Die Leistungsfähigkeit von Projektionsbelichtungsanlagen für die mikroli- thographische Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen wird wesentlich durch die Abbildungseigenschaf- ten der Projektionsoptik bestimmt. Darüber hinaus wird die Bildqualität und der mit einer Anlage erzielbare Wafer-Durchsatz wesentlich durch Eigenschaften des dem Projektionsobjektiv vorgeschalteten Beleuch- tungssystems mitbestimmt. Dieses muss in der Lage sein, das Licht ei- ner Lichtquelle mit möglichst hohem Wirkungsgrad zu präparieren und dabei eine Lichtverteilung einzustellen, die bezüglich Lage und Form beleuchteter Bereiche genau definierbar ist und bei der innerhalb be- leuchteter Bereiche eine möglichst gleichmäßige Intensitätsverteilung

vorliegt. Diese Forderungen sollen bei allen einstellbaren Beleuch- tungsmodi gleichermaßen erfüllt sein, beispielsweise bei konventionellen Settings mit verschiedenen Kohärenzgraden oder bei Ringfeld-, Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung, welche die Vorraussetzungen für eine Ab- bildung der Retikelmuster mit hohem Interferenzkontrast sind.

Eine zunehmend wichtig werdende Forderung an Beleuchtungssysteme besteht darin, dass diese in der Lage sein sollten, Ausgangslicht mit ei- nem möglichst genau definierbaren Polarisationszustand bereitzustellen.

Beispielsweise kann es gewünscht sein, dass das auf die Photomaske oder in das nachfolgende Projektionsobjektiv fallende Licht weitgehend oder vollständig linear polarisiert ist und eine definierte Ausrichtung der Polarisationsvorzugsrichtung hat. Mit linear polarisiertem Eingangslicht können z. B. moderne katadioptrische Projektionsobjektive mit Polarisa- tionsstrahlteiler (beam splitter cube, BSC) mit einem theoretischen Wir- kungsgrad von 100% am Strahlteiler arbeiten. Es kann auch gewünscht sein, Beleuchtungslicht bereitzustellen, das im Bereich der Photomaske weitgehend unpolarisiert oder sehr gut zirkular polarisiert ist. Hierdurch können beispielsweise strukturrichtungsabhängige Auflösungsdifferen- zen (H-V-Differenzen, CD-Variationen) vermieden werden, die auftreten können, wenn mit linear polarisiertem Licht beleuchtet wird und die typi- schen Strukturbreiten der abzubildenden Muster in der Größenordnung der verwendeten Wellenlänge liegen.

Eine weitere Forderung besteht insbesondere bei modernen mikrolitho- graphischen Projektionsbelichtungsanlagen darin, dass eine im Bereich einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems bereitgestellte Lichtver- teilung unter weitgehender Erhaltung der Verteilung der Lichtenergie im Winkelraum, d. h. winkelerhaltend, in eine zur Pupillenebene des Be- leuchtungssystems konjugierte Pupillenebene des Projektionsobjektivs übertragen werden sollte. Jede im Lichtweg zwischen den konjugierten Pupillenebenen eingeführte Veränderung des Winkelspektrums führt zu

einer Verzerrung der in der Objektivpupille vorliegenden Intensitätsver- teilung, was beispielsweise bei Dipol-oder Quadrupolbeleuchtung zu einer unsymmetrischen Einstrahlung bei der bildgebenden Zweistrahlin- terferenz und damit zu einer Verschlechterung der Abbildungsleistung führen kann.

Ein hoher Grad von Gleichmäßigkeit bzw. Homogenität der auf die Pho- tomaske (Retikel) fallenden Beleuchtung kann durch Mischung des von einer Lichtquelle kommenden Lichtes mit Hilfe einer Lichtmischeinrich- tung erreicht werden. Bei Lichtmischeinrichtungen unterscheidet man im wesentlichen zwischen Lichtmischeinrichtungen mit Wabenkondensoren und Lichtmischeinrichtungen mit Integratorstäben bzw. Lichtmischstä- ben. Diese Systeme haben spezifische Vor-und Nachteile. Wabenkon- densoren mit Rasteranordnungen von Linsen (Fliegenaugenlinse) zur Erzeugung einer Vielzahl sekundärer Lichtquellen haben den Vorteil, dass der Polarisationszustand des durchtretenden Lichtes praktisch nicht verändert wird. Dem steht als Nachteil ein im Vergleich zu Integra- torstäben schlechterer Wirkungsgrad der Lichttransmission gegenüber, da die Durchlassfläche im Bereich von Grenzflächen zwischen den ein- zelnen Linsen nicht-transmittierende Totbereiche aufweist. Ein Waben- kondensor verändert außerdem das Winkelspektrum des durchtretenden Lichts aufgrund von durch Linsen eingeführte Aberrationen.

Beleuchtungssysteme, die Lichtmischeinrichtungen mit Wabenkonden- soren aufweisen, sind beispielsweise in den US-Patenten US 6,211, 944 B1 und US 6,252, 647 B1 offenbart. Ein für den Bereich sichtbaren Lich- tes konzipiertes Beleuchtungssystem für einen Projektionsapparat zur Projektion des Inhalts von LCD-Anzeigen ist im US-Patent US 6,257, 726 B1 gezeigt.

Systeme mit Integratorstäben zeichnen sich demgegenüber durch einen überlegenen Transmissionswirkungsgrad aus. Bei den hier bevorzugt

betrachteten, für Ultraviolettlicht ausgelegten Beleuchtungssystemen besteht ein Integratorstab aus einem für das Licht der Lichtquelle trans- parenten Material und wird im wesentlichen entlang seiner Längsrich- tung mit Licht einer gegebenen Apertur durchstrahlt. In dem Integra- torstab wird das durchtretende Licht wie in einem Kaleidoskop vielfach an den lateralen Grenzflächen total reflektiert, wodurch eine annähernd perfekte Mischung von nicht homogenen Anteilen des Lichts erzielbar ist. Die Wirksamkeit der Mischung hängt dabei von der Anzahl der Re- flexionen in den einzelnen Richtungen über die Stablänge ab. Bei den hier betrachteten Integratorstäben mit zueinander parallelen, ebenen lateralen Grenzflächen bleibt die Winkelverteilung des eintretenden Lichts praktisch vollständig erhalten. Nachteilig bei Integratorstäben ist deren nur schlecht kontrollierbarer Einfluss auf den Polarisationszustand des durchtretenden Lichtes. Zum einen ist ein optischer Weg großer Länge im Einsatz. Auf diesem kann es aufgrund von intrinsischer oder induzierter Doppelbrechung zu unterschiedlich starken Verzögerungsef- fekten der in unterschiedliche Richtungen schwingenden Komponenten des elektrischen Feldvektors kommen. Zum anderen gibt es an den Sei- ten viele windschiefe (Total-) Reflexionen, die durch ihre phasenschie- bende Wirkung den Polarisationszustand des durchtretenden Lichtes unkontrollierbar verändern.

Beleuchtungssysteme für den UV-Bereich mit stabförmigen Lichtintegra- toren sind beispielsweise in den Deutschen Patentanmeldungen DE 44 21 053, DE 195 20 363, DE 199 12 464 oder im US-Patent US 6, 028, 660 offenbart. Stabintegratoren können auch als kaleidoskoparti- ge Hohlleiter mit nach innen gerichteten Spiegelflächen ausgebildet sein Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere für die Ver- wendung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage geeignetes Beleuchtungssystem zu schaffen, welches das Licht einer zugeordneten Lichtquelle mit hohem Wirkungsgrad überträgt, einen ver-

nachlässigbaren Einfluss auf die Winkelverteilung des durchtretenden Lichtes hat und eine definierte Einstellung des Polarisationszustandes des austretenden Lichtes erlaubt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Die Erfindung stellt ein Beleuchtungssystem für eine optische Einrich- tung, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikroli- thographie bereit, welche eine Lichtmischeinrichtung aufweist. Die Lichtmischeinrichtung hat : mindestens einen Integratorstab, der eine Eintrittsfläche zum Empfang von Licht einer Lichtquelle und einer Austrittsfläche zur Abgabe von durch den Integratorstab gemischtem Austrittslicht aufweist, sowie min- destens eine Prismenanordnung zum Empfang von Austrittslicht und zur Veränderung des Polarisationszustandes des Austrittslichtes, wobei die Prismenanordnung mindestens eine quer zur Ausbreitungsrichtung des Austrittslichtes ausgerichtete Polarisationsteilerfläche aufweist.

