DE102015209645A1

DE102015209645A1 - Illumination system for a microlithography projection exposure apparatus and microlithography projection exposure apparatus with such a lighting system

Info

Publication number: DE102015209645A1
Application number: DE102015209645.9A
Authority: DE
Inventors: David Shafer; Markus Schwab; Toralf Gruner; Alois Herkommer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2016-12-01
Also published as: WO2016188739A1

Abstract

Ein Beleuchtungssystem (ILL) für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer primären Lichtquelle umfasst eine Pupillenformungseinheit (PFU) zum Empfang von Licht der primären Lichtquelle (LS) und zur Erzeugung einer zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Pupillenformungsfläche (PUP) des Beleuchtungssystems, ein Übertragungssystem (TRANS) zur Übertragung der Intensitätsverteilung in ein Zwischen-Beleuchtungsfeld (IF), das in einer Zwischenfeldebene (IFP) liegt; und ein optisches Abbildungssystem (IMS) zur Abbildung des in der Zwischenfeldebene angeordneten Zwischen-Beleuchtungsfeldes in das Beleuchtungsfeld, das in einer zur Zwischenfeldebene optisch konjugierten Austrittsebene (EX) des Beleuchtungssystems liegt. Das Beleuchtungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass das optische Abbildungssystem (TRANS) ein katadioptrisches Abbildungssystem mit einer Vielzahl von Linsen und mindestens einem Konkavspiegel (CM) ist.An illumination system (ILL) for a microlithography projection exposure apparatus for illuminating an illumination field with the light of a primary light source comprises a pupil shaping unit (PFU) for receiving light from the primary light source (LS) and generating a two-dimensional intensity distribution in a pupil shaping surface (PUP) of the illumination system a transmission system (TRANS) for transmitting the intensity distribution into an intermediate illumination field (IF) located in an intermediate field plane (IFP); and an optical imaging system (IMS) for imaging the intermediate illumination field arranged in the intermediate field plane into the illumination field which lies in an exit plane (EX) of the illumination system that is optically conjugate to the intermediate field plane. The illumination system is characterized in that the imaging optical system (TRANS) is a catadioptric imaging system having a plurality of lenses and at least one concave mirror (CM).

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKAREA OF APPLICATION AND PRIOR ART

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer primären Lichtquelle sowie auf eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Beleuchtungssystem. The invention relates to a lighting system for a microlithography projection exposure apparatus for illuminating a lighting field with the light of a primary light source and to a microlithography projection exposure apparatus with such a lighting system.

Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen werden heutzutage überwiegend mikrolithografische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) oder andere Mustererzeugungseinrichtungen verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur tragen oder bilden, z.B. ein Linienmuster einer Schicht (layer) eines Halbleiterbauelements. Eine Maske wird in eine Projektionsbelichtungsanlage zwischen Beleuchtungssystem und Projektionsobjektiv im Bereich der Objektfläche des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch 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) or other pattern-generating means are used which carry or form the pattern of a structure to be imaged, e.g. a line pattern of a layer of a semiconductor device. A mask is positioned in a projection exposure system 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 by the illumination system. The radiation changed by 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).

Um den Anforderungen an die Herstellung immer kleinerer Strukturen im Sub-Mikrometerbereich gerecht zu werden, werden gegenwärtige Projektionsobjektive für die Mikrolithographie typischerweise als Reduktionsobjektive, also als Abbildungsobjektive mit einem Abbildungsmaßstab β kleiner als 1, ausgelegt, insbesondere mit β = 0.25 oder β = 0.20 oder weniger. Hierdurch werden u.a. die Anforderungen an die Mikrostrukturierung der Maske reduziert. Um die in derartigen, immer komplexer aufgebauten Projektionsobjektiven entstehenden Abbildungsfehler zu korrigieren, weisen hochauflösende Reduktionsobjektive typischerweise eine relativ große Anzahl von beispielsweise 20 oder mehr optischen Elemente wie Linsen, Spiegel, Prismen etc. auf.In order to meet the requirements for the production of ever smaller structures in the sub-micrometer range, current projection objectives for microlithography are typically designed as reduction objectives, ie as imaging objectives with a magnification β smaller than 1, in particular with β = 0.25 or β = 0.20 or fewer. This will u.a. reduced the requirements for the microstructuring of the mask. In order to correct the aberrations arising in such ever more complex projection lenses, high-resolution reduction lenses typically have a relatively large number of, for example, 20 or more optical elements such as lenses, mirrors, prisms, etc.

Eines der Ziele bei der Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen besteht darin, Strukturen mit zunehmend kleineren Abmessungen auf dem Substrat lithographisch zu erzeugen. Kleinere Strukturen führen z.B. bei Halbleiterbauelementen zu höheren Integrationsdichten, was sich im Allgemeinen günstig auf die Leistungsfähigkeit der hergestellten mikrostrukturierten Bauelemente auswirkt. Die Größe der erzeugbaren Strukturen hängt maßgeblich vom Auflösungsvermögen des verwendeten Projektionsobjektivs ab und lässt sich einerseits durch Verringerung der Wellenlänge der für die Projektion verwendeten Projektionsstrahlung und andererseits durch Erhöhung der im Prozess genutzten bildseitigen numerischen Apertur NA des Projektionsobjektivs steigern.One of the goals in developing projection exposure equipment is to lithographically produce structures of increasingly smaller dimensions on the substrate. Smaller structures carry e.g. in semiconductor devices to higher integration densities, which generally has a favorable effect on the performance of the microstructured components produced. The size of the structures that can be generated largely depends on the resolution capability of the projection objective used and can be increased on the one hand by reducing the wavelength of the projection radiation used for the projection and on the other hand by increasing the image-side numerical aperture NA of the projection objective used in the process.

Hochauflösende Projektionsobjektive arbeiten heutzutage bei Wellenlängen von weniger als 260 nm im tiefen Ultraviolettbereich (DUV) oder im extremen Ultraviolettbereich (EUV).High-resolution projection lenses today operate at wavelengths less than 260 nm in the deep ultraviolet (DUV) or extreme ultraviolet (EUV) regions.

Um bei Wellenlängen aus dem tiefen Ultraviolettbereich (DUV) eine ausreichende Korrektur von Aberrationen (z.B. chromatischen Aberrationen, Bildfeldkrümmung) zu gewährleisten, werden meist katadioptrische Projektionsobjektive verwendet, welche sowohl transparente refraktive optische Elemente mit Brechkraft (Linsen), als auch reflektive Elemente mit Brechkraft, also gekrümmte Spiegel, enthalten. Typischerweise ist mindestens ein Konkavspiegel enthalten. Hier erreicht man heutzutage mit der Immersionslithographie bei NA = 1.35 und λ = 193 nm Auflösungsvermögen, die eine Projektion von 40 nm großen Strukturen ermöglichen.In order to ensure a sufficient correction of aberrations (eg chromatic aberrations, field curvature) at wavelengths from the deep ultraviolet range (DUV), catadioptric projection objectives are usually used which have both transparent refractive optical elements with refractive power (lenses) and reflective elements with refractive power, so curved mirrors, included. Typically, at least one concave mirror is included. Nowadays, with immersion lithography at NA = 1.35 and λ = 193 nm resolution can be achieved here, enabling a projection of 40 nm structures.

Bei der Projektions-Mikrolithographie wird die Maske mit Hilfe eines Beleuchtungssystems beleuchtet, das aus dem Licht einer primären Lichtquelle, insbesondere eines Lasers, auf die Maske gerichtete Beleuchtungsstrahlung formt, die durch bestimmte Beleuchtungsparameter definiert ist. Die Beleuchtungsstrahlung trifft innerhalb eines Beleuchtungsfeldes (Fläche definierter Form und Größe, z.B. Rechteckfeld oder gekrümmtes Ringfeld) auf die Maske auf, wobei Form und Größe des Beleuchtungsfeldes in der Regel konstant, d.h. nicht variabel sind. In der Regel wird innerhalb des Beleuchtungsfeldes eine möglichst gleichmäßige Intensitätsverteilung angestrebt, wozu innerhalb des Beleuchtungssystems Homogenisierungseinrichtungen, beispielsweise Lichtmischelemente wie Wabenkondensoren und/oder Stabintegratoren, vorgesehen sein können. 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 impinges upon the mask within an illumination field (area of defined shape and size, e.g., rectangular field or curved ring field), the shape and size of the illumination field being typically constant, i. are not variable. As a rule, as uniform a distribution of intensity as possible is desired within the illumination field, for which purpose homogenization devices, for example light mixing elements such as honeycomb condensers and / or rod integrators, can be provided within the illumination system.

Außerdem werden je nach Art der abzubildenden Strukturen häufig 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. Mögliche Beleuchtungssettings sind z.B. annulare Beleuchtung, Dipolbeleuchtung, Multipolbeleuchtung oder Freiformpupillen.In addition, depending on the nature of the structures to be imaged, different illumination modes (so-called "illumination settings") are often 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, it is sometimes referred to as "structured illumination" or "structuring of the illumination pupil" or 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. Possible illumination settings are, for example, annular illumination, dipole illumination, multipole illumination or free-form pupils.

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. 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, 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 illumination system intended to receive light from a primary light source, e.g. of a laser to receive and produce therefrom a desired two-dimensional intensity distribution (secondary light source) in the "pupil shaping surface" of the illumination system, together form a pupil-shaping unit, which as a rule should be variably adjustable.

