DE102011078231A1 - Light modulation device for use in lighting system for micro lithography projection exposure plant to manufacture e.g. semiconductor components, has prism surface whose angle is measured such that total beams are steered on another surface - Google Patents

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Abstract

The device has a raster arrangement provided with multiple prisms (205) that are attached with actuators (204) in different operative positions. A transparent prism body (202) comprises three prism surfaces. The first prism surface includes a prism angle with the second prism surface. The third prism surface includes another prism angle with the first prism surface, where the latter prism angle is measured such that total reflected beams are steered on the third prism surface in a light failure direction. An independent claim is also included for a lighting system comprising a variable adjustable pupil molding unit for receiving light of a primary light source.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtmodulationseinrichtung zur ortsaufgelösten Beeinflussung einer Winkelverteilung von Strahlen eines auf die Lichtmodulationseinrichtung einfallenden Strahlbündels sowie auf ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, welches mindestens eine solche Lichtmodulationseinrichtung aufweist.The invention relates to a light modulation device for the spatially resolved influencing of an angular distribution of rays of a beam incident on the light modulation device and to an illumination system for a microlithography projection exposure apparatus which has at least one such light modulation device.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the Prior Art

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 vorn 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.For the production of semiconductor components and other finely structured components, predominantly microlithographic projection exposure methods are used today. In this case, masks (reticles) are used, which carry the pattern of a structure to be imaged, z. B. a line pattern of a layer of a semiconductor device. A mask is positioned in a projection exposure apparatus between the illumination system and the projection objective in the area of the object surface of the projection objective and illuminated with illumination radiation provided at the front of the illumination system. The radiation changed by the mask and the pattern passes through the projection lens as projection radiation, which images the pattern of the mask onto the substrate to be exposed, which normally carries a radiation-sensitive layer (photoresist, photoresist).

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 bogenförmig gekrümmtes „Ringfeld”) auf die Maske auf, wobei Form und Größe des Beleuchtungsfeldes in der Regel konstant, d. h. nicht variabel sind.In projection microlithography, the mask is illuminated by means of an illumination system that forms illuminating radiation directed onto the mask from the light of a primary light source, in particular a laser, which is defined by specific illumination parameters. The illumination radiation strikes the mask within an illumination field (area of defined shape and size, eg rectangular field or arcuately curved "ring field"), whereby the shape and size of the illumination field are generally constant, ie. H. are not variable.

In der Regel werden je nach Art der abzubildenden Strukturen unterschiedliche Beleuchtungsmodi (sogenannte „Beleuchtungs-settings”) 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.As a rule, depending on the type of structures to be imaged, different illumination modes (so-called "illumination settings") are required, which can be characterized by different local intensity distributions of the illumination radiation in a pupil surface of the illumination system. In this context, one sometimes speaks of "structured illumination" or of a "structuring of the illumination pupil" or of a "structuring of the secondary light source". The pupil surface of the illumination system, in which certain definable two-dimensional intensity distributions (the secondary light sources) are to be present, is also referred to in this application as "pupil shaping surface", because essential properties of the illumination radiation are "shaped" with the aid of this intensity distribution.

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. Unless the intermediate optical components change the beam angle distribution, i. H. Working angle preserving, the angular distribution of the incident on the pattern of the illumination light radiation is determined by the spatial intensity distribution in the pupil shaping surface of the illumination system. In addition, if the intermediate optical components operate to maintain the angle, the spatial intensity distribution in the pupil of the projection objective 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 intended to receive light from a primary light source, e.g. As a laser or a mercury vapor lamp, and to produce a desired two-dimensional intensity distribution (secondary light source) in the "pupil shaping surface" of the illumination system, together form a pupil forming unit, which should be adjustable as a rule.

Aus dem Patent US 7,714,983 B2 der Anmelderin sind Beleuchtungssysteme bekannt, bei denen eine Pupillenformungseinheit zum Empfang von Licht einer primären Lichtquelle und zur Erzeugung einer variabel einstellbaren zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems eine reflektive Lichtmodulationseinrichtung mit einer Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) aufweist, die eine Vielzahl von individuell ansteuerbaren, mehrachsig verkippbaren Einzelspiegeln umfasst, mit deren Hilfe die Winkelverteilung der auf die Spiegelelemente fallenden Strahlung insgesamt gezielt so verändert werden kann, dass sich in der Pupillenformungsfläche die gewünschte Beleuchtungsintensitätsverteilung ergibt.From the patent US 7,714,983 B2 The applicant is aware of illumination systems in which a pupil-shaping unit for receiving light from a primary light source and for generating a variably adjustable two-dimensional intensity distribution in a pupil-shaping surface of the illumination system comprises a multi-mirror-array (MMA) reflective light modulation device having a plurality includes individually controllable, multiaxial tiltable individual mirrors, with the aid of which the angular distribution of the radiation falling on the mirror elements can be targeted specifically changed so that the desired illumination intensity distribution results in the Pupillenformungsfläche.

Aus dem Patent US 7,359,103 B2 ist eine mit örtlicher Auflösung arbeitende Lichtmodulationseinrichtung vom Transmissionstyp bekannt. Die Lichtmodulationseinrichtung hat eine Vielzahl transparenter Prismen zur Umlenkung von Licht in eine Ausfallsrichtung, die sich von der Einfallsrichtung auf die Prismen unterscheidet. Die Prismen werden von einer Trägerstruktur in einer frei schwebenden Position (midair position) derart gehalten, dass die als Lichtaustrittsfläche dienenden Prismenflächen gegenüber einer senkrecht zur Lichteinfallsrichtung liegenden Ebene um eine Kippachse verkippt werden können. Durch die Verkippung der Prismen ist eine variable Umlenkung der durch das Prisma hindurch tretenden Strahlen möglich. Prismen können so stark verkippt werden, dass an der normalerweise als Lichtaustrittsfläche dienenden Prismenfläche Totalreflexion auftritt, so dass die entsprechenden Strahlen ausgekoppelt werden und nicht mehr an der Lichtaustrittsseite austreten.From the patent US 7,359,103 B2 is a working with local resolution Light modulation device of the transmission type known. The light modulation device has a plurality of transparent prisms for deflecting light in a direction of departure that differs from the direction of incidence on the prisms. The prisms are held by a support structure in a free-floating position (midair position) such that the prism surfaces serving as a light exit surface can be tilted about a tilt axis with respect to a plane perpendicular to the light incident direction. Due to the tilting of the prisms, a variable deflection of the rays passing through the prism is possible. Prisms can be tilted so much that at the prism surface normally serving as a light exit surface total reflection occurs, so that the corresponding rays are coupled out and no longer emerge at the light exit side.

Reflektive Lichtmodulationseinrichtungen mit einer Rasteranordnung bzw. einem Array von Mikrospiegeln erlauben eine große Variabilität bei der Einstellung der örtlichen Beleuchtungsintensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche. Neben konventionellen Beleuchtungssettings mit unterschiedlichen Kohärenzgraden und außeraxialen Beleuchtungssetting, wie Dipolbeleuchtung, Quadrupolbeleuchtung oder annularer Beleuchtung (mit ringförmiger Intensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche) sind auch andere symmetrische oder unsymmetrische räumliche Verteilungen der Beleuchtungsintensität realisierbar. Allerdings kann bei der Reflexion an den Spiegelflächen ein relativ hoher Intensitätsverlust auftreten, der bei aktuell verfügbaren, hochreflektierenden Reflexionsbeschichtungen (HR-Schichten) für den tiefen Ultraviolettbereich in der Größenordnung von einigen Prozent, beispielsweise bis zu 5%, liegen kann. Außerdem kann es in mehrlagigen Reflexionsbeschichtungen bei hoher Beleuchtungsintensität zu Schichtspannungen kommen, die bei dünnen Spiegelsubstraten auch zu Oberflächendeformationen führen können, welche wiederum die Winkelverteilung der von einem Spiegel reflektierten Strahlung in schwer kontrollierbarer Weise beeinflussen können. Schließlich existieren bei konventionellen reflektiven Lichtmodulationseinrichtungen auch besondere Bauraumerfordernisse, da eine Faltung des Strahlenganges zwischen dem auf eine Spiegelanordnung einfallenden Strahlbündel und dem durch die Spiegelanordnung hinsichtlich seiner Winkelverteilung veränderten ausfallenden Strahlbündel nötig ist. Aufgrund der optischen Schichteigenschaft von Reflexionsbeschichtungen ist es in der Regel günstig, wenn die Spiegelflächen unter möglichst kleinen Einfallswinkeln getroffen werden, um hohe Reflexionsgrade zu erzielen. Dies wiederum bedeutet in der Regel, dass sowohl vor als auch hinter einer Mehrfachspiegelanordnung ein relativ großer Bereich, in dem sich der einfallende und der reflektierte Strahlengang überlappen, frei von optischen Elementen gehalten werden sollte.Reflective light modulation devices with a raster array of micromirrors allow great variability in the adjustment of the local illumination intensity distribution in the pupil shaping surface. In addition to conventional illumination settings with different degrees of coherence and off-axis illumination settings, such as dipole illumination, quadrupole illumination or annular illumination (with an annular intensity distribution in the pupil shaping surface), other symmetrical or asymmetrical spatial distributions of the illumination intensity can also be realized. However, the reflectivity at the mirror surfaces can result in a relatively high intensity loss, which may be on the order of a few percent, for example up to 5%, for currently available, highly reflective, deep ultraviolet (HR) reflective coatings. In addition, in multilayer reflective coatings with high illumination intensity, layer stresses can occur, which can also lead to surface deformations in the case of thin mirror substrates, which in turn can influence the angular distribution of the radiation reflected by a mirror in a manner which is difficult to control. Finally, in conventional reflective light modulation devices, there are also special space requirements, since a convolution of the beam path between the beam bundle incident on a mirror arrangement and the outgoing beam bundle modified by the mirror arrangement with regard to its angular distribution is necessary. Due to the optical layer property of reflection coatings, it is generally favorable if the mirror surfaces are struck at the smallest possible angles of incidence in order to achieve high reflectivities. This in turn usually means that both in front of and behind a multi-mirror arrangement, a relatively large area in which the incident and the reflected beam path overlap, should be kept free of optical elements.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lichtmodulationseinrichtung bereit zu stellen, die wesentliche Vorteile herkömmlicher reflektiver Lichtmodulationseinrichtungen hat, deren Nachteile aber weitgehend vermeidet. Insbesondere soll eine Lichtmodulationseinrichtung bereit gestellt werden, bei der die Lichtverluste im Vergleich zu herkömmlichen reflektiven Lichtmodulationseinrichtungen stark reduziert sind. Weiterhin soll die Lichtmodulationseinrichtungen vorzugsweise mit geringem Bauraumbedarf in ein optisches System intrigierbar sein, insbesondere in ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage bereit zu stellen, das eine variable Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungssettings ermöglicht und sich gegenüber herkömmlichen Beleuchtungssystemen durch geringeren Lichtverlust auszeichnet.It is an object of the invention to provide a light modulation device which has substantial advantages of conventional reflective light modulation devices, but largely avoids their disadvantages. In particular, a light modulation device is to be provided in which the light losses are greatly reduced in comparison to conventional reflective light modulation devices. Furthermore, the light modulation devices should preferably be able to be integrated into an optical system with a small space requirement, in particular into an illumination system for a microlithography projection exposure apparatus. It is a further object of the invention to provide a lighting system for a microlithography projection exposure apparatus that allows for variable adjustment of different lighting settings and is characterized by lower light loss compared to conventional lighting systems.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben stellt die Erfindung eine Lichtmodulationseinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 10 bereit.To achieve these and other objects, the invention provides a light modulation device having the features of claim 1 and an illumination system for a microlithography projection exposure device having the features of claim 10.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung hat die Lichtmodulationseinrichtung eine Rasteranordnung mit einer Vielzahl von individuell verkippbar gelagerten Prismen, die mittels zugeordneter Aktuatoren individuell in unterschiedliche Arbeitsstellungen verkippbar sind. Der Begriff „Rasteranordnung” bezeichnet hier eine normalerweise regelmäßige ein- oder zweidimensional ausgedehnte räumliche Anordnung von Prismen, die vorzugsweise identisch gestaltet sind. Die Rasteranordnung wird in dieser Anmeldung auch als „Prismenarray” bezeichnet. Jeder Strahl, der in einen optisch nutzbaren Bereich eines Prismas einfällt, verlässt das Prisma in einer durch die Arbeitsstellung des Prismas und dessen Geometrie bestimmten Lichtausfallsrichtung. Diese kann gegenüber der Lichteinfallsrichtung durch Verkippen des Prismas verändert werden, so dass jedes Prisma eine variable Strahlablenkung bzw. Strahlumlenkung ermöglicht. Da die Prismen der Rasteranordnung unabhängig voneinander individuell verkippbar sind, sind sowohl Richtung als auch Ausmaß der Strahlablenkung für unterschiedliche Teilstrahlbündel des einfallenden Strahlbündels unterschiedlich einstellbar. Dadurch ist es möglich, die Winkelverteilung der Strahlen eines einfallenden Strahlbündels mit Hilfe der Lichtmodulationseinrichtung mit örtlicher Auflösung, d. h. in lokal unterschiedlicher Weise, so zu beeinflussen, dass sich die Winkelverteilung der Strahlen in einem von der Lichtmodulationseinrichtung beeinflussten ausgehenden Strahlbündel von der Winkelverteilung des einfallenden Strahlbündels unterscheidet.According to one aspect of the invention, the light modulation device has a grid arrangement with a multiplicity of individually tiltably mounted prisms, which can be tilted individually by means of associated actuators into different working positions. The term "grid arrangement" here refers to a normally regular one- or two-dimensionally extended spatial arrangement of prisms, which are preferably designed identically. The grid arrangement is also referred to in this application as a "prism array". Each beam incident in an optically usable region of a prism leaves the prism in a direction of light emission determined by the working position of the prism and its geometry. This can be changed with respect to the light incidence direction by tilting the prism, so that each prism allows a variable beam deflection or beam deflection. Since the prisms of the grid arrangement can be individually tilted independently of one another, both direction and extent of the beam deflection are for different partial beam bundles of the incident beam different adjustable. This makes it possible to influence the angular distribution of the rays of an incident beam by means of the light modulation device with spatial resolution, ie in locally different ways, so that the angular distribution of the beams in an outgoing beam influenced by the light modulation device of the angular distribution of the incident beam different.

