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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik für die EUV-Mikrolithographie mit einem Kollektorspiegel und mit einem ersten facettierten optischen Element mit einer Mehrzahl von ersten Facettenelementen zur Ausleuchtung eines Objektfeldes in einer Objektebene, wobei jedes erste Facettenelement eine reflektive Fläche aufweist mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven Fläche im Raum festlegt. Ferner betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer derartigen Beleuchtungsoptik.
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Eine derartige Projektionsbelichtungsanlage ist bekannt aus der
US 6,859,328 und aus der
WO 2006/111319 A2 .
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In der Mikrolithographie ist ferner bekannt, dass es wünschenswert ist, eine abzubildende Struktur mit einer vorbestimmten Polarisationsverteilung zu beleuchten, da hierdurch der Kontrast bei der nachgelagerten Abbildung verbessert wird. Hierzu wurden bisher zusätzliche Polarisationselemente in der Beleuchtungsoptik verwendet, die jedoch auch einen Teil der Strahlung absorbieren und somit die Gesamttransmission der Beleuchtungsoptik reduzieren.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu überwinden und eine Beleuchtungsoptik der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine Polarisationsverteilung auf eine besonders einfache Art eingestellt werden kann.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Beleuchtungsoptik, bei der der Kollektorspiegel eine Polarisationsverteilung erzeugt, mit der das erste facettierte optische Element während des Betriebs der Beleuchtungsoptik beaufschlagt wird, wobei es mindestens zwei erste Facettenelemente gibt, die mit Strahlung unterschiedlicher Polarisation beaufschlagt werden und weiterhin das erste facettierte optische Element mindestens einen ersten Zustand aufweist, in dem die Normalenvektoren der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente derart ausgewählt sind, dass sich während des Betriebs der Beleuchtungsoptik am Ort des Objektfeldes eine erste vorbestimmte Polarisationsverteilung ergibt.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die von einem Kollektorspiegel innerhalb der Beleuchtungsoptik erzeugte Polarisationsverteilung verwendet werden kann, um eine Polarisationsverteilung am Ort des auszuleuchtenden Objektfeldes zu erzeugen, indem die Normalenvektoren der reflektiven Flächen von Facettenelementen eines ersten facettierten optischen Elements geeignet gewählt werden.
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Dies hat den Vorteil, dass die Beleuchtungsoptik kostengünstig und einfach herzustellen ist, da keine zusätzlichen Polarisationselemente verwendet werden müssen.
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In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Beleuchtungsoptik derart weitergebildet, dass die vom Kollektorspiegel erzeugte Polarisationsverteilung, mit der das erste facettierte optische Element während des Betriebs der Beleuchtungsoptik beaufschlagt wird, sich von der vorbestimmten Polarisationsverteilung am Ort des Objektfeldes unterscheidet.
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Dies ermöglicht eine gute Anpassung der Polarisationsverteilung am Ort des Objektfeldes an die Strukturen der strukturtragenden Maske, die mit der nachfolgenden Projektionsoptik abgebildet wird.
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Bei einer weitergebildeten Form der Beleuchtungsoptik ist die erste vorbestimmte Polarisationsverteilung an mindestens zwei Orten im Objektfeld unterschiedlich. Hierdurch kann die Polarisationsverteilung noch besser auf eine strukturtragende Maske angepasst werden, deren Strukturen an verschiedenen Orten im Objektfeld unterschiedlich ist.
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Bei einer weiteren Form der Beleuchtungsoptik ist die die erste vorbestimmte Polarisationsverteilung an zumindest einem Ort des Objektfeldes eine tangentiale Polarisationsverteilung. Eine tangentiale Polarisationsverteilung ermöglicht eine besonders hohe Auflösung bei der Abbildung der strukturtragenden Maske in die Bildebene der Projektionsoptik.