Gattungsgemäße Beleuchtungssysteme umfassen weiterhin ein optisches Übertragungssystem zur Übertragung der Intensitätsverteilung der Pupillenformungsfläche in ein Zwischen-Beleuchtungsfeld, das in einer Zwischenfeldebene liegt, sowie ein optisches Abbildungssystem zur Abbildung des in der Zwischenfeldebene angeordneten Zwischen-Beleuchtungsfeldes in das Beleuchtungsfeld, das in einer zur Zwischenfeldebene optisch konjugierten Austrittsebene des Beleuchtungssystems liegt.Generic illumination systems further comprise an optical transmission system for transmitting the intensity distribution of the pupil shaping surface into an intermediate illumination field located in an intermediate field plane, and an optical imaging system for imaging the intermediate illumination field disposed in the intermediate field plane into the illumination field which is optically conjugate to the intermediate field plane Exit level of the lighting system is located.

Eine wesentliche Aufgabe eines solchen Abbildungssystems ist es, die Eigenschaften des Beleuchtungslichtes hinsichtlich Feldgröße und Strahlverlaufs an die eintrittsseitigen Erfordernisse des nachfolgenden Projektionsobjektivs anzupassen. Dabei spielt z.B. die Einstellung der Telezentrie des Beleuchtungslichts eine wichtige Rolle. Solche Abbildungssysteme werden häufig als Relais-Objektiv bezeichnet. Dient das Abbildungssystem dazu, eine mit einer Retikel-Maskierungseinrichtung (REMA) ausgestattete Zwischenfeldebene des Beleuchtungssystems in die Austrittsebene des Beleuchtungssystems bzw. auf das Retikel abzubilden, wird auch die Bezeichnung REMA-Objektiv verwendet. An essential task of such an imaging system is to adapt the properties of the illumination light with regard to field size and beam path to the requirements of the subsequent projection objective on the entrance side. It plays e.g. the adjustment of the telecentricity of the illumination light an important role. Such imaging systems are often referred to as a relay lens. If the imaging system is used to image an intermediate field plane of the illumination system equipped with a reticle masking device (REMA) into the exit plane of the illumination system or onto the reticle, the designation REMA objective is also used.

Um die nutzbare numerische Apertur des Projektionsobjektivs voll nutzen und dessen Pupille komplett ausleuchten zu können, sollte die ausgangsseitige numerische Apertur des Beleuchtungssystems möglichst gut an die objektseitige numerische Apertur des Projektionsobjektivs angepasst sein. Die ausgangsseitige numerische Apertur des Beleuchtungssystems entspricht der ausgangsseitigen numerischen Apertur des oben genannten optischen Abbildungssystems.In order to make full use of the usable numerical aperture of the projection lens and to be able to fully illuminate its pupil, the output-side numerical aperture of the illumination system should be adapted as well as possible to the object-side numerical aperture of the projection objective. The output-side numerical aperture of the illumination system corresponds to the output-side numerical aperture of the above-mentioned optical imaging system.

Die WO 2006/084479 A1 zeigt ein refraktives Rema-Objektiv mit einer Zwischenbildebene, in der Korrekturelemente angebracht werden können.The WO 2006/084479 A1 shows a refractive Rema lens with an intermediate image plane in which correction elements can be attached.

Bei der mikrolithografischen Herstellung von Halbleiterbauelementen ist man nicht nur bestrebt, immer feinere Strukturen zuverlässig zu erzeugen, sondern es werden auch ständige Verbesserungen der Produktivität angestrebt. Vor dem Hintergrund dieser Zielsetzung wurde vor einigen Jahren der Schritt von Halbleitersubstraten mit 200 mm Durchmesser auf Halbleitersubstrate mit 300 mm Durchmesser vollzogen, um pro Substrat eine größere Anzahl von gleichartigen Bauteilen fertigen zu können. Einen analogen Produktivitätsschub erhofft sich die Industrie derzeit von einem Übergang auf noch größere Halbleitersubstrate, beispielsweise mit 450 mm Durchmesser. Will man hierbei den gleichen Durchsatz realisieren wie für die 300 mm-Substrate, so müssen sich die Fahrgeschwindigkeiten von Retikel- und Substrattischen, die sogenannten Scan-Geschwindigkeiten, deutlich erhöhen. Eine weitere Steigerung der Scan-Geschwindigkeiten könnte jedoch dynamisch schwer zu beherrschen sein und entsprechend zu nicht erwünschten Schwingungsanregungen etwa des Projektionsobjektives führen, die in der Folge Bildfehler und dynamische Ausbleichungseffekte („Fading“) verursachen könnten. In the microlithographic production of semiconductor devices is not only eager to produce ever finer structures reliable, but it is also sought continuous improvements in productivity. Against the background of this objective, a few years ago, the step of semiconductor substrates with a diameter of 200 mm was carried out on semiconductor substrates with a diameter of 300 mm in order to be able to produce a larger number of identical components per substrate. The industry is currently hoping for a similar productivity boost from a transition to even larger semiconductor substrates, for example with a diameter of 450 mm. If one wants to realize the same throughput as for the 300 mm substrates, the travel speeds of the reticle and substrate tables, the so-called scan speeds, must increase significantly. However, a further increase in scan speeds could be difficult to control dynamically and correspondingly result in undesirable vibrational excitations, such as the projection lens, which could subsequently cause artifacts and dynamic blurring effects ("fading").

AUFGABE UND LÖSUNG TASK AND SOLUTION

Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Mikrolithografie-Projektions-Anlage sowie ein hierfür geeignetes Beleuchtungssystem bereitzustellen, die in besonderer Weise für die Verarbeitung von immer größer werdenden Halbleitersubstraten bei der Herstellung von mikrostrukturierten Halbleiterbauelementen geeignet sind. The invention is inter alia based on the object of providing a microlithography projection system and a lighting system suitable for this purpose, which are particularly suitable for processing increasingly large semiconductor substrates in the production of microstructured semiconductor components.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 12 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. To achieve this object, the invention provides a lighting system for a microlithography projection exposure apparatus having the features of claim 1 and a microlithography projection exposure apparatus having the features of claim 12. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.

Die Erfindung bzw. ein Aspekt der Erfindung beruht unter anderem auf folgenden Überlegungen. Bei einem reduzierend wirkenden Projektionsobjektiv mit einem Abbildungsmaßstab │β│ < 1, d.h. bei einem Reduktionsobjektiv, hängt die Scan-Geschwindigkeit der Maske, v_M, mit der synchronen Scan-Geschwindigkeit des Substrats, v_SUB, über die Beziehung v_M = v_SUB/β zusammen. Die Scan-Geschwindigkeit der Maske ist somit um den Kehrwert des Abbildungsmaßstabs größer als die Scan-Geschwindigkeit des Substrats. Ein denkbarer Ansatz zur Vermeidung zu hoher Scan-Geschwindigkeiten der Maske bestünde somit in einer Abänderung des Abbildungsmaßstabs β von Projektionsobjektiven von derzeit β = 0.25 oder β = 0.2 auf größere Werte, beispielsweise β = 0.33 oder β = 0.5 oder einen ähnlichen Wert. Beispiele hochaperturiger Projektionsobjektive mit einem von β = 0.25 abweichenden Abbildungsmaßstab sind z.B. im Patent US 7,359,036 B1 angegeben. Aufgrund der oben angegebenen Relation v_M = v_SUB/β verringert sich dann bei einem festen Durchsatz, d.h. bei gleichbleibender Substratgeschwindigkeit, die Scan-Geschwindigkeit der Maske. The invention or an aspect of the invention is based inter alia on the following considerations. In the case of a reducing projection lens with a magnification │β│ <1, ie with a reduction objective, the scanning speed of the mask, v _M , depends on the synchronous scan speed of the substrate, v _SUB , via the relationship v _M = v _SUB / β together. The scanning speed of the mask is thus greater than the scanning speed of the substrate by the reciprocal of the image scale. A conceivable approach for avoiding too high scan speeds of the mask would thus be to change the magnification β of projection lenses from currently β = 0.25 or β = 0.2 to larger values, for example β = 0.33 or β = 0.5 or a similar value. Examples of high-aperture projection objectives with a magnification of β = 0.25 differ, for example, in the patent US Pat. No. 7,359,036 B1 specified. Due to the relation v _M = v _SUB / β given above, the scan speed of the mask then decreases at a fixed throughput, ie at a constant substrate speed.

In der vorliegenden Anmeldung ist unter dem Begriff "Abbildungsmaßstab" eines Abbildungssystems das Verhältnis der Größe des von dem Abbildungssystem aus einem bestimmten Objektfeld erzeugten Bildfeldes zur Größe des jeweiligen Objektfeldes zu verstehen.In the present application, the term "magnification" of an imaging system means the ratio of the size of the image field generated by the imaging system from a particular object field to the size of the respective object field.

