DE102008023763A1 - Illumination system for use in microlithographic-projection illumination system during production of semiconductor component, has Fourier optics system including ratio of overall length to bandwidth less than specific value - Google Patents

Illumination system for use in microlithographic-projection illumination system during production of semiconductor component, has Fourier optics system including ratio of overall length to bandwidth less than specific value Download PDF

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Abstract

The system (190) has a pupil formation unit (150) receiving light of a primary light source (102) and producing variably adjustable 2-dimensional intensity distribution in a pupil formation surface (110). The unit includes a Fourier optics system converting radiation bundle entering through an entry plane into radiation bundle exiting from an exit plane of the optics system. The optics system includes a ratio of overall length to bandwidth less than 1/6. The length is measured between an entry side system surface and an exit side last system surface along an optical axis (103). An independent claim is also included for a microlithographic-projection illumination system comprising a projection lens.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer primären Lichtquelle sowie auf eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Beleuchtungssystem. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Fourieroptiksystem, welches z. B. als Teil eines Beleuchtungssystems einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage genutzt werden kann.The The invention relates to a lighting system for a Microlithography projection exposure apparatus for illuminating a Illumination field with the light of a primary light source as well as on a microlithography projection exposure machine with such a lighting system. Furthermore, the invention relates on a Fourieroptiksystem, which z. B. as part of a lighting system a microlithography projection exposure system can.

Beschreibung des verwandten Standes der TechnikDescription of the Related State of technology

Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen werden heutzutage überwiegend mikrolithografische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur tragen, z. B. ein Linienmuster einer Schicht (layer) eines Halbleiterbauelementes. Eine Maske wird in eine Projektionsbelichtungsanlage zwischen Beleuchtungssystem und Projektionsobjektiv im Bereich der Objektfläche des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch die Maske und das Muster veränderte Strahlung läuft als Projektionsstrahlung durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster der Maske auf das zu belichtende Substrat abbildet, das normalerweise eine strahlungsempfindliche Schicht (Fotoresist, Fotolack) trägt.to Production of semiconductor devices and other fine-structured Today, components are predominantly microlithographic Projection exposure method used. This will be masks (Reticle) uses the pattern of a structure to be imaged wear, z. B. a line pattern of a layer of a semiconductor device. A mask is placed in a projection exposure machine between lighting system and projection lens in the area of the object surface of the Projection lens positioned and with one of the illumination system illuminated illumination radiation illuminated. The by the Mask and the pattern changed radiation is running as projection radiation through the projection lens, which the pattern of the mask is imaged on the substrate to be exposed, the usually a radiation-sensitive layer (photoresist, photoresist) wearing.

Bei der Projektions-Mikrolithographie wird die Maske mit Hilfe eines Beleuchtungssystems beleuchtet, das aus dem Licht einer primären Lichtquelle, insbesondere eines Lasers, auf die Maske gerichtete Beleuchtungsstrahlung formt, die durch bestimmte Beleuchtungsparameter definiert ist. Die Beleuchtungsstrahlung trifft innerhalb eines Beleuchtungsfeldes (Fläche definierter Form und Größe, z. B. Rechteckfeld oder gekrümmtes Ringfeld) auf die Maske auf, wobei Form und Größe des Beleuchtungsfeldes in der Regel konstant, d. h. nicht variabel. In der Regel wird innerhalb des Beleuchtungsfeldes eine möglichst gleichmäßige Intensitätsverteilung angestrebt, wozu innerhalb des Beleuchtungssystems Homogenisierungseinrichtungen, beispielsweise Lichtmischelemente wie Wabenkondensoren und/oder Stabintegratoren, vorgesehen sein können.at The projection microlithography is the mask with the help of a Illuminated lighting system that emanates from the light of a primary Light source, in particular a laser, directed to the mask Illuminating radiation is formed by certain lighting parameters is defined. The illumination radiation hits within one Illumination field (area of defined shape and size, z. Rectangle field or curved ring field) on the mask on, taking shape and size of the illumination field usually constant, d. H. not variable. Usually will be within of the illumination field as uniform as possible Intensity distribution sought, including within the lighting system Homogenizing devices, such as light mixing elements as honeycomb condensers and / or rod integrators, be provided can.

Außerdem werden je nach Art der abzubildenden Strukturen häufig unterschiedliche Beleuchtungsmodi (sogenannte „Beleuchtungssettings”) benötigt, die durch unterschiedliche örtliche Intensitätsverteilungen der Beleuchtungsstrahlung in einer Pupillenfläche des Beleuchtungssystems charakterisiert werden können. Man spricht in diesem Zusammenhang manchmal von „strukturierter Beleuchtung” bzw. von einer „Strukturierung der Beleuchtungspupille” oder von einer Strukturierung der sekundären Lichtquelle. Die Pupillenfläche des Beleuchtungssystems, in welcher bestimmte, definierbare zweidimensionale Intensitätsverteilungen (die sekundären Lichtquellen) vorliegen sollen, wird in dieser Anmeldung auch als „Pupillenformungsfläche” bezeichnet, weil wesentliche Eigenschaften der Beleuchtungsstrahlung mit Hilfe dieser Intensitätsverteilung „geformt” werden. Zu den Beleuchtungssettings gehören beispielsweise bei den konventionellen Beleuchtungssettings runde, um die optische Achse des Beleuchtungssystems zentrierte Beleuchtungsflecke unterschiedlicher Durchmesser (in der Regel definiert über den Kohärenzgrad σ der Beleuchtung) und bei nicht-konventionellen, d. h. außeraxialen Beleuchtungsarten die Ringbeleuchtung (oder annulare Beleuchtung) sowie polare Intensitätsverteilungen, beispielsweise Dipolbeleuchtung oder Quadrupolbeleuchtung. Die nicht-konventionellen Beleuchtungssettings zur Erzeugung einer außeraxialen (schiefen) Beleuchtung können unter anderem der Erhöhung der Tiefenschärfe durch Zweistrahlinterferenz sowie der Erhöhung des Auflösungsvermögens dienen.Furthermore become common depending on the type of structures to be imaged different lighting modes (so-called "lighting settings") needed by different local Intensity distributions of the illumination radiation in one Pupil surface of the illumination system characterized can be. Sometimes one speaks in this context from "structured lighting" or from a "structuring the illumination pupil "or a structuring the secondary light source. The pupil surface of the Lighting system in which certain definable two-dimensional Intensity distributions (the secondary light sources) are also referred to in this application as "pupil shaping surface", because essential properties of the illumination radiation with the help this intensity distribution "shaped". The lighting settings include, for example the conventional lighting settings round to the optical Axis of the illumination system centered illumination spots different Diameter (usually defined by the degree of coherence σ of the Lighting) and in non-conventional, d. H. off-axis Types of illumination the ring illumination (or annulare illumination) as well as polar intensity distributions, for example dipole illumination or quadrupole illumination. The non-conventional lighting settings for generating an off-axis (oblique) illumination Among other things, the increase in depth of field serve by two-beam interference and increasing the resolution.

Die „Pupillenformungsfläche” des Beleuchtungssystems, in welcher die gewünschte zweidimensionale Intensitätsverteilung (sekundäre Lichtquelle) 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 die Strahlwinkelverteilung nicht ändern, d. h. winkelerhaltend arbeiten, wird die Winkelverteilung der auf das Muster der Maske treffenden Beleuchtungsstrahlung durch die räumliche Intensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems bestimmt. Außerdem wird, sofern die zwischenliegenden optischen Komponenten winkelerhaltend arbeiten, die räumliche Intensitätsverteilung in der Pupille des Projektionsobjektivs durch die räumliche Intensitätsverteilung (Ortsverteilung) in der Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems bestimmt.The "pupil shaping surface" of the illumination system in which the desired two-dimensional intensity distribution (secondary light source) is to be located may be at or near a position optically conjugate to a pupil plane of a subsequent projection lens in a lighting system incorporated in a microlithography projection exposure apparatus. In general, the pupil shaping surface may correspond to or lie in the vicinity of a pupil surface of the illumination system. If the intermediate optical components do not change the beam angle distribution, ie operate at angle preserving, the angular distribution of the illumination radiation striking the pattern of the mask is determined by the spatial intensity distribution in the pupil shaping surface of the illumination system. In addition, as far as the intermediate optical components operate to maintain the angular, the spatial Intensi distribution in the pupil of the projection lens is determined by the spatial intensity distribution (spatial distribution) in the pupil shaping surface of the illumination system.

Diejenigen optischen Komponenten und Baugruppen des Beleuchtungssystems, die dazu vorgesehen sind, Licht einer primären Lichtquelle, z. B. eines Lasers oder einer Quecksilberdampflampe, zu empfangen und daraus eine gewünschte zweidimensionale Intensitätsverteilung (sekundäre Lichtquelle) in der „Pupillenformungsfläche” des Beleuchtungssystems zu erzeugen, bilden gemeinsam eine Pupillenformungseinheit, die in der Regel variabel einstellbar sein sollte.Those optical components and assemblies of the lighting system, the are intended to light a primary light source, z. As a laser or a mercury vapor lamp, and from this a desired two-dimensional intensity distribution (secondary light source) in the "pupil forming surface" of the To produce illumination system, together form a pupil shaping unit, which should be adjustable in the rule.

Aus der US 2007/0165202 A1 (entsprechend WO 2005/026843 A2 ) der Anmelderin sind Beleuchtungssysteme bekannt, bei denen eine Pupillenformungseinheit zum Empfang von Licht einer primären Lichtquelle und zur Erzeugung einer variabel einstellbaren zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems eine Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) mit individuell ansteuerbaren Einzelspiegeln umfasst, die die Winkelverteilung der auf die Spiegelelemente fallenden Strahlung gezielt so verändern können, dass sich in der Pupillenformungsfläche die gewünschte Beleuchtungsintensitätsverteilung ergibt.From the US 2007/0165202 A1 (corresponding WO 2005/026843 A2 The applicant discloses illumination systems in which a pupil-shaping unit for receiving light from a primary light source and for generating a variably adjustable two-dimensional intensity distribution in a pupil-shaping surface of the illumination system comprises a multi-mirror array (MMA) with individually controllable individual mirrors which Angle distribution of the radiation falling on the mirror elements can selectively change so that results in the pupil shaping surface, the desired illumination intensity distribution.

Verfahren zur Berechung von optimalen Strukturierungen der Intensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche eines Beleuchtungssystems in Abhängigkeit von abzubildenden Maskenstrukturen sind beispielsweise aus US 6,563,556 oder US 2004/0265707 bekannt.Methods for calculating optimal structurings of the intensity distribution in the pupil shaping surface of an illumination system as a function of mask structures to be imaged are, for example, made US 6,563,556 or US 2004/0265707 known.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, das einen schnellen Wechsel zwischen unterschiedlichen Beleuchtungsmodi ermöglicht.It It is an object of the invention to provide a lighting system for to provide a microlithography projection exposure apparatus, which allows a quick change between different lighting modes.

Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein zur Integration in ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage geeignetes, kompaktes Lichtmischsystem bereitzustellen, welches in der Lage ist, eine Lichtmischung bei kleinem geometrischen Lichtleitwert im Wesentlichen ohne Einführung von geometrischem Lichtleitwert zu bewirken.It Another object of the invention is to be integrated into one Illumination system for a microlithography projection exposure apparatus to provide a suitable, compact light mixing system, which is capable of a light mixture with a small geometric light conductance essentially without introduction of geometric light conductance to effect.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben stellt die Erfindung ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Fourieroptiksystem mit den Merkmalen von Anspruch 24 bereit. Weiterhin werden ein Lichtmischsystem mit den Merkmalen von Anspruch 26 und eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 28 bereitgestellt.to Solving these and other objects is the invention an illumination system with the features of claim 1 and a Fourier optical system having the features of claim 24 ready. Continue to be a light mixing system with the features of claim 26 and a A projection exposure apparatus provided with the features of claim 28.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.advantageous Further developments are in the dependent claims specified. The wording of all claims becomes by reference to the content of the description.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer primären Lichtquelle vorgesehen. Das Beleuchtungssystem hat eine variabel einstellbare Pupillenformungseinheit zum Empfang von Licht der primären Lichtquelle und zur Erzeugung einer variabel einstellbaren zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems. Die Pupillenformungseinheit weist ein Fourieroptiksystem zur Umwandlung eines durch eine Eintrittsebene des Fourieroptiksystems eintretenden Eintrittsstrahlbündels in ein aus einer Austrittsebene des Fourieroptiksystems austretendes Austrittsstrahlbündel auf, wobei das Fourieroptiksystem eine Brennweite fFOS und eine zwischen einer eintrittsseitigen ersten Systemfläche und einer austrittsseitigen letzten Sys temfläche entlang einer optischen Achse gemessene Baulänge L hat und die Bedingung (L/fFOS) < 1/6 gilt.According to one aspect of the invention, a lighting system for a microlithography projection exposure apparatus is provided for illuminating a lighting field with the light of a primary light source. The illumination system has a variably adjustable pupil-shaping unit for receiving light from the primary light source and generating a variably adjustable two-dimensional intensity distribution in a pupil-shaping surface of the illumination system. The pupil shaping unit has a Fourier optical system for converting an entrance beam entering through an entrance plane of the Fourier optical system into an exit beam emanating from an exit plane of the Fourier optical system, the Fourier optical system having a focal length f FOS and a first system surface between an entrance side and an exit side last system along an optical axis measured length has L and the condition (L / f FOS ) <1/6 applies.

Der Begriff „Fourieroptiksystem” steht hier für ein optisches System, welches eine in der Eintrittsebene des Fourieroptiksystems vorliegende Strahlungsleistungsverteilung unter Erhalt des Lichtleitwertes (etendue, geometrical flux) der durchtretenden Strahlung in die Austrittsebene transformiert. Die Austrittsebene ist dabei eine zur Eintrittsebene Fourier-transformierte Ebene. Ein hindurchtretendes Strahlbündel definiert dabei in der Eintrittsebene eine Eintrittsfläche bestimmter Form und Größe, beispielsweise eine kreisförmige Eintrittsfläche oder eine quadratische oder auf andere Weise rechteckige Eintrittsfläche. In der Fouriertransformierten Austrittsebene definiert das Strahlbündel eine Austrittsfläche, deren Form und Größe von der Winkelverteilung der Strahlung in der Eintrittsebene bestimmt wird. Dabei ist die Geometrie der Eintrittsfläche durch die Strahlhöhen der durchtretenden Strahlen definiert. Die Geometrie der Eintrittsfläche wird durch das Fourieroptiksystem in eine korrespondierende Winkelverteilung (Verteilung von Strahlwinkeln) in der Austrittsebene überführt. Die „Eintrittsfläche” und die „Austrittsfläche” sind hier definiert als die Schnittflächen eines durchtretenden Strahlbündels mit der Eintrittsebene bzw. der Austrittsebene und haben somit jeweils einen bestimmten Flächeninhalt. Bei der zwischen Eintrittsebene und Austrittsebene stattfindenden Fourier-Transformation wird die Leistungsverteilung jedes einzelnen Flächenelementes in der Eintrittsfläche auf die gesamte Austrittsfläche gemäß der lokalen Divergenz auf die Austrittsfläche verteilt. Alle austrittsseitig empfangenen Flächenelemente werden dabei in wenigstens einer Dimension additiv überlagert.The term "Fourier optical system" here stands for an optical system which transforms a radiation power distribution present in the entrance plane of the Fourier optical system into the exit plane while maintaining the optical conductivity (etendue, geometrical flux) of the transmitted radiation. The exit plane is a Fourier-transformed plane to the entry plane. A passing beam defines an entrance surface of a specific shape and size, for example a circular entry surface or a square or otherwise rectangular entry surface, in the entry plane. In the Fourier-transformed exit plane, the beam defines an exit surface whose shape and size is determined by the angular distribution of the radiation in the entry plane. The geometry of the entrance surface is defined by the beam heights of the passing beams. The geometry of the entrance surface is determined by the Fourier optical system in a corresponding angular distribution (distribution of beam angles) in the exit plane transferred. The "entrance surface" and the "exit surface" are defined here as the cut surfaces of a penetrating beam with the entrance plane or the exit plane and thus each have a certain surface area. In the case of the Fourier transformation taking place between the entrance level and the exit plane, the power distribution of each individual area element in the entrance area is distributed over the entire exit area according to the local divergence on the exit area. All surface elements received on the outlet side are thereby superimposed additively in at least one dimension.

Ein Strahlbündel innerhalb eines realen optischen Systems enthält eine Vielzahl von Strahlen unterschiedlicher Ausbreitungsrichtungen. Die Winkelverteilung der Strahlen eines Strahlbündels kann durch die Divergenz DIV des Strahlbündels beschrieben werden, welche den größten Winkelunterschied zwischen Strahlen innerhalb des Strahlbündels beschreibt. Alternativ ist auch die Beschreibung durch die numerische Apertur NA des Strahlbündels möglich, welche in dieser Anmeldung dem Sinus des halben Divergenzwinkels entspricht. In der paraxialen Optik, d. h. bei kleinen Strahlwinkeln relativ zur optischen Achse eines optischen Systems, entspricht somit die numerische Apertur NA der halben Divergenz, d. h. NA = DIV/2. Die Wirkung eines Fourieroptiksystems auf ein durchtretendes Strahlbündel mit einer gegebenen Eingangsdivergenz (Divergenz auf der Eintrittsseite) kann vereinfacht so beschrieben werden, dass jedem Strahlwinkel RAE eines Strahls auf der Eingangsseite eine dem Strahlwinkel proportionale Strahlhöhe RHA auf der Austrittsseite zugeordnet wird. Die Strahlhöhe ist hier als senkrechter Abstand eines Strahls an einem gegebenen axialen Ort zur optischen Achse definiert. Die Proportionalität zwischen den Strahlwinkeln auf der Eintrittsseite und den Strahlhöhen auf der Austrittsseite ist durch die Brennweite fFOS des Fourieroptiksystems gegeben gemäß RHA = fFOS·sin(RAE).A beam within a real optical system contains a plurality of beams of different propagation directions. The angular distribution of the beams of a beam can be described by the divergence DIV of the beam, which describes the largest angular difference between beams within the beam. Alternatively, the description by the numerical aperture NA of the beam is possible, which corresponds to the sine of half divergence angle in this application. In paraxial optics, ie at small beam angles relative to the optical axis of an optical system, the numerical aperture NA thus corresponds to half the divergence, ie NA = DIV / 2. The effect of a Fourier optical system on a penetrating beam with a given input divergence (divergence on the entrance side) can be described in simplified terms, that each beam angle RA E of a beam on the input side is assigned to the beam angle proportional beam height RH A on the exit side. The beam height is defined here as the perpendicular distance of a beam at a given axial location to the optical axis. The proportionality between the beam angles on the entrance side and the beam heights on the exit side is given by the focal length f FOS of the Fourier optical system according to RH A = f FOS * sin (RA E ).

Da ein Fourieroptiksystem dementsprechend Strahlwinkel auf seiner Eintrittsseite in Strahlhöhen auf seiner Austrittsseite nach Maßgabe der Brennweite des Fourieroptiksystems umsetzt, ist ein Fourieroptiksystem mit großer Brennweite z. B. in der Lage, aus einem Eingangsstrahlbündel mit gegebener kleiner Eingangsdivergenz ein Austrittsstrahlbündel mit entsprechend größerer Querschnittsfläche zu formen, wobei bei gegebener Brennweite des Fourieroptiksystems das Größenverhältnis zwischen Eintrittsfläche und Austrittsfläche von der Eingangsdivergenz abhängt und kleiner ist, je größer die Eingangsdivergenz ist.There a Fourier optics system accordingly beam angle on its entrance side in beam heights on its exit side as specified the focal length of the Fourieroptiksystems is a Fourieroptiksystem with a large focal length z. B. capable of an input beam with given small input divergence an exit beam with correspondingly larger cross-sectional area with a given focal length of the Fourier optical system the size ratio between the entrance surface and exit area depends on the input divergence and smaller, the larger the input divergence is.