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In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik weist die Winkelverteilung der einfallenden Strahlung an zumindest einem Ort des Objektfeldes eine Dipolform auf und die Polarisationsverteilung an diesem Ort ist derart, dass in jedem Pol die Hauptpolarisationsrichtung senkrecht auf der Hauptdipolachse steht. Unter der Hauptpolarisationsrichtung wird die Polarisationsrichtung verstanden, in der die maximale Intensität vorliegt. Eine dipolförmige Winkelverteilung hat den Vorteil, dass mit Hilfe derartiger Beleuchtungsstrahlung Strukturen, deren Vorzugsrichtung senkrecht zur Hauptdipolrichtung liegt, besonders kontrastreich abgebildet werden. Eine gleichzeitige Polarisationsverteilung an diesem Ort, wobei die Hauptpolarisationsrichtung senkrecht auf der Hauptdipolachse steht, ermöglicht daher eine besonders hochauflösende Abbildung mit einem guten Kontrast.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine Beleuchtungsoptik für die EUV-Mikrolithographie mit einem Kollektorspiegel und mit einem ersten facettierten optischen Element mit einer Mehrzahl von ersten Facettenelementen zur Ausleuchtung eines Objektfeldes in einer Objektebene, wobei jedes erste Facettenelement eine reflektive Fläche aufweist mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven Fläche im Raum festlegt, und einem zweiten facettierten optischen Element mit zweiten Facettenelementen zur überlagernden Abbildung der ersten Facettenelemente auf das Objektfeld, gelöst. Hierzu erzeugt der Kollektorspiegel eine Polarisationsverteilung mit der das erste facettierte optische Element während des Betriebs der Beleuchtungsoptik beaufschlagt wird, wobei es mindestens zwei erste Facettenelemente gibt, die mit Strahlung unterschiedlicher Polarisation beaufschlagt werden. Dabei weist das erste facettierte optische Element mindestens einen ersten Zustand auf, in dem die Normalenvektoren der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente derart ausgewählt sind, dass sich während des Betriebs der Beleuchtungsoptik auf dem zweiten facettierten optischen Elements eine erste vorbestimmte Polarisationsverteilung ergibt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste vorbestimmte Polarisationsverteilung eine tangentiale Polarisationsverteilung, bei der der Anteil der Strahlung in der tangential gerichteten Hauptpolarisationsrichtung von einem Zentrum des zweiten facettierten optischen Elements nach außen hin zunimmt. Dies hat den Vorteil, dass ein hoher Anteil der Strahlung in der tangential gerichteten Hauptpolarisationsrichtung insbesondere am Ort von zweiten Facettenelementen vorliegt, die relativ weit außen angeordnet sind. Da Strahlung, die von solchen Facettenelemente in das Objektfeld weitergeleitet wird, besonders stark zur Bildentstehung bei der Abbildung einer am Ort des Objektfeldes angeordnete strukturtragenden Maske beiträgt, ergibt sich ein besonders guter Kontrast, wenn gerade auf diesen Facettenelementen ein hoher Anteil der Strahlung in der tangential gerichteten Hauptpolarisationsrichtung vorliegt.
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Bei einer Ausgestaltung der Beleuchtungsoptik verfügt zumindest ein Teil der ersten Facettenelemente über eine Mehrzahl von Stellungen, wobei sich für mindestens eines der ersten Facettenelemente dieses Teils der ersten Facettenelemente die Richtung des Normalenvektors der optischen Fläche in einer ersten Stellung von der Richtung des Normalenvektors der reflektiven Fläche in einer zweiten Stellung unterscheidet. Hierdurch wird ermöglicht, während des Betriebs der Beleuchtungsoptik die Winkelverteilung der einfallenden Strahlung an zumindest einem Ort des Objektfeldes durch Veränderung der Richtung der Normalenvektoren zu variieren, so dass bei einem Austausch der strukturtragenden Maske, die Winkelverteilung an die neue Maske angepasst werden kann.
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Dabei kann das erste facettierte optische Element mindestens einen zweiten Zustand aufweisen, wobei sich der erste und der zweite Zustand dadurch unterscheiden, dass zumindest ein Teil der ersten Facettenelemente unterschiedliche Stellungen einnehmen.
und wobei die Normalenvektoren der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente im zweiten Zustand derart ausgewählt sind, dass sich während des Betriebs der Beleuchtungsoptik am Ort des Objektfeldes eine zweite vorbestimmte Polarisationsverteilung ergibt. Wobei die erste und die zweite Polarisationsverteilung sich unterscheiden. Hierdurch kann auch die Polarisationsverteilung am Ort des Objektfeldes an eine geänderte Maske angepasst werden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kollektorspiegel als ein Doppelkollektor zur Erhöhung des Polarisationsgrades ausgeführt. Hierdurch wird im Vergleich zum einem Kollektor, bei dem die Strahlung nur einmal reflektiert wird, ein höherer Polarisationsgrad auf dem ersten facettierten Element erreicht.
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Zur Veränderung der Polarisationsverteilung beziehungsweise zu Erhöhung des Polarisationsgrades ist bekannt bei Beleuchtungssystemen für die EUV-Mikrolithographie Polarisationselemente zu verwenden. Solche Polarisationselemente sind zum Beispiel aus der
EP 1 306 665 A2 , der
DE 103 27 963 A1 und der
US2006/0221453 A1 bekannt. Bezüglich der Ausführung von Polarisationselementen wird auf diese Schriften verwiesen.
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Erfindungsgemäß ist die Beleuchtungsoptik bei einer Ausgestaltung derart ausgeführt, dass im Strahlengang zwischen Kollektorspiegel und erstem facettierten optischen Element kein Polarisationselement angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Intensität der Strahlung nicht durch Absorption an den Polarisationselementen reduziert wird, und ferner dass die Beleuchtungsoptik besonders wenig optische Elemente enthält und damit kostengünstig herzustellen ist.