Der Abbildungsmaßstab β hat auch Einfluss auf das Verhältnis von objektseitiger numerischer Apertur, NA_OB, zur bildseitigen numerischen Apertur, NA, des Projektionsobjektives, wobei die Bedingung NA_OB = │β│·NA_IM gilt. Als Konsequenz bei der Einführung von geringeren Reduktionsverhältnissen stellt sich somit bei gleichbleibender bildseitiger numerischer Apertur ein Anstieg der objektseitigen numerischen Apertur ein. Wenn eine größer werdende objektseitige numerische Apertur von Seiten des Beleuchtungssystems komplett ausgeleuchtet werden soll, zum Beispiel mit annularer Beleuchtung, Dipolbeleuchtung, Multipolbeleuchtung oder Freiformpupillen, so sind auch an Beleuchtungssystemen Veränderungen erforderlich, die zu einer Erhöhung der austrittsseitigen numerischen Apertur NA_EX, d.h. der numerischen Apertur der Beleuchtungsstrahlung in der Austrittsebene bzw. im Beleuchtungsfeld, führen. Wenn weiterhin die Größe des Beleuchtungsfelds unverändert oder weitgehend unverändert bleiben soll, so geht dies mit der Forderung nach einem Anstieg des Lichtleitwerts für das Beleuchtungssystem einher. Ein höherer Lichtleitwert wiederum zieht jedoch in der Regel einen höheren Materialeinsatz nach sich, weil tendenziell die optischen Elemente im Vergleich zu einem System mit niedrigem Lichtleitwert größer werden. Es ist nach Ansicht der Erfinder zu erwarten, dass die Anpassung konventioneller Beleuchtungssysteme an höhere austrittsseitige numerische Aperturen daher zu einer deutlichen Verteuerung der Systeme und eventuell zu einem komplexeren Aufbau führen würde. The magnification β also has an influence on the ratio of object-side numerical aperture, NA _OB , to the image-side numerical aperture, NA, of the projection objective, the condition NA _OB = │β│ · NA _IM . As a consequence of the introduction of lower reduction ratios, an increase of the object-side numerical aperture thus arises with a constant image-side numerical aperture. If an increasing object-side numerical aperture on the part of the illumination system is to be completely illuminated, for example, with annular illumination, dipole illumination, multipole illumination or free-form pupils, changes in illumination systems are also necessary, which increase the exit-side numerical aperture NA _EX , ie the numerical aperture Aperture of the illumination radiation in the exit plane or in the illumination field lead. Furthermore, if the size of the illumination field is to remain unchanged or largely unchanged, this is accompanied by the requirement for an increase in the light conductance value for the illumination system. However, higher optical transmittance, in turn, tends to result in higher material usage because of the tendency for the optical elements to become larger as compared to a low optical transmittance system. It is to be expected, in the inventors' view, that the adaptation of conventional illumination systems to higher exit-side numerical apertures would therefore lead to a significant increase in the cost of the systems and possibly to a more complex construction.

Mithilfe der beanspruchten Erfindung ist es dagegen möglich, bei Bedarf relativ hohe austrittsseitige numerische Aperturen des Beleuchtungssystems bereitzustellen, ohne dass im Maße der Steigerung der austrittsseitigen numerischen Apertur auch die Komplexität und Größe des Beleuchtungssystems wächst. Wird das optische Abbildungssystem als katadioptrisches Abbildungssystem mit einer Vielzahl von Linsen und mindestens einem Konkavspiegel ausgelegt, so ist es möglich, bei moderatem Materialeinsatz und moderater Baugröße bei Bedarf relativ hohe austrittsseitige numerischen Aperturen des Beleuchtungssystems ohne Einbußen bei der Qualität der optischen Abbildung zwischen dem Zwischen-Beleuchtungsfeld und dem austrittsseitigen Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems zu realisieren. By contrast, with the claimed invention, it is possible to provide relatively high exit numerical apertures of the illumination system when required, without the complexity and size of the illumination system increasing as the exit numerical aperture increases. If the optical imaging system is designed as a catadioptric imaging system with a multiplicity of lenses and at least one concave mirror, it is possible to use relatively high exit-side numerical apertures of the illumination system with moderate use of material and of moderate size, without sacrificing the quality of the optical imaging between the intermediate image. To realize illumination field and the exit-side illumination field of the illumination system.

Bei manchen Ausführungsformen hat das Beleuchtungssystem und/oder das optische Abbildungssystem eine austrittsseitige numerische Apertur NA_EX von mehr als 0.4. Es sind auch größere Werte erreichbar, beispielsweise NA_EX ≥ 0.5 und/oder NA_EX ≥ 0.6 und/oder NA_EX ≥ 0.7. Oberhalb einer austrittsseitige numerische Apertur von ca. 0.93 wäre die Nutzung von Immersion erforderlich, was nicht ausgeschlossen, aber in der technischen Realisierung aufwendig ist.In some embodiments, the illumination system and / or the optical imaging system has an exit numerical aperture NA _EX greater than 0.4. Larger values can also be achieved, for example NA _EX ≥ 0.5 and / or NA _EX ≥ 0.6 and / or NA _EX ≥ 0.7. Above an exit-side numerical aperture of about 0.93, the use of immersion would be required, which is not excluded, but is expensive in the technical realization.

Hohe austrittsseitige numerische Aperturen sind bei manchen Ausführungsformen in einem relativ großen Feld realisierbar, wodurch große Flächen pro Zeiteinheit belichtet werden können. Als geeignetes Maß für diese Eigenschaft kann z.B. der Lichtleitwert LLW genutzt werden, der auch als „Etendue“ bezeichnet wird und für die Zwecke dieser Anmeldung definiert ist als LLW = π·FG·NA_EX ², also dem Produkt der Zahl π, der Feldgröße FG des betrachteten Feldes und dem Quadrat der in diesem Feld realisierten numerischen Apertur NA_EX. Bei manchen Ausführungsformen hat das Beleuchtungssystem und/oder das optische Abbildungssystem einen Lichtleitwert LLW vom mehr als 900 mm², wobei vorzugsweise die Bedingung LLW > 1000 mm² und/oder die Bedingung LLW > 2000 mm² gilt. High exit numerical apertures are realizable in some embodiments in a relatively large field, whereby large areas per unit time can be exposed. As a suitable measure of this property, for example, the optical conductivity LLW can be used, which is also referred to as "Etendue" and is defined for the purposes of this application as LLW = π · FG · NA _EX ² , ie the product of the number π, the field size FG of the considered field and the square of the numerical aperture NA _EX realized in this field. In some embodiments, the illumination system and / or the optical imaging system has a light conductance LLW of more than 900 mm ² , wherein preferably the condition LLW> 1000 mm ² and / or the condition LLW> 2000 mm ² applies.

In einem katadioptrischen Abbildungssystem können die Vorteile von Linsen und Spiegeln bezüglich der Beeinflussung der Abbildungsqualität vereint werden. Linsen können in der Regel bauraumtechnisch ohne größere Probleme entlang einer optischen Achse angeordnet werden, tragen Brechkraft und können zur Korrektur von Aberrationen beitragen. Allerdings wird die Korrektur chromatischer Fehler bei Wellenlängen unterhalb 260 nm immer schwieriger. Außerdem nimmt die Möglichkeit zur Korrektur der Bildfeldkrümmung, d.h. zur Petzvalkorrektur, mit zunehmender numerischer Apertur ab. Ein abbildender Konkavspiegel trägt ebenfalls Brechkraft und kann zur Petzvalkorrektur beitragen, wobei der Beitrag zur Petzvalkorrektur bei gleicher Brechkraft im Vergleich zu einer Linse ein umgekehrtes Vorzeichen trägt. Eine Kombination von Linsen und Konkavspiegel kann somit die Petzvalkorrektur erleichtern. Ein weiterer Vorteil eines Konkavspiegels besteht darin, dass durch den Konkavspiegel keine chromatischen Aberrationen in das optische System eingeführt werden. Allerdings entsteht erhöhter Aufwand dadurch, dass optische Mittel zur Entflechtung des von der Eintrittsseite zum Konkavspiegel führenden Teilstrahlengangs und des vom Konkavspiegel zur Austrittsseite führenden Strahlengangs vorgesehen sein müssen. Hier kommen beispielsweise physikalische Strahlteiler oder Polarisationsstrahlteiler in Betracht. In a catadioptric imaging system, the benefits of lenses and mirrors can be combined to affect imaging quality. Lenses can usually be arranged space-technically without major problems along an optical axis, carry refractive power and can contribute to the correction of aberrations. However, the correction of chromatic aberrations becomes more difficult at wavelengths below 260 nm. In addition, the possibility of correcting the field curvature, i. for Petzvalkorrektur, with increasing numerical aperture. An imaging concave mirror also carries refractive power and can contribute to Petzvalkorrektur, the contribution to Petzvalkorrektur with the same power compared to a lens carries a reverse sign. A combination of lenses and concave mirror can thus facilitate the Petzvalkorrektur. Another advantage of a concave mirror is that the concave mirror does not introduce chromatic aberrations into the optical system. However, increased complexity arises because optical means for unbundling the partial beam path leading from the entrance side to the concave mirror and the beam path leading from the concave mirror to the exit side must be provided. Here, for example, physical beam splitters or polarization beam splitters come into consideration.