Die Prismenanordnung hat zwei oder mehr Prismen und bewirkt eine Veränderung des Polarisationszustandes des eintretenden Lichtes bei vollständiger Erhaltung der Lichtenergieverteilung im Winkelraum. Als Prisma wird hier ein Körper aus durchsichtigem, d. h. für das verwendete Licht transparenten Material bezeichnet, zu dessen Grenzflächen min- destens zwei sich schneidende Ebenen gehören. Die Prismen haben vorzugsweise nur ebene Grenzflächen, an denen das im Prisma verlau- fende Licht, gegebenenfalls mehrfach, total reflektiert wird, bevor es aus dem Prisma austritt. Da keine Brechung an gekrümmten Flächen statt- findet, bleiben alle Strahlwinkel erhalten. Die Polarisationsteilerfläche lässt den Anteil des Lichtes, bei dem der elektrische Feldvektor parallel

zur Einfallsebene schwingt (p-polarisiertes Licht), ungehindert durch, während der Lichtanteil, bei dem der elektrische Feldvektor senkrecht zur Einfallsebene schwingt (s-polarisiertes Licht), an der Polarisationstei- lerfläche reflektiert und dadurch umgelenkt wird. Als Einfallebene wird hier diejenige Ebene bezeichnet, die von der Einfallsrichtung des Lichts und der Flächennormalen der Polarisationsteilerfläche aufgespannt wird.

Das durchgelassene Licht hat somit unabhängig vom Polarisationszu- stand des einfallenden Lichtes am Austritt p-Polarisation und somit ei- nen definierten Polarisationszustand.

Die Anordnung hat ohne weiteren Maßnahmen einen hohen Transmis- sions-Wirkungsgrad, wenn das auf die Polarisationsteilerfläche auftref- fende Licht nahezu oder vollständig p-polarisiert ist.

Um unabhängig vom Polarisationszustand des auf die Polarisationstei- lerfläche auftreffenden Lichtes die Gesamttransmission der Lichtmisch- einrichtung zu optimieren, ist bei einer bevorzugten Weiterbildung vor- gesehen, dass die Prismenanordnung mindestens eine Spiegelfläche aufweist, die in Bezug auf die Polarisationsteilerfläche derart angeordnet ist, dass von der Polarisationsteilerfläche reflektiertes (s-polarisiertes) Licht mit Hilfe der Spiegelfläche in eine Ausbreitungsrichtung umlenkbar ist, die im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung des von der Polarisationsteilerfläche durchgelassenen Lichtes verläuft. Da hier mit hohem Reflexionsgrad reflektierbares, s-polarisiertes Licht auf die Spie- gelfläche auftrifft, ist eine Umlenkung mit hohem Wirkungsgrad möglich.

Es ist auch möglich, eine Spiegelfläche vorzusehen, die in Bezug auf die Polarisationsteilerfläche derart angeordnet ist, dass das ungehindert durch die Polarisationsteilerfläche hindurchtretende Licht in eine Rich- tung umgelenkt wird, die im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrich- tung des von der Polarisationsteilerfläche reflektierten Lichtes verläuft.

In beiden Fällen steht hinter der Prismenanordnung ein sehr hoher An- teil der eintrittsseitig eingestrahlten Lichtenergie zur Verfügung, wobei der Polarisationszustand der beiden zumindest weitgehend parallelen Strahlen jeweils definiert ist und dementsprechend gezielt verändert werden kann. Die Spiegelfläche ist vorzugsweise totalreflektierend und kann durch eine Grenzfläche eines Prismas der Prismenanordnung ge- bildet sein. Auch normal reflektierende Spiegelflächen sind möglich.

Bevorzugte Ausführungsformen haben an der Polarisationsteilerfläche eine optisch wirksame Polarisationsteilerschicht. Eine Polarisationstei- lerschicht ist ein optisch wirksames Mehrschichtsystem mit Schichten aus dielektrischem, für die verwendete Lichtwellenlänge transparenten Material, wobei die übereinanderliegenden Schichten abwechselnd aus hochbrechendem und niedrigbrechendem Material bestehen. Das Mehr- schichtsystem ist in Bezug auf das einfallende Licht im wesentlichen derart schräg ausgerichtet, dass an den Grenzflächen der Schichten Winkel nahe dem durch die Brechungsindizes der Materialen bestimm- ten, schichtspezifischen Brewsterwinkel auftreten. Für diesen ist be- kanntlich der Reflexionsgrad für p-polarisiertes Licht minimal und der entsprechende Transmissionsgrad maximal.

Insbesondere für Anwendungen im Bereich des sichtbaren Lichtes kann gegebenenfalls auf eine Polarisationsteilerschicht verzichtet werden. Die Prismenanordnung kann dann unter Nutzung von Doppelbrechungsei- genschaften der z. B. kristallinen Prismenmaterialien arbeiten und bei- spielweise ein Nicol-Prisma, ein Rochon-Prisma o. dgl. umfassen. Die polarisationsselektive Wirkung kann gegebenenfalls auch durch eine oder mehrere schräggestellte Platten erzielt werden.

Prismenanordnungen, insbesondere solche mit Polarisationsteiler- schicht, haben bevorzugt mindestens einen Polarisationsteilerblock mit einem ersten und einem zweiten Prisma, die einander zugewandte

Grenzflächen aufweisen, zwischen denen die Polarisationsteilerfläche, insbesondere die Polarisationsteilerschicht, angeordnet ist. Dadurch fin- det die Aufspaltung der Polarisation vollständig innerhalb von transpa- rentem Materialen statt, was für die Winkelerhaltung vorteilhaft ist. Im übrigen sollte der Polarisationsteilerblock freie, d. h. für Totalreflexion geeignete Außenflächen habe, um winkelerhaltend und ohne Lichtver- lust Licht weiterzuleiten. Damit findet der Lichtstab im Bereich der Pris- menanordnung eine allseitige Fortsetzung. Die für den Lichtaustritt oder Lichteintritt vorgesehenen Grenzflächen der Prismen sind vorzugsweise mindestens zum Teil mit geeigneten Entspiegelungsschichten belegt.

Um für das gesamte aus der Lichtmischeinrichtung austretende Licht einen einheitlichen Polarisationszustand einzustellen, werden geeignete Verzögerungselemente oder andere Maßnahmen entsprechender Wir- kung verwendet. Eine bevorzugte Prismenanordnung hat mindestens eine erste Austrittsfläche zum Austritt von durch die Polarisationsteiler- fläche transmittiertem Licht und mindestens eine zweite Austrittsfläche zum Austritt von durch die Polarisationsteilerfläche reflektiertem Licht.

Mindestens einer der Austrittsflächen wird eine Einrichtung zur Verände- rung des Polarisationszustandes des durchtretenden Lichtes nachge- schaltet, insbesondere mindestens ein optisches Verzögerungselement.

Beispielsweise ist es möglich, einer der Austrittsflächen eine X/2-Platte oder ein anderes Element nachzuschalten, welches eine Drehung der Polarisationsvorzugsrichtung um 90° bewirkt. Dadurch wird das gesamte Austrittslicht einheitlich p-oder s-polarisiert. Es ist auch möglich, beiden Austrittsflächen jeweils eine X/4-Platte oder eine andere Einrichtung nachzuschalten, die aus eintretendem linear polarisiertem Licht zirkular polarisiertes Licht erzeugt. Dadurch wird das gesamte Austrittslicht zir- kular polarisiert, mit gleichläufigem Drehsinn hinter den verschiedenen Austrittsflächen. Weitere Einrichtungen zur Veränderung des Polarisati- onszustandes können folgen.

Bei bevorzugten Prismenanordnungen tritt das Licht an zwei nebenein- ander liegenden Austrittsflächen aus. Dabei kann zwischen den Aus- trittsflächen eine feine Trennlinie verminderter Austrittsintensität vorlie- gen. Um mögliche Auswirkungen aus die Abbildungsqualität zu vermei- den, ist bei bevorzugten Weiterbildungen für Wafer-Scanner die Polari- sationsteilerfläche derart ausgerichtet, dass eine Schnittlinie zwischen dieser und einer senkrecht zur Austrittsrichtung des Lichtes ausgerichte- ten Ebene quer, insbesondere senkrecht zur Scanrichtung liegt. Damit wird auch bei Vorhandensein einer Trennlinie eine gleichmäßige Belich- tung möglich.

Bei den hier betrachteten Beleuchtungssystemen wird Licht mit einer definierten Apertur in den Integratorstab eingestrahlt, der winkelerhal- tend ist, so dass das Licht mit dieser Apertur auf die schräg zur Ausbrei- tungsrichtung liegende Polarisationsteilerfläche auftrifft. Für ein geöffne- tes Lichtbüschel wird in der Regel der Polarisationsgrad über der Aper- tur in Bezug auf achsparallele Strahlen asymmetrisch variieren. Um die- sen Effekt zu kompensieren, hat die Prismenanordnung einer bevorzug- ten Weiterbildung eine erste Prismengruppe mit einer ersten Polarisati- onsteilerfläche und eine zweite Prismengruppe mit einer zweiten Polari- sationsteilerfläche, wobei die Polarisationsteilerflächen spiegelsymmet- risch zu einer Spiegelebene des Integratorstabes angeordnet sind, die sich in Längsrichtung des Stabes erstreckt und eine Schnittlinie zwi- schen den Polarisationsteilerschichten enthält.

