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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer primären Lichtquelle sowie
auf ein eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage und
ein mit Hilfe des Beleuchtungssystems durchführbares Belichtungsverfahren.
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Beschreibung des verwandten Standes der
Technik
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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, die Flexibilität der Verfahrensführung, der
mit der Anlage erzielbare Wafer-Durchsatz und andere Leistungsmerkmale
we sentlich durch Eigenschaften des dem Projektionsobjektiv vorgeschalteten
Beleuchtungssystems mitbestimmt. Dieses sollte 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. 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. Üblich sind
Einstellmöglichkeiten zwischen
unterschiedlichen konventionellen Settings mit verschiedenen Kohärenzgraden
sowie Ringfeldbeleuchtung und Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung. Die
nicht-konventionellen Beleuchtungssettings zur Erzeugung einer schiefen
Beleuchtung können
unter anderem der Erhöhung
der Tiefenschärfe
durch Zweistrahlinterferenz sowie der Erhöhung des Auflösungsvermögens dienen.
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Die
EP 0 747 772 beschreibt
ein Beleuchtungssystem mit einem als Brennweiten-Zoom ausgelegten
Zoom-Axicon-Objektiv, in dessen Eintrittsfläche ein erstes diffraktives
Rasterelement mit zweidimensionaler Rasterstruktur angeordnet ist.
Dieses Rasterelement dient dazu, den Lichtleitwert (etendue, geometrical
flux) der auftreffenden Laserstrahlung leicht zu erhöhen und
die Form der Lichtverteilung so zu verändern, dass sich beispielsweise
eine angenäherte
Kreisverteilung, Ringverteilung oder Quadrupolverteilung ergibt.
Zum Wechsel zwischen diesen Beleuchtungsmodi werden erste Rasterelemente
ausgetauscht. Ein zweites Rasterelement, welches sich in der zur
Eintrittsfläche
Fouriertransformierten Austrittsfläche des Objektivs befindet,
wird mit der entsprechenden Lichtverteilung ausgeleuchtet und formt
eine rechteckige Lichtverteilung, deren Form der Eintrittsfläche eines
nachfolgenden stabförmigen
Lichtmischelements entspricht. Durch Verstellung der axialen Position
verschiebbarer optische Komponenten des Zoom-Axicons las sen sich
die Annularität
der Beleuchtung und die Größe des ausgeleuchteten
Bereiches verstellen.
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Das
Patent
US 6,900,943
B2 der Anmelderin zeigt ein als Brennweiten-Zoom aufgebautes Zoom-System,
bei dem zwischen der Eintrittsfläche des
Zoom-Systems und der zur Eintrittsfläche Fourier-transformierten
Austrittsfläche
des Zoom-Systems eine zur Austrittsfläche konjugierte Pupillenzwischenebene
und eine zur Austrittsfläche
Fouriertransformierte Feldzwischenbildebene liegen. In der Nähe der Zwischenbildebenen
ist mindestens eine verschiebbare Linse angeordnet. Dadurch erreicht das
Zoom-System eine große
Dehnung der in der Austrittsfläche
ausgeleuchteten Fläche
bei relativ kleinen Verschiebewegen und Eigengewichten der verschiebbaren
Linsen.
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In
dem Beleuchtungssystem der
EP
0 747 772 und
US
6,900,943 B4 ist das Zoom-System jeweils Bestandteil einer
variablen Pupillenformungseinrichtung, die dazu dient, das Licht
der primären Lichtquelle
an ihrer Eintrittsfläche
zu empfangen und in einer Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems
eine variabel einstellbare, zweidimensionale räumliche Intensitätsverteilung
zu erzeugen. Durch Betätigung
des Zoom-Systems lässt
sich diese Beleuchtungsintensitätsteilung
variabel einstellen.
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Das
Patent
US 6,285,442
B1 zeigt ein Beleuchtungssystem mit einem optischen Integrator, der
eine Vielzahl von Mikrolinsen umfasst. Zwischen der Lichtquelle
und der Eintrittsfläche
des optischen Integrators ist ein als Maßstabs-Zoom ausgelegtes Zoom-System
angeordnet, das dazu dient, die Lichtquelle auf die Eintrittsfläche des
optischen Integrators mit variierbaren Abbildungsmaßstab abzubilden. Im
Bereich der Austrittsfläche
des optischen Integrators befindet sich die Pupillenformungsfläche des
Beleuchtungssystems, in der eine Blendeneinrichtung mit einem Blendenwechsler
vorgesehen ist, um am Austritt des optischen In tegrators sekundäre Lichtquellen
mit einer gewünschten örtlichen
Verteilung zu bilden, die in Ihrer Gesamtheit eine gewünschte räumliche
Intensitätsverteilung
in der Pupillenformungsfläche
ergeben. Zwischen der Pupillenformungsfläche und dem zu beleuchtenden
Beleuchtungsfeld ist ein Brennweiten-Zoom (Kondensor mit variabler
Brennweite) angeordnet, um die von einer Vielzahl von sekundären Lichtquellen
am Austritt des optischen Integrators ausgehende Strahlung im Bereich
einer dahinterliegenden Feldebene zu überlagern.
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Andere
Beleuchtungssysteme mit einem Brennweiten-Zoom, d.h. mit einem Kondensorsystem
mit variabler Brennweite, zur Überlagerung
der am Austritt eines optischen Integrators vorliegenden Lichtverteilung
in eine nachfolgende Feldebene sind beispielsweise in
US 4,851,882 oder
US 4,947,030 gezeigt.
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Ein
Wechsel zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssettings findet bei
herkömmlichen
Beleuchtungssystemen häufig
dann statt, wenn auch ein Wechsel zwischen Masken unterschiedlicher Maskenstrukturen
stattfindet, um jeweils eine an die unterschiedlichen Maskenstrukturen
optimal angepasste Beleuchtung bereitzustellen. Es kann jedoch auch
gewünscht
sein, dass ein und dieselbe Maskenstruktur mit mindestens zwei unterschiedlichen
Beleuchtungssettings beleuchtet werden soll, um eine Doppelbelichtung
bzw. allgemeiner eine Mehrfachbelichtung zu ermöglichen. Das Patent
US 6,657,787 B1 zeigt
beispielhaft eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem,
bei dem im Bereich einer zur Pupillenfläche des Projektionsobjektivs
optisch konjugierten Pupillenfläche
eine Wechseleinrichtung für
unterschiedliche Pupillenfilter vorgesehen ist, die es ermöglicht,
aufeinanderfolgende Belichtungen mit unterschiedlichen Beleuchtungssettings
durchzuführen,
die durch Wechsel der Pupillenfilter in der Pupillenformungsfläche eingestellt
werden.
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Für Mehrfachbelichtungen
können
sehr schnelle Settingwechsel erwünscht
sein, um in kurzem Zeiten die Maske mit zwei unterschiedlichen Beleuchtungssettings
zu beleuchten. Die Möglichkeiten herkömmlicher
Beleuchtungssysteme mit variabel einstellbaren Pupillenformungseinrichtungen
sind in dieser Hinsicht begrenzt, insbesondere wenn für den Wechsel
zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssettings relativ lange Verfahrwege
für die
Massen der verschiebbaren optischen Komponenten zurückgelegt
werden müssen.
Beim Einsatz von auswechselbaren Pupillenfiltern muss Lichtverlust
in Kauf genommen werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
bereitzustellen, das einen schnellen Wechsel zwischen unterschiedlichen
Beleuchtungsmodi ermöglicht.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Beleuchtungssystem
sowie ein Projektionsbelichtungsverfahren bereitzustellen, bei dem
ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssettings innerhalb
von Bruchteilen von Sekunden möglich
ist. Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Beleuchtungssystem
sowie ein Projektionsbelichtungsverfahren bereitzustellen, bei dem ein
schneller Wechsel zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssettings
im Wesentlichen ohne Lichtverlust möglich ist.
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Zur
Lösung
dieser und anderer Aufgaben stellt die Erfindung ein Beleuchtungssystem
mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Projektionsbelichtungsverfahren
mit den Merkmalen von Anspruch 24 bereit.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben. Der Wortlaut sämtlicher
Ansprüche
wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Gemäss einem
Aspekt der Erfindung hat ein Beleuchtungssystem eine variable Objektivgruppe mit
einer Eintrittsfläche
zum Empfang von Licht der primären
Lichtquelle und einer Austrittsfläche zum Austritt des durch
die variable Objektivgruppe variabel veränderbaren Lichtes. Die variable
Objektivgruppe ist vollständig
auf einer Seite einer Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems
angeordnet und hat ein erstes Zoom-System und mindestens ein dem ersten
Zoom-System optisch nachgeschaltetes zweites Zoom-System; wobei
jedes Zoom-System mindestens eine entlang einer optischen Achse des
Zoom-Systems verschiebbare optische Komponente umfasst und eine
mit Hilfe des Zoom-Systems erzielbare
radiale Umverteilung von Lichtenergie zwischen einer Eintrittsfläche des
Zoom-Systems und einer Austrittsfläche des Zoom-Systems durch
Verschiebung der verschiebbaren optischen Komponente beeinflussbar
ist;
wobei das erste und das zweite Zoom-System derart hintereinander
geschaltet sind, dass eine Eintrittslichtverteilung in der Eintrittsfläche der
variablen Objektivgruppe durch mindestens drei Fourier-Transformationen
in eine Austrittslichtverteilung in der Austrittsfläche der
variablen Objektivgruppe überführbar ist,
wobei
mindestens eine der Fourier-Transformationen eine Fourier-Transformation mit
variabler Brennweite ist und durch mindestens zwei weitere Fourier-Transformationen
eine Abbildung mit variablen Abbildungsmaßstab erzeugbar ist.
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Bei
dieser Konstruktion werden zwischen dem Eintritt des Lichtes durch
die Eintrittsfläche
der variablen Objektivgruppe und dem Austritt der durch die variable
Objektivgruppe veränderten
Lichtverteilung mindestens zwei Zoom-Stufen durchlaufen, so dass
eine Kaskade von zwei oder mehr Lichtumverteilungsstufen mit variabel
einstellbarer Wirkung vorliegt. Da jede Verschiebung einer verschiebbaren
optischen Komponente bei dieser Hintereinanderschaltung einen gewissen
Anteil der Gesamtveränderung bewirkt,
kann die Kaskade von Zoom-Systemen so aufgebaut sein, dass mit nur
geringfügigen
Einzelverschiebungen der einzelnen verschiebbaren optischen Komponenten
eine große
Gesamtänderung der
Intensitätsverteilung
in der Pupillenformungsfläche
erreicht werden kann. Da die für
den Settingwechsel erforderliche Gesamt-Funktionalität somit auf mehrere, optisch
hintereinander geschaltete Zoom-Systeme aufgeteilt ist, ist in jeder
der Zoom-Stufen insgesamt nur ein sehr kleiner Verfahrweg für den Settingwechsel
zurückzulegen.
