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WO2005024516A2 - Beleuchtungseinrichtung für eine mikrolithographische projektionsbelichtungsanlage - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung für eine mikrolithographische projektionsbelichtungsanlage Download PDF

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Publication number
WO2005024516A2
WO2005024516A2 PCT/EP2003/009017 EP0309017W WO2005024516A2 WO 2005024516 A2 WO2005024516 A2 WO 2005024516A2 EP 0309017 W EP0309017 W EP 0309017W WO 2005024516 A2 WO2005024516 A2 WO 2005024516A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polarizer
lighting device
polarization
light
beam splitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2003/009017
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Maul
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Priority to PCT/EP2003/009017 priority Critical patent/WO2005024516A2/de
Priority to AU2003255441A priority patent/AU2003255441A1/en
Priority to PCT/EP2004/008892 priority patent/WO2005017620A2/de
Priority to US10/994,141 priority patent/US7408622B2/en
Publication of WO2005024516A2 publication Critical patent/WO2005024516A2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US11/703,259 priority patent/US7847920B2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70566—Polarisation control

Definitions

  • Illumination device for a microlithographic projection exposure system
  • the invention relates generally to lighting devices with a polarizer for microlithographic projection exposure systems and in particular to such lighting devices with a light source for generating projection light, a masking device for masking a reticle and with a masking lens for imaging the masking device onto the reticle.
  • the invention further relates to a microlithographic projection exposure system with such a lighting device.
  • Such a lighting device is known for. B. from DE 195 35 392 AI.
  • Illumination devices of microlithographic projection exposure systems serve to generate a projection light beam which is directed onto a reticle which contains the structures to be projected. With the aid of a projection lens, these structures are imaged on a light-sensitive layer, which can be applied, for example, to a wafer.
  • lasers which generate linearly polarized light are generally used as light sources.
  • undesired polarization-dependent effects can occur with certain optical elements, which disturb the imaging properties of the projection lens.
  • An example of this is the intrinsic birefringence of calcium fluoride (CaF 2 ), which has a significantly higher transparency than quartz or glass at these short wavelengths.
  • an illumination device with a masking lens which is generally referred to as relay and field optics, and with a polarizer which converts the polarization direction of the linearly polarized light into radially polarized light with almost no loss
  • the polarizer has a multiplicity of hexagonal birefringent elements which are assembled into a honeycomb-like arrangement.
  • the radial polarization has the advantage that interference due to polarization-selective tive reflection can be reduced on the light-sensitive layer to be exposed.
  • the projection objectives of which contain a beam splitter cube with a polarization-selective beam splitter layer it is advantageous to have linearly polarized projection light impinging on the beam splitter layer, since in this way light losses at the beam splitter layer can be kept low. It has also been found that in certain cases, e.g. when projecting particularly finely structured reticles, the use of polarized light leads to a higher contrast when imaging the reticle. For this reason, in some projection exposure systems, efforts are being directed towards maintaining the linear polarization specified by the laser as well as possible in the illumination device. Disorders of the polarization distribution, e.g. try to avoid it if possible due to birefringence.
  • the object of the invention is therefore to provide an illumination device of the type mentioned at the outset with which polarized light can be generated in a simple manner even when using very short-wave projection light, for example at wavelengths of 193 nm or 153 nm.
  • This object is achieved in such an illumination device in that the polarizer is arranged in the masking lens, preferably in a pupil plane of the masking lens or in the vicinity of such, and linearly polarizes projection light passing through in one direction.
  • the use of a polarizer for generating linearly polarized light in the lighting device has probably not been seriously considered because, especially at very short wavelengths, many of the optical elements then used in the lighting devices disrupt the polarization state. If, however, the polarizer is arranged in the masking lens according to the invention, the projection light linearly polarized by the polarizer only passes through very few optical elements before it hits the reticle. This ensures in a simple manner that the projection light emerges from the illumination device in an almost perfectly linearly polarized manner despite previous disturbances in the polarization distribution that generally occur.
  • polarizers In principle, all optical components which serve to generate linearly polarized light are considered as polarizers here.
  • many of the polarizers commonly used in optics for example dichroic crystals or organically colored foils, cannot be used in lighting devices. whose light sources generate very short-wave projection light.
  • Novel wire polarizers as described in an article by H. Tamada et al. with the title "AI wire-grid polarizer using the s-polarization resonance effect decisiv the 0.8- ⁇ m wavelength band", Optics Letters, Vol. 22, No. 6, 1997, pages 419-420, are described, at least not in principle.
  • Special grids are also suitable as polarizers, in which a high polarization selectivity is achieved by a combination of shape birefringence and resonance effects in multilayer systems. Such grids are described in an article by R.-C. Tyan et al, entitled “Polarizing beam splitters constructed of form-birefringent multi-layer gratings", SPIE Proceedings: Diffractive and Holographie Optics Technology III, volume 2689, pages 82 to 89, 1996.
  • polarization-selective beam splitter layers are also suitable as polarizers for short-wave projection light. These beam splitter layers are
  • a polarizer which has a plurality of polarizer elements arranged in one plane, each of which contains a polarization-selective beam splitter layer arranged at an angle to the plane, which is transparent to light in a first polarization state and reflective to light in a second polarization state different from the first polarization state , wherein each polarizer element comprises two polarization-selective beam splitter layers arranged at an angle to one another.
  • Such a polarizer makes it possible to implement an almost gap-free entry surface by arranging a plurality of polarizer elements in series, which can be covered almost completely with polarization-selective beam splitter layers. As a result, all of the light incident on the entrance surface can be used, even if it does not strike the polarizer perpendicularly. Above all, however, such a polarizer is so flat that it can be easily positioned within the masking lens and thus near the exit end of the lighting device.
  • a polarizer With such a thin design, it can also be easily exchanged for a transparent plate if a linear polarization of the projection light is not expedient because of the structuring of the reticle.
  • Such a polarizer can also be used not only in connection with the arrangement within the masking lens, but quite generally advantageously in lighting devices of a microlithographic projection exposure system.
  • a similarly constructed polarizer which is not intended for an illumination device of a microlithographic projection exposure system, but rather for installation in a UV light source for drying liquid crystals, is known from the published patent application US 2002/0080485 AI.
  • the beam splitter layers Since the polarization-selective effect of the beam splitter layers decreases, the more the angle of incidence of a light beam incident on the beam splitter layer deviates from the Brewster angle of the beam splitter layer, the beam splitter layers should span an angle between 80 ° and 160 ° between them in a symmetrical arrangement to the plane. In the case of light incident perpendicular to the polarizer plane, this corresponds to angles of incidence on the beam splitter layers of 40 ° to 80 °. This selection takes into account the fact that most polarization-selective beam splitter layers have a Brewster angle that is between is about 55 ° and 60 °. If the angle of incidence deviates from the Brewster angle by 15 ° to 20 °, a relatively high polarization efficiency is still achieved.
  • the angle between the beam splitter layers is 90 ° to 120 °. With this choice of the angle, the polarization efficiency of the polarization-selective beam splitter layers is particularly high.
  • the angle between the beam splitter layers is exactly 90 °.
  • the reflected polarization component is then reflected back exactly against the direction of incidence.
  • the reflected polarization component is directed back into the laser. It is therefore preferred, in particular in the case of beam splitter layers arranged at 90 ° to one another, if at least one scattering device is arranged between the two beam splitter layers in such a way that light reflected from one beam splitter layer passes through the scattering device and is scattered therein before it strikes the other beam splitter layer.