Lichtmischeinrichtungen sind vorzugsweise so gestaltet, dass die Quer- schnittsform der Austrittsfläche an die Form der zu beleuchtenden Flä- che angepasst ist. Daher ist der Stabquerschnitt üblicher Stabintegrato- ren rechteckig mit einem von eins abweichenden Aspektverhältnis. Wäh- rend bei herkömmlichen, zylindrischen Stabintegratoren die Austrittsflä- che in Form und Größe der Eintrittsfläche entspricht, werden durch die Erfindung winkelerhaltende Lichtmischeinrichtungen geschaffen, bei de-

nen die vom Ausgang der Prismenanordnung gebildete Austrittsfläche eine vom Eintrittsflächenquerschnitt abweichenden Austrittsflächenquer- schnitt hat. Insbesondere kann die Austrittsfläche größer sein als die Eintrittsfläche. Der Austrittsflächenquerschnitt kann beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches, insbesondere etwa das Doppelte des Eintritts- flächenquerschnittes betragen. Da der Integratorstab somit einen kleine- ren Querschnitt haben kann als die gewünschte Austrittsfläche, ist durch Verkleinerung des Stabquerschnitts eine Materialersparnis möglich. Au- ßerdem wird die Anzahl der Reflexionen in einer Richtung vergrößert, wodurch die Homogenität des Austrittslichts in dieser Richtung verbes- sert wird.

Um bei moderaten Anforderungen an die Winkelbelastbarkeit der Polari- sationsteilerschicht gut durchmischende Lichtmischeinrichtungen hoher Transmission zu erhalten, können verschiedene einzeln oder in Kombi- nation vorteilhafte Maßnahmen ergriffen werden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass mindestens ein Integratorstab der Lichtmischeinrichtung aus einem UV- transparenten Material besteht, dessen Absorptionskante bei niedrige- ren Wellenlängen liegt als die Absorptionskante von Kalziumfluorid. Als Stabmaterial kommen hier beispielsweise Magnesiumfluorid oder Li- thiumfluorid in Betracht. Eine Verwendung von doppelbrechendem Ma- terial wie Magnesiumfluorid ist bei Ausführungsformen mit nachgeschal- teter Einrichtung zur Änderung des Polarisationszustandes unproblema- tisch, da die durch Doppelbrechung verursachte Veränderung des Pola- risationszustandes hinter dem Integratorstab bereinigt wird. Die Ver- wendung UV-geeigneter Materialien mit geringstmöglicher Volumenab- sorption erlaubt Stababordnungen mit hohen Nutzlängen, welche auch bei niedriger innerer Apertur ausreichend viele Reflexionen erzeugen.

Alternativ oder zusätzlich kann eine gegebenenfalls mehrfache Faltung einer Integratorstabanordnung vorgesehen sein, um auf beschränktem Bauraum große Gesamtlängen der Stabanordnung unterbringen zu können. Dies kann dadurch erreicht werden, dass mehrere Integra- torstäbe vorgesehen sind und dass zwischen einem ersten Integra- torstab und einem nachfolgendem zweiten Integratorstab mindestens eine winkelerhaltende Umlenkeinrichtung zur Umlenkung der Lichtlauf- richtung vorgesehen ist. Bevorzugt sind Umlenkungen um 90 oder 180°.

Eine nahezu verlustfreie, winkelerhaltende Umlenkung kann durch ein oder mehrere zwischengeschaltete Umlenkprismen ermöglicht werden.

Diese Umlenkprismen haben vorzugsweise an ihren dem Lichteintritt oder-austritt dienenden Flächen Entspiegelungsschichten, wobei die Totalreflexion erhalten bleibt. Die Umlenkprismen sind vorzugsweise aus einem hochbrechenden Material, für dessen Brechungsindex vorzugs- weise n> 1,6 gilt, z. B. aus BaF2. Dadurch kann Totalreflexion auch bei großen numerischen Aperturen genutzt werden.

Eine Maßnahme zur Erhöhung der Anzahl von Reflexionen in einem Stab gegebener Länge besteht darin, den Integratorstab in einen unge- teilten Stababschnitt unmittelbar vor der Austrittsfläche und mindestens einen dem ungeteilten Stababschnitt vorgeschalteten, geteilten Stabab- schnitt aufzuteilen, der mindestens zwei den Gesamtquerschnitt des In- tegratorstabes im wesentlichen ausfüllende, total reflektierende Stäb- chen aufweist. Durch die kleineren Stabquerschnitte im Bereich der Stäbchen werden hier höhere Reflexionszahlen und damit eine bessere Durchmischung erreicht, wobei der nachfolgende ungeteilte Abschnitt eine weitere Homogenisierung bewirkt. Eine abgestufte Teilung über die Länge des Stabes ist ebenfalls möglich, wobei beispielsweise zwei oder mehr geteilte Bereiche mit unterschiedlichen Anzahlen von Stäbchen vorgesehen sein können.

Zusätzliche Freiheitsgrade bei der Optimierung der Lichtmischeinrich- tung hinsichtlich Material und polarisationsoptischer Wirkung werden bei bevorzugten Weiterbildungen dadurch erreicht, dass der Integratorstab aus einem ersten Material und mindestens ein Prisma der Prismenan- ordnung und/oder mindestens ein Umlenkprisma aus einem zweiten Ma- terial besteht, welches sich vom ersten Material unterscheidet. Dabei ist zu berücksichtigten, dass die vor und/oder hinter einem Integratorstab angeordneten Prismen im Vergleich zum Integratorstab relativ klein sind, so dass eine gegebenenfalls vorhandene intrinsische Doppelberechung von geringerer Bedeutung ist. Beispielsweise können bei einem System für 157nm Wellenlänge die Prismen aus Kalziumfluorid, dem nur in klei- nen Volumina kostengünstig verfügbaren Bariumfluorid, synthetischem Quarzglas oder einem anderen geeigneten, optisch isotropen Material bestehen. Das Stabmaterial sollte im Hinblick auf niedrige Absorption ausgewählt werden ; beispielsweise kann Kalziumfluorid, Magnesiumflu- orid oder Lithiumfluorid verwendet werden.

Eine gezielte Materialauswahl kann auch dazu genutzt werden, die pola- risationsteilende Wirkung eines Polarisationsteilerblockes mit Polarisati- onsteiler-Schichtsystem zu optimieren. Hierzu ist das Material des ers- ten und des zweiten Prismas in Abhängigkeit von den Brechzahlverhält- nissen in der Polarisationsteilerschicht so auszuwählen, dass ein Fehl- winkel zwischen der Einfallsrichtung des auf die Polarisationsteiler- schicht auffallenden Lichts und einer dem Brewsterwinkel des Schicht- systems entsprechenden Richtung optimiert wird, insbesondere mini- miert wird. Dadurch kann ein maximaler Transmissionsgrad für p- polarisiertes Licht erzielt werden. Als Prismenmaterial sind Materialien mit hohem Brechungsindex, insbesondere n > 1,6 bevorzugt, z. B. BaF2.

Dadurch kann Totalreflexion auch bei hoher NA genutzt werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mindestens ein Teil, vorzugsweise alle totalreflektierenden und nicht-totalreflektierenden Flä-

chen mit reflektierender Wirkung mit einer dünnen Beschichtung mit phasenerhaltender Wirkung belegt sind. Je nach Flächentyp sind zwei Typen phasenerhaltender Schichtsysteme besonders vorteilhaft. Auf den Seitenflächen, die nicht als Lichteintritts-oder Lichtaustrittsflächen dienen, sind die Schichten bevorzugt für eine Phasenerhaltung in Refle- xion und/oder Totalreflexion optimiert. Bei denjenigen Flächen, die als Lichteintritts-oder Lichtaustrittsflächen dienen, haben die Schichten be- vorzugt eine Doppelfunktion. Sie wirken in Reflexion, insbesondere bei Totalreflexion phasenkorrigierend bzw. phasenerhaltend und in Trans- mission als Entspiegelungsschichten. Schichten dieser Art können ins- besondere auf allen Kathetenflächen der Prismen der Prismenanord- nung vorgesehen sein.

Bei einer Weiterbildung ist der Lichtmischeinrichtung mindestens eine Blende zur Einstellung der örtlichen Verteilung der Energie eines durch die Lichtmischeinrichtung erzeugten Beleuchtungsfeldes zugeordnet, wobei die Blende vorzugsweise bewegliche Blendenelemente zur ge- steuerten Veränderung der Breite eines Beleuchtungsfeldes als Funktion von Positionen entlang der Länge des Beleuchtungsfeldes aufweist. Da- durch kann beispielsweise an einer Längsposition, in der eine erhöhte Lichtintensität herrscht, die Breite des Beleuchtungsfeldes soweit redu- ziert werden, dass durch die integrierende Wirkung einer Scan- Bewegung über die gesamte Länge des Beleuchtungsfeldes im wesent- lichen die gleiche Beleuchtungsdosis erzielt wird. Ein Beispiel einer sol- chen Blende ist im Patent US 6,097, 474 offenbart, dessen Offenba- rungsgehalt insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschrei- bung gemacht wird.

