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Dokumentenidentifikation DE102006021334B3 30.08.2007
Titel Polarisationsbeeinflussendes optisches Element sowie Verfahren zu dessen Herstellung sowie optisches System und mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Element
Anmelder Carl Zeiss SMT AG, 73447 Oberkochen, DE
Erfinder Müller, Ralf, 73431 Aalen, DE;
Krähmer, Daniel, 73431 Aalen, DE
DE-Anmeldedatum 05.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006021334
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.08.2007
IPC-Hauptklasse G02B 5/30(2006.01)A, F, I, 20060505, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G03F 7/20(2006.01)A, L, I, 20060505, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element, welches für hindurchtretendes Licht infolge Spannungsdoppelbrechnung eine Verzögerungsverteilung zwischen orthogonalen Polirisationszuständen bewirkt, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Schritt auf: Zusammenfügen einer ersten Komponente (110, 220, 310, 410, 510) und einer zweiten Komponente (120, 210, 320, 420, 520), wobei eine nichtplane Oberfläche der ersten Komponente im Wesentlichen nahtlos an eine plane Oberfläche der zweiten Komponente gefügt wird, wodurch in dem so ausgebildeten polarisationsbeeinflussenden optischen Element eine die besagte Spannungsdoppelbrechung bewirkende mechanische Spannung erzeugt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung

Das erfindungsgemäße polarisationsbeeinflussende optische Element ist insbesondere in einer Beleuchtungseinrichtung oder einem Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage vorteilhaft einsetzbar, um eine in diesem optischen System vorhandene Störung der Polarisationsverteilung wenigstens teilweise zu kompensieren.

Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Eine solche Projektionsbelichtungsanlage weist eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv auf. Im Mikrolithographieprozess wird das Bild einer mit Hilfe der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Schicht zu übertragen.

Sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv wird für eine kontrastreiche Abbildung mit hoher Auflösung die Einstellung definierter Polarisationsverteilungen gefordert. Hierbei tritt das Problem auf, dass eine zunächst vorhandene bzw. eingestellte Polarisationsverteilung eines das optische System durchquerenden Lichtbündels durch vorhandene polarisationsbeeinflussende Effekte, insbesondere über Fassungskomponenten induzierte Spannungsdoppelbrechung, gravitationsinduzierte Spannungsdoppelbrechung, intrinsische Doppelbrechung (IDB) oder natürliche Doppelbrechung in dem Material der optischen Komponenten wie z.B. Linsen, sowie auch durch polarisationsbeeinflussende Effekte dielektrischer Schichten in unerwünschter Weise verändert wird, was letztendlich zu Telezentriefehlern und zu Kontrastverlusten in der optischen Abbildung führt, da unterschiedlich starke Verzögerungen im optischen System eingeführt werden. Mit „Verzögerung" wird die Differenz der optischen Wege zweier orthogonaler (senkrecht zueinander stehender) Polarisationszustände bezeichnet.

Aus US 6,252,712 B1 ist ein optisches System mit mindestens einem optischen Element, welches eine Störung der Polarisationsverteilung über den Querschnitt eines Lichtbündels bewirkt, bekannt, wobei mindestens ein doppelbrechendes optisches Element mit über den Querschnitt unregelmäßig variierender Dicke derart vorgesehen ist, dass die Störung der Polarisationsverteilung zumindest teilweise kompensiert wird. Hierzu wird das wenigstens eine doppelbrechende optische Element vorzugsweise mittels Ionenstrahlbearbeitung mit einer Freiformfläche versehen, wobei ferner benachbart in den Strahlengang jeweils eine Wellenfrontkompensationsplatte aus optisch isotropem Material (Quarzglas) mit entsprechend optisch negativer Form (d.h. optisch komplementärer Dickenverteilung über den Querschnitt) eingebracht wird.

Aus EP 1 022 617 A2 ist es u.a. bekannt, zur Kompensation von Verzeichnung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage eine optische Korrekturplatte einzusetzen, deren zwei gegenüberliegende Oberflächen ein identisches asphärisches Profil aufweisen. Die Korrekturplatte wird aus einem Ausgangselement hergestellt, indem beispielsweise dieses Ausgangselement z.B. durch Aufbringen einer Schichtenfolge einseitig mit einem Höhenprofil versehen und dann mit dieser Seite mittels Vakuum gegen eine Referenzfläche gesaugt wird, woraufhin die freiliegende Seite poliert und anschließend die Platte von der Referenzfläche gelöst wird.