Bei manchen Ausführungsbeispielen hat das optische Abbildungssystem eine optische Achse und einen gegenüber der optischen Achse um einen Kippwinkel gekippten Umlenkspiegel zur Umlenkung der von der Zwischenfeldebene kommenden Strahlung zum Konkavspiegel oder zur Umlenkung der von dem Konkavspiegel kommenden Strahlung in Richtung der Austrittsebene. Der Umlenkspiegel, der normalerweise eine ebene Spiegelfläche hat, dient somit zur geometrischen Entflechtung der Teilstrahlengänge. Der Kippwinkel beträgt bei manchen Ausführungsbeispielen 45°, so dass sich insgesamt eine Faltung des Strahlengangs um 90° ergibt. Dadurch kann die Austrittsebene senkrecht zur Zwischenfeldebene ausgerichtet werden. Dies kann insbesondere auch in relativ komplex aufgebauten Beleuchtungssystemen im Sinne einer optimalen Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums von Vorteil sein. Beispielsweise kann die Strahlung in horizontaler Richtung in das Abbildungssystem eingeführt werden, welches dann den Strahlengang in die vertikale Richtung umlenkt, so dass ein nachfolgendes Projektionsobjektiv mit vertikaler optischer Achse orientiert werden kann. In some embodiments, the optical imaging system has an optical axis and a deflecting mirror tilted by a tilt angle with respect to the optical axis for deflecting the radiation coming from the intermediate field plane to the concave mirror or for deflecting the radiation coming from the concave mirror in the direction of the exit plane. The deflecting mirror, which normally has a flat mirror surface, thus serves for the geometric unbundling of the partial beam paths. The tilt angle is in some embodiments, 45 °, so that the result is a total convolution of the beam path by 90 °. As a result, the exit plane can be aligned perpendicular to the intermediate field plane. This can be advantageous in particular also in relatively complex lighting systems in terms of an optimal use of the available installation space. For example, the radiation in the horizontal direction can be introduced into the imaging system, which then deflects the beam path in the vertical direction, so that a subsequent projection objective with a vertical optical axis can be oriented.

Eine Faltung um 90° kann besonders günstig sein, weil dann die optischen Elemente vor und hinter der Faltung entweder exakt horizontal oder exakt vertikal ausgerichtet werden können. Bei exakt horizontaler oder exakt vertikaler Ausrichtung lassen sich Linsen und andere optische Elemente in der Regel besonders gut fassen und etwaige Polarisationseffekte durch Spannungen entfallen oder sind gut kontrollierbar. A folding of 90 ° can be particularly favorable because then the optical elements in front of and behind the fold can be aligned either exactly horizontally or exactly vertically. In the case of exactly horizontal or exactly vertical alignment, lenses and other optical elements can generally be handled particularly well, and any polarization effects caused by tensions can be eliminated or are easily controllable.

Bei manchen Ausführungsbeispielen, insbesondere solchen mit geometrischer Strahlteilung mittels mindestens einem voll reflektierenden Umlenkspiegel, ist das optische Abbildungssystem so ausgelegt, dass ein außeraxiales Feld (off-axis field) an der Eintrittsseite in ein außeraxiales Feld an der Austrittsseite überführt wird. Derartige Varianten sind besonders gut an katadioptrische Projektionsobjektive angepasst, die ebenfalls mit außeraxialem Objektfeld und Bildfeld arbeiten. Der Begriff „außeraxiales Feld“ bezeichnet hierbei eine Situation, in der das effektiv genutzte Objektfeld und dazu optisch konjugierte Bildfeld des optischen Abbildungssystems komplett außerhalb der optische Achse des optischen Abbildungssystems liegen, diese also nicht einschließen. Der Begriff „optische Achse“ bezeichnet eine gerade Linie durch die Krümmungsmittelpunkte der optischen Elemente (Linsen, Spiegel) des optischen Abbildungssystems. Die optische Achse kann geradlinig durchgehend oder ein- oder mehrfach gefaltet sein.In some embodiments, in particular those with geometrical beam splitting by means of at least one fully reflecting deflecting mirror, the optical imaging system is designed so that an off-axis field is transferred at the entry side into an off-axis field at the exit side. Such variants are particularly well adapted to katadioptrische projection lenses, which also work with off-axis object field and image field. The term "off-axis field" here refers to a situation in which the effectively used object field and the optically conjugate image field of the optical imaging system are completely outside the optical axis of the optical imaging system, that they do not include them. The term "optical axis" refers to a straight line through the centers of curvature of the optical elements (lenses, mirrors) of the optical imaging system. The optical axis can be rectilinearly continuous or folded one or more times.

Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren voll reflektierenden Umlenkspiegeln können zur Faltung des Abbildungsstrahlengangs andere Elemente genutzt werden, beispielsweise Prismen. Die konkrete Wahl hängt vom verfügbaren Bauraum ab, der gewünschten Bildorientierung und gegebenenfalls davon, welches Ausmaß an Dezentrierung von Objektfeld und Bildfeld des optischen Abbildungssystems notwendig oder gewünscht ist. Alternatively or in addition to one or more fully reflecting deflection mirrors, other elements can be used for folding the imaging beam path, for example prisms. The specific choice depends on the available installation space, the desired image orientation and, if necessary, the extent of decentring of the object field and the image field of the optical imaging system is necessary or desired.

Das katadioptrische Abbildungssystem kann ggf. auch so ausgelegt sein, dass das Zwischen-Beleuchtungsfeld an der Eintrittsseite des Abbildungssystems und das Beleuchtungsfeld an der Austrittsseite des Abbildungssystems symmetrisch zur optischen Achse des optischen Abbildungssystems liegen bzw. dass die optische Achse durch die Feldmitte verläuft. Diese Lage wird als „axiales Feld“ bezeichnet. Dies kann z.B. durch Verwendung eines Polarisationsstrahlteilers im Abbildungssystem realisiert werden.If necessary, the catadioptric imaging system can also be designed so that the intermediate illumination field at the entrance side of the imaging system and the illumination field at the exit side of the imaging system Imaging system symmetrical to the optical axis of the optical imaging system or that the optical axis passes through the middle of the field. This position is referred to as "axial field". This can be realized, for example, by using a polarization beam splitter in the imaging system.

Das katadioptrische Abbildungssystem kann so ausgelegt sein, dass das in der Eintrittsebene des Abbildungssystems liegende Zwischen-Beleuchtungsfeld ohne Zwischenabbildung, d.h. direkt, in das in der Austrittsebene des Abbildungssystems liegende Beleuchtungsfeld abgebildet wird. Gemäß einer Weiterbildung ist dagegen vorgesehen, dass das optische Abbildungssystem ein erstes abbildendes Teilsystem zur Abbildung des Zwischen-Beleuchtungsfelds in ein (reelles) Zwischenbild und ein zweites abbildendes Teilsystem zur Abbildung des Zwischenbildes in die Austrittsebene aufweist. Der Begriff „abbildendes Teilsystem“ steht hierbei für eine Anordnung optischer Elemente, die für sich genommen ein eigenes optisches Abbildungssystem bilden und somit ein reales Objekt (z.B. das Zwischen-Bildfeld oder das Zwischenbild) in ein reales Bild (Zwischenbild oder Beleuchtungsfeld in Austrittsebene) abbilden können. Ein solches Teilsystem kann ausgehend von einer bestimmten Objekt- oder Zwischenbildebene sämtliche optischen Elemente bis zum nächsten realen Bild oder Zwischenbild umfassen. Es ist auch möglich, dass innerhalb eines abbildendenden Teilsystems ein weiteres reelles Zwischenbild erzeugt wird. The catadioptric imaging system may be designed so that the intermediate illumination field lying in the entrance plane of the imaging system without intermediate imaging, i. directly into the illumination field lying in the exit plane of the imaging system. According to a development, on the other hand, provision is made for the optical imaging system to have a first imaging subsystem for imaging the intermediate illumination field into a (real) intermediate image and a second imaging subsystem for imaging the intermediate image into the exit plane. The term "imaging subsystem" here stands for an arrangement of optical elements, which in themselves form a separate optical imaging system and thus image a real object (eg the intermediate image field or the intermediate image) into a real image (intermediate image or illumination field in the exit plane) can. Starting from a specific object or intermediate image plane, such a subsystem may comprise all the optical elements up to the next real image or intermediate image. It is also possible for a further real intermediate image to be generated within an imaging subsystem.

Die Erzeugung (mindestens) eines Zwischenbilds innerhalb des optischen Abbildungssystems kann aus mehreren Gründen vorteilhaft sein. Ein Zwischenbild bietet beispielsweise Einschnürungen des Strahlengangs, die bei Platzierung entsprechender Linsen für die Petzvalkorrektur genutzt werden können. In der optischen Nähe eines Zwischenbilds können auch optische Elemente für die Korrektur von Feldaberrationen platziert werden. Außerdem kann über eine Zwischenabbildung der optische Strahlengang verlängert werden, ohne dass die benötigten Durchmesser der optischen Elemente vergrößert werden müssen. Es werden zusätzliche Positionen für optische Elemente zur Aberrationskorrektur geschaffen. Einschnürungen im Strahlengang können auch bauraumtechnisch nützlich sein. An einer Zwischenbildposition kann auch eine Falschlichtblende günstig angebracht werden. The generation (at least) of an intermediate image within the optical imaging system may be advantageous for several reasons. An intermediate image provides, for example, constrictions of the beam path, which can be used for placement of appropriate lenses for Petzvalkorrektur. In the optical proximity of an intermediate image also optical elements for the correction of field aberrations can be placed. In addition, the optical beam path can be extended via an intermediate image, without the required diameters of the optical elements having to be increased. Additional positions are created for aberration correction optical elements. Constrictions in the beam path can also be useful in terms of installation space. At an intermediate image position and a Falschichtblende can be conveniently mounted.

Bei manchen Ausführungsformen werden innerhalb des optischen Abbildungssystems ein erstes und ein zweites Zwischenbild gebildet. Mehrere Zwischenbilder, insbesondere genau zwei Zwischenbilder, bieten nochmals mehr Freiheitsgrade bei der Gestaltung des Abbildungssystems.In some embodiments, a first and a second intermediate image are formed within the optical imaging system. Several intermediate images, in particular exactly two intermediate images, again offer more degrees of freedom in the design of the imaging system.