  • the scattering device can be, for example, a matt surface, which causes the light that is reflected again to be diffusely reflected back against the direction of incidence. Outside the beam path Components such as lens frames or the like are then only loaded with light of relatively low intensity.
  • the scattering can be influenced very precisely, as a result of which it is possible to direct the reflected light specifically to specific areas outside the beam path.
  • the polarization elements according to the invention can be implemented, for example, as elongated quartz cuboids, which have a wedge prism-shaped recess and a wedge prism inserted therein with a precise fit.
  • the beam splitter layer is then to be arranged at the interface between the two components mentioned.
  • the polarization elements each comprise two sub-elements, each sub-element carrying a beam splitter layer.
  • the beam splitter layers can each be applied to a completely flat surface, the angle between the beam splitter layers being created by joining two individual sub-elements together.
  • each partial element comprises at least two (wedge) prisms lying on top of one another, between which a beam splitter layer is arranged. This makes it particularly easy to have a large-area polarizer with a uniform thickness and realize beam control layers arranged therein that form an angle to one another.
  • each partial element has a cross-section essentially in the form of a parallelogram, a rectangle or in particular also the shape of a square.
  • one of the prisms of a partial element can be carried by a carrier plate, which is preferably formed in one piece with it, and which is transparent to the light passing through.
  • this carrier plate protrudes in a transverse direction at least to one side of the prism carried by it
  • the carrier plates of a plurality of sub-elements can be arranged in the polarizer in such a way that they abut one another along their longitudinal edges.
  • a gap then remains between the prisms of adjacent sub-elements.
  • Another possibility for creating such a gap between the prisms of neighboring sub-elements is in to provide prisms within a sub-element, the obliquely inclined interfaces between which the beam splitter layer of the sub-element in question is arranged have different dimensions in the transverse direction. This makes it possible to move the prism with the smaller interface on the interface of the other prism in such a way that when several sub-elements are joined only the prisms with the larger interfaces or carrier plates attached to them touch, while between the prisms with the smaller interfaces in each case a gap remains.
  • the gap should be as narrow as possible in order to keep light losses at the gaps low.
  • the lighting device anyway a light mixing element such. B. has a honeycomb condenser or a rod homogenizer that generates a periodic intensity distribution in a pupil plane, in which the polarizer is preferably arranged, then the influence of the narrow gaps between the sub-elements is negligible if the width of the carrier plates in the transverse direction is equal to an integer fraction or is an integer multiple of the period of the intensity distribution.
  • the support plate protrudes in a longitudinal direction at least to one side of the prism carried thereby has, this can be used to attach the individual polarizer elements on a mounting disc.
  • the mounting disc has a preferably rectangular cutout, above which the polarizer elements are arranged next to one another, and if two strips are arranged on two mutually opposite boundaries of the cutout, the protrusions of the carrier plates can be introduced in the longitudinal direction under these strips.
  • the polarizer is preferably arranged interchangeably in a filter insert, so that it can be exchanged for a transparent plate like a filter element with little effort.
  • the contrast of the depicted structures can be further increased in this way if the lighting device itself known means for generating a multipole lighting comprises.
  • the illumination of a pupil plane is limited to several, for example 2 or 4, regions which are separated from one another and are referred to as poles.
  • Such a combination of several polarizers and multipole illumination allows very fine structures with high contrast to be reproduced, the Structure direction runs along a polarization direction of the polarizers.
  • Figure 1 is a schematic representation of an illumination device according to the invention with a polarizer, which is arranged in a masking lens;
  • Figure 2 is a perspective view of the polarizer shown in Figure 1;
  • Figure 3 is an enlarged sectional view taken along the line III-III;
  • Figure 4 is an enlarged sectional view taken along the line IV-IV;
  • FIG. 5 shows an enlarged detail from the sectional illustration in FIG. 3;
  • FIG. 6 shows a simplified sectional illustration corresponding to FIG. 5 of a polarizer according to another exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a polarizer arrangement with a total of four polarizers for quadrupole illumination
  • FIG. 8 shows a polarizer arrangement with a total of two polarizers for dipole lighting.
  • FIG. 1 shows an illumination device which comprises a laser 1 serving as a light source, a beam shaping device 2, a zoom axicon lens 3 for setting different types of illumination and a rod homogenizer 4 with which the projection light generated by the laser is mixed and homogenized becomes.
  • An adjustable masking device 5 is arranged in the direction of light propagation behind the rod homogenizer 4, with which the geometry of the light field passing through the reticle can be determined.
  • the lighting device u - also includes a masking lens 6, in the object plane of which the masking device 5 and in the image plane a reticle 7 to be illuminated is arranged.
  • the masking device 5 is thus imaged sharply by the masking lens 6 on the reticle 7 and in this way provides for a sharp boundary of the light field. Since the lighting device is known so far, reference is made to DE 195 48 805 AI and the publications cited therein for further details.
  • a polarizer 10 for generating linearly positive larized light arranged, the structure of which is explained below with reference to the other figures.
  • the polarizer 10 is shown in a perspective view.
  • the following description of the polarizer 10 also relates to the sections along the lines III-III and IV-IV, which are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
  • the polarizer 10 has a circular mounting disc 12 which is provided with a central rectangular cutout 14 and e.g. can be inserted into the optical beam path by insertion into a filter holder 11 (see FIG. 1).
  • the partial elements 18, 20, the construction of which is explained in more detail below with reference to FIG. 5, have the shape of elongated cuboids and each comprise a carrier plate 22 which have a protrusion 26 in the longitudinal direction Y.
  • the arrangement of the polarizer elements 16 is laterally delimited in the X direction by two stops 28 and 30 which abut sub-elements on carrier plates 22.
  • the stop 30 is releasably attached to the mounting disc 12 with the aid of two fastening elements 42, 44.
  • the polarizer elements 16 are fixed by two strips 32 and 34, each of which has a recess 36 and 38 towards the cutout 14.
  • This Recesses 36, 38 take up the protrusions 26 of the carrier plates 22, as can be seen particularly well in FIG. 4 and also in the position designated by 40 in FIG. 2, from which part of the strip 32 is removed for the sake of clarity.
  • FIG. 5 shows one of the polarizer elements 16 in an enlarged detail from FIG.
  • the two sub-elements 18, 20 each have two right-angled wedge prisms 46, 48 and 50, 52, which lie one on top of the other along their hypotenuse surfaces.
  • the carrier plates 22 are formed in one piece on the leg surfaces of the wedge prisms 46 and 50 pointing downward in FIG. 5, so that, strictly speaking, these elements are no longer exactly wedge-shaped.
  • the carrier plates 22 can also be separate parts on which the wedge prisms 46, 50 to be fastened; the wedge prisms 46, 50 are then wedge-shaped in cross section.
  • polarization-selective beam splitter layer 54 and 56 which, before the two wedge prisms 46, 48 and 50, 52 are joined, onto one of the two hypotenuse surfaces per se is applied in a known manner.
  • the two partial prisms 48 and 52 pointing upward in FIG. 5 are slightly smaller than the two partial prisms 50 and 54 pointing downward. In this way, a gap 58 of width d is formed between adjacent wedge prisms 48, 52 of a polarizer element 16, which is shown in the drawing is exaggerated for reasons of better visibility.
  • the partial prism 48 of the partial element 18 has a lattice structure 60 on the surface facing the gap 58, which can be produced, for example, by diamond milling.
  • Beam also a polarization component, indicated by points 70 and referred to as an S component, in which the direction of oscillation of the electric field is perpendicular to the plane of incidence.