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Bei einer alternativen Bauform ist im Strahlengang zwischen dem Kollektorspiegel und dem ersten facettierten optischen Element ein Polarisationselement angeordnet zur Veränderung der vom Kollektorspiegel erzeugten Polarisationsverteilung. Hierdurch kann die vom Kollektorspiegel erzeugte Polarisationsverteilung weiter angepasst werden, um die vorbestimmte Polarisationsverteilung am Objektfeld genauer einstellen zu können.
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In einer Ausführungsform ist im Strahlengang zwischen dem erstem facettierten optischen Element und dem Objektfeld kein Polarisationselement angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Intensität der Strahlung nicht durch Absorption an den Polarisationselementen reduziert wird, und ferner dass die Beleuchtungsoptik besonders wenig optische Elemente enthält und damit kostengünstig herzustellen ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Form der Beleuchtungsoptik umfasst die Beleuchtungsoptik ein zweites facettiertes optisches Element mit zweiten Facettenelementen zur überlagernden Abbildung der ersten Facettenelemente auf das Objektfeld. Dies ist eine wohlbekannte Bauform einer Beleuchtungsoptik mit der eine gleichmäßige Ausleuchtung des Objektfeldes mit Strahlung erreicht werden kann, die ein gleichmäßige Winkelverteilung aufweist.
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Alternativ kann die Beleuchtungsoptik auch in Form eines spekularen Reflektors ausgebildet sein, der aus der
US 2006/0132747 A1 bekannt ist.
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Eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer vorstehend beschriebene Beleuchtungsoptik hat die Vorteile, die mit Bezug auf die Beleuchtungsoptik erläutert sind.
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Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik.
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2a zeigt schematisch eine Aufsicht auf das erste facettierte optische Element der Beleuchtungsoptik nach 1.
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2b zeigt schematisch eine Aufsicht auf das zweite facettierte optische Element der Beleuchtungsoptik nach 1.
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3 zeigt den Verlauf der Reflektivitätskoeffizienten für s- bzw. p-polarisierte Strahlung als Funktion des Einfallswinkels.
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4 zeigt schematisch eine Polarisationsverteilung auf einem ersten facettierten optischen Element, wie sie aufgrund des Kollektorspiegels nach 1 entsteht.
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5a zeigt schematisch eine Polarisationsverteilung auf dem zweiten facettierten optischen Element in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
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5b zeigt schematisch eine Polarisationsverteilung auf dem zweiten facettierten optischen Element in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
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6a zeigt schematisch eine Polarisationsverteilung auf dem zweiten facettierten optischen Element in einer Ausgestaltung der Erfindung, bei der das zweite facettierte optische Element dipolförmig ausgeleuchtet ist.
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6b zeigt schematisch eine Polarisationsverteilung auf dem zweiten facettierten optischen Element in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Ausleuchtung des zweiten facettierten optischen Elementes dipolförmig ist.
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7 zeigt den Verlauf der Polarisationsverteilung über einzelne Facettenelemente des ersten facettierten optischen Elementes nach 1.
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8 zeigt beispielhaft eine Zuordnung von ersten Facettenelementen zu zweiten Facettenelementen, die bestimmten Symmetrieüberlegungen genügt.
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9 zeigt eine Ausgestaltung des Kollektorspiegels in Form eines Doppelkollektors.
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Die Bezugszeichen sind so gewählt, dass Objekte, die in 1 dargestellt sind, mit einstelligen oder zweistelligen Zahlen versehen wurden. Die in den weiteren Figuren dargestellten Objekte haben Bezugszeichen, die drei- oder mehrstellig sind, wobei die letzten beiden Ziffern das Objekt angeben und die vorangestellte Ziffer die Nummer der Figur, auf der das Objekt dargestellt ist. Damit stimmen die Bezugsziffern von gleichen Objekten, die in mehreren Figuren dargestellt sind, in den letzten beiden Ziffern überein.
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1 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage 1 mit einer Beleuchtungsoptik 3. Die Beleuchtungsoptik 3 umfasst dabei einen Kollektorspiegel 5, ein erstes reflektives optisches Element 7 mit ersten Facettenelementen 9 und ein zweites reflektives optisches Element 11, das eine Mehrzahl von zweiten Facettenelementen 13 aufweist. Im Lichtweg nach dem zweiten reflektiven optischen Element 11 sind ein erster Teleskopspiegel 15 und ein zweiter Teleskopspiegel 17 angeordnet, die beide unter senkrechtem Einfall betrieben werden, d. h. die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 0° und 45° auf beide Spiegel. Nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 19 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf das Objektfeld 21 in der Objektebene 23 lenkt. Der Umlenkspiegel 19 wird unter streifendem Einfall betrieben, d. h. die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 45° und 90° auf den Spiegel. Am Ort des Objektfeldes 21 ist eine strukturtragende Maske angeordnet, die mit Hilfe der Projektionsoptik 25 in die Bildebene 27 abgebildet wird. Die Projektionsoptik umfasst sechs Spiegel 29, 31, 33, 35, 37 und 39. Alle sechs Spiegel der Projektionsoptik weisen eine reflektive Fläche auf, die entlang einer um die optische Achse 41 rotationssymmetrischen Fläche verläuft.
