DE102005026632A1

DE102005026632A1 - Illumination system for a microlithographic projector comprises a transmission filter for correcting the light distribution reaching a mask

Info

Publication number: DE102005026632A1
Application number: DE102005026632A
Authority: DE
Inventors: Markus Brotsack
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Illumination system for a microlithographic projector comprises a pupil-forming unit for collecting light from a light source and producing a predetermined base light distribution in a pupillary plane and a transmission filter comprising an array of individually controllable elements for positionally resolved filtering of the light in or near the pupillary plane so that a predetermined correction is applied to the base light distribution. Independent claims are also included for: (1) microlithographic projector comprising at least one illumination system as above; (2) method for illuminating an illumination field in which the light distribution in a pupillary plane is adapted to a mask structure by using a pupil-forming unit to establish a base light distribution in or near the pupillary plane and controlling a transmission filter located in or near the pupillary plane or an optically conjugated plane to filter out that part of the base light distribution not required to illuminate the mask structure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer zugeordneten Lichtquelle sowie ein Verfahren zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes, insbesondere mit einem solchen Beleuchtungssystem.The The invention relates to an illumination system for a microlithography projection exposure apparatus for illuminating a lighting field with the light of an associated one Light source and a method for illuminating a lighting field, in particular with such a lighting system.

Die Leistungsfähigkeit von Projektionsbelichtungsanlagen für die mikrolithographische Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen wird wesentlich durch die Abbildungseigenschaften der Projektionsobjektive bestimmt. Darüber hinaus werden die Bildqualität und der mit der Anlage erzielbare Wafer-Durchsatz wesentlich durch Eigenschaften des dem Projektionsobjektiv vorgeschalteten Beleuchtungssystems mitbestimmt. Dieses muss in der Lage sein, das Licht einer primären Lichtquelle, beispielsweise eines Lasers, mit möglichst hohem Wirkungsgrad zu präparieren und dabei in einem Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems eine möglichst gleichmäßige Intensitätsverteilung zu erzeugen.The capacity of projection exposure equipment for the microlithographic Production of semiconductor devices and other finely structured Components is significantly affected by the imaging properties of Projection lenses determined. In addition, the picture quality and the Wafer throughput achievable with the system essentially by properties of the projection lens before the lighting system influenced. This must be able to capture the light of a primary light source, For example, a laser, with the highest possible efficiency to prepare and while in a lighting field of the lighting system as possible uniform intensity distribution to create.

Ein hoher Grad von Gleichmäßigkeit bzw. Homogenität kann durch Mischung des von der Lichtquelle kommenden Lichtes mit Hilfe einer Lichtmischeinrichtung erreicht werden. Bei Lichtmischeinrichtungen unterscheidet man im wesentlichen zwischen Lichtmischeinrichtungen mit Wabenkondensoren und Lichtmischeinrichtungen mit Integratorstäben bzw. Lichtmischstäben.One high degree of uniformity or homogeneity can by mixing the light coming from the light source with Help a light mixing device can be achieved. For light mixing devices one differs essentially between light mixing devices with honeycomb condensers and light mixing devices with integrator rods or Light mixing rods.

Zudem soll es möglich sein, am Beleuchtungssystem verschiedene Beleuchtungsmodi einzustellen, um beispielsweise die Beleuchtung entsprechend der Strukturen der einzelnen abzubildenden Vorlagen (Masken, Retikel) zu optimieren. Zur Einstellung der Beleuchtungsmodi bzw. Beleuchtungssettings sind Pupillenformungseinheiten vorgesehen, die eine vorgebbare Lichtverteilung in einer Pupillenebene erzeugen können.moreover should it be possible be to set different lighting modes on the lighting system, for example, the lighting according to the structures of individual templates to be imaged (masks, reticles) to optimize. To adjust the lighting modes or lighting settings are Pupillenformungseinheiten provided that a predetermined light distribution in a pupil plane.

Bei Beleuchtungssystemen, die zur Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungsmodi mit auswechselbaren optischen Elementen (z.B. diffraktiven optischen Elementen oder Raumfiltern) arbeiten, ist die Anzahl unterschiedlicher Beleuchtungssettings durch die Anzahl der unterschiedlichen einwechselbaren Elemente begrenzt. Soll eine große Zahl von Beleuchtungssettings an solchen Systemen einstellbar sein, muss eine Vielzahl von auswechselbaren optischen Elementen zur Verfügung gestellt werden, deren Herstellung aufwändig ist und mit erheblichen Kosten verbunden sein kann.at Lighting systems for setting different lighting modes with interchangeable optical elements (e.g., diffractive optical Elements or spatial filters), the number is different Lighting settings by the number of different interchangeable Limited elements. Should a large number of lighting settings be adjustable on such systems, a variety of interchangeable optical Elements available be made, the production of which is complex and with considerable costs can be connected.

Die Verwendung von Digitalfiltern in Beleuchtungssystemen ist für verschiedene Zwecke bekannt. Die Filter können z.B. als variable Aperturblenden oder als Pupillenformungselemente zur Einstellung einer vorgebbaren Lichtverteilung in einer Pupillenebene positioniert sein. Eine Pupillenformung ausschließlich über Filter ist jedoch immer mit Lichtverlust verbunden, insbesondere, wenn zur Herstellung von außeraxialen Settings größere Bereiche der auf den Filter einfallenden Lichtverteilung ausgeblendet werden müssen.The Using digital filters in lighting systems is different Purposes known. The filters can e.g. as variable aperture diaphragms or as pupil shaping elements for setting a predefinable light distribution in a pupil plane be positioned. A pupil forming exclusively via filters however, is always associated with loss of light, especially if for the production of off-axis settings larger areas the incident on the filter light distribution are hidden have to.

In der US 6,215,578 wird ein Wafer-Stepper beschrieben, der ein Beleuchtungssystem zur Erzeugung von außeraxialen Beleuchtungssettings umfasst. Das Beleuchtungssystem weist einen elektronisch ansteuerbaren, ersten Digitalfilter zur Einstellung von Beleuchtungssettings auf. Diesem ersten Digitalfilter ist ein zweiter Digitalfilter nachgeordnet, der auf dem Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems positioniert ist und dort ein vorgebbares Maskenmuster erzeugt, welches durch ein nachgeschaltetes Projektionsobjektiv auf einen Wafer abgebildet wird. Beide Digitalfilter können gemeinsam mittels eines Computers angesteuert werden, so dass eine Anpassung der durch das Pupillenformungselement erzeugten Lichtverteilung an die Maskenstruktur ermöglicht wird.In the US 6,215,578 For example, a wafer stepper is described that includes an illumination system for generating off-axis illumination settings. The illumination system has an electronically controllable first digital filter for setting illumination settings. This first digital filter is followed by a second digital filter, which is positioned on the illumination field of the illumination system and there generates a predeterminable mask pattern, which is imaged by a downstream projection lens on a wafer. Both digital filters can be jointly controlled by means of a computer, so that an adaptation of the light distribution generated by the pupil-shaping element to the mask structure is made possible.

In der US 5,707,501 ist eine Projektionsbelichtungsanlage gezeigt, die in einer Ausführungsform einen als Flüssigkristallarray ausgebildeten Transmissionsfilter umfasst. Dieser ist vor einem Wabenkondensor im Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet und dient als Pupillenformungselement, um z.B. annulare Beleuchtung einzustellen.In the US 5,707,501 a projection exposure apparatus is shown which, in one embodiment, comprises a transmission filter formed as a liquid crystal array. This is arranged in front of a honeycomb condenser in the illumination system of the projection exposure apparatus and serves as a pupil shaping element in order, for example, to set annular illumination.

In der JP 06216007 wird eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem beschrieben, in dem ein Flüssigkristall-Digitalfilter im Bereich einer Pupillenebene im Lichtweg hinter einem Wabenkondensor angeordnet ist. Der Digitalfilter ist elektrisch ansteuerbar und dient als verstellbare Blende zur Begrenzung des Strahlbündeldurchmessers.In the JP 06216007 describes a projection exposure apparatus with an illumination system in which a liquid-crystal digital filter is arranged in the region of a pupil plane in the light path behind a honeycomb condenser. The digital filter is electrically controlled and serves as an adjustable aperture to limit the beam diameter.

In der JP 10022209 wird ein Filter beschrieben, der ein Feld von Flüssigkristallen umfasst und zur Verwendung in einem Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage ausgelegt ist. Der Filter dient als Transmissionsfilter mit variabel einstellbarer, ortsabhängiger Transmission und erlaubt die Einstellung gewünschter zweidimensionaler Intensitätsverteilungen. Damit sollen die Auflösung und die Schärfentiefe der Projektion beeinflusst werden können.In the JP 10022209 For example, a filter is described which comprises a field of liquid crystals and is designed for use in a lighting system of a projection exposure apparatus. The filter serves as a transmission filter with variably adjustable, location-dependent transmission and allows the setting of desired two-dimensional intensity distributions. This should be able to influence the resolution and the depth of field of the projection.