  • the beam splitter layer 54 is designed such that the P-
  • Component of the incident beam 66 can pass through the beam splitter layer 54, while the S component is approximately 100% reflected. Since the two beam-splitting layers 54 and 56 symmetrically with respect to the order specified by the arrangement of the polarizer 16 XY plane are arranged 'at an angle of approximately 90 ° to each other, the beam 66 falls at an angle of 45 ° to the beam splitter layer 54, so that the S component 70 is reflected by 90 ° and directed onto the other sub-element 20. On its way there, the S component 70 first passes through the grid 60, on which it is at an angle of a few degrees, e.g. B. 5 ° or 10 ° is scattered.
  • a few degrees e.g. B. 5 ° or 10 ° is scattered.
  • the now widened beam of the S component enters the wedge prism ma 52 of the adjacent sub-element 20, is reflected approximately 100% at the second beam splitter layer 56 of the sub-element 20, is reflected essentially against the direction of incidence 64 and is removed from the optical system.
  • the light losses due to the gaps 58 remaining between the sub-elements 18, 20 are not significant if the width of the carrier plates 22 in the X direction is designed such that they either an integral fraction or an integral multiple of an already existing ' Represents pupil grid structure.
  • a pupil grid structure can be created, for example, by using a fly's eye lens 9 (see FIG. 1) in the preceding beam path.
  • FIG. 6 shows, in a lateral section, another exemplary embodiment for polarizer elements 116, which can be used in the polarizer 10 instead of the polarizer elements 16.
  • the polarizer element 116 shown in FIG. 6 differs from the one shown in FIG. 5 in particular in that it is not divided into two individual sub-elements. Rather, the polarizer element 116 consists of a cuboid 118 which is elongated in the Y direction and has a wedge-shaped recess on its upper side. A wedge prism 120 is inserted with a precise fit, polarization-selective beam splitter layers 154 and 156 being applied to the interfaces between the cuboid 118 and the wedge prism 120. Since the wedge prism 120 is formed in one piece, there is no possibility in this exemplary embodiment of arranging a focusing screen or another scattering device between the two beam splitter layers 154 and 156.
  • a back reflection of the incident light 166 deviating from the direction of incidence is achieved in that the two beam splitter layers 154 and 156 span an angle of more than 90 ° between them. In this way, beam 166 incident in the direction of incidence 64 and incident perpendicularly on the polarizer is deflected laterally out of the beam as shown in FIG.
  • FIG. 7 shows a polarizer arrangement 74 with a total of four polarizers 10a, 10b, 10c and 10d, which are accommodated together in a carrier 76 in a manner not shown in detail and e.g. can be constructed as shown in Figures 2 to 5.
  • the polarizer arrangement 74 is provided for insertion into a filter holder which is arranged in a pupil plane of an illumination device which is suitable for generating a quadrupole illumination.
  • the illumination of a pupil plane is limited to four separate areas, which are also referred to as poles.
  • the poles are distributed along the edge of the pupil in such a way that their arrangement has a fourfold symmetry.
  • the individual polarizers 10a, 10b, 10c and 10d come to lie in the region of the poles with the correct angular orientation of the carrier 76.
  • Opposing polarizers 10a, 10c and 10b, 10d form pairs with the same direction of polarization; the polarization directions of the two pairs are perpendicular to each other. With a polarization of this type, an increase in contrast can be achieved in quadrupole illumination, above all in those reticles in which the structures to be imaged are very fine and are orthogonal to one another.
  • the carrier 76 and the components of the illumination device which generate the quadrupole illumination are to be oriented in terms of angle so that the polarization directions 78a to 78d of the polarizers 10a to 10d coincide with the orthogonal preferred directions of the structures to be imaged.
  • FIG. 8 shows a further polarizer arrangement 80, which is provided for dipole illumination.
  • a further polarizer arrangement 80 which is provided for dipole illumination.
  • a pair of polarizers 10a 1 , 10c 'of the same polarization direction 78a 1 , 78c' is arranged on a carrier 76 '.
  • the polarizer arrangement 80 to be used in dipole illumination makes it possible to image even smaller structures with high contrast, provided that these run along the polarization direction 78a ', 78c' of the polarizers 10a ', 10c'.
  • no contrast increase is achieved for orthogonal structures.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

Eine Beleuchtungseinrichtung für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Lichtquelle (1) zur Erzeugung von Projektionslicht, eine Maskierungseinrichtung (5) zur Maskierung eines Retikels (7) und ein MasKierungsobjektiv (6) zur Abbildung der Maskierungseinrichtung (5) auf das Retikel (7). Ferner ist in dem Maskierungsobjektivs (6) ein Polarisator (10) zur Erzeugung linear polarisierten Lichts angeordnet. Insbesondere bei fein strukturierten Retikeln lässt sich durch die lineare Polarisierung ein höherer Kontrast bei der Abbildung erzielen. Der Polarisator (10) weist vorzugsweise mehrere Polarisatorelemente (16, 116) auf, die in einer Ebene (X, Y) angeordnet sind. Jedes Polarisatorelement (16, 116) umfasst zwei ebene, in einem Winkel zueinander und geneigt zu der Ebene (X, Y) angeordnete polarisationsselektive Strahlteilerschichten (54, 56: 154, 156), die für Licht in einem ersten Polarisationszustand (68) durchlässig und für Licht in einem von dem ersten Polarisationszustand (68) verschiedenen zweiten Polarisationszustand (70) reflektierend ist. Dadurch ergibt sich eine insgesamt sehr flache Bauform des Polarisators (10).

Description

Beleuchtungseinrichtung für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage
Die Erfindung betrifft ganz allgemein Beleuchtungseinrichtungen mit einem Polarisator für mikrolithographische Pro- jektionsbelichtungsanlagen und insbesondere derartige Beleuchtungseinrichtungen mit einer Lichtquelle zur Erzeugung von Projektionslicht, einer Maskierungseinrichtung zur Maskierung eines Retikels und mit einem Maskierungsobjektiv zur Abbildung der Maskierungseinrichtung auf das Retikel. Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithographische Proj ektionsbelichtungsanlage mit einer solchen Beleuch- tungseinrichtung.
Bekannt ist eine derartige Beleuchtungseinrichtung z. B. aus der DE 195 35 392 AI.
Beleuchtungseinrichtungen mikrolithographischer Projekti- onsbelichtungsanlagen, wie sie etwa bei der Herstellung hochintegrierter elektrischer Schaltkreise verwendet werden, dienen der Erzeugung eines Projektionslichtbündels, das auf ein Retikel gerichtet wird, welches die zu proji- zierenden Strukturen enthält. Mit Hilfe eines Projektionsobjektivs werden diese Strukturen auf eine lichtempfindli- ehe Schicht abgebildet, die z.B. auf einem Wafer aufgebracht sein kann. In derartigen Beleuchtungseinrichtungen dienen als Lichtquellen im allgemeinen Laser, die linear polarisiertes Licht erzeugen. 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 Kalzium- fluorid (CaF2) , das bei diesen kurzen Wellenlängen eine deutlich höhere Transparenz als Quarz oder Glas aufweist.
Um derartige Polarisationsabhängigkeiten zu verringern, sind bei einigen derartiger Projektionsbelichtungsanlagen zusätzliche Maßnahmen vorgesehen, um das vom Laser erzeugte linear polarisierte Projektionslicht in zirkulär polari- siertes Licht oder sogar in unpolarisiertes Licht umzuwandeln, wie dies etwa in der EP 1 092 175 A beschrieben ist.
