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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine mikrolithografische
Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem für
das Beleuchten einer Maske. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf Beleuchtungssysteme mit Mikrospiegeln.
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Mikrolithografie
ist eine Technik für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen,
Flüssigkeitskristallanzeigen und anderen mikrostrukturierten Bauteilen.
Der Prozess der Mikrolithografie wird in Verbindung mit einem Ätzprozess
verwendet, um Muster in Dünnschichtsstapeln einzubringen,
die auf einem Substrat gebildet worden sind, zum Beispiel einer
Silizium-Wafer. Jede Schicht wird bei der Herstellung der Wafer
zuerst mit einem Photolack bedeckt, der auf Strahlung, wie beispielsweise
tiefes Ultraviolett-(DUV)Licht empfindlich ist. Danach wird der Wafer
mit dem Photolack dem Projektionslicht einer Projektionsbelichtungsanlage
ausgesetzt. Die Anlage projiziert eine Maske, die ein Muster enthält,
auf den Photolack, so dass dieser nur an den Stellen der Strahlung
ausgesetzt ist, die vom Maskenmuster bestimmt werden. Nach der Belichtung
wird der Photolack entwickelt, um eine Abbildung zu produzieren, die
dem Maskenmuster entspricht. Dann überträgt ein Ätzprozess
das Muster in die Dünnschichtsstapel auf dem Wafer. Zuletzt
wird der Photolack entfernt. Wiederholung dieses Prozesses mit verschiedenen Masken
führt zu einem mehrschichtigen mikrostrukturierten Element,
wie beispielsweise einem hochintegrierten Schaltkreis.
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Eine
Projektionsbelichtungsanlage enthält normalerweise ein
Beleuchtungssystem für das Beleuchten einer Maske, ein
Projektionsobjektiv und eine Waferausrichtungseinheit für
das Ausrichten des mit dem Photolack bedeckten Wafers. Das Beleuchtungssystem
beleuchtet ein Feld auf der Maske, das zum Beispiel eine rechteckige
Form haben kann.
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Da
die Technik für Herstellung mikrostrukturierter Bauteile
Fortschritte macht, gibt es ständig wachsende Forderungen
auch an das Beleuchtungssystem. Idealerweise beleuchtet das Beleuchtungssystem
jeden Punkt des beleuchteten Felds auf der Maske mit einem Projektionslicht,
das eine wohldefinierte Bestrahlungsstärke und Raum-Winkelverteilung
hat. Der Ausdruck Raum-Winkelverteilung beschreibt, wie sich die
Einfallswinkel auf einem bestimmten Punkt der Maskenebene verteilen.
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Die
Raum-Winkelverteilung des Projektionslichts, das auf die Maske auftrifft,
wird normalerweise an das Muster angepasst, das auf den Photolack
projiziert wird. Zum Beispiel können relativ groß dimensionierte
Merkmale eine andere Raum-Winkelverteilung als kleiner dimensionierte
Merkmale erfordern. Die gebräuchlichsten Raum-Winkelverteilung
en sind annulare (ringförmige), Dipol- und Quadrupolbeleuchtungsverteilungen,
auch Beleuchtungssettings genannt. Diese Begriffe beziehen sich
auf die Beleuchtungsverteilungen in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems.
Beleuchtungsverteilungen in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems
werden auf Grund einer Fourier-Transformation in Raum-Winkelverteilung
en einer Feldebene, in der sich beispielweise die Maske befindet,
umgesetzt. Ein Beleuchtungssystem kann mehrere Pupillen- bzw. Feldebenen
aufweisen, die über die Fourier-Transformation verbunden
sind.
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Bei
einem annularen Beleuchtungssetting ist zum Beispiel nur eine ringförmige
Region in der Pupillenebene beleuchtet. Dies entspricht in der Maskenebene
einer sehr schmalen Raum-Winkelverteilung.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten bekannt,
die Raum-Winkelverteilung in der Maskenebene einzustellen. Im einfachsten
Fall ist eine Blende, die eine oder mehrere Öffnungen umfasst,
in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems platziert. Da die
Beleuchtungsverteilungen in der Pupillenebene auf Grund einer Fourier-Transformation
in Raum-Winkelverteilung in der Maskenebene umgesetzt werden, lassen
sich auf diese Weise nur einfache Beleuchtungssettings einstellen.