Bei Ausführungsformen mit einem Umlenkspiegel kann es vorteilhaft sein, wenn der Umlenkspiegel in optischer Nähe eines Zwischenbilds angeordnet ist. Hierdurch kann die erforderliche Größe für die reflektierende Fläche des Umlenkspiegels klein gehalten werden. Der Umlenkspiegel kann so angeordnet sein, dass zwischen dem Zwischenbild und dem Umlenkspiegel kein optisches Element angeordnet ist. Der Umlenkspiegel kann als Planspiegel ausgestaltet sein. Es ist auch möglich, die reflektierende Oberfläche des Umlenkspiegels mit einer nichtplanaren Gestalt zu versehen, um einen Betrag zur Korrektur von Feldaberrationen zu leisten.In embodiments with a deflection mirror, it may be advantageous if the deflection mirror is arranged in the optical proximity of an intermediate image. As a result, the required size for the reflective surface of the deflection mirror can be kept small. The deflecting mirror can be arranged so that no optical element is arranged between the intermediate image and the deflecting mirror. The deflection mirror can be configured as a plane mirror. It is also possible to provide the reflecting surface of the deflecting mirror with a non-planar shape to make an amount for correcting field aberrations.

Bei manchen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mindestens ein Spiegel (Konkavspiegel und/oder Umlenkspiegel) des optischen Abbildungssystems als manipulierbarer Spiegel ausgelegt ist. Der Spiegel kann z.B. als verlagerbarer Spiegel ausgelegt sein, der mittels geeigneter Aktoren parallel und/oder senkrecht zur optischen Achse verschoben und/oder verkippt werden kann. Es kann sich auch um einen aktiv deformierbaren Spiegel handeln, bei dem die Flächenform der reflektiven Spiegelfläche mit Hilfe eines oder mehrerer über eine Steuereinrichtung ansteuerbarer Aktuatoren gezielt in unterschiedliche Flächenformen deformiert bzw. eingestellt werden kann. Mithilfe eines manipulierbaren Spiegels können z.B. eine oder mehrere der folgenden Manipulationen des Beleuchtungssystems bzw. der Beleuchtungsstrahlung durchgeführt werden: (i) Anpassung an Quellvariationen, d.h. an Schwankungen oder Veränderungen der Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle; (ii) Gezielte Einstellung von Intensitätsvariationen im Feld; (ii) Homogenisierung von Thermalbelastungen, z.B. zur Vermeidung von Spitzen mit Materialschädigung; (iv) Telezentrievariation bzw. Telezentriekorrektur.In some embodiments, it is provided that at least one mirror (concave mirror and / or deflection mirror) of the optical imaging system is designed as a manipulatable mirror. The mirror can e.g. be designed as a movable mirror, which can be moved by means of suitable actuators parallel and / or perpendicular to the optical axis and / or tilted. It may also be an actively deformable mirror, in which the surface shape of the reflective mirror surface can be selectively deformed or adjusted into different surface shapes with the aid of one or more actuators that can be controlled via a control device. By means of a manipulatable mirror, e.g. one or more of the following manipulations of the illumination system or illumination radiation are performed: (i) adaptation to source variations, i. fluctuations or changes in the emission characteristics of the light source; (ii) Targeted adjustment of intensity variations in the field; (ii) homogenization of thermal stresses, e.g. to avoid tips with material damage; (iv) telecentric variation or telecentricity correction.

Bei manchen Ausführungsformen ist mindestens eine der Linsen des Abbildungssystems eine Doppelasphärenlinse, die eine asphärisch geformte Eintrittsfläche und eine asphärisch geformte Austrittsfläche aufweist. Eine Doppelasphärenlinse bietet die Möglichkeit, die Wirkung einer Asphäre mit sehr starker Deformation zu erzeugen, wobei die Formen der Linsenflächen dennoch so ausgelegt sein können, dass sie bei Verwendung herkömmlicher Oberflächenbearbeitungsverfahren und Prüfverfahren mit guter Qualität hergestellt werden können. Eine Doppelasphärenlinse kann in vielen Fällen zwei jeweils einfach asphärisierte Linsen ersetzen, so dass Linsenmaterial gespart werden kann. Durch Verwendung einer oder mehrerer Doppelasphärenlinsen im optischen Abbildungssystem kann generell der Materialeinsatz reduziert werden. Bei einem optischen Abbildungssystem mit Zwischenbild kann in jedem der optischen Teilsysteme mindestens eine Doppelasphärenlinse vorgesehen sein, um die Anzahl der Freiheitsgrade für die Korrektur von Aberrationen zu erhöhen. In some embodiments, at least one of the lenses of the imaging system is a dual aspherical lens having an aspherically shaped entrance surface and an aspherically shaped exit surface. A dual aspheric lens provides the ability to produce the action of an asphere of very high deformation, yet the shapes of the lens surfaces can still be designed to be manufactured using conventional high quality surface finishing techniques and test methods. In many cases, a dual aspheric lens can replace two simply aspherized lenses so that lens material can be saved. By using one or more double aspherical lenses in the optical imaging system, the material usage can generally be reduced. In an intermediate image optical imaging system, at least one of each of the optical subsystems may have Double aspherical lens may be provided to increase the number of degrees of freedom for the correction of aberrations.

Der Konkavspiegel ist bei bevorzugten Ausführungsformen im Bereich einer Pupillenfläche des Abbildungssystems angeordnet, also ein „Pupillenspiegel“. Zur Unterstützung der chromatischen Korrektur kann vorgesehen sein, dass in unmittelbarer Nähe des Konkavspiegels in einem pupillennahen Bereich eine Negativgruppe mit mindestens einer Negativlinse angeordnet ist („Schupmann-Achromat“). The concave mirror is arranged in preferred embodiments in the region of a pupil surface of the imaging system, ie a "pupil mirror". To assist the chromatic correction, provision can be made for a negative group with at least one negative lens to be arranged in the immediate vicinity of the concave mirror in a region near the pupil ("Schupmann achromat").

Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines im Bereich einer Bildebene eines Projektionsobjektivs angeordneten strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske umfassend ein Beleuchtungssystem zum Empfang von Licht einer primären Lichtquelle und zur Formung von auf das Muster der Maske gerichteter Beleuchtungsstrahlung in einem Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems und ein Projektionsobjektiv zur verkleinernden Abbildung des Musters der Maske auf ein lichtempfindliches Substrat mittels Projektionslicht bei einer bildseitigen numerischen Apertur NA_IM. Das Beleuchtungssystem ist gemäß der beanspruchten Erfindung ausgelegt.The invention also relates to a projection exposure apparatus for exposing a radiation-sensitive substrate arranged in the region of an image plane of a projection lens to at least one image of a pattern of a mask arranged in the region of an object plane of the projection lens, comprising an illumination system for receiving light from a primary light source and for shaping the pattern of the mask of directed illumination radiation in an illumination field of the illumination system and a projection objective for reducing the image of the pattern of the mask onto a photosensitive substrate by means of projection light with a image-side numerical aperture NA _IM . The lighting system is designed in accordance with the claimed invention.

Das Projektionsobjektiv kann ggf. einen Abbildungsmaßstab │β│ > 0.25 haben, also weniger stark verkleinern als viele konventionelle Projektionsobjektive. Gegebenenfalls kann der Abbildungsmaßstab im Bereich von 1 bis 2 liegt, so dass auch 1:1 Systeme (unit magnification Systeme) oder vergrößernde Projektionsobjektive in Betracht kommen.If necessary, the projection lens can have a magnification │β│> 0.25, ie it can reduce the size of a projection less than many conventional projection lenses. Optionally, the magnification can be in the range from 1 to 2, so that 1: 1 systems (unit magnification systems) or magnifying projection objectives are also suitable.

Ein Verhältnis NA_EX (Beleuchtungssystem)/NA_OB (Projektionsobjektiv) liegt bei manchen Ausführungsbeispielen bei 1/3 oder mehr, vorzugsweise bei 0.5 oder darüber. Ein Pupillenfüllgrad sollte bei weniger als 25% liegen, insbesondere bei weniger als 10% oder sogar weniger als 5%.A ratio NA _EX (illumination system) / NA _OB (projection objective) is in some embodiments 1/3 or more, preferably 0.5 or above. A degree of pupil filling should be less than 25%, in particular less than 10% or even less than 5%.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:Further advantages and aspects of the invention will become apparent from the claims and from the following description of preferred embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures. Showing:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem katadioptrischen Abbildungssystem zwischen einer Zwischenfeldebene und der Austrittsebene; 1 an embodiment of a microlithography projection exposure system with a catadioptric imaging system between an intermediate field plane and the exit plane;

2 einen Linsenschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines katadioptrischen Abbildungssystems; 2 a lens section of a first embodiment of a catadioptric imaging system;

3 einen Linsenschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines katadioptrischen Abbildungssystems; 3 a lens section of a second embodiment of a catadioptric imaging system;