In einem Beleuchtungssystem, welches mit einem Laser als primärer Lichtquelle arbeitet, liegt entsprechend der räumlichen Kohärenz der Laserstrahlung in der Regel Primärstrahlung mit sehr geringer Divergenz in Strahlbündeln mit relativ kleinem Strahlquerschnitt vor. Andererseits be steht bei Beleuchtungssystemen der Bedarf, innerhalb des Beleuchtungssystems mindestens einen Bereich zu haben, in dem die durchtretende Strahlung einen relativ großen Strahlquerschnitt hat. Wird beispielsweise im Bereich großen Strahlquerschnitts eine Lichtmodulationseinrichtung verwendet, um die Winkelverteilung der innerhalb eines auftreffenden Strahlbündels vorhandenen Strahlung variabel einzustellen, so kann die Ortsauflösung der variablen Einstellung verbessert werden, wenn die Lichtmodulationseinrichtung in einem Bereich relativer großen Strahldurchmessers sitzt und ein Feld mit vielen individuell ansteuerbaren Einzelelementen enthält, die jeweils einen Teilstrahl des auftreffenden Strahlbündels winkelverändernd beeinflussen. Je größer der Strahldurchmesser am Ort der Lichtmodulationseinrichtung ist, desto einfacher ist es, eine ausreichend große Anzahl steuerbarer Einzelelemente der Lichtmodulationseinrichtung bereitzustellen, um eine hohe Ortsauflösung der Winkeleinstellung zu ermöglichen.In a lighting system, which with a laser as a primary Light source works, lies according to the spatial Coherence of laser radiation usually primary radiation with very little divergence in beams with relative small beam cross section before. On the other hand be stands in lighting systems the need, within the lighting system at least one area in which the radiation passing through a relatively large Beam cross section has. For example, in the field of large Beam cross-section uses a light modulation device to the angular distribution of within an impinging beam variably set existing radiation, so the spatial resolution the variable setting can be improved when the light modulation device sits in a range of relatively large beam diameter and a field with many individually controllable individual elements contains, each a sub-beam of the impinging Beam angle influence angle. ever greater the beam diameter at the location of the light modulation device is, the easier it is, a sufficiently large number to provide controllable individual elements of the light modulation device, to allow a high spatial resolution of the angle setting.

Ein Fourieroptiksystem mit relativ großer Brennweite kann dazu genutzt werden, trotz relativ geringer Divergenz eines eintretenden Strahlbündels einen Strahl mit relativ großem Strahlquerschnitt zu erzeugen. Andererseits steht in einem Beleuchtungssystem in der Regel nur begrenzt Bauraum für optische Teilsysteme einer Pupillenformungseinheit zur Verfügung. Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Fourieroptiksystems lassen sich die gegenläufigen Forderungen nach wirksamer Strahlaufweitung eines Eingangsstrahlbündels mit kleiner Divergenz einerseits und relativ geringem Bauraumbedarf andererseits vereinbaren.One Fourier optics system with relatively long focal length can do so be used, despite relatively low divergence of an incoming Beam a beam with a relatively large Beam cross section to produce. On the other hand, stands in a lighting system usually only limited space for optical subsystems a pupil forming unit available. By the Use of a Fourieroptiksystems invention the opposing demands for effective beam expansion an input beam with small divergence on the one hand and relatively low space requirements on the other hand agree.

Vorzugsweise gilt für den Telefaktor TF = L/fFOS die Bedingung (L/fFOS) < 0.166. Der Telefaktor kann z. B. 0.125 oder weniger oder 0.1 oder weniger oder 0.075 oder weniger betragen.Preferably, the condition (L / f FOS ) <0.166 applies to the telefax TF = L / f FOS . The Telefaktor can z. B. 0.125 or less or 0.1 or less or 0.075 or less.

Bei manchen Ausführungsformen beträgt die Brennweite fFOS des Fourieroptiksystems mehr als 10 m (z. B. 15 m oder mehr oder 20 m oder mehr oder 50 m oder mehr) und die Baulänge L beträgt weniger als 4 m, z. B 3.5 m oder weniger oder 3 m oder weniger.In some embodiments, the focal length f FOS of the Fourier optical system is more than 10 m (eg 15 m or more or 20 m or more or 50 m or more) and the length L is less than 4 m, z. B 3.5 m or less or 3 m or less.

Das Fourieroptiksystem verursacht eine ungerade Anzahl von Fouriertransformationen und kann z. B. 3 oder 5 Fouriertransformation verursachen. Vorzugsweise findet nur eine einzige Fouriertransformation zwischen Eintrittsfläche und Austrittsfläche statt, wodurch eine kurze Baulänge begünstigt wird.The Fourier optics system causes an odd number of Fourier transforms and can z. B. 3 or 5 Fourier transform cause. Preferably finds only a single Fourier transformation between the entrance surface and exit surface instead, resulting in a short overall length is favored.

Ein Fourieroptiksystem mit einer im Vergleich zur Brennweite relativ kurzen Baulänge hat in der Regel mindestens 3 Linsen. Bei manchen Ausführungsformen hat das Fourieroptiksystem eine erste Linsengruppe mit einer eintrittsseitigen ersten Linse und einer austrittsseitigen zweiten Linse sowie eine der ersten Linsengruppe nachgeschaltete zweite Linsengruppe mit einer eintrittsseitigen ersten Linse und einer austrittsseitigen zweiten Linse, wobei zwischen einer austrittsseitigen letzten Systemfläche der ersten Linsengruppe und einer eintrittsseitigen ersten Systemfläche der zweiten Linsengruppe ein Gruppenabstand dG besteht. Bei dieser Ausgestaltung sind somit mindestens 4 Linsen vorgesehen. Es kann sich um Einzellinsen handeln, eine oder mehrere der Linsen kann auch als geteilte Linse oder Linsengruppe ausgestaltet sein. Der Gruppenabstand ist in der Regel größer als die Baulängen der ersten und der zweiten Linsengruppe.A Fourier optical system with a relatively short length compared to the focal length usually has at least 3 lenses. In some embodiments, the Fourier optical system has a first lens group having an entrance-side first lens and an exit-side second lens and a second lens group downstream of the first lens group having an entrance-side first lens and an exit-side second lens, between an exit-side last system surface of the first lens group and an entrance-side first system area of the second lens group is a group distance d G. In this embodiment, at least 4 lenses are thus provided. It may be single lenses, one or more of the lenses may also be configured as a split lens or lens group. The group spacing is usually greater than the lengths of the first and the second lens group.

Bei manchen Ausführungsformen gilt für den Gruppenabstand dG die Bedingung dG > 0.66·L. Der Gruppenabstand kann somit einen wesentlichen Anteil der Gesamtbaulänge L ausmachen. Es kann auch die Bedingung dG > 0.7·L gelten. Die einander zugewandten Linsen der ersten und zweiten Linsengruppe sollten somit einen relativ großen Abstand haben, was z. B. im Hinblick auf die energetische Belastung dieser Linsen vorteilhaft ist.In some embodiments, the group distance d G is subject to the condition d G > 0.66 · L. The group spacing can thus make up a substantial proportion of the total construction length L. The condition d G > 0.7 · L can also apply. The mutually facing lenses of the first and second lens group should thus have a relatively large distance, which z. B. in terms of the energetic load of these lenses is advantageous.

Im Vergleich zur Brennweite kann der Gruppenabstand relativ gering sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen gilt die Bedingung dG < 0.1·fFOS. Insbesondere kann dG < 0.08·fFOS oder dG < 0.06·fFOS gelten.Compared to the focal length, the group spacing can be relatively small. In some embodiments, the condition d G <0.1 × f FOS applies. In particular, d G <0.08 · f FOS or d G <0.06 · f FOS .

Konstruktionsprinzipien für einen im Hinblick auf die Strahlungsbelastung der Linsenelemente optimierten Aufbau eines Fourieroptiksystems werden im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen ausführlich erläutert.design principles for one with regard to the radiation load of the lens elements Optimized construction of a Fourier optical system are related explained in detail with the embodiments.

Wenn das Fourieroptiksystem zur Übertragung einer Strahlungsenergie E pro Zeiteinheit bei einem Lichtleitwert H ausgelegt ist, PA eine vorgebbare energetische Maximalbelastung der austrittsseitigen zweiten Linse der ersten Linsengruppe und PB eine vorgebbare energetische Maximalbelastung der eintrittsseitigen ersten Linse der zweiten Linsengruppe ist, so ist bei manchen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass ein Gruppenabstand dG zwischen einer austrittsseitigen letzten Systemfläche der ersten Linsengruppe und einer eintrittsseitigen ersten Systemfläche der zweiten Linsengruppe nicht kleiner als ein minimaler Gruppenabstand dG min ist, wobei für den minimalen Gruppenabstand gilt: dG min = n/H·E/(PaPb)1/2 If the Fourier optical system is designed to transmit a radiation energy E per unit of time at a light conductance H, P A is a predeterminable maximum energetic loading of the exit-side second lens of the first lens group and P B is a predeterminable maximum energetic loading of the entrance-side first lens of the second lens group, then some Embodiments provided that a group distance d G between an exit-side last system surface of the first lens group and an entrance-side first system surface of the second lens group is not smaller than a minimum group distance d G min , wherein for the minimum group distance applies: d G min = n / H · E / (P a P b ) 1.2

Wird diese Bedingung eingehalten, so kann erreicht werden, dass die durch Strahlungsbelastung besonders gefährdeten Linsen nicht übermäßig belastet werden, so dass ein Dauerbetrieb ohne Linsendegradation möglich ist.Becomes complied with this condition, it can be achieved by the Radiation exposure particularly at risk lenses not excessive be charged, so that a continuous operation without Linsendegradation is possible.

Um andererseits die Gesamtbaulänge L moderat zu halten, kann vorgesehen sein, dass der Gruppenabstand dG zwischen dG min und 3·dG min liegt.On the other hand, in order to keep the overall construction length L moderate, it may be provided that the group distance d G is between d G min and 3 · d G min .

Bei manchen Ausführungsformen weist die Pupillenformungseinheit eine dem Fourieroptiksystem vorgeschaltene Lichtmischeinrichtung auf. Diese Lichtmischeinrichtung ist somit zwischen der primären Lichtquelle und dem Fourieroptiksystem angeordnet. Wenn die Lichtmischeinrichtung die eintretende Strahlung so mischt, dass eine im Wesentlichen homogene Verteilung im Winkelraum vorliegt, so wird diese durch das nachgeschaltete Fourieroptiksystem in eine homogene Lichtverteilung im Ortsraum im Bereich der Austrittsfläche umgewandelt, also in eine weitgehend gleichmäßige Ausleuchtung der Austrittsfläche. Die Lichtmischeinrichtung kann mindestens einen Wabenkondensor umfassen. Dessen hintere, dem Fourieroptiksystem zugewandte Brennebene kann im Wesentlichen mit der Eintrittsfläche des Fourieroptiksystems zusammenfallen oder leicht gegenüber dieser Fläche verschoben sein. Durch die Kombination einer im Winkelraum homogenisierend wirksamen Lichtmischeinrichtung mit einem nachgeschalteten Fourieroptiksystem ist es möglich, Eingangslicht mit relativ geringem geometrischen Lichtleitwert, beispielsweise das Licht eines Laserstrahles, im Wesentlichen ohne Einführung von Lichtleitwert zu mischen bzw. zu homogenisieren.at In some embodiments, the pupil shaping unit a light mixing device upstream of the Fourier optical system on. This light mixing device is thus between the primary Light source and the Fourieroptiksystem arranged. When the light mixing device the incoming radiation mixes so that a substantially homogeneous Distribution in the angular space is present, this is the downstream Fourier optical system in a homogeneous light distribution in the spatial area converted in the area of the exit surface, ie in one largely uniform illumination of the exit surface. The light mixing device may comprise at least one honeycomb condenser. Its rear, the Fourieroptiksystem facing focal plane can essentially with the entrance surface of the Fourier optical system coincide or slightly opposite this surface be postponed. By combining a homogenizing in the angle space effective light mixing device with a downstream Fourieroptiksystem is it possible to input light with relatively low geometric Conductance, for example, the light of a laser beam, substantially without the introduction of optical conductivity to mix or homogenize.

Bei einer Variante hat das Fourieroptiksystem mindestens ein Paar von gekreuzten Zylinderlinsensystemen, wobei ein Paar von gekreuzten Zylinderlinsensystemen ein erstes Zylinderlinsensystem mit mindestens einer in einer ersten Krümmungsebene gekrümmten ersten Zylinderfläche und ein zweites Zylinderlinsensystem mit mindestens einer in einer zweiten Krümmungsfläche gekrümmten zweiten Zylinderfläche hat, wobei die erste und die zweite Krümmungsebene senkrecht aufeinander stehen. Unter gewissen Belastungsbedingungen kann bei Verwendung gekreuzter Zylinderlinsensysteme die Baulänge eines belastungsoptimierten Fourieroptiksystems geringer sein als beim Einsatz rotationssymmetrischer Linsen.at In one variant, the Fourier optical system has at least one pair of crossed cylindrical lens systems, with a pair of crossed Cylinder lens systems, a first cylindrical lens system with at least a curved in a first plane of curvature first cylindrical surface and a second cylindrical lens system with at least one in a second curvature surface has curved second cylindrical surface, wherein the first and the second plane of curvature perpendicular to each other stand. Under certain stress conditions, when using Crossed cylindrical lens systems the length of a load optimized Fourieroptiksystems be lower than when using rotationally symmetric lenses.

Zylinderlinsen unterschiedlich ausgerichteter Krümmungsebenen können verschachtelt, d. h. in wechselnder Folge angeordnet sein. Es ist auch möglich, die unterschiedlich orientierten Zylinderlinsen in „reine” Teilsysteme zu gruppieren. Bei einer Variante hat das Fourieroptiksystem eine erste Zylinderlinsengruppe mit mehreren ersten Zylinderlinsen und eine nachgeschaltete zweite Zylinderlinsengruppe mit mehreren zweiten Zylinderlinsen mit orthogonaler Orientierung der Krümmungsebene.cylindrical lenses differently oriented curvature levels can nested, d. H. be arranged in alternating sequence. It is also possible, the differently oriented cylindrical lenses into "pure" subsystems. At a Variant, the Fourier optical system has a first cylindrical lens group with several first cylindrical lenses and a downstream second Cylindrical lens group with several second cylindrical lenses with orthogonal Orientation of the curvature plane.

Die Erfindung betrifft auch ein Fourieroptiksystem zur Umwandlung eines durch eine Eintrittsebene des Fourieroptiksystems eintretenden Eintrittsstrahlbündels in ein aus einer Austrittsebene des Fourieroptiksystems austretendes Austrittsstrahlbündel, wobei das Fourieroptiksystem eine Brennweite fFOS und eine zwischen einer eintrittsseitigen ersten Systemfläche und einer austrittsseitigen letzten Systemfläche entlang einer optischen Achse gemessene Baulänge L hat und die Bedingung (L/fFOS) < 1/6 gilt.The invention also relates to a Fourier optical system for converting an entrance beam entering through an entrance plane of the Fourier optical system into an exit beam emanating from an exit plane of the Fourier optical system, wherein the Fourier optical system has a focal length f FOS and a final system surface measured along an entrance side last system surface along an optical axis Length L has and the condition (L / f FOS ) <1/6 applies.

Das Fourieroptiksystem kann in einem Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie wie beschrieben oder an anderer Stelle verwendet werden. Alternativ ist es auch in anderen strahlungsführenden Systeme einsetzbar, z. B. in einer Laserbearbeitungsmaschine.The Fourier optical system can be used in a lighting system of a projection exposure machine for microlithography as described or elsewhere Place to be used. Alternatively, it is also radiative in others Systems can be used, for. B. in a laser processing machine.

Die Erfindung betrifft auch ein Lichtmischsystem zum Empfang von Licht einer primären Lichtquelle und zur Erzeugung einer im Wesentlichen homogenen zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Beleuchtungsfläche, wobei das Lichtmischsystem ein Fourieroptiksystem der genannten Art aufweist und dem Fourieroptiksystem eine im Winkelraum wirksame Lichtmischeinrichtung vorgeschaltet ist. Dadurch kann ein kompaktes Lichtmischsystem mit moderatem Bauraumbedarf bereitgestellt werden, welches in der Lage ist, eine Lichtmischung bei kleinem geometrischen Lichtleitwert im Wesentlichen ohne Einführung von geometrischem Lichtleitwert zu bewirken.The The invention also relates to a light mixing system for receiving light a primary light source and for generating a substantially homogeneous two-dimensional intensity distribution in one Illuminating surface, wherein the light mixing system is a Fourier optical system of the type mentioned and the Fourieroptiksystem one in the angular space effective light mixing device is connected upstream. This can be a compact Lichtmischsystem be provided with moderate space requirements, which is capable of a light mixture in a small geometric Optical conductivity essentially without the introduction of geometric To cause the light conductance.

Die Erfindung betrifft auch eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 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: einer primären Lichtquelle; einem Beleuchtungssystem zum Empfang des Lichtes der primären Lichtquelle und zur Formung von auf das Muster der Maske gerichteter Beleuchtungsstrahlung; und einem Projektionsobjektiv zur Abbildung der Struktur der Maske auf ein lichtempfindliches Substrat, wobei das Beleuchtungssystem mindestens ein Fourieroptiksystem der in dieser Anmeldung beschriebenen Art enthält.The The invention also relates to a microlithography projection exposure apparatus for exposing one in the area of a picture surface of a Projection lens arranged radiation-sensitive substrate with at least one image of one in the area of an object surface of the projection lens pattern of a mask with: a primary light source; a lighting system for reception the light of the primary light source and for the formation of on the pattern of the mask directed illumination radiation; and a projection lens for imaging the structure of the mask a photosensitive substrate, wherein the illumination system is at least a Fourier optical system of the type described in this application contains.

Die Begriffe „Strahlung” und „Licht” im Sinne dieser Anmeldung sind weit zu interpretieren und sollen insbesondere elektromagnetische Strahlung aus dem tiefen Ultraviolettbereich umfassen, beispielsweise bei Wellenlängen von ca. 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm oder 126 nm.The Terms "radiation" and "light" in the The meaning of this application is to be interpreted broadly and is intended in particular electromagnetic radiation from the deep ultraviolet range include, for example at wavelengths of about 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm or 126 nm.