Jedoch erfordert eine Änderung des Beleuchtungssettings
einen Austausch der Blende. Dies macht es schwierig, das Beleuchtungssetting
variabel einzustellen.
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Daher
werden verschiedene optische Elemente eingesetzt, die als sogenanntes
Pupillenformendes Element (PDE) verwendet werden. Damit werden in
der Pupille Beleuchtungsverteilungen (Beleuchtungssettings) eingestellt,
die dann über die schon erwähnte Fourier-Transformation
auf der Maske die gewünschte BeleuchtungsRaum-Winkelverteilung
ergibt.
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Es
werden beispielweise diffraktive optische Elemente (DOE) zur Einstellung
eines Beleuchtungssettings eingesetzt. Das diffraktive optische
Element ist für gewöhnlich in einer Feldebene
des Beleuchtungssystems positioniert und erzeugt dort eine Raum-Winkelverteilung
des Beleuchtungslichts, die bei der Übertragung auf einer
nachfolgende Pupillenebene eine Ortsverteilung der Intensität
erzeugt. Um ein neues Beleuchtungssetting einstellen zu können,
muss das DOE ausgetauscht werden.
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Zusätzlich
können sogenannte Axikon-Systeme verwendet werden. Mit
verstellbaren Axikons können außeraxiale Beleuchtungseinstellungen
(z. B. annulare Beleuchtung) ohne Lichtverlust realisiert werden.
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In
einer Variante wird eine Zoom-Einheit zusätzlich zum Axikon
eingesetzt. Durch Verstellung der Zoom-Einheit lassen sich die Durchmesser
der in der Pupillenebene ausgeleuchteten Bereiche verändern.
In Kombination mit dem Axikon und dem diffraktiven optischen Element
kann die Pupillenformungseinheit eine Mehrzahl von Basislichtverteilungen
praktisch ohne Lichtverlust erzeugen. Die Pupillenformungseinheit
kann z. B. so aufgebaut sein, wie es in der
EP 0 747 772 der Anmelderin beschrieben ist.
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Auch
damit ist nur begrenzt möglich beliebige Beleuchtungssettings
einzustellen.
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Für
das Steigern der Flexibilität bei der Einstellung von Beleuchtungssettings
wird im Stand der Technik vorgeschlagen, Mikro-Spiegelsysteme (MMA,
Mikro-Mirror-Array) einzusetzen, die meist in einem zweidimensionalen
Raster angeordnet sind.
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In
der
EP 1 262 836 A1 ist
derartiges Mikro-Spiegelsystem offenbart, dass als ein Mikro-Elektro-Mechanisches
System (MEMS) aufgebaut ist, das mehr als 1000 mikroskopische Spiegel
umfass. Jeder der Spiegel kann in zwei zueinander senkrechten Ebenen
verkippt werdend. Auf diese Weise kann auf die Spiegel treffende
Strahlung auf nahezu jeden Richtung im Raum gelenkt werden. Eine
zwischen dem MMA und der Pupillenebene platzierte Kondensorlinse
als Fourier-transformierendes optisches Element übersetzt
die von den Spiegeln erzeugten Winkel in Orte auf der Pupillenebene.
Dieses Beleuchtungssystem macht es möglich, die Pupillenebene mit
einer Vielzahl von kreisförmigen und/oder rechteckigen
Lichtflecken zu beleuchten, wobei jeder Lichtfleck mit einem bestimmten
mikroskopischen Spiegel korreliert ist und über die Pupillenebene
durch Kippen dieses Spiegels frei beweglich ist.
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Ähnliche
Beleuchtungssysteme sind aus anderen Schriften wie der
US-2006/0087634 A1 und
US-7,061,582 B2 bekannt.
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Die
bekannten Beleuchtungssysteme, die solche Mikro-Spiegelsysteme aufweisen,
erfordern eine sehr hohe Anzahl von Spiegeln (> 1000) um die gewünschte Variabilität
des Beleuchtungssettings zu erreichen. Wenn die Anzahl von reflektierenden
Elementen zu klein ist, sind nur relativ grobe Beleuchtungsmuster
in der Pupillenebene möglich.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es deswegen, ein Beleuchtungssystem der eingangs
genannten Art anzugeben, mit der sich auf einfache Weise Beleuchtungssettings
auch bei geringer Zahl von Mikrospiegeln einstellen lassen.