In der US 6,281,967 ist ein Beleuchtungssystem für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage gezeigt, welches einen Stabintegrator aufweist. Im Lichtweg vor dem Stabintegrator ist ein Transmissionsfilterelement zur Einstellung der Intensitätsverteilung des in den Stabintegrator fallenden Lichts vorgesehen. Das Filterelement kann bei Bedarf gegen Filterelemente mit anderer Transmissionsverteilung ausgetauscht werden. In einer Pupillenebene hinter dem Stabintegrator ist eine Revolverscheibe angeordnet, in der mehrere Aperturanordnungen angebracht sind, die jeweils Öffnungen unterschiedlicher Größe oder Form aufweisen und zur Pupillenformung dienen.In the US 6,281,967 is a lighting system for a microlithographic projection screen shown plant having a rod integrator. In the light path in front of the rod integrator, a transmission filter element is provided for adjusting the intensity distribution of the light falling into the rod integrator. If necessary, the filter element can be exchanged for filter elements with a different transmission distribution. In a pupil plane behind the rod integrator a turret disk is arranged, in which a plurality of Aperturanordnungen are mounted, each having openings of different size or shape and are used for Pupillenformung.

In der US 6,051,842 wird ein Beleuchtungssystem mit einem Wabenkondensor beschrieben, dem ein variabler optischer Filter vorgeschaltet ist. Der Filter dient als variabler Abschwächer zur Homogenisierung der Lichtverteilung in einer Feldebene vor dem Wabenkondensor.In the US 6,051,842 a lighting system is described with a honeycomb condenser, which is preceded by a variable optical filter. The filter serves as a variable attenuator for homogenizing the light distribution in a field plane in front of the honeycomb condenser.

In den Druckschriften JP 12150375 , JP 11312639 und JP 11054417 werden Ausführungsformen von Filtern gezeigt, die alle zur Homogenisierung der Lichtverteilung in einer Feldebene dienen. Die ortsabhängige Filterwirkung ist hierbei fest vorgegeben und kann nur durch Filterwechsel verändert werden.In the pamphlets JP 12150375 . JP 11312639 and JP 11054417 Embodiments of filters are shown, all of which serve to homogenize the light distribution in a field level. The location-dependent filter effect is fixed and can only be changed by changing the filter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, das bei einfacher Konstruktion eine große Variabilität bei der Einstellung von Beleuchtungsmodi erlaubt, wobei ein hoher Transmissionswirkungsgrad des Beleuchtungssystems gewährleistet bleibt, sowie ein Verfahren zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes, insbesondere mit einem solchen Beleuchtungssystem.Of the Invention is based on the object, an illumination system for a microlithography projection exposure system to provide that with a simple construction a great variability in the Adjustment of illumination modes allowed, with a high transmission efficiency of the Lighting system ensures remains, as well as a method for illuminating a lighting field, in particular with such a lighting system.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 18 gelöst.These Task is carried out according to the invention an illumination system with the features of claim 1 and a Method solved by the features of claim 18.

Ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem umfasst eine Pupillenformungseinheit zum Empfang von Licht der zugeordneten Lichtquelle und zur Erzeugung einer vorgebbaren Basislichtverteilung in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems und einen der Pupillenformungseinheit zugeordneten Transmissionsfilter mit mindestens einem Feld von individuell ansteuerbaren Einzelelementen zur ortsauflösenden Transmissionsfilterung des auf den Transmissionsfilter auftreffenden Lichts in oder in der Nähe einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems. Der Transmissionsfilter ist zur Erzeugung einer vorgebbaren Korrektur der Basislichtverteilung ausgelegt.One Inventive lighting system includes a pupil shaping unit for receiving light of the associated one Light source and for generating a predetermined basis light distribution in a pupil plane of the illumination system and one of the pupil shaping unit associated transmission filter with at least one field of individual controllable individual elements for spatially resolved transmission filtering of the incident on the transmission filter light in or in nearby a pupil plane of the illumination system. The transmission filter is for generating a predefinable correction of the basic light distribution designed.

Die Pupillenformungseinheit kann z.B. zur Erzeugung von konventioneller Beleuchtung mit unterschiedlichem Kohärenzgrad, von Ringfeldbeleuchtung sowie von Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems ausgelegt sein. Eine solche Pupillenformungseinheit kann derart ausgelegt sein, dass auch im Falle außeraxialer Beleuchtung nur ein geringer Lichtverlust bei der Pupillenformung auftritt. Die von der Pupillenformungseinheit erzeugte Basislichtverteilung kann für eine vorgegebene, abzubildende Struktur auf dem Beleuchtungsfeld weiter optimiert werden, indem die Basislichtverteilung mit Hilfe des Transmissionsfilters lokal geringfügig korrigiert wird. Der Transmissionsfilter kann hierzu Teile der Basislichtverteilung ausblenden, die für die Abbildung der vorgegebenen Struktur nicht benötigt werden, oder er kann lokal eine geringe Abschwächung einführen, um aus gehend von der Basislichtverteilung mit minimalem Lichtverlust eine gewünschte Verteilung exakt einzustellen.The Pupil forming unit may e.g. for the production of conventional Illumination with different degree of coherence, of ring field illumination as well as dipole or quadrupole illumination in a pupil plane be designed of the lighting system. Such a pupil shaping unit can be designed so that even in the case of off-axis lighting only a small loss of light occurs during pupil formation. The The base light distribution generated by the pupil shaping unit can be used for a given, structure to be imaged further optimized on the illumination field be, by the basic light distribution with the help of the transmission filter locally slight is corrected. The transmission filter can for this part of the basic light distribution hide that for the mapping of the given structure will not be needed or he may introduce a small attenuation locally, starting from the base light distribution to precisely set a desired distribution with minimal loss of light.

Bei einer Weiterbildung des Beleuchtungssystems ist der Transmissionsfilter der Pupillenformungseinheit nachgeschaltet. Der Transmissionsfilter kann beispielsweise in oder in der Nähe der Pupillenebene des Beleuchtungssystems angebracht sein, in der die Pupillenformungseinheit die Basislichtverteilung erzeugt. Auch eine Anordnung im Bereich einer zu der Pupillenebene optisch konjugierten Ebene ist möglich.at a development of the illumination system is the transmission filter downstream of the pupil shaping unit. The transmission filter For example, in or near the pupil plane of the illumination system be attached, in which the pupil shaping unit, the basic light distribution generated. Also an arrangement in the area of one to the pupil plane optically conjugate plane is possible.

In einer Ausführungsform ist der Transmissionsfilter so ausgelegt oder angesteuert, dass er bei mindestens einer Betriebsart, vorzugsweise bei den meisten oder bei allen Beleuchtungseinstellungen, mehr als 90% des auf ihn auftreffenden Lichts transmittiert. Der Transmissionsfilter korrigiert somit nur einen kleinen Teil der Basislichtverteilung, so dass ein Großteil der Intensität der Beleuchtungsstrahlung erhalten bleibt.In an embodiment the transmission filter is designed or driven so that he in at least one mode, preferably in most or at all lighting settings, more than 90% of him transmitted incident light. The transmission filter corrects thus only a small part of the basic light distribution, so that one large part the intensity the illumination radiation is maintained.

In einer Weiterbildung des Beleuchtungssystems ist der Transmissionsfilter als Digital-Filter ausgelegt. Die Einzelelemente des Digitalfilters lassen sich zwischen zwei Zuständen umschalten: Annähernd vollständige Transmission (ca. 100%) oder vollständige Obskuration (0%). Hierdurch ist eine besonders einfache Konstruktion möglich. Die Einzelelemente können auch durchstimmbar sein, um Teiltransmission zu ermöglichen.In a development of the illumination system is the transmission filter designed as a digital filter. The individual elements of the digital filter can be between two states Toggle: Approximately full Transmission (about 100%) or complete obscuration (0%). hereby a particularly simple construction is possible. The individual elements can also be tunable to allow partial transmission.

In einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist der Querschnitt der Einzelelemente rechteckig und diese sind im Wesentlichen ohne Zwischenraum flächenfüllend in einer rechteckigen Rasteranordnung angeordnet. Der Transmissionsfilter lässt sich bei einer regelmäßigen Anordnung der Einzelelemente leicht ansteuern. Die rechteckigen Rasterelemente können insbesondere quadratisch sein. Je größer die Zahl der Rasterelemente, umso besser ist die Ortsauflösung der Transmissi onsfilterwirkung. Eine große Zahl von Rasterelementen lässt sich aber nicht so leicht ansteuern wie eine kleine Zahl, so dass für die Wahl einer geeigneten Anzahl von Rasterelementen ein Kompromiss gefunden werden sollte. Je nach gewünschter Ortsauflösung und Gesamtfläche des Transmissionsfilters können z.B. zwischen ca. 100 und ca. 1.000 Rasterelemente vorhanden sein, ggf. auch mehrere tausend, z.B. zwischen 2.000 und 8.000 oder darüber.In one embodiment of the illumination system, the cross section of the individual elements is rectangular and these are arranged substantially without filling space filling in a rectangular grid arrangement. The transmission filter can be easily controlled with a regular arrangement of the individual elements. The rectangular grid elements may in particular be square. The larger the number of raster elements, the better is the spatial resolution of the transmissive filter effect. However, a large number of raster elements can not be controlled as easily as a small number, so that a compromise should be found for the selection of a suitable number of raster elements. Depending on the desired spatial resolution and total area of the transmission filter, for example, between about 100 and about 1,000 grid elements may be present, possibly even several thousand, for example between 2,000 and 8,000 or more.

Für den Aufbau eines Transmissionsfilters können unterschiedliche Wirkprinzipien genutzt werden. Die individuell ansteuerbaren Einzelelemente können beispielsweise Flüssigkristallelemente sein, die in Abhängigkeit von der elektrischen Ansteuerung lichtundurchlässig (opak) oder lichtdurchlässig (transparent) sein können. Es ist auch möglich, den Transmissionsgrad der Einzelelemente zwischen vollständiger Blockierung und vollständiger Transparenz in Stufen oder stufenlos einzustellen, um Zwischenwerte der Transmission (Teiltransparenz) zu erhalten.For the construction a transmission filter can different principles of action are used. The individual can be controlled individual elements For example, liquid crystal elements be that dependent electrically opaque (opaque) or translucent (transparent) could be. It is also possible, the transmittance of the individual elements between complete blocking and more complete Transparency in stages or continuously adjustable to intermediate values to obtain the transmission (partial transparency).

Ein Transmissionsfilter kann auch mit einem Feld mechanischer Verschlusselemente arbeiten, die beispielsweise als klappbare Türchen oder Schieber ausgestaltet sein können. Mit rasterartig angeordneten, mechanischen Blendenelementen dieser Art ist eine digitale Filterung günstig möglich. Für eine Einstellung von Zwischenwerten der Transmission kann der Strahlquerschnitt der einzelnen Teilbündel individuell auf einen gewünschten Wert reduziert werden, um einen gewünschten Zielwert für die am Ort des Blendenelementes gewünschte Transmission zu erhalten.One Transmission filter can also be equipped with a field of mechanical shutter elements work, designed for example as a folding door or slider could be. With grid-like arranged, mechanical aperture elements of this Art is a digital filtering cheap possible. For a setting of intermediate values the transmission, the beam cross-section of the individual sub-beams individually on a desired Value can be reduced to a desired target value for the am Location of the aperture element desired To obtain transmission.

Polarisationseffekte können ebenfalls zum Aufbau eines bei der Erfindung verwendbaren Transmissionsfilters genutzt werden. Die am 4. März 2004 eingereichte deutsche Patentanmeldung 10 2004 011733.0 der Anmelderin zeigt eine Transmissionsfiltervorrichtung mit einer in Transmission betreibbaren Zellenanordnung zur Erzeugung einer orts abhängigen Verzögerungswirkung am Licht einer Eintrittslichtverteilung, die zur Erzeugung einer zeitlich variablen Verzögerungswirkung ansteuerbar ist, sowie mindestens eine im Lichtweg hinter der Zellenanordnung angeordnete Polarisationsfilteranordnung. Die Zellenanordnung erzeugt aus der Eintrittslichtverteilung eine ortsabhängig polarisierte Lichtverteilung, an der mittels der Polarisationsfilteranordnung eine polarisationsselektive, ortsabhängige Intensitätsfilterung vorgenommen wird. Wenn die Zellenanordnung zur Einstellung einer zeitlich variablen Verzögerungswirkung ausgelegt ist, ist eine zeit- und ortsabhängige Intensitätsfilterung am Licht der Eintrittslichtverteilung möglich. Bei einer Ausführungsform wird der elektrooptische Effekt (Pockets-Effekt) ausgenutzt. Hierzu umfassen die Einzelelemente des Transmissionsfilters geeignete elektrisch ansteuerbare nicht-lineare optische Kristalle, deren Verzögerungswirkung auf das durchtretende Licht durch Anlegen einer geeigneten Spannung stufenlos eingestellt werden kann. Der Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.polarization effects can also for the construction of a transmission filter usable in the invention be used. The on March 4th 2004 filed German patent application 10 2004 011733.0 of Applicant shows a transmission filter device with an in Transmission operable cell assembly for generating a location-dependent delay effect in the light of an entrance light distribution, which is used to generate a time-variable delay effect is controllable, and at least one in the light path behind the cell assembly arranged polarization filter arrangement. The cell assembly generates from the entrance light distribution a location-dependent polarized light distribution to which by means of the polarization filter arrangement a polarization-selective, location-dependent intensity filtering is made. When the cell assembly for setting a time-variable delay effect is designed, is a time and location-dependent intensity filtering possible at the light of the entrance light distribution. In one embodiment the electro-optical effect (pocket effect) is exploited. For this For example, the individual elements of the transmission filter suitably electrically controllable non-linear optical crystals whose delay effect on the transmitted light by applying a suitable voltage can be adjusted continuously. The revelation content of this Patent application is incorporated herein by reference Registration made.

Die vorstehend genannten Beispiele können in Transmission betrieben werden, so dass diejenigen Anteile des auftreffenden Lichtes, an denen keine Intensitätsreduktion stattfindet, im wesentlichen ungehindert durch den Transmissionsfilter hindurchtreten können. Es sind auch reflektive Varianten von Transmissionsfiltern möglich. Beispielsweise kann ein Transmissionsfilter ein Feld von individuell ansteuerbaren Einzelspiegeln umfassen (Mikrospiegel-Array, Digital Mirror Device, DMD). Eine solche Mikrospiegel-Anordnung kann schräg in den Strahlengang eingebaut sein, so dass das auftreffende Lichtbündel als Ganzes durch die Mikrospiegel-Anordnung umgelenkt wird. Zur ortsauflösenden Transmissionsfilterung können einzelne Spiegelelemente so verstellt werden, dass das auftreffende Licht in einen von dem nachfolgenden optischen Teilsystem nicht mehr erfassten Raumbereich umgelenkt wird und somit im Lichtweg hinter dem Transmissionsfilter nicht mehr zur Verfügung steht.The The above examples can be found in Transmission are operated so that those portions of the impinging Light, at which no intensity reduction takes place, substantially unhindered by the transmission filter can pass through. There are also reflective variants of transmission filters possible. For example A transmission filter can be a field of individually controlled Single mirrors include (micromirror array, digital mirror device, DMD). Such a micromirror arrangement can be inclined in the Be incorporated beam path, so that the incident light beam as Whole is deflected by the micromirror arrangement. For spatially resolved transmission filtering can individual mirror elements are adjusted so that the impinging Light in one of the subsequent optical subsystem not more detected space is redirected and thus in the light path behind the transmission filter is no longer available.

Auch solche reflektiven Filter werden hier als „Transmissionsfilter" bezeichnet, da sie die Gesamttransmission des optischen Systems an ihrem Einbauort ortsauflösend beeinflussen können.Also such reflective filters are referred to herein as "transmission filters" since they the total transmission of the optical system at its installation location local resolution can influence.

Ein ortsauflösender Transmissionsfilter kann auch eine zweidimensionale Feldanordnung (Rasteranordnung) von individuell ansteuerbaren diffraktiven optischen Elementen oder individuell ansteuerbaren akustooptischen Elementen enthalten, die ortsauflösend einen Teil der auftreffenden Strahlung aus dem Strahlengang ausblenden und somit als Transmissionsfilter wirken können. Diese Transmissionsfilter können reflektiv oder durchstrahlbar ausgelegt sein.One spatially Resolved Transmission filter can also be a two-dimensional array (Grid arrangement) of individually controllable diffractive optical Elements or individually controllable acousto-optic elements included, the spatially resolving hide a part of the incident radiation from the beam path and thus can act as a transmission filter. These transmission filters can be reflective or be designed to be radiographed.