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2a zeigt eine Aufsicht auf das erste reflektive facettierte optische Element 207, das eine Mehrzahl von ersten Facettenelementen 209 umfasst.
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2b zeigt eine entsprechende Aufsicht auf das zweite facettierte reflektive optische Element 211 mit den zweiten Facettenelementen 213. Die Anzahl der ersten Facettenelemente 9 kann genauso groß oder größer oder kleiner sein, als die Anzahl der zweiten Facettenelemente 13.
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Während des Betriebes der Beleuchtungsoptik reflektiert der Kollektorspiegel 5 die von einer Lichtquelle 43 ausgehende Strahlung in Richtung des ersten facettierten optischen Elements 7. Das erste facettierte optische Element 7 wird somit mit der vom Kollektorspiegel 5 reflekierten Strahlung beaufschlagt. Die Lichtquelle 43 kann in verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Es kann sich dabei um eine Laserplasmaquelle (LPP) handeln bei der ein eng begrenztes Quellplasma erzeugt wird, in dem ein kleines Materialtröpfchen mit einem hoch energetischen Laser bestrahlt wird. Alternativ kann es sich um eine Entladungsquelle handeln, bei der das Quellplasma mit Hilfe einer Entladung erzeugt wird. In beiden Fällen tritt ein leuchtendes Quellplasma auf, das Strahlung insbesondere im Wellenlängenbereich 5 nm bis 20 nm emittiert. Diese Strahlung wird mit Hilfe des Kollektorspiegels 5 gesammelt und damit das erste reflektive optische Element 7 beaufschlagt. Dabei haben der Kollektorspiegel 5 und die ersten Facettenelemente 9 eine derartige optische Wirkung, dass sich Bilder des Quellplasmas an den Orten der Facettenelemente 13 des zweiten reflektiven facettierten optischen Elementes 11 ergibt. Hierzu wird zum einen die Brennweiten des Kollektorspiegels 5 und der ersten Facettenelemente 9 entsprechend der räumlichen Abstände zu gewählt. Zum anderen weisen die ersten Facettenelemente 9 eine reflektive Fläche auf mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven Fläche im Raum festlegt. Erfindungsgemäß sind die Normalenvektoren der reflektiven Fläche der ersten Facettenelemente 9 derart ausgewählt, d. h. so orientiert, dass die von einem ersten Facettenelement 9 reflektierte Strahlung auf ein spezielles vorbestimmtes zweites Facettenelement 13 trifft. Mit Hilfe der zweiten Facettenelemente 13 und der nachfolgenden Optik, die die Spiegel 15, 17 und 19 umfasst, werden die ersten Facettenelemente 9 überlagernd auf das Objektfeld 21 in der Objektebene 23 abgebildet. Die Form des ausgeleuchteten Objektfeldes 21 entspricht daher der äußeren Form der ersten Facettenelemente 9 und ist derart bogenförmig, dass die langen Berandungslinien im Wesentlichen kreisbogenförmig um die optische Achse 41 der Projektionsoptik 25 verlaufen.
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Ein Spiegel, beispielsweise der Kollektorspiegel
5, der zur Reflektion von Strahlung im EUV Bereich, d. h. im Bereich von 5 nm bis 20 nm ausgebildet ist und unter senkrechtem Einfall betrieben wird, weist ein Substrat mit einer reflektive Beschichtung auf, die eine Mehrzahl aus alternierenden übereinander angeordneten ersten und zweiten Schichten umfasst. Dabei weisen die ersten Schichten ein erstes Material auf, dessen Brechungsindex für Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 5–20 nm größer ist als der Brechungsindex eines zweiten Materials, welches die zweiten Schichten aufweisen. Das erste Material kann z. B. Silizium sein und das zweiter Material Molybdän oder Ruthenium. In Tabelle 1 ist ein Beispiel für eine entsprechende Schichtabfolge dargestellt. Dabei ist in der ersten Zeile die Dicke der Schicht angegeben, die dem Substrat am nächsten liegt und in der letzten Zeile die Dicke der Schicht, die am weitesten vom Substrat entfernt liegt. Die oberste Schicht aus Ruthenium dient dabei in diesem Fall zur Verhinderung von Oxidation. Hierzu gehörig zeigt
3 die Reflektivität dieser Schichtabfolge für Strahlung mit einer Wellenlänge von 13,5 nm. Aufgetragen ist der Intensitätsreflektionskoeffizient für senkrecht polarisiertes Licht (s-polarisiert, gestrichelt dargestellt) und für parallel polarisiertes Licht (p-polarisiert, durchgezogene Linie) als Funktion des Einfallswinkels auf den entsprechenden Spiegel. Während für kleine Einfallswinkel im Bereich von 0–5° die Reflektivität von s-polarisiertem und p-polarisiertem Licht im Wesentlichen gleich ist, wird bei größeren Einfallswinkeln das s-polarisierte Licht wesentlich besser reflektiert als das p-polarisierte Licht. Dieser physikalische Effekt führt dazu, dass der in
1 dargestellte Kollektorspiegel
5 die von der Lichtquelle
43 erzeugte unpolarisierte Strahlung bei der Reflektion zumindest teilweise polarisiert. Während im inneren Kollektorbereich
45 der Einfallswinkel, der von der Lichtquelle
43 ausgehenden und auf den Kollektorspiegel
5 auftreffenden Strahlung, relativ klein ist, so ist der Einfallswinkel der Strahlung in den äußeren Kollektorbereichen
47 üblicherweise größer als etwa 25°. Somit ist die vom inneren Kollektorspiegelbereich
45 reflektierte Strahlung im Wesentlichen unpolarisiert, wohingegen die von den äußeren Kollektorspiegelbereichen
47 reflektierte Strahlung zu einem deutlichen Anteil s-polarisiert ist. Der Kollektorspiegel
5 erzeugt also eine Polarisationsverteilung mit der das erste facettierte optische Element
7 während des Betriebes der Beleuchtungsoptik beaufschlagt wird. Der in
1 dargestellte Kollektorspiegel
5 führt auf Grund seiner Rotationssymmetrie zu einer tangentialen Polarisationsverteilung auf dem ersten facettierten optischen Element
7, die in
4 schematisch dargestellt ist.