Jedes Prisma hat einen Prismenkörper, der aus einem Material besteht, welches in dem für die Nutzung vorgesehenen Wellenlängenbereich transparent ist, also eine möglichst niedrige Absorption aufweist. Ein Prismenkörper hat mindestens drei ebene Grenzflächen, nämlich eine erste Prismenfläche, eine zweite Prismenfläche und eine dritte Prismenfläche. Die relative Anordnung und Orientierung der Prismenflächen bestimmt die ablenkende Wirkung, die der Prismenkörper auf die einfallenden Strahlen hat. Die erste Prismenfläche dient als Lichteintrittsfläche zum Empfang von Strahlen des einfallenden Strahlbündels, wobei die Strahlen aus einer Lichteinfallsrichtung in einem ersten Einfallswinkel auf die erste Prismenfläche einfallen. Der Begriff „Einfallswinkel” steht in dieser Anmeldung allgemein für denjenigen Winkel, den ein auf eine optische Fläche auftreffender Lichtstrahl am Auftreffpunkt mit der Flächennormalen (Einfallslot) der optischen Fläche am Auftreffpunkt einschließt. Die zweite Prismenfläche schließt mit der ersten Prismenfläche einen ersten Prismenwinkel ein, der so bemessen ist, dass Strahlen, die von der ersten Prismenfläche direkt, d. h. ohne Umweg, zur zweiten Prismenfläche gelenkt werden, bei jeder Arbeitsstellung des Prismas in einem zweiten Einfallswinkel auf die zweite Prismenfläche treffen, der größer als ein Grenzwinkel für Totalreflexion an der zweiten Prismenfläche ist. Bei jeder Arbeitsstellung des Prismas werden somit diejenigen Strahlen, die an der ersten Prismenfläche in Richtung der zweiten Prismenfläche umgelenkt werden, an der zweiten Prismenfläche total reflektiert. Totalreflexion kann bekanntlich unter bestimmten Bedingungen an einer Grenzfläche zwischen einem optisch dichteren Medium mit Brechzahl n1 und einem optisch dünneren Medium mit Brechzahl n2 < n1 auftreten. Bei hinreichend steilem Einfall (relativ kleiner Einfallswinkel) wird ein Lichtstrahl an der Grenzfläche gebrochen und tritt durch die Grenzfläche hindurch in das optisch dünnere Medium ein. Wird der Einfallswinkel vergrößert, so verläuft der gebrochene Strahl bei einem bestimmten Einfallswinkelwert parallel zur Grenzfläche. Dieser Einfallswinkel wird als Grenzwinkel der Totalreflexion oder auch als kritischer Winkel bezeichnet. Übersteigt der Einfallswinkel den Grenzwinkel der Totalreflexion, so wird der Lichtstrahl vollständig an der Grenzfläche reflektiert und in das (optisch dichtere) Ausgangsmedium zurückgeworfen. Bei der Totalreflexion tritt praktisch kein Intensitätsverlust auf. Dieser Effekt wird an der zweiten Prismenfläche genutzt. Die dritte Prismenfläche schließt mit der zweiten Prismenfläche einen zweiten Prismenwinkel ein, der so bemessen ist, dass von der zweiten Prismenfläche total reflektierte Strahlen in einem dritten Einfallswinkel auf die dritte Prismenfläche einfallen und durch die dritte Prismenfläche in eine Lichtausfallsrichtung gelenkt werden. Der durch das Prisma bewirkte Ablenkwinkel, d. h. der Winkel zwischen Lichteinfallsrichtung und Lichtausfallsrichtung eines Strahls, kann durch Ausmaß und Richtung der Verkippung des Prismas vorzugsweise stufenlos eingestellt werden.Each prism has a prism body, which consists of a material which is transparent in the wavelength range intended for use, ie has the lowest possible absorption. A prism body has at least three planar interfaces, namely a first prism surface, a second prism surface and a third prism surface. The relative location and orientation of the prism surfaces determines the distracting effect that the prism body has on the incident rays. The first prism surface serves as a light entry surface for receiving beams of the incident beam, the beams incident on the first prism surface from a light incident direction at a first angle of incidence. The term "angle of incidence" in this application generally refers to that angle which a light beam incident on an optical surface at the point of impact includes with the surface normal (incidence slot) of the optical surface at the point of impact. The second prism surface includes a first prism angle with the first prism surface, which is dimensioned so that rays that are directed from the first prism surface directly, ie without detour, to the second prism surface, at each working position of the prism at a second angle of incidence on the second Prism surface that is greater than a critical angle for total reflection at the second prism surface. In each working position of the prism thus those rays which are deflected at the first prism surface in the direction of the second prism surface are totally reflected at the second prism surface. Total reflection can be known under certain conditions at an interface between a more dense optical medium with refractive index n 1 and an optically thinner medium with refractive index n 2 <n 1 occur. With a sufficiently steep incidence (relatively small angle of incidence), a light beam is refracted at the interface and enters the optically thinner medium through the interface. If the angle of incidence is increased, the refracted beam is parallel to the interface at a certain angle of incidence. This angle of incidence is referred to as the critical angle of total reflection or as a critical angle. If the angle of incidence exceeds the critical angle of total reflection, the light beam is completely reflected at the interface and thrown back into the (optically denser) output medium. With total reflection, there is virtually no loss of intensity. This effect is used on the second prism surface. The third prism surface includes, with the second prism surface, a second prism angle that is dimensioned so that totally reflected rays from the second prism surface are incident on the third prism surface at a third angle of incidence and are directed by the third prism surface in a light out direction. The deflection angle caused by the prism, ie the angle between the direction of light incidence and the direction of light emission of a beam, can preferably be adjusted steplessly by the extent and direction of the tilting of the prism.

Durch die Nutzung der Totalreflexion an der zweiten Prismenfläche können Intensitätsverluste bei der Strahlumlenkung im Vergleich zu herkömmlichen, mit beschichteten Spiegelelementen arbeitenden Mehrfachspiegelanordnungen erheblich reduziert werden. Da bei der Totalreflexion praktisch kein Intensitätsverlust eintritt, beschränken sich die Intensitätsverluste, die ein abgelenkter Lichtstrahl an einem Prisma erleidet, auf eventuelle Verluste, die bei der Brechung an der ersten Prismenfläche und der dritten Prismenfläche auftreten und eventuelle Verluste durch Absorption im Prismenmaterial. Diese Verluste können jedoch durch geeignete Materialwahl und andere technische Maßnahmen, z. B. durch reflexmindernde Beschichtung (Antireflexbeschichtung), gering gehalten werden.By using the total reflection at the second prism surface intensity losses in the beam deflection can be significantly reduced compared to conventional, working with coated mirror elements multi-mirror arrays. Since virtually no loss of intensity occurs in total reflection, the intensity losses which a deflected light beam suffers at a prism are limited to possible losses which occur at the first prism surface and the third prism surface at the refraction and any losses due to absorption in the prism material. These losses can, however, by appropriate choice of materials and other technical measures, such. B. by anti-reflection coating (anti-reflection coating), kept low.

Die zweite Prismenfläche kann eine optische Beschichtung tragen. Totalreflexion kann jedoch auch an einer nicht beschichteten Grenzfläche auftreten. Vorzugsweise trägt die zweite Prismenfläche keine Beschichtung, was die Herstellung der Prismen vereinfacht.The second prism surface may carry an optical coating. However, total reflection can also occur at an uncoated interface. Preferably, the second prism surface carries no coating, which simplifies the manufacture of the prisms.

Um Intensitätsverluste bei der Brechung an der ersten Prismenfläche möglichst gering zu halten, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass der erste Prismenwinkel so bemessen ist, dass der erste Einfallswinkel bei jeder Arbeitsstellung des Prismas um weniger als 15°, insbesondere um 10° oder weniger, oder um 5° oder weniger von einem an der ersten Prismenfläche geltenden Brewster-Winkel abweicht. Der erste Prismenwinkel kann beispielsweise so bemessen sein, dass der erste Einfallswinkel bei einer unverkippten Grundstellung des Prismas weniger als 3° oder weniger als 1° vom entsprechenden Brewster-Winkel abweicht. Der Brewster-Winkel, der gelegentlich auch als Polarisationswinkel bezeichnet wird, gibt den Winkel an, bei dem von einem einfallenden, unpolarisierten Lichtstrahl nur die senkrecht zu der Einfallsebene polarisierte Komponente des Lichts (s-Polarisation) reflektiert wird, während die parallel zur Einfallsebene polarisierte Komponente (p-Polarisation) praktisch verlustfrei durch die Prismenfläche hindurchtritt. Die Einfallsebene ist dabei diejenige Ebene, die durch die Einfallsrichtung des Lichtstrahls und die Flächennormale der optischen Fläche am Auftreffpunkt aufgespannt wird. Liegt also der erste Einfallswinkel in der Nähe oder bei dem Brewster-Winkel, so findet die Brechung an der ersten Prismenfläche für die p-polarisierte Komponente des einfallenden Lichtstrahls weitgehend verlustfrei statt.In order to minimize intensity losses in the refraction at the first prism surface, in some embodiments it is provided that the first prism angle is dimensioned such that the first angle of incidence at each working position of the prism is less than 15 °, in particular 10 ° or less, or deviates by 5 ° or less from a Brewster angle at the first prism face. The first prism angle, for example, be dimensioned so that the first angle of incidence deviates less than 3 ° or less than 1 ° from the corresponding Brewster angle at an untilted initial position of the prism. The Brewster angle, sometimes referred to as the angle of polarization, indicates the angle at which an incident, unpolarized light beam reflects only that component of the light (s polarization) polarized perpendicular to the plane of incidence while being polarized parallel to the plane of incidence Component (p-polarization) passes virtually lossless through the prism surface. The plane of incidence is that plane which is defined by the direction of incidence of the light beam and the surface normal of the optical surface at the point of impact is spanned. If, therefore, the first angle of incidence is close to or at the Brewster angle, the refraction at the first prism area for the p-polarized component of the incident light beam takes place largely without loss.

Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Prismenwinkel so bemessen sein, dass der dritte Einfallswinkel bei jeder Arbeitsstellung des Prismas um weniger als 15° oder weniger als 10° oder von 5° oder weniger von einem an der dritten Prismenfläche geltenden Brewster-Winkel abweicht. Der zweite Prismenwinkel kann beispielsweise so bemessen sein, dass der dritte Einfallswinkel bei einer unverkippten Grundstellung des Prismas weniger als 3° oder weniger als 1° vom entsprechenden Brewster-Winkel abweicht. In diesem Fall findet auch die Brechung an der dritten Prismenfläche für p-polarisierte Lichtkomponenten nahezu verlustfrei statt, wodurch die Intensitätsverluste bei der Ablenkung insgesamt gering gehalten werden können.Alternatively or additionally, the second prism angle may be dimensioned such that the third angle of incidence deviates at each working position of the prism by less than 15 ° or less than 10 ° or by 5 ° or less from a Brewster angle valid at the third prism surface. The second prism angle can be dimensioned, for example, such that the third angle of incidence deviates less than 3 ° or less than 1 ° from the corresponding Brewster angle in the case of an untilted basic position of the prism. In this case, the refraction at the third prism surface for p-polarized light components also takes place virtually loss-free, as a result of which the intensity losses during the deflection can be kept low overall.

Da im Bereich des Brewster-Winkels der Intensitätsverlust für die p-polarisierte Komponente des Lichtes aufgrund der Geometrie praktisch verschwindet, ist in diesen Fällen eine reflexionsmindernde Beschichtung der Prismenflächen nicht erforderlich, so dass die erste Prismenfläche und/oder die dritte Prismenfläche unbeschichtet bleiben können. Durch den Wegfall einer Beschichtung wird die Herstellung der Prismen deutlich einfacher und kostengünstiger, da entsprechende Beschichtungsschritte entfallen können. Außerdem verbessert sich dadurch die Langzeitstabilität der optischen Eigenschaften der Prismen, da auch unter starker Bestrahlung keine durch Schichtdegradation verursachten Veränderungen der optischen Eigenschaften auftreten.Since the loss of intensity for the p-polarized component of the light practically disappears in the region of the Brewster angle, a reflection-reducing coating of the prism surfaces is not required in these cases, so that the first prism surface and / or the third prism surface can remain uncoated. The elimination of a coating, the production of prisms is much easier and cheaper, since corresponding coating steps can be omitted. In addition, this improves the long-term stability of the optical properties of the prisms, since even under strong irradiation no changes in the optical properties caused by layer degradation occur.

Da weiterhin die total reflektierende zweite Prismenfläche ebenfalls nicht beschichtet sein muss, ergibt sich insgesamt eine in der Herstellung günstige und eine hinsichtlich der optischen Eigenschaften über lange Zeit stabile Anordnung.Furthermore, since the totally reflecting second prism surface also does not have to be coated, the overall result is an arrangement which is favorable in terms of production and a structure which is stable over a long time with regard to the optical properties.

Es ist jedoch auch möglich, dass die als Lichteintrittsfläche dienende erste Prismenfläche und/oder die als Lichtaustrittsfläche dienende dritte Prismenfläche mit einer reflexionsmindernden Antireflexbeschichtung belegt ist. Dies kann insbesondere dann günstig sein, wenn die an diesen Flächen auftretenden Einfallswinkel stark vom zugehörigen Brewster-Winkel abweichen und beispielsweise weniger als 30° oder weniger als 20° betragen. Durch eine Antireflexbeschichtung können die Reflexionsverluste im Vergleich zu einer unbeschichteten Prismenfläche erheblich reduziert werden.However, it is also possible that the first prism surface serving as the light entry surface and / or the third prism surface serving as the light exit surface are covered with a reflection-reducing antireflection coating. This can be particularly favorable when the incidence angles occurring at these surfaces deviate greatly from the associated Brewster angle and, for example, amount to less than 30 ° or less than 20 °. An anti-reflection coating can significantly reduce the reflection losses compared to an uncoated prism surface.

Jedes der Prismen ist vorzugsweise um mehrere im Winkel zueinander stehende Kippachsen verkippbar, beispielsweise um zwei senkrecht zueinander stehende Kippachsen. Dadurch ist eine hohe Variabilität bei der Gestaltung der Austrittswinkelverteilung möglich.Each of the prisms is preferably tiltable about a plurality of tilting axes which are at an angle to one another, for example about two tilt axes which are perpendicular to one another. As a result, a high variability in the design of the exit angle distribution is possible.

Die Kippwinkel sind bei bevorzugten Ausführungsformen relativ klein, wobei vorzugsweise ein maximaler Kippwinkel bei jedem Prisma weniger als 5° beträgt, insbesondere 3° oder weniger. Entsprechend können die maximal erzielbaren Ablenkwinkel ebenfalls relativ klein sein und z. B. 10° oder weniger betragen. Die Prismen können mit Hilfe von Federn gelagert sein, die die Prismen in Abwesenheit von auslenkenden Kräften in die Grundstellung zwingen. Wenn nur kleine maximale Kippwinkel erforderlich sind, können relativ starke metallische Federn verwendet werden, durch die die in den Prismen bei der Durchstrahlung entstehende Wärme besser abtransportiert werden kann.The tilt angles are relatively small in preferred embodiments, and preferably a maximum tilt angle for each prism is less than 5 °, in particular 3 ° or less. Accordingly, the maximum achievable deflection angle may also be relatively small and z. B. 10 ° or less. The prisms can be supported by means of springs, which force the prisms into the basic position in the absence of deflecting forces. If only small maximum tilt angles are required, relatively strong metallic springs can be used, through which the heat generated in the prisms during irradiation can be transported away better.