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Gelöst
wird die Aufgabe durch ein Beleuchtungssystem für eine
Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
wobei das Beleuchtungssystem mindestens eine Mehrfachspiegelanordnung mit
einer Vielzahl von Spiegeln zur Erzeugung einer vorgebbaren Intensitätsverteilung
in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems enthält,
mit mindestens einer Blende, die in oder in der Nähe einer
Pupillenebene des Beleuchtungssystems angeordnet ist und die zur
Erzeugung einer vorgebbaren Korrektur der durch die Mehrfachspiegelanordnung
erzeugte Intensitätsverteilung in der Pupillenebene ausgelegt
ist. Dadurch kann ein zunächst gröbere Intensitätsverteilung,
die durch die geringer Zahl von Spiegeln des MMA verursacht ist,
durch ausblenden unerwünschter Anteile korrigiert werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Beleuchtungssystem
eine Maskierungseinrichtung zur Maskierung eines Retikels und ein
Maskierungsobjektiv zur Abbildung der Maskierungseinrichtung auf
das Retikel auf. Die Blende ist dabei in oder in der Nähe
einer Pupillenebene des Maskierungsobjektivs angeordnet. Das hat
den besonderen Vorteil, dass dort mit der Blende besser unerwünschtes Streulicht
abgeblendet werden kann.
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Dieses
Streulicht wird beispielsweise von Partikeln in oder auf den optischen
Elementen oder durch Beugung an Begrenzungen erzeugt. Je näher die
Blende von der Lichtquelle aus gesehen am Retikel angeordnet ist
desto mehr Streulicht wird vom Retikel abgehalten.
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Eine
weitere Ausführung weist eine Blende auf, deren Oberfläche
in Richtung der Lichtausbreitung gewölbt ist. Besonders
vorteilhaft ist diese Wölbung bei einer Blende im Maskierungsobjektiv.
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Da
beispielweise das Maskierungsobjektiv üblicherweise nicht
vollständig korrigiert ist, zeigt sich in der Pupillenebene
eine sogenannte Bildfeldwölbung. Dabei wird ein Bild nicht
auf einer Ebene, sondern auf einer gewölbten Fläche
erzeugt. Die Position des Strahlenschnittpunkts längs der
optischen Achse ist dann von der Bildhöhe abhängig,
das bedeutet, je weiter Objekt- und damit Bildpunkt von der Achse
entfernt sind, umso mehr ist der Bildpunkt in Achsrichtung verschoben.
Die Ausführungen sind hierbei auf die Abbildung der Pupillenebenen
aufeinander bzw. die Abbildung der dort vorliegenden Intensitätsverteilungen
zu beziehen.
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Die
Bildfeldwölbung führt bei Einsatz einer planen
Blende zu Störungen des erwünschten Beleuchtungssettings.
Als Ergebnis variiert das Beleuchtungssetting über das
Objektfeld. Dadurch, dass die Oberfläche der Blende in
Richtung der Lichtausbreitung gewölbt ist, werden diese
Störungen verringert oder vermieden. Im Allgemeinen wird dann
nicht von einer Pupillenebene (gleiches gilt für die Feldebene)
gesprochen, sondern von einer Pupillenfläche.
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Daher
ist weiter besonders Vorteilhaft, wenn die Wölbung der
Oberfläche der Blende der Bildfeldwölbung am Ort
der Blende angepasst ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist die Blende eine oder
mehrere Blendenöffnungen in der Oberfläche auf.
Dadurch, dass eine oder mehrere Blendenöffnungen in der
Oberfläche angeordnet sind, kann die Blende vorteilhafterweise
an Beleuchtungssettings angepasst werden, die aus einzelnen beleuchtetem
Bereichen in der Pupillenfläche bestehen.
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Die
Blende kann zudem zwei oder mehr zueinander punktsymmetrisch angeordnete
Blendenöffnungen aufweisen. Dies ist vorteilhaft bei Beleuchtungssettings,
die eine Punktsymmetrie aufweisen.
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Die
Blendenöffnungen können auch ein oder mehrere
Graufiltern aus semitransparentem Material aufweisen. Dies hat den
Vorteil, dass die Intensitäten der einzelnen Bereiche des
Beleuchtungssettings gezielt beeinflusst werden können
um beispielsweise die Intensitäten der Bereiche anzugleichen.