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.The The foregoing and other features are excluded from the claims also from the description and the drawings, wherein the individual features each alone or to several in the form of subcombinations in embodiments of the Invention and other fields be realized and advantageous as well as for protectable versions can represent.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 zeigt eine schematische Übersicht einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Pupillenformungseinheit; 1 shows a schematic overview of a microlithography projection exposure apparatus with a pupil-forming unit;

2 zeigt schematisch wesentliche Komponenten einer Ausführungsform einer Pupillenformungseinheit, wobei 2A eine Übersichtsdarstellung ist und 2B, 2C schematisch eine in der Pupillenformungseinheit verwendete Mehrfachspiegelanordnung zeigen; 2 schematically shows essential components of an embodiment of a pupil-forming unit, wherein 2A an overview is and 2 B . 2C schematically show a multi-mirror arrangement used in the pupil forming unit;

3 zeigt in 3A und 3B ein Lichtmischsystem mit einem Wabenkondensor und einem nachgeschalteten Fourier-Optiksystem; 3 shows in 3A and 3B a light mixing system with a honeycomb condenser and a downstream Fourier optical system;

4 zeigt in 4A eine schematische Darstellung einer Pupillenformungseinheit mit einem Wabenkondensor und einem nachgeschaltetem, gefalteten Fourieroptiksystem und in 4B eine Pupillenformungseinheit mit einer anderen Lichtmischeinrichtung und einem nachgeschalteten, gefalteten Fourieroptiksystem; 4 shows in 4A a schematic representation of a pupil forming unit with a honeycomb condenser and a downstream folded Fourieroptiksystem and in 4B a pupil forming unit having another light mixing device and a downstream folded Fourier optical system;

5 zeigt einen meridionalen Linsenschnitt durch eine Ausführungsform eines Fourieroptiksystems, welches in der Pupillenformungseinheit verwendet werden kann, 5 shows a meridional lens section through an embodiment of a Fourier optical system which can be used in the pupil shaping unit,

6 zeigt schematisch den paraxialen Strahlengang durch ein Fourieroptiksystem; 6 shows schematically the paraxial beam path through a Fourieroptiksystem;

7 zeigt schematisch die Darstellung eines paraxialen Strahlenganges durch ein optisches System und das zugehörige Delano-Diagramm; 7 shows schematically the representation of a paraxial beam path through an optical system and the associated Delano diagram;

8 zeigt eine Darstellung eines Abstandes d zwischen zwei Punkten im Delano-Diagramm; 8th shows a representation of a distance d between two points in the Delano diagram;

9 illustriert eine energetisches Belastungsmodell für optische Elemente eines optischen Systems; 9 illustrates an energetic loading model for optical elements of an optical system;

10 zeigt ein Delano-Diagramm für ein Fourieroptiksystem mit nur einer Linse bzw. Brechkraft b; 10 shows a Delano diagram for a Fourier optical system with only one lens or refractive power b;

11 zeigt ein Delano-Diagramm für ein Fourieroptiksystem mit drei Brechkräften; 11 shows a Delano diagram for a Fourier optical system with three powers;

12 zeigt ein Delano-Diagramm eines Fourieroptiksystems mit vier Linsen bzw. Brechkräften; 12 shows a Delano diagram of a Fourier optical system with four lenses or refractive powers;

13 zeigt ein semi-quantitatives Diagramm der flächenbezogenen Strahlungsleistungsdichte S für ausgezeichnete Flächen eines Fourieroptiksystems; 13 Fig. 15 shows a semi-quantitative plot of areal radiation power density S for excellent areas of a Fourier optical system;

14 zeigt vereinfachte Delano-Diagramme für Fourieroptiksysteme mit jeweils 4 Einzellinsen und unterschiedlichen Brechkraftfolgen, nämlich pppp in 14A, pnpp in 14B und ppnp in 14C; 14 shows simplified Delano diagrams for Fourier optical systems with 4 individual lenses and different power sequences, namely pppp in 14A , pnpp in 14B and ppnp in 14C ;

15 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Fourieroptiksystems mit Zylinderlinsen; 15 shows a schematic perspective view of a Fourieroptiksystems with cylindrical lenses;

16 zeigt eine schematische Darstellung eines Fourieroptiksystems mit zugehörigem Eingangsfeld und Ausgangsfeld; 16 shows a schematic representation of a Fourieroptiksystems with associated input field and output field;

17 zeigt ein vereinfachtes Delano-Diagramm ähnlich 12 zur Illustration der belastungsoptimierten Anordnung von Linsen; 17 shows a simplified Delano diagram similar 12 to illustrate the load-optimized arrangement of lenses;

18 zeigt ein Delano-Diagramm eines rotationssymmetrischen Fourieroptiksystems mit vier Linsen und Linsenfolge pnnp. 18 shows a Delano diagram of a rotationally symmetric Fourieroptiksystems with four lenses and lens sequence pnnp.

19 zeigt ein Delano-Diagramm einer ersten Zylinderlinsengruppe mit langer Ausgangsschnittweite, welche in Bestrahlungsrichtung vor einer zweiten Zylinderlinsengruppe (20) angeordnet ist; 19 1 shows a Delano diagram of a first cylindrical lens group with a long output slice width, which in the direction of irradiation in front of a second cylindrical lens group (FIG. 20 ) is arranged;

20 zeigt ein Delano-Diagramm einer zweiten Zylinderlinsengruppe, welche in Bestrahlungsrichtung hinter einer ersten Zylinderlinsengruppe (19) angeordnet ist. 20 shows a Delano diagram of a second cylindrical lens group, which in the direction of irradiation behind a first cylindrical lens group ( 19 ) is arranged.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENTS

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 bzw. elektromagnetischer Strahlung aus dem tiefen Ultraviolettbereich (DUV) arbeitet. Als primäre Lichtquelle 102 dient ein ArF-Excimer-Laser mit einer Arbeitswellenlänge von ca. 193 nm, dessen linear polarisierter Laserstrahl koaxial zur optischen Achse 103 des Beleuchtungssystems 190 in das Beleuchtungssystem eingekoppelt wird. Andere UV-Lichtquellen, beispielsweise F2-Laser mit 157 nm Arbeitswellenlänge, ArF-Excimer-Laser mit 248 nm Arbeitswellenlänge oder Quecksilberdampflampen, z. B. mit 368 nm oder 436 nm Arbeitswellenlänge, sowie primäre Lichtquellen mit Wellenlängen unterhalb 157 nm sind ebenfalls möglich.In 1 is an example of a microlithography projection exposure apparatus 100 which can be used in the manufacture of semiconductor devices and other finely-structured components and works to achieve resolutions down to fractions of a micron with light or electromagnetic ultraviolet radiation (DUV). As a primary light source 102 serves an ArF excimer laser with a working wavelength of about 193 nm, the linearly polarized laser beam coaxial with the optical axis 103 of the lighting system 190 is coupled into the lighting system. Other UV light sources, for example, F 2 laser with 157 nm working wavelength, ArF excimer laser with 248 nm operating wavelength or mercury vapor lamps, z. B. with 368 nm or 436 nm operating wavelength, and primary light sources with wavelengths below 157 nm are also possible.

Das polarisierte Licht der Lichtquelle 102 tritt zunächst in einen Strahlaufweiter 104 ein, der beispielsweise als Spiegelanordnung gemäß der US 5,343,489 ausgebildet sein kann und zur Kohärenzreduktion und Vergrößerung des Strahlquerschnitts dient.The polarized light of the light source 102 first enters a beam expander 104 a, for example, as a mirror arrangement according to the US 5,343,489 may be formed and used to reduce the coherence and increase the beam cross section.

Der aufgeweitete Laserstrahl hat eine bestimmte Querschnittsfläche mit einem Flächeninhalt beispielsweise im Bereich zwischen 100 mm2 und 1.000 mm2 und eine bestimmte Querschnittsform, beispielsweise eine quadratische Querschnittsform. Die Divergenz des aufgeweiteten Laserstrahls ist in der Regel kleiner als die sehr geringe Divergenz des Laserstrahls vor der Strahlaufweitung. Die Divergenz kann z. B. zwischen ca. 1 mrad und ca. 3 mrad liegen.The expanded laser beam has a certain cross-sectional area with an area, for example, in the range between 100 mm 2 and 1,000 mm 2 and a certain cross-sectional shape, for example, a square cross-sectional shape. The divergence of the expanded laser beam is usually smaller than the very small divergence of the laser beam before beam expansion. The divergence can z. B. between about 1 mrad and about 3 mrad lie.

Der aufgeweitete Laserstrahl tritt in eine Pupillenformungseinheit 150 ein, die eine Vielzahl optischer Komponenten und Gruppen enthält und dazu ausgelegt ist, in einer nachfolgenden Pupillenformungsfläche 110 des Beleuchtungssystems 190 eine definierte, örtliche (zweidimensionale) Beleuchtungsintensitätsverteilung zu erzeugen, die manchmal auch als sekundäre Lichtquelle oder als „Beleuchtungspupille” bezeichnet wird. Die Pupillenformungsfläche 110 ist eine Pupillenfläche des Beleuchtungssystems.The expanded laser beam enters a pupil-forming unit 150 including a plurality of optical components and groups and configured to be in a subsequent pupil shaping surface 110 of the lighting system 190 to generate a defined, local (two-dimensional) illumination intensity distribution, sometimes referred to as a secondary light source or as an "illumination pupil". The pupil shaping surface 110 is a pupil surface of the illumination system.

Die Pupillenformungseinheit 150 ist variabel einstellbar, so dass in Abhängigkeit von der Ansteuerung der Pupillenformungseinheit unterschiedliche lokale Beleuchtungsintensitätsverteilungen (d. h. unterschiedlich strukturierte sekundäre Lichtquellen) eingestellt werden können. In 1 sind verschiedene Ausleuchtungen der kreisförmigen Beleuchtungspupille beispielhaft schematisch gezeigt, nämlich ein konventionelles Setting CON mit zentriertem, kreisförmigem Beleuchtungsfleck, eine Dipolbeleuchtung DIP oder eine Quadrupolbeleuchtung QUAD.The pupil shaping unit 150 is variably adjustable, so that depending on the control of the pupil shaping unit different local illumination intensity distributions (ie differently structured secondary light sources) can be adjusted. In 1 For example, various illuminations of the circular illumination pupil are shown schematically by way of example, namely a centered circular illumination spot convention setting CON, a dipole illumination DIP or a quadrupole illumination QUAD.

In unmittelbarer Nähe der Pupillenformungsfläche 110 ist ein 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.In the immediate vicinity of the pupil shaping surface 110 is an optical raster element 109 arranged. A coupling optics arranged behind it 125 transfers the light to an intermediate field level 121 in which a reticle / masking system (REMA) 122 is arranged, which serves as an adjustable field stop.

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 Einkoppeloptik 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 erzeugte 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 Homogenisierungselement auch der Homogenisierung der Feldausleuchtung, so dass auf ein geson dertes 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.The optical raster element 109 has a two-dimensional array of diffractive or refractive optical elements and has several functions. On the one hand, the incoming radiation is shaped by the raster element so that, after passing through the subsequent coupling optics 125 in the area of the field level 121 a rectangular illumination field illuminates. The grid element, also known as field-defining element (FDE) 109 with rectangular radiation characteristic generates the majority of the light conductance and adapts it to the desired field size and field shape in the mask plane 165 optically conjugate field level 121 , The grid element 109 can be designed as a prism array, in which arranged in a two-dimensional field prisms locally introduce certain angles to the field level 121 to illuminate as desired. The through the coupling optics 125 The generated Fourier transform causes each specific angle at the exit of the raster element to a location in the field plane 121 corresponds, while the location of the grid element, ie its position with respect to the optical axis 103 , the illumination angle in the field level 121 certainly. The outgoing of the individual raster elements beam bundles are superimposed in the field level 121 , It is also possible to design the field-defining element in the manner of a multi-stage honeycomb condenser with microcylinder lenses and lenses. By suitable design of the grid element 109 or its individual elements can be achieved that the rectangle field at the field level 121 is illuminated substantially homogeneously. The grid element 109 thus serves as Feldformungs- and homogenizing element and the homogenization of the field illumination, so that can be dispensed with a geson dertes light mixing element, for example acting on multiple internal reflection integrator rod or a honeycomb condenser. As a result, the optical structure in this area is particularly compact axially.

Das nachfolgende Abbildungsobjektiv 140 (auch REMA-Objektiv genannt) bildet die Zwischenfeldebene 121 mit der Feldblende 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 zu dieser Objektebene optisch konjugierten 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 Fourier-transformierte Fläche zur Austrittsebene 165 des Beleuchtungssystems ist. Bei anderen Ausführungsformen wird im Abbildungsobjektiv mindestens ein Zwischenbild erzeugt. 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. Zwischen der Zwischenfeldebene 121 und der Bildebene 165 des Abbildungsobjektivs können strahlungsbeeinflussende Elemente angeordnet sein, beispielsweise polarisationsbeeinflussende Elemente zur Einstellung eines definierten Polarisationszustandes der Beleuchtungsstrahlung.The following imaging lens 140 (also called REMA lens) forms the intermediate field plane 121 with the field stop 122 on the reticle 160 (Mask, lithographic master) from a scale, the z. B. between 2: 1 and 1: 5 and in the embodiment is about 1: 1. The image is taken without an intermediate image, so that between the intermediate field level 121 representing the object plane of the imaging lens 140 corresponds, and the image plane optically conjugate to this object plane 165 of the imaging lens, the exit plane of the illumination system and at the same time the object plane of a subsequent projection objective 170 corresponds to exactly one pupil surface 145 which is a Fourier transformed surface to the exit plane 165 of the lighting system. In other embodiments, at least one intermediate image is generated in the imaging lens. One between this pupil surface 145 and the image surface arranged at 45 ° to the optical axis 103 inclined deflecting mirror 146 makes it possible to install the relatively large lighting system (several meters in length) horizontally and the reticle 160 store horizontally. Between the intermediate field level 121 and the picture plane 165 of the imaging objective, radiation-influencing elements can be arranged, for example polarization-influencing elements for setting a defined polarization state of the illumination radiation.

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 ange ordnet, dass das am Retikel angeordnete Muster 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.Those optical components that the light of the laser 102 receive and form from the light illuminating radiation that is on the reticle 160 directed, belong to the lighting system 190 the projection exposure system. Behind the lighting system is a device 171 for holding and manipulating the reticle 160 arranged so that the pattern arranged on the reticle in the object plane 165 of the projection lens 170 is located and in this plane for scanner operation in a scan direction (y-direction) perpendicular to the optical axis 103 (Z direction) is movable by means of a scan drive.

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.Behind the reticle plane 165 follows the projection lens 170 , which acts as a reduction lens and an image of the mask 160 arranged pattern on a reduced scale, for example, on a scale of 1: 4 or 1: 5, on a wafer coated with a photoresist layer or photoresist layer 180 whose photosensitive surface is in the image plane 175 of the projection lens 170 lies. Refractive, catadioptric or catoptric projection lenses are possible. Other reduction measures, for example, greater reductions to 1:20 or 1: 200, are possible.

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 (z. B. refraktiv katadioptrisch oder katoptrisch, ohne Zwischenbild oder mit Zwischenbild, gefaltet oder ungefaltet) können diese Bewegungen 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.The substrate to be exposed, which in the example is a semiconductor wafer 180 is through a facility 181 held, which includes a scanner drive to synchronize the wafer with the reticle 160 to move perpendicular to the optical axis. Depending on the design of the projection lens 170 (For example, refractive catadioptric or catoptric, without intermediate image or with intermediate image, folded or unfolded) these movements can be parallel to each other or counterparallel. The device 181 which is also referred to as Waferstage, as well as the facility 171 , also referred to as "reticle days", are part of a scanner device which is controlled via a scan control device.

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.The pupil shaping surface 110 is at or near a position that is optically conjugate to the next succeeding pupil surface 145 as well as the image-side pupil surface 172 of the projection lens 170 is. Thus, the spatial (local) light distribution in the pupil 172 of the projection lens by the spatial light distribution (spatial distribution) in the pupil shaping surface 110 of the lighting system. Between the pupil surfaces 110 . 145 . 172 In each case there are field surfaces in the optical beam path which are Fourier-transformed surfaces to the respective pupil surfaces. This means in particular that a defined spatial distribution of illumination intensity in the pupil shaping surface 110 a certain angular distribution of the illumination radiation in the area of the subsequent field surface 121 which in turn gives a certain angular distribution to the reticle 160 falling illumination radiation corresponds.

In 2 sind schematisch wesentliche Komponenten einer Ausführungsform einer Pupillenformungseinheit 150 gezeigt. Das eintretende, aufgeweitete Laserstrahlungsbündel 105 wird durch eine planen Umlenkspiegel 151 in Richtung auf einen Wabenkondensor (fly eyes lens) 152 umgelenkt, der das eintreffende Strahlungsbündel in Teil-Beleuchtungsstrahlbündel zerlegt, die nachfolgend durch ein Fourieroptiksystem 500 auf ein Linsenarray 155 d. h. auf eine zweidimensionale Feldanordnung von Linsensystemen übertragen werden. Das Linsenarray 155 konzentriert die Teil-Beleuchtungsstrahlbündel 156 auf individuell ansteuerbare Spiegelelemente einer Mehrfachspiegelanordnung 300 (multi-mirror-array, MMA), welche im Zusammenhang mit 2B und 2C noch näher erläutert wird. Die Mehrfachspiegelanordnung wird hier als reflektive Lichtmodulationseinrichtung zur steuerbaren Veränderung der Winkelverteilung des auf die Lichtmodulationseinrichtung einfallenden Strahlungsbündels betrieben und sorgt durch die Ausrichtung seiner Einzelspiegel 302 für eine mit Hilfe der Mehrfachspiegelanordnung definierbare Beleuchtungswinkelverteilung, die sich in der Pupillenformungsfläche 110 zu einer Intensitätsverteilung in dieser Pupillenfläche überlagert. Die einzelnen Spiegel 302 der Mehrfachspiegelanordnung, welche an einem gemeinsamen Trägerelement 301 angebracht sind, sind um eine oder mehrere Achsen zur Veränderung des Ausbreitungswinkels der auftreffenden Teil-Beleuchtungsstrahlbündel 156 verkippbar. Die von den Einzelspiegeln 302 ausgehenden Teil-Beleuchtungsstrahlbündel werden durch eine Streuscheibe 157 hindurchgeführt und mittels einer nachfolgenden Kondensoroptik 158 in die Pupillenformungsfläche 110 abgebildet. Das Linsenarray 155 und/oder die Mikrospiegelanordnung 300 können im Wesentlichen so konstruiert sein, wie es in der US 2007/0165202 A1 der Anmelderin beschrieben ist. Die diesbezügliche Offenbarung dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Auch transmittierende Lichtmodulationseinrichtungen sind möglich.In 2 are schematically essential components of an embodiment of a pupil shaping unit 150 shown. The entering, expanded laser beam 105 is through a plane deflecting mirror 151 towards a honeycomb condenser (fly eyes lens) 152 deflecting the incoming radiation beam into sub-illumination beams which are subsequently separated by a Fourier optical system 500 on a lens array 155 ie transferred to a two-dimensional array of lens systems. The lens array 155 concentrates the part-illumination beam 156 on individually controllable mirror elements of a multi-mirror arrangement 300 (multi-mirror-array, MMA), which is related to 2 B and 2C will be explained in more detail. The multiple mirror arrangement is here operated as a reflective light modulation device for the controllable change of the angular distribution of the radiation beam incident on the light modulation device and ensures by the alignment of its individual mirrors 302 for a definable by means of the multi-mirror arrangement illumination angle distribution, which is in the Pupillenformungsfläche 110 superimposed on an intensity distribution in this pupil surface. The individual mirrors 302 the multi-mirror arrangement, which on a common carrier element 301 are attached are about one or more axes for varying the propagation angle of the incident partial illumination beam 156 tiltable. The of the individual mirrors 302 outgoing partial illumination beam are through a lens 157 guided and by means of a subsequent condenser optics 158 into the pupil shaping surface 110 displayed. The lens array 155 and / or the micromirror arrangement 300 can essentially be constructed as it is in the US 2007/0165202 A1 the applicant is described. The related disclosure of this patent application is incorporated herein by reference. Also transmissive light modulation devices are possible.