Aus WO 2005/069081 A2 ist u.a. ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element bekannt, welches aus einem optisch aktiven Kristall besteht und ein in Richtung der optischen Achse des Kristalls variierendes Dickenprofil aufweist.

Aus DE 195 35 392 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elements bekannt, das für durchtretendes Licht eine durch Spannungsdoppelbrechung verursachte Verzögerungsverteilung zwischen orthogonalen Polarisationszuständen bewirkt. Dabei werden eine erste Komponente und eine zweite Komponente in Form von Planplatten nahtlos aneinander gefügt, wobei eine Komponente unter Druckspannung steht und somit für die Spannungsdoppelbrechung sorgt.

Aus DE 103 28 938 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elements bekannt, das eine Verzögerungsverteilung zwischen orthogonalen Polarisationszuständen herbeiführt, bei dem zwei Platten nahtlos aneinander gefügt werden. Dabei weisen die Platten lokale Dickenschwankungen auf, die durch Einbrigen eines Höhenprofils in die aneinanderzufügenden Oberflächen der Platten erzeugt werden. Diese Dickenschwankungen kompensieren Störungen der Polarisationsverteilung, denn die Platten selbst bestehen aus MgF2 und sind somit von Hause aus doppelbrechend.

Aus US 6437916 B1 ist bekannt, zwei optische Komponenten aneinanderzufügen, wobei die zweite Komponente eine Spannung auf die erste Komponente ausübt und dadurch in dieser eine Spannungsdoppelbrechung bewirkt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes sowie eine alternative Realisierung eines polarisationsbeeinflussendes optisches Element bereitzustellen, mittels dem eine lokale Störung der Polarisationsverteilung in einem optischen System wenigstens teilweise kompensiert werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes, welches für hindurchtretendes Licht infolge Spannungsdoppelbrechung eine Verzögerungsverteilung zwischen orthogonalen Polarisationszuständen bewirkt, weist den Schritt auf:

Zusammenfügen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente, wobei eine nichtplane mit einem definierten Höhenprofil versehene Oberfläche der ersten Komponente im Wesentlichen nahtlos an eine plane Oberfläche der zweiten Komponente gefügt wird, wodurch in dem so ausgebildeten polarisationsbeeinflussenden optischen Element eine die besagte Spannungsdoppelbrechung bewirkende mechanische Spannung erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine gewünschte Spannungsdoppelbrechung (= SDB) bzw. eine hierdurch bewirkte Verzögerungsverteilung zwischen orthogonalen Polarisationszuständen dadurch in kontrollierter und vorhersagbarer Weise erzeugt werden kann, dass eine nichtplane Oberfläche einer Komponente nahtlos an eine plane Oberfläche einer anderen Komponente gefügt wird, wenn aus dieser Aneinanderfügung eine erzwungene Deformation zumindest einer der beiden Komponenten und damit die Einleitung einer mechanischen Spannung in dieser Komponente resultiert.

Bestimmend für die mittels dieses Prinzips letztendlich erhaltende SDB bzw. Verzögerungsverteilung ist neben den Materialien bzw. Abmessungen (insbesondere Dicken) der beiden Komponenten vor allem die genaue Gestalt der nichtplanen Oberfläche, d.h. das auf der nichtplanen Oberfläche bei der Aneinanderfügung vorhandene Höhenprofil, welches in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzielung einer vorbestimmten Verzögerungsverteilung im Voraus berechnet wird.

Das erfindungsgemäße polarisationsbeeinflussende optische Element ist grundsätzlich zur zumindest teilweisen Kompensation einer beliebigen bekannten zweidimensionalen Verzögerungsverteilung geeignet. Dabei kann es sich zum einen um eine Kompensation unerwünschter Störungen der Polarisationsverteilung handeln, welche in den jeweiligen optischen Systemen (z.B. Projektionsobjektiven) systematisch bzw. in im Wesentlichen gleichbleibender Weise auftreten, in welchem Falle dann die Berechnung des zur Ausbildung der nichtplanen Oberfläche zu erzeugenden Höhenprofils im Voraus bzw. auf Basis vorhandener theoretischer Erkenntnisse bzw. Daten erfolgen kann.