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Vorteilhafterweise
können die Blendenöffnungen Elemente enthalten,
die die Polarisation des Beleuchtungslichts beeinflussen. Dadurch
können gezielt Bereiche des Beleuchtungssettings in ihren Polarisationseigenschaften
beeinflusst werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind zwischen der Retikelebene
und einer in Strahlrichtung davor gelegenen Feldebene, die zur Retikelebene optisch
konjugierten ist, polarisationsbeeinflussende Elemente zur Einstellung
eines definierten Polarisationszustandes der Beleuchtungsstrahlung
angeordnet.
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Vorteilhaft
ist es auch, wenn die Blende auswechselbar gestaltet ist. Dadurch
können verschiedene Beleuchtungssettings variabel korrigiert
werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Blende drehbar
um die optische Achse gelagert. Dadurch können die Blendenöffnungen an
Drehungen der Basislichtverteilung angepasst werden. Dies gilt insbesondere
in Kombination mit den Blenden, die punktsymmetrisch angeordnete
Blendenöffnungen aufweisen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Blende eine oder mehrere Blendenöffnungen
aufweist, deren Form oder Größe variabel einstellbar
ist. Damit lassen sich die Beleuchtungssettings ohne Austausch der
Blende an die gewünschte Basislichtverteilung oder an Änderungen
der Basislichtverteilung anpassen.
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In
einer weiteren Ausführung des Beleuchtungssystems umfasst
die Pupillenformungseinheit mindestens ein zweidimensionales diffraktives
oder refraktives optisches Element. Diese auch Rasterelement genannte
Optik kann einerseits der Feldformung als auch der Homogenisierung
der Feldausleuchtung dienen und trägt im Zusammenspiel
mit der erfindungsgemäßen Blende zu einer weiteren Verbesserung
der Ausleuchtung des Retikels bei.
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Eine
weitere Lösung der Aufgabe besteht in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage,
die mindestens ein Beleuchtungssystem mit einer der vorbeschriebenen
Ausführungsformen umfasst.
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Des
Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Beleuchtung eines
Beleuchtungsfeldes mit einem Beleuchtungssystem gelöst,
bei dem die Lichtverteilung in einer Pupillenfläche des
Beleuchtungssystems an eine zu beleuchtende Maskenstruktur angepasst
wird, indem mit einer Pupillenformungseinheit eine Basislichtverteilung
in oder in der Nähe einer Pupillenfläche eingestellt
wird. Zumindest eine Blende ist in oder in der Nähe einer
Pupillenfläche des Beleuchtungssystems angeordnet und ist
so ausgelegt, dass diese die durch die Mehrfachspiegelanordnung
erzeugte Intensitätsverteilung in der Pupillenfläche
in einer vorgegebenen Lichtverteilung korrigiert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Übersicht einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit
einer Pupillenformungseinheit;
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2 zeigt
schematisch wesentliche Komponenten einer Ausführungsform
einer Pupillenformungseinheit mit einer Mehrfachspiegelanordnung;
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3a zeigt
eine beispielhafte Pupillenausleuchtung in Form einer Quadrupolbeleuchtung
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3b zeigt
schematisch eine Quadrupolbeleuchtung, die mit wenigen Spiegeln
erzeugt wird
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4 zeigt
eine beispielhafte Blende mit Blendenöffnungen angepasst
an eine Quadrupolbeleuchtung
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5 zeigt
schematisch Formung eines Feldes der Quadrupolbeleuchtung mit einer
Blendenöffnung der Blende
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6 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Blende mit verstellbaren
Elementen
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
ein Beispiel einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage
mit einem Beleuchtungssystem 190 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.
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Das
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.
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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.
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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 Pupillenebene
des Beleuchtungssystems.
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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. Es sind verschiedene Ausleuchtungen der
kreisförmigen Beleuchtungspupille möglich, beispielsweise
ein konventionelles Setting mit zentriertem, kreisförmigem
Beleuchtungsfleck, eine Dipolbeleuchtung oder eine Quadrupolbeleuchtung.
In 3a ist beispielhaft eine Quadrupolbeleuchtung
gezeigt.
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In
unmittelbarer Nähe der Pupillenformungsfläche 110 ist
ein optisches Rasterelement 109 angeordnet. Eine dahinter
angeordnete Einkoppeloptik 125 überträgt
das Licht auf eine Feldebene 121, in der ein Retikel/Masking-System
(REMA) 122 angeordnet ist, welches als verstellbare Feldblende
dient.