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

In 1 ist ein Beispiel einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage WSC gezeigt, die bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen einsetzbar ist und zur Erzielung von Auflösungen bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung aus dem tiefen Ultraviolettbereich (DUV) arbeitet. Als primäre Lichtquelle LS dient ein ArF-Excimer-Laser mit einer Arbeitswellenlänge von ca. 193 nm, dessen linear polarisierter Laserstrahl koaxial zur optischen Achse AX1 des Beleuchtungssystems ILL in das Beleuchtungssystem eingekoppelt wird. Andere UV-Lichtquellen, beispielsweise F₂-Laser mit 157 nm Arbeitswellenlänge, ArF-Excimer-Laser mit 248 nm Arbeitswellenlänge oder Quecksilberdampflampen, z.B. mit 368 nm oder 436 nm Arbeitswellenlänge, sowie primäre Lichtquellen mit Wellenlängen unterhalb 157 nm sind ebenfalls möglich. In 1 An example of a microlithography projection exposure apparatus WSC is shown, which is useful in the fabrication of semiconductor devices and other finely-structured devices, and operates to achieve resolutions down to fractions of a micron with deep ultraviolet (DUV) electromagnetic radiation. The primary light source LS is an ArF excimer laser with an operating wavelength of approximately 193 nm, the linearly polarized laser beam of which is coupled coaxially to the optical axis AX1 of the illumination system ILL into the illumination system. Other UV light sources, for example F ₂ laser with 157 nm working wavelength, ArF excimer laser with 248 nm working wavelength or mercury vapor lamps, eg with 368 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 LS tritt zunächst in ein Strahlaufweitungssystem EXP ein, das beispielsweise als Spiegelanordnung ausgebildet sein kann und zur Kohärenzreduktion und Vergrößerung des Strahlquerschnitts dient. Der aufgeweitete Laserstrahl kann z.B. eine recht-eckige Querschnittsfläche im Bereich zwischen 100mm² und 1.000mm² und eine Divergenz z.B. zwischen ca. 1mrad und ca. 3 mrad haben.The polarized light of the light source LS initially enters a beam expansion system EXP, which can be embodied, for example, as a mirror arrangement and serves to reduce the coherence and increase the beam cross section. The expanded laser beam can, for example mrad have a right-angular cross-sectional area in the range of between 100mm ² and 1,000mm ^2, and a divergence of, for example, between about 1 mrad and approx. 3

Der aufgeweitete Laserstrahl tritt in eine Pupillenformungseinheit PFU ein, die eine Vielzahl optischer Komponenten und Gruppen enthält und dazu ausgelegt ist, in einer nachfolgenden Pupillenfläche PUP des Beleuchtungssystems ILL eine definierte, örtliche (zweidimensionale) Beleuchtungsintensitätsverteilung zu erzeugen, die manchmal auch als sekundäre Lichtquelle oder als „Beleuchtungspupille“ bezeichnet wird. Da durch diese örtliche Intensitätsverteilung die Eigenschaften der Beleuchtungsstrahlung wesentlich beeinflusst bzw. „geformt“ wird, wird diese Pupillenfläche auch als Pupillenformungsfläche PUP bezeichnet. The expanded laser beam enters a pupil-shaping unit PFU, which contains a plurality of optical components and groups and is adapted to be in a subsequent pupil surface PUP of the Illumination system ILL to produce a defined, local (two-dimensional) illumination intensity distribution, which is sometimes referred to as a secondary light source or as an "illumination pupil". Since the properties of the illumination radiation are significantly influenced or "shaped" by this local intensity distribution, this pupil surface is also referred to as a pupil shaping surface PUP.

In der Pupillenebene kann z.B. eine Aperturblende stehen oder eine Einrichtung, mit der von außen azimutabhängig die Pupillenintensität eingestellt werden kann. Allerdings muss die Pupille nicht notwendig in einer Pupillenfläche geformt werden. Elemente wie diffraktive optische Elemente, z.B. in Form eines computergenerierten Hologramms (CGH), Zoom-Axikon-Systeme und/oder oder Spiegelraster, welche die Strahlwinkelverteilung gezielt beeinflussen können, sind eher feldnah positioniert, weil sie die Pupille mittels einer Winkeländerung beeinflussen.At the pupil level, e.g. an aperture diaphragm or a device with which the pupil intensity can be adjusted azimuth-dependent from the outside. However, the pupil does not necessarily have to be formed in a pupil surface. Elements such as diffractive optical elements, e.g. in the form of a computer-generated hologram (CGH), zoom axicon systems and / or mirror grids, which can influence the beam angle distribution in a targeted manner, are positioned near the field because they influence the pupil by means of an angle change.

Die Pupillenformungseinheit PFU ist variabel einstellbar, so dass in Abhängigkeit von der Ansteuerung der Pupillenformungseinheit unterschiedliche lokale Beleuchtungsintensitätsverteilungen (d.h. unterschiedlich strukturierte sekundäre Lichtquellen bzw. verschiedene Ausleuchtungen der kreisförmigen Beleuchtungspupille) eingestellt werden können, z.B. ein konventionelles Setting mit zentriertem, kreisförmigem Beleuchtungsfleck, eine Dipolbeleuchtung oder eine Quadrupolbeleuchtung. The pupil shaping unit PFU is variably adjustable so that different local illumination intensity distributions (i.e., differently structured secondary light sources or different illuminations of the circular illumination pupil) can be adjusted depending on the control of the pupil shaping unit, e.g. a conventional setting with centered, circular illumination spot, dipole illumination, or quadrupole illumination.

In unmittelbarer Nähe der Pupillenformungsfläche PUP ist ein optisches Rasterelement RE angeordnet. Ein dahinter angeordnetes Übertragungssystem TRANS überträgt das Licht auf eine Zwischenfeldebene IFP, in der ein Retikel/Masking-System (REMA) RM angeordnet ist, welches als verstellbare Feldblende dient. In the immediate vicinity of the Pupillenformungsfläche PUP an optical grid element RE is arranged. A transmission system TRANS arranged behind it transmits the light to an intermediate field plane IFP, in which a reticle / masking system (REMA) RM is arranged, which serves as an adjustable field stop.

Das optische Rasterelement RE 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 das nachfolgende Übetragungssystem TRANS im Bereich der Zwischenfeldebene IFP ein rechteckförmiges Zwischen-Beleuchtungsfeld IF ausleuchtet. Das auch als Feld-definierendes Element (FDE) bezeichnete Rasterelement RE mit rechteckförmiger Abstrahlcharakteristik erzeugt dabei den Hauptanteil des Lichtleitwertes und adaptiert diesen an die gewünschte Feldgröße und Feldform in der zur Austrittsebene EX optisch konjugierten Zwischen-Feldebene IFP. Das Rasterelement RE kann als Prismenarray ausgeführt sein, bei dem in einem zweidimensionalen Feld angeordnete Einzelprismen lokal bestimmte Winkel einführen, um die Zwischen-Feldebene IFP wie gewünscht auszuleuchten. Die durch das Übertragungssystem erzeugte Fourier-Transformation bewirkt, dass jeder spezifische Winkel am Austritt des Rasterelementes einem Ort in der Zwischen-Feldebene IFP entspricht, während der Ort des Rasterelementes, d.h. seine Position in Bezug auf die optische Achse AX1 des Beleuchtungssystems, den Beleuchtungswinkel in der Zwischen-Feldebene IFP bestimmt. Die von den einzelnen Rasterelementen ausgehenden Strahlbündel überlagern sich dabei in der Zwischen-Feldebene IFP. The optical raster element RE has a two-dimensional arrangement of diffractive or refractive optical elements and has several functions. On the one hand, the incoming radiation is shaped by the raster element in such a way that, after passing through the subsequent transmission system TRANS, it illuminates a rectangular intermediate illumination field IF in the region of the intermediate field plane IFP. The raster element RE with a rectangular emission characteristic, also referred to as the field-defining element (FDE), generates the majority of the light conductance and adapts it to the desired field size and field shape in the intermediate field plane IFP optically conjugate to the exit plane EX. The raster element RE can be embodied as a prism array, in which individual prisms arranged in a two-dimensional field locally introduce specific angles in order to illuminate the intermediate field plane IFP as desired. The Fourier transform produced by the transmission system causes each specific angle at the exit of the raster element to correspond to a location in the intermediate field plane IFP, while the location of the raster element, i. its position with respect to the optical axis AX1 of the illumination system, determines the illumination angle in the intermediate field plane IFP. The outgoing of the individual raster elements beam are superimposed in the intermediate field plane IFP.

Es ist auch möglich, das Feld-definierende Element nach Art eines mehrstufigen Wabenkondensors mit Mikrozylinderlinsen und Streuscheiben auszugestalten. Durch geeignete Auslegung des Rasterelementes RE bzw. seiner Einzelelemente kann erreicht werden, dass das Rechteckfeld in Zwischen-Feldebene IFP, d.h. das Zwischen-Beleuchtungsfeld, im Wesentlichen homogen ausgeleuchtet wird. Das Rasterelement RE 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. 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 RE or its individual elements can be achieved that the rectangular field in the intermediate field level IFP, i. the intermediate illumination field is illuminated substantially homogeneously. The raster element RE 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 katadioptrische optische Abbildungssystem IMS (auch REMA-Objektiv genannt) bildet die Zwischenfeldebene IFP mit der Feldblende RM bzw. das Zwischen-Beleuchtungsfeld IF auf das Retikel M (Maske, Lithografievorlage) in einem Abbildungsmaßstab ab, der z.B. zwischen 2:1 und 1:5 liegen kann und bei der Ausführungsform bei 1:1 liegt. Anhand der 2 und 3 werden Ausführungsbeispiele im Detail erläutert.The following catadioptric optical imaging system IMS (also called REMA objective) images the intermediate field plane IFP with the field stop RM or the intermediate illumination field IF onto the reticle M (mask, lithographic master) at a magnification of eg 2: 1 to 1 : 5 can lie and in the embodiment is 1: 1. Based on 2 and 3 Embodiments will be explained in detail.