Zum anderen kann das erfindungsgemäße polarisationsbeeinflussende optische Element auch zur Kompensation von Störungen der Polarisationsverteilung dienen, die sich von einem optischen System (z.B. Projektionsobjektiv) zum anderen unterscheiden, beispielsweise aufgrund der Materialeigenschaften der jeweils im System verwendeten Linsen. Der Einsatz des polarisationsbeeinflussende optischen Elementes bietet dabei die Möglichkeit, auf spezielle individuelle Verzögerungsverteilungen individuell zu reagieren, indem eine (z.B. relativ komplizierte) Verzögerungsverteilung zunächst polarisationsoptisch gemessen und dann das betreffende Höhenprofil entsprechend ausgebildet wird, um eine in geeigneter Weise kompensierende SDB einzustellen.

Dabei kann dieses Höhenprofil zur Ausbildung der erfindungsgemäß benötigten, nichtplanen Oberfläche auf einer bereits im jeweils zu korrigierenden optischen System vorhandenen, zunächst planen Oberfläche ausgebildet werden, z.B. auf der planen Oberfläche einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorrübergehend ausgebauten plankonvexen oder plankonkaven Linse eines polarisationsoptisch zu korrigierenden optischen Teilsystems (beispielsweise auf der Lichtaustrittsfläche der typischerweise plankonvex ausgebildeten bildebenenseitig letzten Linse eines Immersionsobjektivs). In diesem Falle dient als weitere, die anzufügende plane Oberfläche aufweisende Komponente vorzugsweise eine planparallele Platte, welche dann an die mit dem Höhenprofil versehene Oberfläche im erfindungsgemäßen Verfahren angefügt wird.

Des Weiteren kann das Höhenprofil zur Ausbildung der erfindungsgemäß benötigten, nichtplanen Oberfläche auch auf einem zusätzlichen optischen Element (typischerweise einer zunächst planparallelen Platte) ausgebildet werden. In diesem Falle dient als weitere, die anzufügende plane Oberfläche aufweisende Komponente vorzugsweise ebenfalls eine planparallele Platte, welche dann an die mit dem Höhenprofil versehene Oberfläche im erfindungsgemäßen Verfahren angefügt wird.

Da die erfindungsgemäß angestrebte Wirkung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes durch gezielte Einleitung von Spannungsdoppelbrechung erreicht wird, kommt es hinsichtlich der Materialien, aus denen die ersten bzw. zweite Komponente hergestellt sind, lediglich darauf an, dass diese für die vorgesehene Arbeitswellenlänge im Wesentlichen transparent sind. Geeignete Materialien sind bei einer typischen Arbeitswellenlänge von 193 nm beispielsweise Quarzglas (SiO2) oder Kalziumfluorid (CaF2). Sofern die betreffenden Materialien selbst eine (intrinsische oder natürliche) Doppelbrechung aufweisen, so wird diese im Wesentlichen der erfindungsgemäß gezielt zur Kompensation eingesetzten SDB überlagert und kann durch entsprechende Einstellung der durch SDB bewirkten Verzögerungsverteilung mit kompensiert werden.

Die Erfindung betrifft auch ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element, welches mittels des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt ist. Die Erfindung betrifft auch ein optisches System, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens einem solchen polarisationsbeeinflussenden optischen Element, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems, eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente sowie ein mikrostrukturiertes Bauelement.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

1a-d schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen polarisationsbeeinflussenden Elementes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

2a-b schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen polarisationsbeeinflussenden Elementes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

3-5 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen polarisationsbeeinflussenden Elementes;

6a-b für eine beispielhafte, vermessene Deformation einer ursprünglich planparallelen Quarzplatte (6a) die infolge des erfindungsgemäßen Verfahrens (gemäß 2) durch Spannungsdoppelbrechung in dieser Quarzplatte erzeugte Verzögerungsverteilung (6b); und

7 eine schematische Darstellung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.

Nachfolgend wird zunächst ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines polarisationsbeeinflussenden Elementes sowie der Aufbau eines solchen Elementes gemäß bevorzugter Ausführungsformen anhand der lediglich schematischen und nicht maßstabsgetreuen, sondern zur besseren Veranschaulichung stark übertriebenen Darstellungen von 1-5 erläutert.