| Material | Dicke [nm] |
| Si | 5,305 |
| Mo | 1,524 |
| Si | 5,241 |
| Mo | 1,625 |
| Si | 5,181 |
| Mo | 1,717 |
| Si | 5,125 |
| Mo | 1,802 |
| Si | 5,072 |
| Mo | 1,878 |
| Si | 5,024 |
| Mo | 1,948 |
| Si | 4,978 |
| Mo | 2,012 |
| Si | 4,935 |
| Mo | 2,070 |
| Si | 4,895 |
| Mo | 2,123 |
| Si | 4,858 |
| Mo | 2,171 |
| Si | 4,823 |
| Mo | 2,215 |
| Si | 4,791 |
| Mo | 2,255 |
| Si | 4,760 |
| Mo | 2,292 |
| Si | 4,732 |
| Mo | 2,325 |
| Si | 4,706 |
| Mo | 2,356 |
| Si | 4,681 |
| Mo | 2,383 |
| Si | 4,658 |
| Mo | 2,409 |
| Si | 4,636 |
| Mo | 2,432 |
| Si | 4,616 |
| Mo | 2,453 |
| Si | 4,597 |
| Mo | 2,472 |
| Si | 4,580 |
| Mo | 2,489 |
| Si | 4,563 |
| Mo | 2,505 |
| Si | 4,548 |
| Mo | 2,520 |
| Si | 4,534 |
| Mo | 2,533 |
| Si | 4,520 |
| Mo | 2,545 |
| Si | 4,508 |
| Mo | 2,556 |
| Si | 4,496 |
| Mo | 2,566 |
| Si | 4,485 |
| Mo | 2,575 |
| Si | 4,475 |
| Mo | 2,584 |
| Si | 4,465 |
| Mo | 2,591 |
| Si | 4,456 |
| Mo | 2,598 |
| Si | 4,448 |
| Mo | 2,604 |
| Si | 4,440 |
| Mo | 2,610 |
| Si | 4,433 |
| Mo | 2,615 |
| Si | 4,426 |
| Mo | 2,620 |
| Si | 4,420 |
| Mo | 2,625 |
| Si | 4,414 |
| Mo | 2,629 |
| Si | 4,409 |
| Mo | 2,632 |
| Si | 4,404 |
| Mo | 2,635 |
| Si | 4,399 |
| Mo | 2,638 |
| Si | 4,394 |
| Mo | 2,641 |
| Si | 4,390 |
| Mo | 2,644 |
| Si | 4,386 |
| Mo | 2,646 |
| Si | 4,382 |
| Mo | 2,648 |
| Si | 4,379 |
| Mo | 2,650 |
| Si | 4,376 |
| Mo | 2,652 |
| Si | 4,373 |
| Mo | 2,653 |
| Si | 4,370 |
| Mo | 2,655 |
| Si | 4,367 |
| Mo | 2,656 |
| Si | 4,365 |
| Mo | 2,657 |
| Si | 4,363 |
| Ru | 4,230 |
Tabelle 1: Schichtabfolge
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4 zeigt beispielhaft an 17 Orten des ersten facettierten optischen Elements
407 die Polarisation der auftreffenden Strahlung mit Hilfe zweier senkrecht zueinander stehender Doppelpfeile. Dabei geben die Richtungen der beiden Doppelpfeile jeweils Richtungen von zwei zueinander senkrecht stehenden Polarisationsrichtungen vor und das Verhältnis der Längen der beiden Doppelpfeile ist ein qualitatives Maß für das Verhältnis der Intensitäten der einfallenden Strahlung in den jeweiligen Polarisationsrichtungen. Dies lässt sich quantitativ durch Polarisationsgrad ρ charakterisieren. Dabei ist der Polarisationsgrad ρ der Strahlung definiert durch
wobei I
P und I
S die Intensität der p- bzw. s-polarisierten Strahlung angibt. Im Zentrum
449 des ersten facettierten optischen Elements haben die beiden Doppelpfeile die gleiche Länge, d. h., dass die Intensitäten in den beiden senkrechten Polarisationsrichtungen gleich groß sind. Es liegt demnach im Zentrum
449 des ersten facettierten optischen Elements im Wesentlichen unpolarisierter Strahlung vor. Der Ort
451 auf dem ersten facettierten optischen Element
407 wird dagegen mit teilweise polarisierter Strahlung beaufschlagt, wobei die Hauptpolarisationsrichtung, die durch den längeren Doppelpfeil dargestellt ist, senkrecht auf der Verbindungslinie zwischen dem Zentrum
449 und dem Auftreffort
451 steht. Auf Grund der Rotationssymmetrie des Kollektorspiegels
5 ergibt sich für die Hauptpolarisationsrichtung an jedem Ort auf dem ersten facettierten optischen Element eine entsprechende Relation, man spricht in diesem Fall von einer tangentialen Polarisationsverteilung. Jedes erste Facettenelement