Die 3A, 3B zeigen schematisch einige Baugruppen der Pupillenformungseinheit 150, die sich zwischen dem optionalen Umlenkspiegel 151 und der Mehrfachspiegelanordnung 300 befinden. Auf die Darstellung des optionalen Linsenarrays 155 wurde verzichtet. 3A zeigt, wie ein einzelnes, durch einen Kanal des Wabenkondensors 152 geleitetes Teil-Beleuchtungsstrahlbündel mit Hilfe des Wabenkondensors und des nachfolgenden Fourieroptiksystems 500 auf die Mehrfachspiegelanordnung 300 abgebildet wird. Das Fourieroptiksystem wird hier als Kondensor betrieben und so angeordnet, dass sich die zweite Wabenkanalplatte 152A des Wabenkondensors in der eintrittsseitigen (vorderen) Brennebene und die Mehrfachspiegelanordnung 300 in der austrittsseitigen (hinteren) Brennebene des Fourieroptiksystems 500 befindet. Zur Verdeutlichung sind die Strahlengänge ausgewählter Strahlen des Teil-Beleuchtungsstrahlbündels in Form von durchgezogenen bzw. gestrichelten Linien dargestellt, die optische Achse 103 ist strichpunktiert. Die durchgezogenen Linien stellen diejenigen Strahlen des Teil-Beleuchtungsstrahlbündels dar, die den entsprechenden Wabenkanal des Wabenkondensors 152 und einem größtmöglichen Winkel treffen. Die gestrichelten Linien stellen dagegen diejenigen Strahlen dar, die den einzelnen Wabenkanal parallel zur optischen Achse und somit unter einem kleinstmöglichen Winkel treffen. Somit ist die Divergenz des Teil-Beleuchtungsstrahlbündels vor dem Wabenkondensor gegeben durch den vollen Öffnungswinkel zwischen den Abbildungsstrahlengängen der durchgezogenen Linien. Die eintrittsseitige Divergenz DIVE ist in 3A symbolisch durch einen ausgefüllten Kreis dargestellt, dessen ausgefüllte Fläche ein Maß für die Divergenz des Teil-Bleuchtungsstrahlbündels sein soll.The 3A . 3B show schematically some assemblies of the pupil forming unit 150 extending between the optional deflecting mirror 151 and the multi-mirror assembly 300 are located. On the representation of the optional lens array 155 was waived. 3A shows as a single, through a channel of the honeycomb condenser 152 guided partial illumination beam using the honeycomb condenser and the subsequent Fourieroptiksystems 500 on the multiple mirror arrangement 300 is shown. The Fourier optical system is operated here as a condenser and arranged so that the second honeycomb channel plate 152A the honeycomb condenser in the entrance (front) focal plane and the multi-mirror arrangement 300 in the exit (rear) focal plane of the Fourier optical system 500 located. For clarity, the beam paths of selected beams of the sub-illumination beam are shown in the form of solid and dashed lines, the optical axis 103 is dot-dashed. The solid lines represent those rays of the sub-illumination beam that make up the corresponding honeycomb channel of the honeycomb condenser 152 and hit the highest possible angle. On the other hand, the dashed lines represent those rays which strike the individual honeycomb channel parallel to the optical axis and thus at the smallest possible angle. Thus, the divergence of the sub-illumination beam is present the honeycomb condenser given by the full aperture angle between the imaging beam paths of the solid lines. The entry-side divergence DIV E is in 3A symbolically represented by a solid circle whose filled area is to be a measure of the divergence of the part-Bleuchtungsungsstrahlbündels.

In Durchstrahlungsrichtung hinter dem Wabenkondensor 152, also nach dem Wabenkondensor, sind es die Abbildungsstrahlengänge der gestrichelten Linien, die die Divergenz des Teilbeleuchtungsstrahlbündels stimmen. Diese austrittsseitige Divergenz DIVA ist wiederum symbolisch in Form eines ausgefüllten Kreises dargestellt, dessen Fläche größer ist als diejenige des die eintrittsseitige Divergenz repräsentierenden Kreises, wodurch die divergenz-erhöhende Wirkung des Wabenkondensors 152 verdeutlicht wird.In the direction of transmission behind the honeycomb condenser 152 That is, after the honeycomb condenser, it is the imaging beam paths of the dashed lines that tune the divergence of the sub-illumination beam. This exit-side divergence DIV A is again represented symbolically in the form of a filled circle whose area is greater than that of the circle representing the entry-side divergence, as a result of which the divergence-increasing effect of the honeycomb condenser 152 is clarified.

In 3B zeigt im Gegensatz zu 3A die Darstellung zweier Teil-Beleuchtungsstrahlenbündel, die durch unterschiedliche Wabenkanäle des Wabenkondensors geführt werden. Beide Teil-Beleuchtungsstrahlengänge repräsentieren Abbildungsstrahlengänge von Beleuchtungsstrahlen, die parallel zur optischen Achse verlaufen und somit senkrecht auf den Wabenkondensor treffen. Es ist erkennbar, dass die durch unterschiedliche Wabenkanäle geführten Teil-Belichtungsstrahlbündel mit Hilfe des Fourieroptiksystems 500 im Bereich der Mehrfachspiegelanordnung 300 überlagert werden. Die Abbildungsstrahlengänge überlagern sich am gleichen Ort auf der Mehrfachspiegelanordnung 300, obwohl sie aus zwei verschiedenen Wabenkanälen stammen.In 3B shows in contrast to 3A the representation of two partial illumination beams, which are guided by different honeycomb channels of the honeycomb condenser. Both partial illumination beam paths represent imaging beam paths of illumination beams that run parallel to the optical axis and thus meet perpendicular to the honeycomb condenser. It can be seen that the sub-exposure beam guided through different honeycomb channels with the aid of the Fourier optical system 500 in the area of the multiple mirror arrangement 300 be superimposed. The imaging beam paths are superimposed at the same location on the multiple mirror array 300 although they come from two different honeycomb channels.

Besitzen die beiden dargestellten Teil-Beleuchtungsstrahlenbündel eine räumliche Kohärenz zueinander, so kann dies bei hoher räumlicher Kohärenz dazu führen, dass sich bei der Überlagerung auf den Mehrfachspiegelanordnung periodische Intensitätsschwankungen über die Mehr fachspiegelanordnung hinweg ergeben, die schematisch durch eine Intensitätsfunktion 310 dargestellt sind. In den Strahlengang können daher ein oder mehrere kohärenzreduzierende Elemente eingefügt sein, beispielsweise geeignete Phasenelemente 153 im Bereich des Wabenkondensors. Ein Phasenelement kann so ausgelegt sein, dass es die relativen Phasen unterschiedlicher Teil-Belichtungsstrahlbündel im Bereich des Wabenkondensors unterschiedlich beeinflusst und daher diese gegeneinander in der Phase verschiebt, so dass sich im Bereich der Überlagerung bei der Mehrfachspiegelanordnung eine Überlagerung von vielen periodischen Funktionen ergibt, die insgesamt zu einer erheblichen Reduzierung des Ausmaßes der Intensitätsschwankungen im Bereich der Mehrfachspiegelanordnung führen.If the two partial illumination beam bundles shown have a spatial coherence with one another, this can lead, with high spatial coherence, to overlapping periodic intensity fluctuations over the multiple mirror arrangement when superposed onto the multiple mirror arrangement, which is schematically represented by an intensity function 310 are shown. One or more coherence-reducing elements can therefore be inserted in the beam path, for example suitable phase elements 153 in the area of the honeycomb condenser. A phase element can be designed such that it influences the relative phases of different partial exposure beams differently in the region of the honeycomb condenser and therefore shifts them in phase relative to one another, so that in the region of the superimposition in the multiple mirror arrangement an overlapping of many periodic functions results overall lead to a significant reduction in the magnitude of the intensity variations in the area of the multi-mirror array.

Der Einsatz von Phasenelementen ist beispielsweise in der am 21. Dezember 2007 eingereichten US Provisional-Anmeldung mit Serial No. 61/015918 der Anmelderin erläutert, deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird.Of the Use of phase elements is, for example, in the December 21st US Provisional Application filed in 2007 with serial no. 61/015918 the applicant, the disclosure of which by reference is made to the content of the description.

Zur Optimierung von Lithographieprozessen ist es in der Regel gewünscht, die zweidimensionale Intensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems mit hoher Genauigkeit und großer örtlicher Auflösung einzustellen. Wenn zur Strukturierung der Beleuchtungspupille eine Lichtmodulationseinrichtung mit einer zweidimensionalen Feldanordnung individuell ansteuerbarer Einzelelemente verwendet wird, mit deren Hilfe die Winkelverteilung der auftreffenden Strahlung verändert werden kann (wie z. B. Mehrfachspiegelanordnung 300), so lässt sich die räumliche Auflösung durch eine entsprechend große Anzahl von Einzelelementen mit angepasster Wirkungscharakteristik erreichen. So kann beispielsweise die Mehrfachspiegelanordnung mehr als 500 oder mehr als 1.000 oder mehr als 2.000 oder mehr als 4.000 ansteuerbare Einzelelemente enthalten. Andererseits wird die Konstruktion aufwändiger und die Baugröße größer, je mehr Einzelele mente untergebracht werden sollen, so dass die obere Grenze für die Anzahl von Einzelelementen aus praktischen Gründen häufig bei einigen 10.000 Einzelelementen liegt, beispielsweise bei weniger als 80.000 oder weniger als 60.000 oder weniger als 40.000 Einzelelementen. Lichtmodulationseinrichtungen mit hoher Ortsauflösung haben daher in der Regel eine Flächenausdehnung, die mindestens einen oder mehrere Quadratzentimeter beträgt und beispielsweise zwischen ca. 2 cm2 und 80 cm2 bis 100 m2 oder mehr liegen kann.In order to optimize lithography processes, it is usually desirable to set the two-dimensional intensity distribution in the pupil shaping surface of the illumination system with high accuracy and high spatial resolution. If a light modulation device with a two-dimensional field arrangement of individually controllable individual elements is used for structuring the illumination pupil, with the aid of which the angular distribution of the incident radiation can be changed (such as, for example, multiple mirror arrangement 300 ), the spatial resolution can be achieved by a correspondingly large number of individual elements with adapted effect characteristics. For example, the multi-mirror arrangement may contain more than 500 or more than 1,000 or more than 2,000 or more than 4,000 controllable individual elements. On the other hand, the design becomes more complex and the size becomes larger as more individual elements are to be accommodated, so that the upper limit of the number of individual elements is practically some tens of thousands of individual elements for practical reasons, for example less than 80,000 or less than 60,000 or less 40,000 individual elements. Light modulation devices with high spatial resolution therefore generally have a surface area which is at least one or more square centimeters and may for example be between about 2 cm 2 and 80 cm 2 to 100 m 2 or more.

Um eine vollständige Ausleuchtung aller für die Nutzung vorgesehenen Einzelelemente der Lichtmodulationseinrichtung zu erreichen, ist es somit erforderlich, dass der Querschnitt des Beleuchtungsstrahlbündels an die zu beleuchtende Querschnittsfläche der Lichtmodulationseinrichtung angepasst wird. Bei einem in die Pupillenformungseinheit eintretenden Laserstrahlbündel mit typischen Querschnittsflächen von beispielsweise 10 bis 100 mm2 wird somit eine Anpassung des Strahlquerschnitts an die auszuleuchtende Größe der Lichtmodulationseinrichtung erforderlich. Diese Aufgabe wird bei den beschriebenen Ausführungsformen durch das Fourieroptiksystem 500 übernommen, welches im Folgenden näher erläutert wird.In order to achieve complete illumination of all individual elements of the light modulation device intended for use, it is thus necessary for the cross section of the illumination beam to be adapted to the cross-sectional area of the light modulation device to be illuminated. In the case of a laser beam bundle entering the pupil shaping unit with typical cross-sectional areas of, for example, 10 to 100 mm 2 , an adaptation of the beam cross section to the size of the light modulator device to be illuminated is thus required. This object is achieved in the described embodiments by the Fourier optical system 500 taken over, which is explained in more detail below.

4 zeigt hierzu in 4A eine schematische Darstellung der Pupillenformungseinheit mit Wabenkondensor 152, Fourieroptiksystem 500, Linsenarray 155 und Mikrospiegelanordnung 300. Das Fourieroptiksystem ist aus Bauraumgründen Z-förmig gefaltet, wozu zwei Umlenkprismen 501, 502 mit planaren reflektierenden Umlenkspiegelflächen im Strahlengang angeordnet sind. 4B zeigt eine Variante, bei der der Wabenkondensor durch eine andere Lichtmischeinrichtung 152A ersetzt wurde, die beispielsweise einen Stabintegrator oder eine Lichtleitfaser oder ein entsprechendes Lichtleitfaserbündel enthalten kann. Das Fourieroptiksystem 500 ist so ausgelegt, dass es in der Lage ist, ein Eingangsstrahlbündel mit kleiner Divergenz umzuformen in ein Strahlbündel mit relativ großem Querschnitt. Hierzu werden die relativ kleinen eingangsseitigen Strahlwinkel in Strahlhöhen an der Austrittsseite des Fourieroptiksystems umgesetzt. 4 shows in 4A a schematic representation of the pupil forming unit with honeycomb condenser 152 , Fourier optics system 500 , Lens array 155 and micromirror arrangement 300 , The Fourieroptiksystem is folded for reasons of space Z-shaped, including two deflection prisms 501 . 502 are arranged with planar reflecting Umlenkspiegelflächen in the beam path. 4B shows a variant in which the honeycomb condenser by another light mixing device 152A has been replaced, which may contain, for example, a rod integrator or an optical fiber or a corresponding fiber optic bundle. The Fourier optical system 500 is designed so that it is able to transform an input beam with small divergence into a beam of relatively large cross-section. For this purpose, the relatively small input-side beam angles are converted into beam heights on the outlet side of the Fourier optical system.

Anhand des Ausführungsbeispiels eines Fourieroptiksystems 500 in 5 werden im Folgenden Aufbau und Funktion eines Fourieroptiksystems 500 näher erläutert, welches für die Verwendung als Strahlanpassungssystem im Beleuchtungssystem einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage ausgelegt ist. Das Fourieroptiksystem transformiert die mit sehr kleinem Lichtleitwert und hoher Leistung vorliegende Strahlungsleistungsverteilung, welche in der Eintrittsebene 510 bzw. Senderebene des Fourieroptiksystems vorliegt, unter Erhaltung dieses Lichtleitwertes in die zur Eintrittsebene Fourier-transformierte Austrittsebene 520, die auch als Empfängerebene bezeichnet werden kann. Die Empfängerebene 520 kann bei dem in das Beleuchtungssystem eingebauten Fourieroptiksystem z. B. in der Nähe des Linsenarrays 155 liegen. Das durchtretende Strahlbündel definiert dabei in der Eintrittsebene eine Eintrittsfläche 511 und in der Austrittsebene eine Austrittsfläche 521, die über eine Fourier-Transformation in Beziehung zur Eintrittsfläche steht. Die lokale Strahlungsleistungsverteilung jedes einzelnen Flächenelementes in der Eintrittsfläche 511 wird dabei auf die gesamte Fläche der Austrittsfläche verteilt, so dass die aus den eintrittsseitigen Flächenelementen stammende Strahlungsleistung jeweils in der Austrittsfläche additiv überlagert werden. Dadurch ergibt sich eine Homogenisierung der lokalen Strahlungsleistung.With reference to the embodiment of a Fourieroptiksystems 500 in 5 In the following, the structure and function of a Fourier optical system will be described 500 which is designed for use as a beam adjustment system in the illumination system of a microlithography projection exposure apparatus. The Fourier optical system transforms the radiation power distribution, which is present with very low optical conductivity and high power, in the entrance plane 510 or transmitter level of the Fourier optical system is present, while maintaining this Lichtleitwertes in the entry plane to the Fourier-transformed exit plane 520 , which can also be referred to as the recipient level. The receiver level 520 can in the built-in lighting system Fourieroptiksystem z. B. in the vicinity of the lens array 155 lie. The penetrating beam defines an entrance surface in the entry plane 511 and in the exit plane an exit surface 521 which is related to the entrance surface via a Fourier transformation. The local radiation power distribution of each individual surface element in the entrance surface 511 In this case, it is distributed over the entire surface of the exit surface, so that the radiation power originating from the entry-side surface elements is superimposed additively in each case in the exit surface. This results in a homogenization of the local radiation power.

Das Fourieroptiksystem 500, im Folgenden auch kurz als „F-Optik” bezeichnet, hat fünf Linsen und keine weiteren optischen Elemente mit Brechkraft, ist also rein refraktiv aufgebaut. Die Linsen sind in zwei zueinander beabstandeten Linsengruppen LG1, LG2 angeordnet. Die eintrittsseitige erste Linsengruppe LG1 hat eine eintrittsseitige erste Linse L1-1 mit positiver Brechkraft (Positivlinse, p-Linse) in Form einer Bikon vexlinse und eine austrittsseitige zweite Linse L1-2 mit negativer Brechkraft (Negativlinse, n-Linse) in Form einer austrittsseitig konkaven Negativ-Meniskuslinse. Die mit großem Abstand d dahinter angeordnete zweite Linsengruppe LG2 hat eine eintrittsseitige erste Linse L2-1 mit negativer Brechkraft in Form einer Bikonkavlinse, und zwei austrittsseitige zweite Linsen, nämlich eine eintrittsseitig konkave Positiv-Meniskuslinse L2-2 und eine nachfolgende bikonvexe Positiv-Linse L2-3, welche die austrittsseitig letzte Linse des Fourieroptiksystems bildet.The Fourier optical system 500 , hereinafter also referred to as "F-optics" for short, has five lenses and no further optical elements with refractive power, so it is constructed purely refractive. The lenses are arranged in two spaced-apart lens groups LG1, LG2. The entrance-side first lens group LG1 has an entrance-side first lens L1-1 with positive refractive power (positive lens, p-lens) in the form of a biconical lens and an exit-side second lens L1-2 with negative refractive power (negative lens, n-lens) in the form of an exit side concave negative meniscus lens. The second lens group LG2 arranged at a large distance d has an entrance-side first negative-power lens L2-1 in the form of a biconcave lens, and two exit-side second lenses, namely an entrance-side concave positive meniscus lens L2-2 and a subsequent biconvex positive lens L2 -3, which forms the exit side last lens of the Fourieroptiksystems.

Die Systemdaten sind in Tabelle A angegeben. Die Spalte „Radius” bezeichnet den Krümmungsradius der jeweiligen Flächen, die Spalte „Dicke” die Mittendicke auf der optischen Achse. Tabelle A Abstand d Fläche Radius r Gruppe Element [mm] [mm] Form Dicke[mm] Material LG1 L1-1 S1 276 konvex 10 SiO2 S2 3910 konvex 300 LG1 L1-2 S3 154 konvex 3 S4 67.66 konkav SiO2 1254 LG2 L2-1 S5 73.45 konkav 4 SiO2 S6 21.76 konkav 182 LG2 L2-2 S7 403.8 konkav 12 SiO2 S8 133.6 konvex 56 LG2 L2-3 S9 771.4 konvex 15 SiO2 S10 307.5 konvex The system data is given in Table A. The column "radius" indicates the radius of curvature of the respective surfaces, the column "thickness" the center thickness on the optical axis. Table A Distance d area Radius r group element [Mm] [Mm] shape Thickness [mm] material LG1 L1-1 S1 276 convex 10 SiO2 S2 3910 convex 300 LG1 L1-2 S3 154 convex 3 S4 67.66 concave SiO2 1254 LG2 L2-1 S5 73.45 concave 4 SiO2 S6 21.76 concave 182 LG2 L2-2 S7 403.8 concave 12 SiO2 S8 133.6 convex 56 LG2 L2-3 S9 771.4 convex 15 SiO2 S10 307.5 convex

Zwischen den Scheitelpunkten der eintrittsseitigen ersten Systemfläche S1 der schwach positiven ersten Linse L1-1 und der konvexen, austrittsseitigen letzten Systemfläche S10 der austrittsseitigen Positivlinse besteht ein Abstand L, der die physikalische Baulänge des Fourieroptiksystems angibt. Zwischen der austrittsseitigen letzten Systemfläche S4 der ersten Linsengruppe LG-1 und der eintrittsseitigen ersten Systemfläche S5 der zweiten Linsengruppe besteht ein Gruppenabstand dG, der um ein Vielfaches größer ist als die entsprechend definierten Gruppenbaulängen der Linsengruppe LG-1 bzw. der zweiten Linsengruppe LG-2.There is a distance L between the vertexes of the entry-side first system surface S1 of the weakly positive first lens L1-1 and the convex, exit-side last system surface S10 of the exit-side positive lens, which indicates the physical length of the Fourier optical system. Between the exit Side last system area S4 of the first lens group LG-1 and the entry-side first system surface S5 of the second lens group is a group distance d G , which is many times greater than the correspondingly defined group lengths of the lens group LG-1 and the second lens group LG-2.