Bei einer Weiterbildung des Beleuchtungssystems umfasst die Pupillenformungseinheit mindestens ein diffraktives optisches Element. Das diffraktive optische Element ist für gewöhnlich in einer Feldebene des Beleuchtungssystems positioniert und erzeugt dort eine Winkelverteilung des Beleuchtungslichts, die bei der Übertragung auf eine nachfolgende Pupillenebene eine Ortsverteilung der Intensität erzeugt.at a development of the illumination system comprises the pupil shaping unit at least one diffractive optical element. The diffractive optical Element is for usually positioned and generated in a field plane of the lighting system there is an angular distribution of the illumination light, which during transmission on a subsequent pupil plane generates a spatial distribution of the intensity.

In einer Weiterbildung des Beleuchtungssystems umfasst die Pupillenformungseinheit eine Wechselvorrichtung zum Austausch des diffraktiven optischen Elements gegen mindestens ein weiteres diffraktives optisches Element. Durch den Austausch von diffraktiven Elementen können verschiedene Basislichtverteilungen ausgewählt werden. Da die Zahl der einstellbaren Basislichtverteilungen in diesem Fall durch die Zahl der austauschbaren diffraktiven Elemente begrenzt ist und deren Herstellung aufwändig ist, wird zur Feinabstimmung der Beleuchtungsstrahlung an die zu beleuchtenden Maskenstrukturen der Transmissionsfilter eingesetzt.In a further development of the illumination system, the pupil shaping unit comprises a changing device for exchanging the diffractive optical element for at least one further diffractive optical element. By exchanging diffractive elements, different Ba sislichtverteilungen be selected. Since the number of adjustable basic light distributions in this case is limited by the number of exchangeable diffractive elements and their manufacture is complicated, the transmission filter is used to fine-tune the illumination radiation to the mask structures to be illuminated.

Bei einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems umfasst die Pupillenformungseinheit ein Axikon-System. Mit verstellbaren Axikons kön nen außeraxiale Beleuchtungseinstellungen (z.B. annulare Beleuchtung) ohne Lichtverlust realisiert werden.at an embodiment of the illumination system includes the pupil-shaping unit Axicon system. With adjustable axons, you can use off-axis illumination settings (e.g., annular illumination) without loss of light.

In einer Weiterbildung des Beleuchtungssystems umfasst die Pupillenformungseinheit eine Zoom-Einheit. Die Zoom-Einheit dient zur Maßstabs-Vergrößerung/Verkleinerung der erzeugten Lichtverteilung. In Kombination mit dem Axikon und dem diffraktiven optischen Element kann die Pupillenformungseinheit eine Mehrzahl von Basislichtverteilungen praktisch ohne Lichtverlust erzeugen. Die Pupillenformungseinheit kann z.B. so aufgebaut sein, wie es in der EP 0 747 772 der Anmelderin beschrieben ist. Deren Inhalt wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.In a development of the illumination system, the pupil shaping unit comprises a zoom unit. The zoom unit is used to scale up / down the generated light distribution. In combination with the axicon and the diffractive optical element, the pupil shaping unit can generate a plurality of base light distributions with virtually no loss of light. The pupil forming unit may be constructed, for example, as shown in FIG EP 0 747 772 the applicant is described. Its content is incorporated by reference into the content of the description.

Bei einer Ausführungsform ist hinter der Pupillenformungseinheit und dem Transmissionsfilter eine Integratorstabanordnung mit mindestens einem Integratorstab vorgesehen. Der Integratorstab dient zur Homogenisierung einer in diesen eintretenden Lichtverteilung. Die Pupillenformungseinheit erzeugt eine Basislichtverteilung, welche vom Transmissionsfilter korrigiert wird, bevor eine Homogenisierung des Beleuchtungslichts stattfindet.at an embodiment is behind the pupil forming unit and the transmission filter one Integratorstabanordnung provided with at least one integrator rod. The integrator rod is used to homogenize a light distribution entering this. The pupil shaping unit generates a basic light distribution, which is corrected by the transmission filter before homogenization of the Illuminating light takes place.

In einer Weiterbildung des Beleuchtungssystems ist zwischen der Pupillenformungseinheit und dem Transmissionsfilter eine Integratorstabanordnung mit mindestens einem Integratorstab vorgesehen. Die Pupillenformungseinheit erzeugt eine Basislichtverteilung, die nachfolgend vom Stab homogenisiert wird. Diese homogenisierte Lichtverteilung wird mit dem Transmissionsfilter korrigiert.In a development of the illumination system is between the pupil shaping unit and the transmission filter an integrator bar arrangement with at least provided an integrator rod. The pupil shaping unit generates a basic light distribution, which is subsequently homogenized by the rod becomes. This homogenized light distribution is achieved with the transmission filter corrected.

Bei einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist die Querschnittsfläche der Filterelemente klein gegen eine vom Integratorstab in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems erzeugte Parzellenfläche. Dies erweist sich als vorteilhaft, wenn die durch den Integratorstab homogenisierte Lichtverteilung mit dem Transmissionsfilter korrigiert werden soll, da eine ortsaufgelöste Filterungswirkung auch in diesem Fall innerhalb einzelner Parzellen möglich ist.at an embodiment of the illumination system, the cross-sectional area of the filter elements is small against one of the integrator rod in a pupil plane of the illumination system generated plot area. This proves to be advantageous if the light distribution homogenized by the integrator rod to be corrected with the transmission filter, since a spatially resolved filtering effect as well in this case within individual plots is possible.

In einer Weiterbildung des Beleuchtungssystems ist in oder in der Nähe einer Pupillenebene ein refraktives optisches Element zur Erzeugung einer an die Form des Beleuchtungsfeldes angepassten Lichtverteilung vorgesehen. Bei Systemen mit Integratorstab entspricht die meist rechteckige Form des Beleuchtungsfeldes der Form der Querschnittsfläche des Stabes, d.h. das Aspektverhältnis stimmt überein. Durch ein dem Integratorstab nachgeschaltetes Abbildungsobjektiv kann die Stabaustrittsfläche in um den Abbildungsmaßstab des Abbildungsobjektivs veränderter Größe auf das Beleuchtungsfeld abgebildet werden.In a development of the lighting system is in or near one Pupil plane a refractive optical element for generating an provided the shape of the illumination field adapted light distribution. In systems with integrator bar corresponds to the most rectangular Shape of the illumination field of the shape of the cross sectional area of the Rod, i. the aspect ratio matches. By an integrator rod downstream imaging lens can the bar exit surface in around the picture scale of the picture lens changed Size on that Illumination field are displayed.

Bei einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist hinter der Pupillenformungseinheit ein Wabenkondensor mit mindestens einer Rasteranordnung von Rasterelementen angeordnet. Wabenkondensoren gängiger Bauart bestehen aus einer in einer ersten Ebene positionierten Rasteranordnung und einer in einer nachgeordneten zweiten, zur ersten konjugierten Ebene positionierten Rasteranordnung. Der Transmissionsfilter kann z.B. in der Nähe der ersten Rasteranordnung vor dieser positioniert sein.at an embodiment of the illumination system is behind the pupil shaping unit Honeycomb condenser with at least one grid arrangement of raster elements arranged. Honeycomb condensers more common Type consist of a positioned in a first plane grid arrangement and one in a second, second conjugate plane positioned grid arrangement. The transmission filter may e.g. near the first grid array to be positioned in front of this.

Bei einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist hinter der Pupillenformungseinheit weder ein Wabenkondensor noch eine Integratorstabanordnung angebracht. Solche Beleuchtungssysteme, die typischerweise in Wafer-Scannern eingesetzt werden, arbeiten häufig mit Blenden oder Filtern als Homogenisierungseinheiten. Dies ist möglich, da es beim Scanprozeß ausreichen kann, die über das Beleuchtungsfeld integrierte Intensität zu homogenisieren.at an embodiment of the illumination system is neither behind the pupil-shaping unit a honeycomb condenser nor an integrator bar assembly attached. Such lighting systems typically used in wafer scanners are used frequently with screens or filters as Homogenisierungseinheiten. This is possible, because it is sufficient during the scanning process can that over to homogenize the lighting field integrated intensity.