Das Beleuchtungssystem kann so aufgebaut sein, dass das aus der Lichtmischeinrichtung austretende Licht ohne zwischengeschaltete Ab- bildung auf die zu beleuchtende Struktur, beispielsweise eine Photo- maske fällt. Ein Vorteil hierbei ist die deutlich reduzierte NA im Strahitei-

ler des Projektionsobjektivs und damit in dessen Polarisationsteiler- schicht. Bei bevorzugten Weiterbildungen ist ein Objektiv nachgeschal- tet, das den Bereich des Lichtaustritts der Lichtmischeinrichtung auf das Retikel abbildet, welches in der Objektebene des nachfolgenden Projek- tionsobjektivs angeordnet ist. Dieses Objektiv hat mindestens eine Ebe- ne, die eine Fourier-transformierte Ebene zur Retikelebene ist und dem- entsprechend an konjugierter Stelle zur Pupille des nachfolgenden Pro- jektionsobjektives liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist im Bereich der Pupille dieses Objektives ein Polarisationsfilter angeordnet, das als polarisationsselektiver Retroreflektor nach Art eines Katzenau- ges (in einem Schnitt) wirkt und mehrere paarweise V-förmig im Winkel zueinander angeordnete Polarisationsteilerflächen bzw. Polarisationstei- lerschichten hat. In der genannten Einbauposition wirkt das Polarisati- onsfilter als Zwischenpolarisator, um den Polarisationszustand des ein- treffenden Lichtes aufzufrischen bzw. so zu bereinigen, dass nur p- polarisiertes Licht durchgelassen und s-polarisiertes Licht reflektiert wird.

Filter dieses Typs sind auch unabhängig von sonstigen Merkmalen der Erfindung nützlich.

Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den An- sprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wo- bei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Projektionsbelich- tungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Ausführungs- form einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ;

Fig. 2 ist eine axiale Draufsicht auf die Lichtaustrittsseite einer Licht- mischeinrichtung der in Fig. 1 gezeigten Art ; Fig. 3 ist ein schematischer Schnitt durch den austrittsseitigen Endbe- reich einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Licht- mischeinrichtung mit einer bevorzugten Variante einer Pris- menanordnung ; Fig. 4 ist ein schematischer Schnitt durch den austrittsseitigen Endbe- reich einer anderen Ausführungsform einer Lichtmischeinrich- tung ; Fig. 5 ist ein schematischer Schnitt durch den austrittsseitigen Endbe- reich einer weiteren, anderen Ausführungsform einer Licht- mischeinrichtung ; Fig. 6 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Lichtmischein- richtung mit vier Integratorstäben und mehrfacher Faltung der Integratorstabanordnung ; Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung mit zwei parallel versetzten Integratorstäben und 180°- Stahlumlenkung ; Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Integratorstabes mit zwei geteilten und einem ungeteilten Stababschnitt ; Fig. 9 ist ein schematischer Schnitt durch den austrittsseitigen Endbe- reich einer Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung mit einer spiegelsymmetrisch aufgebauten Prismenanordnung ;

Fig. 10 zeigt schematische Darstellungen des Polarisationsgrades für p-Polarisation als Funktion der Strahlapertur bei nicht symmet- rischem Ausgang (a) und bei symmetrischem Ausgang (b) der Lichtmischeinrichtung ; Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausfüh- rungsform einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungs- anlage ; und Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform eines Polarisationsfilters, welcher eine Prismenanordnung mit mehreren Prismen aufweist, zwi- schen denen zick-zack-förmig angeordnete Polarisationsstrahl- teilerschichten angeordnet sind.

In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die mik- rolithographische Herstellung von integrierten Schaltkreisen und ande- ren feinstrukturierten Bauelementen bei Auflösungen bis zu Bruchteilen von 1um vorgesehen. Die Anlage 1 umfasst ein Beleuchtungssystem 2 zur Beleuchtung einer in der Bildebene 4 des Beleuchtungssystems an- geordneten Photomaske 5 sowie ein Projektionsobjektiv 6, welche das in seiner Objektebene 4 angeordnete Muster der Photomaske in die Bildebene 7 des Projektionsobjektivs in verkleinerndem Maßstab abbil- det. In der Bildebene 7 befindet sich beispielsweise ein mit einer licht- empfindlichen Schicht beschichteter Halbleiter-Wafer.

Als Lichtquelle des Beleuchtungssystems 2 dient ein Laser 8, beispiels- weise ein im tiefem Ultraviolettbereich (DUV) gebräuchlicher Excimer- Laser mit einer Arbeitswellenlänge von 248 nm, 193 nm oder 157 nm.

Das Licht des abgegebenen Lichtstrahls ist weitgehend linear polarisiert.

Eine nachfolgende optische Einrichtung 9 formt das Licht der Lichtquelle und überträgt es in eine nachfolgende Lichtmischeinrichtung 10. Die op- tische Einrichtung 9 umfasst im gezeigten Beispiel einen dem Laser 8

nachgeschalteten Strahlaufweiter, der zur Kohärenzreduktion und Strahlformung auf einen rechtwinkligen Strahlquerschnitt mit einem As- pektverhältnis x/y seiner Seitenlängen von mehr als eins dient. Ein dem Strahlaufweiter nachfolgendes, erstes diffraktives optisches Rasterele- ment sitzt in der Objektebene eines nachfolgenden Zoom-Objektives, in dessen Austrittspupille ein zweites optisches Rasterelement vorgesehen ist. Von diesem tritt das Licht in eine Einkoppeloptik ein, welche das Licht in die Lichtmischeinrichtung überträgt. Das Licht wird innerhalb der Lichtmischeinrichtung 10 durch mehrfache innere Reflexion gemischt und homogenisiert und tritt am Austritt 11 der Lichtmischeinrichtung weitgehend homogenisiert aus. Unmittelbar am Austritt der Lichtmisch- einrichtung ist eine Zwischenfeldebene, in der ein Retikel-Masking- System (REMA) 12, eine verstellbare Feldblende, angeordnet ist. Das nachfolgende Objektiv 13, welches auch als REMA-Objektiv bezeichnet wird, hat mehrere Linsengruppen, eine Pupillenebene 14 und einen Um- lenkspiegel 15 und bildet die Zwischenfeldebene des Retikel-Masking- Systems auf das Retikel bzw. die Photomaske 5 ab.

Weitere Details zu Aufbau und Funktionsweise eines derartigen Be- leuchtungssystems sind der DE 195 20 563 entnehmbar, deren Inhalt insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Ein wichtiger Unterschied zum Beleuchtungssystem der DE 195 20 563 besteht im Aufbau der Lichtmischeinrichtung 10, die noch im Detail beschrieben wird.

Bei einem Wafer-Stepper wird auf dem Retikel 5 die gesamte einem Chip entsprechende strukturierte Fläche, im allgemeinen ein Rechteck mit einem beliebigen Aspektverhältnis zwischen Höhe und Breite von z. B. 1 : 1 bis 1 : 2 so gleichmäßig und randscharf wie möglich beleuchtet.

Bei einem Wafer-Scanner der dargestellten Art wird auf dem Retikel 5 ein schmaler Streifen, z. B. einem Rechteck mit einem Aspektverhältnis von typischerweise 1 : 2 bis 1 : 8 beleuchtet und durch Scannen in einer

der y-Richtung des Beleuchtungssystems entsprechenden Richtung das gesamte strukturierte Feld eines Chips seriell beleuchtet. Auch hier ist die Beleuchtung extrem gleichmäßig und zumindest in Richtung senk- recht zur Scanrichtung, d. h. in x-Richtung, randscharf zu gestalten.

In Ausnahmefällen sind auch andere Formen der beleuchteten Fläche auf der Photomaske 5 möglich. Die Öffnung des Retikel-Masking- Systems 12 und die Querschnittsform des Lichtaustritts 11 der Licht- mischeinrichtung 10 sind der benötigten Feldform genau angepasst. Die in Fig. 2 gezeigte, axiale Draufsicht auf die Austrittsseite 11 der Licht- mischeinrichtung 10 zeigt schematisch, dass die Breite in x-Richtung ein Mehrfaches der Gesamthöhe in y-Richtung (Scanrichtung) beträgt.

Die Lichtmischeinrichtung 10 umfasst einen Integratorstab 20 und eine unmittelbar mit geringem Luftabstand nachfolgende Prismenanordnung 30. Der Integratorstab ist ein im Querschnitt rechteckiger Stab aus ei- nem für das Licht der Lichtquelle 8 transparenten Material, beispielswei- se aus kristallinem Kalziumfluorid. Die Längsachse des Stabes verläuft parallel zur z-Richtung bzw. zur optischen Achse des Beleuchtungssys- tems. Der Stab 20 hat eine der optischen Einrichtung 9 zugewandte, ebene Eintrittsfläche 21 zum Empfang eines geformten Lichtstrahles der Lichtquelle 8, eine ebene Austrittsfläche 22, aus der Licht, welches in- nerhalb des Integratorstabes 20 gemischt wird, austritt, und ebene, paarweise parallel zueinander verlaufende Seitenflächen.