Ferner ist aus der eingangs genannten DE 195 35 392 AI eine Beleuchtungseinrichtung mit einem dort allgemein als Relais- und Feldoptik bezeichneten Maskierungsobjektiv sowie mit -einem Polarisator bekannt, der die Polarisationsrichtung einfallenden linear polarisierten Lichts in radial polarisiertes Licht annähernd verlustfrei umwandelt. Der Polarisator weist zu diesem Zweck eine Vielzahl hexagonaler doppelbrechender Elemente auf, die zu einer wabenartigen Anordnung zusammengesetzt sind. Die radiale Polarisation hat den Vorteil, daß Störungen aufgrund polarisationsselek- tiver Reflexion an der zu belichtenden lichtempfindlichen Schicht verringert werden.
Bei Projektionsbelichtungsanlagen, deren Projektionsobjektive einen Strahlteilerwürfel mit einer polarisationsselek- tiven Strahlteilerschicht enthalten, ist es allerdings vorteilhaft, auf die Strahlteilerschicht linear 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.
Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der sich auf einfache Weise auch bei Verwendung sehr kurzwelli- gen Projektionslichts, z.B. bei Wellenlängen von 193 nm oder 153 nm, polarisiertes Licht erzeugen läßt. Gelöst wird diese Aufgabe bei einer solchen Beleuchtungseinrichtung dadurch, daß der Polarisator in dem Maskierungsobjektiv, und zwar vorzugsweise in einer Pupillenebene des Maskierungsobjektivs oder in der Nähe einer solchen, angeordnet ist und hindurchtretendes Projektionslicht in einer Richtung linear polarisiert.
Bislang ist die Verwendung eines Polarisators zur Erzeugung linear polarisierten Lichts in der Beleuchtungseinrichtung vermutlich deswegen nicht ernsthaft in Betracht gezogen worden, weil insbesondere bei sehr kurzen Wellenlängen viele der dann in der Beleuchtungseinrichtungen verwendeten optischen Elemente den Polarisationszustand stören. Wenn der Polarisator aber erfindungsgemäß in dem Maskierungsobjektiv angeordnet ist, so durchtritt das von dem Polarisa- tor linear polarisierte Projektionslicht nur noch sehr wenige optische Elemente, bevor es auf das Retikel trifft. Dadurch ist auf einfache Weise sichergestellt, daß das Projektionslicht trotz in der Regel auftretender vorausgegangener Störungen der Polarisationsverteilung nahezu perfekt linear polarisiert aus der Beleuchtungseinrichtung austritt.
Als Polarisatoren kommen hier im Prinzip alle optischen Bauelemente in Betracht, die der Erzeugung linear poari- sierten Lichts dienen. Viele der in der Optik üblicherweise verwendeten Polarisatoren, z.B. dichroitische Kristalle oder organisch eingefärbte Folien, sind allerdings nicht für einen Einsatz in Beleuchtungseinrichtungen verwendbar, deren Lichtquellen sehr kurzwelliges Projektionslicht erzeugen.
Dieser Einschränkung sollten neuartige Drahtpolarisatoren, wie sie in einem Aufsatz von H. Tamada et al . mit dem Titel "AI wire-grid polarizer using the s-polarization resonance effect ät the 0.8-μm wavelength band", Optics Letters, Vol. 22, No. 6, 1997, Seiten 419-420, beschrieben sind, zumindest vom Grundsatz her nicht unterliegen. Als Polarisatoren in Betracht kommen daneben auch spezielle Gitter, bei denen eine hohe Polarisationsselektivität durch eine Kombination von Formdoppelbrechung und Resonanzeffekten in Mehrschichtsystemen erzielt wird. Beschrieben sind derartige Gitter in einem Aufsatz von R.-C. Tyan et al mit dem Titel "Polariz- ing beam Splitters constructed of form-birefringent multi- layer gratings", SPIE Proceedings : Diffractive and Holographie Optics Technology III, Band 2689, Seiten 82 bis 89, 1996.
Als Polarisatoren für kurzwelliges Projektionslicht ferner geeignet sind polarisationsselektive Strahlteilerschichten. Bei diesen Strahlteilerschichten handelt es sich um
Schichtstrukturen, die unter dem Brewster-Winkel einfallendes Licht in zwei orthogonale Polarisationskomponenten aufspalten. Eine dieser Polarisationskomponenten wird von den Schichtstrukturen transmittiert, während die dazu orthogo- nale Polarisationskomponente reflektiert wird. Die in kata- dioptrischen Projektionsobjektiven von Projektionsbelich- tungsanlagen eingesetzten polarisationsselektiven Strahl- teilerwürfel, bei denen eine polarisationsselektive Schicht zwischen den Prismen des Strahlteilerwürfels angeordnet ist, machen von diesem Prinzip Gebrauch. Für einen Einbau in ein Maskierungsobjektiv sind diese Strahlteilerwürfel jedoch auf Grund ihrer Größe und der beträchtlichen Herstellungskosten nur bedingt geeignet.
Vorzugsweise wird deswegen ein Polarisator eingesetzt, der mehrere in einer Ebene angeordnete Polarisatorelemente aufweist, die jeweils eine geneigt zu der Ebene angeordnete polarisationsselektive Strahlteilerschicht enthalten, die für Licht in einem ersten Polarisationszustand durchlässig und für Licht in einem von dem ersten Polarisationszustand verschiedenen zweiten Polarisationszustand reflektierend ist, wobei jedes Polarisatorelement zwei in einem Winkel zueinander angeordnete polarisationsselektive Strahlteilerschichten umfaßt.
Ein solcher Polarisator erlaubt es, durch die Aneinanderreihung mehrerer Polarisatorelemente eine annähernd lückenlose Eintrittsfläche zu realisieren, die praktisch vollkom- men mit polarisationsselektiven Strahlteilerschichten bedeckt sein kann. Dadurch läßt sich das gesamte auf die Eintrittsfläche auftreffende Licht nutzen, und zwar selbst dann, wenn es nicht senkrecht auf den Polarisator auftrifft. Vor allem jedoch ist ein solcher Polarisator so flach, daß er problemlos innerhalb des Maskierungsobjektivs und damit nahe des austrittsseitigen Endes der Beleuchtungseinrichtung positioniert werden kann. Ein Polarisator mit einer solchen dünnen Bauweise läßt sich außerdem ohne weiteres gegen eine transparente Platte austauschen, falls wegen der Strukturierung des Retikels eine lineare Polarisierung des Projektionslichts nicht zweckmäßig ist.
Ein solcher Polarisator ist im übrigen nicht nur im Zusammenhang mit der Anordnung innerhalb des Maskierungsobjektivs, sondern ganz allgemein vorteilhaft in Beleuchtungseinrichtungen mikrolithographischer Proj ektionsbelichtungsanlage einsetzbar.
Ein ähnlich aufgebauter Polarisator, der allerdings nicht für eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanlage, sondern zum Einbau in eine UV-Lichtquelle zum Trocknen von Flüssigkristallen vorgesehen ist, ist aus der veröffentlichten Patentanmeldung US 2002/0080485 AI bekannt.
Da die polarisationsselektive Wirkung der Strahlteilerschichten abnimmt, je stärker der Einfallswinkel eines auf die Strahlteilerschicht auftreffenden Lichtstrahls vom Brewster-Winkel der Strahlteilerschicht abweicht, sollten die Strahlteilerschichten bei symmetrischer Anordnung zur Ebene zwischen sich einen Winkel zwischen 80° und 160° aufspannen. Bei senkrecht zur Polarisatorebene einfallendem Licht entspricht dies Einfallswinkeln auf die Strahlteilerschichten von 40° bis 80°. Diese Auswahl trägt der Tatsache Rechnung, daß die meisten polarisationsselektiven Strahlteilerschichten einen Brewster-Winkel haben, der zwischen etwa 55° und 60° liegt. Bei Abweichungen der Einfallswinkel von dem Brewster-Winkel um 15° bis 20° wird noch eine relativ hohe Polarisationseffizienz erzielt.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Winkel zwischen den Strahlteilerschichten 90° bis 120° beträgt. Bei dieser Wahl des Winkels ist die Polarisationseffizienz der polarisationsselektiven Strahlteilerschichten besonders hoch.