In einer Weiterbildung des Beleuchtungssystems ist eine Regelungseinheit zur Anpassung der von der Pupillenformungseinheit erzeugten Basislichtverteilung und der Transmissionsfunktion des Transmissionsfilters an eine zu beleuchtende Maskenstruktur vorgesehen. Eine optimale Anpassung der Beleuchtungsstrahlung an die zu beleuchtende Maskenstruktur kann sich vorteilhaft auf die Belichtungsqualität der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage auswirken.In a development of the lighting system is a control unit for adjusting the base light distribution generated by the pupil shaping unit and the transmission function of the transmission filter to one provided lighting mask structure. An optimal adaptation of the Illumination radiation to the mask structure to be illuminated can advantageous for the exposure quality of the microlithography projection exposure apparatus impact.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes, welches insbesondere mit einem oben beschriebenen Beleuchtungssystem durchgeführt werden kann, wird die Lichtverteilung in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems an eine zu beleuchtende Maskenstruktur angepasst, indem mit einer Pupillenformungseinheit eine Basislichtverteilung in oder in der Nähe einer Pupillenebene eingestellt wird und ein in oder in der Nähe einer Pupillenebene oder in einer hierzu konjugierten Ebene positionierter Transmissionsfilter zur Filterung eines nicht für die Beleuchtung der Maskenstruktur benötigten Teils der Lichtverteilung angesteuert wird. Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung derart, dass der Filter mehr als 90% der Intensität der Basislichtverteilung transmittiert. Durch das Verfahren kann eine Lichtverteilung in einer Pupillenebene an eine abzubildende Maskenstruktur genau angepasst werden, ohne dass eine deutliche Reduktion der Beleuchtungsintensität auftritt. In Einzelfällen können auch geringere Gesamttransmissionen ausreichen, z.B. 75%, 80% oder 85%.In a method according to the invention for illuminating an illumination field, which can be carried out in particular with an illumination system described above, the light distribution in a pupil plane of the illumination system is adapted to a mask structure to be illuminated by using a pupil shaping unit to set a basic light distribution in or near a pupil plane and a transmission filter positioned in or near a pupil plane or in a plane conjugate thereto for filtering a part of the light distribution not required for illuminating the mask structure is driven. Preferably, the control is such that the filter more than 90% of the intensity of Transmitted basic light distribution. By means of the method, a light distribution in a pupil plane can be adapted precisely to a mask structure to be imaged without a significant reduction in the illumination intensity occurring. In some cases lower total emissions may be sufficient, eg 75%, 80% or 85%.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird zur Erzeugung der Basislichtverteilung eines aus einer Mehrzahl von diffraktiven optischen Elementen ausgewählt. Verschiedene Basislichtverteilungen lassen sich durch den Austausch diffraktiver optischer Elemente einstellen.at A development of the method is used to generate the basic light distribution one of a plurality of diffractive optical elements selected. Various Base light distributions can be made more diffractive by the exchange adjust optical elements.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Wechsel zwischen einer ersten und einer zweiten Maskenstruktur durchgeführt, wobei eine an die erste Maskenstruktur angepasste Lichtverteilung in eine an die zweite Maskenstruktur angepasste Lichtverteilung durch Änderung der Transmissionsfunktion des Transmissionsfilters überführt wird, insbesondere ohne dass ein Wechsel des diffraktiven optischen Elements durchgeführt wird. Bei zwei Maskenstrukturen, die mit ähnlichen Lichtverteilungen beleuchtet werden, kann es günstig sein, eine Anpassung der Lichtverteilung ausschließlich über den Transmissionsfilter durchzuführen.at an embodiment of the method is a change between a performed first and a second mask structure, wherein one of the first mask structure adapted light distribution in one to the second mask structure adapted light distribution by changing the transmission function the transmission filter is transferred, in particular without a change of the diffractive optical element carried out becomes. For two mask structures with similar light distributions Illuminated, it can be cheap be an adaptation of the light distribution exclusively over the To carry out transmission filter.

Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei Ausführungsformen der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Es zeigen:The The above and other features are excluded from the claims also from the description and the drawings, the individual Features for each alone or too many in the form of subcombinations embodiments of the invention and in other fields be realized and advantageous also for protectable versions can represent. Show it:

1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Beleuchtungssystems für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Pupillenformungseinheit und einem Transmissionsfilter, 1 1 is a schematic side view of an embodiment of a lighting system for a microlithography projection exposure apparatus with a pupil shaping unit and a transmission filter,

2 eine schematische Detailansicht des Beleuchtungssystems von 1, 2 a schematic detail view of the lighting system of 1 .

3 eine schematische Detailansicht eines Beleuchtungssystems, bei dem der Integratorstab gegen einen Wabenkondensor ausgetauscht ist; und 3 a schematic detail view of a lighting system in which the integrator rod is replaced with a honeycomb condenser; and

4 Beispiele für die Optimierung bzw. Korrektur von Basislichtverteilungen mit Hilfe von Transmissionsfiltern. 4 Examples for the optimization or correction of basic light distributions with the help of transmission filters.

In 1 ist ein Beispiel eines Beleuchtungssystems 10 einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie gezeigt, welche bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen einsetzbar ist und zur Erzielung von Auflösungen bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht aus dem tiefen Ultraviolettbereich arbeitet. Als Lichtquelle 11 dient ein F₂-Excimer-Laser mit einer Arbeitswellenlänge von ca. 157 nm, dessen Lichtstrahl koaxial zur optischen Achse 12 des Beleuchtungssystems ausgerichtet ist. Andere UV-Lichtquellen, beispielsweise ArF-Excimer-Laser mit 193 nm Arbeitswellenlänge, KrF-Excimer-Laser mit 248 nm Arbeitswellenlänge oder Quecksilberdampflampen mit 365nm bzw. 436 nm Arbeitwellenlänge oder Lichtquellen mit Wellenlängen unterhalb 157 nm sind ebenfalls möglich.In 1 is an example of a lighting system 10 a microlithography projection exposure apparatus which is useful in the fabrication of semiconductor devices and other finely-structured devices and which utilizes deep ultraviolet light to achieve resolutions down to fractions of a micron. As a light source 11 serves an F ₂ -Excimer laser with a working wavelength of about 157 nm, the light beam coaxial with the optical axis 12 of the lighting system is aligned. Other UV light sources, such as 193 nm working wavelength ArF excimer lasers, 248 nm working wavelength KrF excimer lasers or 365 nm or 436 nm working wavelength mercury vapor lamps or wavelengths below 157 nm, are also possible.

Das Licht der Lichtquelle 11 tritt zunächst in einen Strahlaufweiter 13 ein, welcher den Laserstrahl aufweitet und aus dem ursprünglichen Strahlprofil ein aufgeweitetes Profil mit parallelem Licht formt. Im Lichtweg hinter dem Strahlaufweiter 13 ist ein diffraktives optisches Element 15 in einer Feldebene 14 des Beleuchtungssystems angeordnet. Dieses bildet zusammen mit einem im Strahlengang dahinter positionierten Zoom-Axicon-Objektiv 30 eine Pupillenformungseinheit, die zur Erzeugung einer vorgebbaren Basislichtverteilung in einer Austrittspupille 31 des Objektivs 30 dient. In der Austrittspupille 31 ist ein ein refraktives optisches Rasterelement 32 angeordnet. Die Austrittspupille 31 wird im Folgenden auch als Pupillenformungsfläche 31 des Beleuchtungssystems bezeichnet. Die Basislichtverteilung in der Pupillenformungsfläche 31 kann durch Verstellen des Zoom-Axicon-Objektivs 30 sowie durch Auswechseln des diffraktiven optischen Elements 15 mittels einer Wechselvorrichtung 16 eingestellt werden (vgl. z.B. EP 0 747 772 ).The light of the light source 11 first enters a beam expander 13 a, which expands the laser beam and forms from the original beam profile an expanded profile with parallel light. In the light path behind the beam expander 13 is a diffractive optical element 15 in a field level 14 arranged the illumination system. This forms together with a zoom axicon lens positioned behind it in the beam path 30 a pupil shaping unit which is used to generate a predefinable basic light distribution in an exit pupil 31 of the lens 30 serves. In the exit pupil 31 is a refractive optical raster element 32 arranged. The exit pupil 31 is also referred to as a pupil shaping surface 31 of the lighting system. The base light distribution in the pupil shaping surface 31 can by adjusting the zoom axicon lens 30 and by replacing the diffractive optical element 15 by means of a changing device 16 be set (see eg EP 0 747 772 ).

Als Basislichtverteilungen können mit der Pupillenformungseinheit 31 beispielsweise konventionelle Beleuchtung mit unterschiedlichem Kohä renzgrad, oder eine annähernde Ringfeld-, Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung eingestellt werden. Insbesondere bei außeraxialer Beleuchtung kann die Basislichtverteilung ungleichmäßig über beleuchtete und unbeleuchtete Teilbereiche der Pupillenformungsfläche verteilt sein, woraus starke Intensitätsvariationen resultieren können.As basic light distributions can be made with the pupil shaping unit 31 For example, conventional lighting with varying degrees of coherence, or an approximate ring field, dipole or quadrupole illumination can be set. Particularly in the case of off-axis illumination, the basic light distribution can be distributed unevenly over illuminated and unlit portions of the pupil shaping surface, which can result in strong intensity variations.