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Das
optische Rasterelement 109 hat eine zweidimensionale Anordnung
diffraktiver oder refraktiver optischer Elemente und hat mehrere
Funktionen. Einerseits wird durch das Rasterelement die eintretende
Strahlung so geformt, dass sie nach Durchtritt durch die nachfolgende
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 Retikelebene 165,
in der das Retikel 160 angeordnet ist, 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 gesondertes Lichtmischelement,
beispielsweise einen über mehrfache innere Reflexion wirkende
Integratorstab oder einen Wabenkondensor verzichtet werden kann.
Hierdurch wird der optische Aufbau in diesem Bereich axial besonders
kompakt.
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Das
nachfolgende Maskierungsobjektiv 140 (auch REMA-Objektiv
genannt) bildet die Feldebene 121 mit der Feldblende 122 auf
das Retikel 160 (Maske) 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 Feldebene 121, die der Objektebene des
Maskierungsobjektivs 140 entspricht, und der zu dieser
Objektebene optisch konjugierten Bildebene 165 des Maskierungsobjektivs,
die der Austrittsebene des Beleuchtungssystems, und gleichzeitig
der Objektebene eines nachfolgenden Projektionsobjektivs 170 entspricht,
genau eine Pupillenebene 145 liegt, die eine Fourier-transformierte Fläche
zur Austrittsebene 165 des Beleuchtungssystems ist. Bei
anderen Ausführungsformen wird im Maskierungsobjektiv mindestens
ein Zwischenbild erzeugt. Ein zwischen dieser Pupillenebene 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
Feldebene 121 und der Bildebene 165 des Maskierungsobjektivs
können strahlungsbeeinflussende Elemente angeordnet sein, beispielsweise
polarisationsbeeinflussende Elemente zur Einstellung eines definierten
Polarisationszustandes der Beleuchtungsstrahlung.
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Diejenigen
optischen Komponenten, die das Licht des Lasers 102 empfangen
und aus dem Licht Beleuchtungsstrahlung formen, die auf das Retikel 160 gerichtet
ist, gehören zum Beleuchtungssystem 190 der Projektionsbelichtungsanlage.
Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung 171 zum Halten
und Manipulieren des Retikels 160 so angeordnet, dass das
am Retikel angeordnete Muster in der Objektebene 165 des
Projektionsobjektives 170 liegt und in dieser Ebene zum
Scannerbetrieb in einer Scan-Richtung senkrecht zur optischen Achse 103 mit
Hilfe eines Scanantriebs bewegbar ist.
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Hinter
der Retikelebene 165 folgt das Projektionsobjektiv 170,
das als Reduktionsobjektiv wirkt und ein Bild des an der Maske 160 angeordneten Musters
in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab
1:4 oder 1:5, auf einen mit einer Fotoresistschicht bzw. Fotolackschicht
belegten Wafer 180 abbildet, dessen lichtempfindliche Oberfläche
in der Bildebene 175 des Projektionsobjektivs 170 liegt.
Es sind refraktive, katadioptrische oder katoptrische Projektionsobjektive
möglich. Andere Reduktionsmaßstäbe, beispielsweise
stärkere Verkleinerungen bis 1:20 oder 1:200, sind möglich.
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Das
zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen
Halbleiterwafer 180 handelt, wird durch eine Einrichtung 191 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.
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Die
Pupillenformungsfläche 110 liegt an oder nahe
einer Position, die optisch konjugiert zur nächsten nachfolgenden
Pupillenebene 145 sowie zur bildseitigen Pupillenebene 172 des
Projektionsobjektivs 170 ist. Somit wird die räumliche
(örtliche) Lichtverteilung in der Pupillenebene 172 des
Projektionsobjektivs durch die räumliche Lichtverteilung
(Ortsverteilung) in der Pupillenformungsfläche 110 des
Beleuchtungssystems bestimmt. Zwischen den Pupillenebenen 110, 145, 172 liegen
jeweils Feldflächen im optischen Strahlengang, die Fourier-transformierte Flächen
zu den jeweiligen Pupillenebenen sind. Dies bedeutet insbesondere,
dass eine definierte Ortsverteilung von Beleuchtungsintensität
in der Pupillenformungsfläche 110 eine bestimmte
Raum-Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der nachfolgenden
Feldfläche 121 ergibt, die wiederum einer bestimmten
Raum-Winkelverteilung der auf das Retikel 160 fallenden
Beleuchtungsstrahlung entspricht. In der Pupillenebene 145 liegt
eine Blende 210 die auch auswechselbar gestaltet sein kann.