Gemäß 1a wird zur Herstellung eines polarisationsbeeinflussenden Elementes gemäß einer ersten Ausführungsform eine erste Komponente 110 ausgebildet, indem eine zunächst planparallele Platte (deren Dicke z.B. 12 mm betragen kann) auf ihrer einen Oberfläche durch gezielte Materialabtragung z.B. mittels Ionenstrahlbearbeitung mit einem Höhenprofil 110a versehen wird, welches der deutlicheren Darstellung halber in den Abbildungen schematisch vereinfacht sowie stark vergrößert dargestellt ist (typische Abmessungen des Höhenprofils können z.B. im nm-Bereich liegen, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 6 erläutert. Diese erste Komponente 110 ist aus einem für die vorgesehene Arbeitswellenlänge im Wesentlichen transparenten Material hergestellt und besteht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Kalziumfluorid (CaF2).

Anschließend wird, wie in 1b angedeutet ist, an diese das Höhenprofil 110a aufweisende Oberfläche der ersten Komponente 110 eine zweite Komponente 120 angesprengt, d.h. die erste Komponente 110 und die zweite Komponente 120 werden mittels Ansprengen im Wesentlichen nahtlos (d.h. im Wesentlichen ohne Verbleib von Lufteinschlüssen oder dergleichen zwischen den Komponenten 110 und 120) aneinandergefügt. Die zweite Komponente 120, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ebenfalls eine planparallele Platte mit einer im Vergleich zu der ersten Komponente 110 wesentlich geringeren Dicke von beispielsweise 1 mm, ist ebenfalls aus einem für die vorgesehene Arbeitswellenlänge im Wesentlichen transparenten Material hergestellt und besteht in dem ersten Ausführungsbeispiel aus Quarz.

Der sich nach dem Ansprengen ergebende Zustand ist lediglich schematisch in 1c dargestellt. Das Ansprengen der beiden Elemente 110 und 120 aneinander entlang der das Höhenprofil 110a aufweisenden Oberfläche der ersten Komponente 110 bewirkt eine Deformation der zweiten Komponente 120, da diese sich im Wesentlichen an dieses Höhenprofil 110a anschmiegt, wobei sich die erste Komponente 110 selbst infolge ihrer wesentlich größeren Dicke praktisch nicht verformt. Mit anderen Worten wird durch das Aufbringen der zweiten, dünneren Komponente 120 auf die das Höhenprofil 110a aufweisende Oberfläche der ersten Komponente 110 und die hierdurch bewirkte Verformung der zweiten Komponente 120 das besagte Höhenprofil 110a im Wesentlichen auf die freiliegende (d.h. die der Fügefläche gegenüberliegende) Oberfläche der zweiten Komponente 120 übertragen.

Die in 1c dargestellte Verformung der zweiten Komponente 120 infolge deren Ansprengung an die zuvor mit dem Höhenprofil 110a versehene Oberfläche der ersten Komponente 110 erzeugt in der zweiten Komponente 120 eine mechanische Spannung und führt damit zu einer spannungsinduzierten Doppelbrechung (SDB) in dieser zweiten Komponente 120, wenn diese in den Strahlengang eines optischen Systems, insbesondere den Strahlengang einer Beleuchtungseinrichtung oder eines Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, eingebracht wird. Die konkrete Verteilung dieser SDB bzw. die Verteilung der durch diese SDB bewirkten Verzögerung über den Querschnitt eines Lichtbündels ist abhängig von dem konkreten, zu Anfang des erfindungsgemäßen Verfahrens in der ersten Komponente 110 hergestellten Höhenprofil 110a (vgl. 1a). Erfindungsgemäß wird dieses Höhenprofil 110a so in der ersten Komponente 110 ausgebildet, dass sich nach Erhalt der in 1c dargestellten Struktur eine gewünschte bzw. vorbestimmte Verteilung der SDB ergibt, wie weiter unten detaillierter erläutert wird.

Eine weitere (in der Regel unerwünschte) Folge der Bearbeitung gemäß den Schritten von 1a-c ist eine Änderung der Wellenfront eines durch das so gebildete, in 1c dargestellte optische Element hindurchtretenden Lichtbündels. Um diesen Effekt zu kompensieren, wird vorzugsweise noch eine Wellenfrontkompensationsstruktur ausgebildet, welche eine nach dem Zusammenfügen der ersten Komponente 110 und der zweiten Komponente 120 noch vorhandene, durch das so gebildete optische Element für hindurchtretendes Licht bewirkte Änderung der Wellenfront im Wesentlichen kompensiert. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird diese Wellenfrontkompensationsstruktur gemäß 1d in Form einer Wellenfrontkompensationsplatte 130 aus optisch isotropem Material (z.B. Quarzglas) mit entsprechend optisch negativer Form (d.h. optisch komplementärer Dickenverteilung über den Querschnitt eines Lichtbündels) ebenfalls mittels Ansprengen auf die noch freiliegende, d.h. der Fügefläche gegenüberliegende Oberfläche der zweiten Komponente 120 aufgebracht.