409 des ersten facettierten optischen Elements
407 wird somit mit Strahlung beaufschlagt die eine bestimmte Hauptpolarisationsrichtung aufweist, wobei sich die Hauptpolarisationsrichtung aus dem Ort des ersten Facettenelements
409 auf dem ersten facettierten optischen Element
407 ermitteln lässt. Im vorliegenden Fall ergibt sich eine tangentiale Polarisationsverteilung, bei der Anteil der Strahlung in der Hauptpolarisationsrichtung, die durch den längeren Doppelpfeil dargestellt ist und senkrecht auf der Verbindungslinie zwischen dem Zentrum
449 und dem Auftreffort
451 steht, vom Zentrum
449 nach außen hin zunimmt. Da nun jedes erste Facettenelement
409 eine reflektive Fläche aufweist mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven Fläche im Raum festlegt, reflektiert jedes Facettenelement
409 die einfallende Strahlung in eine bestimmte Richtung, die sich aus der Richtung der einfallenden Strahlung auf dieses Facettenelement und die Richtung des zugehörigen Normalenvektors ergibt. Durch entsprechende Festlegung des Normalenvektors kann die Strahlung auf jedes der zweiten Facettenelemente des zweiten facettierten optischen Elements
11 gerichtet werden. Da die ersten Facettenelemente
407 des ersten facettierten optischen Elements
409 mit Strahlung verschiedener Hauptpolarisationsrichtungen beaufschlagt werden, kann durch geeignete Auswahl der zugehörigen Normalenvektoren der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente
409 bestimmt werden, welche zweiten Facettenelemente
13 mit Strahlung welcher Hauptpolarisationsrichtung beaufschlagt werden. Durch die Auswahl der Normalenvektoren der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente
407 lässt sich somit eine vorbestimmte Polarisationsverteilung auf dem zweiten facettierten optischen Element
11 einstellen.
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5a zeigt ein erstes Beispiel für eine vorbestimmte Polarisationsverteilung auf dem zweiten facettierten optischen Element 511. Dabei ist die Hauptpolarisationsrichtung an den verschiedenen Orten des zweiten facettierten optischen Elements analog zu 4 mit Hilfe von senkrecht zueinander stehenden Doppelpfeilen dargestellt. Während die im Zentrum 553 angeordneten zweiten Facettenelemente 513 im Wesentlichen mit unpolarisierter Strahlung beaufschlagt werden, wird auf die im äußeren Bereich angeordneten Facettenelemente 513 teilweise polarisierte Strahlung gelenkt. Dabei sind die Normalenvektoren der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente derart ausgerichtet, dass sich auf dem zweiten facettierten optischen Element eine tangentiale Polarisationsverteilung ergibt, bei der der Anteil der Strahlung in der tangentialen gerichteten Hauptpolarisationsrichtung vom Zentrum 553 nach außen hin zunimmt.
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Alternativ zeigt 5b eine radiale Polarisationsverteilung über das zweite facettierte optische Element 501, bei der die Hauptpolarisationsrichtung an jedem Ort auf dem zweiten facettierten optischen Element 511 in Richtung eines gemeinsamen Zentrums 553 gerichtet ist.