Bei dem Fourieroptiksystem 500 befindet sich die Eintrittsebene bzw. Senderebene 510 im vorderen Brennpunkt des Fourier-optischen Übertragers 500, während sich die Austrittsebene bzw. Empfängerebene 520 im hinteren Brennpunkt des Übertragers 500 befindet. Damit entspricht der Abstand A zwischen Eintrittsebene und Austrittsebene den Brennebenenabstand des optischen SystemsIn the Fourier optical system 500 is the entry level or sender level 510 in the front focal point of the Fourier optical transmitter 500 while the exit level or receiver level 520 in the rear focal point of the transformer 500 located. Thus, the distance A between the entrance plane and the exit plane corresponds to the focal plane distance of the optical system

Das Ausführungsbeispiel hat einen Brennebenenabstand A = 1.750 mm und eine Baulänge L = 1665 mm. Der Gruppenabstand dG zwischen den Linsengruppen LG1, LG2 beträgt 1.254 mm. Das Fourieroptiksystem hat eine Brennweite fFOS von 25.000 mm. Es gilt folgende Brechkraftverteilung in Dioptrien [m–1]: L1-1: 2.0; L1-2: –4.0; L2-1: –30; L2-2: 2.50; L2-3:2.50; Gesamtbrechkraft: 0.040.The embodiment has a focal plane distance A = 1,750 mm and a length L = 1665 mm. The group distance d G between the lens groups LG1, LG2 is 1.254 mm. The Fourier optical system has a focal length f FOS of 25,000 mm. The following power distribution it is in diopters [m-1]: L1-1: 2.0; L1-2: -4.0; L2-1: -30; L2-2: 2.50; L2-3: 2:50; Total refractive power: 0.040.

Diese Werte belegen exemplarisch eine erste Besonderheit dieses Typs eines Fourieroptiksystems. Bekanntlich führt eine dünne Positivlinse eine Fouriertransformation zwischen seiner vorderen Brennebene und seiner hinteren Brennebene mit einer Brennweite f aus, wobei dann der Abstand zwischen vorderer und hinterer Brennebene dem doppelten der Brennweite entspricht, also einem Brennebenenabstand 2f. Bei einer Brennweite von 25.000 mm (wie bei der Ausführungsform des Fourieroptiksystems 500) würde sich somit ein Brennebenenabstand von 50.000 mm ergeben. Der Brennebenenabstand A = 1.750 mm des Ausführungsbeispieles ist demgegenüber um ein Vielfaches kleiner, so dass das Fourieroptiksystem im Vergleich zu seiner großen Brennweite axial sehr kompakt gebaut ist. Dies ist eine der Voraussetzungen, die es er möglichen, ein solches Fourieroptiksystem in ein Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage zu integrieren.These values exemplify a first particularity of this type of Fourier optical system. As is known, a thin positive lens performs a Fourier transformation between its front focal plane and its rear focal plane with a focal length f, in which case the distance between the front and rear focal plane corresponds to twice the focal length, ie a focal plane distance 2f. With a focal length of 25,000 mm (as in the embodiment of the Fourier optical system 500 ) would thus result in a focal plane distance of 50,000 mm. In contrast, the focal plane distance A = 1.750 mm of the exemplary embodiment is smaller by a multiple, so that the Fourier optical system is built axially very compact compared to its long focal length. This is one of the prerequisites that makes it possible to integrate such a Fourier optical system into a lighting system of a projection exposure apparatus.

Weitere, bei der Auslegung eines Fourieroptiksystems zu berücksichtigende Randbedingungen ergeben sich daraus, dass das Fourieroptiksystem innerhalb des Beleuchtungssystems einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage als Strahlführungssystem für hochenergetische Laserstrahlung arbeiten soll. Innerhalb des Fourier-optischen Systems wird die zu übertragende Leistung durch optische Elemente mit relativ kleiner Fläche geführt, was hohe lokale Strahlungsleistungen zur Folge hat. Das für die Linsen verwendete optische Material kann jedoch bei Überschreiten materialspezifischer Grenzwerte unter Strahlungsbelastung degradieren. Um eine Degradation der Linsen zu vermeiden, sollte die energetische Belastung der Linsen, beispielsweise gemessen als Energiedichte in [mJ/cm2], möglichst gering gehalten werden bzw. für jede Linse unter einen materialspezifischen Schwellwert liegen. Komponenten, die dauerhaft einer höheren Strahlungsbelastung ausgesetzt sind, müssten dagegen unter Umständen während Lebensdauer des optischen Systems getauscht werden.Further boundary conditions to be taken into account in the design of a Fourier optical system result from the fact that the Fourier optical system within the illumination system of a microlithography projection exposure apparatus is to operate as a beam guidance system for high-energy laser radiation. Within the Fourier optical system, the power to be transmitted is guided by relatively small area optical elements, resulting in high local radiated power. However, the optical material used for the lenses can degrade under exposure to material-specific limits under radiation exposure. In order to avoid a degradation of the lenses, the energetic load of the lenses, for example measured as energy density in [mJ / cm 2 ], should be kept as low as possible or be below a material-specific threshold for each lens. On the other hand, components that are permanently exposed to higher levels of radiation exposure might need to be replaced during the life of the optical system.

Um eine strahlungsbedingte Degradation der Linsen zu vermeiden, könnte das System so aufgebaut werden, dass sich die optischen Elemente nicht an den engsten Einschnürungen des energetischen Flusses befinden, was auch als Anforderung formuliert werden kann, dass die bestrahlte Fläche auf den jeweiligen Linsen nicht zu klein werden darf. Grundsätzlich wäre es möglich, mit zunehmendem Abstand zwischen Senderebene und Empfängerebene, also mit größerem Bauraum, die bestrahlten Querschnitte größer zu gestalten, um auf diese Weise über den Schwellwerten liegende Belastungen zu vermeiden. Jedoch sollte, wie oben ausgeführt, der Abstand zwischen Senderebene und Empfängerebene, und damit der vom Fourieroptiksystem benötigte Bauraum, möglichst klein gehalten werden, was wiederum die Gefahr von starker Strahlungsbelastung einzelner Linsen erhöht. Somit stellen die Baulänge des Fourieroptiksystems und die Lebensdauer dieses Fourier-optischen Übertragers bei Betreiben mit hoher energetischer Strahlung einander widersprechende Anforderungen dar. Es bedarf daher besonderer Überlegungen, um zu Anordnungen von Brechkräften in einem begrenzten Bauraum zwischen einem vorderen und einem hinteren Brennpunkt eines Fourieroptiksystems zukommen, welche gleichzeitig die lokalen Strahlungsleistungen auf Werte unterhalb von materialspezifischen Grenzwerten begrenzt.Around a radiation-induced degradation of the lenses could avoid the system can be constructed so that the optical elements not at the narrowest bottlenecks of the energetic flow, which can also be formulated as a requirement that the irradiated Surface on the respective lenses not too small may. In principle, it would be possible with increasing distance between transmitter and receiver level, So with a larger space, the irradiated cross sections bigger in order to over that way avoiding the thresholds. However, as stated above, the distance between transmitter and Receiver level, and thus needed by the Fourier optical system Space to be kept as small as possible, which in turn increases the risk of strong radiation exposure of individual lenses. Thus, the length of the Fourieroptiksystems and the lifetime of this Fourier optical transmitter Operate with high energetic radiation conflicting Requirements. It therefore requires special consideration to form orders of powers in a limited Space between a front and a rear focal point of a Fourieroptiksystems come which at the same time the local radiation power limited to values below material-specific limits.

Ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Anordnung von Brechkräften unter Berücksichtigung der systemspezifischen Schwellwerte für die Strahlungsbelastung wird im Folgenden näher erläutert. Dabei wird das optische System mit Hilfe von Parametern im sog. Diagramm von Delano (Delano-Diagramm) beschrieben und diese Beschreibung wird mit einem die Strahlungsbelastung berücksichtigenden Belastungsmodell verknüpft. Die Beschreibung optischer Systeme mit Hilfe von Delano-Diagrammen ist an sich bekannt und wird nachfolgend im Zusammenhang mit den 6 bis 8 erläutert, soweit dies für den vorliegenden Anwendungsfall nützlich erscheint. Grundlagen zu Delano-Diagrammen können beispielsweise dem Fachartikel „First Order Design and the y-ybar diagram” von E. Delano, Applied Optics, Vol.2, No. 12, Dezember 1963 entnommen werden.A method for determining the spatial arrangement of powers taking into account the system-specific thresholds for the radiation load is explained in more detail below. In this case, the optical system is described by means of parameters in the so-called diagram of Delano (Delano diagram) and this description is linked to a loading model taking into account the radiation load. The description of optical systems using Delano diagrams is known per se and will be described below in connection with the 6 to 8th explained, as far as this seems useful for the present application. Fundamentals of Delano diagrams, for example, the professional article "First Order Design and the y-ybar diagram" by E. Delano, Applied Optics, Vol. 12, December 1963 be removed.

In Delano-Diagrammen werden allgemein die Strahlhöhen oder Strahlwinkel zweier ausgesuchter Strahlen, nämlich eines Aperturstrahls und eines Feldstrahls dargestellt. Der Aperturstrahl kann beispielsweise der Blendenrandstrahl (kurz: Randstrahl) und der Feldstrahl kann beispielsweise der Blendenmittenstrahl sein. Liegt die Aperturblende auf der Hauptfläche, so entspricht der Blendenmittenstrahl dem Hauptstrahl (chief ray, principal ray), die Hauptflächen sind dann gleichzeitig Einritts- und Austrittspupille. Liegt dagegen die Aperturblende in der vorderen Brennebene, so ist der Blendenmittenstrahl der Brennpunktstrahl. Die Austrittspupille liegt dann im Unendlichen.In Delano charts generally become the beam heights or Beam angle of two selected rays, namely one Aperturstrahls and a field beam shown. The aperture ray For example, the aperture edge beam (short: edge beam) and For example, the field beam may be the aperture center beam. Lies the aperture diaphragm on the main surface, so corresponds to the Aperture center beam to the main beam (chief ray, principal ray), the main surfaces are then simultaneously entrance and exit pupil. If, on the other hand, the aperture diaphragm lies in the front focal plane, then the aperture center beam the focus beam. The exit pupil is located then at infinity.

6 zeigt schematisch den paraxialen Strahlengang eines Referenzstrahls (reference ray) RR und eines Randstrahls (marginal ray) MR eines Strahlbündels durch eine Linse L mit Brennweite f zwischen der Eintrittspupille EP und der Empfängerebene IM. Als Referenzstrahl wird hier ein Strahl verwendet, der von einem Randpunkt des Objektfeldes oder des dazu optisch konjugierten Empfängerfeldes verläuft und die optische Achse im Bereich der Eintrittspupille oder einer dazu optisch konjugierten Pupillenebene schneidet. Ein Randstrahl führt vom Schnittpunkt der optischen Achse mit der Objektebene oder der dazu optisch konjugierten Bildebene zum äußeren Rand der Aperturblende bzw., in der Darstellung von 6, zum äußeren Rand der Eintrittspupille. Der senkrechte Abstand dieser Strahlen von der optischen Achse ergibt die entsprechenden Stahlhöhen, die als Referenzstrahlhöhe bzw. Randstrahlhöhe (marginal ray height) bezeichnet werden. In einem Delano-Diagramm wird die (paraxiale) Hauptstrahlhöhe gegen die (paraxiale) Randstrahlhöhe in einem ebenen Diagramm aufgetragen, wobei die Hauptstrahlhöhe in x-Richtung (Abszisse) und die Randstrahlhöhe in y-Richtung (Ordinate) aufgetragen wird. In 7A und B ist das näher erläutert. Konventionell wird die Ordinate (Randstrahlhöhe) mit Parameter „y” und die Abszisse (x-Richtung) mit Parameter „ybar” bezeichnet. Der mit gestrichelter Linie gezeichnete Strahl A entspricht der Vektor-Addition von Referenzstrahl und Randstrahl und wird hier als „Delanostrahl” bezeichnet. Dieser Strahl entspricht in jeder Ebene senkrecht zur optischen Achse einem Punkt in der Ebene des Delano-Diagramms. Die Projektion dieses Strahles in die y-ybar-Ebene entspricht dem Delano-Diagramm (7B). 6 schematically shows the paraxial beam path of a reference beam RR and a marginal ray MR of a beam through a lens L with focal length f between the entrance pupil EP and the receiver plane IM. The reference beam used here is a beam which extends from an edge point of the object field or the optically conjugate receiver field and intersects the optical axis in the area of the entrance pupil or a pupil plane optically conjugate thereto. A marginal ray leads from the intersection of the optical axis with the object plane or the image plane optically conjugate to the outer edge of the aperture diaphragm or, in the representation of 6 , to the outer edge of the entrance pupil. The vertical distance of these rays from the optical axis gives the corresponding steel heights, which are referred to as the reference ray height or marginal ray height. In a Delano diagram, the (paraxial) principal ray height is plotted against the (paraxial) marginal ray height in a planar diagram, with the principal ray height in the x-direction (abscissa) and the marginal ray height in the y-direction (ordinate). In 7A and B is explained in more detail. Conventionally, the ordinate (edge beam height) is designated by parameter "y" and the abscissa (x direction) by parameter "ybar". The dashed line ray A corresponds to the vector addition of the reference ray and the edge ray and is referred to herein as the "Delano ray". This ray corresponds in each plane perpendicular to the optical axis to a point in the plane of the Delano diagram. The projection of this beam into the y-ybar plane corresponds to the Delano diagram ( 7B ).

Aus dem Delano-Diagramm können einige Eigenschaften des optischen Systems direkt abgelesen bzw. relativ einfach berechnet werden. Die Objektebene bzw. die Bildebene entspricht dem Schnittpunkt mit ybar, da dort die Referenzstrahlhöhe maximal und die Randstrahlhöhe gleich Null ist. Eine Pupillenebene entspricht dem Schnittpunkt mit y, da hier die Referenzstrahlhöhe Null ist. Ein Linsendurchmesser, d. h. der optisch freie Durchmesser einer Linse (oder eines Spiegels) entspricht der Betragssumme |y| + |ybar|. Die Brechkraft einer optischen Fläche einer Linse oder eines Spiegels entspricht einer Richtungsänderung (vgl. 7A). Der axiale Abstand d zwischen zwei Linsen entspricht der Fläche eines Dreiecks, welches zwischen dem Ursprung des Delano-Diagramms und den durch die Linsen definierten Punkten aufgespannt ist (siehe 8).From the Delano diagram some properties of the optical system can be read directly or calculated relatively easily. The object plane or the image plane corresponds to the intersection with ybar, since there the reference beam height is maximum and the marginal beam height is equal to zero. A pupil plane corresponds to the intersection with y, since here the reference beam height is zero. A lens diameter, ie the optically free diameter of a lens (or a mirror) corresponds to the amount sum | y | + | ybar |. The refractive power of an optical surface of a lens or a mirror corresponds to a change of direction (cf. 7A ). The axial distance d between two lenses corresponds to the area of a triangle spanned between the origin of the Delano diagram and the points defined by the lenses (see 8th ).

Zusätzlich zu diesen an sich bekannten Eigenschaften kann auch die Strahlungsbelastung von Linsen bzw. optischen Elementen im Delano-Diagramm dargestellt werden, was in Zusammenhang mit 9ff noch näher erläutert wird. Für die belastungsoptimierte Anordnung von Linsen innerhalb eines optischen Systems sind der axiale Abstand zwischen den Linsen und die energetische Belastung der Linsen wesentliche Parameter, deren Verknüpfung weiter unten noch näher erläutert wird.In addition to these properties known per se, the radiation load of lenses or optical elements in the Delano diagram can be represented, which is in connection with 9ff will be explained in more detail. For the load-optimized arrangement of lenses within an optical system, the axial distance between the lenses and the energetic loading of the lenses are essential parameters, the linking of which will be explained in more detail below.

8 illustriert, dass der geometrische axiale Abstand d zweier Punkte (y1, ybar1) und (y2, ybar2), die durch eine Gerade im Delano-Diagramm verbunden sind, proportional zu der dreieckigen Fläche ist, die zwischen diesen Punkten und dem Ursprung aufgespannt wird. Der axiale Abstand d lässt sich wie folgt bestimmen:

Figure 00320001
8th illustrates that the geometric axial distance d between two points (y 1, ybar 1) and (y 2, ybar 2), which are connected by a straight line in the Delano diagram, is proportional to the triangular area between these points and the Origin is spanned. The axial distance d can be determined as follows:
Figure 00320001

In dieser Gleichung ist H die dem geometrischen Lichtleitwert LLW (geometrical flux, etendue) entsprechende Lagrange-Invariante, n der Brechungsindex zwischen den Punkten und yi bzw. ybari sind die Koordina ten der entsprechenden Flächen im Delano-Diagramm. Die Determinante der Matrix entspricht der Dreiecksfläche.In this equation, H is the Lagrange invariant corresponding to the geometric waveguide value LLW (geometrical flux, etendue), n is the refractive index between the points, and y i and ybar i are the coordinates of the corresponding surfaces in the Delano diagram. The determinant of the matrix corresponds to the triangular area.

Aus den Strahlhöhen für Referenzstrahl und Randstrahl wurde unter der Annahme homogener Energiequellen ein Belastungsmodell für die optischen Elemente des Systems abgeleitet. Dies wird anhand der 9ff näher erläutert. Zunächst sei die Ableitung in einem eindimensionalen Fall (1D) erläutert, wobei der 1D-Fall beispielsweise einem System mit zylindrischen Linsen (Krümmung in nur einer Ebene) entspricht. Die integrale Leistung an einer beliebigen z-Position, d. h. an einer beliebigen Position entlang der optischen Achse, ist proportional zur Faltung der Hauptstrahlhöhe mit der Randstrahlhöhe. Ausgehend von zwei tophat-Belastungen ergibt die Faltung eine trapezförmige Belastung, deren 50%-Breite durch das Maximum Max(|y|, |ybar|) gegeben ist. Wegen der hier angenommenen Energieerhaltung innerhalb des Systems, die auch als Erhaltung des geometrischen Lichtleitwertes LLW beschreiben werden kann, ist die Trapezfläche von der z-Position unabhängig, d. h. A1 = A2 = .... = An. Aus der 50%-Breite B der Trapezflächen und der jeweiligen Trapezhöhe berechnet sich die Trapezfläche zu B·h. Mit B = Max|y|, |ybar|) und h = P ist P·Max(|y|, |ybar|) = konstant für alle z-Positionen. Hier entspricht h = P der Peakbelastung der entsprechenden Fläche. Im zweidimensionalen Fall, d. h. bei Systemflächen mit Krümmungen in mehreren Richtungen (wie bei der sphärischen Optik) erhält man P·(Max(|y|, |ybar|))2 = konstant, da die beiden Dimensionen separieren.From the beam heights for reference beam and boundary beam, assuming homogeneous energy sources, a load model for the optical elements of the system was derived. This is based on the 9ff explained in more detail. First, the derivation in a one-dimensional case (1D) is explained, the 1D case, for example, corresponds to a system with cylindrical lenses (curvature in only one plane). The integral power at any z position, ie at any position along the optical axis se, is proportional to the convolution of the principal ray height with the marginal ray height. Starting from two tophat loads, the convolution results in a trapezoidal stress whose 50% width is given by the maximum Max (| y |, | ybar |). Because of the assumed energy conservation within the system, which can also be described as conservation of the geometric light conductance LLW, the trapezoidal area is independent of the z position, ie A1 = A2 = .... = A n . From the 50% width B of the trapezoidal surfaces and the respective trapezoidal height, the trapezoidal area is calculated to B · h. With B = Max | y |, | ybar |) and h = P, P · Max (| y |, | ybar |) = constant for all z positions. Here h = P corresponds to the peak load of the corresponding area. In the two-dimensional case, ie for system surfaces with bends in multiple directions (as in the spherical optics) one obtains P · (Max (| y |, | ybar |)) 2 = constant, since the two dimensions separate.