Die Prismenanordnung 30 hat eine Baugruppe mit drei Prismen 31,32 und 33, die bei bevorzugten Ausführungsformen identisch geformt und dimensioniert sind. Es handelt sich vorzugsweise jeweils um Prismen mit zwei senkrecht aufeinander stehenden Grenzflächen im wesentli- chen gleicher Größe (Kathetenflächen) und einer größeren Hypotenu- senfläche, die in einem Winkel von ca. 45° zu den Kathetenflächen aus- gerichtet ist. Zwei der Prismen, nämlich das erste Prisma 31 und das

zweite Prisma 32, schließen zwischen ihren Hypotenusenflächen eine ebene Polarisationsteilerschicht 34 ein und bilden einen kompakten, quaderförmigen Polarisationsteilerblock 35 mit etwa quadratischem Querschnitt in der y-z-Ebene und Kathetenflächen, deren Querschnitt dem Querschnitt der Stabaustrittsfläche 22 entspricht. Die Hypotenuse des dritten Prismas 33, welches hier auch als Spiegelprisma bezeichnet wird, ist parallel zur Polarisationsteilerfläche 34 ausgerichtet und bildet eine ebene, reflektierende, vorzugsweise totalreflektierende Spiegelflä- che 36.

Die einander zugewandten Kathetenflächen von Polarisationsteilerblock 35 und drittem Prisma 33 haben einen geringen Abstand 37 zueinander, der in der Größenordnung von einigen Lichtwellenlängen des verwende- ten Lichts liegen kann, um Totalreflexion an den angrenzenden Kathe- tenflächen zu ermöglichen. Auch die anderen freien Prismenflächen grenzen an Gas oder ein anderes optisch dünneres Medium, um Total- reflexion zu ermöglichen. Insbesondere besteht auch zwischen der Aus- trittsfläche 22 des Integratorstabs 20 und der Eintrittsfläche 38 des Strahlteilerblocks ein geringer Luftabstand 39. Die Prismen 31 bis 33 der Prismenanordnung können in einer gemeinsamen Fassung fixiert sein, die wiederum an einer Fassung für den Integratorstab 20 befestigt sein kann, um die Geometrie der Anordnung zu fixieren.

Die Lichtmischeinrichtungen der Fig. 1 und 3 sind bezüglich Integra- torstab und Prismenanordnung identisch aufgebaut, weshalb für ent- sprechende Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.

Bei der Lichtmischeinrichtung 10 in Fig. 1 ist an der austrittsseitigen Ka- thentenfläche 40 des dritten Prismas 32 ein als B/2 Platte ausgeführtes Verzögerungselement 45 angesprengt, welches eine Rechteck-Platte aus doppelbrechendem Material ist, dessen axiale Dicke und Kristall- achse so bemessen ist, dass sich zwischen den senkrecht zueinander

schwingenden Komponenten des elektrischen Feldvektors eine Verzö- gerung einer halben Wellenlänge ergibt, was zu einer Drehung einer vorhandenen Polarisationsvorzugsrichtung um 90° um die Ausbreitungs- richtung des Lichtes führt.

Die hier gezeigte Projektionsbelichtungsanlage arbeitet mit weitgehend linear polarisiertem Eingangslicht des Lasers. Das Projektionsobjektiv 6 ist im Beispiel ein katadioptisches Projektionsobjektiv mit einem polari- sationsselektiven, physikalischen Strahlteiler (ein Beispiel wird im Zu- sammenhang mit Fig. 11 noch erläutert). Derartige Projektionsobjektive arbeiten im Bereich des Strahlteilers mit höchstem Wirkungsgrad, wenn geeignet linear polarisiertes Licht eingestrahlt wird. Damit entsteht die Forderung, dass das Beleuchtungssystem zwischen Laser 8 und Licht- austritt polarisationserhaltend sein sollte und/oder eine gezielte Einstel- lung des Polarisationszustandes des auftretenden Lichts ermöglichen sollte. Zusätzlich besteht die Forderung, eine winkelerhaltende Lichtmi- schung zu erzielen, um eine im Bereich einer Pupillenebene der opti- schen Einrichtung 9 erzeugte räumliche Intensitätsverteilung in der zu dieser Pupillenebene optisch konjugierten Pupillenebene 16 des Projek- tionsobjektives zu reproduzieren.

Die Lichtmischeinrichtung 10 erfüllt diese Forderung nach einer winkel- erhaltenden Lichtmischung wegen der ausschließlich ebenen, reflektie- renden, vorzugsweise totalreflektierende Grenzflächen an Integratorstab und Prismenanordnung. Außerdem wird eine Einstellung eines definier- ten Polarisationszustandes am Austritt 11 der Lichtmischeinrichtung er- möglicht. Im Integratorstab 20 können aufgrund von permanenter oder induzierter oder intrinsischer Doppelbrechung des Stabmaterials sowie einer Vielzahl windschiefer Reflexionen an den Seitenflächen erhebliche Phasenverschiebungen zwischen den verschiedenen Feldkomponenten des Lichts auftreten. Dadurch findet normalerweise eine schwer kontrol- lierbare Veränderung des Polarisationsgrades des Eingangslichtes statt

und am Stabaustritt 22 tritt teilpolarisiertes Licht aus. Dieses tritt aus der mit einer Entspiegelungsschicht versehenen Austrittsfläche 22 aus und über die entspiegelte Eintrittsfläche 38 in den Strahlteilerblock 35 ein, in welchem sich in einem Winkel von ca. 45° zur Einstrahirichtung die Po- larisationsteilerschicht 34 befindet. Diese lässt alles Licht, welches in der Einfallsebene schwingt (p-Polarisation, gekennzeichnet durch Striche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung) ungehindert durch. Alles Licht, wel- ches senkrecht zur Einfallsebene schwingt (s-Polarisation, gekenn- zeichnet durch Punkte entlang der Ausbreitungsrichtung) wird unter ei- nem Einfallswinkel von ca. 45° zur Polarisationsteilerschicht reflektiert und verlässt den Polarisationsteilerblock im wesentlichen senkrecht zur Einstrahlrichtung über eine entspiegelte Kathetenfläche Richtung drittes Prisma 33. Das im wesentlichen senkrecht zur Stablängsachse austre- tende, reflektierte Licht wird an der Spiegelfläche 36 des dritten Prismas um ca. 90° so umgelenkt, dass seine Ausbreitungsrichtung hinter der Spiegelfläche 36 im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung des von der Polarisationsteilerschicht 34 durchgelassenen Lichtes verläuft.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird das durch die Schicht 34 transmittierte, p-polarisierte Licht durch die X/2-Platte 45 verlustfrei in s- polarisiertes Licht umgewandelt, so dass beide Austrittsstrahlen s- polarisiert sind. Eine s-Polarisation am Eingang des REMA-Objektivs 13 ist bei solchen Ausführungsformen vorteilhaft, die, wie die Ausführungs- form gemäß Fig. 1, innerhalb des Objektivs einen Umlenkspiegel 15 aufweisen, der für s-Polarisation einen höheren Reflexionsgrad aufweist als für p-Polarisation.

Bei der Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung 25 gemäß Fig. 3 wird dagegen die Polarisationsvorzugsrichtung der hinter der Spiegelflä- che s-polarisierten Strahlung durch die Verzögerungsplatte 46 um 90° gedreht, welche an den Austritt 41 des Spiegelprismas 33 angesprengt

ist. Beide, übereinander liegenden Ausgänge (vgl. Fig. 2) haben nun i- dentische p-Polarisation.

In beiden Fällen ergeben sich gleich polarisierte parallele Austrittsstrah- len, die in ihrer Gesamtfläche den für die Lichtaustrittsseite 11 der Lichtmischeinrichtung gewünschten Querschnitt, beispielsweise 12 x 22 mm, haben Dieser Querschnitt ist doppelt so groß wie der Querschnitt der Stabeintrittsfläche 21. Damit ist gleichzeitig eine winkelerhaltende Lichtmischeinrichtung mit einem bezüglich des Polarisationszustandes genau definierbaren Lichtaustritt geschaffen, bei dem der Querschnitt der Austrittsfläche 11 vom Querschnitt der Eintrittsfläche 21 abweicht.

Neben dem gezeigten Faktor zwei sind auch andere Flächenverhältnis- se möglich, insbesondere ganzzahlige Vielfache des Eintrittsflächen- querschnitts.

Mit Hilfe dieses Querschnitts kann nun in y-Richtung (Fig. 2) gescannt werden. Über ein gut polarisationserhaltendes REMA-Objektiv 13 kann auch Retikel-Masking betrieben werden. Durch das Scannen ist die fei- ne Trennung, die sich aufgrund des Luftspaltes 37 zwischen den über- einander liegenden Feldern 1 und 11 ergibt, bedeutungslos für die Abbil- dung. Für die Funktion fällt weiter auf, dass im oben liegenden, durch das dritte Prisma führenden Feld II eine längere Strecke mit Lichtmi- schung zurückgelegt wird. Auch dies ist für eine gleichmäßige Ausleuch- tung bedeutungslos. Die Lichtmischwege bleiben jeder für sich optisch in ihrer Funktion vollständig erhalten, da alle freiliegenden Prismenflächen an den Kathetenflächen total reflektierend sind. Diese Kathetenflächen sind mit einer phasenerhaltenden Beschichtung belegt.