Diese Blende 210 dient, wie anhand der 3 bis 5 noch
näher erläutert wird, der Korrektur der durch
die Pupillenformungseinheit 150 erzeugten Intensitätsverteilung
in der Pupillenebene. Die Blende 210 kann auch in oder
in der Nähe der Pupillenebene 110 angeordnet sein.
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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's eye 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).
Die Mehrfachspiegelanordnung wird hier als reflektive Lichtmodulationseinrichtung
zur steuerbaren Veränderung der Raum-Winkelverteilung des
auf die Lichtmodulationseinrichtung einfallenden Strahlungsbündels
betrieben und sorgt durch die Ausrichtung seiner Einzelspiegel für
eine mit Hilfe der Mehrfachspiegelanordnung definierbare, die sich
in der zu einer Intensitätsverteilung in dieser Pupillenebene überlagert.
Die Einzelspiegel der Mehrfachspiegelanordnung, welche an einem
gemeinsamen Trägerelement angebracht sind, sind um eine
oder mehrere Achsen zur Veränderung des Ausbreitungswinkels der
auftreffenden Teil-Beleuchtungsstrahlbündel
156 verkippbar.
Die von den Einzelspiegeln 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 Mehrfachspiegelanordnung
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. Je mehr Spiegelelemente die Mehrfachspiegelanordnung
300 aufweist,
umso genauer kann eine gewünschte Intensitätsverteilung
in der Pupillenformungsfläche
110 und damit der
BeleuchtungsRaum-Winkelverteilung am Retikel
160 eingestellt
werden. Die Zahl der Spiegelelemente liegt dann beispielsweise im
Bereich von 4096, was einer Matrix von 64×64 Spiegelelementen entspricht.
Es sind aber auch weit höhere Zahlen von Spiegelelementen
denkbar.
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Will
man auch mit weniger Spiegelelementen möglichst genau eine
gewünschte Intensitätsverteilung erreichen, muss
man zusätzliche Vorkehrungen treffen. Die Zahl der Spiegelelemente
liegt dann beispielsweise im Bereich von 64 bis 256 Spiegelelementen.
Besonders einfach und vorteilhaft erreicht man damit eine an die
gewünschte Intensitätsverteilung besser Angepasste
mit einer oder mehreren Blenden 210 in einer Pupillenebene
des Beleuchtungssystems. Die Blende 210 muss dazu nicht
exakt in der Pupillenebene angeordnet sein, sondern kann auch leicht
verschoben entlang der optischen Achse nahe der Pupillenebene angeordnet
sein.
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3a zeigt
beispielhaft eine angenommene ideale Intensitätsverteilung
in der Pupillenebene 110 in Form eines Quadrupolsettings.
Dieses weist vier einzelne, hier kreisförmige, Beleuchtungsgebiete 205 auf,
die punksymmetrisch um die optische Achse 103 verteilt
sind. Jede andere beliebige Form, Anzahl und Verteilung ist ebenfalls
denkbar.
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Erzeugt
man dieses Beleuchtungssetting mit einer Mehrfachspiegelanordnung 300 die
beispielsweise nur 64 Spiegelelemente aufweist, so gelangt man zu
einem Beleuchtungssetting, wie es beispielhaft in 3b dargestellt
ist.
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Die
Darstellung dient nur der Vereinfachung und kann mit jeder beliebigen
Zahl von Spiegelelementen verwirklicht werden. In diesem Beispiel
erzeugen die Spiegelelemente quadratische Lichtflecken. Jede andere
Form der Lichtflecken, zum Beispiel kreisförmige, sind
ebenfalls möglich. Die Lichtflecken sind hier wegen der
besseren Unterscheidbarkeit mit Abständen zueinander dargestellt.
Die Lichtflecken können aber auch nahtlos aneinander liegen
oder sich überlappen. Die Spiegelelemente erzeugen Beleuchtungsgebiete 215,
die aus den Lichtflecken zusammengesetzt sind.