Eine mit Prismen aufgebaute reflektive Lichtmodulationseinrichtung ermöglicht unterschiedliche Anordnungen der Prismen relativ zueinander. Bei manchen Ausführungsformen bilden die Prismen eine ebene Rasteranordnung, bei der in einer unverkippten Grundstellung der Prismen alle zweiten Prismenflächen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die total reflektierenden zweiten Prismenflächen können in dieser Anordnung ähnlich angeordnet sein wie die mit Reflexionsbeschichtungen versehenen Spiegelflächen herkömmlicher ebener Mikrospiegel-Arrays. Der Bereich der zweiten Prismenflächen ist bei dieser Anordnung für die Ankopplung der zugeordneten Aktuatoren zugänglich. Diese können beispielsweise am Rand der zweiten Prismenfläche außerhalb des optisch genutzten Bereichs der zweiten Prismenfläche angreifen.A reflective light modulation device constructed with prisms allows different arrangements of the prisms relative to each other. In some embodiments, the prisms form a planar grid arrangement in which, in a non-tilted basic position of the prisms, all second prism areas lie in a common plane. The totally reflective second prism faces may be arranged similarly in this arrangement as the reflective surfaces of conventional planar micromirror arrays. The region of the second prism faces is accessible in this arrangement for the coupling of the associated actuators. These may, for example, engage the edge of the second prism surface outside the optically used region of the second prism surface.

Ebene Rasteranordnungen dieser Art bedingen, ähnlich wie herkömmliche Mehrfachspiegelanordnungen, einen gefalteten Strahlengang. Jedoch sind hier, anders als bei herkömmlichen Mikrospielanordnungen, auch relativ große Faltungswinkel von beispielsweise zwischen 70° und 110°, insbesondere zwischen 80° und 100° im Wesentlichen ohne Einbußen bei der Performance möglich. Der Begriff „Faltungswinkel” bezieht sich hier auf den Winkel zwischen der Lichtrichtung vor der Umlenkung an den Prismen und der Lichtrichtung nach der Umlenkung. Wenn das die Rasteranordnung enthaltene optische System in Lichtrichtung vor der Rasteranordnung und in Lichtrichtung nach der Rasteranordnung rotationssymmetrische optische Elemente, beispielsweise Linsen oder dergleichen hat, die eine optische Achse definieren, so kann sich der Begriff „Faltungswinkel” auch auf den Winkel beziehen, der von den Teilen der optischen Achse vor der Rasteranordnung und hinter der Rasteranordnung eingeschlossen ist. In diesem Sinne erzeugt beispielsweise ein Planspiegel, der um 45° gegenüber dem eintrittsseitigen Teil der optischen Achse geneigt ist, einen Faltungswinkel von 90°. Faltungswinkel um 90° können insoweit vorteilhaft sein, als dadurch nur relativ kleine Bereiche vor und hinter der Rasteranordnung frei von optischen Elementen gehalten werden müssen. Dadurch sind kompaktere Bauformen möglich.Level raster arrangements of this type require, similar to conventional multiple mirror arrangements, a folded beam path. However, unlike conventional microplay arrangements, relatively large folding angles of, for example, between 70 ° and 110 °, in particular between 80 ° and 100 °, are essentially possible without sacrificing performance. The term "folding angle" here refers to the angle between the direction of light before the deflection at the prisms and the direction of light after the deflection. If the optical system comprising the raster arrangement has rotationally symmetrical optical elements, for example lenses or the like, which define an optical axis in the light direction in front of the raster arrangement and in the light direction after the raster arrangement, the term "folding angle" can also refer to the angle which is defined by the parts of the optical axis before the grid assembly and behind the grid assembly is included. In this sense, for example, generates a plane mirror, which is inclined by 45 ° relative to the inlet-side part of the optical axis, a Folding angle of 90 °. Folding angles of 90 ° can be advantageous insofar as only relatively small areas in front of and behind the grid arrangement must be kept free of optical elements. As a result, more compact designs are possible.

Es ist auch möglich, die Prismen einer Rasteranordnung so anzuordnen, dass die Rasteranordnung insgesamt im Sinne einer Strahlablenkung „im Durchtritt” funktioniert, eine Faltung des Strahlengangs also entfällt. Bei einer Strahlablenkung „im Durchtritt” liegt der Winkel zwischen der mittleren Lichteinfallsrichtung und der mittleren Lichtausfallsrichtung nahe bei 0° oder genau bei 0° und ist in der Regel kleiner als 20° oder kleiner als 10°. Bei manchen Ausführungsformen wird diese Anordnungsmöglichkeit dadurch erreicht, dass die Prismen der Rasteranordnung derart angeordnet sind, dass in einer unverkippten Grundstellung der Prismen alle zweiten Prismenflächen parallel zueinander ausgerichtet sind und die Prismen in einer ersten Richtung senkrecht zu den zweiten Prismenflächen versetzt angeordnet sind. Die zwischen den ersten Prismenflächen und den zweiten Prismenflächen gebildeten ersten Prismenkanten können in einer gemeinsamen Ebene liegen, welche schräg, insbesondere senkrecht zu den zweiten Prismenflächen verläuft. Dadurch sind gestapelte Rasteranordnungen möglich. Beispielsweise kann eine Rasteranordnung Spalten und Reihen von Prismen haben, wobei eine Spalte von Prismen eine Vielzahl von Prismen umfasst, die in einer senkrecht zur zweiten Prismenfläche verlaufenden ersten Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Die Reihen von Prismen können senkrecht dazu verlaufen. Die Ebene, in der die ersten Prismenkanten liegen, kann senkrecht zur mittleren Einfallsrichtung des einfallenden Strahlbündels liegen, so dass eine in Durchstrahlungsrichtung kurze Rasteranordnung realisiert werden kann. Diese kann gegebenenfalls herkömmliche in Transmission arbeitende Lichtmodulationseinrichtungen ersetzenIt is also possible to arrange the prisms of a grid arrangement in such a way that the grid arrangement as a whole works in the sense of a beam deflection "in the passage", thus eliminating a folding of the beam path. In the case of beam deflection "in the passage", the angle between the mean direction of light incidence and the mean light emergence direction is close to 0 ° or exactly 0 ° and is generally less than 20 ° or less than 10 °. In some embodiments, this arrangement possibility is achieved in that the prisms of the grid arrangement are arranged such that in a non-tilted basic position of the prisms all second prism surfaces are aligned parallel to each other and the prisms are arranged offset in a first direction perpendicular to the second prism faces. The first prism edges formed between the first prism faces and the second prism faces may lie in a common plane which extends obliquely, in particular perpendicular to the second prism faces. As a result, stacked grid arrangements are possible. For example, a grid array may have columns and rows of prisms, wherein a column of prisms includes a plurality of prisms offset from each other in a first direction perpendicular to the second prism face. The rows of prisms can be perpendicular to it. The plane in which the first prism edges lie can lie perpendicular to the mean direction of incidence of the incident beam, so that a grid arrangement that is short in the direction of transmission can be realized. This may optionally replace conventional transmission light modulating devices

In der Regel ist es weder erforderlich noch gewünscht, das gesamte durch die Prismenflächen eingeschlossene Volumen der Prismen als optisches Volumen für die Strahlungslenkung zu nutzen. Beispielsweise sollten optisch nicht genutzte Bereich an den Prismenkörpern vorgesehen sein, um Elemente der Fassungstechnik, also Halteelemente einer Haltereinrichtung und/oder Elemente der zugeordneten Aktuatoren anzubringen. Unter anderem aus diesem Grund ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass an der Eintrittsseite der Rasteranordnung eine Rasteranordnung von optischen Elementen zur Konzentration von auf die optischen Elemente auftreffender Strahlung auf die ersten Prismenflächen der jeweils zugeordneten Prismen angeordnet ist. Die Rasteranordnung kann beispielsweise durch ein Feld von Mikrolinsen (Mikrolinsen-Array) gebildet sein, bei dem jede eintrittsseitig beleuchtete Mikrolinse den auf die Mikrolinse auftreffende Teil des einfallenden Strahlbündels auf die ihm zugeordnete erste Prismenfläche eines Prismas so fokussiert, dass die optisch genutzte Fläche der ersten Prismenfläche kleiner ist als die erste Prismenfläche selbst. Beispielsweise kann zwischen dem optisch genutzten Bereich der ersten Prismenfläche und den Kanten der ersten Prismenfläche allseitig ein geringer Abstand verbleiben.As a rule, it is neither necessary nor desired to use the entire volume of the prisms enclosed by the prism surfaces as the optical volume for the radiation steering. For example, optically unused area should be provided on the prism bodies in order to mount elements of the mounting technology, ie holding elements of a holder device and / or elements of the associated actuators. For this reason, among others, it is provided in some embodiments that a raster arrangement of optical elements for concentrating radiation impinging on the optical elements is arranged on the entry side of the raster arrangement on the first prism surfaces of the respective associated prisms. The raster arrangement can be formed, for example, by a field of microlenses (microlens array), in which each microlens illuminated on the inlet side focuses the part of the incident beam incident on the microlens onto the first prism surface of a prism associated with it so that the optically used surface of the first Prism area is smaller than the first prism surface itself. For example, a small distance can remain on all sides between the optically used region of the first prism surface and the edges of the first prism surface.

Die Erfindung betrifft auch ein für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage geeignetes Beleuchtungssystem zum Empfang von Licht einer primären Lichtquelle und zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht der primären Lichtquelle, wobei das Beleuchtungssystem mindestens eine Lichtmodulationseinrichtung der in dieser Anmeldung beschriebenen Art enthält.The invention also relates to a lighting system suitable for a microlithography projection exposure apparatus for receiving light from a primary light source and for illuminating a lighting field with the light from the primary light source, the lighting system comprising at least one light modulation device of the type described in this application.

Das Beleuchtungssystem hat vorzugsweise eine variabel einstellbare Pupillenformungseinheit zum Empfang von Licht der primären Lichtquelle und zur Erzeugung einer variabel einstellbaren zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems, wobei die Lichtmodulationseinrichtung zwischen der Lichtquelle und der Pupillenformungsfläche angeordnet ist.The illumination system preferably has a variably adjustable pupil-shaping unit for receiving light from the primary light source and for generating a variably adjustable two-dimensional intensity distribution in a pupil-shaping surface of the illumination system, the light-modulating means being disposed between the light source and the pupil-shaping surface.

Eine Lichtmodulationseinrichtung mit einem Prismenarray, also eine Rasteranordnung mit einer Vielzahl von Prismen, kann unter gewissen Voraussetzungen überall dort verwendet werden, wo in herkömmlichen Systemen Spiegelarrays, also Rasteranordnungen von Spiegeln, eingesetzt werden. Allerdings setzt die Verwendung eines Prismenarrays voraus, dass es für die vorgesehene Nutzwellenlänge (Arbeitswellenlänge) ein hinreichend transparentes optisches Material mit einem ausreichend großen Brechungsindex gibt, der beispielsweise größer als 1.3 oder größer als 1.4 sein sollte. Arbeitswellenlängen können z. B. im Bereich des sichtbaren Lichts (VIS), aber auch im Bereich des Ultraviolettlichts (UV) oder des tiefen Ultraviolettlichts (DUV) liegen. Dementsprechend können die Lichtmodulationseinrichtungen der hier beschriebenen Art nicht nur in Beleuchtungssystemen für mikrolithographische Anwendungen verwendet werden, sondern beispielsweise auch in Beamern oder im Bereich der Telekommunikation als „optical cross connect” zum Verschalten von Glasfaserenden.A light modulation device with a prism array, that is to say a raster arrangement with a multiplicity of prisms, can under certain conditions be used wherever mirror arrays, ie raster arrays of mirrors, are used in conventional systems. However, the use of a prism array requires that for the intended useful wavelength (working wavelength) there is a sufficiently transparent optical material with a sufficiently large refractive index, which should be, for example, greater than 1.3 or greater than 1.4. Working wavelengths can z. B. in the range of visible light (VIS), but also in the range of ultraviolet light (UV) or deep ultraviolet (DUV). Accordingly, the light modulation devices of the type described here can be used not only in illumination systems for microlithographic applications, but also, for example, in beamers or in the field of telecommunications as "optical cross connect" for interconnecting fiber ends.

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 foregoing and other features will become apparent from the claims and from the description and drawings, wherein the individual features each alone or more in the form of sub-combinations in embodiments of the invention and in other fields be realized and advantageous and protectable Can represent versions.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

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

2 zeigt eine schematische Ansicht einiger Komponenten einer Pupillenformungseinheit mit einer Ausführungsform einer reflektiven Lichtmodulationseinrichtung, die eine im Durchtritt genutzte zweidimensionale Rasteranordnung von verkippbaren Prismen aufweist; 2 Figure 12 is a schematic view of some components of a pupil-shaping unit including an embodiment of a reflective light modulator having a two-dimensional grid array of tiltable prisms used in the passage;

3 zeigt in 3A und 3B schematische Darstellungen von Strahlverläufen eines Lichtstrahls durch ein Prisma einer Rasteranordnung, wobei in 3B das Prisma in einer unverkippten Grundstellung und in 3A der Einfluss einer Verkippung auf die Austrittsrichtung des abgelenkten Strahls gezeigt ist; 3 3A and 3B are schematic representations of beam paths of a light beam through a prism of a raster array, in Fig. 3B the prism is shown in a non-tilted home position and in Fig. 3A the influence of a tilt on the exit direction of the deflected beam;

4 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht eines repräsentativen Strahlverlaufs durch ein Prisma; 4 shows an oblique perspective view of a representative beam path through a prism;

5 zeigt schematisch eine der Rasteranordnung von Prismen vorgeschaltete Rasteranordnung von Mikrolinsen zur Konzentration von Teil-Strahlbündeln auf die Lichteintrittsflächen von Prismen; 5 schematically shows a raster arrangement of micro-lenses arranged upstream of the raster arrangement of prisms for the concentration of partial beam bundles on the light entry surfaces of prisms;

6 zeigt schematisch eine schrägperspektivische Ansicht eines Prismas gemeinsam mit der Darstellung eines optisch genutzten Volumens des Prismas; 6 shows schematically a diagonal perspective view of a prism together with the representation of an optically used volume of the prism;

7 zeigt einen schematischen Ausschnitt einiger Komponenten einer Pupillenformungseinheit einer anderen Ausführungsform, bei der eine Ausführungsform einer reflektiven Lichtmodulationseinrichtung zur Faltung des Strahlengangs genutzt wird; 7 shows a schematic section of some components of a pupil shaping unit of another embodiment, in which an embodiment of a reflective light modulating device is used for the folding of the beam path;

8 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer im Durchtritt nutzbaren Lichtmodulationseinrichtung. 8th shows a schematic representation of another embodiment of a usable in the passage light modulation device.

In 1 ist ein Beispiel einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage 100 gezeigt, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten 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 365 nm oder 436 nm Arbeitswellenlänge, sowie primäre Lichtquellen mit Wellenlängen unterhalb 157 nm sind ebenfalls möglich.In 1 is an example of a microlithography projection exposure apparatus 100 which can be used in the manufacture of semiconductor devices and other finely-structured components and works to achieve resolutions down to fractions of a micron with light or electromagnetic ultraviolet radiation (DUV). As a primary light source 102 serves an ArF excimer laser with a working wavelength of about 193 nm, the linearly polarized laser beam coaxial with the optical axis 103 of the lighting system 190 is coupled into the lighting system. Other UV light sources, for example, F 2 laser with 157 nm working wavelength, ArF excimer laser with 248 nm operating wavelength or mercury vapor lamps, z. B. with 365 nm or 436 nm operating wavelength, as well as primary light sources with wavelengths below 157 nm are also possible.