Die gezeigten Lichtmischeinrichtungen 10 und 25 sind nicht nur bei weitgehend linear polarisiertem Eingangslicht nützlich, sondern liefern unabhängig vom Polarisationsgrad des Eingangslichts am Austritt 11 vollständig polarisiertes Licht mit s-oder p-Polarisation. Dies ist daraus

ersichtlich, dass unabhängig von der Eingangspolarisation (z. B. unpola- risiert, zirkular polarisiert, linear polarisiert oder mit rotierender linearer Polarisation) an der Strahlteilerfläche 34 jeweils p-Polarisation transmit- tiert und s-Polarisation zum Spiegel 36 reflektiert wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 zeichnet sich gegenüber den obigen Ausführungsformen dadurch aus, dass das Austrittslicht der Lichtmisch- einrichtung 50 im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse des Integra- torstabes 51 abgegeben wird. Das Spiegelprisma 52 ist hinter dem Strahlteilerblock 53 in Verlängerung des Integratorstabes 51 so ange- ordnet, dass Licht mit p-Polarisation, welches durch die Strahlteilerfläche 54 ungehindert hindurchgeht, um 90° nach unten gelenkt wird. Die s- Komponente des in den Strahlteilerblock eintretenden Lichts wird an der Teilerfläche 54 rechtwinklig nach unten umgelenkt und durch eine nach- geschaltet k/2-Platte 55 in Licht mit p-Polarisation verlustfrei umgewan- delt. Es ist leicht zu erkennen, dass die Anordnung zur Abgabe von s- polarisiertem Licht umgerüstet werden kann, indem die Verzögerungs- platte 55 vom Ausgang des Polarisationsteilerblocks 53 entfernt und hin- ter dem Ausgang des Spiegelprismas 52 angebracht wird.

Die hier demonstrierte Möglichkeit, bei einer winkelerhaltenden Licht- mischeinrichtung mit Integratorstab die Lichtaustrittsrichtung wahlweise in Verlängerung des Stabes oder senkrecht dazu anzuordnen, erhöht die Freiheitsgrade bei der Konstruktion mit erfindungsgemäßen Licht- mischeinrichtungen ausgestatteter Beleuchtungssysteme.

Die Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung 60 in Fig. 5 ist bezüg- lich Integratorstab 20 und Prismenanordnung 30 identisch zur Ausfüh- rungsform gemäß Fig. 1 und 2 gestaltet. Im Unterschied zu dieser ist an den Austrittsflächen von Stahlteilerblock 35 und Spiegelprisma 33 je- weils eine A/4-Verzögerungsplatte 61,62 angesprengt. Dadurch wird das aus der Prismenanordnung austretende, linear polarisierte Licht mit

s-bzw. p-Polarisation jeweils in Licht mit zirkularer Polarisation umge- wandelt, und zwar mit gleichläufigem Drehsinn der beiden Strahlen.

Zirkular polarisiertes Licht, dessen Eigenschaften ähnlich denjenigen von unpolarisiertem Lichts sind, kann, gegebenenfalls ohne Zwischen- schaltung eines REMA-Objektives, direkt auf ein Retikel aufgestrahlt werden und vermeidet die Entstehung von sogenannten H-V- Differenzen am Retikel, welche auftreten können, wenn bei Verwendung von linear polarisiertem Licht die typische Strukturbreiten am Retikel in der Größenordnung der verwendeten Lichtwellenlänge liegen. Bei Ver- wendung eines Projektionsobjektives mit Polarisationsstrahlteiler müsste das Licht dann vor Eintritt in den Strahlteilerblock durch eine weitere B/4- Platte oder dergleichen in linear polarisiertes Licht geeignete Ausrich- tung umgewandelt werden. Vorzugsweise stehen eine X/4-Platte vor dem Retikel und eine dem Retikel folgende B/4-Platte exakt senkrecht zueinander. Dadurch kann die unvollständige 7/4-Wirkung bei sehr gro- ßer Apertur durch die nachfolgende X/4-Platte vollständig kompensiert werden.

Zirkular polarisiertes Licht ist auch vorteilhaft in Verbindung mit einteili- gen REMA-Objektiven ohne internen Spiegel nutzbar.

Die gegebenenfalls hohe Apertur im Integratorstab stellt bei Prismenan- ordnungen mit Polarisationsteilerschicht besonders hohe Anforderungen an die Winkelbelastbarkeit der Polarisationsteilerschicht. Diese sollte ihre polarisationsselektive Wirkung über einen möglichst großen Winkel- bereich um eine Einstrahlrichtung bereitstellen. Zudem ergeben sich bei Systemen für kürzeste Arbeitswellenlängen, beispielsweise 193 nm oder 157 nm, Materialprobleme bei den Schichtmaterialien. Während für 193 nm bei einigen geeigneten Schichtmaterialien die Absorptionskante noch genügend weit entfernt ist, so dass die Materialien nicht oder nur geringfügig absorbieren, reduziert sich bei 157 nm die Auswahl geeigne-

ter Schichtmaterialien im wesentlichen auf Magnesiumfluorid und Vertre- ter als niedrig brechendes Schichtmaterial und auf Lanthanfluorid, Bari- umfluorid und vergleichbare Materialien als hochbrechendes Schichtma- terial. Die größte Winkelbandbreite ist durch eine möglichst große Brechzahldifferenz der Schichtmaterialien erzielbar. Da aufgrund der begrenzten Materialauswahl insbesondere bei 157 nm nur geringe Brechzahldifferenzen erzielbar sind, bleibt als Maßnahme bei der Polari- sationsteilerschicht im wesentlichen nur, die Zahl der Schichtpaare hochbrechend/niedrigbrechend zu erhöhen. Dies bringt herstellungs- technische und Lebensdauer-Probleme ; zudem lässt sich die Winkelbe- lastbarkeit dadurch nicht beliebig erhöhen.

Diese Probleme können durch Senkung der inneren Apertur des Integra- torstabes entschärft werden, was zu einer Verminderung der Winkelbe- lastung der Polarisationsteilerschicht führt. Eine hiermit verbundene Querschnittsvergrößerung eines Integratorstabes würde bei unveränder- ter Baulänge eines Stabes die Zahl der Reflexionen vermindern, wo- durch die Durchmischung und die Uniformität der Beleuchtung am Reti- kel leiden würde. Ein Ausgleich durch größere Baulänge kann zu kon- struktiven Schwierigkeiten in der Einbauumgebung führen ; außerdem sind Transmissionsverluste durch Absorption über den längeren Weg im Stabmaterial, herkömmlich Kalziumfluorid oder Quarzglas, die Folge.

Um bei verringerter Apertur des Stabes ausreichenden Transmissions- wirkungsgrad und gute Durchmischung zu erhalten, können einzelne oder mehrere der folgend beschriebenen Maßnahmen alternativ oder kumulativ eingesetzt werden. Eine Maßnahme besteht darin, beim Stabmaterial vom herkömmlich verwendeten Kalziumfluorid auf Magne- siumfluorid zu wechseln, was die Transmission verbessert, da Magnesi- umfluorid ein deutlich höheren Abstand zur Absorptionskante aufweist.

Eine hierdurch eingeführte Doppelberechung im Stabmaterial ist unprob- lematisch, da durch die nachgeschaltete Prismenanordnung ohnehin ein

gewünschter Polarisationszustand verlustfrei wiederherstellbar ist. Wei- terhin kann, gegebenenfalls unter Beibehaltung der herkömmlichen Bau- länge, zwischen Stabeintritt und Austrittsfläche der Lichtmischeinrich- tung eine Stabanordnung mit mindestens zwei Integratorstäben vorge- sehen sein, zwischen denen mindestens eine winkelerhaltende Umlenk- einrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise sind einfache oder mehrfa- che Faltungen des Lichtweges innerhalb der Lichtmischeinrichtung mög- lich. Bei mehr als zwei Faltungen ist neben einer flächigen Faltung auch eine räumliche Faltung denkbar.