Im Strahlweg unmittelbar vor dem refraktiven optischen Rasterelement 32 ist ein Transmissionsfilter 36 vorgesehen. Dieser dient zur Korrektur der von der Pupillenformungseinheit 15, 30 erzeugten Basislichtverteilung. Der Transmissionsfilter 36 hat eine Vielzahl einzeln ansteuerbarer optischer Kanäle, die in einer Rasteranordnung angeordnet sind, so dass die zweidimensionale Transmissionsfunktion des Transmissionsfilters ortsabhängig variabel einstellbar ist.In the beam path immediately in front of the refractive optical grid element 32 is a transmission filter 36 intended. This serves for the correction of the pupil shaping unit 15 . 30 generated base light distribution. The transmission filter 36 has a plurality of individually controllable optical channels, which are arranged in a grid arrangement, so that the two-dimensional transmission function of the transmission filter is variably adjustable depending on location.

Eine hinter der Pupillenformungsfläche 31 angeordnete Einkoppeloptik 40 überträgt das Licht der Pupillenformungsfläche 31 auf die rechteckige Eintrittsfläche 44 eines aus synthetischem Quarzglas (oder Kalziumfluorid) gefertigten stabförmigen Lichtintegrators 45, der das durchtretende Licht durch mehrfache innere Reflexion mischt und homogenisiert. Die Pupillenformungsfläche 31 ist eine Fourier-transformierte Ebene zur Eintrittsfläche 44, so dass eine räumliche Intensitätsverteilung in Ebene 31 in eine Winkelverteilung am Stabeintritt 44 transformiert wird. Unmittelbar an der Austrittsfläche 46 des Stabes 45 liegt eine Zwischenfeldebene 47, in der ein Retikel-Masking-System (REMA) 50 angeordnet ist, welches als verstellbare Feldblende dient. Das nachfolgende Objektiv 55 bildet die Zwischenfeldebene 47 mit dem Maskierungssystem 50 auf eine Ebene 65 ab, die hier auch als Retikelebene bezeichnet wird. In der Retikelebene 65 wird ein Retikel 66 angeordnet. Die Ebene 47 des Retikel-Masking-Systems und die Retikelebene 65 sind Ebenen, in denen ein Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems liegt. Die Retikelebene 65 fällt mit der Objektebene eines Projektionsobjektives 67 zusammen, welches das Retikelmuster in seine Bild ebene 68 abbildet, in der ein mit einer Photolackschicht beschichteter Wafer 69 angeordnet ist. Das Objektiv 55 enthält eine erste Linsengruppe 56, eine Pupillenzwischenebene 57, in die Filter oder Blenden eingebracht werden können, eine zweite und eine dritte Linsengruppe 58, 59 und einen dazwischen liegenden Umlenkspiegel 60, der es ermöglicht, die große Beleuchtungseinrichtung horizontal einzubauen und das Retikel waagrecht zu lagern. Der Integratorstab 45 erzeugt durch die Mehrfachreflexionen des Lichts in seinem Inneren eine Mehrzahl von Parzellen in der Pupillenfläche 57 des Objektivs 55.One behind the pupil shaping surface 31 arranged Einkoppeloptik 40 transmits the light of the pupil shaping surface 31 on the rectangular entrance area 44 a rod-shaped light integrator made of synthetic quartz glass (or calcium fluoride) 45 which mixes and homogenizes the passing light by multiple internal reflection. The pupil shaping surface 31 is a Fourier-transformed plane to the entrance surface 44 , so that a spatial intensity distribution in plane 31 in an angular distribution at the rod entry 44 is transformed. Immediately at the exit surface 46 of the staff 45 is an intermediate field level 47 in which a reticle masking system (REMA) 50 is arranged, which serves as an adjustable field stop. The following lens 55 forms the intermediate field level 47 with the masking system 50 on a plane 65 which is also referred to here as Retikelebene. In the reticle plane 65 becomes a reticle 66 arranged. The level 47 of the reticle masking system and the reticle plane 65 are planes in which a lighting field of the lighting system is located. The reticle plane 65 coincides with the object plane of a projection lens 67 together, which the reticle pattern in his image level 68 in which a wafer coated with a photoresist layer 69 is arranged. The objective 55 contains a first lens group 56 , a pupil-intermediate level 57 into which filters or apertures can be introduced, a second and a third lens group 58 . 59 and an intermediate deflecting mirror 60 which makes it possible to install the large illumination device horizontally and to store the reticle horizontally. The integrator rod 45 generates a plurality of plots in the pupil surface by the multiple reflections of the light in its interior 57 of the lens 55 ,

Das Beleuchtungssystem 10 bildet zusammen mit dem Projektionsobjektiv 67, einem verstellbaren Retikel-Halter, der das Retikel 66 in der Objektebene 65 des Projektionsobjektivs hält, und einem verstellbaren Wafer-Halter eine Projektionsbelichtungsanlage für die mikrolithographische Herstellung von elektronischen Bauteilen, aber auch von diffraktiven optischen Elementen und anderen mikrostrukturierten Teilen. Das Beleuchtungssystem kann sowohl in einem Wafer-Stepper als auch in einem Wafer-Scanner verwendet werden.The lighting system 10 forms together with the projection lens 67 , an adjustable reticle holder that holds the reticle 66 in the object plane 65 of the projection lens, and an adjustable wafer holder, a projection exposure apparatus for the microlithographic production of electronic components, but also of diffractive optical elements and other microstructured parts. The illumination system can be used both in a wafer stepper and in a wafer scanner.

Die Winkelverteilung, welche das Beleuchtungssystem 10 auf dem Beleuchtungsfeld 65 erzeugt, wird durch Vorgabe der ortsabhängigen Intensitätsverteilung auf der Pupillenformungsfläche 31 bestimmt. Soll diese Winkelverteilung an ein vorgegebenes Retikel 66 angepasst werden, kann die Basislichtverteilung durch Austausch des diffraktiven optischen Elements 15 und/oder Einstellen des Zoom-Axicon-Objektivs 30 im Wesentlichen ohne Lichtverlust eingestellt werden. Falls die Basislichtverteilung bereits optimal eingestellt ist, kann der Transmissionsfilter auch „auf Durchzug" (volle Transmission) geschaltet werden. Häufig ist aber eine geringe Modifikation der Basislichtverteilung zur genauen Anpassung an das Retikel 66 gewollt, welche durch Einstellen des Transmissionsfilters 36 durchgeführt werden kann. Der bei der Filterung auftretende Lichtverlust kann in geringen Grenzen gehalten werden, da die Pupil lenformungseinheit 15, 30 die Intensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche 31 im Wesentlichen korrekt einstellt. Die Kombination aus austauschbaren diffraktiven optischen Elementen 15, Zoom-Axicon-Objektiv 30 und Transmissionsfilter 36 erlaubt daher die Generierung einer Vielzahl unterschiedlicher Lichtverteilungen in der Pupillenformungsfläche 31 bei nur geringem Lichtverlust und eine sehr genaue Optimierung der zweidimensionalen Intensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche 31.The angular distribution, which the lighting system 10 on the lighting field 65 is generated by specifying the location-dependent intensity distribution on the pupil shaping surface 31 certainly. Should this angular distribution to a given reticle 66 can be adjusted, the basic light distribution by replacing the diffractive optical element 15 and / or adjusting the zoom axicon lens 30 be adjusted essentially without loss of light. If the basic light distribution is already optimally adjusted, the transmission filter can also be switched to "pull-through" (full transmission), but there is often a slight modification of the basic light distribution for exact adaptation to the reticle 66 which is done by adjusting the transmission filter 36 can be carried out. The light loss occurring during the filtering can be kept within narrow limits, since the pupil lenformungseinheit 15 . 30 the intensity distribution in the pupil shaping surface 31 is adjusted substantially correctly. The combination of exchangeable diffractive optical elements 15 , Zoom Axicon Lens 30 and transmission filters 36 therefore allows the generation of a variety of different light distributions in the pupil shaping surface 31 with only a slight loss of light and a very accurate optimization of the two-dimensional intensity distribution in the pupil shaping surface 31 ,

Zur optimalen Anpassung der vom Beleuchtungssystem gelieferten Strahlung an das Retikel 66 ist eine Regelungseinheit 35 vorgesehen, welche mit der Wechseleinheit 16, dem Zoom-Axicon-Objektiv 30 sowie dem Transmissionsfilter 36 verbunden ist.For optimal adaptation of the radiation delivered by the illumination system to the reticle 66 is a regulatory unit 35 provided, which with the exchange unit 16 , the Zoom Axicon Lens 30 as well as the transmission filter 36 connected is.