Gemäß einer schematisch in 3 dargestellten, alternativen Ausführungsform eines analog zu dem oben beschriebenen Verfahren aus einer ersten Komponente 310 mit Höhenprofil 310a und einer zweiten Komponente 320 hergestellten polarisationsbeeinflussenden optischen Element kann eine Wellenfrontkompensationsstruktur 310b auch direkt an der ersten Komponente 310 auf deren freiliegender, der Fügefläche gegenüberliegender Oberfläche durch gezielte Materialabtragung (z.B. mittels Ionenstrahlbearbeitung) ausgebildet werden.

Gemäß einer weiteren, anhand von 2a-b erläuterten Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes polarisationsbeeinflussendes optisches Element auch dadurch ausgebildet werden, dass eine erste Komponente 220 in Form einer planparallelen Platte mit im Vergleich zu einer zweiten Komponente 210 wesentlich geringerer Dicke mit einem (ebenfalls schematisch vereinfacht sowie stark übertrieben dargestellten) Höhenprofil 220a versehen wird und anschließend, wie in 2a mittels des Pfeils angedeutet, diese erste Komponente 220 entlang ihrer das Höhenprofil 220a aufweisenden Oberfläche auf eine plane Oberfläche einer (gemäß dem Beispiel von 2a ebenfalls planparallelen) zweiten Komponente 210 angesprengt wird.

In diesem Falle bewirkt, wie stark vereinfacht in 2b veranschaulicht, das Ansprengen eine Deformation der ersten Komponente 220, welche sich infolge ihrer geringen Dicke im Wesentlichen an die plane Oberfläche der zweiten Komponente 210 anschmiegt und infolgedessen auf ihrer gegenüberliegenden Oberfläche ein Höhenprofil 220b ausbildet, wobei sich die erste Komponente 210 selbst infolge ihrer wesentlich größeren Dicke praktisch nicht verformt.

Die in 2b veranschaulichte Verformung der zuvor mit dem Höhenprofil 220a versehenen Oberfläche der ersten Komponente 220 infolge deren Ansprengung an die plane Oberfläche der zweiten Komponente 210 erzeugt in der ersten Komponente 210 eine mechanische Spannung und führt damit zu einer spannungsinduzierten Doppelbrechung (SDB) in dieser ersten Komponente 220, wenn diese in den Strahlengang eines optischen Systems, insbesondere den Strahlengang einer Beleuchtungseinrichtung oder eines Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, eingebracht wird. Die konkrete Verteilung dieser SDB bzw. die Verteilung der durch diese SDB bewirkten Verzögerung über den Querschnitt eines Lichtbündels ist wiederum abhängig von dem konkreten, zu Anfang des erfindungsgemäßen Verfahrens in der ersten Komponente 220 hergestellten Höhenprofil 220a (vgl. 2a).

Vorzugsweise wird auch das gemäß 2a-b hergestellte, polarisationsbeeinflussende optische Element noch mit einer Wellenfrontkompensationsstruktur analog zu den Ausführungsformen gemäß 1d oder 3 versehen.

In den anhand von 1a-d und 2a-b dargestellten Ausführungsformen handelt es sich bei der jeweiligen Komponente 110 bzw. 210, welche im Vergleich zu der anderen Komponente 120 bzw. 220 die wesentlich größere Dicke aufweist, um eine planparallele Platte (die ggf. im Falle der Ausführungsform von 1 durch Aufbringen eines Höhenprofils 110a aplanar bearbeitet wird). Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Vielmehr kommt es lediglich darauf an, dass diese (dickere) Komponente vor dem Ansprengen (gemäß 2a) oder vor dem gezielten Aufbringen eines Höhenprofils (gemäß 1a) wenigstens eine im Wesentlichen plane Oberfläche aufweist. Demzufolge kann es sich gemäß weiterer, in 4 und 5 dargestellter Ausführungsformen bei der besagten, die wesentlich größere Dicke aufweisenden Komponente beispielsweise auch um eine zunächst (d.h. vor der etwaigen Aufbringen des Höhenprofils) im Wesentlichen plankonvexe Linse 410 (vgl. 4) oder eine zunächst im Wesentlichen plankonkave Linse 510 (vgl. 5) handeln, auf welche analog zu dem anhand von 1a-c beschriebenen Verfahren eine planparallele Komponente 420 bzw. 520 angesprengt wird.