Dadurch können
sehr kurze Settingwechselzeiten im Bereich von wenigen Sekunden
oder Bruchteilen von Sekunden erzielt werden, so dass Doppelbelichtungen
oder andere Mehrfachbelichtungen innerhalb eines kurzen Gesamt-Belichtungszeitintervalles
möglich
sind. Die schnelle Umverteilung von Beleuchtungsintensität kann prinzipiell
ohne Lichtverlust erfolgen, da keine Filter oder dergleichen zur
Veränderung
der Beleuchtungsintensitätsverteitung
erforderlich sind. Settingwechsel können beispielsweise innerhalb
von weniger als zwei Sekunden, insbesondere innerhalb von weniger
als einer Sekunde durchgeführt
werden.
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Die
Begriffe „Strahlung" und „Licht" im Sinne dieser
Anmeldung sind weit zu interpretieren und sollen insbesondere elektromagnetische
Strahlung aus dem Ultraviolettbereich umfassen, beispielsweise bei Wellenlängen von
ca. 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm oder 126 nm. Ebenfalls umfasst
ist elektromagnetische Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich
(EUV), beispielsweise weiche Röntgenstrahlung
mit Wellenlängen
von unterhalb 20 nm.
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Der
Begriff „Zoom-System" umfasst hier allgemein
ein variables Lichtumverteilungssystem mit mindestens einer entlang
der optischen Achse des Zoom-Systems verschiebbaren optischen Komponente,
deren axiale Position innerhalb eines Gesamt-Verfahrbereiches vorzugsweise
stufenlos veränderbar
ist. Abhängig
vom Aufbau und der optischen Funktion wird hier vor allem unterschieden zwischen
Zoom-Systemen mit vari abler Brennweite und Zoom-Systemen mit variablen
Abbildungsmaßstab.
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Bei
Zoom-Systemen mit variabler Brennweite ist die Austrittsfläche des
Zoom-Systems eine Fourier-transformierte Fläche zur Eintrittsfläche des Zoom-Systems,
wobei zwischen der Eintrittsfläche und
der Austrittsfläche
eine ungerade Anzahl von Fourier-Transformationen stattfinden kann,
insbesondere genau eine Fourier-Transformation. Solche Systeme werden
im Folgenden auch als „Brennweiten-Zoom" oder „2f-Systeme" bezeichnet. Wird
die Eintrittsfläche
in einer Feldfläche
des Beleuchtungssystems angeordnet, so wird in der Austrittsfläche des
Zoom-Systems eine
der Winkelverteilung in der Feldfläche entsprechende Ortsverteilung
von Lichtintensität
erzeugt. Ein Brennweiten-Zoom kann auch so in ein Beleuchtungssystem
eingefügt
werden, dass die Eintrittsfläche
im Bereich einer Pupillenfläche
des Beleuchtungssystems liegt, um die dort vorliegende Ortsverteilung
von Strahlung in eine korrespondierende Winkelverteilung einer in
der Austrittsfläche
des Zoom-Systems
liegenden Feldfläche
umzuformen.
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Bei
den Zoom-Systemen mit variablem Abbildungsmaßstab handelt es sich um Abbildungssysteme,
bei denen die Eintrittsfläche
und die Austrittsfläche
des Zoom-Systems zueinander optisch konjugiert sind. Zoom-Systeme
dieses Typs werden im folgenden auch als „Maßstabs-Zoom" oder
als „4f-Systeme" bezeichnet. Je nachdem,
ob die zueinander konjugierten Eintritts- und Austrittsflächen im
Bereich einer Pupillenfläche
oder im Bereich einer Feldfläche des
Beleuchtungssystems angeordnet sind, kann ein Maßstabs-Zoom eine Feldabbildung
oder eine Pupillenabbildung durchführen. Hierzu findet innerhalb des
Maßstabs-Zooms eine gerade
Anzahl von beispielsweise zwei Fourier-Transformationen statt.
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Bei
dieser Klassifizierung in zwei Gruppen von Zoom-Systemen wird davon
ausgegangen, dass die Maßstabs-Zoom-Systeme
eingangsseitig und ausgangsseitig telezentrisch sind und dass Eintrittsfläche und
Austrittsfläche
im Wesentlichen eben sind und sich in endlicher Entfernung vom Maßstabs-Zoom-System
befinden. Bei Abweichung von diesen Randbedingungen können Zoom-Systeme auch
noch zu einer dritten Klasse gehören,
nämlich zu
den sogenannten afokalen Zoom-Systemen,
die auch als variable Strahlaufweiter (beam expander) Verwendung
finden können
(vgl. z.B.
US 5,955,243 ). Brennweiten-Zoom-Systeme und Maßstabs-Zoom-Systeme
können
als Teilkomponente auch afokale Zoom-Systeme enthalten.
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Wenn
die Eintrittsfläche
der mit mehreren Zoom-Stufen wirksamen, variablen Objektivgruppe mit
der Austrittsfläche
der variablen Objektivgruppe über
eine ungerade Anzahl von Fourier-Transformationen verknüpft ist,
ohne dass noch andere, die Winkelverteilung der durchtretenden Strahlung ändernde refraktive
und/oder diffraktive Prozesse hinzutreten, kann die Winkel- und
Ortsverteilung des Beleuchtungslichtes in der Eintrittsfläche in eindeutiger
Weise in eine korrespondierende Orts- und Winkelverteilung in der Austrittsfläche umgeformt
werden, so dass z.B. durch die hintereinander geschalteten Zoom-Systeme
hindurch eine eindeutige, gezielte und reproduzierbare Steuerung
der örtlichen
Intensitätsverteilung
in der Pupillenformungsfläche
oder der Feldverteilung im Beleuchtungfeld möglich ist.
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Die
variable Objektivgruppe ist in der Regel einer Pupillenformungsfläche des
Beleuchtungssystems optisch vorgeschaltet oder optisch nachgeschaltet,
so dass die Pupillenformungsfläche
vor oder hinter der die variable Objektivgruppe bildenden Gruppe
optische Komponenten liegt.
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Die „Pupillenformungsfläche" des Beleuchtungssystems,
in welcher eine gewünschte
Intensitätsverteilung
vorliegen soll, kann bei einem in eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
eingebauten Beleuchtungssystem an oder nahe einer Position sitzen,
die optisch konjugiert zu einer Pupillenebene eines nachfolgenden
Projektionsobjektivs ist. Im Allgemeinen kann die Pupillenformungsfläche einer
Pupillenfläche
des Beleuchtungssystems entsprechen oder in deren Nähe liegen.
Sofern die zwischenliegenden optischen Komponenten winkelerhaltend
arbeiten, wird somit die räumliche
Lichtverteilung in der Pupille des Projektionsobjektivs durch die räumliche
Lichtverteilung (Ortsverteilung) in der Pupillenformungsfläche des
Beleuchtungssystems bestimmt. Umfasst das Beleuchtungssystem z.B.
einen Wabenkondensor als Lichtmischelement (Lichtintegrator), so
kann die Pupillenformungsfläche
in der Nähe
von dessen Eintrittsseite liegen oder mit dieser zusammenfallen.
Bei Systemen, die einen oder mehrere, mit innerer Reflexion arbeitende,
stabförmige Lichtintegratoren
umfassen, kann die Pupillenformungsfläche eine zur Eintrittsfläche des
Lichtintegrators Fourier-transformierte Ebene sein oder in deren Nähe liegen.
Es sind auch Systeme möglich,
bei denen keines der genannten, klassischen Lichtmischelemente vorhanden
ist. Hier kann eine Homogenisierung der Intensitätsverteilung gegebenenfalls
durch geeignete Überlagerung
von Teilstrahlen mittels Prismen oder dergleichen erfolgen.
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Bei
bestimmten Ausführungsformen
ist die variable Objektivgruppe zwischen der Lichtquelle und der
Pupillenformungsfläche
angeordnet und bildet einen Bestandteil einer variablen Pupillenformungseinrichtung
zum Empfang von Licht der primären
Lichtquelle und zur Erzeugung einer variabel einstellbaren, zweidimensionalen
räumlichen
Intensitätsverteilung
in der Pupillenformungsfläche
des Beleuchtungssystems. In derartigen Fällen kann die variable Objektivgruppe
beispielsweise eine ungerade Anzahl von Fourier-Transformationen
durchführen, um
ein eintrittsseitiges Feld mit Winkelverteilung in eine austrittsseitige
Pupille mit Ortsverteilung von Lichtintensität verlustfrei umzuwandeln.
Dabei kann die Austrittsfläche
der variablen Objektivgruppe der Pupillenformungs fläche des
Beleuchtungssystems entsprechen oder optisch konjugiert zu dieser
angeordnet sein. Durch Verschiebung der verschiebbaren optischen
Komponenten der variablen Objektivgruppe ist somit die in der Pupillenformungsfläche vorliegende
Beleuchtungsintensitätsverteilung
variabel beeinflussbar.
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Bei
manchen Ausführungsformen
ist die variable Objektivgruppe zwischen der Pupillenformungsfläche und
dem Beleuchtungsfeld angeordnet. In diesen Fällen kann z.B. mit Hilfe einer
ungeraden Anzahl von Fourier-Transformationen die Übertragung
der Ortsverteilung von Beleuchtungsintensität in der Pupillenformungsfläche in eine
Winkelverteilung im Beleuchtungsfeld variabel beeinflusst werden.
Die variable Objektivgruppe kann somit Bestandteil einer variablen
Feldformungseinrichtung sein. Die Eintrittsfläche der variablen Objektivgruppe kann
hierzu mit der Pupillenformungsfläche zusammenfallen oder optisch
konjugiert zu dieser liegen. Die Austrittsfläche der variablen Objektivgruppe
kann mit der Fläche
des gewünschten
Beleuchtungsfeldes zusammenfallen oder optisch konjugiert zu dieser
liegen. Bei dieser Anordnung kann mit Hilfe der variablen Objektivgruppe
die Winkelverteilung der Strahlung innerhalb des Beleuchtungsfeldes
und/oder die Feldgröße variabel
beeinflusst werden.