Diejenigen optischen Komponenten, die das Licht des Lasers LS empfangen und aus dem Licht Beleuchtungsstrahlung formen, die auf das Retikel M gerichtet ist, gehören zum Beleuchtungssystem ILL der Projektionsbelichtungsanlage. Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung RS zum Halten und Manipulieren des Retikels M so angeordnet, dass das am Retikel angeordnete Muster in der Austrittsebene EX des Beleuchtungssystems bzw. in der Objektebene OS des Projektionsobjektives PO liegt und in dieser Ebene zum Scannerbetrieb in einer Scan-Richtung (y-Richtung) senkrecht zur optischen Achse AX2 (z-Richtung) des Projektionsobjektivs mit Hilfe eines Scanantriebs bewegbar ist.Those optical components which receive the light of the laser LS and form illumination radiation from the light which is directed onto the reticle M belong to the illumination system ILL of the projection exposure apparatus. Behind the illumination system, a device RS for holding and manipulating the reticle M is arranged such that the pattern arranged on the reticle lies in the exit plane EX of the illumination system or in the object plane OS of the projection objective PO and in this plane for scanner operation in a scan direction (Y-direction) perpendicular to the optical axis AX2 (z-direction) of the projection lens by means of a scan drive is movable.

Das vom Beleuchtungssystem ILL erzeugte Beleuchtungsfeld definiert das bei der Projektionsbelichtung genutzte effektive Objektfeld OF. Dieses ist im Beispielsfall rechteckförmig, hat eine parallel zur Scanrichtung (y-Richtung) gemessene Höhe A* und eine senkrecht dazu (in x-Richtung) gemessene Breite B* > A*. Das Aspektverhältnis AR = B*/A* liegt in der Regel zwischen 2 und 40, insbesondere zwischen 3 und 6. Das effektive Objektfeld liegt mit Abstand in y-Richtung neben der optischen Achse AX2 (off-axis Feld bzw. außeraxiales Feld). Das zum effektiven Objektfeld optisch konjugierte effektive Bildfeld in der Bildfläche IS hat die gleiche Form und das gleiche Aspektverhältnis zwischen Höhe B und Breite A wie das effektive Objektfeld, die absolute Feldgröße ist jedoch um den Abbildungsmaßstab ß des Projektionsobjektivs reduziert, d,h. A = |ß| A* und B = |ß| B*. The illumination field generated by the illumination system ILL defines the effective object field OF used in the projection exposure. This is rectangular in the example case, has a parallel to the scanning direction (y-direction) measured height A * and a perpendicular thereto (in the x-direction) measured width B *> A *. The aspect ratio AR = B * / A * is usually between 2 and 40, in particular between 3 and 6. The effective object field is located at a distance in the y-direction next to the optical axis AX2 (off-axis field or off-axis field). The effective image field optically conjugate to the effective object field in the image area IS has the same shape and the same aspect ratio between height B and width A as the effective object field, but the absolute field size is reduced by the magnification β of the projection objective, d, h. A = | ß | A * and B = | ß | B *.

Das Projektionsobjektiv PO wirkt als Reduktionsobjektiv und bildet ein Bild des an der Maske M angeordneten Musters in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1:2, auf einen mit einer Fotoresistschicht bzw. Fotolackschicht belegten Wafer W ab, dessen lichtempfindliche Oberfläche in der Bildebene IS des Projektionsobjektivs PO liegt. Es sind refraktive, katadioptrische oder katoptrische Projektionsobjektive möglich. The projection objective PO acts as a reduction objective and images an image of the pattern arranged on the mask M on a scale 1: 2 onto a wafer W coated with a photoresist layer or photoresist layer whose photosensitive surface is in the image plane IS of the projection objective PO is located. Refractive, catadioptric or catoptric projection lenses are possible.

Das zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen Halbleiterwafer W handelt, wird durch eine Einrichtung WS gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem Retikel M senkrecht zur optischen Achse AX2 des Projektionsobjektivs zu bewegen. Je nach Auslegung des Projektionsobjektivs PO (z.B. refraktiv, katadioptrisch oder katoptrisch, ohne Zwischenbild oder mit Zwischenbild, gefaltet oder ungefaltet) können diese Bewegungen zueinander parallel oder gegenparallel erfolgen. Die Einrichtung WS, die auch als „Waferstage“ bezeichnet wird, sowie die Einrichtung RS, 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 exemplary case is a semiconductor wafer W, is held by a device WS, which comprises a scanner drive, in order to move the wafer in synchronism with the reticle M perpendicular to the optical axis AX2 of the projection objective. Depending on the design of the projection objective PO (for example 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 WS, which is also referred to as "wafer days", and the device RS, which is also referred to as "reticle days", are part of a scanner device which is controlled by a scan control device.

Wenn das Projektionsobjektiv PO als Immersionsobjektiv ausgelegt ist und betrieben wird, dann wird im Betrieb des Projektionsobjektivs eine dünne Schicht einer Immersionsflüssigkeit durchstrahlt, die sich zwischen der Austrittsfläche des Projektionsobjektivs und der Bildebene IS befindet. Im Immersionsbetrieb sind bildseitige numerische Aperturen NA > 1 möglich. Auch eine Konfiguration als Trockenobjektiv ist möglich, hier ist die bildseitige numerische Apertur auf Werte NA < 1 beschränkt.If the projection objective PO is designed and operated as an immersion objective, then, during operation of the projection objective, a thin layer of immersion liquid, which is located between the exit face of the projection objective and the image plane IS, is transmitted. In immersion mode, image-side numerical apertures NA> 1 are possible. A configuration as a dry objective is also possible, here the image-side numerical aperture is limited to values NA <1.

Die Pupillenformungsfläche PUP liegt an oder nahe einer Position, die optisch konjugiert zu nachfolgenden Pupillenflächen sowie zur bildseitigen Pupillenfläche PPO des Projektionsobjektivs PO ist. Somit wird die räumliche (örtliche) Lichtverteilung in der Pupille PPO des Projektionsobjektivs durch die räumliche Lichtverteilung (Ortsverteilung) in der Pupillenformungsfläche PUP des Beleuchtungssystems bestimmt. Zwischen den Pupillenflächen 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 PUP eine bestimmte Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der nachfolgenden Zwischen-Feldebene IFP ergibt, die wiederum einer bestimmten Winkelverteilung der auf das Retikel M fallenden Beleuchtungsstrahlung entspricht.The pupil-shaping surface PUP is located at or near a position that is optically conjugate to subsequent pupil surfaces and to the image-side pupil surface PPO of the projection objective PO. Thus, the spatial (local) light distribution in the pupil PPO of the projection lens is determined by the spatial light distribution (spatial distribution) in the pupil shaping surface PUP of the illumination system. Between the pupil surfaces lie in each case 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 PUP results in a specific angular distribution of the illumination radiation in the region of the subsequent intermediate field plane IFP, which in turn corresponds to a specific angular distribution of the illumination radiation incident on the reticle M.

Das optische Abbildungssystem IMS ist als katadioptrisches Abbildungssystem mit einer Vielzahl von Linsen (in 1 nur symbolisch dargestellt) und einem einzigen Konkavspiegel CM ausgelegt. Ein ebener Umlenkspiegel FM, der auch als Faltspiegel bezeichnet wird, ist um einen Kippwinkel von 45° gegenüber der optischen Achse des Abbildungssystems verkippt und dient dazu, die von der Zwischenfeldebene IFP kommende Strahlung komplett in Richtung des Konkavspiegels CM umzulenken. Die vom Konkavspiegel reflektierte Strahlung verläuft dann am Umlenkspiegel FM vorbei in Richtung der Austrittsebene des Abbildungssystems, die der Objektebene OS des Projektionsobjektivs entspricht. Durch die einfache Faltung der optischen Achse um 90° können die eintrittsseitigen Linsen mit horizontaler optischer Achse und die austrittsseitigen Linsen sowie der Konkavspiegel mit vertikaler optischer Achse eingebaut werden.The imaging optical system IMS is a catadioptric imaging system having a plurality of lenses (in 1 only symbolically represented) and a single concave mirror CM designed. A planar deflection mirror FM, which is also referred to as a folding mirror, is tilted at a tilt angle of 45 ° with respect to the optical axis of the imaging system and serves to deflect the radiation coming from the intermediate field plane IFP completely in the direction of the concave mirror CM. The radiation reflected by the concave mirror then passes the deflection mirror FM in the direction of the exit plane of the imaging system, which corresponds to the object plane OS of the projection lens. Due to the simple folding of the optical axis by 90 °, the entrance-side lenses with a horizontal optical axis and the exit-side lenses and the concave mirror with a vertical optical axis can be installed.

Anhand von 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Abbildungssystems IMS erläutert, welches in das Beleuchtungssystem von 1 eingebaut sein kann. 2 zeigt einen schematischen meridionalen Linsenschnitt mit ausgewählten Strahlbündeln zur Verdeutlichung des Abbildungsstrahlengangs der im Betrieb durch das optische Abbildungssystem laufenden Beleuchtungsstrahlung. Based on 2 a first embodiment of an optical imaging system IMS is explained, which in the illumination system of 1 can be installed. 2 shows a schematic meridional lens section with selected beam bundles to illustrate the imaging beam path of the running during operation by the optical imaging system illumination radiation.

