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
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Abstract
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
Verfahren
zur Berechung von optimalen Strukturierungen der Intensitätsverteilung
in der Pupillenformungsfläche eines Beleuchtungssystems
in Abhängigkeit von abzubildenden Maskenstrukturen sind
beispielsweise aus
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:
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
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENTS
In
Das
polarisierte Licht der Lichtquelle
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
Die
Pupillenformungseinheit
In
unmittelbarer Nähe der Pupillenformungsfläche
Das
optische Rasterelement
Das
nachfolgende Abbildungsobjektiv
Diejenigen
optischen Komponenten, die das Licht des Lasers
Hinter
der Retikelebene
Das
zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen
Halbleiterwafer
Die
Pupillenformungsfläche
In
Die
In
Durchstrahlungsrichtung hinter dem Wabenkondensor
In
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
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
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
Anhand
des Ausführungsbeispiels eines Fourieroptiksystems
Das
Fourieroptiksystem
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
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
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
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
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.
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.
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
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
Im
Delano-Diagramm stellen sich konstante Belastungen als ein Quadrat
um den Ursprung dar (
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 ,
Wie
im Zusammenhang mit
Aus
der in Zusammenhang mit
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.
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
In
folgender Tabelle B sind die Flächenverhältnisse
und Belastungsverhältnisse zusammengestellt: Tabelle B
Zur
Veranschaulichung zeigt
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.
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
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.
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: 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):
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
Dieser
Abstand d entspricht dem minimalen Gruppenabstand dG.
Im Falle eines optischen Systems aus Zylinderoptiken, wie es schematisch
in
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 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
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: 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:
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
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
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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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - WO 2005/026843 A2 [0007] WO 2005/026843 A2 [0007]
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