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Die
Verschiebungen der verschiebbaren optischen Komponenten des ersten
Zoom-Systems und des zweiten Zoom-Systems können derart zeitlich überlappend
koordiniert sein, dass durch das ersten Zoom-System eine erste Veränderung
der radialen Verteilung der Lichtenergie bewirkt wird und durch das
zweite Zoom-System zumindest nahezu zeitgleich an der durch das
erste Zoom-System bereits veränderten
Energieverteilung eine zweite Veränderung der radialen Verteilung
der Lichtenergie bewirkt wird.
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Bei
manchen Ausführungsformen
fällt die Austrittsfläche des
in Durchstrahlungsrichtung vorgeschalteten ersten Zoom-Systems mit
der Eintrittsfläche
des in Durchstrahlungsrichtung nachfolgenden zweiten Zoom-System
unmittelbar zusammen. Hierdurch sind axial besonders kompakte Aufbauten möglich. Insbesondere
kann unmittelbar auf ein Brennweiten-Zoom ein Maßstabs-Zoom folgen oder unmittelbar
auf ein Maßstabs-Zoom
ein Brennweiten-Zoom. In beiden Fällen kann durch die Kombination
des ersten Zoom-Systems und des zweiten Zoom-Systems insgesamt eine
Fourier-Transformation zwischen der Eintrittsfläche des ersten Zoom-Systems
und der Austrittsfläche
des zweiten Zoom-Systems
durchgeführt
werden.
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Bei
manchen Ausführungsformen
ist vorgesehen, dass das erste Zoom-System und das zweite Zoom-System jeweils
als Maßstabs-Zoom
ausgelegt sind, wobei die Austrittsfläche des ersten Zoom-Systems
unmittelbar mit der Eintrittsfläche
des zweiten Zoom-Systems zusammenfällt. Eine solche unmittelbare
Hintereinanderschaltung zweier abbildender Maßstabs-Zooms kann zu einer
zweistufigen Feldabbildung einer ersten Feldfläche in eine optisch konjugierte
zweite Feldfläche
des Beleuchtungssystems genutzt werden oder zu einer zweistufigen
Pupillenabbildung einer ersten Pupillenfläche des Beleuchtungssystems
in eine dazu optisch konjugierte zweite Pupillenfläche. Um
durch die Gesamtanordnung insgesamt eine Fourier-Transformation
zwischen der Eintrittsfläche
und der Austrittsfläche
der mehrstufigen Zoom-Anordnung zu gewährleisten, kann vor der Eintrittsfläche oder
hinter der Austrittsfläche
der beiden unmittelbar hintereinander geschalteten Maßstabs-Zooms
ein Kondensorsystem angeordnet sein, das eine ungerade Anzahl von
Fourier-Transformationen, insbesondere genau eine Fourier-Transformation,
bei fest vorgegebener Brennweite durchführt.
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Es
ist auch möglich,
zwischen der Austrittsfläche
des im Lichtweg vorgeschalteten ersten Zoom-Systems und der Eintrittsfläche des
nachge schalteten zweiten Zoom-Systems ein Kondensorsystem mit fester
Brennweite zwischenzuschalten, um beispielsweise die in einem Feld
in der Austrittsfläche
des ersten Zoom-Systems vorliegende Winkelverteilung der Strahlung
in eine definierte Ortsverteilung an der Eintrittsfläche des
nachgeschalteten zweiten Zoom-Systems, z.B. mit einer einzigen Fourier-Transformation,
umzuwandeln. Je nach Typ der beidseitig des Kondensorsystems angeordneten Zoom-Systeme
und/oder dem Charakters der Flächen
(Feldfläche
oder Pupillenfläche
des Beleuchtungssystems) ist es auch möglich, das zwischengeschaltete
Kondensorsystem als invertierendes Kondensorsystem zu konstruieren,
um eine eintrittsseitige Ortsverteilung von Lichtintensität in eine
austrittsseitige Feldverteilung umzuwandeln. Der Aufbau hierfür geeigneter
2f-Systeme fester Brennweite ist an sich bekannt.
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Bei
manchen Ausführungsformen
enthält mindestens
eines der Zoom-Systeme
eine Axiconanordnung mit einem ersten Axiconelement mit mindestens
einer ersten Axiconfläche
und mindestens einem zweiten Axiconelement mit mindestens einer zweiten
Axiconfläche,
wobei mindestens eines der Axiconelemente eine verschiebbare optische
Komponente ist. Axiconelemente können
zusätzlich
zu Linsen eines Zoom-Systems
vorgesehen sein. Es ist auch möglich,
dass mindestens ein Axiconelement auf einer Seite eine Axiconfläche und
auf der anderen Seite eine sphärisch
oder asphärisch
gekrümmte Linsenfläche hat.
Das mit Axiconflächen
ausgestattete Zoom-System wird auch als „Zoom-Axicon" bezeichnet und vereinigt
eine Zoom-Funktion zur stufenlosen Verstellung des Durchmessers
einer Lichtverteilung und eine Axicon-Funktion zur radialen Umverteilung
von Lichtintensität.
Häufig
sind zwei einander zugeordnete Axiconflächen konisch bzw. kegelförmig. Hierdurch
kann beispielsweise eine kreisförmige
Eintrittslichtverteilung mit Intensität im Bereich der optischen
Achse in eine kreisrunde, ringförmige Austrittslichtverteilung
ohne Intensität
im Bereich der optischen Achse umgeformt werden, um annulare Beleuchtungen
bereit zu stellen. Es ist auch möglich, dass
zwei einander zugeordnete Axiconflächen die Form einer vielflächigen Pyramidalfläche mit
mindestens zwei zur optischen Achse geneigten, in der Regel ebenen
Pyramidenflächen
hat. Die Pyramidenflächen
können
radialsymmetrisch um die optische Achse angeordnet sein, so dass
einen n-zählige
Radialsymmetrie entsteht, wobei n die Anzahl der Pyramidenflächen ist,
die beispielsweise 2, 3, 4 oder mehr betragen kann. Solche polygonalen
Axiconflächen können Austrittslichtverteilungen
erzeugen, die sich aus mehreren im Winkel zueinander stehenden außeraxialen
Beleuchtungsflecken zusammensetzen, die in der Regel in Umfangsrichtung
mit Abstand zueinander liegen, ggf. aber auch in Umfangsrichtung unmittelbar
ineinander übergehen
können.
Mit polygonalen Axiconflächen
sind beispielsweise Dipol-Beleuchtungen oder Quadrupol-Beleuchtungen
erzeugbar. Geeignete Axiconanordnungen sind z.B. in der WO 2004/102230
A1 gezeigt.
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Bei
manchen Ausführungsformen
haben das erste Zoom-System und das zweite Zoom-System einen identischen
optischen Aufbau. Hierdurch ergeben sich unter anderem fertigungstechnische
Vorteile, da die gleichen Prüfoptiken
für die
Zoom-Systeme bzw. entsprechende optische Komponenten innerhalb der
Zoom-Systeme und auch die gleichen Herstellungseinrichtungen für die optischen
Komponenten genutzt werden können.
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Bei
einer Ausführungsform
werden das erste Zoom-System und das zweite Zoom-System durch dieselbe
Gruppe optischer Komponenten gebildet und es ist eine Rückkopplungseinrichtung
zur Rückführung der
durch die Gruppe von optischen Komponenten bei einem ersten Durchtritt
veränderten Strahlung
zur Eintrittsfläche
der Gruppe von optischen Komponenten vorgesehen. Dadurch kann erreicht
werden, dass die durch das Zoom-System in einem ersten Durchtritt
bereits veränderte
Strahlung in einem zweiten Durchtritt ein zweites Mal in der gleichen
Richtung durch die Gruppe von optischen Komponenten hindurchtritt und
erneut eine durch dieselbe Anordnung der optischen Komponenten bestimmte
Veränderung
erfährt.
Bei derartigen Ausführungsformen
tritt somit die Beleuchtungsstrahlung zwischen der Lichtquelle und
der Pupillenformungsfläche
zweifach durch die gleiche Gruppe optischer Komponenten, von denen
mindestens eine optische Komponente verschiebbar ist. Hierbei ist
nicht nur der doppelte Durchtritt in gleicher Durchstrahlungsrichtung
bemerkenswert, sondern vor allem auch die Tatsache, dass durch die
Rückkopplung
das Zoom-System eine doppelte Wirkung auf die durchtretende Strahlung
entfaltet wird. Wird durch eine geringfügige Verschiebung der mindestens
einen verschiebbaren optische Komponente die optische Wirkung des
Zoom-Systems (beispielsweise seine Vergrößerung oder seine Brennweite)
verändert,
so wirkt sich auch diese Veränderung
zweifach auf die durchtretende Strahlung aus, so dass mit relativ
kleinen Verschiebungen verschiebbarer optischer Komponenten eine
starke verändernde
Gesamtwirkung erzielt werden kann. Diese fördert einen extrem schnellen
Wechsel zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssettings. Da das
durch das Zoom-System in einen ersten Durchtritt hindurch getretenen
Licht vom Ausgang des Zoom-Systems wieder zum Eingang geleitet wird
und danach nochmals durch das Zoom-System hindurchtritt, kann die
optische Wirkung zweier hintereinander geschalteter identischer Zoom-Systeme
mit nur einer einzigen Gruppe optischer Komponenten erzielt werden.
Somit sind in Axialrichtung des Zoom-Systems sehr kurze bzw. kompakte
Aufbauten möglich,
wodurch Bauraumerfordernisse innerhalb des Beleuchtungssystems in
Axialrichtung entspannt werden können.
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Die
Erfindung betrifft auch ein optisches System mit einer Eintrittsfläche und
einer Austrittsfläche, dem
eine Rückkopplungseinrichtung
zur Rückführung der
durch das optische System in einem ersten Durchtritt hindurchgeführten Strahlung
zur Eintrittsfläche
des optischen Systems zugeordnet ist, die so eingerichtet ist, dass
die von dem optischen System in einem ersten Durchtritt veränderte Strahlung
ein zweites Mal in glei cher Durchtrittsrichtung durch das optische
System hindurchtritt. Mit Hilfe des auf diese Weise möglichen
doppelten Durchtritts durch das optische System ergibt sich eine
doppelte Wirkung des optischen Systems auf die (zweifach in gleicher
Richtung) hindurchtretende Strahlung und somit ein doppelter Effekt.