Der Transmissionsfilter 36 ist als Digitalfilter ausgelegt. Er weist Einzelelemente (Pixel) mit rechteckigem Querschnitt auf, die flächenfüllend in einer rechteckigen Rasteranordnung angeordnet sind (LCD-Display). Die Einzelelemente des Digitalfilters können sich in zwei Zuständen befinden, entsprechend nahezu vollständiger Transmission des Beleuchtungslichts oder vollständiger Obskuration desselben. Der Querschnitt der Einzelelemente ist so ausgelegt, dass dieser kleiner als der Parzellenquerschnitt ist, der vom Integratorstab 45 in der Pupillenebene 57 erzeugten Parzellen ist. Der Querschnitt der Einzelelemente kann z.B. 1/n_E des Parzellenquerschnittes in einer bestimmten Richtung betragen, wobei n_E=2, 3, 4, 5 ... ist. Der Parzellenquerschnitt Δx in x-Richtung ist eine Funktion der Länge L, der Brechzahl n sowie der Stabausdehnung x des Stabintegrators in der betrachteten x-Richtung sowie der Brennweite f_E der Einkoppeloptik und lässt sich berechnen mit Δx = 2×f_E×n×sin (arctan(x/(2×L)). Entsprechendes gilt für die y-Richtung.The transmission filter 36 is designed as a digital filter. It has individual elements (pixels) with a rectangular cross-section, which are arranged in a rectangular grid arrangement (LCD display). The individual elements of the digital filter can be in two states, corresponding to nearly complete transmission of the illumination light or complete obscuration thereof. The cross section of the individual elements is designed so that it is smaller than the parcel cross section, that of the integrator rod 45 in the pupil plane 57 generated parcels is. The cross-section of the individual elements may be, for example, 1 / n _{E of} the parcel cross-section in a certain direction, where n _E = 2, 3, 4, 5 .... The parcel cross section Δx in the x direction is a function of the length L, the refractive index n and the rod extension x of the rod integrator in the considered x direction and the focal length f _{E of} the coupling optics and can be calculated as Δx = 2 × f _E × n × sin (arctan (x / (2 × L)). The same applies to the y direction.

Im gezeigten Beispiel hat der Integratorstab 45 einen rechteckigen Querschnitt von 35 mm auf 11 mm und eine Länge von ca. 570 mm. Die Querschnittsfläche, die auf der Pupillenformungsfläche 31 benötigt wird, um eine Parzelle zu überdecken, liegt bei 2,148 mm auf 0,614 mm. Sollen neun Pixel des Transmissionsfilters 36 eine Parzellenfläche überdecken, um eine gute Ortsauflösung zu erreichen, sollte jeder Pixel einen Querschnitt von 0,716 mm auf 0,205 mm aufweisen. Weist der beleuchtete Teil der Pupillenformungsfläche 31 einen Durchmesser von 100 mm auf, so wird eine Anzahl von ca. 6000 Pixeln für den Transmissionsfilter 31 benötigt.In the example shown has the integrator bar 45 a rectangular cross-section of 35 mm to 11 mm and a length of about 570 mm. The cross-sectional area on the pupil forming surface 31 required to cover a plot is 2.168 mm to 0.614 mm. Should nine pixels of the transmission filter 36 To cover a plot area to achieve a good spatial resolution, each pixel should have a cross section of 0.716 mm by 0.205 mm. Indicates the illuminated part of the pupil shaping surface 31 a diameter of 100 mm, so will be a number of about 6000 pixels for the transmission filter 31 needed.

Der Transmissionsfilter 36 kann, wie in 2 gezeigt, unmittelbar vor dem refraktiven optischen Element 32 in einer Ebene 36a oder unmittelbar nach diesem, in einer Ebene 36b positioniert sein. Es ist zu beachten, dass die Strahldivergenz nach dem refraktiven optischen Element 32 größer ist als die Strahldivergenz davor. Daher ist eine Positionierung von dem refraktiven optischen Element in der Regel günstiger. Alternativ kann der Transmissionsfilter auch in einer Pupillenebene nach dem Integratorstab 45, z.B. in der Pupillenebene des REMA-Objektivs 57, angeordnet werden. Im Beleuchtungssystem 10 kann auch mehr als ein Transmissionsfilter angeordnet sein, allerdings ist zu beachten, dass die Pixel digitaler Transmissionsfilter auch wenn sie auf Transmission geschaltet sind, einen geringen Teil des Lichts absorbieren. Daher ist es bevorzugt, nur einen einzigen Transmissionsfilter zu verwenden.The transmission filter 36 can, as in 2 shown, immediately in front of the refractive optical element 32 in a plane 36a or immediately after that, in one plane 36b be positioned. It should be noted that the beam divergence after the refractive optical element 32 is greater than the beam divergence before. Therefore, positioning of the refractive optical element is generally less expensive. Alternatively, the transmission filter may also be in a pupil plane after the integrator rod 45 , eg in the pupil plane of the REMA objective 57 , to be ordered. In the lighting system 10 may also be arranged more than one transmission filter, however, it should be noted that the pixels of digital transmission filters, even when they are switched to transmission, absorb a small part of the light. Therefore, it is preferable to use only a single transmission filter.

Ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem kann auch mit einem Wabenkondensor 75 als Homogenisierungseinheit ausgestattet sein, wie in 3 gezeigt. Der Transmissionsfilter kann hierbei in einer Ebene 37a unmittelbar vor dem Wabenkondensor 75 oder in einer Ebene 37b unmittelbar hinter dem Wabenkondensor angeordnet sein. Diese Ebenen liegen in der Nähe von Pupillenebenen des Beleuchtungssystems, so dass die Ortsverteilung der Intensität in einer Pupillenebene beeinflusst werden kann.An illumination system according to the invention can also be used with a honeycomb condenser 75 be equipped as Homogenisierungseinheit, as in 3 shown. The transmission filter can be in one plane 37a immediately before the honeycomb condenser 75 or in a plane 37b be arranged immediately behind the honeycomb condenser. These planes are close to pupil planes of the illumination system, so that the spatial distribution of the intensity in a pupil plane can be influenced.

Ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem kann auch weder einen Stabintegrator noch einen Wabenkondensor aufweisen. In diesem Fall können z.B. Blenden oder Filter zur Homogenisierung eingesetzt werden.One Inventive lighting system can also have neither a rod integrator nor a honeycomb condenser. In this case, you can e.g. Apertures or filters are used for homogenization.

In 4 wird anhand von zwei Beispielen erläutert, wie mit Hilfe einer Ausführungsform eines schematisch gezeigten Digitalfilters 36 eine Basislichtverteilung optimiert bzw. korrigiert werden kann. Hierzu ist in den Teilfiguren (a) bis (d) jeweils schematisch durch grauschraffierte Flächen eine Basislichtverteilung nach Art einer Quadrupolverteilung gezeigt, bei der vier außerhalb der optischen Achse 12 angeordnete und einander paarweise gegenüberliegende, trapezförmige Beleuchtungsbereiche mit hoher Intensität vorliegen und der übrige Bereich der Pupillenebene und damit insbesondere auch der Bereich der optischen Achse unbeleuchtet ist. Der Transmissionsfilter 36 ist durch ein Rechteckraster mit einer Vielzahl nebeneinanderliegender Quadrate repräsentiert, wobei helle Quadrate ein auf Durchlass geschaltetes Rasterelement und schwarze Quadrate ein auf Sperren geschaltetes Rasterelement darstellen. In 4(a) ist das gesamte Transmissionsfilter auf Durchlass geschaltet. In 4(b) bleibt die durch die Pupillenformungseinheit eingestellte Basislichtverteilung unverändert, jedoch werden die an den seitlichen Rändern der trapezförmigen Beleuchtungsbereiche liegenden Einzelzellen eingeschaltet, so dass die schrägen Ränder der Trapeze ausgeblendet werden. Dadurch ergeben sich Beleuchtungsbereiche, die jeweils in Querrichtung schmaler sind als ohne diese Optimierung durch den Transmissionsfilter. Für diese Korrektur werden weniger als 10% der Fläche des Transmissionsfilters ausgeblendet.In 4 will be explained with reference to two examples, as with the aid of an embodiment of a digital filter shown schematically 36 a basic light distribution can be optimized or corrected. For this purpose, a basic light distribution in the manner of a quadrupole distribution is shown schematically in the subfigures (a) to (d) in each case by gray-shaded areas, in the four out of the optical axis 12 arranged and opposite each other in pairs, trapezoidal illumination areas are present with high intensity and the rest of the pupil plane and thus in particular also the region of the optical axis is unlit. The transmission filter 36 is represented by a rectangular grid having a plurality of adjacent squares, where light squares represent a rasterized pixel and black squares represent a gridded rasterizer. In 4 (a) the entire transmission filter is switched to passage. In 4 (b) the basic light distribution set by the pupil-forming unit remains unchanged, but the single cells located at the lateral edges of the trapezoidal lighting areas are turned on, so that the oblique edges of the trapezoids are blanked out. This results in illumination areas that are each narrower in the transverse direction than without this optimization by the transmission filter. For this correction, less than 10% of the area of the transmission filter is hidden.