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Die
so erzeugten Beleuchtungsgebiete 215 weisen Bereiche auf,
die beispielsweise nicht zum gewünschten Beleuchtungssetting
beitragen sollen. In 3b ist zur Verdeutlichung über
ein Beleuchtungsgebiet 215 das ideale Beleuchtungsgebiet 205 (zu
besseren Sichtbarkeit invertiert) gelegt. Die Bereiche des Beleuchtungsgebiets 215,
die über das ideale Beleuchtungsgebiet 205 hinaus
reichen, sind die unerwünschten Beleuchtungsbereiche 230 in 5.
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4 zeigt
eine Blende
210 mit Blendenöffnungen
220,
die die unerwünschten Beleuchtungsbereiche ausblendet.
In diesem Beispiel haben die Blendenöffnungen
220 genau
die Ausmaße der idealen Beleuchtungsgebiete
205.
Die Blende
210 weist Bereiche auf, die für das
Beleuchtungslicht undurchsichtig sind und Bereiche, die Blendenöffnungen
220, die
zumindest teildurchlässig für das Beleuchtungslicht
sind. Im einfachsten Fall weisen die Blendenöffnungen
220 kein
Material auf und sind daher vollkommen transparent. Die Blendenöffnungen
220 können auch
ein oder mehrere Graufilter aus semitransparentem Material aufweisen.
Dadurch können die Intensitäten der einzelnen
Bereiche
205 des Beleuchtungssettings gezielt beeinflusst
werden können um beispielsweise die Intensitäten
der Bereiche
205 aneinander anzugleichen oder gezielt Unterschiede einzustellen.
Wird statt des semitransparenten Materials ein polarisationsbeeinflussendes
Element in die Blendenöffnungen
220 eingebracht,
kann man die Polarisationseigenschaften einzelner Bereiche
205 des
Beleuchtungssettings gezielt beeinflussen. Derartige Elemente sind
beispielsweise aus der
WO 2005/069081
A2 der Anmelderin bekannt. Diese Elemente können
auch zusätzlich oder statt der polarisationsbeeinflussendes
Element in den Blendenöffnungen
220 im Strahlengang
des Beleuchtungssystems angeordnet sein.
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Jede
Pupillenebene 110, 145 des Beleuchtungssystems
weist nach der Pupillenformungseinheit 150 auf Grund der
Fourier- Transformation die Intensitätsverteilung der Pupillenformungsfläche 110 auf,
solange keine weiteren pupillenbeeinflussenden Elemente im Beleuchtungssystem
angeordnet sind. Daher kann die Blende 210 in jeder Pupillenebene
in oder nach der Pupillenformungsfläche 110 angeordnet
sein, um die Intensitätsverteilung und damit das Beleuchtungssetting
zu korrigieren.
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5 zeigt
eine vergrößerte Darstellung eines durch die Blendenöffnung 220 korrigierten
Beleuchtungsgebiets 205. Die unerwünschten Bereiche 230 werden
durch die nicht transparenten Bereiche der Blende 210 abgeblendet
und gelangen somit nicht auf das Retikel 160.
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Ist
die Blende 210 nahe der Retikelebene 165 angeordnet,
kann die Blende 210 gleichzeitig vorteilhafterweise unerwünschtes
Streulicht vom Retikel 160 fernhalten. Eine Pupillenebene 145 im
Maskierungsobjektiv 140 ist beispielsweise nahe der Retikelebene 165 und
daher besonders gut geeignet Streulicht vom Retikel 160 fernhalten.
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Eine
weitere Ausführung weist eine Blende auf, deren Oberfläche
in Richtung der Lichtausbreitung gewölbt ist. Dies ist
besonders vorteilhaft bei einer Blende im Maskierungsobjektiv 140.
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Ist
das Maskierungsobjektiv 140 nicht vollständig
korrigiert zeigt sich in der Pupillenebene 145 eine sogenannte
Bildfeldwölbung. Dabei wird ein Bild nicht auf einer Ebene,
sondern auf einer gewölbten Fläche erzeugt. Die
Position des Strahlenschnittpunkts längs der optischen
Achse ist dann von der Bildhöhe abhängig. Das
bedeutet, je weiter Objekt- und damit Bildpunkt von der Achse entfernt
sind, umso mehr ist der Bildpunkt in Achsrichtung 103 verschoben.