Bei dem optischen System kann es sich um eine einzelne optische
Komponente oder um eine Gruppe von mindestens zwei optischen Komponenten
handeln. Das optische System kann eine fest vorgegebene oder eine
variabel einstellbare optische Wirkung haben. Beispielsweise kann
das optische System eine einzelne Linse oder eine Gruppe von Linsen
sein. Es ist auch möglich,
dass das optische System ein diffraktives optisches Element (DOE)
enthält
oder durch ein diffraktives optisches Element gebildet wird. Es
kann sich bei dem optischen System auch um eine Streuscheibe oder
um einen anderen Diffusor handeln, um die erwünschte Gesamtwirkung in zwei
aufeinander folgenden Stufen zu erzielen. Bei dem optischen System
kann es sich auch um ein Axicon-System der oben erläuterten
Art handeln oder es kann ein Axicon-System zusätzlich zu anderen optischen
Komponenten enthalten sein.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst die Rückkopplungseinrichtung
an der Eintrittsseite des zweifach in gleicher Richtung durchstrahlten
optischen Systems, insbesondere des Zoom-Systems, eine polarisationsoptische
Einkopplungseinrichtung und an der Austrittsseite des optischen
Systems eine polarisationsoptische Auskoppeleinrichtung sowie eine
zwischen der Einkoppeleinrichtung und der Auskoppeleinrichtung angeordnete
Polarisationsmanipulationseinrichtung, die insbesondere als Polarisationsdreheinrichtung
ausgelegt sein kann (z.B. λ/2-Platte).
Die polarisationsoptische Einkoppeleinrichtung und/oder die polarisationsoptische
Auskoppeleinrichtung kann beispielsweise durch einen polarisationsselektiven
Strahlteiler gebildet sein. Es ist auch möglich, den aus Pockels-Zellen
oder Kerr-Zellen bekannten Effekt der Polarisationsdrehung durch polarisationsoptisch
aktive Materialien für
eine polarisations optische Rückkopplungseinrichtung
zu nutzen. Somit ist es insbesondere auch möglich, mindestens eine Pockels-Zelle
oder mindestens eine Kerr-Zelle als schaltbare polarisationsoptische
Einkoppeleinrichtung und/oder Auskoppeleinrichtung und/oder als
Polarisationsmanipulationseinrichtung zu verwenden.
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Um
eine möglichst
gleichmäßige Wirkung der
polarisationsoptischen Einkoppeleinrichtung und/oder der polarisationsoptischen
Auskoppeleinrichtung auf die durchtretende Strahlung zu erzielen, ist
bei bevorzugten Ausführungsformen
die polarisationsoptische Einkoppeleinrichtung und/oder polarisationsoptische
Auskoppeleinrichtung im Bereich eines im Wesentlichen kollimierten
Strahlenganges angeordnet, das heißt in einem Bereich mit nur
geringer Winkelbandbreite der durchtretenden Strahlung, die vorzugsweise
im Wesentlichen parallel zur optischen Achse verlaufen kann. Eine
Strahldivergenz von weniger als 5° oder
weniger als 3° kann
hier vorteilhaft sein.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Projektionsbelichtungsverfahren zur
Belichtung eines im Bereich einer Bildfläche eines Projektionsobjektivs
angeordneten, strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem
Bild eines im Bereich einer Objektfläche des Projektionsobjektivs
angeordneten Musters einer Maske mit: Beleuchten der Maske mit Beleuchtungsstrahlung
aus einem Beleuchtungsfeld eines Beleuchtungssystems zur Erzeugung
einer durch die Maske veränderten
Projektionsstrahlung; Durchstrahlen des Projektionsobjektivs mit
der Projektionsstrahlung zur Erzeugung einer auf das Substrat gerichteten
Ausgangsstrahlung; Einstellen einer ersten Beleuchtungslichtverteilung
in dem Beleuchtungsfeld; Beleuchten des Musters mit der ersten Beleuchtungslichtverteilung;
Verändern
der Beleuchtungslichtverteilung in dem Beleuchtungsfeld zur Erzeugung
einer von der ersten Beleuchtungslichtverteilung verschiedenen zweiten
Beleuchtungslichtverteilung durch Verschieben verschiebbarer optischer Komponenten
einer variable Objektivgruppe, die ein ers tes Zoom-System und mindestens
ein dem ersten Zoom-System optisch nachgeschaltetes zweites Zoom-System
umfasst; wobei jedes der Zoom-Systeme mindestens eine entlang einer
optischen Achse des Zoom-Systems verschiebbare optische Komponente
umfasst und wobei in jedem der Zoom-Systeme mindestens eine verschiebbaren
optischen Komponente verschoben wird; Beleuchten des Musters mit
der zweiten Beleuchtungslichtverteilung.
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Hierdurch
sind sehr schnelle Settingwechsel ohne prinzipbedingten Lichtverlust
möglich,
so dass insbesondere Doppelbelichtungen und andere Mehrfachbelichtungen
innerhalb kurzer Zeitintervalle realisierbar sind, beispielsweise
innerhalb von weniger als zwei Sekunden.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Übersicht
einer ersten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
mit einer Ausführungsform
einer Pupillenformungseinrichtung, die zwei unmittelbar hintereinander
geschaltete Zoom-Systeme und dahinter eine Axiconanordnung umfasst;
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2 zeigt
eine schematische Übersicht
einer zweiten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit
einer Ausführungsform
einer Pupillenformungseinrichtung, die ein einziges Zoom-System mit zugeordneter
Rückkopplungseinrichtung
umfasst;
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3 zeigt schematisch verschiedene Ausführungsformen
optisch unmittelbar hintereinander geschalteter Zoom-Systeme;
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4 zeigt schematisch verschiedene Ausführungsformen
optisch hintereinander geschalteter Zoom-Systeme mit zwischengeschalteten
Kondensorsystemen;
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5 zeigt
eine schematische Übersicht
einer dritten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
mit einer Ausführungsform
einer variablen Objektivgruppe, die zwei unmittelbar hintereinander geschaltete
Zoom-Systeme hat, die hinter der Pupillenformungsfläche angeordnet
sind;
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6 zeigt schematisch verschiedene Ausführungsformen
optisch unmittelbar hintereinander geschalteter Zoom-Systeme;
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7 zeigt schematisch verschiedene Ausführungsformen
optisch hintereinander geschalteter Zoom-Systeme mit zwischengeschalteten
Kondensorsystemen;
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
ein Beispiel einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage 100 gezeigt,
die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten
Bauteilen einsetzbar ist und zur Erzielung von Auflösungen bis
zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht aus dem Vakuum-Ultraviolettbereich
(VUV) arbeitet. Als Lichtquelle 102 dient ein ArF-Excimer-Laser
mit einer Arbeitswellenlänge
von ca. 193 nm, dessen linear polarisierter Lichtstrahl koaxial
zur optischen Achse 103 des Beleuchtungssystems 190 ausgerichtet
ist. Andere UV-Lichtquellen, beispielsweise F2-Laser
mit 157 nm Arbeitswellenlänge,
ArF-Excimer-Laser
mit 248 nm Arbeitswellenlänge
oder Quecksilberdampflampen mit 368 nm oder 436 nm Arbeitswellenlänge sowie
Lichtquellen mit Wellenlängen
unterhalb 157 nm sind ebenfalls möglich.
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Das
linear polarisierte Licht der Lichtquelle
102 tritt zunächst in
einen Strahlaufweiter
104 ein, der beispielsweise als Spiegelanordnung
gemäß der
DE 41 24 311 ausgebildet
sein kann und zur Kohärenzreduktion
und Vergrößerung des
Strahlquerschnitts dient.
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Ein
als Strahlformungselement dienendes erstes diffraktives oder refraktives
optisches Rasterelement 106 ist in der Eintrittsfläche 120 einer
im Strahlengang dahinter angeordneten variablen Objektivgruppe 130 angeordnet,
die als variabel einstellbarer Teil einer Pupillenformungseinheit 150 ausgelegt
ist, mit der in einer hinter der Objektivgruppe 130 liegenden
Pupillenformungsfläche 110 des
Beleuchtungssystems 190 eine definierte, örtliche
(zweidimensionale) Beleuchtungsintensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung,
die sogenannte „Beleuchtungspupille", eingestellt werden
kann.
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Die
Pupillenformungsfläche 110,
die eine Pupillenfläche
des Beleuchtungssystems ist, fällt
mit der Austrittsfläche
der Objektivgruppe 130 zusammen. In unmittelbarer Nähe der Austrittsfläche 110 ist
ein zweites optisches Rasterelement 109 angeordnet. Eine
dahinter angeordnete Einkoppeloptik 125 überträgt das Licht
auf eine Zwischenfeldebene 121, in der ein Retikel/Masking-System
(REMA) 122 angeordnet ist, welches als verstellbare Feldblende
dient.
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Das
optische Rasterelement 109 hat eine zweidimensionale Anordnung
diffraktiver oder refraktiver optischer Elemente und hat mehrere
Funktionen. Einerseits wird durch das Rasterelement die eintretende
Strahlung so geformt, dass sie nach Durchtritt durch die nachfolgende
Einkoppelop tik 125 im Bereich der Feldebene 121 ein
rechteckförmiges
Beleuchtungsfeld ausleuchtet. Das auch als Feld-definierendes Element
(FDE) bezeichnete Rasterelement 109 mit rechteckförmiger Abstrahlcharakteristik erzeugt
dabei den Hauptanteil des Lichtleitwertes und adaptiert diesen an
die gewünschte
Feldgröße und Feldform
in der zur Maskenebene 165 optisch konjugierten Feldebene 121.
Das Rasterelement 109 kann als Prismenarray ausgeführt sein,
bei dem in einem zweidimensionalen Feld angeordnete Einzelprismen
lokal bestimmte Winkel einführen,
um die Feldebene 121 wie gewünscht auszuleuchten. Die durch
die Einkoppeloptik 125 bewirkte Fourier-Transformation bewirkt, dass jeder spezifische
Winkel am Austritt des Rasterelementes einem Ort in der Feldebene 121 entspricht,
während
der Ort des Rasterelementes, d.h. seine Position in Bezug auf die
optische Achse 103, den Beleuchtungswinkel in der Feldebene 121 bestimmt.
