Durchgang einer ebenen Welle. Eine senkrecht auf das diffraktive
optische Element 20 einfallende ebene Wellenfront 25a wird
durch das diffraktive optische Element in eine auslaufende gebogene
Wellenfront 25b umgewandelt. Die auslaufende gebogene Wellenfront 25b hat
in diesem Beispiel die Form eines Sombreros. Eine solche Wellenfront 25b kann
z. B. innerhalb eines Beleuchtungssystems und/oder eines Projektionsobjektivs
für eine Projektionsbelichtungsanlage für die
Mikrolithographie dazu dienen, die sphärische Aberration
als Abbildungsfehler zu korrigieren oder vorzuhalten, siehe die
Beschreibung zu 2. Ferner kann eine solche Wellenfront 25b innerhalb
einer Asphären-Prüfanlage dazu dienen, eine entsprechend
einem Sombrero geformte Asphäre zu vermessen, siehe die
Beschreibung zu 3.
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Auch
wenn die Erkenntnis zur Anpassung der Tastverhältnisse
bei unterschiedlichen Streifendichten eines binären diffraktiven
optischen Elements aus der rigorosen Lösung der Maxwell-Gleichungen im
Rahmen der vorliegenden Ausführungsbeispielen nur auf Phasenobjekte
als binäre diffraktive optische Elemente angewendet wird,
so kann sie auch analog auf eine entsprechende Anpassung der Tastverhältnisse
bei unterschiedlichen Streifendichten eines binären diffraktiven
optischen Elements bei Amplitudenobjekten als binäre diffraktive
optische Elemente übertragen werden, da die Maxwell-Gleichungen
universale Gültigkeit haben. Es muss hierbei lediglich bei
den rigorosen Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichungen
die Darstellung der Streifen und Lücken für Amplitudenobjekte
durch entsprechende komplexe Brechungsindizes erfolgen.
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Ferner
ist zu beachten, dass die in den Diagrammen der 4 bis 8 angegebenen
Werte auf theoretischen Rechnungen mit idealen binären diffraktiven
Elementen beruhen und daher reale diffraktive optische Elemente
aufgrund von Fertigungsfehlern hiervon abweichen können.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6728036
B2 [0003, 0004, 0004, 0004]
- - US 7139127 B2 [0003]
- - WO 2007/031992 A1 [0006]
- - GB 2428491 A [0039, 0039, 0039]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Asphärenprüfung
mit computergenerierten Hologrammen", Stephan Reichelt und Hans
Tiziani, Technisches Messen 73 (2006) 10, Oldenburg Verlag [0005]
- - „Asphärenprüfung mit computergenerierten
Hologrammen" von Stephan Reichelt und Hans Tiziani, Technisches
Messen 73 (2006) 10, Oldenburg Verlag [0040]