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

Der aufgeweitete Laserstrahl hat eine 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 cross-sectional area with an area, for example, in the range between 100 mm 2 and 1,000 mm 2 and a certain cross-sectional shape, for example, a square cross-sectional shape. The divergence of the expanded laser beam is usually smaller than the very small divergence of the laser beam before beam expansion. The divergence can z. B. between about 1 mrad and about 3 mrad lie.

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

Die Pupillenformungseinheit 150 ist variabel einstellbar, so dass in Abhängigkeit von der Ansteuerung der Pupillenformungseinheit unterschiedliche lokale Beleuchtungsintensitätsverteilungen (d. h. unterschiedlich strukturierte sekundäre Lichtquellen) eingestellt werden können. In 1 sind verschiedene Ausleuchtungen der kreisförmigen Beleuchtungspupille beispielhaft schematisch gezeigt. Zu den Beleuchtungssettings gehören beispielsweise bei den konventionellen Beleuchtungssettings CON 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 DIP oder Quadrupolbeleuchtung QUAD. 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.The pupil shaping unit 150 is variably adjustable, so that depending on the control of the pupil shaping unit different local illumination intensity distributions (ie differently structured secondary light sources) can be adjusted. In 1 For example, various illuminations of the circular illumination pupil are schematically shown by way of example. The illumination settings include, for example, the conventional illumination settings CON round illumination spots of different diameters centered around the optical axis of the illumination system (usually defined by the degree of coherence σ of the illumination) and in non-conventional, ie off-axis illumination modes the ring illumination (or annular illumination) and polar intensity distributions, for example dipole illumination DIP or quadrupole illumination QUAD. The non-conventional illumination settings for producing off-axis (oblique) illumination can serve, inter alia, to increase the depth of field by two-beam interference and to increase the resolution.

In unmittelbarer Nähe der Pupillenformungsfläche 110 ist ein optisches Rasterelement 109 angeordnet. Eine dahinter angeordnete Einkoppeloptik 125 überträgt das Licht auf eine Zwischenfeldebene 121, in der ein Retikel/Masking-System (REMA) 122 angeordnet ist, welches als verstellbare Feldblende dient.In the immediate vicinity of the pupil shaping surface 110 is an optical raster element 109 arranged. A coupling optics arranged behind it 125 transfers the light to an intermediate field level 121 in which a reticle / masking system (REMA) 122 is arranged, which serves as an adjustable field stop.

Das optische Rasterelement 109 hat eine zweidimensionale Anordnung diffraktiver oder refraktiver optischer Elemente und hat mehrere Funktionen. Einerseits wird durch das Rasterelement die eintretende Strahlung so geformt, dass sie nach Durchtritt durch die nachfolgende Einkoppeloptik 125 im Bereich der Feldebene 121 ein rechteckförmiges Beleuchtungsfeld ausleuchtet. Das auch als Feld-definierendes Element (FDE) bezeichnete Rasterelement 109 mit rechteckförmiger Abstrahlcharakteristik erzeugt dabei den Hauptanteil des Lichtleitwertes und adaptiert diesen an die gewünschte Feldgröße und Feldform in der zur Maskenebene 165 optisch konjugierten Feldebene 121. Das Rasterelement 109 kann als Prismenarray ausgeführt sein, bei dem in einem zweidimensionalen Feld angeordnete Einzelprismen lokal bestimmte Winkel einführen, um die Feldebene 121 wie gewünscht auszuleuchten. Die durch die Einkoppeloptik 125 erzeugte Fourier-Transformation bewirkt, dass jeder spezifische Winkel am Austritt des Rasterelementes einem Ort in der Feldebene 121 entspricht, während der Ort des Rasterelementes, d. h. seine Position in Bezug auf die optische Achse 103, den Beleuchtungswinkel in der Feldebene 121 bestimmt. Die von den einzelnen Rasterelementen ausgehenden Strahlbündel überlagern sich dabei in der Feldebene 121. Es ist auch möglich, das Feld-definierende Element nach Art eines mehrstufigen Wabenkondensors mit Mikrozylinderlinsen und Streuscheiben auszugestalten. Durch geeignete Auslegung des Rasterelementes 109 bzw. seiner Einzelelemente kann erreicht werden, dass das Rechteckfeld in Feldebene 121 im Wesentlichen homogen ausgeleuchtet wird. Das Rasterelement 109 dient somit als Feldformungs- und Homogenisierungselement auch der Homogenisierung der Feldausleuchtung, so dass auf ein 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.The optical raster element 109 has a two-dimensional array of diffractive or refractive optical elements and has several functions. On the one hand, the incoming radiation is shaped by the raster element so that, after passing through the subsequent coupling optics 125 in the area of the field level 121 a rectangular illumination field illuminates. The grid element, also known as field-defining element (FDE) 109 with rectangular radiation characteristic generates the majority of the light conductance and adapts it to the desired field size and field shape in the mask plane 165 optically conjugate field level 121 , The grid element 109 can be designed as a prism array, in which arranged in a two-dimensional field prisms locally introduce certain angles to the field level 121 to illuminate as desired. The through the coupling optics 125 The generated Fourier transform causes each specific angle at the exit of the raster element to a location in the field plane 121 corresponds, while the location of the grid element, ie its position with respect to the optical axis 103 , the illumination angle in the field level 121 certainly. The outgoing of the individual raster elements beam bundles are superimposed in the field level 121 , It is also possible to design the field-defining element in the manner of a multi-stage honeycomb condenser with microcylinder lenses and lenses. By suitable design of the grid element 109 or its individual elements can be achieved that the rectangle field at the field level 121 is illuminated substantially homogeneously. The grid element 109 thus serves as Feldformungs- and homogenizing element and the homogenization of the field illumination, so that can be dispensed with a separate light mixing element, for example, acting on multiple internal reflection integrator rod or a honeycomb condenser. As a result, the optical structure in this area is particularly compact axially.

Das nachfolgende Abbildungsobjektiv 140 (auch REMA-Objektiv genannt) bildet die Zwischenfeldebene 121 mit der Feldblende 122 auf das Retikel 160 (Maske, Lithografievorlage) in einem Maßstab ab, der z. B. zwischen 2:1 und 1:5 liegen kann und bei der Ausführungsform etwa bei 1:1 liegt. Die Abbildung erfolgt ohne Zwischenbild, so dass zwischen der Zwischenfeldebene 121, die der Objektebene des Abbildungsobjektivs 140 entspricht, und der zu dieser Objektebene optisch konjugierten Bildebene 165 des Abbildungsobjektivs, die der Austrittsebene des Beleuchtungssystems und gleichzeitig der Objektebene eines nachfolgenden Projektionsobjektivs 170 entspricht, genau eine Pupillenfläche 145 liegt, die eine Fourier-transformierte Fläche zur Austrittsebene 165 des Beleuchtungssystems ist. Bei anderen Ausführungsformen wird im Abbildungsobjektiv mindestens ein Zwischenbild erzeugt. Ein zwischen dieser Pupillenfläche 145 und der Bildfläche angeordneter, um 45° zur optischen Achse 103 geneigter ebener Umlenkspiegel 146 ermöglicht es, das relativ große Beleuchtungssystem (mehrere Meter Länge) horizontal einzubauen und das Retikel 160 waagerecht zu lagern. Zwischen der Zwischenfeldebene 121 und der Bildebene 165 des Abbildungsobjektivs können strahlungsbeeinflussende Elemente angeordnet sein, beispielsweise polarisationsbeeinflussende Elemente zur Einstellung eines definierten Polarisationszustandes der Beleuchtungsstrahlung.The following imaging lens 140 (also called REMA lens) forms the intermediate field plane 121 with the field stop 122 on the reticle 160 (Mask, lithographic master) from a scale, the z. B. between 2: 1 and 1: 5 and in the embodiment is about 1: 1. The image is taken without an intermediate image, so that between the intermediate field level 121 representing the object plane of the imaging lens 140 corresponds, and the image plane optically conjugate to this object plane 165 of the imaging lens, the exit plane of the illumination system and at the same time the object plane of a subsequent projection objective 170 corresponds to exactly one pupil surface 145 which is a Fourier transformed surface to the exit plane 165 of the lighting system. In other embodiments, at least one intermediate image is generated in the imaging lens. One between this pupil surface 145 and the image surface arranged at 45 ° to the optical axis 103 inclined plane deflection mirror 146 makes it possible to install the relatively large lighting system (several meters in length) horizontally and the reticle 160 store horizontally. Between the intermediate field level 121 and the picture plane 165 of the imaging objective, radiation-influencing elements can be arranged, for example polarization-influencing elements for setting a defined polarization state of the illumination radiation.

Diejenigen optischen Komponenten, die das Licht des Lasers 102 empfangen und aus dem Licht Beleuchtungsstrahlung formen, die auf das Retikel 160 gerichtet ist, gehören zum Beleuchtungssystem 190 der Projektionsbelichtungsanlage.Those optical components that the light of the laser 102 receive and form from the light illuminating radiation that is on the reticle 160 directed, belong to the lighting system 190 the projection exposure system.

In Lichtlaufrichtung 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 (y-Richtung) senkrecht zur optischen Achse 103 (z-Richtung) mit Hilfe eines Scanantriebs bewegbar ist.In the direction of light behind the lighting system is a device 171 for holding and manipulating the reticle 160 arranged so that the pattern arranged on the reticle in the object plane 165 of the projection lens 170 is located and in this plane for scanner operation in a scan direction (y-direction) perpendicular to the optical axis 103 (Z direction) is movable by means of a scan drive.

Hinter der Retikelebene 165 folgt das Projektionsobjektiv 170, das als Reduktionsobjektiv wirkt und ein Bild des an der Maske 160 angeordneten Musters in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1:4 oder 1:5, auf einen mit einer Fotoresistschicht bzw. Fotolackschicht belegten Wafer 180 abbildet, dessen lichtempfindliche Oberfläche in der Bildebene 175 des Projektionsobjektivs 170 liegt. Es sind refraktive, katadioptrische oder katoptrische Projektionsobjektive möglich. Andere Reduktionsmaßstäbe, beispielsweise stärkere Verkleinerungen bis 1:20 oder 1:200, sind möglich.Behind the reticle plane 165 follows the projection lens 170 , which acts as a reduction lens and an image of the mask 160 arranged pattern on a reduced scale, for example, on a scale of 1: 4 or 1: 5, on a wafer coated with a photoresist layer or photoresist layer 180 whose photosensitive surface is in the image plane 175 of the projection lens 170 lies. Refractive, catadioptric or catoptric projection lenses are possible. Other reduction measures, for example, greater reductions to 1:20 or 1: 200, are possible.

Das zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen Halbleiterwafer 180 handelt, wird durch eine Einrichtung 181 gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem Retikel 160 senkrecht zur optischen Achse zu bewegen. Je nach Auslegung des Projektionsobjektivs 170 (z. B. refraktiv, katadioptrisch oder katoptrisch, ohne Zwischenbild oder mit Zwischenbild, gefaltet oder ungefaltet) können diese Bewegungen zueinander parallel oder gegenparallel erfolgen. Die Einrichtung 181, die auch als „Waferstage” bezeichnet wird, sowie die Einrichtung 171, die auch als „Retikelstage” bezeichnet wird, sind Bestandteil einer Scannereinrichtung, die über eine Scan-Steuereinrichtung gesteuert wird.The substrate to be exposed, which in the example is a semiconductor wafer 180 is through a facility 181 held, which includes a scanner drive to synchronize the wafer with the reticle 160 to move perpendicular to the optical axis. Depending on the design of the projection lens 170 (eg refractive, catadioptric or catoptric, without intermediate image or with intermediate image, folded or unfolded) these movements can take place parallel to one another or counterparallel. The device 181 which is also referred to as Waferstage, as well as the facility 171 , which is also referred to as "reticle days", are an integral part a scanner device controlled by a scan controller.

Die Pupillenformungsfläche 110 liegt an oder nahe einer Position, die optisch konjugiert zur nächsten nachfolgenden Pupillenfläche 145 sowie zur bildseitigen Pupillenfläche 172 des Projektionsobjektivs 170 ist. Somit wird die räumliche (örtliche) Lichtverteilung in der Pupille 172 des Projektionsobjektivs durch die räumliche Lichtverteilung (Ortsverteilung) in der Pupillenformungsfläche 110 des Beleuchtungssystems bestimmt. Zwischen den Pupillenflächen 110, 145, 172 liegen jeweils Feldflächen im optischen Strahlengang, die Fourier-transformierte Flächen zu den jeweiligen Pupillenflächen sind. Dies bedeutet insbesondere, dass eine definierte Ortsverteilung von Beleuchtungsintensität in der Pupillenformungsfläche 110 eine bestimmte Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der nachfolgenden Feldfläche 121 ergibt, die wiederum einer bestimmten Winkelverteilung der auf das Retikel 160 fallenden Beleuchtungsstrahlung entspricht.The pupil shaping surface 110 is at or near a position that is optically conjugate to the next succeeding pupil surface 145 as well as the image-side pupil surface 172 of the projection lens 170 is. Thus, the spatial (local) light distribution in the pupil 172 of the projection lens by the spatial light distribution (spatial distribution) in the pupil shaping surface 110 of the lighting system. Between the pupil surfaces 110 . 145 . 172 In each case there are field surfaces in the optical beam path which are Fourier-transformed surfaces to the respective pupil surfaces. This means in particular that a defined spatial distribution of illumination intensity in the pupil shaping surface 110 a certain angular distribution of the illumination radiation in the area of the subsequent field surface 121 which in turn gives a certain angular distribution to the reticle 160 falling illumination radiation corresponds.

In 2 sind schematisch einige Komponenten einer Ausführungsform einer Pupillenformungseinheit 150 gezeigt. Das eintretende, aufgeweitete Laserstrahlungsbündel 105 trifft auf einen Wabenkondensor (fly eyes lens) 152, der das eintreffende Strahlungsbündel in Teil-Beleuchtungsstrahlbündel zerlegt, die nachfolgend durch ein Fourieroptiksystem 154 auf ein Linsenarray 155 d. h. auf eine zweidimensionale Rasteranordnung von Linsensystemen, übertragen werden. Beispiele für geeignete Fourieroptiksysteme sind in der WO 2009/135586 A1 beschrieben, deren Offenbarung durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird. Das Linsenarray 155 konzentriert die Teil-Beleuchtungsstrahlbündel 156 auf individuell ansteuerbare Prismen einer reflektiven Lichtmodulationseinrichtung 200, welche im Zusammenhang mit 2 bis 6 noch näher erläutert wird.In 2 Fig. 2 schematically show some components of an embodiment of a pupil shaping unit 150 shown. The entering, expanded laser beam 105 meets a honeycomb condenser (fly eyes lens) 152 which decomposes the incoming radiation beam into sub-illumination beams which are subsequently transmitted through a Fourier optical system 154 on a lens array 155 ie transferred to a two-dimensional grid arrangement of lens systems. Examples of suitable Fourier optical systems are in WO 2009/135586 A1 , the disclosure of which is incorporated herein by reference. The lens array 155 concentrates the part-illumination beam 156 on individually controllable prisms of a reflective light modulation device 200 which related to 2 to 6 will be explained in more detail.