Im Delano-Diagramm stellen sich konstante Belastungen als ein Quadrat um den Ursprung dar (9B). Innerhalb des Quadrates sind die Belastungen höher, außerhalb geringer. Die Größe des Quadrates, die beispielsweise über die Kantenlänge oder die halbe Kantenlänge parametrisiert werden kann, ist somit ein Maß für die im Belastungsmodell zu berücksichtigende Belastungsschwelle, welche bei keiner der Systemflächen überschritten werden sollte. Das Belastungsmodell wird hier für ein konventionelles Beleuchtungssetting abgeleitet, kann aber auch auf andere Settings erweitert werden. Ebenso kann das Modell auch auf andere Intensitätsprofile, wie z. B. eine Gaussverteilung, erweitert werden.In the Delano diagram, constant loads are represented as a square around the origin ( 9B ). Within the square the loads are higher, outside smaller. The size of the square, which can be parameterized, for example, over the edge length or half the edge length, is thus a measure of the load threshold to be taken into account in the load model, which should not be exceeded in any of the system areas. The load model is derived here for a conventional lighting setting, but can also be extended to other settings. Likewise, the model can also be applied to other intensity profiles, such. As a Gauss distribution to be extended.

Anhand der nachfolgenden Beispiele wird der Einfluss der Strahlungsbelastung auf die Baulänge und die Anzahl der Brechkräfte verdeutlicht. Gesucht sei beispielsweise ein Fourieroptiksystem mit einer Brennweite f = 25.000 mm, einem Eintrittspupillendurchmesser EPD = 36 mm, einer eintrittsseitigen numerischen Apertur NAo = 0.0018, einer Baulänge L = 1.800 mm und einer durch die Linsenmaterialien bestimmten Belastungsschwelle mit Strahlungsbelastung < 20 mJ/cm2. Das Fourieroptiksystem ist somit für einen geometrischen Lichtleitwert H = EPD/2·NAo·no = 0.033 mm ausgelegt, wobei H das Produkt aus dem Radius EPD/2 der Eintrittspupille, der eintrittsseitigen numerischen Apertur NAo und der eintrittsseitigen Brechzahl no ist.The influence of the radiation load on the overall length and the number of refractive powers is illustrated by means of the following examples. For example, a Fourier optics system with a focal length f = 25,000 mm, an entrance pupil diameter EPD = 36 mm, an entry-side numerical aperture NA o = 0.0018, a length L = 1,800 mm and a load threshold determined by the lens materials with a radiation load <20 mJ / cm 2 are sought , The Fourier optical system is thus a geometric light conductance H = EPD / 2 * NA o · n o = 0.033 mm designed, where H is the product of the radius EPD / 2 of the entrance pupil, the entrance-side numerical aperture NA o and the entrance-side refractive index n o is ,

10 zeigt das entsprechende Delano-Diagramm dieser F-Optik mit nur einer Brechkraft (Bk). Die Eintrittspupille ist an Position a, die Brechkraft Bk an Position b und die Bildebene an Position d. Das äußere Quadrat zeigt die Belastungsschwelle für 20 mJ/cm2 für das 2D-Modell, das innere Quadrat für ein 1D-Modell. Die Baulänge dieses Fourieroptiksystems mit nur einer Brechkraft ist 50.000 mm, was dem Doppelten der Brennweite entspricht. 10 shows the corresponding Delano diagram of this F optics with only one refractive power (Bk). The entrance pupil is at position a, the refractive power Bk at position b and the image plane at position d. The outer square shows the load threshold for 20 mJ / cm 2 for the 2D model, the inner square for a 1D model. The length of this Fourier optical system with only one refractive power is 50,000 mm, which is twice the focal length.

Wie im Zusammenhang mit 8 bereits erläutert, soll die Fläche, die der Delanostrahl zum Ursprung hin einbeschreibt, möglichst klein sein, wenn die Baulänge eines Systems möglichst kurz gestaltet werden soll. Ein Fourieroptiksystem mit zwei Brechkräften, d. h. mit Linsen an den Positionen a und d in 10, würde die Baulänge lediglich halbieren.As related to 8th As already explained, the area inscribed by the Delano beam towards the origin should be as small as possible if the overall length of a system is to be as short as possible. A Fourier optical system with two powers, ie with lenses at positions a and d in 10 , would only halve the length.

11 erläutert, dass mindestens drei Brechkräfte erforderlich sind, um die Baulänge wesentlich zu verkürzen. Hierzu zeigt 11 das Delano-Diagramm eines Fourieroptiksystems mit drei Brechkräften (3-Bk-Optik) in der Abfolge positive Brechkraft – negative Brechkraft – positive Brechkraft (pnp). Im Delano-Diagramm wird ersichtlich, dass sich eine kurze Baulänge und eine geringe Spitzenbelastung (Peakbelastung) gegenseitig behindern. Da keine der Linsenflächen innerhalb des äußeren Quadrates 2D angeordnet sein soll, wenn die Peakbelastung nicht überschritten werden soll, ergibt sich ein Minimalabstand, der dem Flächeninhalt des schraffierten Dreiecks proportional ist. 11 explains that at least three refractive powers are required to shorten the overall length significantly. This shows 11 the Delano diagram of a Fourier optics system with three refractive powers (3-Bk optics) in the sequence positive refractive power - negative refractive power - positive refractive power (pnp). The Delano diagram shows that a short overall length and a low peak load (peak load) interfere with each other. Because none of the lens surfaces are inside the outer square 2D should be arranged, if the peak load should not be exceeded, results in a minimum distance, which is proportional to the area of the hatched triangle.

12 zeigt schematisch, das Delano-Diagramm eines Fourieroptiksystems mit vier Linsen (4-Bk-Optik) mit der Brechkraftfolge positiv-negativ-negativ-positiv zwischen Eintrittspupille und Bildebene. Dieses pnnp-System hat nur noch eine Baulänge von 1.600 mm, was dadurch erkennbar ist, dass die schraffierte Dreiecksfläche zwischen dem Ursprung und der Projektion des Delanostrahls wesentlich geringer ist als diejenige in 11 oder 10. 12 schematically shows the Delano diagram of a Fourier optical system with four lenses (4-Bk optics) with the refractive power sequence positive-negative-negative-positive between the entrance pupil and the image plane. This pnnp system has only a length of 1,600 mm, which is recognizable by the fact that the hatched triangular area between the origin and the projection of the Delanostrahls is much lower than that in 11 or 10 ,

Aus der in Zusammenhang mit 8 erläuterten Abstandsformel für den Abstand d zwischen Linsen in Kombination mit dem Belastungsmodell kann abgeleitet werden, welcher minimale Abstand zwischen der pupillennahen Brechkraft a und der feldnahen Brechkraft b mindestens vorliegen muss, wenn das Fourieroptiksystem zur Übertragung eine Strahlungsenergie E pro Zeiteinheit bei einem Lichtleitwert ausgelegt ist und eine energetische Spitzenbelastung P auf den Linsenflächen nicht überschritten werden soll. In dieser Beschreibung sei n der Brechungsindex in Medium zwischen den Linsen, H die den geometrischen Lichtleitwert angebende Lagrange-Invariante gemäß H = EPD/2·NAo·no[mm], E die Energie (in [J], welche durch das optische System transportiert werden soll und P die Peakbelastung auf den Linsen (in [J/mm2] für den zweidi mensionalen Fall (2D) und in [J/mm] für den eindimensionalen Fall (1D). Es ergibt sich dann für das zweidimensionale Belastungsmodell: d = n/H·E/(PaPb)1/2 (A2)und für das eindimensionale Belastungsmodell (z. B. für Zylinderlinsen) d = n/H·E2/(xaPaxbPb) (A3) From in connection with 8th explained distance formula for the distance d between lenses in combination with the load model can be derived, which minimum distance between the near-pupil refractive power a and the near field refractive power b must be at least when the Fourieroptiksystem is designed for transmitting a radiation energy E per unit time at a Lichtleitwert and an energetic peak load P on the lens surfaces should not be exceeded. In this description, let n be the refractive index in the medium between the lenses, H the Lagrange invariant indicating the geometric waveguide according to H = EPD / 2 · NA o · n o [mm], E the energy (in [J] given by the optical system is to be transported and P is the peak load on the lenses (in [J / mm 2 ] for the two-dimensional case (2D) and in [J / mm] for the one-dimensional case (1D) onale load model: d = n / H · E / (P a P b ) 1.2 (A2) and for the one-dimensional load model (eg for cylindrical lenses) d = n / H · E 2 / (X a P a x b P b ) (A3)

In (A3) geben die Parameter xa bzw. xb jeweils die Strahlausdehnung in die nicht gefaltete Richtung an.In (A3), the parameters x a and x b respectively indicate the beam extension in the unfolded direction.

Der Abstand d kann dem oben definierten Gruppenabstand dG zwischen der austrittsseitigen letzten Systemfläche der ersten Linsengruppe und der eintrittsseitigen ersten Systemfläche der zweiten Linsengruppe entsprechen (vgl. 5).The distance d may correspond to the above-defined group distance d G between the exit-side last system area of the first lens group and the entry-side first system area of the second lens group (cf. 5 ).

Ein belastungsoptimiertes Fourieroptiksystem kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass die Belastung auf diesen energetisch besonders gefährdeten Linsen (Linse a entspricht der letzten Linse der eintrittsseitigen Linsengruppe LG1 und Linse b entspricht der ersten Linse der austrittseitigen Linsengruppe LG2) etwa gleichmäßig verteilt ist, so dass Pa ungefähr Pb ist. Auch eine ungleichmäßige Belastung der beiden Linsen ist möglich, solange die Einzelbelastungen nicht über dem Schwellwert liegen. Berücksichtigt man, dass der Gruppenabstand dG den axialen Abstand zwischen den feldnahen Brechkräften der ersten Linsengruppe LG1 und den pupillennahen Brechkräften der zweiten Linsengruppe LG2 beschreibt, so kann ein Fourieroptiksystem mit sehr großer Brennweite und demgegenüber sehr geringer Baulänge dadurch geschaffen werden, dass im Wesentlichen der o. g. geringstmögliche Gruppenabstand zwischen den Linsengruppen eingestellt wird. Ein kürzerer Abstand wird immer eine höhere Belastung mindestens einer der beiden hochbelaste ten Linsen zur Folge haben, wodurch die Gefahr einer zu hohen Strahlungsbelastung der entsprechenden Linse und einer damit verbundenen Degradation der Linse zunimmt.A load-optimized Fourier optical system can be designed, for example, so that the load on these energetically particularly endangered lenses (lens a corresponds to the last lens of the entrance-side lens group LG1 and lens b corresponds to the first lens of the exit-side lens group LG2) is approximately evenly distributed, so that P a is about P b . Uneven loading of the two lenses is also possible as long as the individual loads are not above the threshold value. Taking into account that the group distance d G describes the axial distance between the near-field powers of the first lens group LG1 and the near-pupil powers of the second lens group LG2, a Fourier optics system with a very long focal length and a very short overall length can be created by essentially using the og least possible group spacing between the lens groups is set. A shorter distance will always result in a higher load on at least one of the two hochbelaste th lenses, whereby the risk of excessive radiation exposure of the corresponding lens and an associated degradation of the lens increases.

Bei der Auslegung von Fourieroptiksystemen zur Anwendung in Beleuchtungssystemen von Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen können in die o. g. Parameter beispielsweise in folgenden Bereichen liegen. Die Energie E, die durch das Fourieroptiksystem transportiert werden soll, kann beispielsweise im Bereich zwischen 2 mJ und 20 mJ liegen, insbesondere im Bereich zwischen 5 mJ und 10 mJ, beispielsweise bei ca. 7 mJ bis 8 mJ. Die Lagrange-Invariante H kann beispielsweise zwischen 0.01 mm und 0.2 mm liegen, insbesondere im Bereich zwischen 0.02 mm und 0.1 mm, beispielsweise im Bereich um 0,03 mm bis 0,05 mm.at the design of Fourier optical systems for use in lighting systems of microlithography projection exposure equipment into the o. g. Parameters are, for example, in the following areas. The energy E transported by the Fourier optics system should, for example, be in the range between 2 mJ and 20 mJ, in particular in the range between 5 mJ and 10 mJ, for example at about 7 mJ to 8 mJ. The Lagrangian invariant H can be, for example between 0.01 mm and 0.2 mm, in particular in the range between 0.02 mm and 0.1 mm, for example in the range of 0.03 mm to 0.05 mm.

Im Hinblick auf die sehr geringe Divergenz der zu übertragenden Strahlung an der Eintrittsseite des Fourieroptiksystems kann die Lagrange-Invariante auch unter Verwendung der Randstrahl- bzw. Referenzstrahlhöhen und Randstrahl- bzw. Referenzstrahlwinkel parametrisiert werden. Dann gilt H = n·(y·sin(ubar)-ybar·sin(u)), wobei n der Brechungsindex, y die Randstrahlhöhe, ybar die Referenzstrahlhöhe, u der Randstrahlwinkel und ubar der Referenzstrahlwinkel ist.in the Regard to the very low divergence of the transmitted Radiation at the entrance side of the Fourier optical system can Lagrange invariant also using the marginal ray or reference ray heights and boundary beam or reference beam angle can be parameterized. Then H = n * (y * sin (ubar) -ybar * sin (u)), where n is the refractive index, y the marginal beam height, ybar the reference beam height, u the marginal beam angle and ubar the reference beam angle is.

Die materialspezifischen Peakbelastungen P können bei Verwendung von Kalziumfluorid (CaF2) als Linsenmaterial beispielsweise im Bereich zwischen 5 mJ/cm2 liegen, insbesondere im Bereich um ca. 10 mJ/cm2, während sie bei Verwendung von synthetischem Quarzglas (fused silica) beispielsweise im Bereich zwischen 0.2 mJ/cm2 und 1.5 mJ/cm2 liegen können, insbesondere im Bereich um ca. 0.5 mJ/cm2. Die Peakbelastung kann in manchen Fällen, z. B. bei Verbesserung der derzeitigen Materialeigenschaften, auch höher liegen. Beispielsweise kann es möglich sein, den Bereich der zulässigen Peakbelastung von Kalziumfluorid zu höheren Werten zu verschieben, z. B bis in den Bereich um ca.The material-specific peak loads P when using calcium fluoride (CaF 2 ) as a lens material, for example, in the range between 5 mJ / cm 2 , in particular in the range of about 10 mJ / cm 2 , while using fused silica, for example be in the range between 0.2 mJ / cm 2 and 1.5 mJ / cm 2 , in particular in the range of about 0.5 mJ / cm 2 . The peak load may in some cases, e.g. B. in improving the current material properties, also higher. For example, it may be possible to shift the range of allowable peak load of calcium fluoride to higher levels, e.g. B to the area around

20 mJ/cm2 oder um ca. 30 mJ/cm2 oder um ca. 40 mJ/cm2.20 mJ / cm 2 or by about 30 mJ / cm 2 or by about 40 mJ / cm 2 .

Das soeben beschriebene Verfahren unter Verwendung von Delano-Diagrammen wurde verwendet, um den belastungsoptimierten Aufbau der Ausführungsform in 5 zu erhalten. Wichtige Daten dieses Ausführungsbeispiels können wie folgt zusammengefasst werden: Senderebene im vorderen Brennpunkt des Fourieroptiksystems Durchmesser der Eintrittsfläche: 35mm Abstand zum ersten Element L1-1: 75 mm Empfängerebene im hinteren Brennpunkt des Fourieroptiksystems Durchmesser der Austrittsfläche: 100 mm Abstand zum letzten Element L2-3: 10 mm Abstand A zwischen Sender und Empfänger (entspricht Brennebenenabstand 1750 mm Gruppenabstand dG: 1254 mm Brennweite fFOS: 25000 mm Verhältnis Baulänge L zu Brennebenenabstand A: 0.950 Verhältnis Gruppenabstand/Brennweite (dG/fFOS): 0.050 Verhältnis Baulänge/Brennweite (L/fFOS): 0.075 The method just described using Delano diagrams has been used to simplify the load-optimized design of the embodiment in FIG 5 to obtain. Important data of this embodiment may be summarized as follows: transmitter plane in the front focal point of the Fourier optical system Diameter of the entrance surface: 35mm Distance to the first element L1-1: 75 mm Receiver plane in the rear focal point of the Fourier optical system Diameter of the exit surface: 100 mm Distance to last element L2-3: 10 mm Distance A between transmitter and receiver (corresponds to focal plane distance 1750 mm Group distance d G : 1254 mm Focal length f FOS : 25000 mm Ratio length L to focal plane distance A: 0950 Group distance / focal length ratio (d G / f FOS ): 0050 Ratio length / focal length (L / f FOS ): 0075

In folgender Tabelle B sind die Flächenverhältnisse und Belastungsverhältnisse zusammengestellt: Tabelle B Durchmesser [mm] Fläche [mm2] Belastungsverhältnis normiert auf Belastung in Eintrittsfläche Eintrittsfläche 35 1225 1 Fläche maximaler Belastung (kleinste Systemoberfläche) 12 144 < 9 fach Austrittsfläche 100 10000 0.1225 fach Table B shows the area ratios and loading conditions: Table B Diameter [mm] Area [mm 2 ] Load ratio normalized to load in the entry surface entry surface 35 1225 1 Area of maximum load (smallest system surface) 12 144 <9 times exit area 100 10000 0.1225 times

Zur Veranschaulichung zeigt 13 ein semi-quantitatives Diagramm, bei dem die flächenbezogene Strahlungsleistungsdichte S in [W/m2) für verschiedene ausgezeichnete Flächen des Systems in einem Balkendiagramm aufgetragen ist. Aus dem Diagramm ist unter anderem erkennbar, dass die Strahlungsleistungsdichte in der Eintrittsebene (Senderebene) 510 um einen Faktor 2 höher ist als in der dazu Fouriertransformierten Austrittsebene (Empfängerebene) 520, weil die durchstrahlte Fläche aufgrund der Strahlaufweitung entsprechend größer ist als in der Eintrittsebene. Die höchste Strahlungsbelastung tritt an der eintrittsseitigen Negativlinse L2-1 der zweiten Linsengruppe LG2 auf, auf die das Strahlungsbündel durch die Linsen der ersten Linsengruppe fokussiert wird. Die Strahlungsleistungsdichte an der höchstbelasteten Linse L2-1 ist jedoch trotz der sehr geringen Baulänge weniger als 9-fach so hoch wie die flächenbezogene Strahlungsleistungsdichte in der Eintrittsfläche, und sie liegt mit ca. 0.5 mJ/cm2 deutlich unter der materialspezifischen Zerstörschwelle von ca. 0.6 mJ/cm2 des verwendeten synthetischen Quarzglases.To illustrate shows 13 a semi-quantitative diagram in which the area-related radiation power density S in [W / m 2 ] is plotted in a bar chart for various excellent areas of the system. Among other things, it can be seen from the diagram that the radiation power density in the entry plane (transmitter plane) 510 is higher by a factor of 2 than in the Fourier-transformed exit plane (receiver plane) 520 because the irradiated area is correspondingly larger due to the beam expansion than in the entrance plane. The highest radiation load occurs at the entrance-side negative lens L2-1 of the second lens group LG2, onto which the radiation beam is focused by the lenses of the first lens group. However, the radiation power density at the highest loaded lens L2-1, despite the very short length is less than 9 times as high as the area-related radiation power density in the entrance surface, and it is approximately 0.5 mJ / cm 2 well below the material-specific damage threshold of approx. 0.6 mJ / cm 2 of the synthetic quartz glass used.