Die Ausführungen sind hierbei auf die Abbildung der Pupillenebenen
aufeinander bzw. die Abbildung der dort vorliegenden Intensitätsverteilungen zu
beziehen.
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Die
Bildfeldwölbung führt bei Einsatz einer planen
Blende 210 zu Störungen des erwünschten Beleuchtungssettings.
Als Ergebnis variiert das Beleuchtungssetting über das
Objektfeld. Dadurch, dass die Oberfläche der Blende 210 in
Richtung der Lichtausbreitung gewölbt ist, werden diese
Störungen verringert oder vermieden. Daher Zur optimalen Anpassung
ist die Wölbung der Oberfläche der Blende 210 der
Bildfeldwölbung am Ort der Blende 210 angepasst.
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Die
Zahl und Lage der Blendenöffnungen 220 kann abhängig
vom gewünschten Beleuchtungssetting variieren.
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Die
Blende 210 kann beispielsweise zudem zwei oder mehr zueinander
punktsymmetrisch angeordnete Blendenöffnungen 220 aufweisen.
Dies ist vorteilhaft bei Beleuchtungssettings, die eine Punktsymmetrie
aufweisen.
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Ist
die Blende 210 auswechselbar gestaltet, können
verschiedene Beleuchtungssettings variabel durch einfachen Austausch
der Blende 210 korrigiert werden.
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Um
Drehungen der Basislichtverteilung auszugleichen, kann die Blende 210 drehbar
um die optische Achse 103 gelagert sein.
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Die
Blende 210 kann auch eine oder mehrere variabel einstellbare
Blendenöffnungen 220, 225 aufweisen.
Mit variablen Blenden kann man sowohl die Form der Blendenöffnung 220, 225 als
auch die Größe der Fläche der Blendenöffnung
variieren. In den 6 und 7 sind zwei
Ausführungsformen näher beschrieben.
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Beispielsweise
können auf den Blendenöffnungen 220 Irisblenden 217 angeordnet
sein, wie in 6 an einem Quadrupol-Setting dargestellt.
Die Irisblende 217 besteht beispielweise aus mehreren Lamellen,
die über eine Mechanik gemeinsam nach innen oder außen
gedreht werden können. Jede Lamelle ist auf einer Achse
gelagert. Alle Lamellen sind mit einem Ring über jeweils
eine weitere Achse verbunden, damit sie sich gemeinsam bewegen.
Je mehr Lamellen eingesetzt werden, desto besser bleibt die Öffnung
bei der Verstellung an die Kreisform angenähert. In diesem
Beispiel sind Irisblenden 217 auf vier Blendenöffnungen 220 angeordnet.
Mit den Irisblenden 217 lassen sich die Größen
der erwünschten Beleuchtungsgebiete in ihrem Radius kontinuierlich
verändern. Somit gewinnt man eine zusätzliche
Einstellmöglichkeit der Beleuchtungssettings. Auch jedes
andere geeignete Setting lässt sich mit derartigen Irisblenden
beeinflussen.
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In 7 ist
eine weitere Variante einer variabel einstellbaren Blendenöffnung
dargestellt. Hier wird die Fläche der Blendenöffnung 225 kontinuierlich
in Ihrer Fläche verändert. Im Beispiel werden zwei
Blendenöffnungen 225, die ein Dipolsetting mit zwei
symmetrisch zur optischen Achse ausgeleuchteten Beleuchtungsgebieten
aufweist, korrigieren sollen, in ihrer Fläche variiert.
Dazu ist auf der Blende 210 ein um die optische Achse drehbar
gelagertes Lamellen 240 in Form von zwei zueinander symmetrisch
angeordneten Kreissektoren angeordnet. Bei der Drehung der Lamellen 240 über
die Blendenöffnungen 225 kann so die Fläche
der Blendenöffnung 225 kontinuierlich vergrößert
oder verkleinert werden. Vorteilhafterweise kann zusätzlich
die ganze Blende gedreht werden, so dass sich die Lage der Beleuchtungsgebiete
ebenfalls variiert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0747772 [0011]
- - EP 1262836 A1 [0014]
- - US 2006/0087634 A1 [0015]
- - US 7061582 B2 [0015]
- - US 5343489 [0044]
- - US 2007/0165202 A1 [0055]
- - WO 2005/069081 A2 [0061]