Vorzugsweise werden auch die gemäß 4 und 5 hergestellten, polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente noch mit einer Wellenfrontkompensationsstruktur analog zu den Ausführungsformen gemäß 1d oder 3 versehen.

6a zeigt eine beispielhafte, vermessene Deformation einer ursprünglich planparallelen Quarzplatte. Hierbei ist die Skala in nm angegeben, und es wurden zur Orientierung Bereiche in der Balkenskala und in dem Diagramm mit A, B und C bezeichnet, wobei A Bereiche relativ geringer Deformation, B einen Bereich mit mittlerer Deformation und C einen Bereich mit relativ großer Deformation darstellen. 6b zeigt hierfür die infolge des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der Ausführungsform von 2 durch Spannungsdoppelbrechung in dieser Quarzplatte erzeugte Verzögerungsverteilung (in nm). Es zeigt sich, dass die hier gemäß 6a erzeugten Deformationen in der Größenordnung von 100nm zu einer Verzögerungsverteilung mit Werten im Bereich von etwa 0-10nm führen.

Nachfolgend wird erläutert, wie prinzipiell das bei Herstellung des jeweiligen polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes (gemäß 1a bzw. 2a) zunächst auszubildende Höhenprofil aus der angestrebten Spannungsdoppelbrechungsverteilung ermittelt werden kann:

Beschreibt man eine deformierte Fläche (etwa die deformierte Fläche der Komponente 110 von 1a) durch eine Funktion d(x, y), so korrespondiert die erfindungsgemäß mittels dieser deformierten Fläche erzeugte Spannungsdoppelbrechung (d.h. gemäß dem Beispiel von 1 die in der dünneren Komponente 120 infolge des Ansprengens erzeugte Spannungsdoppelbrechung) mit der Krümmung dieser Deformation, d.h. es kann von folgendem Zusammenhang zwischen einer die Deformation bzw. das Höhenprofil beschreibenden Krümmungsmatrix einerseits und einer die Spannungsdoppelbrechung beschreibenden Matrix B(x, y) andererseits ausgegangen werden:

wobei a eine materialabhängige Konstante ist. Die erzeugte Spannungsdoppelbrechung ist hierbei proportional zur Differenz der Eigenwerte der Matrix B(x, y), während die schnelle und die langsame Achse der Doppelbrechung durch die beiden zugehörigen Eigenvektoren gegeben sind.

Des Weiteren lässt sich eine beliebige Verzögerungsverteilung (also auch die vorgegebene bzw. angestrebte Verzögerungsverteilung, die durch Spannungsdoppelbrechung hervorgerufen werden soll) durch Reihenentwicklung in Vektormoden gemäß der allgemeinen Gleichung

zerlegen, sofern das System der Vektormoden Vi(p, q) im mathematischen Sinne vollständig ist, wobei vi skalare Überlagerungskoeffizienten bezeichnen.

Ein solches vollständiges orthogonales Funktionensystem bilden insbesondere die im Folgenden als Zernike-Moden bezeichneten Vektormoden

mit Uj(p, q) = Rmn(r)&PHgr;(l&thgr;) mit j = (n, m, l)(4) bei denen also für die Komponenten Uj die Zernike-Polynome gewählt werden. Ein entsprechendes Verfahren zur Zerlegung einer Verzögerungsverteilung in Vektormoden ist in der unveröffentlichten Patentanmeldung US 60/641,422, angemeldet am 05. Januar 2005, beschrieben, deren Inhalt durch Inbezugnahme („incorporation by reference") zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Demnach lässt sich insbesondere auch eine beliebige Spannungsdoppelbrechungsverteilung DBn(x, y), die sich aus einer Zernike-Deformation Zn ergibt, darstellen in der Form

In Tabelle 1 ist für einige solcher Deformationen jeweils die zugehörige Vektor-Moden-Zerlegung der entsprechenden Spannungsdoppelbrechungsverteilung angegeben.