Die Brechkraftfolge pnnp ist nicht die einzige Möglichkeit, ein Fourier-Optiksystem mit vergleichbarem Telefaktor TF = (L/fFOS) aufzubauen. Weitere Varianten mit ähnlicher Baulänge sind mit den Brechkraftfolgen pppp, pnpp oder ppnp möglich.The refractive power sequence pnnp is not the only way to construct a Fourier optical system with a similar Telefaktor TF = (L / f FOS ). Other variants with a similar length are possible with the refractive power sequences pppp, pnpp or ppnp.

14 zeigt entsprechende Delano-Diagramme. Sämtliche Beispiele sind unter den Randbedingungen fFOS = 25.000 mm, EPD = 36 mm, NAo = 0.0018 sowie einer Baulänge der zweiten Linsengruppe von weni ger als 250 mm gerechnet und für eine Maximalbelastung von 20 mJ/cm2 ausgelegt. 14A zeigt das Delano-Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines 4-Linsen-Systems mit Brechkraftfolge pppp. Die Gesamtbaulänge beträgt 1.526 mm. 14B zeigt das Delano-Diagramm für einen 4-Linser mit Brechkraftfolge pnpp und Baulänge 1.576 mm. 14C zeigt das Delano-Diagramm für einen 4-Linser mit Brechkraftfolge ppnp und Baulänge 1.576 mm. Bei den Linsen handelt es sich jeweils um Einzellinsen. 14 shows corresponding Delano diagrams. All examples are calculated under the boundary conditions f FOS = 25,000 mm, EPD = 36 mm, NA o = 0.0018 and a length of the second lens group of less than 250 mm and designed for a maximum load of 20 mJ / cm 2 . 14A shows the Delano diagram of an embodiment of a 4-lens system with refractive power pppp. The total construction length is 1,526 mm. 14B shows the Delano diagram for a 4-lenser with refractive power pnpp and length of 1.576 mm. 14C shows the Delano diagram for a 4-lenser with refractive power ppnp and length of 1.576 mm. The lenses are each individual lenses.

Bekanntlich kann es in manchen Fällen günstig sein, eine Einzellinse in zwei oder mehr Linsen aufzuteilen, wobei dann die Brechkraft der entstehenden mehrlinsigen Linsengruppe im Wesentlichen der Brechkraft der Einzellinse entsprechen kann. Hierdurch sind zusätzliche Freiheitsgrade beispielsweise bei der Korrektur von Abberationen möglich. Weitere Varianten mit 5, 6 oder mehr Linsen und entsprechenden Brechkraftkombinationen sind entsprechend ebenfalls möglich. Die Systeme mit vier Einzellinsen stellen jedoch repräsentative Grundformen dar, um axial kompakte Systeme großer Brennweite mit relativ kleinem Telefaktor L/fFOS aufzubauen, beispielsweise mit Telefaktor kleiner als 1/6 oder 1/8 oder 1/10.As is known, in some cases it may be advantageous to divide a single lens into two or more lenses, in which case the refractive power of the resulting multi-lens lens group may correspond substantially to the refractive power of the single lens. As a result, additional degrees of freedom, for example, in the correction of aberrations are possible. Other variants with 5, 6 or more lenses and corresponding power combinations are also possible accordingly. However, the four single-lens systems are representative basic forms for building large-focal-length, axially compact systems with a relatively small telefactor L / f FOS , for example, with a telecoctor less than 1/6 or 1/8 or 1/10.

Das Fourieroptiksystem 500 ist auf seiner Eingangsseite (Senderseite) und auf seiner Ausgangsseite (Empfängerseite) telezentrisch. Speziell um die Strahlung im Wesentlichen lotrecht durch die Austrittsebene (Empfängerebene) treten zu lassen, sind in der zweiten Linsengruppe LG2 drei Linsen vorgesehen, wobei die austrittsseitige letzte Linse L2-3 im Wesentlichen für die austrittsseitige Telezentrie sorgt.The Fourier optical system 500 is telecentric on its input side (transmitter side) and on its output side (receiver side). Specifically, in order to allow the radiation to pass substantially perpendicularly through the exit plane (receiver plane), three lenses are provided in the second lens group LG2, the exit-side last lens L2-3 essentially providing the exit-side telecentricity.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind alle Linsenflächen sphärisch. Bei anderen Ausführungsformen hat mindestens eine der Linsen mindestens eine asphärisch geformte Linsenfläche. Insbesondere kann die der Austrittsebene nächste, austrittsseitige Linsenfläche S10 eine asphärische Form haben, insbesondere um wirksam zur austrittsseitigen Telezentrie beizutragen.at In the embodiment, all lens surfaces spherical. In other embodiments, at least one of the lenses at least one aspherical lens surface. In particular, the exit plane next, exit side Lens surface S10 have an aspherical shape, in particular, to contribute effectively to the exit-side telecentricity.

Um eine gleichmäßige Überlagerung der lokalen Strahlungsleistungen in der Austrittsebene zu erhalten, sollte die Abbesche Sinusbedingung wenigstens annähernd erfüllt sein. Bei merklichen Abweichungen von der Sinusbedingung kann es zur Varianz der lokalen Bestrahlungsstärken und damit zu einer nicht vollständigen Homogenisierung in der Austrittsebene kommen. Es hat sich gezeigt, dass die Einhaltung der Sinusbedingung vereinfacht werden kann, wenn die Brechkraft des eintrittsseitigen Linsenelementes der zweiten Linsengruppe, d. h. der Linse L2-1, auf zwei oder mehr Linsenelemente verteilt wird. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann die zweite Linsengruppe dementsprechend vier oder fünf Linsenelemente haben.Around a uniform overlay of the local To obtain radiation powers in the exit plane, the Abbe sine condition at least approximately fulfilled be. With noticeable deviations from the sine condition it can to the variance of local irradiance and thus to an incomplete homogenization in the exit plane come. It has been shown that compliance with the sine condition can be simplified when the refractive power of the inlet side Lens element of the second lens group, d. H. the lens L2-1, is distributed to two or more lens elements. In such embodiments Accordingly, the second lens group may be four or five Have lens elements.

Im Folgenden wird anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels erläutert, dass es möglich ist, die oben beschriebenen Baulängenuntergrenze durch den Einsatz mindestens eines Paares von zwei zueinander orthogonal orientierten Zylinderlinsensystemen weiter zu reduzieren. 15 zeigt hierzu beispielhaft eine Perspektivdarstellung eines Fourieroptiksystems 1500, welches aus zwei hintereinander geschalteten Zylinderoptiksystemen Z1 und Z2 besteht. Das der Eintrittsfläche 1510 unmittelbar folgende ersten Zylinderoptiksystem Z1 besteht ausschließlich aus Zylinderlinsen, die in x-Richtung einen endlichen Krümmungsradius (und deshalb eine Brechkraft in der x-z-Ebene) haben, in der orthogonalen y-Richtung jedoch nicht gekrümmt sind und daher in y-Richtung (d. h. in der y-z-Ebene) keine Brechkraft haben. Diese Zylinderlinsen werden hier auch als „x-Linsen” bezeichnet. Das nachgeschaltete zweite Zylinderlinsensystem Z2 hat ausschließlich Linsen mit endlichem Krümmungsradius in y-Richtung und unendlichem Krümmungsradius in x-Richtung (y-Linse). Das mit x-Linsen aufgebaute erste Zylinderlinsensystem hat zwei zueinander beabstandete Linsengruppen LGX1, LGX2, zwischen denen ein Abstand besteht, der größer ist als die Teil-Baulange der Linsengruppen LGX1 bzw. LGX2. Die eintrittsseitige erste Linsengruppe LGX1 hat eine eintrittsseitige erste Linse L1X-1 mit positiver Brechkraft und eine austrittsseitige zweite Zylinderlinse L1X-2 mit negativer Brechkraft. Die mit großem Abstand dahinter angeordnete zweite Linsengruppe LGX2 hat eine eintrittsseitige erste Linse L2X-1, deren Brechkraft auf zwei Linsenelemente aufgeteilt ist, sowie eine austrittsseitige zweite Linse L2X-2, deren Brechkraft auf zwei unmittelbar aufeinander folgende Zylinder-Meniskuslinsen mit positiver Brechkraft aufgeteilt ist. Anstelle der geteilten Linsen können jeweils auch Einzellinsen vorgesehen sein. Das in y-Richtung wirkende zweite Zylinderlinsensystem Z2 hat einen entsprechenden Aufbau mit eintrittsseitiger ersten Linsengruppe LGY1 und austrittsseitiger zweiter Linsengruppe LGY2 und Brechkraftfolge pnnp. Das erste Zylinderlinsensystem Z1 bewirkt eine Einschnürung der Strahlungsleistung des eintretenden Strahlbündels ausschließlich in x-Richtung, während das nachgeschaltete zweite Zylinderlinsensystem ausschließlich in der dazu orthogonalen y-Richtung wirkt. Die eindimensionalen Brechkräfte sind so aneinander angepasst, dass bei einem eintrittsseitigen quadratischen Eingangsfeld auch das Ausgangsfeld wieder quadratisch ist. Im Folgenden wird erläutert, warum ein solcher Aufbau mit einer großen Anzahl von Zylinderlinsen unter Belastungsgesichtspunkten dennoch zu einem axial kompakteren Fourieroptiksystem führen kann als ein Aufbau mit rotationssymmetrischen Linsen.In the following it will be explained with reference to a further embodiment that it is possible to further reduce the above-described minimum length limit by using at least one pair of two mutually orthogonally oriented cylindrical lens systems. 15 shows an example of a perspective view of a Fourieroptiksystems 1500 , which consists of two successive cylinder optics Z1 and Z2. That of the entrance area 1510 Immediately following first cylinder optical system Z1 consists exclusively of cylindrical lenses which have a finite radius of curvature (and therefore a refractive power in the xz-plane) in the x-direction, but are not curved in the orthogonal y-direction and therefore in the y-direction (ie in the yz plane) have no refractive power. These cylindrical lenses are also referred to herein as "x-lenses". The downstream second cylindrical lens system Z2 has exclusively lenses with finite radius of curvature in the y-direction and infinite radius of curvature in the x-direction (y-lens). The first cylindrical lens system constructed with x-lenses has two lens groups LGX1, LGX2, which are spaced apart from one another, and between which there is a spacing which is greater than the sub-length of the lens groups LGX1 or LGX2. The entrance-side first lens group LGX1 has an entrance-side first lens L1X-1 with positive refractive power and an exit-side second cylinder lens L1X-2 with negative refractive power. The second lens group LGX2 located far behind has an entrance-side first lens L2X-1 whose refractive power is divided into two lens elements, and an exit-side second lens L2X-2 whose refractive power is divided into two directly successive positive-phase cylinder meniscus lenses , Instead of the split lenses, individual lenses may be provided in each case. The second cylindrical lens system Z2 acting in the y direction has a corresponding structure with an entrance-side first lens group LGY1 and an exit-side second lens group LGY2 and refractive power sequence pnnp. The first cylindrical lens system Z1 causes a constriction of the radiation power of the incoming beam exclusively in the x-direction, while the downstream second cylindrical lens system acts exclusively in the orthogonal y-direction. The one-dimensional refractive powers are adapted to one another such that, in the case of an entry-side quadratic input field, the output field is also square again. In the following, it is explained why such a construction with a large number of cylindrical lenses can nevertheless lead to a more axially compacted Fourier optical system than to a structure with rotationally symmetrical lenses.

16 zeigt hierzu beispielhaft eine schematische Darstellung eines links gezeigten Eingangsfeldes mit quadratischer Querschnittsfläche, welches durch ein Fourieroptiksystem FOS in ein rechts gezeigtes Ausgangsfeld übertragen wird. Das Eingangsstrahlbündel habe einen quadratischen Querschnitt mit Kantenlänge 2a und eine Divergenz DIV, welche dem doppelten der numerischen Apertur NA des Strahlbündels entspricht (DIV = 2NA). Wie oben erläutert, ist es möglich, die unter Strah lungsbelastungs-Gesichtspunkten minimal zulässige Baulänge unter Verwendung von Delano-Diagrammen zu bestimmen. 5 zeigt ein einfaches Beispiel für ein solches Fourieroptiksystem mit pnnp-Aufbau und fünf Linsen. Dabei entspricht p einer Linse mit positiver Brechkraft und n einer Linse mit negativer Brechkraft. (Für Fälle, bei denen die Telezentrie des Ausgangsfeldes keine Rolle spielt, wie unter Umständen bei Fotoobjektiven, kann auf die ausgangsseitig letzte Linse mit positiver Brechkraft auch verzichtet werden, so dass sich ein pnn-Aufbau ergibt). 16 shows for this purpose a schematic representation of an input field shown on the left with a square cross-sectional area, which is transmitted through a Fourier optical system FOS into an output field shown on the right. The input beam has a square cross section with edge length 2a and a divergence DIV which is twice the numerical aperture NA of the beam (DIV = 2NA). As explained above, it is possible to determine the minimum length permissible under radiation load aspects using Delano diagrams. 5 shows a simple example of such a Fourier optics system with pnnp structure and five lenses. In this case, p corresponds to a lens with positive refractive power and n to a lens with negative refractive power. (For cases in which the telecentricity of the output field is irrelevant, as may be the case with photo lenses, the last lens with positive refractive power on the output side can also be dispensed with, so that a pnn structure results).

17 zeigt ein vereinfachtes Delano-Diagramm für ein Fourieroptiksystem mit den Anforderungen aus 15 mit vier Linsen (pnnp). Linsen innerhalb des schraffierten Bereiches „sehen” eine energetische Belastung, die größer als oder gleich ξIo ist. Der Parameter ξ ist somit ein Parameter, der die materialspezifische Belastungsobergrenze des Linsenmaterials beschreibt. Die durch das System hindurch transportierte Gesamtleistung P sei konstant, es gelte I0 = P/4a2 17 shows a simplified Delano diagram for a Fourier optical system with the requirements 15 with four lenses (pnnp). Lenses within the hatched area "see" an energetic load that is greater than or equal to oI o . The parameter ξ is therefore a parameter that is the material-specific Exposure upper limit of the lens material describes. The total power P transported through the system is constant, I 0 = P / 4a 2

Aus Vereinfachungsgründen werde im Folgenden von einem isotropen Eingangsstrahlungsfeld mit homogener Intensitätsverteilung I0 ausgegangen, d. h. jedes Flächenelement der Eintrittsfläche „sieht” die gleiche Intensität I0. Weiterhin sei von einer tophatförmigen Winkelverteilung ausgegangen, was im Wesentlichen bedeutet, dass eine gleichmäßige Strahlwinkelverteilung zwischen einem minimalen Strahlwinkel und einem maximalen Strahlwinkel vorliegt. Unter diesen Annahmen lässt sich für rotationssymmetrische optische Systeme die maximale Intensität in jeder Ebene entlang der optischen Achse gemäß der folgenden Gleichung (B1) berechnen:

Figure 00430001
For simplification reasons, an isotropic input radiation field with a homogeneous intensity distribution I 0 is assumed below, ie each surface element of the entrance surface "sees" the same intensity I 0 . Furthermore, assume a top-hat-shaped angular distribution, which essentially means that there is a uniform beam angle distribution between a minimum beam angle and a maximum beam angle. Under these assumptions, for rotationally symmetric optical systems, the maximum intensity in each plane along the optical axis can be calculated according to the following equation (B1):
Figure 00430001

Dabei ist max(y, y) das Maximum der beiden Koordinaten im Delano-Diagramm und stellt ein Maß für die Strahlausdehnung dar. Ist die Belastungsobergrenze ausgedrückt durch die Intensität des Eingangsstrahls gegeben durch Imax = ξI0, dann ergibt sich nach Einsetzen in Gleichung (B1) im Delanodiagramm ein für Linsen verbotener Bereich mit quadratischer Form und der halben Kantenlänge a/√ξ um den Ursprung (siehe schraffierter Bereich in 17). Die Baulänge der im Delano-Diagramm dargestellten Optik ist dann durch folgende Gleichung (B2) darstellbar:

Figure 00440001
wobei der Index i über die Knoten im Delano-Diagramm und somit über alle Linsen läuft. Daher hat beispielsweise ein Fourieroptiksystem mit vier Linsen mit der geringsten Baulänge seine Knotenpunkte im Delano-Diagramm bei (0, a/√ξ) und (a/√ξ, 0). Ein solches idealisiertes Optiksystem nötigt daher nur Bauraum zwischen der austrittsseitigen letzten Linse der ersten Linsengruppe und der eintrittsseitigen Linse der zweiten Linsengruppe, wobei sich dieser Bauraum gemäß Gleichung (B2) wie folgt ergibt:
Figure 00440002
Here, max (y, y) is the maximum of the two coordinates in the Delano diagram and represents a measure of the beam expansion. If the upper load limit expressed by the intensity of the input beam given by I max = ξI 0 , then results after insertion into equation (B1) in the Delanodiagram, a region forbidden for lenses with a square shape and half the edge length a / √ξ around the origin (see hatched area in 17 ). The length of the optics shown in the Delano diagram can then be represented by the following equation (B2):
Figure 00440001
where the index i runs over the nodes in the Delano diagram and thus across all lenses. Therefore, for example, a Fourier lens system with four lenses of the shortest length has its nodes in the Delano diagram at (0, a / √ξ) and (a / √ξ, 0). Such an idealized optical system therefore only requires installation space between the exit-side last lens of the first lens group and the entrance-side lens of the second lens group, this installation space resulting according to equation (B2) as follows:
Figure 00440002

Dieser Abstand d entspricht dem minimalen Gruppenabstand dG. Im Falle eines optischen Systems aus Zylinderoptiken, wie es schematisch in 15 gezeigt ist, wird der Strahlengang bei einem System mit vier Linsen entsprechend dem obigen Beispiel nur in einer Dimension eingeschnürt. Das hat zur Folge, dass die Strahlungsbelastung nur linear mit der Strahleinschnürung ansteigt. In Delano-Koordinaten ausgedrückt, lässt sich die maximale energetische Belastung entlang der optischen Achse dann wie folgt berechnen:

Figure 00450001
This distance d corresponds to the minimum group distance d G. In the case of an optical system of cylindrical optics, as shown schematically in 15 is shown, the beam path is constricted in a system with four lenses according to the above example only in one dimension. This has the consequence that the radiation load only increases linearly with the jet constriction. Expressed in Delano coordinates, the maximum energy load along the optical axis can then be calculated as follows:
Figure 00450001

Ein Vergleich mit Gleichung (B1) zeigt, dass hier die Kantenlänge a nicht quadratisch, sondern nur linear eingeht. Damit ergibt sich ein aus energetischen Gründen „verbotener” Bereich für Linsen im Delano-Diagramm mit der halben Kantenlänge σ/ξ und somit eine Abstands-Untergrenze von

Figure 00450002
A comparison with equation (B1) shows that here the edge length a is not quadratic, but only linear. This results in a "forbidden" range for lenses in the Delano diagram with half the edge length σ / ξ and thus a distance lower limit of
Figure 00450002

Um jedoch ein Strahlbündel mittels Zylinderoptiken in beiden zueinander orthogonalen Richtungen entsprechend zu formen, können hintereinander angeordnete Zylinderoptiken mit orthogonal ausgerichteten Krümmungsflächen vorgesehen sein. Da das Strahlungsbündel schon in einer Richtung geformt wurde, ändert sich die Belastungsgrenze im Delano-Diagramm für die zweite Zylinderoptik zu a2/bξ. Somit ergibt sich eine minimale Baulänge gemäß:

Figure 00450003
However, in order to form a beam bundle by means of cylinder optics in two mutually orthogonal directions, successively arranged cylinder optics with orthogonally oriented curvature surfaces can be provided. Since the radiation beam has already been formed in one direction, the load limit in the Delano diagram for the second cylinder optics changes to a 2 / bξ. This results in a minimum length according to:
Figure 00450003

Damit ergibt sich ein Verhältnis der Baulängen der herkömmlichen rotationssymmetrischen Optik (angegeben durch den minimalen Gruppenabstand d bzw. dG) und derjenigen mit zwei zueinander orthogonalen Zylinderoptiken (angegeben durch d(1)Zylinder + d(2)Zylinder von:

Figure 00460001
This results in a ratio of the lengths of the conventional rotationally symmetric optics (at given by the minimum group distance d or d G ) and that with two mutually orthogonal cylinder optics (indicated by d (1) cylinder + d (2) cylinder from:
Figure 00460001

Daraus ergibt sich folgendes Ergebnis: Obwohl im Falle der Verwendung von Zylinderoptiken zwei Fourieroptiksysteme für die beiden Raumrichtungen (x- und y-Richtung) nacheinander angeordnet sein müssen, ist die Gesamtbaulänge für große Werte von ξ, d. h. für große Belastungsobergrenzen, kürzer als im Fall eines rotationssymmetrischen Fourieroptiksystems. Haben beispielsweise das Eingangsfeld und das Ausgangsfeld die gleiche Größe (a = b), dann ist das System mit Zylinderoptiken für ξ > 2 kürzer.from that This results in the following result: Although in the case of using Cylinder optics two Fourier optics systems for the two Spatial directions (x and y direction) can be arranged one after the other need, the overall length is large Values of ξ, d. H. for large load limits, shorter than in the case of a rotationally symmetric Fourier optical system. For example, have the input field and the output field the same Size (a = b), then the system is with cylinder optics for ξ> 2 shorter.