Bei manchen Ausführungsformen ist im Lichtweg vor der Lichtmodulationseinrichtung eine Polarisationseinstelleinrichtung vorgesehen, die es erlaubt, den Polarisationszustand des auf das Prismenarray einfallenden Lichtes gezielt einzustellen. Eine solche schaltbare Polarisationseinstelleinrichtung kann beispielsweise so konfiguriert sein, dass wahlweise zwischen s-Polarisationen, p-Polarisationen (bezüglich der Einfallsebene auf die ersten Prismenflächen) sowie unpolarisierter Strahlung umgeschaltet werden kann. Das Licht kann beispielsweise vor dem Beleuchtungssystem mit Hilfe eines Brewster-Spiegels vollständig linear polarisiert werden. Durch Einsatz doppelbrechender optischer Elemente kann die Orientierung der linearen Polarisation geschaltet bzw. verändert oder gezielt eingestellt werden.In some embodiments, a polarization adjustment device is provided in the light path in front of the light modulation device, which makes it possible to set the polarization state of the light incident on the prism array in a targeted manner. For example, such a switchable polarization setter may be configured to selectively switch between s polarizations, p polarizations (with respect to the plane of incidence on the first prism faces) and unpolarized radiation. For example, the light can be completely linearly polarized in front of the illumination system with the aid of a Brewster mirror. By using birefringent optical elements, the orientation of the linear polarization can be switched or changed or specifically adjusted.

Die im Durchtritt genutzte reflektive Lichtmodulationseinrichtung dient zur steuerbaren Veränderung der Winkelverteilung des von einer Eintrittseite 201 auf die Lichtmodulationseinrichtung einfallenden Strahlbündels und sorgt durch die Ausrichtung ihrer einzelnen Prismen für eine mit Hilfe der Lichtmodulationseinrichtung definierbare Winkelverteilung an der Austrittsseite 202. Die austrittsseitige Winkelverteilung bestimmt die in der Pupillenformungsfläche 110 vorliegende örtliche Intensitätsverteilung.The reflective light modulation device used in the passage serves to controllably change the angular distribution of the input side 201 On the light modulation device incident beam and ensures by the orientation of their individual prisms for a definable by means of the light modulation means angular distribution at the outlet side 202 , The exit angle distribution determines that in the pupil forming surface 110 present local intensity distribution.

Die reflektive Lichtmodulationseinrichtung 200 hat eine zweitdimensionale Rasteranordnung (Array) von individuell verkippbar gelagerten Prismen 205, von denen 2 nur sechs in einer vertikalen Spalte übereinander angeordnete Prismen zeigt. Die Prismen sind an einer aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten gemeinsamen Haltestruktur angebracht. Jedes der Prismen ist mittels eines zugeordneten, elektrisch ansteuerbaren Aktuators 204 individuell, d. h. unabhängig von den anderen Prismen der Rasteranordnung, in unterschiedliche Arbeitsstellungen mehrdimensional verkippbar. Die Aktuatoren sind an eine (nicht dargestellte) gemeinsame Steuereinrichtung angeschlossen. Im Beispielsfall sind zwei zueinander senkrecht stehende Kippachsen vorgesehen (vgl. 4). Die Verkippung um jede der Kippachsen ist stufenlos möglich, maximale Kippwinkel in beiden Kipprichtungen liegen bei ca. 5°.The reflective light modulation device 200 has a second dimensional grid array of individually tiltably mounted prisms 205 , of which 2 shows only six in a vertical column superimposed prisms. The prisms are attached to a common support structure, not shown for reasons of clarity. Each of the prisms is by means of an associated, electrically controllable actuator 204 individually, ie independently of the other prisms of the grid arrangement, multidimensional tiltable in different working positions. The actuators are connected to a common control device (not shown). In the example, two mutually perpendicular tilt axes are provided (see. 4 ). Tilting around each of the tilting axes is infinitely possible, maximum tilt angles in both tilting directions are approx. 5 °.

Durch die Verkippung kann für jedes der auf die Prismen auftreffenden Teilstrahlbündel eine definierte Strahlumlenkung bewirkt werden, so dass sich über den nutzbaren Querschnitt der Rasteranordnung lokal unterschiedliche Strahlablenkungen einstellen lassen. Dadurch ist eine ortsauflösende bzw. ortsaufgelöste Beeinflussung der Winkelverteilung von Strahlen des von der Eintrittsseite auf die Lichtmodulationseinrichtung einfallenden Strahlbündels möglich, um ein an der Austrittsseite ausfallendes Strahlbündel zu erzeugen, dessen Winkelverteilung durch die Stellung bzw. Orientierung der einzelnen Prismen vorgegeben werden kann. Die von den Prismen an deren Austrittsseite ausgehenden Teil-Strahlbündel 157 treten durch eine nachgeschaltete Streuscheibe 158 hindurch und werden mittels einer nachfolgenden Kondensoroptik 159 in die Pupillenformungsfläche 110 abgebildet. Die Streuscheibe 158 kann auch entfallen. Es ist auch möglich, die Streuscheibe zwischen der Kondensoroptik 159 und dem in der Pupillenformungsfläche 110 angeordneten Rasterelement 109 (FDE) in dessen Nähe anzuordnen. Die mit Hilfe der Lichtmodulationseinrichtung 200 erzeugte Winkelverteilung der austretenden Teilstrahlbündel 157 führt dabei zu einer definierten räumlichen Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der Pupillenfläche 110, also zu einer strukturierten Beleuchtungspupille.Due to the tilting, a defined beam deflection can be effected for each of the partial beam bundles impinging on the prisms, so that locally different beam deflections can be set via the usable cross section of the grid arrangement. As a result, a spatially resolved or spatially resolved influencing of the angular distribution of rays of the incident from the inlet side of the light modulation device beam is possible to produce a precipitating on the exit side beam whose angular distribution can be specified by the position or orientation of the individual prisms. The outgoing from the prisms at the exit side part-beam 157 pass through a downstream lens 158 through and are by means of a subsequent condenser optics 159 into the pupil shaping surface 110 displayed. The diffuser 158 can also be omitted. It is also possible to use the diffuser between the condenser optics 159 and in the pupil forming surface 110 arranged grid element 109 (FDE) near it. The with the help of the light modulation device 200 generated angular distribution of the exiting partial beam 157 leads to a defined spatial intensity distribution of the illumination radiation in the pupil surface 110 , ie to a structured illumination pupil.

Die Lichtmodulationseinrichtung sollte möglichst verlustarm arbeiten, damit ein möglichst hoher Anteil der von der Lichtquelle bereitgestellten Strahlungsenergie für den Projektionsbelichtungsprozess genutzt werden kann. Die geometrische Konfiguration ist daher so ausgelegt, dass bei allen Arbeitsstellungen der Prismen alle an der Eintrittsseite eintretenden Strahlen in den optisch genutzten Bereich der Pupillenfläche gelangen, d. h. es wird keine Strahlung ausgeblendet. Die unvermeidlichen Intensitätsverluste im Bereich der Lichtmodulationseinrichtung sollen möglichst gering sein. Zu Erreichung dieses Ziels tragen u. a. die nachfolgend dargestellte Besonderheiten bei. The light modulation device should work as low as possible, so that the highest possible proportion of the radiation energy provided by the light source can be used for the projection exposure process. The geometric configuration is therefore designed so that, in all working positions of the prisms, all the rays entering at the entrance side reach the optically used region of the pupil surface, ie no radiation is masked out. The unavoidable intensity losses in the area of the light modulation device should be as small as possible. Among other things, the following special features contribute to achieving this goal.

Der Aufbau der Prismen und deren Funktion als variabel einstellbare Strahlumlenkelemente werden anhand von 3 näher erläutert. 3A zeigt mit durchgezogenen Linien ein Prisma 205 in seiner unverkippten Grundstellung. Im Beispielsfall wird die Grundstellung in Abwesenheit von Steuersignalen an die Aktuatoren selbsttätig eingenommen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe geeigneter Federelemente erreicht werden, die an den Prismen bzw. an deren Trägern angreifen und die Prismen in Abwesenheit äußerer Kräfte in die Grundstellung zwingen. Bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Prismen in Abwesenheit von Streusignalen maximal verkippt sind, so dass die Grundstellung nur dann eingenommen wird, wenn die Aktuatoren entsprechend angesteuert werden.The structure of the prisms and their function as variably adjustable Strahlumlenkelemente are based on 3 explained in more detail. 3A shows with solid lines a prism 205 in its untilted basic position. In the example, the basic position is automatically taken in the absence of control signals to the actuators. This can be achieved, for example, with the aid of suitable spring elements which act on the prisms or on their carriers and force the prisms in the absence of external forces in the normal position. In other embodiments, provision may be made for the prisms to be maximally tilted in the absence of stray signals, so that the basic position is only assumed when the actuators are activated accordingly.

Mit gestrichelten Linien ist das Prisma 205 in einer um wenige Grad aus der Grundstellung verkippten Stellung gezeigt. Der von links nach rechts gerichtete Pfeil symbolisiert auf der linken Seite ein Teilstrahlbündel 156, welches von einer Lichteintrittsseite in einer Lichteintrittrichtung auf das Prisma einfällt und auf der rechten Seite das gleiche Teilstrahlbündel nach dem Austritt aus dem Prisma, wobei das Strahlbündel nach dem Austritt in einer Lichtausfallsrichtung propagiert. 3B zeigt das gleiche unverkippte Prisma 205 zur besseren Illustration des Strahlverlaufs durch das Prisma.With dashed lines is the prism 205 shown in a tilted by a few degrees from the basic position. The left-to-right arrow symbolizes a partial beam on the left side 156 which is incident on the prism from a light entrance side in a light entrance direction and on the right side the same sub beam after exiting the prism, the beam propagating after exit in a light out direction. 3B shows the same untilted prism 205 for better illustration of the beam path through the prism.

Das Prisma hat einen transparenten Prismenkörper 202, der für Anwendungen im tiefen Ultraviolettbereich beispielsweise aus synthetischem Quarzglas (fused silica) oder Kalziumfluorid (CaF2) oder einen anderen für tiefe ultraviolette Strahlung weitestgehend transparenten (absorptionsfreien) Material bestehen kann. Die Brechzahl n1 des Prismenmaterial bei der Arbeitswellenlänge kann z. B. bei ca. n1 ≈ 1.5 liegen. Der Prismenkörper hat als Grundfläche ein gleichschenkliges Dreieck und ist durch drei für die optische Funktion wirksame ebene Prismenflächen begrenzt. Eine erste Prismenfläche 210 dient als Lichteintrittsfläche. Die zweite Prismenfläche 220 schließt mit der ersten Prismenfläche 210 im Bereich der durch die Prismenflächen gebildeten ersten Prismenkante 212 einen ersten Prismenwinkel 215 ein. Die zweite Prismenfläche wirkt im Betrieb als total reflektierende Spiegelfläche. Die als Lichtaustrittsfläche dienende dritte Prismenfläche 230 schließt mit der zweiten Prismenfläche 220 im Bereich der zweiten Prismenkante 222 einen zweiten Prismenwinkel 225 ein. Die dritte Prismenfläche schließt mit der ersten Prismenfläche im Bereich einer dritten Prismenkante 232 einen dritten Prismenwinkel 235 ein. Der erste und der zweite Prismenwinkel liegen jeweils bei ca. 33.6°, so dass sich für den dritten Prismenwinkel ca. 112.8° ergeben. Die an den Schnittpunkten der Prismenflächen gebildeten Prismenkanten verlaufen jeweils parallel zu einer x-Richtung des systeminternen Koordinatensystems. Die senkrecht dazu verlaufende y-Richtung ist so orientiert, dass die zweite Prismenfläche 220 bei unverkippten Prismen parallel zur x-y-Ebene ausgerichtet ist. Senkrecht dazu verläuft die z-Richtung.The prism has a transparent prism body 202 For example, it may consist of fused silica or calcium fluoride (CaF 2 ) or another material which is as transparent as possible of ultraviolet radiation (absorption-free) for applications in the deep ultraviolet range. The refractive index n 1 of the prism material at the operating wavelength can z. B. at about n 1 ≈ 1.5 lie. The prism body has an isosceles triangle as base and is limited by three effective prism surfaces effective for the optical function. A first prism surface 210 serves as a light entry surface. The second prism surface 220 closes with the first prism surface 210 in the region of the first prism edge formed by the prism surfaces 212 a first prism angle 215 one. The second prism surface acts in operation as a totally reflective mirror surface. The serving as a light exit surface third prism surface 230 closes with the second prism surface 220 in the area of the second prism edge 222 a second prism angle 225 one. The third prism surface closes with the first prism surface in the region of a third prism edge 232 a third prism angle 235 one. The first and second prism angles are each about 33.6 °, so that the third prism angle is about 112.8 °. The prism edges formed at the intersections of the prism surfaces each extend parallel to an x-direction of the system-internal coordinate system. The perpendicular y-direction is oriented so that the second prism surface 220 is oriented parallel to the xy plane in the case of untilted prisms. The z-direction is perpendicular to this.

Das Prisma ist mit Hilfe der zugeordneten Aktuatoren mehrachsig verkippbar, nämlich um einen parallel zur x-Richtung verlaufende erste Kippachse 241 und eine parallel zur y-Richtung verlaufende zweite Kippachse 242 (vgl. 4). Die anderen Prismen der Rasteranordnung sind identisch aufgebaut und in gleicher Weise verkippbar.The prism can be tilted multiaxially with the aid of the associated actuators, namely around a first tilting axis running parallel to the x-direction 241 and a second tilting axis extending parallel to the y-direction 242 (see. 4 ). The other prisms of the grid arrangement are constructed identically and can be tilted in the same way.