Konzeptionell ist es besonders einfach, wenn der Winkel zwischen den Strahlteilerschichten exakt 90° beträgt. Die reflektierte Polarisationskomponente wird dann genau entgegen der Einfallsrichtung zurückreflektiert. Bei den Beleuchtungseinrichtungen mikrolithographischer Projektions- belichtungsanlagen ist es im allgemeinen jedoch nachteilig, wenn die reflektierte Polarisationskomponente zurück in den Laser gerichtet wird. Bevorzugt ist es deswegen insbesondere im Falle von unter 90° zueinander angeordneter Strahlteilerschichten, wenn zwischen den beiden Strahlteilerschichten wenigstens eine Streueinrichtung so angeordnet wird, daß von einer Strahlteilerschicht reflektiertes Licht die 'Streueinrichtung durchtritt und darin gestreut wird, bevor es auf die andere Strahlteilerschicht trifft.
Bei der Streueinrichtung kann es sich beispielsweise um eine mattierte Fläche handeln, die bewirkt, daß das erneut reflektierte Licht diffus entgegen der Einfallsrichtung zu- rückgeworfen wird. Außerhalb des Strahlengangs liegende Komponenten wie Linsenfassungen o.a. werden dann nur mit Licht relativ geringer Intensität belastet.
Mit einer Gitterstruktur als Streueinrichtung hingegen läßt sich die Streuung sehr genau beeinflussen, wodurch es mög- lieh wird, das reflektierte Licht gezielt auf bestimmte Bereiche außerhalb des Strahlengangs zu richten.
Realisiert werden können die erfindungsgemäßen Polarisationselemente beispielsweise als langgezogene Quarzquader, die eine keilprismenförmige Ausnehmung und ein darin paßge- nau eingesetztes Keilprisma aufweisen. Die Strahlteilerschicht ist dann an der Grenzfläche zwischen den beiden genannten Komponenten anzuordnen.
Insbesondere aus herstellungstechnischen Gründen ist es jedoch bevorzugt, wenn die Polarisationselemente jeweils zwei Teilelemente umfassen, wobei jedes Teilelement eine Strahlteilerschicht trägt. Auf diese Weise können die Strahlteilerschichten jeweils auf vollkommen ebene Oberfläche aufgebracht werden, wobei der Winkel zwischen den Strahlteilerschichten durch Zusammenfügen zweier einzelner Teilelemente entsteht.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausgestaltung umfaßt jedes Teilelement mindestens zwei aufeinander liegende (Keil-) Prismen, zwischen denen eine Strahlteilerschicht angeordnet ist. Dadurch läßt sich besonders einfach ein großflächiger Polarisator mit gleichmäßiger Dicke und darin angeordneten, einen Winkel zueinander bildenden Strahlteuerschichten realisieren.
Falls es sich bei den Prismen um Keilprismen handelt, so können diese beispielsweise so zueinander angeordnet sein, daß jedes Teilelement im Querschnitt im wesentlichen die Form eines Parallelogramms, eines Rechtecks oder insbesondere auch die Form eines Quadrats hat.
Um die Stabilität und die Handhabbarkeit der einzelnen Prismen zu verbessern, kann jeweils eines der Prismen eines Teilelements von einer - vorzugsweise einstückig damit ausgebildeten - Trägerplatte getragen sein, die für das hindurchtretende Licht transparent ist.
Falls diese Trägerplatte beispielsweise in einer Querrichtung wenigstens zu einer Seite des davon getragenen Prismas einen Überstand hat, so können die Trägerplatten mehrerer Teilelemente so in dem Polarisator angeordnet werden, daß diese entlang ihrer Längskanten bündig aneinander anstoßen. Zwischen den Prismen benachbarter Teilelemente verbleibt dann ein Spalt. Ein solcher Spalt hat den Vorteil, daß auf diese Weise an den empfindlichen und für die optischen Eigenschaften maßgebenden Prismen selbst keine Kräfte beim Zusammenbau wirken, die etwa zu einem Abscheren einzelner Prismen führen könnten.
Eine andere Möglichkeit zur Schaffung eines solchen Spalts zwischen den Prismen benachbarter Teilelemente besteht dar- in, innerhalb eines Teilelements Prismen vorzusehen, deren schräg geneigte Grenzflächen, zwischen denen die Strahlteilerschicht des betreffenden Teilelements angeordnet ist, in Querrichtung unterschiedliche Abmessungen haben. Dies er- möglicht es, das Prisma mit der kleineren Grenzfläche auf der Grenzfläche des anderen Prismas derart zu verschieben, daß sich beim Zusammenfügen mehrerer Teilelemente nur die Prismen mit den größeren Grenzflächen oder daran befestigte Trägerplatten berühren, während zwischen den Prismen mit den kleineren Grenzflächen jeweils ein Spalt verbleibt. Der Spalt sollte allerdings möglichst schmal sein, um Lichtverluste an den Spalten gering zu halten.
Aufgrund der schmalen Spalte zwischen den Teilelementen erfährt ein vorher vollkommen homogenes Lichtbündel nach Durchtritt durch den Polarisator eine feine Rasterung. Wenn jedoch, wie dies häufig der Fall ist, die Beleuchtungseinrichtung ohnehin ein Lichtmischelement wie z. B. einen Wabenkondensor oder einen Stabhomogenisator aufweist, das eine periodische Intensitätsverteilung in einer Pupillenebene erzeugt, in der der Polarisator vorzugsweise angeordnet ist, dann wird der Einfluß der schmalen Spalte zwischen den Teilelementen vernachlässigbar, wenn die Breite der Trägerplatten in Querrichtung gleich einem ganzzahligen Bruchteil oder einem ganzzahligen Vielfachen der Periode der Intensi- tätsverteilung ist.
Falls die Trägerplatte in einer Längsrichtung wenigstens zu einer Seite des davon getragenen Prismas einen Überstand hat, so kann dieser dazu verwendet werden, die einzelnen Polarisatorelemente auf einer Montagescheibe zu befestigen. Hat die Montagescheibe beispielsweise einen vorzugsweise rechteckigen Ausschnitt, über dem die Polarisatorelemente nebeneinander angeordnet sind, und sind an zwei einander gegenüberliegenden Begrenzungen des Ausschnitts zwei Leisten angeordnet, so können die Überstände der Trägerplatten in Längsrichtung unter diese Leisten eingeführt werden.
Um bei Bedarf auch unpolarisiertes Projektionslicht erzeu- gen zu können, ist der Polarisator vorzugsweise austauschbar in einem Filtereinschub angeordnet, so daß er sich ohne größeren Aufwand wie ein Filterelement gegen eine transparente Platte ausgetauscht werden kann.