Im Allgemeinen wird die gesamte Baulänge etwas größer sein als die hier unter vereinfachenden Annahmen dargestellten Verhältnisse. Hierbei spielt es einerseits eine Rolle, dass auch ein gewisser Bauraum zwischen den Linsen innerhalb einer Linsengruppe (d. h. z. B. zwischen Linsen L1-1 und L1-2 sowie zwischen L2-1 und L2-2) nötig ist. Es ist auch zu berücksichtigen, dass jedes Zylinderoptiksystem eine der Baulänge ihrer orthogonalen optischen Systeme entsprechende Eingangsschnittweite bzw. Ausgangsschnittweite benötigt. Dennoch kann ein Fourieroptiksystem mit einer Abfolge von mindestens zwei Paaren von orthogonal ausgerichteten Zylinderoptiksystemen bei gleicher Gesamtbrennweite unter Umständen axial kürzer ausgelegt werden als ein Rundoptiksystem (rotationssymmetrisches System) gleicher Brennweite.in the Generally, the overall length is slightly larger be as the relationships shown here under simplifying assumptions. On the one hand it plays a role, that also a certain one Space between the lenses within a lens group (i.e. z. Between lenses L1-1 and L1-2 and between L2-1 and L2-2) is necessary. It is also to be considered that each cylinder optical system one of the length of its orthogonal optical systems corresponding input slice size or output slice size needed. Nevertheless, a Fourier optical system with a Sequence of at least two pairs of orthogonally oriented Cylinder optics systems with the same total focal length under circumstances be designed axially shorter than a round optical system (rotationally symmetric System) of the same focal length.

Zur Demonstration der Verhältnisse wird in Zusammenhang mit den 18 bis 20 ein Vergleichsfall quantitativ erläutert. Für dieses Beispiel gelte a = 18 mm, NA = 0.0018, b = 18 mm und ξ = 3. 18 zeigt das entsprechende Delano-Diagramm eines rotationssymmetrischen Fourieroptiksystems mit vier Linsen und Linsenfolge pnnp. Das System hat eine Gesamtbaulänge von 3692 mm. Bei einem Gesamtaufbau mit Zylinderopti ken ergibt sich folgendes Bild. 19 zeigt ein Delano-Diagramm einer ersten Zylinderoptik mit langer Ausgangsschnittweite, welche in Bestrahlungsrichtung vor einer zweiten Zylinderoptik (20) angeordnet ist. Die erste Zylinderoptik hat eine Baulänge von 1383 mm und eine Ausgangsschnittweite von 1469 mm. Die zweite Zylinderoptik, deren Delano-Diagramm in 20 dargestellt ist, hat eine Baulänge von 1386 mm und eine Eingangsschnittweite von 1466 mm. Damit ergibt sich eine Gesamtbaulange des mit Zylinderoptiken aufgebauten Fourieroptiksystems von 2852 mm, was somit ungefähr um einen Faktor 1.3 kürzer ist als die rotationssymmetrische Optik gleicher optischer Leistung.To demonstrate the circumstances is in connection with the 18 to 20 a comparative example is explained quantitatively. For this example, a = 18 mm, NA = 0.0018, b = 18 mm and ξ = 3. 18 shows the corresponding Delano diagram of a rotationally symmetric Fourier optical system with four lenses and lens sequence pnnp. The system has a total length of 3692 mm. In a total construction with Zylinderopti ken results in the following picture. 19 1 shows a Delano diagram of a first cylinder optics with a long output slice width, which in the direction of irradiation in front of a second cylindrical optics (FIG. 20 ) is arranged. The first cylinder optic has a length of 1383 mm and an initial cutting width of 1469 mm. The second cylinder optics, whose Delano diagram in 20 has a length of 1386 mm and an input section of 1466 mm. This results in a total construction length of the built-up with cylindrical optics Fourieroptiksystems of 2852 mm, which is thus approximately a factor of 1.3 shorter than the rotationally symmetric optics same optical performance.

Die Aufteilung in zwei hintereinander angeordnete „reine” Zylinderlinsensysteme (d. h. Systeme nur mit x-Linsen bzw. nur mit y-Linsen aufgebaut) ist nicht zwingend. Die Zylinderlinsen können auch verschachtelt angeordnet sei, so dass sich x-Linsen und y-Linsen ggf. mehrfach abwechseln können. Dadurch kann ggf. die Baulänge weiter verkürzt werden. Beispielsweise ist ein Aufbau mit Brechkraftfolge p_x/n_x/n_x/p_y/p_x/n_y/n_y/p_y möglich, wobei z. B. p_y eine y-Linse mit positiver Brechkraft bezeichnet.The Divided into two consecutively arranged "pure" cylindrical lens systems (ie systems built only with x-lenses or only with y-lenses) is not mandatory. The cylindrical lenses can also be arranged nested be so that x-lenses and y-lenses may alternate several times can. This may possibly further the length be shortened. For example, a structure with refractive power sequence is p_x / n_x / n_x / p_y / p_x / n_y / n_y / p_y possible, with z. B. p_y a y lens with positive power designated.

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Claims (28)

Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer primären Lichtquelle mit: einer variabel einstellbaren Pupillenformungseinheit zum Empfang von Licht der primären Lichtquelle und zur Erzeugung einer variabel einstellbaren zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems, wobei die Pupillenformungseinheit ein Fourieroptiksystem zur Umwandlung eines durch eine Eintrittsebene des Fourieroptiksystems eintretenden Eintrittsstrahlbündels in ein aus einer Austrittsebene des Fourieroptiksystems austretendes Austrittsstrahlbündel aufweist, wobei das Fourieroptiksystem eine Brennweite fFOS und eine zwischen einer eintrittsseitigen ersten Systemfläche und einer austrittsseitigen letzten Systemfläche entlang einer optischen Achse gemessene Baulänge L hat und die Bedingung (L/fFOS) < 1/6 gilt.A lighting system for a microlithography projection exposure apparatus for illuminating an illumination field with the light of a primary light source, comprising: a variably adjustable pupil shaping unit for receiving light from the primary light source and producing a variably adjustable two-dimensional intensity distribution in a pupil shaping surface of the illumination system, the pupil shaping unit being a Fourier optical system for conversion an entrance ray bundle entering through an entrance plane of the Fourier optical system into an exit beam emerging from an exit plane of the Fourier optical system, the Fourier optics system having a focal length f FOS and a length L measured between an entrance side first system surface and an exit end last system surface along an optical axis; L / f FOS ) <1/6 applies. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, worin die Bedingung (L/fFOS) < 0.1 gilt.The illumination system of claim 1, wherein the condition (L / f FOS ) <0.1. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, worin die Brennweite fFOS des Fourieroptiksystems mehr als 10 m und die Baulänge L weniger als 4 m beträgt beträgt.Illumination system according to claim 1 or 2, wherein the focal length f FOS of the Fourier optical system is more than 10 m and the length L is less than 4 m. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fourieroptiksystem eine erste Linsengruppe mit einer eintrittsseitigen ersten Linse und einer austrittsseitigen zweiten Linse sowie eine der ersten Linsengruppe nachgeschaltete zweite Linsengruppe mit einer eintrittsseitigen ersten Linse und einer austrittsseitigen zweiten Linse umfasst, wobei zwischen einer aus trittsseitigen letzten Systemfläche der ersten Linsengruppe und einer eintrittsseitigen ersten Systemfläche der zweiten Linsengruppe ein Gruppenabstand dG besteht.The illumination system according to claim 1, wherein the Fourier optical system comprises a first lens group having an entrance-side first lens and an exit-side second lens and a second lens group downstream of the first lens group having an entrance-side first lens and an exit-side second lens, between an exit-side last system surface the first lens group and an entrance-side first system surface of the second lens group is a group distance d G. Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, worin zwischen der austrittsseitigen letzten Systemfläche der ersten Linsengruppe und der eintrittsseitigen ersten Systemfläche der zweiten Linsengruppe ein Gruppenabstand dG besteht, für den die Bedingung dG > 0.66·L gilt.The illumination system according to claim 4, wherein between the exit-side last system area of the first lens group and the entrance-side first system area of the second lens group is a group distance d G for which the condition d G > 0.66 · L holds. Beleuchtungssystem nach Anspruch 4 oder 5, worin zwischen der austrittsseitigen letzten Systemfläche der ersten Linsengruppe und der eintrittsseitigen ersten Systemfläche der zweiten Linsengruppe ein Gruppenabstand dG besteht, für den die Bedingung dG < 0.1·fFOS gilt.An illumination system according to claim 4 or 5, wherein between the exit-side last system area of the first lens group and the entrance-side first system area of the second lens group there is a group distance d G for which the condition d G <0.1 · f FOS holds. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fourieroptiksystem zur Übertragung einer Strahlungsenergie E pro Zeiteinheit bei einem Lichtleitwert H ausgelegt ist, PA eine vorgebbare energetische Maximalbelastung der austrittsseitigen zweiten Linse der ersten Linsengruppe und PB eine vorgebbare energetische Maximalbelastung der eintrittsseitigen ersten Linse der zweiten Linsengruppe ist und einen Gruppenabstand dG zwischen einer austrittsseitigen letzten Systemfläche der ersten Linsengruppe und einer eintrittsseitigen ersten Systemfläche der zweiten Linsengruppe nicht kleiner als ein minimaler Gruppenabstand dG min ist, wobei für den minimalen Gruppenabstand gilt: dG min = n/H·E/(PaPb)1/2 Lighting system according to one of the preceding claims, wherein the Fourieroptiksystem is designed to transmit a radiation energy E per unit time at a H, P A a predetermined maximum energetic load of the exit side second lens of the first lens group and P B a predetermined maximum energetic load of the entrance side first lens of the second Lens group, and a group distance d G between an exit-side last system surface of the first lens group and an entrance-side first system surface of the second lens group is not smaller than a minimum group distance d G min , where the minimum group distance is: d G min = n / H · E / (P a P b ) 1.2 Beleuchtungssystem nach Anspruch 7, worin der Gruppenabstand dG zwischen dG min und 3·dG min liegt.The illumination system of claim 7, wherein the group spacing d G is between d G min and 3 · d G min . Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fourieroptiksystem für einen geometrischen Lichtleitwert 0.01 mm ≤ H ≤ 0.2 mm ausgelegt ist, wobei H das Produkt aus dem Radius EPD/2 der Eintrittspupille, der eintrittsseitigen numerischen Apertur NAo und der eintrittsseitigen Brechzahl no ist.An illumination system according to any one of the preceding claims, wherein the Fourier optical system is designed to have a geometric light guide of 0.01 mm ≤ H ≤ 0.2 mm, where H is the product of the entrance pupil radius EPD / 2, the entrance numerical aperture NA o and the entrance refractive index n o , Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fourieroptiksystem vier, fünf oder sechs Linsen hat.Lighting system according to one of the preceding Claims in which the Fourier optical system has four, five or has six lenses. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 10, worin die eintrittsseitige erste Linsengruppe genau zwei Linsen hat.Lighting system according to one of the claims 4 to 10, wherein the entrance-side first lens group is exactly two Has lenses. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fourieroptiksystem mindestens eine Linse mit mindestens einer asphärisch geformten Linsenfläche hat.Lighting system according to one of the preceding Claims in which the Fourier optical system has at least one Lens with at least one aspherical lens surface Has. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die der Austrittsebene nächste, austrittsseitige Linsenfläche des Fourieroptiksystems eine asphärische Form hat.Lighting system according to one of the preceding Claims in which the next level of exit, exit-side lens surface of the Fourier optical system a has aspheric shape. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fourieroptiksystem eingangsseitig und ausgangsseitig telezentrisch ist.Lighting system according to one of the preceding Claims in which the Fourier optical system on the input side and is telecentric on the output side. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fourieroptiksystem mindestens einen planen Umlenkspiegel umfasst.Lighting system according to one of the preceding Claims in which the Fourier optical system has at least one plan to include deflecting mirrors. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fourieroptiksystem Z-förmig gefaltet ist.Lighting system according to one of the preceding Claims in which the Fourier optical system is Z-shaped folded. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fourieroptiksystem mindestens ein Paar von gekreuzten Zylinderlinsensystemen aufweist, wobei ein Paar von gekreuzten Zylinderlinsensystemen ein erstes Zylinderlinsensystem mit mindestens einer in einer ersten Krümmungsebene gekrümmten ersten Zylinderfläche und ein zweites Zylinderlinsensystem mit mindestens einer in einer zweiten Krümmungsfläche gekrümmten zweiten Zylinderfläche hat, wobei die erste und die zweite Krümmungsebene senkrecht aufeinander stehen.Lighting system according to one of the preceding Claims in which the Fourier optical system is at least one Pair of crossed cylindrical lens systems, wherein a pair of crossed cylindrical lens systems a first cylindrical lens system with at least one curved in a first plane of curvature first cylindrical surface and a second cylindrical lens system with at least one in a second curvature surface has curved second cylindrical surface, wherein the first and the second plane of curvature perpendicular to each other stand. Beleuchtungssystem nach Anspruch 17, worin das Fourieroptiksystem eine erste Zylinderlinsengruppe mit mehreren ersten Zylinderlinsen und eine nachgeschaltete zweite Zylinderlinsengruppe mit mehreren zweiten Zylinderlinsen aufweist.The illumination system of claim 17, wherein the Fourier optical system a first cylindrical lens group with a plurality of first cylindrical lenses and a downstream second cylinder lens group having a plurality having second cylindrical lenses. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Pupillenformungseinheit eine dem Fourieroptiksystem vorgeschaltete Lichtmischeinrichtung aufweist.Lighting system according to one of the preceding Claims wherein the pupil shaping unit is a Fourier optical system having upstream light mixing device. Beleuchtungssystem nach Anspruch 19, worin die Lichtmischeinrichtung einen Wabenkondensor umfasst.A lighting system according to claim 19, wherein the light mixing means a honeycomb condenser. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Pupillenformungseinheit eine Lichtmodulationseinrichtung zur steuerbaren Veränderung einer Winkelverteilung des auf die Lichtmodulationseinrichtung einfallenden Lichtbündels aufweist, und das Fourieroptiksystem zwischen der primären Lichtquelle und der Lichtmodulationseinrichtung angeordnet ist.Lighting system according to one of the preceding Claims, wherein the pupil shaping unit is a light modulation device for controllably changing an angular distribution of on the light modulation device incident light beam and the Fourier optical system between the primary light source and the light modulation device is arranged. Beleuchtungssystem nach Anspruch 21, worin die Lichtmodulationseinrichtung eine zweidimensionale Feldanordnung individuell ansteuerbarer Einzelelemente umfasst, mit deren Hilfe die Winkelverteilung der auftreffenden Strahlung veränderbar ist.An illumination system according to claim 21, wherein the light modulation means a two-dimensional array of individually controllable individual elements includes, with the help of which the angular distribution of the impinging Radiation is changeable. Beleuchtungssystem nach Anspruch 21 oder 22, worin die Lichtmodulationseinrichtung eine Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) mit einer Vielzahl individuell ansteuerbarer Einzelspiegel umfasst.Lighting system according to claim 21 or 22, wherein the light modulation device a multi-mirror array (multi-mirror array, MMA) with a large number of individually controllable individual mirrors includes. Fourieroptiksystem zur Umwandlung eines durch eine Eintrittsebene des Fourieroptiksystems eintretenden Eintrittsstrahlbündels in ein aus einer Austrittsebene des Fourieroptiksystems austretendes Austrittsstrahlbündel, wobei das Fourieroptiksystem eine Brennweite fFOS und eine zwischen einer eintrittsseitigen ersten Systemfläche und einer austrittsseitigen letzten Systemfläche entlang einer optischen Achse gemessene Baulänge L hat und die Bedingung (L/fFOS) < 1/6 gilt.Fourier optical system for converting an entrance beam entering through an entrance plane of the Fourier optical system into an exit beam emanating from an exit plane of the Fourier optical system, the Fourier optical system having a focal length f FOS and a length L measured along an optical axis between an entrance side first system surface and an exit side first system surface; Condition (L / f FOS ) <1/6 applies. Fourieroptiksystem nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch die Mermale des kennzeichnenden Teils von einem der Ansprüche 2 bis 18.Fourier optical system according to claim 24, characterized by the features of the characterizing part of one of the claims 2 to 18. Lichtmischsystem zum Empfang von Licht einer primären Lichtquelle und zur Erzeugung einer im Wesentlichen homogenen zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Beleuchtungsfläche, wobei das Lichtmischsystem ein Fourieroptiksystem nach einem der Ansprüche 24 oder 25 aufweist und dem Fourieroptiksystem eine im Winkelraum wirksame Lichtmischeinrichtung vorgeschaltet ist.Light mixing system for receiving light from a primary Light source and to produce a substantially homogeneous two-dimensional Intensity distribution in a lighting area, wherein the light mixing system is a Fourier optical system according to any one of Claims 24 or 25 and the Fourieroptiksystem preceded by an effective in the angular space light mixing device is. Lichtmischsystem nach Anspruch 26, worin die Lichtmischeinrichtung einen Wabenkondensor umfasst.A light mixing system according to claim 26, wherein the light mixing means a honeycomb condenser. Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 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: einer primären Lichtquelle; einem Beleuchtungssystem zum Empfang des Lichtes der primären Lichtquelle und zur Formung von auf das Muster der Maske gerichteter Beleuchtungsstrahlung; und einem Projektionsobjektiv zur Abbildung der Struktur der Maske auf ein lichtempfindliches Substrat, wobei das Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 aufgebaut ist.A microlithography projection exposure apparatus for exposing a radiation-sensitive substrate arranged in the region of an image surface of a projection lens to at least one image of an image in Be a pattern of a mask rich in an object surface of the projection lens, comprising: a primary light source; an illumination system for receiving the light of the primary light source and for forming illumination radiation directed to the pattern of the mask; and a projection lens for imaging the structure of the mask on a photosensitive substrate, wherein the illumination system is constructed according to one of claims 1 to 23.
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