Die erste Prismenfläche 210 dient als Lichteintrittsfläche. Ein aus einer Lichteinfallsrichtung (Pfeilrichtung) einfallendes Strahlbündel schließt mit der Lichteinrittsfläche einen ersten Einfallswinkel 211 ein, der durch den Winkel zwischen dem einfallenden Lichtstrahl (Pfeil) und der Flächennormalen zur ersten Prismenfläche (gestrichelt gezeigt) am Auftreffpunkt gebildet wird. Beim Eintritt des Lichts vom optisch dünneren Umgebungsmedium (beispielsweise Luft oder Vakuum) in das optisch dichtere Prismenmaterial wird der Strahl derart in Richtung des Einfallslots (Flächennormale) gebrochen, dass er unter einem zweiten Einfallswinkel 221 auf die zweite Prismenfläche trifft. Der erste Prismenwinkel 215 ist dabei so bemessen, dass die direkt von der Eintreffstelle an der ersten Prismenfläche zur zweiten Prismenfläche gelangenden, gebrochenen Strahlen bei jeder Arbeitsstellung des Prismas an der zweiten Prismenfläche total reflektiert werden. Der zweite Einfallswinkel 221 ist also für die gesamte an der ersten Prismenfläche in Richtung der zweiten Prismenfläche gebrochene Strahlung größer als der für die zweite Prismenfläche maßgebliche Grenzwinkel für die Totalreflexion. Im Beispielsfall eines Prismenkörpers aus einem Material mit Brechzeit n1 ≈ 1.5 in Luft oder einem anderen Gas mit Brechzahl n2 ≈ 1.0 liegt der Grenzwinkel ΘC für die Totalreflexion gemäß ΘC = arcsin(n2/n1) bei ca. 41.8°. Der zweite Einfallswinkel 221 liegt dagegen bei ca. 67.3°, so dass die Bedingungen für Totalreflexion erfüllt sind und die Strahlung das Prisma an der zweiten Prismenfläche nicht verlässt, sondern von der zweiten Prismenfläche praktisch ohne Intensitätsverlust in Richtung der dritten Prismenfläche total reflektiert wird. Die total reflektierte Strahlung trifft dann unter einen dritten Einfallswinkel 231 auf die dritte Prismenfläche, wird an dieser beim Übergang vom optisch dichten zum optisch dünneren Medium vom Einfallslot (gestrichelte Linie) weggebrochen und verlässt die als Lichtaustrittsfläche dienende dritte Prismenfläche und damit das Prisma in einer Lichtaustrittsrichtung. Diese verläuft im Beispielsfall von 3B, d. h. bei einem nicht verkippten Prisma, parallel zur Lichteinfallsrichtung und in Verlängerung zu dieser.The first prism surface 210 serves as a light entry surface. A beam incident from a light incidence direction (arrow direction) closes with the light entrance surface a first angle of incidence 211 formed by the angle between the incident light beam (arrow) and the surface normal to the first prism surface (shown in phantom) at the point of impact. Upon entry of the light from the optically thinner ambient medium (for example, air or vacuum) into the optically denser prism material, the beam is refracted in the direction of the entrance slit (surface normal) such that it is at a second angle of incidence 221 meets the second prism surface. The first prism angle 215 is dimensioned such that the refracted rays reaching directly from the point of incidence on the first prism surface to the second prism surface are totally reflected at each working position of the prism at the second prism surface. The second angle of incidence 221 is therefore greater than the critical angle for total reflection for the second prism surface for the entire radiation which is refracted in the direction of the second prism surface at the first prism surface. In the example of a prismatic body made of a material with refractive power n 1 ≈ 1.5 in air or another gas with refractive index n 2 ≈ 1.0, the critical angle Θ C for the total reflection according to Θ C = arcsin (n 2 / n 1 ) is approximately 41.8 ° , The second angle of incidence 221 is on the other hand at about 67.3 °, so that the conditions for total reflection are satisfied and the radiation does not leave the prism at the second prism surface, but from the second prism surface practically without loss of intensity in the direction of the third prism surface is totally reflected. The totally reflected radiation then hits at a third angle of incidence 231 on the third prism surface is broken away at this at the transition from the optically dense to the optically thinner medium by Einfallslot (dashed line) and leaves the third prism surface serving as light exit surface and thus the prism in a light exit direction. This runs in the example of 3B , ie with a non-tilted prism, parallel to the light incident direction and in extension to this.

In 3A ist an der gestrichelten Darstellung gezeigt, wie ein Strahl durch Verkippen des Prismas um einen Kippwinkel 240 um die erste Kippachse (parallel zur x-Richtung) um einen Ablenkwinkel 250 abgelenkt werden kann. Dadurch verkleinert sich im Beispielsfall der erste Einfallswinkel 211, während sich der zweite und der dritte Einfallswinkel vergrößern. Der zweite Einfallswinkel bleibt noch deutlich oberhalb des Grenzwinkels für die Totalreflexion, so dass weiterhin der an der ersten Prismenfläche gebrochene Strahl an der zweiten Prismenfläche in Richtung der dritten Prismenfläche verlustfrei total reflektiert wird und die Prismenfläche dann in einer Lichtaustrittsrichtung verlässt, die sich um einen Ablenkwinkel 250 von der Lichtaustrittsrichtung bei unverkipptem Prisma unterscheidet. Der Ablenkwinkel 250 ist bei einem verkippten Prisma genau wie bei einem verkippten Spiegel doppelt so groß wie der entsprechende Kippwinkel.In 3A is shown in dashed lines, such as a beam by tilting the prism by a tilt angle 240 around the first tilting axis (parallel to the x-direction) around a deflection angle 250 can be distracted. This reduces the first angle of incidence in the example case 211 as the second and third angles of incidence increase. The second angle of incidence still remains clearly above the critical angle for the total reflection, so that furthermore the beam refracted at the first prism surface is totally reflected lossless on the second prism surface in the direction of the third prism surface and then leaves the prism surface in a light exit direction which is around a deflection angle 250 differs from the direction of light emission with untilted prism. The deflection angle 250 is twice as large as the corresponding tilt angle with a tilted prism, just like a tilted mirror.

Aufgrund der Totalreflexionen an der zweiten Prismenfläche handelt es sich um eine reflektive Lichtmodulationseinrichtung. Interessanterweise verlaufen jedoch im Beispielsfall die Lichteintrittsrichtung und die Lichtaustrittsrichtung ähnlich wie bei Lichtmodulationseinrichtungen vom Transmissionstyp weitgehend parallel zueinander bzw. weichen, je nach Kippstellung der Prismen, nur um wenige Grad, beispielsweise weniger als 20° oder weniger 10° voneinander ab. Die reflektive Lichtmodulationseinrichtung kann somit in gewissen Fällen in optischen Systemen dort eingesetzt werden, wo bisher Lichtmodulationseinrichtungen vom Transmissionstyp genutzt wurden.Due to the total reflections on the second prism surface, it is a reflective light modulation device. Interestingly, however, in the example, the light entrance direction and the light exit direction are substantially parallel to each other or soften, depending on the tilt position of the prisms, only a few degrees, for example less than 20 ° or less 10 ° from each other, similar to transmission type light modulation devices. The reflective light modulation device can thus in certain cases be used in optical systems where previously transmission-type light modulation devices were used.

Ein großer Vorteil der neuartigen Lichtmodulationseinrichtung besteht darin, dass der Lichtverlust, d. h. der Intensitätsverlust zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite, sehr gering sein kann. Bei der Totalreflexion an der zweiten Prismenfläche tritt praktisch kein Intensitätsverlust auf. An den ersten und dritten Prismenflächen können sich Reflexionsverluste ergeben, die jedoch gegebenenfalls durch Verwendung von Antireflexbeschichtungen stark reduziert werden können. Eventuelle Absorptionsverluste im Material des Prismenkörpers können durch geeignete Materialwahl nahezu auf null reduziert werden.A major advantage of the novel light modulation device is that the light loss, i. H. the loss of intensity between light entrance side and light exit side, can be very low. In total reflection at the second prism surface occurs virtually no loss of intensity. Reflective losses may occur at the first and third prism faces, but may be greatly reduced by using anti-reflective coatings if necessary. Possible absorption losses in the material of the prism body can be reduced to almost zero by a suitable choice of material.

Bei den in 3 beispielhaft gezeigten Prismen wird noch ein anderer Effekt zur weitgehenden Unterdrückung von Transmissionsverlusten genutzt. Der erste Prismenwinkel 215 und der zweite Prismenwinkel 225 sind im Beispielsfall so gewählt, dass bei unverkippten Prismen (Prisma in Grundstellung) der erste Einfallswinkel 211 und der dritte Einfallswinkel 231 jeweils gleich dem für die jeweilige Grenzfläche gültigen Brewster-Winkel sind. Damit ist der Lichtverlust im Fall unbeschichteter Prismenflächen für die p-polarisierte Komponente der Strahlung praktisch gleich null. In diesem Fall kann also nicht nur die interne Reflexion an der zweiten Prismenfläche, sondern auch der Lichtdurchtritt durch die erste Prismenfläche und die dritte Prismenfläche weitgehend verlustfrei gestaltet werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass besonders in diesen Fällen die erste Prismenfläche und die dritte Prismenfläche keine reflexmindernde Beschichtung benötigten und somit unbeschichtet bleiben können, wie es im Beispielsfall gezeigt ist. Die Herstellung der Prismen wird dadurch besonders kostengünstig. Außerdem kann kein Performanceverluste durch Schichtdegradation auftreten, so dass sich eine gegenüber beschichteten optischen Komponenten verbesserte Langzeitstabilität ergibt.At the in 3 The prisms shown by way of example utilize yet another effect for largely suppressing transmission losses. The first prism angle 215 and the second prism angle 225 are chosen in the example so that with unverkippten prisms (prism in basic position) of the first angle of incidence 211 and the third angle of incidence 231 each equal to the valid for the respective interface Brewster angle. Thus, in the case of uncoated prism faces, the light loss for the p-polarized component of the radiation is virtually zero. In this case, therefore, not only the internal reflection at the second prism surface, but also the passage of light through the first prism surface and the third prism surface can be made largely lossless. A further advantage is that, especially in these cases, the first prism surface and the third prism surface do not require a reflection-reducing coating and thus can remain uncoated, as shown in the example case. The production of the prisms is characterized particularly cost. In addition, no performance losses due to layer degradation can occur, resulting in improved long-term stability over coated optical components.

Bei typischen Anwendungen von reflektiven Lichtmodulationseinrichtungen der hier gezeigten Art liegen maximale Kippwinkel der Prismen im Bereich von wenigen Graden, beispielsweise im Bereich von ±2° ausgehend von der Grundstellung. In diesen Fällen sind die Abweichungen der maßgeblichen Einfallswinkel an den ersten und dritten Prismenflächen vom Brewster-Winkel so gering, dass hierdurch auftretende Transmissionsverluste in der Regel 0.1% nicht übersteigen.In typical applications of reflective light modulation devices of the type shown here, maximum tilt angles of the prisms are in the range of a few degrees, for example in the range of ± 2 °, starting from the home position. In these cases, the deviations of the relevant angles of incidence at the first and third prism surfaces from the Brewster angle are so small that the transmission losses that occur as a rule do not exceed 0.1%.

Zusammenfassend kann das Verhältnis IO/II zwischen der Intensität 10 der austretenden Strahlen und der Intensität Ii der eintretenden Lichtstrahlen bei 90% oder darüber, insbesondere sogar bei 99% oder darüber liegen. Das Verhältnis IO/II wird in dieser Anmeldung auch als „Gesamttransmission” der Lichtmodulationseinrichtung oder als „Effizienz” der Lichtmodulationsrichtung bezeichnet. Die hohen Werte der Gesamttransmission verdeutlichen, dass mit Hilfe der Lichtmodulationseinrichtung eine gezielte Einstellung oder Veränderung der Winkelverteilung von Licht in einem Strahlbündel bei sehr geringen Lichtverlusten, d. h. mit hoher Effizienz, erreicht werden kann.In summary, the ratio I O / I I between the intensity 10 the emergent rays and the intensity I i of the incoming light rays are at 90% or above, in particular even at 99% or above. The ratio I O / I I is also referred to in this application as "total transmission" of the light modulation device or as "efficiency" of the light modulation direction. The high values of the total transmission make it clear that with the aid of the light modulation device, a specific adjustment or change in the angular distribution of light in a beam can be achieved with very low light losses, ie with high efficiency.

Die Lichtmodulationseinrichtung 200 wird im Durchtritt betrieben. Wenn alle Prismen in ihrer unverkippten Grundstellung stehen, dann sind alle Ablenkwinkel gleich null und die austretenden Strahlen verlaufen parallel und in Verlängerung zu den zugehörigen einfallenden Strahlen. Bei dieser Verwendung „im Durchtritt” sind die optischen Komponenten des Beleuchtungssystems in Lichtlaufrichtung vor dem Prismenarray und hinter dem Prismenarray auf einer gemeinsamen Achse 103 ohne „Knick” angeordnet und das Array „im Durchtritt” hat keine Auswirkung auf die laterale Positionierung dieser Komponenten. Im Bereich der Lichtmodulationseinrichtung findet also keine Faltung des Strahlengangs statt (Faltungswinkel = 0°). In anderen Worten: Die optischen Komponenten in Lichtlaufrichtung vor der Lichtmodulationseinrichtung (z. B. inklusive dem Fourier-Optiksystem 154) definieren einen ersten Teil 103A der optischen Achse, die optischen Komponenten in Lichtlaufrichtung hinter der Lichtmodulationseinrichtung (hier z. B. inklusive der Kondensoroptik 159) definieren einen zweiten Teil 1038 der optischen Achse, und der zweite Teil 1036 der optischen Achse verläuft koaxial zum ersten Teil 103A der optischen Achse.The light modulation device 200 is operated in the passage. When all prisms are in their non-tilted home position, then all deflection angles are zero and the outgoing beams are parallel and in extension to the associated incident rays. In this use "in the passage" are the optical components of the illumination system in the direction of light travel in front of the prism array and behind the prism array on a common axis 103 arranged without "kink" and the array "in the passage" has no effect on the lateral positioning of these components. In the area of the light modulation device, therefore, no folding of the beam path takes place (folding angle = 0 °). In other words, the optical components in the direction of light travel in front of the light modulation device (eg including the Fourier optical system 154 ) define a first part 103A the optical axis, the optical components in the direction of light travel behind the light modulation device (here, for example, including the condenser optics 159 ) define a second part 1038 the optical axis, and the second part 1036 the optical axis is coaxial with the first part 103A the optical axis.

3 zeigt anschaulich, wie eine Verkippung um die erste Kippachse, welche quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur Lichteinfallsrichtung verläuft, zu einer Strahlumlenkung führt. Anhand von 4 ist gezeigt, dass auch ein Verkippen eines Prismas um eine im Wesentlichen parallel oder im spitzen Winkel zur Lichteinfallsrichtung verlaufende zweite Kippachse 242 zu einer Strahlablenkung führt. Der Grund hierfür ist, dass das in Richtung zur total reflektierenden zweiten Prismenfläche 220 gebrochene Licht zwar streifend zur spiegelnden Fläche (also zur Prismenunterseite) einfällt, die total reflektierende Fläche selbst aber unter einem anderen Winkel als in der Grundstellung getroffen wird. Selbst im Falle eines Einfallswinkels von 90° blieb dagegen eine Verkippung der total reflektierenden zweiten Prismenfläche um die Strahlachse wirkungslos, die Strahlablenkung wäre dabei gleich null. Das bedeutet, dass Licht, welches streifend (Einfallswinkel 90°) eine reflektierende Fläche trifft, durch den Kipp dieser Fläche um eine Achse parallel zur Lichteinfallsrichtung nicht abgelenkt wird. Da hier aber die erste Prismenfläche dafür sorgt, dass das Licht die reflektierende zweite Prismenfläche nicht mehr streifend trifft, kann Licht tatsächlich zweidimensional abgelenkt werden, selbst wenn die Einfallsrichtung parallel zur zweiten Prismenfläche ist. 3 clearly shows how a tilting about the first tilting axis, which is transverse, in particular substantially perpendicular to the light incident direction, leads to a beam deflection. Based on 4 It is shown that a tilting of a prism about a substantially parallel or at an acute angle to the light incident direction extending second tilt axis 242 leads to a beam deflection. The reason for this is that towards the totally reflecting second prism surface 220 broken light incident to the reflecting surface (ie to the prism bottom side), the totally reflecting surface itself being hit at a different angle than in the basic position. Even in the case of an angle of incidence of 90 °, however, a tilting of the totally reflecting second prism surface around the beam axis was ineffective, the beam deflection would be equal to zero. This means that light which grazing (angle of incidence 90 °) hits a reflecting surface, is not deflected by the tilt of this surface about an axis parallel to the light incident direction. Since, however, the first prism surface ensures that the light no longer strikes the reflective second prism surface, light can actually be deflected two-dimensionally, even if the direction of incidence is parallel to the second prism surface.

Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 symbolisieren die Balken unterhalb jedes Prismas die zugehörige Aktuatorik zum Verkippen. Die entsprechenden Haltelemente greifen hier im Bereich der total reflektierenden Prismenunterseite (zweite Prismenfläche) an den Prismen an. Wenn die Prismen, wie in der Ausführungsform von 2, derart übereinander und nebeneinander angeordnet sind, dass die an der Eintrittsseite liegenden ersten Prismenkanten alle in eine Ebene senkrecht zur optischen Achse des Beleuchtungssystems liegen, kann der für die Verschaltung der Aktuatoren zur Verfügung stehende Bauraum zwischen den Prismen eng werden. Eine Vereinfachung hinsichtlich der Zugänglichkeit der Aktuatoren ist beispielsweise bei einer Anordnung gemäß 8 gegeben. Bei der Rasteranordnung 800 von Prismen sind die Prismen nicht nur in z-Richtung gegeneinander versetzt, sondern auch parallel zur y-Richtung, so dass die zweiten Prismenflächen mindestens teilweise zugänglich sind. Eine solche schräge Anordnung ermöglicht es, dass die Aktuatoren und die Prismen unmittelbar von unten bzw. von oben zugänglich sind. Dies kann vorteilhaft bei der Herstellung der Rasteranordnung sein. Aufgrund der im Allgemeinen geringen erforderlichen Strahlablenkwinkel von maximal etwa ±5° durch die Prismenverkippung ist dieses Auseinanderziehen der Rasteranordnung in Lichtlaufrichtung in der Regel ohne Beeinträchtigung der Funktion der Lichtmodulationseinrichtung möglich.In the embodiment of 2 The bars below each prism symbolize the associated tilting actuator. The corresponding holding elements engage the prisms in the region of the totally reflecting prism base (second prism surface). If the prisms, as in the embodiment of 2 , Are arranged one above the other and next to each other, that lying on the inlet side of the first prism edges are all in a plane perpendicular to the optical axis of the illumination system, the space available for the interconnection of the actuators space between the prisms can be narrow. A simplification in terms of the accessibility of the actuators, for example, in an arrangement according to 8th given. In the grid arrangement 800 of prisms, the prisms are offset not only in the z-direction against each other, but also parallel to the y-direction, so that the second prism surfaces are at least partially accessible. Such an oblique arrangement allows the actuators and the prisms to be accessed directly from below or from above. This can be advantageous in the production of the grid arrangement. Due to the generally low required beam deflection angle of about ± 5 ° by the prism tilting this separation of the grid assembly in the direction of light travel is usually possible without affecting the function of the light modulation device.

Die Aktuatoren zum Verkippen der Prismen werden im Allgemeinen den optisch nutzbaren Bereich bzw. den Füllfaktor des Prismenarrays reduzieren. Der Begriff „Füllfaktor” bezeichnet hier die optisch nutzbare Fläche des Prismenarrays, projiziert in Lichtrichtung, relativ zu der von dem Prismenarray insgesamt eingenommenen Fläche, ebenfalls projiziert in Lichtrichtung. Um Lichtverluste zu vermeiden, ist bei der Ausführungsform von 2 vorgesehen, in Lichtrichtung vor dem Prismenarray für jedes Prisma eine Mikrolinse oder ein anderes zur Konzentration von Strahlung geeignetes optisches Element anzubringen, welches das auftreffende Strahlbündel in Teilstrahlbündel unterteilt, die jeweils auf einen optisch nutzbaren Bereich der Lichteintrittsfläche eines zugeordneten Prismas fokussiert werden. 5 zeigt hierzu schematisch den Aufbau und die Wirkungsweise von rechteckförmigen Mikrolinsen 155A des Linsenarrays 155. Die rechteckförmigen Mikrolinsen sind in einer zweidimensionalen Rasteranordnung flächenfüllend angeordnet, so dass jeder auftreffende Lichtstrahl zu genau einem der Prismen umgelenkt wird. Pro Prisma fokussiert eine durch ein Quadrat symbolisierte Mirkolinse das Licht auf die Eintrittsseite des Prismas so, dass Lichtverluste, abgesehen von Beugungsverlusten, weitestgehend vermieden werden. Durch die Fokussierung kann das optisch genutzte Volumen im Prisma kleiner als das Gesamtvolumen des Prismas gehalten werden. Dadurch kann erreicht werden, dass sämtliche durch die Prismenflächen gebildeten Kanten mit Abstand außerhalb des optisch genutzten Volumens liegen und somit für die Anbringung von Aktuatorik genutzt werden können, ohne den Strahlengang durch das Prisma z. B. durch Abschattung oder durch Störung der Totalreflexion zu beeinträchtigen. In 6 wird das optisch genutzte Volumen des Prismas durch gestrichelte Linien eingeschlossen. Die beiden schwarz umrandeten quadratischen Bereiche auf der Lichteintrittsfläche (erste Prismenfläche) und der Lichtaustrittsfläche (dritte Prismenfläche) werden vom Licht durchdrungen, hier wird die Strahlung gebrochen. In dem schraffierten Bereich der zweiten Prismenfläche 220 wird das Licht total reflektiert. Außerhalb des optisch genutzten Bereiches können mechanische Elemente angeklebt, angeklemmt oder auf andere Weise befestigt werden, welche das Prisma haltern und mit der Aktuatorik verbinden.The actuators for tilting the prisms will generally reduce the optically usable range or the fill factor of the prism array. The term "filling factor" here refers to the optically usable surface of the prism array, projected in the direction of light, relative to the total area occupied by the prism array, also projected in the light direction. To avoid light losses is in the embodiment of 2 provided in the light direction in front of the prism array for each prism a microlens or another suitable for the concentration of radiation optical element, which subdivides the incident beam into sub-beams, which are each focused on an optically usable area of the light entrance surface of an associated prism. 5 shows schematically the structure and operation of rectangular microlenses 155A of the lens array 155 , The rectangular microlenses are arranged surface-filling in a two-dimensional grid arrangement, so that each incident light beam is deflected to exactly one of the prisms. For each prism, a mircoline symbolized by a square focuses the light on the entrance side of the prism so that light losses, apart from diffraction losses, are largely avoided. Due to the focusing, the optically used volume in the prism can be kept smaller than the total volume of the prism. As a result, it can be achieved that all edges formed by the prism surfaces lie far away from the optically utilized volume and thus can be used for the attachment of actuators, without the beam path through the prism z. B. by shading or by disturbing the total reflection. In 6 the optically used volume of the prism is enclosed by dashed lines. The two black outlined square areas on the light entry surface (first prism surface) and the Light exit surface (third prism surface) are penetrated by the light, here the radiation is broken. In the hatched area of the second prism surface 220 the light is totally reflected. Outside the optically used area, mechanical elements can be glued, clamped or otherwise secured, which support the prism and connect it to the actuator.

7 zeigt schematisch wesentliche Bestandteile einer Pupillenformungseinheit 750 einer anderen Ausführungsform eines Beleuchtungssystems für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage. Die Abfolge von optischen Komponenten mit Fourieroptiksystem 754, Lichtmodulationseinrichtung 700 und Kondensoroptik 759 entspricht weitgehend derjenigen der Ausführungsform von 2, weshalb auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Allerdings fehlt das vorgeschaltete Linsenarray. Es kann durch ein modifiziertes Linsenarray zur Erzeugung von Linienfoki ersetzt werden, was unten noch näher erläutert wird. Auch eine Streuscheibe ist nicht vorgesehen, kann aber z. B. vor oder hinter der Kondensoroptik 759 vorgesehen sein. 7 schematically shows essential components of a pupil-forming unit 750 another embodiment of a lighting system for a microlithography projection exposure system. The sequence of optical components with Fourier optical system 754 , Light modulation device 700 and condenser optics 759 corresponds largely to that of the embodiment of 2 , which is why reference is made to the description there. However, the upstream lens array is missing. It can be replaced by a modified lens array to produce line foci, which will be explained in more detail below. A diffuser is not provided, but z. B. in front of or behind the condenser optics 759 be provided.

Mit Hilfe der Lichtmodulationseinrichtung 700 wird in der Pupillenformungsfläche 710 des Beleuchtungssystems eine definierte örtliche Intensitätsverteilung (Beleuchtungssetting) eingestellt. Die Lichtmodulationseinrichtung 700 zeigt eine alternative Anordnung von Prismen, bei der die Lichtablenkung ebenfalls über verlustfreie Totalreflexion funktioniert. Im Gegensatz zur Ausführungsform von 2 bilden die Prismen 705 jedoch eine ebene Rasteranordnung, die sich dadurch auszeichnet, dass alle total reflektierenden zweiten Prismenflächen 720 in einer gemeinsamen Ebene 706 liegen, wenn die Prismen sich in ihrer unverkippten Grundstellung befinden. Die total reflektierenden zweiten Prismenflächen können hier also ähnlich angeordnet sein, wie die nicht-totalreflektierenden Spiegelflächen der Einzelspiegel herkömmlicher Mehrfachspiegelanordnungen (Micro Mirror Arrays).With the help of the light modulation device 700 becomes in the pupil shaping surface 710 of the illumination system set a defined local intensity distribution (lighting setting). The light modulation device 700 shows an alternative arrangement of prisms, in which the light deflection also works via lossless total reflection. In contrast to the embodiment of 2 form the prisms 705 However, a flat grid arrangement, which is characterized in that all totally reflective second prism faces 720 in a common plane 706 lie when the prisms are in their non-tilted home position. The totally reflecting second prism surfaces can thus be arranged here in a similar manner as the non-totally reflecting mirror surfaces of the individual mirrors of conventional multi-mirror arrays.

Die auch als Spiegelebene bezeichnete gemeinsame Ebene 706 steht im Beispielsfall unter einem Winkel von 45° zu der optischen Achse 703, die durch die Symmetrieachsen der Linsenelemente des Beleuchtungssystems definiert wird. Die optische Achse ist um ca. 90° gefaltet, da der Teil 703A der optischen Achse vor dem Prismenarray mit dem Teil 7038 der optischen Achse annähernd einen rechten Winkel (Faltungswinkel) einschließen. Der Faltungswinkel kann z. B. zwischen 80° und 100° liegen. An der den Prismen abgewandten Seite der zweiten Prismenflächen befinden sich die den einzelnen Prismen zugeordneten Aktuatoren 704, die mittels einer Steuereinrichtung 780 unabhängig voneinander angesteuert werden können, um die daran gekoppelten Prismen mehrachsig zu verkippen (vgl. 4).The common plane, also referred to as the mirror plane 706 is in the example at an angle of 45 ° to the optical axis 703 , which is defined by the axes of symmetry of the lens elements of the illumination system. The optical axis is folded by about 90 °, as the part 703A the optical axis in front of the prism array with the part 7038 the optical axis approximately a right angle (folding angle) include. The folding angle can z. B. between 80 ° and 100 °. On the side facing away from the prisms of the second prism surfaces are the actuators associated with the individual prisms 704 , by means of a control device 780 can be controlled independently of each other to multi-axis tilt the prisms coupled thereto (see. 4 ).

Bei dieser Ausführungsform liegen die Einfallswinkel an den Lichteintrittsseiten (erste Prismenflächen 711) und an den Lichtaustrittsseiten (dritte Prismenflächen 730) nicht mehr in der Nähe des zugehörigen Brewster-Winkels, sondern in der Nähe von 0°, beispielsweise im Bereich um ±20° oder ±10°. Daher wird sowohl die s-polarisierte Komponente als auch die p-polarisierte Komponente an den Grenzflächen zwischen Umgebung (Luft oder anderes Gas) und Prismenkörper zu einem gewissen Anteil reflektiert. Aus diesem Grund ist es bei dieser Ausführungsform vorteilhaft, wenn sowohl die erste Prismenfläche als auch die dritte Prismenfläche mit einer Antireflexbeschichtung beschichtet ist. Der Lichtverlust an den Grenzflächen liegt dann zwar nicht, wie bei der Ausführungsform von 2, im Bereich von unter 0.1%, aber in der Regel deutlich unterhalb von 1%, beispielsweise im Bereich von 0.6% oder darunter. Dies ist im Hinblick auf Lichtverlust immer noch deutlich günstiger als der Lichtverlust bei typischen hochreflektierenden Spiegelbeschichtungen, deren Reflexionsgrad in der Regel nicht wesentlich höher als 95% liegt, so dass der Lichtverlust typischerweise im Bereich von einigen Prozent liegt, z. B. um 5%.In this embodiment, the angles of incidence are at the light entry sides (first prism surfaces 711 ) and at the light exit sides (third prism surfaces 730 ) no longer in the vicinity of the associated Brewster angle, but in the vicinity of 0 °, for example in the range of ± 20 ° or ± 10 °. Therefore, both the s-polarized component and the p-polarized component at the interfaces between environment (air or other gas) and prism body is reflected to a certain extent. For this reason, it is advantageous in this embodiment if both the first prism surface and the third prism surface is coated with an antireflection coating. Although the loss of light at the interfaces is then not, as in the embodiment of 2 , in the range of less than 0.1%, but generally well below 1%, for example in the range of 0.6% or below. This is still significantly less expensive than the loss of light in typical high reflectivity mirror coatings, the reflectance of which is typically not much higher than 95%, so the light loss is typically in the range of a few percent, e.g. B. by 5%.

Die schräge Ausrichtung der Rasteranordnung bedingt eine Faltung des Strahlengangs des optischen Systems, in das die Lichtmodulationseinrichtung integriert ist. Vorteilhafterweise sind hier Faltungswinkel um 90° möglich, so dass der Strahlengang auf der Lichteintrittsseite und der Strahlengang auf der Lichtaustrittsseite schon in geringer Entfernung von der Lichtmodulationseinrichtung nicht mehr überlappen und dementsprechend die optischen Komponenten vor der Lichtmodulationseinrichtung und hinter der Lichtmodulationseinrichtung relativ nah an der Lichtmodulationseinrichtung positioniert sein können. Hierdurch sind räumlich kompakte Anordnungen möglich.The oblique orientation of the grid arrangement causes a convolution of the beam path of the optical system, in which the light modulation device is integrated. Advantageously, folding angles of 90 ° are possible here so that the beam path on the light entry side and the beam path on the light exit side no longer overlap at a small distance from the light modulation device and accordingly position the optical components in front of the light modulation device and behind the light modulation device relatively close to the light modulation device could be. As a result, spatially compact arrangements are possible.