Wenn mehrere Polarisatoren mit unterschiedlichen Polarisa- tionsrichtungen in einer Pupillenebene angeordnet sind, wobei jeweils zwei punktsymmetrisch zur optischen Achse angeordnete Polarisatoren die gleiche Polarisationsrichtung haben, so läßt sich auf diese Weise der Kontrast der abgebildeten Strukturen weiter erhöhen, wenn die Beleuchtungsein- riehtung auch an sich bekannte Mittel zur Erzeugung einer Multipolbeleuchtung umfaßt. Bei einer Multipolbeleuchtung beschränkt sich die Ausleuchtung einer Pupillenebene auf mehrere, z.B. 2 oder 4, voneinander getrennte, als Pole bezeichnete Bereiche. Eine solche Kombination aus mehreren Polarisatoren und einer Multipolbeleuchtung erlaubt es, sehr feine Strukturen mit hohem Kontrast abzubilden, deren Strukturrichtung entlang einer Polarisationsrichtung der Polarisatoren verläuft.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit einem Polarisator, der in einem Maskierungsobjektiv angeordnet ist;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht des in Figur 1 gezeigten Polarisators;
Figur 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Linie III-III;
Figur 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV;
Figur 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Schnittdarstellung der Figur 3;
Figur 6 eine der Figur 5 entsprechende vereinfachte Schnittdarstellung eines Polarisators gemäß einem anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung; Figur 7 eine Polarisatoranordnung mit insgesamt vier Polarisatoren für eine Quadrupolbeleuchtung;
Figur 8 eine Polarisatoranordnung mit insgesamt zwei Polarisatoren für eine Dipolbeleuchtung.
In Figur 1 ist eine Beleuchtungseinrichtung gezeigt, die einen als Lichtquelle dienenden Laser 1, eine Strahlformungseinrichtung 2, ein Zoom-Axicon-Objektiv 3 zur Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungsarten und einen Stabho- mogenisierer 4 umfaßt, mit dem das von dem Laser erzeugte Projektionslicht gemischt und homogenisiert wird. In Lichtausbreitungsrichtung hinter dem Stabhomogenisierer 4 ist eine verstellbare Maskierungseinrichtung 5 angeordnet, mit der sich die Geometrie des das Retikel durchtretenden Lichtfeldes festlegen läßt. Die Beleuchtungseinrichtung u - faßt ferner ein Maskierungsobjektiv 6, in dessen Objektebene die Maskierungseinrichtung 5 und in dessen Bildebene ein zu beleuchtendes Retikel 7 angeordnet ist. Die Maskierungseinrichtung 5 wird somit von dem Maskierungsobjektiv 6 scharf auf dem Retikel 7 abgebildet und sorgt auf diese Weise für eine scharfe Berandung des Lichtfeldes. Da die Beleuchtungseinrichtung insoweit bekannt ist, wird bezüglich näherer Einzelheiten auf die DE 195 48 805 AI und die darin zitierten Druckschriften verwiesen.
In einer mit 8 angedeuteten Pupillenebene des Maskierungs- Objektivs 5 ist ein Polarisator 10 zur Erzeugung linear po- larisierten Lichts angeordnet, dessen Aufbau im folgenden mit Bezug auf die übrigen Figuren erläutert wird.
In Figur 2 ist der Polarisator 10 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung des Po- larisators 10 bezieht sich auch auf die Schnitte entlang der Linien III-III und IV-IV, die in den Figuren 3 bzw. 4 gezeigt sind. Der Polarisator 10 weist eine kreisrunde Montagescheibe 12 auf, die mit einem zentralen rechteckförmi- gen Ausschnitt 14 versehen ist und z.B. durch Einschieben in einen Filterhalter 11 (siehe Figur 1) in den optischen Strahlengang eingeführt werden kann. Über diesen Ausschnitt 14 hinweg erstrecken sich eine Vielzahl von Polarisatorelementen 16, die jeweils aus einem Paar von Teilelementen 18 und 20 bestehen. Die Teilelemente 18, 20, deren Aufbau wei- ter unten näher mit Bezug auf die Figur 5 erläutert wird, haben die Form langgestreckter Quader und umfassen jeweils eine Trägerplatte 22, die in Längsrichtung Y einen Überstand 26 haben.
In X-Richtung seitlich begrenzt ist die Anordnung der Pola- risatorelemente 16 von zwei Anschlägen 28 und 30, an Trägerplatten 22 angrenzender Teilelemente anliegen. Der Anschlag 30 ist dabei mit Hilfe zweier Befestigungselemente 42, 44 lösbar auf der Montagescheibe 12 befestigt.
In Y- und Z-Richtung sind die Polarisatorelemente 16 durch zwei Leisten 32 und 34 fixiert, die jeweils zu dem Ausschnitt 14 hin eine Ausnehmung 36 bzw. 38 haben. Diese Aus- nehmungen 36, 38 nehmen die Überstände 26 der Trägerplatten 22 auf, wie dies besonders gut in Figur 4 und auch in der mit 40 bezeichneten Stelle in Figur 2 erkennbar ist, an der ein Teil der Leiste 32 der Übersicht halber entfernt ist.
Bei der Montage des Polarisators 10 werden bei entferntem Anschlag 30 die einzelnen Teilelemente 18, 20 der Polarisatorelemente 16 nacheinander mit ihren Überständen 26 unter die Leisten 32, 34 geschoben, wobei die zuerst eingeschobene Leiste in X-Richtung durch den der Einschubstelle gege- nüberliegenden Anschlag 28 ausgerichtet wird. Wenn alle
Teilelemente 18, 20 eingeschoben sind, wird der andere Anschlag 30 mit Hilfe der Befestigungselemente 42, 44 auf der Montagescheibe 12 befestigt.
Im folgenden wird der Aufbau der Polarisatorelemente 16 und die Funktion des Polarisators 10 anhand der Figur 5 näher erläutert, die in einem vergrößerten Ausschnitt aus Figur 3 eines der Polarisatorelemente 16 zeigt.
Die beiden Teilelemente 18, 20 weisen jeweils zwei rechtwinklige Keilprismeri 46, 48 bzw. 50, 52 auf, die entlang ihrer Hypotenusenflächen aufeinanderliegen . Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Trägerplatten 22 an den in Figur 5 nach unten weisenden Schenkelflächen der Keilprismen 46 und 50 einstückig ausgebildet, so daß diese Elemente strenggenommen nicht mehr exakt keilförmig sind. Es versteht sich jedoch, daß die Trägerplatten 22 auch separate Teile sein können, auf denen die Keilprismen 46, 50 zu befestigen sind; die Keilprismen 46, 50 sind dann im Querschnitt keilförmig.
Zwischen den beiden aufeinanderliegenden Hypotenusenflächen der Keilprismen 46, 48 und 50, 52 ist jeweils eine polari- sationsselektive Strahlteilerschicht 54 bzw. 56 angeordnet, die vor dem Zusammenfügen der beiden Keilprismen 46, 48 bzw. 50, 52 auf eine der beiden Hypotenuseπflachen in an sich bekannter Weise aufgebracht wird.
Die beiden in Figur 5 nach oben weisenden Teilprismen 48 und 52 sind geringfügig kleiner als die beiden nach unten weisenden Teilprismen 50 und 54. Auf diese Weise entsteht zwischen benachbarten Keilprismen 48, 52 eines Polarisatorelements 16 ein Spalt 58 der Breite d, der in der Zeichnung aus Gründen der besseren Erkennbarkeit übertrieben breit dargestellt ist. Das Teilprisma 48 des Teilelements 18 weist an der dem Spalt 58 zugewandten Fläche eine Gitterstruktur 60 auf, die beispielsweise durch Diamantfräsen hergestellt sein kann.