Die von den einzelnen Rasterelementen ausgehenden Strahlbündel überlagern
sich dabei in der Feldebene 121. Es ist auch möglich, das Feld-definierende
Element nach Art eines mehrstufigen Wabenkondensors mit Mikrozylinderlinsen
und Streuscheiben auszugestalten. Durch geeignete Auslegung des
Rasterelementes 109 bzw. seiner Einzelelemente kann erreicht
werden, dass das Rechteckfeld in Feldebene 121 im Wesentlichen
homogen ausgeleuchtet wird. Das Rasterelement 109 dient
somit als Feldformungs- und Homogenisierungelement auch der Homogenisierung
der Feldausleuchtung, so dass auf ein gesondertes Lichtmischelement,
beispielsweise einen über
mehrfache innere Reflexion wirkende Integratorstab oder einen Wabenkondensor
verzichtet werden kann. Hierdurch wird der optische Aufbau in diesem
Bereich axial besonders kompakt.
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Das
nachfolgende Abbildungsobjektiv 140 (auch REMA-Objektiv
genannt) bildet die Zwischenfeldebene 121 mit dem Maskierungssystem 122 auf das
Retikel 160 (Maske, Lithografievorlage) in einem Maßstab ab,
der z.B. zwischen 2:1 und 1:5 liegen kann und bei der Ausführungsform
etwa bei 1:1 liegt. Die Abbildung erfolgt ohne Zwischenbild, so
dass zwischen der Zwischenfeldebene 121, die der Objektebene
des Abbildungsobjektivs 140 entspricht, und der Bildebene 165 des
Abbildungsobjektivs, die der Austrittsebene des Beleuchtungssystems
und gleichzeitig der Objektebene eines nachfolgenden Projektionsobjektivs 170 entspricht,
genau eine Pupillenfläche 145 liegt,
die eine Fouriertransformierte Fläche zur Austrittsebene 165 des
Beleuchtungssystems ist. Ein zwischen dieser Pupillenfläche 145 und
der Bildfläche
angeordneter, um 45° zur
optischen Achse 103 geneigter Umlenkspiegel 146 ermöglicht es,
das relativ große
Beleuchtungssystem (mehrere Meter Länge) horizontal einzubauen
und das Retikel 160 waagerecht zu lagern.
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Diejenigen
optischen Komponenten, die das Licht des Lasers 102 empfangen
und aus dem Licht Beleuchtungsstrahlung formen, die auf das Retikel 160 gerichtet
ist, gehören
zum Beleuchtungssystem 190 der Projektionsbelichtungsanlage.
Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung 171 zum Halten
und Manipulieren des Retikels 160 so angeordnet, dass das
am Retikel angeordnete Muster 151 in der Objektebene 165 des
Projektionsobjektives 170 liegt und in dieser Ebene zum
Scannerbetrieb in einer Scan-Richtung (y-Richtung) senkrecht zur
optischen Achse 103 (z-Richtung) mit Hilfe eines Scanantriebs
bewegbar ist.
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Hinter
der Retikelebene 165 folgt das Projektionsobjektiv 170,
das als Reduktionsobjektiv wirkt und ein Bild des an der Maske 160 angeordneten Musters
in reduziertem Maßstab,
beispielsweise im Maßstab
1:4 oder 1:5, auf einen mit einer Fotoresistschicht bzw. Fotolackschicht
belegten Wafer 180 abbildet, dessen lichtempfindliche Oberfläche in der
Bildebene 175 des Projektionsobjektivs 170 liegt.
Es sind refraktive, katadioptrische oder katoptrische Projektionsobjektive
möglich.
Andere Reduktionsmaßstäbe, beispielsweise
stärkere
Verkleinerungen bis 1:20 oder 1:200, sind möglich.
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Das
zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen
Halbleiterwafer 180 handelt, wird durch eine Einrichtung 181 gehalten,
die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem
Retikel 160 senkrecht zur optischen Achse zu bewegen. Je
nach Auslegung des Projektionsobjektivs 170 können diese
Bewegung zueinander parallel oder gegenparallel erfolgen. Die Einrichtung 181,
die auch als „Waferstage" bezeichnet wird,
sowie die Einrichtung 171, die auch als „Retikelstage" bezeichnet wird,
sind Bestandteil einer Scannereinrichtung, die über eine Scan-Steuereinrichtung
gesteuert wird.
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Die
Pupillenformungsfläche 110 liegt
an oder nahe einer Position, die optisch konjugiert zur nächsten nachfolgenden
Pupillenfläche 145 sowie
zur bildseitigen Pupillenfläche 172 des
Projektionsobjektivs 170 ist. Somit wird die räumliche
(örtliche)
Lichtverteilung in der Pupille 172 des Projektionsobjektivs
durch die räumliche
Lichtverteilung (Ortsverteilung) in der Pupillenformungsfläche 110 des
Beleuchtungssystems bestimmt. Zwischen den Pupillenflächen 110, 145, 172 liegen
jeweils Feldflächen
im optischen Strahlengang, die Fourier-transformierte Flächen zu den
jeweiligen Pupillenflächen
sind. Dies bedeutet insbesondere, dass eine definierte Ortsverteilung von
Beleuchtungsintensität
in der Pupillenformungsfläche 110 eine
bestimmte Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich
der nachfolgenden Feldfläche 121 ergibt,
die wiederum einer bestimmten Winkelverteilung der auf das Retikel 160 fallenden
Beleuchtungsstrahlung entspricht.
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Eine
Besonderheit des Beleuchtungssystems besteht darin, dass eine sehr
schnelle Veränderung
der Beleuchtungspupille während
eines Beleuchtungsvorganges für
eine einzelne Maske möglich
ist. Dadurch sind Doppelbelichtungen oder andere Mehrfachbelichtungen
in kurzen Zeitintervallen möglich.
Hierzu trägt
maßgeblich
der Aufbau und die Ansteuerung der zur Pupillenformungseinheit 150 gehörenden variablen Objektivgruppe 130 bei.
Diese hat insgesamt die Wirkung eines als Brennweiten-Zoom aufgebauten
Zoom-Systems, das eine Zoom-Funktion
und eine Axicon-Funktion vereinigt. Die Objektivgruppe 130 umfasst
in dieser Reihenfolge entlang der optischen Achse 103 ein
erstes Zoom-System 132, einen 45° Umlenkspiegel 138,
ein zweites Zoom-System 134 sowie eine Axiconanordnung 136.
Jedes der Zoom-System 132, 134 hat
mindestens eine entlang der optischen Achse 103 verschiebbare
optische Komponente, um die optische Wirkung des Zoom-Systems auf
die durchtretende Strahlung stufenlos zu verstellen. Das beidseitig
telezentrische erste Zoom-System 132 ist als Maßstabs-Zoom ausgelegt, um
zwischen seiner im Wesentlichen ebenen Eintrittsfläche 120 und
seiner im Wesentlichen ebenen Austrittsfläche 133 eine optische
Abbildung mit variabler Vergrößerung zu
erreichen (4f-System mit zwei hintereinander geschalteten Fourier-Transformationen).
Somit ist die zur Eintrittsfläche 120 optisch
konjugierte Austrittsfläche 133 des
ersten Zoom-Systems eine Feldebene des Beleuchtungssystems. Das
zweite Zoom-System 134 ist dagegen als Brennweiten-Zoom
ausgelegt, dessen ebene Eintrittsfläche mit der Austrittsfläche 133 des
vorgelagerten ersten Zoom-System zusammenfällt und dessen Austrittsfläche der
Pupillenformungsfläche 110 entspricht.
Das zweite Zoom-System 134 führt also eine einfache Fourier-Transformation
der in der Feldfläche 133 vorliegenden
Winkelverteilung der Strahlung durch (2f-System). Durch die unmittelbar
hintereinander geschalteten Zoom-Systeme 132, 134 wird
somit insgesamt eine dreifache Fourier-Transformation zwischen Eintrittsfläche 120 und
Austrittsfläche 110 bewirkt.
Die hieraus resultierende Lichtverteilung erfährt durch die gegeneinander
verschiebbaren Axiconelemente der Axiconanordnung 136 eine
radiale Umverteilung, sofern ein endlicher Abstand zwischen den
einander zugewandten konischen Axiconflächen eingestellt ist. Wird
dieser Abstand auf 0 reduziert, so wirkt die Axiconanordnung im
Wesentlichen als planparallele Platte und beeinflusst die durch
das zweite Zoom- System
erzeugte Ortsverteilung der Beleuchtung praktisch nicht. Die verschiebbaren
optischen Komponenten der Zoom-Systeme 132, 134 sowie der
Axiconanordnung 136 sind jeweils mit entsprechenden Antrieben
gekoppelt, die über
die Steuereinrichtung 139 der Pupillenformungseinheit 150 für einen
Wechsel zwischen Beleuchtungssettings angesteuert werden.
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Für eine Doppelbelichtung
einer Maske 160 mit zwei unterschiedlichen, konventionellen
Beleuchtungssettings werden bei vollständig auf Berührungskontakt
zusammengeschobenen Axiconelementen die verschiebbaren Komponenten
des ersten Zoom-Systems 132 und des zweiten Zoom-Systems 134 zunächst mit
Hilfe der Steuereinrichtung 139 in erste Stellungen gebracht,
die der gewünschten
ersten Beleuchtungspupille für
die zuerst stattfindende Belichtung entsprechen. Nach Durchführung der
Belichtung werden gleichzeitig oder zumindest zeitlich überlappend
die verschiebbaren optischen Komponenten des ersten Zoom-Systems 132 und
des zweiten Zoom-Systems 134 in ihrer axialen Position
verändert,
um für
die Kaskade von Zoom-System 132, 134 die für die zweite
Belichtung gewünschte
optischen Wirkung einzustellen. Unmittelbar nach Ende der Umstellung
wird die zweite Belichtung vorgenommen. Da bei dieser Hintereinanderschaltung
bzw. Kaskadierung mehrerer Zoom-Systeme
jede Verschiebung einer verschiebbaren Komponente in den unterschiedlichen
Zoom-Systemen einen gewissen Anteil der Gesamtveränderung
der radialen Umverteilung der Lichtenergie bewirkt, kann durch die
Kaskadierung von mindestens zwei Zoom-Systemen erreicht werden,
dass nur geringfügige
Einzelverschiebungen der einzelnen verschiebbaren optischen Komponenten
nötig sind,
um die gewünschte
(größere) Gesamtveränderung
der Beleuchtungsintensitätsverteilung
in der Pupillenformungsfläche 110 zu erreichen.
Dies führt
zu sehr kurzen Verschiebewegen der verschiebbaren optischen Komponenten
innerhalb der Zoom-Systeme, die in sehr kurzen Zeitintervallen möglich sind.