Die Ausführungsform in Fig. 6 hat eine Lichtmischeinrichtung 70 mit vier Integratorstäben 71,72, 73,74, zwischen denen zur Umlenkung der Lichtlaufrichtung um jeweils 90° jeweils winkelerhaltende Umlenkeinrich- tungen in Form von gleichschenkeligen 90°-Umlenkprismen 75,76, 77 vorgesehen sind. Die Lichteintritts-und-austrittsflächen grenzen jeweils an Gas. Hinter dem Austritt des letzten Integratorstabes 74 ist eine Prismenanordnung 78 ähnlich der Anordnung gemäß Fig. 4 gezeigt, welche die Austrittsrichtung der beiden gleich polarisierten Strahlen senkrecht zur Längsachse des letzten Integratorstabes 74 und parallel zur Einstrahlrichtung am Eintritt des ersten Stabes 71 ausrichtet. Hinter der Lichtmischeinrichtung, die zur Abgabe von s-polarisiertem Licht aus- gebildet ist, befindet sich ein geteiltes REMA-Objektiv 79 mit Umlenk- spiegel. Der axiale Bauraum (Abstand zwischen Eintrittsfläche des ers- ten Integratorstabes 71 und Lichtaustritt an der Prismenanordnung) ist bei dieser Ausführungsform nur etwa halb so groß wie der gesamte Lichtweg, der sich im wesentlichen aus der Gesamtlänge der Integra- torstäbe und der durchstrahlten Längen der Umlenkprismen sowie der Prismenanordnung ergibt.

Die Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung 80 in Fig. 7 zeigt bei- spielhaft, dass auf kleinem Bauraum durch Parallelanordnung von zwei (oder mehreren) Integratorstäben 81,82 ein großer Lichtweg möglich ist,

der ein Vielfaches des direkten Abstandes zwischen Eintritt im Integra- torstab und Austritt an der Prismenanordnung betragen kann. Eine 180°- Umlenkung zwischen den Integratorstäben wird durch zwei identisch dimensionierte, spiegelbildlich angeordnete, total reflektierende Umlenk- prismen 83,84 zwischen Austritt des ersten Stabes 81 und Eintritt des zweiten Stabes 82 erreicht. Zwischen den Integratorstäben und zwi- schen diesen und den zugeordneten Umlenkprismen besteht jeweils ein ausreichender kleiner Luftabstand, um Totalreflexion innerhalb der ge- radflächig begrenzten optischen Komponenten zu ermöglichen.

Eine andere, alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen Maßnah- men anwendbare Maßnahme besteht darin, einen Integratorstab ggf. in seiner Länge zu belassen, durch Querschnittserhöhung die innere Aper- tur zu senken und am Stab mindestens einen geteilten Stababschnitt vorzusehen, der zwei oder mehr total reflektierende Stäbchen aufweist, deren Gesamtquerschnitt im wesentlichen dem ursprünglichen Stab- querschnitt entspricht. Durch die Querschnittsverringerung in den Stäb- chen des geteilten Stabquerschnittes wird insgesamt die Zahl der Refle- xionen erhöht, so dass die austrittseitige Uniformität verbessert werden kann. Ein Beispiel eines solchen Integratorstabes 90 ist in Fig. 8 gezeigt.

Er hat einen eintrittsseitigen ersten Stababschnitt 91 mit drei identisch dimensionierten Stäbchen 92, einen darauf folgenden zweiten geteilten Stababschnitt 93, der auf gleichem Querschnitt nur zwei identische Stäbchen 94 hat, sowie austrittsseitig einen ungeteilten Stababschnitt 95, dessen Länge so dimensioniert ist, dass eine ausreichende Durch- mischung insgesamt gewährleistet ist. Statt der beispielhaft gezeigten, zweifach gestuften Teilung ist es auch möglich nur einen geteilten Ab- schnitt und einen ungeteilten Stababschnitt vorzusehen oder mehr als zwei geteilte Abschnitte, die einem ungeteilten Stababschnitt vorange- hen. Auch hier ist darauf zu achten, dass die lateral einander gegenü- berliegenden Grenzflächen der Stäbchen einen geringen Abstand zu- einander haben, so dass sie total reflektierend wirken können.

Bei Verwendung einer Polarisationsteilerschicht, die schräg zur Ausbrei- tungsrichtung eines geöffneten Lichtbündels ausgerichtet ist, wird der Polarisationsgrad der durchtretenden Strahlung über den Öffnungswin- kel bzw. die Apertur der Strahlen variieren, und zwar unsymmetrisch zu der der Ausbreitungsrichtung entsprechenden Richtung (entsprechend Apertur NA=0). Dies wird anhand von Fig. 9 verdeutlicht, wo gezeigt ist, dass bei einem geöffneten Strahlbüschel 100, welches sich parallel zur Längsachse 101 eines Integratorstabes 102 ausbreitet, die Randstrah- len des Strahlbüschels mit unterschiedlichen Inzidenzwinkeln auf die Polarisationsteilerschicht 103 auffallen. Dabei variiert der Inzidenzwinkel (Winkel zwischen Einfallsrichtung und Flächennormalen der Polarisati- onsteilerschicht) symmetrisch um den Inzidenzwinkel der Einfallsrich- tung (normalerweise ca. 45°). Da jedoch der Transmissionsgrad einer Polarisationsteilerschicht normalerweise nicht symmetrisch um den mitt- leren Einfallswinkel (typischerweise im Bereich von 45°, nahe dem Brewster-Winkel) variiert, ergibt sich für die Strahlen des Büschel ins- gesamt in Bezug auf die Einstrahlrichtung (NA=0) eine unsymmetrische Transmission T für p-polarisiertes Licht. Diese Situation ist schematisch in Fig. 10 (a) gezeigt.

Die asymmetrische Polarisation für die geöffneten Büschel wird durch einen spiegelsymmetrischen Aufbau der Polarisationsteilerschichten in Bezug auf diese Spiegelebene kompensiert, welche in Längsrichtung des Stabes verläuft und eine Schnittlinie zwischen den Polarisationstei- lerflächen enthält. Durch diese Anordnung ergibt sich am Austritt eine zur Einstrahlrichtung symmetrische Verteilung des Gesamt- Transmissionsgrades für p-Polarisation (Fig. 10 (b)). Erreicht wird dies im gezeigten Beispiel durch eine Prismenanordnung 105, die eine erste Prismengruppe 106 und eine zweite Prismengruppe 107 aufweist, wobei die beiden Prismengruppen spiegelsymmetrisch zu der genannten Spie- gelebene des Integratorstabes 102 angeordnet sind. Jede Prismen-

gruppe ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie die Prismenanordnung 30 in Fig. 3, wobei die spiegelsymmetrisch zueinander liegenden zwei- ten Prismen 32 hinter den im rechten Winkel zueinander ausgerichteten Polarisationsteilerschichten 103,104 zu einem einzigen Prisma 108 in- tegriert sind. Diese Prismenanordnung hat zwei spiegelsymmetrisch zur Spiegelfläche des Integratorstabs ausgerichtete, jeweils um ca. 45° zur Längsachse des Stabes ausgerichtete Polarisationsteilerflächen 103, 104, deren asymmetrische Wirkungen auf die einfallende Strahlung sich gegenseitig kompensieren.

Durch ein entsprechendes Apodisierungsfilter im REMA-Objektiv lässt sich dieser Wert des Polarisationsgrades gleichmäßig über die Pupille einstellen. Eine Apodisierung ist jedoch in Regel weder notwendig noch zweckmäßig. Für den Interferenzkontrast, der bei den hier im Vorder- grund stehenden Beleuchtungsarten Ringfeld und Dipolbeleuchtung ma- ximiert werden soll, ist der Abgleich der Teilintensitäten von miteinander interferierenden Strahlen schon durch den vorgeschlagenen symmetri- schen Aufbau erreicht. Da ein Apodisierungsfilter in aller Regel Licht vernichtet, kann es Dank der symmetrischen Prismenanordnung wegge- lassen werden. Der symmetrische Aufbau einer Prismenanordnung ge- mäß Fig. 9 verkleinert bei vergrößerter Stabgeometrie wieder die Pris- men um einen Faktor 2. Dies kann vorteilhaft sein, da die einzelnen Prismen zwar bestmöglich bezüglich Kristallorientierung eingesetzt wer- den müssten, es kann aber, insbesondere bei 157nm, ein unkompen- sierbarer, aperturbedingter Beitrag der intrinsischen Doppelbrechung bleiben. Bei größeren Wellenlängen, beispielsweise 193nm, ist dies kein Problem, da hier Prismen aus synthetischem Quarzglas ohne intrinsi- sche Doppelbrechung verwendet werden können. Dementsprechend ist hier, wie bei allen anderen Ausführungsformen, eine Kombination unter- schiedlicher geeigneter Materialien für Integratorstab und die Prismen von Prismenanordnungen und Umlenkeinrichtungen möglich.