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Während in den 5a und 5b alle zweiten Facettenelemente 513 mit Strahlung beaufschlagt werden zeigen die 6a und 6b zwei Ausführungsbeispiele, bei denen nur ein Teil der zweiten Facettenelemente 613 mit Strahlung beaufschlagt werden. Facettenelemente 613, die nicht mit Strahlung beaufschlagt werden sind in den 5a, 5b 6a, und 6b durch unschraffierte Kreise dargestellt. Die mit Strahlung beaufschlagten zweiten Facettenelemente 655 sind in den 6a und 6b dipolförmig angeordnet. Dabei ist der Dipol in der 6a horizontal ausgerichtet und in der 6b vertikal. Die Polarisationsverteilung über das zweite facettierte optische Element 611 ist dabei derart, dass die Hauptpolarisationsrichtung der Strahlung im Wesentlichen senkrecht auf der Hauptdipolachse steht. Insbesondere in den Ausführungsformen nach 6a und 6b, wo nicht alle zweite Facettenelemente 613 mit Strahlung beaufschlagt werden, kann zu jedem mit Strahlung beaufschlagten zweiten Facettenelement 655 ein geeignetes erstes Facettenelement 409 gefunden werden, dass mit Strahlung der gewünschten Hauptpolarisationsrichtung beaufschlagt wird. Für diese ersten Facettenelemente 409 wird sodann der Normalenvektor der reflektiven Fläche geeignet gewählt, so dass die Strahlung auf das zugeordnete zweite Facettenelement gerichtet wird. Die weiteren ersten Facettenelemente 409 können durch geeignete Auswahl des Normalenvektors zum Beispiel so gerichtet werden, dass sie die Strahlung auf eine Blende lenken, die Strahlung also nicht zur Ausleuchtung des Objektfeldes beiträgt.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Facettenelemente statisch, so dass eine feste Polarisationsverteilung auf dem zweiten facettierten optischen Element vorgegeben ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Facettenelemente mit Aktuatoren versehen, so dass die Richtung des Normalenvektors der zugeordneten reflektiven Fläche verändert werden kann und somit im Betrieb z. B. zwischen den Polarisationsverteilungen auf dem zweiten facettierten optischen Element 511/611 nach den 5a, 5b, 6a und 6b umgeschaltet werden kann.
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Im Zusammenhang mit den 4–6 wurde oben dargelegt, wie sich erfindungsgemäß eine vorbestimmte Polarisationsverteilung auf dem zweiten facettierten optischen Element 511/611 erreichen lässt. Der Aufbau der Beleuchtungsoptik nach 1, bei der das zweite facettierte optische Element in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik angeordnet ist, führt dazu, dass sich an jedem Ort des Objektfeldes eine vorbestimmte Polarisationsverteilung ergibt. Unter der Polarisationsverteilung an einem Ort des Objektfeldes wird eine Funktion P →(α, β) verstanden, die die Richtung der Polarisation und den Polarisationsgrad der einfallenden Strahlung als Funktion der beiden Einfallswinkel α und β angibt. Da das zweite facettierte optische Element 511/611 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 3 angeordnet ist, korrespondiert die Polarisationsverteilung über den Ort auf dem zweiten facettierten optischen Element 511/611 in einfacher Weise mit der Funktion P →(α, β) , da Strahlung, die im Objektfeld unter einem Winkel α, β auftrifft von einem bestimmten Ort (x, y) in einer Pupillenebene ausgeht.
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Bei den bisherigen Überlegungen wurde davon ausgegangen, dass die Polarisationsverteilung auf jedem Facettenelement des ersten facettierten optischen Elements 7 sich nicht über den Ort auf dem ersten Facettenelement ändert. Da die von der Kollektorschale 5 erzeugte Polarisationsverteilung auf dem ersten facettierten optischen Element sich jedoch gleichmäßig vom Zentrum zum Rand des ersten facettierten optischen Elements ändert, ergibt sich zwangsläufig auch eine leichte Variation der Polarisationsverteilung über die einzelnen Facettenelemente des ersten facettierten optischen Elements. Dies ist in 7 dargestellt. 7 zeigt das erste facettierte optische Element nach 4 mit einer Polarisationsverteilung, wie sie von der Kollektorschale 5 nach 1 erzeugt wird. Weiterhin zeigt 7 zwei spezielle Facettenelemente 757 und 759 in einer vergrößerten Darstellung. Auf Grund der Anordnung der Facettenelemente 757 und 759 auf dem ersten facettierten optischen Element 711 ergibt sich auf den beiden Facettenelementen 757 und 759 eine Veränderung der Polarisation der einfallenden Strahlung im Wesentlichen entlang der langen Richtung der Facettenelemente 757 und 759. So nimmt auf dem Facettenelement 757 der Polarisationgrad entlang der langen Richtung von links nach rechts ab, wohingegen auf dem Facettenelement 759 der Polarisationsgrad entlang der langen Richtung auf dem Facettenelement von links nach rechts zunimmt. Diese Variation der Polarisation über die ersten Facettenelemente 709 führt dazu, dass die Polarisationsverteilung im Objektfeld P →(α, β) zusätzlich vom Ort im Objektfeld abhängig ist. Die Polarisationsverteilung im Objektfeld ist demnach eigentlich eine Funktion P →(x, y, α, β) wobei x und y den Ort im Objektfeld angeben. Insbesondere in den Ausführungsformen die mit Bezug auf die 6a und 6b beschrieben wurden, bei denen nicht alle erste Facettenelemente zur Ausleuchtung des Objektfeldes beitragen, weil zumindest ein Teil der Strahlung abgeblendet wird, kann durch eine geeignete Auswahl der Facetten, die zur Ausleuchtung des Objektfeldes beitragen ein vorbestimmter Verlauf der Polarisationsverteilung im Objektfeld über den Ort (x, y) erreicht werden. Dies wird besonders deutlich, wenn man den Fall betrachtet, in dem alle ersten Facettenelemente abgeblendet werden, bis auf das erste Facettenelement 757. In diesem Spezialfall entspricht die Ortsabhängigkeit der Polarisationsverteilung im Objektfeld genau der Ortsabhängigkeit der Polarisationsverteilung auf dem ersten Facettenelement 757.