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Es
ist auch möglich,
dass zeitlich überlappend
mit den Verstellbewegungen der Zoom-Systeme
132,
134 auch
eine Verstellung der Axiconanordnung vorgenommen wird, um die Annularität der Beleuchtungspupille
zu verändern.
Die Axiconanordnung
136 ist optional und kann bei anderen
Ausführungsformen
entfallen. Es ist auch möglich,
das als Brennweiten-Zoom ausgelegte zweite Zoom-System als Zoom-Axicon
auszulegen, beispielsweise gemäß der
EP 0 747 772 .
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In
einer durch den gestrichelten Pfeil schematisch dargestellten Variante
des Beleuchtungssystems von 1 befindet
sich die Axiconanordnung innerhalb des ersten Zoom-Systems 132 oder
unmittelbar dahinter. Dabei ist das erste Zoom-System als Brennweiten-Zoom
ausgelegt und erzeugt eine Lichtverteilung, die durch ein als Maßstabs-Zoom
ausgelegtes zweites Zoom-System auf ein felderzeugendes Element,
beispielsweise der in 1 beschriebenen Art, oder einen
Wabenkondensor, abgebildet wird. Bei einer derartigen Anordnung
ist es möglich, dass
sowohl die Axiconanordnung als auch das Feld-definierende Element
exakt in einer Pupillenebene oder jedenfalls sehr nahe einer Pupillenebene im
weitestgehend kollimierten Strahlengang stehen. Hierdurch lassen
sich eventuelle Elliptizitätsfehler
in der Beleuchtungsintensitätsverteilung,
die bei Anordnung von Umverteilungselementen außerhalb eines Pupillenbereiches
entstehen können,
weitgehend vermeiden oder vermindern.
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2 zeigt
eine andere Ausführungsform
eines Beleuchtungssystems 290 für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage.
Sie hat analog zur Ausführungsform
gemäß 1 eine
Lichtquelle 202, einen darauf folgenden Strahlaufweiter 204, eine
Pupillenformungseinheit 250 zur Erzeugung einer variabel
vorgebaren Beleuchtungsintensitätsverteilung
in einer Pupillenformungsfläche 210 des
Beleuchtungssystems, eine der Pupillenformungsfläche 210 nachgeschaltete
Einkoppeloptik 225 zur Erzeugung eines rechteckförmigen Beleuchtungsfeldes
in einer Feldfläche 221' des Beleuchtungssystems, eine
der Feldfläche 221' entsprechende
Feldfläche 221 mit
einer verstellbaren Feldblende 222 sowie ein nachfolgendes
Abbildungsobjektiv 240 zur Abbildung des im Bereich der
Feldblende 222 vorliegenden Beleuchtungsfeldes auf die
Retikelebene 265. Unterschiede zur Ausführungsform gemäß 1 liegen vor
allem in Aufbau und Funktion der Pupillenformungseinrichtung 250 und
im Konzept der Homogenisierung der Beleuchtungsstrahlung, wofür bei dieser
Ausführungsform
ein der Einkoppeloptik 225 nachgeschalteter, stabförmiger Lichtintegrator 227 eingesetzt
wird, dessen rechteckförmigen
Eintrittsflächen
und Austrittsflächen
jeweils einander entsprechende Feldflächen des Beleuchtungssystems
sind. Anstelle des als Feldformungs- und Homogenisierungselement
dienenden Rasterelement 109 von 1 ist ein
lediglich der Feldformung dienendes refraktives oder diffraktives,
zweidimensionales Rasterelement 209 in der Pupillenfläche 210 vorgesehen,
da die Lichtmischung zur Homogenisierung durch den Integratorstab 227 übernommen
wird. Alternativ könnte
die Kombination aus Rastelelement 209, Einkoppeloptik 225 sowie
Integratorstab 227 auch bei dieser Ausführungsform durch ein Feld-definierendes
Element entsprechend Rasterelement 109 von 1 und
die nachgeschaltete Einkoppeloptik 125 übernommen werden.
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Die
variable Pupillenformungseinrichtung
250 hat strukturell
gesehen ein einziges Zoom-System
230, das als Brennweiten-Zoom
ausgelegt ist, eine Feld- und Winkelverteilung in seiner Eintrittsfläche
220 (Objektebene
des Zoom-System
230) in seine zur Eintrittsfläche Fouriertransformierte
Austrittsfläche
210 (Austrittspupille
des Zoom-System
230) zu transformieren und dort eine gewünschte Beleuchtungsintensitätsverteilung
(Beleuchtungspupille) zu erzeugen. Das Zoom-System
230 ist
im Beispielsfall als Brennweiten-Zoom gemäß
US 6,900,943 B2 ausgelegt,
bei dem zwischen der Eintrittsfläche
220 und
der Austrittsfläche
210 eine
zur Austrittsfläche
optisch konjugierte Pupillenzwischenebene und eine zur Austrittsfläche Fourier-transformierte
Zwischenbild ebene liegen und mindestens eine verschiebbare Linse
in der Nähe
mindestens einer dieser Zwischenebenen liegt. Es ist auch möglich, das
Zoom-System
230 als Brennweiten-Zoom ohne Zwischenbild
oder als Zoom-Axiconsytem mit integrierter Axiconfunktion auszulegen,
beispielsweise gemäß
EP 0 474 772 .
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Dem
Zoom-System 230 ist eine Rückkopplungseinrichtung zur
Rückführung der
durch die optischen Komponenten des Zoom-System 230 bei
einem ersten Durchtritt veränderten
Strahlung zur Eintrittsfläche 220 des
Zoom-System zugeordnet, durch die erreicht wird, dass das in einem
ersten Durchtritt durch das Zoom-System 230 hindurchgetretene
Licht vom Ausgang des Zoom-System wieder zum Eingang geleitet wird
und danach nochmals in einem zweiten Durchtritt in der gleichen
Durchstrahlungsrichtung durch das Zoom-System 230 hindurchtritt. Somit
bildet das Zoom-System 230 sowohl ein erstes Zoom-System,
als auch ein diesem optisch unmittelbar nachgestaltetes zweites
Zoom-System, welches von der beim ersten Durchtritt veränderten
Strahlung nochmals durchtreten wird und diese dabei nochmals hinsichtlich
ihrer Intensitätsverteilung
verändert.
Die Rückkopplungseinrichtung 260 umfasst
einen unmittelbar vor dem ersten optischen Rasterelement 206 bzw.
der Eintrittsfläche 220 angeordneten
polarisationsselektiven ersten Strahlteiler 161 (der auch
hinter dem Rasterelement 206 angeordnet sein kann), eine zwischen
dem Rasterelement 206 und dem Zoom-System 230 angeordnete
Polarisationsdreheinrichtung 262 in Form einer λ/2-Verzögerungsplatte,
einen hinter dem Zoom-System 230 angeordneten polarisationsselektiven
zweiten Strahlteiler 263, einen außerhalb der optischen Achse 203 des
Beleuchtungssystems angeordneten ersten Umlenkspiegels 264,
einen Kondensor 265 und einen zweiten Umlenkspiegel 266.
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Das
Beleuchtungssystem 290 und insbesondere die Rückkopplungseinrichtung 260 funktionieren
wie folgt. Das vom Laser 202 ausgesandte, linear polarisierte
Licht trifft nach Durchtritt durch den Strahlaufweiter 204 im
Wesentlichen als kollimierter, achsparalleler Strahl auf die in
45° schräg zur optischen
Achse ausgerichtete ebene polarisationsselektive Strahlteilerfläche 261' des ersten
Strahlteilers 261. Die Orientierung der Vorzugspolarisation
der Laserstrahlung, d.h. die Polarisationsvorzugsrichtung, ist dabei
so orientiert, dass die Strahlteilerschicht 261 für das polarisierte
Licht transmitierend wirkt und die Strahlung im Wesentlichen ohne
Transmissionsverluste hindurchlässt.
Danach tritt die Strahlung in einem ersten Durchtritt durch das
erste Rasterelement 206 und erfährt dabei eine geringfügige Aperturerhöhung, wobei
ein geringer Anteil an Lichleitwert eingeführt wird. Danach tritt die
polarisierte Strahlung durch die λ/2-Platte,
die für
das linear polarisierte Licht als 90°-Polarisationsdreheinrichtung wirkt und
die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldvektors um 90° um die optische
Achse dreht. Dieses Licht durchtritt das Zoom-System 230 nun
in einem ersten Durchtritt und verlässt das Zoom-System 230 in
Richtung des als Auskopplungseinrichtung wirkenden zweiten Strahlteilers 263,
dessen um 45° zur
optischen Achse geneigte polarisationsselektiv wirkende Strahlteilerfläche 263' für das auftreffende
linear polarisierte Licht reflektierend wirkt und somit die Strahlung
zum ersten Umlenkspiegel 264 umlenkt. Das ausgekoppelte
Licht wird über
die beiden im rechten Winkel zueinander ausgerichteten Umlenksiegel 264, 266 in
einem „Bypass" bzw. einer Rückkopplungsschleife
zum ersten Strahlteiler 261 zurückgeführt und durchtritt dabei zwischen
den Umlenkspiegeln den Kondensor 265, dessen Eintrittsfläche im Wesentlichen
mit der Pupillenformungsfläche 210 zusammenfällt und
dessen Austrittsfläche
im Wesentlichen der Eintrittsfläche 220 des
Zoom-Systems 230 entspricht. Dadurch wird die Ortsverteilung
in der Nähe
der Pupillenformungsfläche 210,
die nach dem ersten Durchtritt vorliegt, in eine korrespondierende
Feldverteilung am Eintritt des Zoom-Systems 230 überführt. Für die im
Vergleich zum ersten Durchtritt durch den ersten Strahlteiler 261 um
90° gedrehte
Polarisation wirkt die Stahlteilerfläche 261 nun reflektierend,
so dass die Strahlung vom ersten Strahlteiler in Richtung Zoom-System 230 reflektiert
und somit erneut in die Zoom-Stufe eingekoppelt wird. Auch beim
zweiten Durchtritt, der in gleicher Durchstrahlungsrichtung erfolgt,
wird die Strahlung zunächst
vom somit zweifach genutzten ersten Rasterelement 206 aperturerhöhend beeinflusst,
bevor die Polarisationsvorzugsrichtung durch die λ/2-Platte 262 erneut
um 90° gedreht wird.
Diese um 90° gedrehte
Polarisation tritt nun ein zweites Mal in gleicher Richtung durch
das Zoom-System 230 hindurch und wird vom nun transmittierend
wirkenden zweiten Strahlteiler 263 in Richtung des zweiten
Rasterelementes 209 durchgelassen.