Anhand von Fig. 11 wird beispielhaft ein möglicher Gesamtaufbau der optischen Komponenten einer Projektionsbelichtungsanlage 110 ge- zeigt, welche ein Beleuchtungssystem 111 zur Beleuchtung einer Pho- tomaske 112 sowie ein Projektionsobjektiv 113 zur Abbildung der Pho- tomaske auf einen in der Bildebene 114 des Projektionsobjektivs ange- ordneten Wafer umfasst. Das Beleuchtungssystem hat als Lichtquelle einen gepulsten Laser 115, hinter dem eine um die optische Achse des Systems drehbare X/2-Platte 116 angeordnet ist. Eine dieser nachge- schaltet Optik 117 überträgt das Licht in die winkelerhaltende, polarisa- tionsoptimierte Lichtmischeinrichtung 118, die bezüglich Aufbau und Funktion der Lichtmischeinrichtung 10 in Fig. 1 im wesentlichen ent- spricht und zur Abgabe von vollständig s-polarisierten Licht ausgebildet ist. Das voll polarisierte Austrittslicht trifft ohne Zwischenschaltung eines REMA-Objektives direkt auf die Photomaske 112. Wenn eine Beleuch- tung der Maske mit zirkular polarisiertem Licht gewünscht ist, kann vor und hinter der Maske jeweils eine B/4-Platte angeordnet sein. Das hinter der Maske 112 s-polarisierte Licht trifft auf eine schräg im Lichtweg an- geordnete Polarisationsteilerschicht 117 eines Strahlteilerblocks 118 des Projektionsobjektivs und wird Richtung Konkavspiegel 119 des Objektivs umgelenkt. Eine zwischen Strahlteilerblock und Konkavspiegel angeord- nete X/4-Platte 120 sorgt dafür, dass der Konkavspiegel und die vorge- schalteten Linsen mit zirkular polarisiertem Licht betrieben werden, wäh- rend das auf die Strahlteilerfläche 117 rückreflektierte Licht p-polarisiert ist und somit von der Schicht 117 in Richtung eines dem Strahlteilerwür- fel nachgeschalteten, dioptrischen Objektivteils des Projektionsobjektivs durchgelassen wird. Dieser kann einen Umlenkspiegel 121 enthalten, um eine Parallelstellung von Photomaske 112 und Wafer 114 zu errei- chen. Eine optional S/2-Platte zwischen Strahlteilerwürfel und Umlenk- spiegel kann dafür sorgen, dass der Spiegel 121 mit s-Polarisation be- trieben wird, um dessen Reflexionsgrad zu erhöhen. Eine in Richtung Wafer nachfolgende X/4-Platte 122 sorgt für eine Beleuchtung des Wa- fers und vorgeschaltete Objektivlinsen mit zirkular polarisiertem Licht.

Bei der Mikrolithographie mit gepulsten Lasern ist eine gute Lichtstabili- tät zwischen den einzelnen Lichtpulsen des Lasers 8 erwünscht, da nur eine endliche Anzahl von Pulsen beim Scannen zu einer Belichtung bei- trägt. Um die beiden übereinander liegenden Scanfelder inversiv auszu- leuchten, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die einfachste besteht darin, die Polarisation des Eingangslichtes zwischen einzelnen Pulsen oder Pulsgruppen jeweils um 90° zu drehen. Damit invertiert jeder Punkt in der Gesamtaustrittsfläche 11 der Lichtmischeinrichtung laufend von Puls zu Puls bzw. von Pulsgruppe zu Pulsgruppe seine Heftigkeit derart, dass zwei zugeordnete Pulse oder Pulsgruppen einen zeitlichen Mittel- wert ergeben, der frei von jeglichen Polarisationseigenschaften den Mit- telwert der abgegebenen Pulse aus dem Laser repräsentiert. Dement- sprechend ist bei Verwendung von gepulsten Lasern vorzugsweise zwi- schen der Lichtquelle und dem Integratorstab eine Einrichtung zur Dre- hung der Polarisationsrichtung des vom Laser abgegebenen Lichtes vorgesehen, z. B. eine drehbare 1/2-Platte 116. Diese wird bevorzugt so angesteuert, dass während eines Belichtungsintervalls Licht mit unter- schiedlichen Ausrichtungen der Polarisationsvorzugsrichtung etwa gleich häufig in die Lichtmischeinrichtung eintritt. Damit wird eine zeitli- che Mittlung verschiedener Polarisationszustände am Austritt erreicht.

Die Anlage kann mit höchsten Wirkungsgrad bei allen Beleuchtungsar- ten, insbesondere Ringfeld-, Quadrupol-oder Dipolbeleuchtung betrie- ben werden. Der Einsatz von Phasenmasken ist uneingeschränkt mög- lich. Durch den Scan-Modus (in y-Richtung) ist die Retikelebene faktisch völlig gleichmäßig ausgeleuchtet. Durch Ansteuerung der rotierenden X/2-Platte 116 in der Weise, dass während eine Belichtungsintervalls etwa gleich viele Pulse mit orthogonal zueinander ausgerichteten Polari- sationsvorzugsrichtungen durchgelassen werden, wird im zeitlichen Mit- tel eine gleichmäßige Beleuchtung beider Ausgänge der Lichtmischein- richtung 118 erreicht. Zahlreiche Variante des Systems, beispielsweise

mit REMA-Objektiv zwischen Lichtmischeinrichtung und Retikelebene sind ebenfalls möglich.

Bei Verwendung von abbildenden Optiken zwischen Lichtmischeinrich- tung und Retikel ist zu beachten, dass der am Austritt der Lichtmischein- richtung ideal präparierte Polarisationszustand, beispielsweise mit s- oder p-Polarisation, durch optische Komponenten innerhalb des nach- folgenden Objektivs noch verändert werden kann, beispielsweise durch intrinsische Spannungsdoppelberechung im Linsenmaterial. Dies Prob- lem kann durch Verwendung eines anhand Fig. 12 beispielhaft erläuter- ten Polarisationsfilters 130 vermindert werden, welches hier als Zwi- schenpolarisator dient, um den eingangs des Objektivs 131 optimal prä- parierten Polarisationszustand mit p-Polarisation wieder"aufzufrischen".

Das Polarisationsfilter hat eine Prismenanordnung mit mindestens drei, normalerweise deutlich mehr, im wesentlichen gleichschenkeligen Pris- men, die ineinandergreifend so angeordnet sind, dass einander zuge- wandte Kathetenflächen der Prismen eine den gesamten Querschnitt des Filters übergreifende Zick-Zack-Anordnung bilden. Die Prismen sind bezüglich ihrer Hypotenusen im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse nebeneinander liegend angeordnet. Die gesamte Prismenanord- nung ist hier auf einem gesonderten, planparallelen, transparenten Trä- ger 143 befestigt, der gegebenenfalls auch einstückig mit den darauf angebrachten Prismen ausgebildet sein kann.

Zwischen den einander gegenüberliegenden Kathetenflächen ist jeweils eine Polarisationsteilerschicht angeordnet. Dadurch entstehen lückenlos aneinander grenzende Paare von Polarisationsteilerschichten 140,141, wobei die Schichten eines Paares jeweils unter Einschluss eines Win- kels von ca. 90° derart in Richtung des einfallenden Lichts geneigt sind, dass von einer Polarisationsteilerfläche des Paares reflektiertes (s- polarisiertes) Licht in Richtung der zugeordneten anderen Polarisations- teilerfläche umgelenkt und von dieser nochmals umgelenkt wird in eine

Ausbreitungsrichtung, die im wesentlichen gegenparallel zur Einfallsrich- tung des Lichts verläuft. Somit ist ein polarisationsselektiver Retro- Reflektor geschaffen, der (im Schnitt) nach Art eines (zweidimensiona- len) Katzenauges arbeitet, nur Licht mit p-Polarisation durchlässt und s- polarisiertes Licht vollständig rückreflektiert. Die gezeigte Form hat einen hohen Wirkungsgrad auch bei erheblicher Winkelbelastung, da keine geometrische Abschattung stattfindet.

Dieses Prinzip der Zwischenpolarisierung verschlechtert nicht die Uni- formität im Retikel, da der Zwischenpolarisator 130 im Bereich der Pupil- le des REMA-Objektives und damit an einem zur Ort der Projektionsob- jektiv-Pupille konjugiertem Ort liegt. Der Zwischenpolarisator kann an seinem Ausgang mit einem optischen Element 150 zur Erzeugung einer gewünschten Ausgangspolarisation aus dem hinter dem Zwischenpola- risator ideal p-polarisierten Licht kombiniert werden. Es kann sich bei- spielsweise um eine Rasterplatte mit einer Vielzahl von geeigneten ori- entierten k/2-Facetten zur Herstellung von tangentialer Polarisation han- deln. Ein solches Bauteil ist beispielsweise in der DE 195 35 392 offen- bart, dessen Offenbarungsgehalt insoweit durch Bezugnahme zum In- halt dieser Beschreibung gemacht wird.

Ein Polarisationsfilter nach Art des Polarisationsfilters 130 kann unab- hängig von den sonstigen hier beschriebenen Merkmalen der Erfindung auch in anderen optischen Einrichtungen eingesetzt werden, um aus weitgehend senkrecht zur Filterebene auftreffendem Licht mit beliebi- gem Polarisationszustand Komponenten mit s-Polarisation durch Rück- reflexion zu blockieren und nur p-Polarisation durchzulassen. Eine An- ordnung im Bereich kleiner Winkelbelastungen, beispielsweise im Be- reich einer Pupille eines Objektivs, ist vorteilhaft für einen hohen Filter- Wirkungsgrad.