Bei der in 4(c) gezeigten Basislichtverteilung haben die in y-Richtung liegenden, trapezförmigen Pole der Quadrupolverteilung in der Pupillenformungsfläche eine größere Fläche als die in x-Richtung liegenden Pole. Dies kann bei bestimmten Retikelstrukturen, die für ver schiedene Strukturrichtungen unterschiedliche Linienbreiten und/oder Abstände haben, günstig sein. Ist jedoch eine in x- und y-Richtung weitgehend übereinstimmende Beleuchtung gewünscht, so kann dies ausgehend von der in 4(c) gezeigten Basislichtverteilung mit Hilfe des Transmissionsfilters dadurch erreicht werden, dass bei den in y-Richtung liegenden, größeren Beleuchtungsbereichen deren Randbereiche so weit ausgeblendet werden, dass die Größe und Form der dann übrigbleibenden Pole im wesentlichen mit Größe und Form der Beleuchtungspole in x-Richtung übereinstimmen (siehe 4(d)). Auf diese Weise kann der Transmissionsfilter zur Korrektur asymmetrischer Verteilungen genutzt werden.At the in 4 (c) As shown in the base light distribution, the trapezoidal poles of the quadrupole distribution in the pupil shaping surface lying in the y direction have a larger area than the poles lying in the x direction. This can be favorable for certain reticle structures which have different line widths and / or spacings for different structural directions. However, if a lighting in the x- and y-direction largely matching desired, this may be based on the in 4 (c) shown base light distribution using the transmission filter can be achieved by the fact that in the y-direction, larger areas of the edge areas are hidden so far that the size and shape of the remaining poles substantially match the size and shape of the illumination poles in the x direction (please refer 4 (d) ). In this way, the transmission filter can be used to correct asymmetric distributions.

Die Erfindung wurde beispielhaft anhand von Beleuchtungssystemen erläutert, bei denen die Pupillenformungseinheit unter anderem ein Zoom-Axicon-Objektiv in Verbindung mit einem diffraktiven optischen Element umfasst. Die Erfindung kann auch mit Pupillenformungseinheiten anderer Bauart realisiert werden. Solche Beleuchtungssysteme sind beispielsweise in den Patentanmeldungen mit Veröffentlichungsnummer WO 2005/026843 A2, WO 2004/006021 A2, US 2004/0119961 A1 oder US 2003/0086524 A1 oder den Patenten US 6,658,084 B2 , US 6,611,574 B2 der Anmelderin gezeigt.The invention has been explained by way of example with reference to illumination systems in which the pupil-shaping unit comprises inter alia a zoom-axicon objective in conjunction with a diffractive optical element. The invention can also be realized with pupil-forming units of a different type. Such lighting systems are described, for example, in patent applications with publication number WO 2005/026843 A2, WO 2004/006021 A2, US 2004/0119961 A1 or US 2003/0086524 A1 or the patents US 6,658,084 B2 . US 6,611,574 B2 shown by the applicant.

Die Erfindung ist nicht auf den Bereich der Mikrolithographie beschränkt. Es können z.B. auch Beleuchtungssysteme in der Mikroskopie erfindungsgemäß ausgestaltet sein.The The invention is not limited to the field of microlithography. It can e.g. also designed illumination systems in microscopy according to the invention be.

Claims

Illumination system for a microlithography projection exposure apparatus for illuminating a lighting field ( 65 ) with the light of an associated light source ( 11 ) comprising: a pupil-forming unit ( 15 . 30 ) for receiving light from the associated light source ( 11 ) and for generating a predefinable basic light distribution in a pupil plane ( 31 ) of the lighting system; and one of the pupil-shaping unit ( 15 . 30 ) associated transmission filter ( 36 ) with at least one field of individually controllable individual elements for spatially resolving transmission filtering of the light incident on the transmission filter in or near a pupil plane ( 31 . 55 ) of the lighting system; wherein the transmission filter is designed to produce a predefinable correction of the basic light distribution.

Illumination system according to Claim 1, in which the transmission filter ( 36 ) of the pupil-shaping unit ( 15 . 30 ) is connected downstream.

Illumination system according to Claim 1 or 2, in which the transmission filter ( 36 ) is designed or driven so that it transmits more than 90% of the light incident on it in at least one operating mode, preferably in most or all lighting settings.

Illumination system according to one of the preceding claims, in which the transmission filter ( 36 ) is designed as a digital filter.

Lighting system according to one of the preceding Claims, in which the cross section of the individual elements is rectangular and this essentially without space filling the area in a rectangular Grid arrangement are arranged.

Lighting system according to one of the preceding Claims, in which the transmission filter is a two-dimensional array of liquid crystal elements includes.

Lighting system according to one of the preceding Claims, in which the transmission filter as a reflective transmission filter is designed, the individual elements by individually controllable Single mirror for the optional deflection of partial beams of the incident light are formed from the beam path.

Lighting system according to one of the preceding Claims, in which the transmission filter is an operable in transmission Cell arrangement for generating a location-dependent delay effect on the light of a Ingress light distribution, which is used to generate a time-variable delay effect is controllable, and at least one in the light path behind the cell assembly arranged polarizing filter arrangement.

Lighting system according to one of the preceding Claims, in which the transmission filter individual elements in the form of diffractive having optical elements or opto-acoustic optical elements.

Illumination system according to one of the preceding claims, in which the pupil-shaping unit has at least one diffractive optical element ( 15 ).

Illumination system according to claim 10, in which the pupil-shaping unit comprises a changing device ( 16 ) for exchanging the diffractive optical element ( 15 ) against at least one further diffractive optical element.

Illumination system according to one of the preceding claims, in which the pupil-shaping unit ( 15 . 30 ) comprises an axicon system.

Illumination system according to one of the preceding claims, in which the pupil-shaping unit ( 15 . 30 ) comprises a zoom unit.

Illumination system according to one of the preceding claims, wherein behind the pupil shaping unit ( 15 . 30 ) and the transmission filter ( 36 ) an integrator rod assembly having at least one integrator rod ( 45 ) is provided.

Illumination system according to one of Claims 1 to 13, in which, between the pupil-forming unit ( 15 . 30 ) and the transmission filter an integrator rod arrangement with at least one integrator rod ( 45 ) is provided.

Illumination system according to Claim 14 or 15, in which the cross-sectional area of the filter elements is small compared to that of the integrator rod in a pupil plane ( 55 ) of the illumination system is generated plot area.

Illumination system according to one of the preceding claims, in which in or near a pupil plane ( 31 ) of the illumination system, a refractive optical grid element is provided for generating a light distribution adapted to the shape of the illumination field.

Illumination system according to one of the preceding claims, wherein behind the pupil shaping unit ( 15 . 30 ) a honeycomb condenser ( 75 ) is arranged with at least one grid arrangement of raster elements.

Illumination system according to one of claims 1 to 13, wherein behind the pupil shaping unit ( 15 . 30 ) is mounted neither a honeycomb condenser nor an integrator rod assembly.

Lighting system according to one of the preceding claims, in which a control unit ( 35 ) for adaptation of the pupil for tion unit generated base light distribution and a transmission function of the transmission filter ( 36 ) to a mask structure to be illuminated ( 66 ) is provided.

Microlithography projection exposure system, the at least one illumination system according to one of claims 1 to 20 includes.

Method for illuminating a lighting field, in particular with a lighting system according to one of claims 1 to 20, in which the light distribution in a pupil plane of the illumination system is adapted to a mask structure to be illuminated by using a pupil shaping unit, a basic light distribution in or near a pupil level is set and one in or near one Pupil plane or an optically conjugate plane positioned Transmission filter for filtering one not for the illumination of the mask structure required Part of the basic light distribution is controlled.

The method of claim 22, wherein the driver such that the filter is more than 90% of the intensity of the basic light distribution transmitted.

A method according to claim 22 or 23, wherein the Generation of the basic light distribution of one of a plurality of diffractive optical elements is selected.

The method of claim 24, wherein a change between a first and a second mask structure is performed, wherein a light distribution adapted to the first mask pattern in a light distribution adapted to the second mask structure by change the transmission function of the transmission filter is transferred, in particular without a change of the diffractive optical element carried out becomes.