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Aufgrund
dieser Rückkopplung
durchtritt die Strahlung somit das optische System, das das refraktive
Rasterelement 206, die λ/2-Platte 262 und
das Zoom-System 230 umfasst, zweifach in der gleichen Durchstrahlungsrichtung,
wobei die Polarisationsvorzugsrichtung des linear polarisierten
Lichtes zwischen den Durchtritten um 90° verdreht wird. Die Rückkopplung
funktioniert im vorliegenden Fall weitgehend verlustfrei, da die
Strahlwinkel des Strahlungslichtbündels, d.h. die Winkel der
einzelnen Strahlen zur optischen Achse, im feldnahen Bereich des
ersten Strahlteilers 261 bei relativ kleinem Feld und damit
kleinem Lichtweitwert relativ gering sind, und da die Strahlwinkel
auch bei der Auskopplung im Bereich des zweiten Strahlteilers wiederum
sehr gering sind, da das Zoom-System 230 so auslegt ist, dass
hinter den Linsen bis zur Austrittsfläche 210 ein relativ
ausgedehnter Pupillenbereich liegt. Im Bereich des zweiten Strahlteilers
ist lediglich der Strahldurchmesser größer. In dieser Rückkopplungsschleife
wirken die optischen Komponenten des Zoom-Systems 230 in
zwei Stufen nacheinander, wobei während der ersten Stufe eine
gewisse Durchmesserveränderung
stattfindet und in der zweiten Stufe an dem beim ersten Durchtritt
veränderten Strahl
eine weitere Änderung
durch dieselben optischen Komponenten stattfindet. Das Zoom-System 230 wirkt
somit wie zwei identisch aufgebaute jedoch optisch hintereinander
geschaltete Zoom-Systeme.
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Vorteile
dieses Aufbaus liegen nicht nur im Zeitgewinn durch Verfahrwegverkürzungen
der axial verschiebbaren optischen Komponenten des Zoom-Systems,
sondern auch darin, dass der bestehende Bauraum in Axialrichtung
kürzer
gehalten werden kann als bei zwei oder mehr physikalisch hintereinander
angeordneten, separaten Zoom-Systemen (vgl. z.B. 1),
so dass im Bereich der mehrstufig wirkenden Zoom-Anordnung ein axial kurzer Aufbau möglich ist.
Für die
außeraxialen
optischen Komponenten der Rückkopplungsschleife
(Umlenkspiegel, Kondensor) ist lediglich quer zur optischen Achse mehr
Bauraum nötig,
der durch geeignete Strahlführung
in der Rückkopplungsschleife
und geeignete Anordnung der Umlenkspiegel und des Kondensors flexibel
genutzt werden kann.
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In
Abwandlung dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, eine derartige Rückkopplungsschleife nur
für das
erste Zoom-System oder das zweite Zoom-System einer mehrstufigen
Zoom-Kaskade oder Zoom-Axicon-Kaskade,
beispielsweise der in 1 gezeigten Art, zu benutzen,
da dann das erste System mit der Rückkopplungsschleife als ein
sehr schnell veränderbares
System ausgelegt werden kann, wogegen die zweite Kaskade in erster
Linie einen Zeitgewinn durch die Kaskadenaufteilung hätte. Die
Anordnung der Rückkopplungsschleife
an dem in Durchstrahlungsrichtung ersten Zoom-System hat unter anderem
den Vorteil, dass in diesem (feldnahem) Bereich noch relativ kleine
Strahldurchmesser vorliegen, so dass das erste Zoom-System mit Linsen
relativ kleinen Durchmessers und damit kleiner Masse aufgebaut werden
kann, die sich für
eine schnelle Beschleunigung und Abbremsung beim Settingwechsel
besonders gut eignen. Es ist beispielsweise möglich, unterschiedliche Settingwechselzeiten
zu realisieren, indem ein relativ „schweres" Zoom-System vorgesehen wird (d.h. ein
Zoom-System mit relativ großen
Linsen bzw. bei relativ großem Strahldurchmesser),
welches einen relativ großen Kohärenzgradbereich
variabel abdeckt und dieses mit einem relativ dazu kleinen, schnellen
Zoom-System in der Rückkopplungsschleife
kombiniert wird, welches es erlaubt, sehr schnell um einen durch
das große
Zoom-System voreingestellten Kohärenzgrad herum
in moderaten Schrittweiten schnelle Settingwechsel zu realisieren.
Somit kann in gewissen Grenzen um einen Kohärenzgradbereich herum schneller das
Beleuchtungssetting gewechselt werden als bei einem reinen Kaskadensystem
mit mehreren, physikalisch gesonderten, hintereinander geschalteten Zoom-System
(vgl. 1).
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In
den 3 und 4 sind
schematisch zahlreiche Varianten von innerhalb einer Pupillenformungseinrichtung
nutzbaren variablen Objektivgruppen gezeigt, die jeweils ein erstes
Zoom-System (Z1) und ein diesem optisch nachgeschaltetes zweite Zoom-System
(Z2) enthalten und dazu vorgesehen sind, die Orts- und Winkelverteilung
von Strahlung in einer Eintrittsfläche EN mit variabler optischer
Wirkung mit Hilfe einer ungeraden Anzahl von Fourier-Transformationen
in eine korrespondierende Orts- und
Winkelverteilung in der Austrittsfläche EX zu übertragen. Bei allen Beispielen
ist die Eintrittsfläche
EN eine Feldfläche
FS des Beleuchtungssystems, in der beispielsweise ein zweidimensionales Rasterelement
der in 1 oder 2 gezeigten Art (Rasterelemente 106 bzw. 206)
angeordnet sein kann. Die Austrittsfläche EX ist jeweils eine Pupillenfläche PS des
Beleuchtungssystems und kann der Pupillenformungsfläche entsprechen
oder optisch konjugiert zu dieser sein. Die Zoom-Systeme sind jeweils
koaxial angeordnet, wobei die optische Achse OA geradlinig durchgehend
sein oder zwischen den Zoomsystemen oder innerhalb der Zoomsysteme
mit einem Planspiegel gefaltet sein kann (vergl. 1). Die
mit „2f" gekennzeichneten
Zoom-Systeme sind Brennweiten-Zoomsysteme
mit variabler Brennweite, die in der Regel eine einfache Fourier-Transformation
(2f-Abbildung) zwischen ihren im endlichen Abstand zu den optischen
Komponenten liegenden Eintrittsflächen und Austrittsflächen durchführen. Prinzipiell
ist es auch möglich,
dass ein Brennweiten-Zoom eine andere ungerade Zahl von Fourier-Transformationen,
beispielsweise drei oder fünf
Fourier- Transformationen
durchführt.
Die mit „4f" bezeichneten Zoom-Systeme
sind Maßstabs-Zooms,
d.h. optische Abbildungssysteme mit variablem Abbildungsmaßstab. Sie
führen
zwischen ihren im endlichen Abstand zu den optischen Komponenten
des Maßstabs-Zooms
liegenden Eintrittsflächen
und Austrittsflächen
jeweils eine gerade Anzahl von Fourier-Transformationen durch, insbesondere
genau zwei Fourier-Transformationen.
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Die
Bezeichnung „COND" steht jeweils für einen
Kondensor, d.h. für
ein optisches System mit einer oder mehreren Linsen, das bei fester
Brennweite eine Fourier-Transformation zwischen seiner Eintrittsfläche und
seiner Austrittsfläche
durchführt.
In den Beispielen wird ein optisches System zur Übertragung einer Eintritts-Feldverteilung
in eine Austritts-Pupillenverteilung als Kondensor COND und ein optisches
System zur Übertragung
einer Eintritts-Pupillenverteilung in eine Austritts-Feldverteilung als
inverser Kondensor (ICOND) bezeichnet. In diesem Sinne sind die
Einkoppelgruppen 125, 225 der oben gezeigten Beispiele
jeweils inverse Kondensoren.
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In 3(a) sind ein Brennweiten-Zoom Z1 und
ein Maßstabs-Zoom
Z2 in dieser Reihenfolge hintereinandergeschaltet, so dass das Brennweiten-Zoom
an seinem Austritt (einer Pupillenfläche PS) eine Ortsverteilung
von Strahlung erzeugt, die mit Hilfe des nachfolgenden Maßstabs-Zooms mit variablem
Abbildungsmaßstab
auf eine zu dieser Pupillenfläche
optisch konjugierte Pupillenfläche
PS' übertragen
wird. In 3(b) folgt der Eintrittsfläche EN zunächst ein
Maßstabs-Zoom
Z1, das in einer zur Eintrittsfläche
EN optisch konjugierten Zwischenfeldfläche FS' eine Feldverteilung erzeugt, die mit
dem nachfolgenden Brennweiten-Zoom mit variabler Brennweite in die
zur Feldfläche
FS' Fourier-transformierte
Pupillenfläche
PS überträgt, die
der Austrittsfläche
EX der Objektivgruppe entspricht.
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Bei
der Anordnung in 3(c) ist unmittelbar hinter
der Eintrittsfläche
EN ein Kondensor vorgesehen, der die Eintritts-Feldverteilung in
eine Ortsverteilung in der austrittsseitigen Pupillenfläche PS überträgt. Die
nachgeschalteten Zoom-Systeme Z1, Z2 sind jeweils als Maßstabs-Zoom ausgelegt, um diese
Ortsverteilung mit zweistufiger Maßstabsänderung zunächst in die Zwischenpupillenfläche PS' und dann in die
Austrittspupillenfläche
PS'' zu übertragen, die
mit der Austrittsfläche
der Objektgruppe zusammenfällt.
Bei der Variante in 3(d) wird die
eintrittsseitige Feldverteilung zunächst mit einer Abfolge von
zwei hintereinandergeschalteten Maßstabs-Zooms Z1 und Z2 zunächst in
eine Zwischenfeldebene FS' und
in einer zweiten Stufe in eine weitere Zwischenfeldebene FS'' übertragen,
bevor ein nachgeschalteter Kondensor COND die Feldverteilung in
FS'' in eine korrespondierende
Ortsverteilung in seiner austrittsseitigen Pupillenfläche PS überträgt, die
mit der Austrittsfläche
EX der Objektivgruppe identisch ist.