Ein Vorteil der Anordnung in 7 ist es, dass die gesamte Aktuatorik, also alle für die Halterung und Bewegung der Prismenelemente erforderlichen Komponenten, in einer Ebene liegen können und dass Anschlüsse zur elektrischen Verschaltung der Elemente zur optisch nicht genutzten Rückseite weggeführt werden können, ohne dass die Gefahr besteht, dass Licht abgeschattet wird. Ein weiterer Vorteil ist die bei entsprechender Auslegung der Prismen mögliche Ausnutzung des Kulisseneffekts. Dabei stehen die Lichteintrittsflächen 711 der Prismen in Lichteintrittsrichtung gesehen sehr eng beieinander. In diesem Fall ist trotz eventueller kleiner Lücken zwischen den Lichteintrittsflächen der einzelnen Prismen keine Fokussierung des Lichts auf die Lichteintrittsseiten der Prismen notwendig, um Lichtverluste zu vermeiden. Denn durch den Kulisseneffekt „sieht” das eintreffende Licht im Wesentlichen nur die als Lichteintrittsflächen dienenden ersten Prismenflächen, nicht aber die Lücken dazwischen.An advantage of the arrangement in 7 it is that the entire actuator, so all components required for the support and movement of the prism elements, can lie in one plane and that connections for electrical interconnection of the elements can be led away to the optically unused back without the risk that light is shadowed. Another advantage is the possible design of the prisms possible exploitation of the backdrop effect. Here are the light entry surfaces 711 the prisms seen in the light entry direction very close together. In this case, despite possible small gaps between the light entry surfaces of the individual prisms no focusing of the light on the light entry sides of the prisms necessary to avoid light losses. Because through the backdrop effect, the incoming light essentially "sees" only the as the light entry surfaces serving prism first surfaces, but not the gaps between them.

Der Kulisseneffekt ergibt sich allerdings nur in der in 7 gezeigten Faltungsebene, d. h. in der Ebene, die durch die Teile der gefalteten optischen Achse 103 ausgespannt wird. In Richtung senkrecht dazu kann weiterhin eine Konzentratoreinrichtung mit Linienfokus zur Vermeidung von Lichtverlust günstig sein. Eine solche eindimensionale Fokussierung kann beispielsweise mit Hilfe von Zylinderlinsen realisiert werden. Sie kann gegenüber einer mehrdimensionalen Fokussierung unter anderem deshalb vorteilhaft sein, weil beugungsinduzierte Effekte reduziert werden können.The backdrop effect, however, only arises in the 7 shown folding plane, ie in the plane passing through the parts of the folded optical axis 103 is stretched out. In the direction perpendicular to this, furthermore, a concentrator device with line focus can be favorable in order to avoid the loss of light. Such a one-dimensional focusing can be realized, for example, with the aid of cylindrical lenses. It may be advantageous over multi-dimensional focusing, inter alia because diffraction-induced effects can be reduced.

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 Rasteranordnung individuell ansteuerbarer Prismen verwendet wird, mit deren Hilfe die Winkelverteilung der auftreffenden Strahlung verändert werden kann, so lässt sich die räumliche Auflösung durch eine entsprechend große Anzahl von Prismen mit angepasster Wirkungscharakteristik erreichen. So kann beispielsweise die reflektive Lichtmodulationseinrichtung mehr als 25 oder mehr als 400 oder mehr als 4000 ansteuerbare Prismen bzw. Kanäle haben. Andererseits kann die Konstruktion aufwändiger und die Baugröße größer werden, je mehr Prismen untergebracht werden sollen, so dass die obere Grenze für die Anzahl von Prismen aus praktischen Gründen häufig bei 100000 Einzelelementen liegt, ggf. können auch weniger als 50000 oder weniger als 10000 Einzelelemente vorgesehen sein. Lichtmodulationseinrichtungen mit hoher Ortsauflösung haben in der Regel eine Flächenausdehnung, die mindestens einen oder mehrere Quadratzentimeter beträgt und beispielsweise zwischen ca. 2 cm2 und 80 cm2 bis 100 cm2 oder mehr liegen kann.In order to optimize lithography processes, it is usually desirable to set the two-dimensional intensity distribution in the pupil shaping surface of the illumination system with high accuracy and high spatial resolution. If a light modulation device with a two-dimensional grid arrangement of individually controllable prisms is used for structuring the illumination pupil, with the aid of which the angular distribution of the incident radiation can be changed, the spatial resolution can be achieved by a correspondingly large number of prisms having an adapted response characteristic. For example, the reflective light modulation device may have more than 25 or more than 400 or more than 4000 controllable prisms or channels. On the other hand, the design may be more complex and the size larger, the more prisms are to be accommodated, so that the upper limit for the number of prisms for practical reasons is often 100,000 individual elements, possibly also less than 50,000 or fewer than 10,000 individual elements provided be. Light modulation devices with high spatial resolution usually have a surface area that is at least one or more square centimeters and, for example, between about 2 cm 2 and 80 cm 2 to 100 cm 2 or more.

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

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 7359103 B2 [0008] US 7359103 B2 [0008]
  • US 5343489 [0041] US 5343489 [0041]
  • WO 2009/135586 A1 [0053] WO 2009/135586 A1 [0053]

Claims (14)

Lichtmodulationseinrichtung zur ortsaufgelösten Beeinflussung einer Winkelverteilung von Strahlen eines auf die Lichtmodulationseinrichtung einfallenden Strahlbündels mit: einer Rasteranordnung mit einer Vielzahl von Prismen (205, 705), die mittels zugeordneter Aktuatoren (204, 704) individuell in unterschiedliche Arbeitsstellungen verkippbar sind, wobei jedes Prisma einen transparenten Prismenkörper (202) aufweist, der eine erste Prismenfläche (210, 702), eine zweite Prismenfläche (220, 720) und eine dritte Prismenfläche (230, 730) bildet; die erste Prismenfläche (210, 702) als Lichteintrittsfläche zum Empfang von Strahlen dient, die aus einer Lichteinfallsrichtung in einem ersten Einfallswinkel (211) auf die erste Prismenfläche einfallen; die zweite Prismenfläche (220, 720) mit der ersten Prismenfläche einen ersten Prismenwinkel (215) einschließt, der so bemessen ist, dass von der ersten Prismenfläche direkt zur zweiten Prismenfläche gelenkte Strahlen bei jeder Arbeitsstellung des Prismas in einem zweiten Einfallswinkel (221) auf die zweite Prismenfläche treffen, der größer als ein Grenzwinkel für Totalreflexion an der zweiten Prismenfläche ist; und die dritte Prismenfläche mit der zweiten Prismenfläche einen zweiten Prismenwinkel (225) einschließt, der so bemessen ist, dass von der zweiten Prismenfläche (220, 720) total reflektierte Strahlen in einem dritten Einfallswinkel (231) auf die dritte Prismenfläche einfallen und durch die dritte Prismenfläche in eine Lichtausfallsrichtung gelenkt werden.Light modulation device for the spatially resolved influencing of an angular distribution of rays of a beam incident on the light modulation device, comprising: a raster arrangement having a multiplicity of prisms ( 205 . 705 ) by means of associated actuators ( 204 . 704 ) are individually tiltable in different working positions, each prism a transparent prism body ( 202 ) having a first prism surface ( 210 . 702 ), a second prism surface ( 220 . 720 ) and a third prism surface ( 230 . 730 ) forms; the first prism surface ( 210 . 702 ) serves as a light entry surface for the reception of beams, which from a direction of light incidence at a first angle of incidence ( 211 ) on the first prism surface; the second prism surface ( 220 . 720 ) with the first prism surface a first prism angle ( 215 ) dimensioned so that at each operating position of the prism at each working position of the prism, the beams directed from the first prism surface directly to the second prism surface (FIG. 221 ) strike the second prism surface which is larger than a critical angle for total reflection at the second prism surface; and the third prism surface with the second prism surface has a second prism angle ( 225 ) which is dimensioned such that from the second prism surface ( 220 . 720 ) totally reflected rays at a third angle of incidence ( 231 ) are incident on the third prism surface and are directed by the third prism surface in a light exit direction. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, worin die zweite Prismenfläche (220, 720) keine Beschichtung trägt.A light modulation device according to claim 1, wherein the second prism surface ( 220 . 720 ) does not carry any coating. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin der erste Einfallswinkel (211) bei jeder Arbeitsstellung des Prismas (205) um weniger als 15°, insbesondere um weniger als 10°, von einem an der ersten Prismenfläche (210) geltenden Brewster-Winkel abweicht, wobei vorzugsweise die erste Prismenfläche (210) unbeschichtet ist.A light modulation device according to claim 1 or 2, wherein the first angle of incidence ( 211 ) at each working position of the prism ( 205 ) by less than 15 °, in particular by less than 10 °, from one at the first prism surface ( 210 ) deviating Brewster angle, preferably the first prism surface ( 210 ) is uncoated. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der dritte Einfallswinkel (231) bei jeder Arbeitsstellung des Prismas (205) um weniger als 15°, insbesondere um weniger als 10°, von einem an der dritten Prismenfläche geltenden Brewster-Winkel abweicht, wobei vorzugsweise die dritte Prismenfläche (230) unbeschichtet ist.A light modulation device according to any one of the preceding claims, wherein the third angle of incidence ( 231 ) at each working position of the prism ( 205 ) differs by less than 15 °, in particular by less than 10 °, from a Brewster angle valid at the third prism surface, wherein preferably the third prism surface ( 230 ) is uncoated. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin jedes der Prismen (205, 705) um mehrere im Winkel zueinander stehende Kippachsen verkippbar ist, insbesondere um zwei senkrecht zueinander stehende Kippachsen (241, 242).A light modulation device according to any one of the preceding claims, wherein each of the prisms ( 205 . 705 ) can be tilted about a plurality of tilting axes which are at an angle to one another, in particular about two mutually perpendicular tilting axes ( 241 . 242 ). Lichtmodulationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein maximaler Kippwinkel bei jedem Prisma weniger als 5° beträgt, insbesondere 3° oder weniger und/oder worin ein maximal erzielbarer Ablenkwinkel bei jedem Prisma 10° oder weniger beträgt.A light modulation device according to any one of the preceding claims, wherein a maximum tilt angle in each prism is less than 5 °, in particular 3 ° or less and / or wherein a maximum achievable deflection angle for each prism is 10 ° or less. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Prismen (205) der Rasteranordnung derart angeordnet sind, dass in einer unverkippten Grundstellung der Prismen alle zweiten Prismenflächen (220) parallel zueinander ausgerichtet und die Prismen in einer ersten Richtung senkrecht zu den zweiten Prismenflächen versetzt angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Prismen zusätzlich in einer zweiten Richtung parallel zu den zweiten Prismenflächen derart versetzt angeordnet sind, dass die zweiten Prismenflächen mindestens teilweise in der ersten Richtung zugänglich sind.Light modulation device according to one of the preceding claims, wherein the prisms ( 205 ) of the grid arrangement are arranged such that in an untilted basic position of the prisms all second prism surfaces ( 220 ) are aligned parallel to each other and the prisms are arranged offset in a first direction perpendicular to the second prism surfaces, wherein preferably the prisms are additionally arranged offset in a second direction parallel to the second prism surfaces such that the second prism surfaces at least partially accessible in the first direction are. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Prismen (705) eine ebene Rasteranordnung bilden, bei der in einer unverkippten Grundstellung der Prismen alle zweiten Prismenflächen (720) in einer gemeinsamen Ebene (706) liegen.Light modulation device according to one of claims 1 to 6, wherein the prisms ( 705 ) form a planar grid arrangement, in which in an untilted basic position of the prisms all second prism surfaces ( 720 ) in a common plane ( 706 ) lie. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Prismen (205, 705) einer Rasteranordnung eine zweidimensionale Rasteranordnung bilden.Light modulation device according to one of the preceding claims, wherein the prisms ( 205 . 705 ) of a raster arrangement form a two-dimensional raster arrangement. Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer primären Lichtquelle, gekennzeichnet durch mindestens eine Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Illumination system for a microlithography projection exposure apparatus for illuminating a lighting field with the light of a primary light source, characterized by at least one light modulation device according to one of claims 1 to 9. Beleuchtungssystem nach Anspruch 10, worin das Beleuchtungssystem eine variabel einstellbare Pupillenformungseinheit (150, 750) zum Empfang von Licht der primären Lichtquelle und zur Erzeugung einer variabel einstellbaren zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Pupillenformungsfläche (110, 710) des Beleuchtungssystems aufweist, wobei die Lichtmodulationseinrichtung (200, 700) zwischen der Lichtquelle und der Pupillenformungsfläche angeordnet ist.Illumination system according to claim 10, wherein the illumination system comprises a variably adjustable pupil-shaping unit ( 150 . 750 ) for receiving light from the primary light source and for generating a variably adjustable two-dimensional intensity distribution in a pupil shaping surface ( 110 . 710 ) of the illumination system, wherein the light modulation device ( 200 . 700 ) is disposed between the light source and the pupil shaping surface. Beleuchtungssystem nach Anspruch 10 oder 11, worin zwischen der Lichtquelle und der Lichtmodulationseinrichtung eine Rasteranordnung (155) von optischen Elementen zur Konzentration von auf die optischen Elemente auftreffender Strahlung auf zugeordnete Prismen der Lichtmodulationseinrichtung angeordnet ist.Illumination system according to claim 10 or 11, wherein between the light source and the light modulation means a raster arrangement ( 155 ) of optical elements for concentrating radiation incident on the optical elements is arranged on associated prisms of the light modulation device. Beleuchtungssystem nach Anspruch 10, 11 oder 12, worin die Lichtmodulationseinrichtung (200) im Durchtritt genutzt wird, wobei vorzugsweise optische Komponenten in Lichtlaufrichtung vor der Lichtmodulationseinrichtung einen ersten Teil (103A) der optischen Achse definieren und optische Komponenten in Lichtlaufrichtung hinter der Lichtmodulationseinrichtung einen zweiten Teil (103B) der optischen Achse definieren, der koaxial zum ersten Teil (103A) der optischen Achse verläuft. Illumination system according to Claim 10, 11 or 12, in which the light modulation device ( 200 is used in the passage, wherein preferably optical components in the direction of light travel in front of the light modulation means a first part ( 103A ) of the optical axis and optical components in the direction of travel behind the light modulation device define a second part ( 103B ) of the optical axis coaxial with the first part ( 103A ) of the optical axis. Beleuchtungssystem nach Anspruch 10, 11 oder 12, worin die Lichtmodulationseinrichtung (700) zur Faltung des Strahlengangs genutzt wird, wobei vorzugsweise optische Komponenten in Lichtlaufrichtung vor der Lichtmodulationseinrichtung einen ersten Teil (703A) der optischen Achse definieren, optische Komponenten in Lichtlaufrichtung hinter der Lichtmodulationseinrichtung einen zweiten Teil (7038) der optischen Achse definieren, und der erste Teil (703A) mit dem zweiten Teil (7038) der optischen Achse eine Faltungswinkel zwischen 70° und 10°, insbesondere zwischen 80° und 100° einschließt.Illumination system according to Claim 10, 11 or 12, in which the light modulation device ( 700 ) is used for folding the beam path, wherein preferably optical components in the direction of light travel in front of the light modulation device a first part ( 703A ) of the optical axis, optical components in the direction of travel behind the light modulation device define a second part ( 7038 ) of the optical axis, and the first part ( 703A ) with the second part ( 7038 ) of the optical axis includes a folding angle between 70 ° and 10 °, in particular between 80 ° and 100 °.
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