Tabelle 1:

Umgekehrt lässt sich eine Spannungsdoppelbrechungsverteilung, die durch die Vektor-Mode Vj(x, y) beschrieben wird, als eine Überlagerung von Zernike-Deformationen darstellen in der Form

sofern die Vektor-Mode Vj(x, y) in mindestens einer Gleichung des Gleichungssystems (5) auftritt. Nun kann für eine genügend große Anzahl von Zernike-Deformationen die zugehörige Spannungsdoppelbrechungsverteilung berechnet werden, d.h. ein genügend großer Ausschnitt aus der (unendlich großen) Matrix Kni berechnet werden, welche als sogenannte „Übersprech-Matrix" darstellt, welche Spannungsdoppelbrechungsverteilung sich aus den jeweiligen Deformationsverteilungen ergeben (z.B. führt die obige Z7-Deformation zu einer definierten Spannungsdoppelbrechungsverteilung; die entsprechende Berechnung für alle n Deformationen liefert dann in Matrixschreibweise die Matrix Kni). Hier wird angenommen, daß die Matrix Kni quadratisch und nicht-singulär (invertierbar) ist (was z.B. für die Zernike-Deformationen Z5 bis Z9 der Fall ist, da die Matrix Kni hier sogar diagonal ist).

Eine nach diesen Vektor-Moden Vj(x, y) zerlegte Spannungsdoppelbrechungsverteilung

lässt sich somit durch Überlagerung von Zernike-Deformationen darstellen:

Die Amplitude &Dgr;n der Zernike-Deformation n ist dann gegeben durch

In dieser Weise lässt sich somit zu einer gewünschten Spannungsdoppelbrechungsverteilung DB(x, y) die zur Erzeugung dieser Spannungsdoppelbrechungsverteilung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Deformation ermitteln.

7 zeigt eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 700. Die Projektionsbelichtungsanlage 700 weist eine Beleuchtungseinrichtung 701 und ein Projektionsobjektiv 702 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 701 umfasst eine Lichtquelle 703 und eine in stark vereinfachter weise durch Linsen 704, 705 und eine Blende 706 symbolisierte Beleuchtungsoptik. Die Arbeitswellenlänge der Projektionsbelichtungsanlage 700 beträgt in dem gezeigten Beispiel 193 nm bei Verwendung eines ArF-Excimerlasers als Lichtquelle 703. Die Arbeitswellenlänge kann jedoch beispielsweise auch 248 nm bei Verwendung eines KrF-Excimerlasers oder 157 nm bei Verwendung eines F2-Lasers als Lichtquelle 102 betragen. In einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung 701 ist in gestrichelter Darstellung die Position eines ersten polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes 707 angedeutet, welches gemäß der Erfindung ausgebildet ist und beispielsweise den in 1d schematisch dargestellten Aufbau haben kann.

Zwischen der Beleuchtungseinrichtung 701 und dem Projektionsobjektiv 702 ist eine Maske 708 in der Objektebene OP des Projektionsobjektivs 702 angeordnet, die mittels eines Maskenhalters 709 im Strahlengang gehalten wird. Die Maske 708 weist eine Struktur im Mikrometer- bis Nanometer-Bereich auf, die mittels des Projektionsobjektives 702 beispielsweise um den Faktor 4 oder 5 verkleinert auf eine Bildebene IP des Projektionsobjektivs 702 abgebildet wird.

Das Projektionsobjektiv 702 umfasst eine ebenfalls lediglich in stark vereinfachter Weise durch Linsen 710, 711 und 713 symbolisierte Linsenanordnung, durch die eine optische Achse OA definiert wird. In einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs 702 ist in gestrichelter Darstellung die Position eines zweiten polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes 712 angedeutet, welches gemäß der Erfindung ausgebildet ist und beispielsweise den in 1d schematisch dargestellten Aufbau haben kann. Das gestrichelt dargestellte bildebenenseitig letzte optische Element in Form der Plankonvexlinse 713 ist ebenfalls als ein polarisationsbeeinflussendes Elementes gemäß der Erfindung ausgestaltet und kann beispielsweise den in 4 schematisch dargestellten Aufbau haben. In der Bildebene IP des Projektionsobjektivs 702 wird ein durch einen Substrathalter 716 positioniertes und mit einer lichtempfindlichen Schicht 714 versehenes Substrat 715, bzw. ein Wafer, gehalten. Zwischen dem bildebenenseitig letzten optischen Element 713 des Projektionsobjektivs 702 und der lichtempfindlichen Schicht 714 befindet sich eine Immersionsflüssigkeit 717.

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.