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Während bei
den Varianten in 3 die Austrittsfläche des
zuerst durchstrahlten Zoom-Systems Z1 unmittelbar mit der Eintrittsfläche des
nachgeschalteten Zoom-Systems Z2 zusammenfällt, ist bei den Varianten
in 4 jeweils ein Kondensorsystem zwischengeschaltet,
das die Lichtverteilung in der Austrittsfläche des vorgeschalteten Zoom-Systems Z1
jeweils mit einer einfachen Fourier-Transformation bei fester Brennweite
in die Eintrittsfläche
des nachgeschalteten zweiten Zoom-Systems Z2 überträgt. Bei der Variante in 4(a) ist das erste Zoom-System Z1 ein
Maßstabs-Zoom,
das aus der eintrittsseitigen Feldverteilung in einer Zwischenfeldebene
FS' eine Feldverteilung
erzeugt, die mittels des nachfolgenden Kondensors COND in einer
Pupillenfläche
PS übertragen
wird, die der Eintrittsfläche
des zweiten Zoom-Systems Z2 entspricht, welches eine Pupillenabbildung
durchführt
und bei variablem Abbildungsmaßstab
aus der eintrittsseitigen Ortsverteilung der Beleuchtungsintensität in der
zur Pupillenfläche
PS optisch konjugierten Austrittspupillenfläche PS', die mit der Austrittsfläche EX der
Objektivgruppe zusam menfällt,
die gewünschte
Beleuchtungsintensitätsverteilung
erzeugt. Bei der Variante in 4(b) wird
die am Eintritt des ersten Zoom-Systems Z1 vorliegende Feldverteilung
durch eine einfache Fourier-Transformation
des Brennweiten-Zooms Z1 in eine Pupillenfläche PS übertragen. Danach überträgt der inverse
Kondensor ICOND die Ortsverteilung dieser Pupillenfläche in eine
Feldverteilung in der Zwischenfeldebene FS', bevor das nachgeschaltete Brennweiten-Zoom
Z2 mit einer einfachen Fourier-Transformation variabler Brennweite die
gewünschte
Beleuchtungsintensitätsverteilung
in der zur Zwischenpupillenfläche
PS optisch konjugierten Austrittspupillenfläche PS' (entsprechende Austrittsfläche der
EX der Objektivgruppe) überträgt.
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Die 3 und 4 zeigen
nur einige aus einer Vielzahl möglicher
Varianten, wobei noch zahlreich weitere Kombinationsmöglichkeiten
existieren. Beispielsweise kann die Abfolge zweier unmittelbar aufeinanderfolgender
Maßstabs-Zooms
gemäß 3(c) und (d) durch ein einziges Maßstabs-Zoom ersetzt
werden, dem eine Rückkopplungseinrichtung, z.B.
analog zu 2, zugeordnet ist, wobei gegebenenfalls
in der Rückkopplungsschleife
ein Abbildungssystem fester oder variabler Vergrößerung vorgesehen sein kann,
um die austrittsseitige Feldverteilung nach dem ersten Durchtritt
in eine eintrittsseitige Feldverteilung vor dem zweiten Durchtritt
umzuwandeln. Die Varianten in 4(a) und
(b) mit einem zwischen zwei Zoom-Systemen gleichen Typs zwischengeschalteten
Kondensor bzw. inversen Kondensor könnte ebenfalls durch eine der 2 entsprechende
Anordnung mit Rückkopplungseinrichtung
realisiert werden, wobei dann der Kondensor bzw. der inverse Kondensor
jeweils innerhalb der Rückkopplungsschleife
außerhalb
der optischen Achse des Beleuchtungssystems angeordnet sein kann,
um an der in einem ersten Durchtritt durch das Zoom-System umgewandelten
Strahlung eine Fourier-Transformation bzw. inverse Fourier-Transformation
durchzuführen,
damit die in einer ersten Stufe veränderte Strahlung richtig zum
Eintritt des Zoom-Systems rückgekoppelt
wird.
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Es
ist noch anzumerken, dass die Zoom-Systemen in den dargestellten
Fällen
nicht alle den gleichen Aufbau haben, da in der Regel ein Zoom-System, welche zwischen
einer eintrittsseitigen Feldfläche
und einer austrittsseitigen Pupillenfläche arbeitet, einen anderen
optischen Aufbau hat als ein Zoom-System, das zwischen einem eintrittsseitigen
Feld und einem austrittsseitigen Feld bzw. zwischen einer eintrittsseitigen
Pupille und einer austritsseitigen Pupille arbeitet. Bei Systemen
mit Rückkopplungsschleife
kann die optische Anpassung auch durch optische Elemente innerhalb
der Rückkopplungsschleife
realisiert werden, die entweder zusätzlich zu einem Kondensor oder
anstelle eines Kondensors (bzw. inversen Kondensors) vorgesehen sein
können.
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Eine
weitere Verwendungsmöglichkeit
einer variablen Objektivgruppe mit kaskadierten Zoom-Systemen wird
anhand von 5 erläutert, die ein Beleuchtungssystem 590 für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
zeigt. Diese umfasst einen nicht-variable Pupillenformungseinrichtung 550,
die das Licht der primären
Lichtquelle 502 (z.B. eines Lasers) empfängt und
daraus eine durch die Konstruktion der Pupillenformungseinrichtung
fest vorgegebene, relativ gleichmäßige Beleuchtungsintensitätsverteilung
in der Pupillenformungsfläche 510 des
Beleuchtungssystems erzeugt. Hierzu wird das Licht der Lichtquelle
zunächst
durch ein Strahlaufweitungssystem 552 aufgeweitet, um die
Eintrittsfläche
eines Wabenkondensors 553 auszuleuchten, dessen Austrittsfläche im Wesentlichen der
Pupillenformungsfläche 510 entspricht.
Hier entsteht eine der Anzahl einzelner optischer Kanäle des Wabenkondensors
entsprechende Anzahl sekundärer
Lichtquellen in einer Rasteranordnung. Eine im Bereich der Pupillenformungsfläche angeordnete Streuscheibe 531 dient
der Verschmierung der Beleuchtungsintensität. Die zweidimensionale Beleuchtungsintensitätsverteilung
der Pupillenformungsfläche 510 wird
durch eine nachfolgende variable Objektivgruppe 530 in
eine Zwischenfeldebene 521 übertragen, in der eine verstellbare
Feldblende sitzen kann. Ein nachfolgendes Abbildungssystem 540,
das in anderen Ausführungsformen
auch entfallen kann, bildet die in der Zwischenfeldebene 521 vorliegende Beleuchtungsfeldverteilung
auf die Austrittsebene 565 des Beleuchtungssystems ab,
in der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage die zu beleuchtende
Maske angeordnet wird.
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Die
variable Objektivgruppe 530 umfasst ein als Brennweiten-Zoom
ausgelegtes erstes Zoom-System 532 und ein als Maßstabs-Zoom
ausgelegtes zweites Zoom-System 534 (vgl. 3(a)). Die
Eintrittsfläche
des Brennweiten-Zooms 532 fällt dabei mit der Pupillenformungsfläche 531 zusammen,
während
seine Austrittsfläche 533 eine
Zwischenfeldebene des Beleuchtungsystems bildet. Das Brennweiten-Zoom 532 erzeugt
aus der in seiner Eintrittsfläche
(Pupillenformungsfläche 510)
vorliegenden örtlichen
Intensitätsverteilung
in seiner Austrittsfläche 533 erstmals
ein Beleuchtungsfeld, dessen Feldgröße und Strahlwinkelverteilung
durch Verstellung der verschiebbaren optischen Komponenten des Brennweiten-Zooms 532 variierbar
sind. Das nachfolgende Maßstabs-Zoom 534,
dessen Eintrittsfläche
mit der Austrittsfläche 533 des
Brennweiten-Zooms 532 zusammenfällt und dessen Austrittsfläche mit
der Zwischenfeldfläche 521 zusammenfällt, bildet
das vom Brennweiten-Zoom
erzeugte Feld mit variierbarem Abbildungsmaßstab in die Zwischenfeldfläche 521 (Objektfläche des
Abbildungssystems 140) ab und erlaubt durch axiale Verschiebung
seiner verschiebbaren optischen Komponenten eine variable Einstellung
der Feldgröße im Bereich der
Zwischenfeldfläche 521.
Sowohl das Brennweiten-Zoom 532 als auch das nachgeschaltete
Maßstabs-Zoom 534 enthalten
jeweils zwei Gruppen gegeneinander verschiebbarer optischer Komponenten,
auch andere Aufbauten sind jedoch möglich.
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Die
in der variablen Objektivgruppe 530 zusammengefassten optischen
Systeme 532 und 534 haben in dieser Konfiguration
im Wesentlichen die Aufgabe, die im Lichtweg nach dem Wabenkondensor 553 vorliegende
Beleuchtungsintensitätsverteilung
variabel in ein Beleuchtungsfeld abzubilden, das sich in der Zwischenfeldebene 521 befindet.
Auch hier kann durch die Kaskadierung mehrere Zoom-Systeme beim
Wechsel zwischen Beleuchtungssettings eine schnelle Änderung
der Beleuchtungsverhältnisse
im Beleuchtungsfeld erzielt werden.
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Auch
bei dieser Verwendungsmöglichkeit
einer variablen Objektivgruppe sind zahlreiche konstruktive und
funktionale Varianten möglich,
insbesondere diejenigen Varianten, die im Zusammenhang mit 3 und 4 bereits
erläutert
wurden. Im Unterschied zu den dortigen Erläuterungen fällt nun jedoch die Eintrittsfläche EN der
variablen Objektivgruppe mit einer Pupillenfläche PS des Beleuchtungssystems
zusammen und die Austrittsfläche
EX mit einer Feldfläche
FS des Beleuchtungssystems. Zwischen Eintrittsfläche und Austrittsfläche der
variablen Objektivgruppe werden mindestens drei Fourier-Schritte
durchgeführt,
wovon ein Fourier-Schritt eine variable Brennweite hat und mindestens
zwei weitere Fourier-Schritte ein variablen Abbildungsmaßstab ermöglichen.
In Analogie zu den 3 und 4 sind in den 6 und 7 einige Varianten gezeigt, wobei die Bezeichnung „FS" jeweils für eine Feldfläche die
Bezeichnung „FS'" jeweils für eine Zwischenfeldfläche, die
Bezeichnung „PS" jeweils für eine Pupillenfläche und
die Bezeichnung „PS'" jeweils für eine zu einer Pupillenfläche optisch
konjugierte weitere Pupillenfläche
steht. Im übrigen
wird auf die Beschreibung zu 3 und 4 verwiesen.