Fällt Licht in der mit Pfeilen 64 in Figur 2 angedeuteten Richtung senkrecht auf den Polarisator 10, so wird Licht eines Polarisationszustandes von dem Polarisator 10 trans- mittiert, während Licht in dem dazu senkrechten Polarisationszustand mehr oder weniger entgegen der Einfallsrichtung 64 zurückreflektiert wird. Zur Veranschaulichung ist in Fi- gur 5 ein einzelner Lichtstrahl 66 eingezeichnet, der in der Einfallsrichtung 64 des Polarisators 10 auf das Teil- element 18 auftrifft. Der Lichtstrahl 66 ist unpolarisiert und enthält somit zum einen eine mit Pfeilen 68 angedeutete und als P-Komponente bezeichnete Polarisationskomponente, bei der die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes parallel zur Einfallsebene liegt. Darunter versteht man die Ebene, in der sowohl die Einfallsrichtung des Lichtstrahls 66 als auch die mit 72 bezeichnete Flächennormale der Strahlteilerschicht 54 liegt; in der Darstellung der Figur 5 entspricht die Einfallsebene also der Papierebene. Neben der P-Komponente enthält der einfallende unpolarisierte
Strahl außerdem eine mit Punkten 70 angedeutete und als S- Komponente bezeichnete Polarisationskomponente, bei der die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes senkrecht zur Einfallsebene verläuft.
Die Strahlteilerschicht 54 ist so ausgelegt, daß die P-
Komponente des einfallenden Strahls 66 durch die Strahlteilerschicht 54 hindurchtreten kann, während die S-Komponente zu annähernd 100% reflektiert wird. Da die beiden Strahlteilerschichten 54 und 56 symmetrisch zur der durch die An- Ordnung der Polarisatorelemente 16 festgelegten X-Y-Ebene und' in einem Winkel von etwa 90° zueinander angeordnet sind, fällt der Strahl 66 in einem Winkel von 45° auf die Strahlteilerschicht 54, so daß die S-Komponente 70 um 90° reflektiert und auf das andere Teilelement 20 gerichtet wird. Auf seinem Weg dorthin durchtritt die S-Komponente 70 zunächst das Gitter 60, an dem es unter einem Winkel von einigen Grad, z. B. 5° oder 10°, gestreut wird. Der nunmehr aufgeweitete Strahl der S-Komponente tritt in das Keilpris- ma 52 des benachbarten Teilelements 20 ein, wird zu annähernd 100% an der zweiten Strahlteilerschicht 56 des Teilelements 20 reflektiert, im wesentlichen entgegen der Einfallsrichtung 64 zurückgeworfen und aus dem optischen Sy- stem entfernt.
Durch den Spalt 58 zwischen den beiden Teilelementen 18 und 20 entsteht zwar ein geringer Lichtverlust, jedoch wird auf diese Weise das Auftreten von Scherkräften zwischen den jeweils oberen Keilprismen 48 und 52 der beiden Teilelemente 18 bzw. 20 verhindert. Solche Scherkräfte können insbesondere bei der Montage des Polarisators 10 die Teilelemente 18, 20 und insbesondere die zwischen den Keilprismen 46, 48 bzw. 50, 52 liegenden polarisationsselektiven Strahlteilerschichten 54 bzw. 56 beschädigen.
Die Lichtverluste aufgrund der zwischen den Teilelementen 18, 20 verbleibenden Spalte 58 fallen dann nicht wesentlich ins Gewicht, wenn die Breite der Trägerplatten 22 in X- Richtung so ausgelegt wird, daß diese entweder einen gänz- zahligen Bruchteil oder ein ganzzahliges Vielfaches einer ohnehin vorhandenen 'Pupillenrasterstruktur darstellt. Eine derartige Pupillenrasterstruktur kann beispielsweise durch die Verwendung einer Fliegenaugenlinse 9 (siehe Figur 1) im vorausgehenden Strahlengang entstehen.
Dies gilt im übrigen auch, wenn die einzelnen Polarisati- onselemente 16 spaltfrei aneinander angrenzen, da selbst dann kleine Lichtlücken an den Grenzflächen zwischen be- nachbarten Polarisatorelementen unvermeidlich sind. Durch die Anpassung der Geometrie der Polarisationselemente an eine vorhandene Pupillenrasterstruktur können die negativen Auswirkungen solcher unvermeidlichen Lichtlücken auf die Ausleuchtungshomogenität und die Telezentrie minimiert werden.
Die Figur 6 zeigt in einem seitlichen Schnitt ein anderes Ausführungsbeispiel für Polarisatorelemente 116, die an Stelle der Polarisatorelemente 16 in dem Polarisator 10 verwendet werden können.
Das in Figur 6 gezeigte Polarisatorelement 116 unterscheidet sich von dem in Figur 5 gezeigten insbesondere dadurch, daß es nicht in zwei einzelne Teilelemente unterteilt ist. Vielmehr besteht das Polarisatorelement 116 aus einem in Y- Richtung langgezogenen Quader 118, der an seiner Oberseite eine keilförmige Ausnehmung aufweist. In diese ist paßgenau ein Keilprisma 120 eingesetzt, wobei an den Grenzflächen zwischen dem Quader 118 und dem Keilprisma 120 polarisationsselektive Strahlteilerschichten 154 und 156 aufgebracht sind. Da das Keilprisma 120 einstückig ausgebildet ist, besteht bei diesem Ausführungsbeispiel keine Möglichkeit, eine Mattscheibe oder eine andere Streueinrichtung zwischen den beiden Strahlteilerschichten 154 und 156 anzuordnen.
Eine Rückreflexion des einfallenden Lichts 166 abweichend von der Einfallsrichtung wird bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch erzielt, daß die beiden Strahlteilerschichten 154 und 156 zwischen sich einen Winkel von mehr als 90° aufspannen. Auf diese Weise wird in der Einfallsrichtung 64 einfallender und senkrecht auf den Polarisator auftreffender Strahl 166 wie in Figur 6 dargestellt seitlich aus dem Strahlenbündel herausgelenkt.
Figur 7 zeigt eine Polarisatoranordnung 74 mit insgesamt vier Polarisatoren 10a, 10b, 10c und lOd, die gemeinsam in einem Träger 76 in nicht näher dargestellter Weise aufgenommen sind und z.B. wie in den Figur 2 bis 5 dargestellt aufgebaut sein können. Die Polarisatoranordnung 74 ist zum Einschub in einen Filterhalter vorgesehen, der in einer Pupillenebene einer für die Erzeugung einer Quadrupolbeleuch- tung geeigneten Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist. Bei einer Quadrupolbeleuchtung beschränkt sich die Ausleuchtung einer Pupillenebene auf vier voneinander getrennte Bereiche, die auch als Pole bezeichnet werden. Die Pole sind so am Rand der Pupille entlang verteilt, daß ihre Anordnung eine vierzählige Symmetrie aufweist.
Die einzelnen Polarisatoren 10a, 10b, 10c und lOd, deren Polarisationsrichtungen durch Pfeile 78a, 78b, 78c bzw. 78d angedeutet sind, kommen bei richtiger Winkelorientierung des Trägers 76 im Bereich der Pole zu liegen. Jeweils einander gegenüberliegende Polarisatoren 10a, 10c bzw. 10b, lOd bilden dabei Paare mit gleicher Polarisationsrichtung; die Polarisationsrichtungen der beiden Paare verlaufen senkrecht zueinander. Mit einer derartigen Polarisation läßt sich bei Quadrupolbeleuchtung eine Erhöhung des Kontrasts vor allen bei solchen Retikeln erzielen, bei denen die abzubildenden Strukturen sehr fein sind und orthogonal zueinander verlaufen. Der Träger 76 sowie die die Quadrupolbeleuchtung erzeugenden Komponenten der Beleuchtungseinrichtung sind dabei winkelmäßig so zu orientieren, daß die Polarisationsrichtungen 78a bis 78d der Polarisatoren 10a bis lOd mit den orthogonalen Vorzugsrichtungen der abzubildenden Strukturen über- einstimmen.