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8 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik. Dargestellt ist ein vergrößerter Bereich des ersten facettierten optischen Elementes 807 mit ersten Facettenelementen 809, sowie das zweite facettierte optische Element 811 mit den zweiten Facettenelementen 813. Weiterhin ist für vier erste Facettenelemente 861 und 863 mit Hilfe von Verbindungspfeilen angedeutet, welche zweite Facettenelemente 813 sie mit Strahlung beaufschlagen. Bei dieser Zuordnung wurde berücksichtigt, dass erste Facettenelemente 861 bzw. 863, deren Zentren nahe benachbart zueinander sind derart ausgerichtet sind, dass sie zweite Facettenelemente mit Strahlung beaufschlagen die punktsymmetrisch zum Zentrum 853 des zweiten facettierten optischen Elements 811 angeordnet sind. Diese Zuordnung ist vorteilhaft, da sowohl die Intensitätsverteilung als auch die Polarisationsverteilung auf ersten Facettenelementen 861 bzw. 863, deren Zentren nahe benachbart sind, im Wesentlichen gleich ist. Die Zuordnung solcher Paare von ersten Facettenelementen zu zweiten Facettenelementen 813, die punktsymmetrisch angeordnet sind führt daher zwangsläufig zu einer punktsymmetrischen Intensitäts- und Polarisationsverteilung über das zweite facettierte optische Element 811. Dies ist für viele Anwendungen eine bevorzugte Variante der Intensitätsverteilung bzw. Polarisationsverteilung. Zusätzlich wirken sich leichte Störungen der Intensitätsverteilung bzw. Polarisationsverteilung auf dem ersten facettierten optischen Element nicht sehr stark auf die Punksymmetrie der Verteilung auf dem zweiten facettierten optischen Element 811 aus. Dies liegt daran, dass auch bei gestörten Intensitäts- bzw. Polarisationsverteilung auf dem ersten facettierten optischen Element 807 häufig dennoch gewährleistet ist, dass erste Facettenelemente, deren Zentren zueinander nächst benachbart angeordnet sind, im Wesentlichen mit einer gleichen Intensitäts- bzw. Polarisationsverteilung beaufschlagt werden.
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In 9 ist eine erfindungsgemäße Weiterbildung des Kollektorspiegels dargestellt. Der Kollektorspiegel 905 ist in diesem Fall als ein Doppelkollektor ausgeführt, der eine ersten reflektive Fläche 965 und eine zweite reflektive Fläche 967 aufweist, die beide rotationssymmetrisch um eine gemeinsame optische Achse 969 sind. Die von der Lichtquelle ausgehende Strahlung wird von der ersten Fläche 965 gesammelt und auf die zweite reflektive Fläche 967 gelenkt. Beide reflektive Flächen 965 und 967 werden in diesem Fall unter senkrechtem Einfall betrieben. Daher findet bei der Reflektion an beiden Flächen 965 und 967 eine Polarisierung der Strahlung statt, die sich in diesem Fall gegenseitig verstärkt. Dies liegt daran, dass die Reflektionsebene jedes Strahls an der ersten reflektiven Fläche 965 mit der Reflektionsebene des gleichen Strahls an der zweiten reflektiven Fläche 967 zusammenfällt. Unter einer Reflektionsebene wird die Ebene verstanden, die durch den einfallenden und den reflektierten Strahl aufgespannt wird. Damit ist Strahlung, die bei der ersten Reflektion s-polarisiert ist, bezüglich der zweiten Reflektion an der zweiten reflektiven optischen Fläche ebenfalls s-polarisiert. Entsprechendes gilt für p-polarisierte Strahlung. Bei beiden Reflektionen wird die s-polarisierte Strahlung besser reflektiert wie mit Bezug auf 3 erläutert. Der Polarisationsgrad wird durch die zweite Reflektion somit gezielt erhöht. Ein solcher Kollektorspiegel kann erfindungsgemäß besonders gut in der vorstehend beschriebenen Beleuchtungsoptik eingesetzt werden, um das erste facettierte optische Element mit starker polarisierter Strahlung zu beaufschlagen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6859328 [0002]
- WO 2006/111319 A2 [0002]
- EP 1306665 A2 [0018]
- DE 10327963 A1 [0018]
- US 2006/0221453 A1 [0018]
- US 2006/0132747 A1 [0023]