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes, welches für hindurchtretendes Licht infolge Spannungsdoppelbrechung eine Verzögerungsverteilung zwischen orthogonalen Polarisationszuständen bewirkt, wobei das Verfahren den Schritt aufweist: Zusammenfügen einer ersten Komponente (110, 220, 310, 410, 510) und einer zweiten Komponente (120, 210, 320, 420, 520), wobei eine nichtplane, mit einem definierten Höhenprofil versehene Oberfläche der ersten Komponente an eine plane Oberfläche der zweiten Komponente gefügt wird, wodurch in dem so ausgebildeten polarisationsbeeinflussenden optischen Element eine die besagte Spannungsdoppelbrechung bewirkende mechanische Spannung erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtplane Oberfläche der ersten Komponente (110, 220) vor dem Zusammenfügen mittels Ausbilden eines definierten Höhenprofils (110a, 220a) an dieser ersten Komponente erzeugt wird, welches zur Erzielung einer vorbestimmten Verzögerungsverteilung berechnet worden ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfügen mittels Ansprengen erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Zusammenfügen der ersten Komponente und der zweiten Komponente im Wesentlichen nur eine dieser Komponenten (120, 220, 320, 420, 520) deformiert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Zusammenfügen der ersten Komponente (110, 220, 310, 410, 510) und der zweiten Komponente (120, 210, 320, 420, 520) die besagte mechanische Spannung nur in einer dieser Komponenten (120, 220, 320, 420, 520) erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komponente (120, 220, 320, 420, 520) der ersten und der zweiten Komponente eine mittlere Dicke aufweist, die wenigstens das 10-fache, bevorzugt wenigstens das 15-fache, weiter bevorzugt wenigstens das 20-fache der mittleren Dicke der anderen Komponente (11O, 210, 310, 410, 510) beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komponente der ersten und der zweiten Komponente eine plankonvexe Linse (410) oder eine plankonkave Linse (510) ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komponente (120, 320, 420, 520) der ersten und der zweiten Komponente vor dem Zusammenfügen eine planparallele Platte ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt wenigstens eine Wellenfrontkompensationsstruktur (130, 310b) ausgebildet wird, welche eine nach dem Zusammenfügen der ersten Komponente (110, 310) und der zweiten Komponente (120, 320) vorhandenen Änderung der Wellenfront zumindest annähernd kompensiert. Polarisationsbeeinflussendes optisches Element, welches mittels eines Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist. Optisches System, insbesondere Beleuchtungseinrichtung (701) oder Projektionsobjektiv (702) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (700), mit wenigstens einem polarisationsbeeinflussenden optischen Element (707, 712, 513) nach Anspruch 10. Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein optisches Element aufweist, welches eine Störung der Polarisationsverteilung bewirkt, wobei diese Störung der Polarisationsverteilung durch das polarisationsbeeinflussende optische Element wenigstens teilweise kompensiert wird. Optisches System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element (707, 712, 513) in einer Pupillenebene oder in einer Feldebene des optischen Systems angeordnet ist. Optisches System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens zwei polarisationsbeeinflussende optische Elemente (707, 712, 513) nach Anspruch 10 aufweist, von denen eines in einer Pupillenebene und eines in einer Feldebene des optischen Systems angeordnet ist. Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems, welches folgende Schritte aufweist:

a) Polarisationsoptisches Vermessen eines optischen Teilsystems unter Erzeugung polarisationsoptischer Messdaten; und

b) Herstellen, auf Basis dieser polarisationsoptischen Messdaten, eines polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und

c) Einbringen des polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes in den Strahlengang des Teilsystems derart, dass eine im Schritt a) festgestellte Störung der Polarisationsverteilung in dem Teilsystem durch das polarisationsbeeinflussende optische Element wenigstens teilweise kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komponente der ersten und der zweiten Komponente, welche im Schritt b) zur Herstellung des polarisationsbeeinflussenden optischen Elementes zusammengefügt werden, eine plankonvexe oder plankonkave Linse des im Schritt a) polarisationsoptisch vermessenen optischen Teilsystems ist. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage (700) mit einer Beleuchtungseinrichtung (701) und einem Projektionsobjektiv (702), wobei die Beleuchtungseinrichtung und/oder das Projektionsobjektiv ein optisches System nach einem der Ansprüche 11 bis 14 ist. Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten:

• Bereitstellen eines Substrats (715), auf das zumindest teilweise eine Schicht (714) aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist;

• Bereitstellen einer Maske (708), die abzubildende Strukturen aufweist;

• Bereitstellen einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (700) nach Anspruch 17; und

• Projizieren wenigstens eines Teils der Maske (708) auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (700).






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