Figur 8 zeigt eine weitere Polarisatoranordnung 80, die für eine Dipolbeleuchtung vorgesehen ist. Im Gegensatz zu der in Figur 7 gezeigten Polarisatoranordnung 74 ist hier auf einem Träger 76' lediglich ein Paar von Polarisatoren 10a1, 10c' gleicher Polarisationsrichtung 78a1, 78c' angeordnet. Die bei Dipolbeleuchtung einzusetzende Polarisatoranordnung 80 erlaubt es, noch kleinere Strukturen mit hohem Kontrast abzubilden, sofern diese entlang der Polarisationsrichtung 78a', 78c' der Polarisatoren 10a', 10c' verlaufen. Für or- thogonal dazu verlaufende Strukturen wird hingegen keine Kontrasterhöhung erzielt.

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungseinrichtung für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit einer Lichtquelle (1) zur Erzeugung von Projektionslicht, einer Maskierungseinrichtung (5) zur Maskierung eines Retikels (7) , einem Maskierungsobjektiv (6) zur Abbildung der Maskierungseinrichtung (5) auf das Retikel (8) und mit einem Polarisator (10),
dadurch gekennzeichnet, daß
daß der Polarisator (10; 10a, 10b, 10c, lOd; 10a', 10c') in dem Maskierungsobjektiv (6) angeordnet ist und hindurchtretendes Projektionslicht in einer Richtung linear polarisiert .
2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator (10) in einer Pupillenebene des Maskierungsobjektivs (6) oder in der Nähe einer solchen angeordnet ist.
3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- durch gekennzeichnet, daß der Polarisator (10) ein
Drahtpolarisator ist.
4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator (10) ein Gitterpolarisator ist, der auf der Kombination von Formdoppelbrechung und Resonanzeffekten beruht.
5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator (10) mehrere in einer Ebene (X, Y) angeordnete Polarisatorelemente (16, 116) aufweist, die jeweils eine geneigt zu der Ebene angeordnete polarisationsselektive Strahlteilerschicht (54, 56; 154, 156) enthalten, die für Licht in einem ersten Polarisationszustand (68) durchlässig und für Licht in einem von dem ersten Polarisationszustand (68) verschiedenen zweiten Polarisationszustand (70) reflektierend ist, wobei jedes Polarisatorelement (16, 116) zwei in einem Winkel zueinander angeordnete polarisationsselektive Strahlteilerschichten (54, 56; 154, 156) umfaßt.
6. Beleuchtungseinrichtung mit einem Polarisator (10) für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Polarisator (10) mehrere in einer Ebene (X, Y) angeordnete Polarisatorelemente (16, 116) aufweist, die jeweils eine geneigt zu der Ebene angeordnete polarisationsselektive Strahlteilerschicht (54, 56; 154, 156) enthalten, die für Licht in einem ersten Polarisationszustand (68) durchlässig und für Licht in einem von dem ersten Polarisationszustand (68) verschiedenen zweiten Polarisationszustand (70) reflektierend ist, wobei jedes Polarisatorelement (16, 116) zwei in einem Winkel zueinander angeordnete polarisationsselektive Strahlteilerschiehten (54, 56; 154, 156) umfaßt.
7. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, da durch gekennzeichnet, daß die Strahlteilerschiehten (54, 56; 154, 156) symmetrisch zu der Ebene (X, Y) angeordnet sind und zwischen sich einen Winkel zwischen 80° und 160° aufspannen.
8. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Strahlteilerschiehten (54, 56; 154, 156) zwischen 90° und 120° beträgt.
9. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Strahlteilerschiehten (54, 56; 154, 156) 90° beträgt.
10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden
Strahlteilerschiehten (54, 56) wenigstens eine Streuein- riehtung (60) so angeordnet ist, daß wenigstens ein Teil des von einer Strahlteilerschicht (54) reflektierten Lichts die Streueinrichtung (60) durchtritt und darin gestreut wird, bevor es auf die andere Strahlteilerschicht (56) trifft.
11. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Streueinrichtung eine mattierte Fläche umfaßt.
12. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Streueinrichtung eine Gitterstruktur (60) umfaßt.
13. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationselemente (16) jeweils zwei Teilelemente (18, 20) umfassen, wobei jedes Teilelement (18, 20) eine Strahlteilerschicht (54, 56) trägt.
14. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilelement (18, 20) mindestens zwei aufeinanderliegende Prismen (46, 48, 50, 52) um- faßt, zwischen denen die Strahlteilerschicht des Teilelements (18, 20) angeordnet ist.
15. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilelement (18, 20) zwei aufeinanderliegende Keilprismen (46, 48, 50, 52) gleicher Form umfaßt.
16. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Keilprismen (46, 48, 50,
52) so zueinander angeordnet sind, daß jedes Teilelement (18, 20) im Querschnitt im wesentlichen die Form eines Parallelogramms hat.
17. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Keilprismen (46, 48, 50, 52) so zueinander angeordnet sind, daß jedes Teilelement (18, 20) im Querschnitt im wesentlichen die Form eines Rechtecks, insbesondere die Form eines Quadrats, hat.
18. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Prismen (46, 48, 50, 52) von einer Trägerplatte (22) getragen ist.
19. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (22) einstückig mit dem Prisma (46, 48, 50, 52) ausgebildet ist.
20. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Prismen (48, 52) benachbarter Teilelemente (18, 20) ein Spalt (58) verbleibt.
21. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Teilelements (18, 20) schräg geneigte Grenzflächen der Prismen (46, 48; 50, 52), zwischen denen die Strahlteilerschicht (54, 56) des betreffenden Teilelements (18, 20) angeordnet ist, in Querrichtung (X) unterschiedliche Abmessungen haben.
22. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 18 oder 19 und nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (22) in einer Längsrichtung (Y) wenigstens zu einer Seite des davon getragenen Prismas (46, 50) einen Überstand (26) hat.
23. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 22, gekennzeichnet durch eine Montagescheibe (12) mit einem Ausschnitt (14) , über dem die Polarisationselemente (16, 116) nebeneinander angeordnet sind.
24. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 22 und nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei einander gegenüberliegenden Begrenzungen des Ausschnitts (14) zwei Leisten (32, 34) angeordnet sind, unter die die Überstände (26) der Trägerplatten (22) in Längsrichtung (Y) eingeführt sind.
25. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 24 bei Rückbeziehung auf Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung ein Lichtmischelement (9) aufweist, das eine periodische Intensitätsver- teilung in einer Pupillenebene (8) erzeugt, in der der Polarisator (10) angeordnet ist, und daß die Breite der Trägerplatten (22) in Querrichtung (X) gleich einem ganzzahligen Bruchteil oder einem ganzzahligen Vielfachen der Periode der Intensitätsverteilung ist.
26. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator (10) austauschbar in einem Filtereinschub (11) angeordnet ist.
27. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Polarisatoren (10a, 10b, 10c, lOd; 10a', 10c') mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen (78a, 78b, 78c, 78d; 78a', 78c') in einer Pupillenebene (9) angeordnet sind, wobei je- weils zwei punktsymmetrisch zur optischen Achse angeordnete Polarisatoren (10a, 10c; 10b, lOd; 10a', 10c') die gleiche Polarisationsrichtung haben.
28. Mikrolithographische Proj ektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche.
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