Das optische Abbildungssystem hat einen Abbildungsmaßstab 1:1 (β = 1), wirkt also weder vergrößernd noch verkleinernd. Bei der Abbildung werden zwischen der Objektebene des Abbildungssystems (entsprechend der Zwischenfeldebene IFP) und der Bildebene des Abbildungssystems (entsprechend der Austrittsebene des Beleuchtungssystems bzw. Objektebene OS des Projektionsobjektivs) genau zwei reelle Zwischenbilder IMI1 und IMI2 erzeugt. The optical imaging system has a magnification of 1: 1 (β = 1), so it does not increase or decrease. In the image, exactly two real intermediate images IMI1 and IMI2 are generated between the object plane of the imaging system (corresponding to the intermediate field plane IFP) and the image plane of the imaging system (corresponding to the exit plane of the illumination system or object plane OS of the projection objective).

Ein erstes abbildendes Teilsystem PS1 hat ausschließlich transparente optische Elemente mit Brechkraft (fünf Linsen L1-1 bis L1-5) und ist daher ein refraktives (dioptrisches) Teilsystem. Der für die Beleuchtungsstrahlung voll reflektierend wirkende Umlenkspiegel bzw. Faltspiegel FM hat als Planspiegel keine Brechkraft und dient ausschließlich der Strahlungsumlenkung zum Konkavspiegel CM. Das erste Zwischenbild IMI1 liegt in unmittelbarer Nähe des Faltspiegels in Lichtlaufrichtung kurz hinter dem Faltspiegel. A first imaging subsystem PS1 has only transparent optical elements with refractive power (five lenses L1-1 to L1-5) and is therefore a refractive (dioptric) subsystem. The deflection mirror or folding mirror FM, which has a fully reflecting effect on the illumination radiation, has no refractive power as a plane mirror and serves exclusively for the radiation deflection to the concave mirror CM. The first intermediate IMI1 is located in the immediate vicinity of the folding mirror in the direction of light flow just behind the folding mirror.

Ein zweites, katadioptrisches Teilsystem PS2 mit Konkavspiegel CM und drei Linsen (L2-1 bis L2-3) bildet das erste Zwischenbild im Maßstab 1:1 in das zweite Zwischenbild IMI2 ab, welches mit Abstand neben der inneren (der optischen Achse nächsten) Seitenkante des Umlenkspiegels entsteht. Durch den Umlenkspiegel wird der Strahlengang nicht vignettiert. A second, catadioptric subsystem PS2 with concave mirror CM and three lenses (L2-1 to L2-3) images the first intermediate image on a scale of 1: 1 into the second intermediate image IMI2, which is spaced apart from the inner (next to the optical axis) side edge of the deflection mirror arises. The deflecting mirror does not vignette the beam path.

Das refraktive dritte Teilsystem PS3, welches das zweite Zwischenbild IMI2 in die Austrittsebene EX abbildet, ist bezüglich des Konkavspiegels CM spiegelsymmetrisch zum ersten Teilsystem aufgebaut und enthält insgesamt fünf Linsen, die hier entsprechend ihrer „Partner“ im ersten Teilsystem mit L3-1 bis L3-5 bezeichnet werden. The refractive third subsystem PS3, which images the second intermediate image IMI2 into the exit plane EX, is mirror-symmetric with respect to the concave mirror CM to the first subsystem and contains a total of five lenses, here corresponding to their "partners" in the first subsystem L3-1 to L3- 5 are designated.

Zwischen der Objektebene (Zwischenfeldebene IFP) und dem ersten Zwischenbild, zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenbild sowie zwischen dem zweiten Zwischenbild und der Bildebene (Austrittsebene EX) liegen jeweils Pupillenflächen P1, P2, P3 des Abbildungssystems dort, wo der Hauptstrahl CR der optischen Abbildung die optische Achse AX schneidet. Die Pupillenfläche P2 innerhalb des katadioptrischen zweiten Teilsystems OP2 liegt in unmittelbarer Nähe oder am Konkavspiegel CM.Between the object plane (intermediate field plane IFP) and the first intermediate image, between the first and the second intermediate image and between the second intermediate image and the image plane (exit plane EX) are respective pupil surfaces P1, P2, P3 of the imaging system where the main beam CR of the optical image the optical axis AX intersects. The pupil surface P2 within the catadioptric second subsystem OP2 is in close proximity or at the concave mirror CM.

Das erste Teilsystem PS1 wirkt leicht vergrößernd (Abbildungsmaßstab β > 1), so dass das erste Zwischenbild IMI1 etwas größer als das Objekt in der Zwischenfeldebene IFP ist. Das katadioptrische zweite Teilsystem hat einen 1:1-Abbildungsmaßstab. Das dritte Teilsystem PS3 wirkt leicht verkleinernd, so dass das Beleuchtungsfeld in der Austrittsebene des Beleuchtungssystems bzw. des optischen Abbildungssystems die gleiche Größe wie das Objektfeld in der Zwischenfeldebene IFP hat. The first subsystem PS1 has a slightly larger magnification (magnification β> 1), so that the first intermediate image IMI1 is somewhat larger than the object in the intermediate field plane IFP. The catadioptric second subsystem has a 1: 1 magnification. The third subsystem PS3 slightly reduces its size, so that the illumination field in the exit plane of the illumination system or of the optical imaging system has the same size as the object field in the intermediate field plane IFP.

In Tabelle 2 ist die Spezifikation für das optische Abbildungssystem in tabellarischer Form zusammengefasst. Spalte 1 gibt die Nummer einer brechenden oder auf andere Weise ausgezeichneten Fläche an. Spalte 2 gibt den Radius r der Fläche (in mm) an. Radius r = 0 entspricht einer ebenen Fläche. Spalte 3 gibt den als Dicke bzw. Thickness bezeichneten Abstand d der Fläche zur nachfolgenden Fläche (in mm) an. Spalte 4 gibt das Material an, wobei „SILUV“ für amorphes SiO₂, also für Quarzglas steht. Spalte 5 zeigt den Brechungsindex des Materials bei der Arbeitswellenlänge (hier 193.3 nm) an. In Spalte 6 sind die nutzbaren, freien Radien bzw. der halbe freie Durchmesser oder die Linsenhöhe der Linsen (in mm) angegeben.Table 2 summarizes the specification for the optical imaging system in tabular form. Column 1 indicates the number of a refracting or otherwise awarded area. Column 2 indicates the radius r of the surface (in mm). Radius r = 0 corresponds to a flat surface. Column 3 indicates the distance d, denoted thickness or thickness, of the surface to the following surface (in mm). Column 4 indicates the material, where "SILUV" stands for amorphous SiO ₂ , ie for quartz glass. Column 5 indicates the refractive index of the material at the operating wavelength (here 193.3 nm). Column 6 shows the usable free radii or half the free diameter or the lens height of the lenses (in mm).

Die Flächen mit den Nummern 4, 5, 6, 10, 13, 25, 28, 32, 33 und 34 sind rotationssymmetrische Asphären, während die anderen Flächen sphärische Flächen sind. Tabelle 2A gibt die entsprechenden Asphärendaten an, wobei sich die asphärischen Flächen nach folgender Vorschrift berechnen: p(h) = [((1/r)h²)/(1 + SQRT(1 – (1 + K)(1/r)²h²))] + C1·h + C2·h + .... The surfaces numbered 4, 5, 6, 10, 13, 25, 28, 32, 33 and 34 are rotationally symmetric aspheres, while the other surfaces are spherical surfaces. Table 2A indicates the corresponding aspherical data, with the aspheric surfaces computed according to the following procedure: p (h) = [((1 / r) h ²⁾ / (1 + SQRT (1 - (1 + K) (1 / r) ² H ^2))] + C1 + C2 · h · h + .. ..

Dabei gibt der Kehrwert (1/r) des Radius die Flächenkrümmung und h den Abstand eines Flächenpunktes von der optischen Achse (d.h. die Strahlhöhe) an. Somit gibt p(h) die Pfeilhöhe, d.h. den Abstand des Flächenpunktes vom Flächenscheitel in z-Richtung (Richtung der optischen Achse). Die Konstanten K, C1, C2, ... sind in Tabelle 2A wiedergegeben.Here, the reciprocal (1 / r) of the radius indicates the area curvature and h the distance of a surface point from the optical axis (i.e., the beam height). Thus, p (h) gives the arrowhead, i. the distance of the surface point from the surface apex in the z-direction (direction of the optical axis). The constants K, C1, C2, ... are given in Table 2A.

Das objektseitig und bildseitig telezentrische Abbildungssystem IMS hat einem Abbildungsmaßstab von 1:1 (β = 1). Für die austrittsseitige numerische Apertur des optischen Abbildungssystems bzw. des Beleuchtungssystems gilt NA_EX = 0.675 bei einer Feldgröße FG von 22 × 108 mm. Dies entspricht gemäß LLW = π·FG·NA_EX ² einem Lichtleitwert LLW = 3401 mm².The object-side and image-side telecentric imaging system IMS has a magnification of 1: 1 (β = 1). For the exit-side numerical aperture of the optical imaging system or the illumination system, NA _EX = 0.675 with a field size FG of 22 × 108 mm. This corresponds according to LLW = π · FG · NA _EX ² a etendue LLW = 3401 mm ^2.

Das Objektfeld (Zwischen-Beleuchtungsfeld IF) und das Bildfeld (Beleuchtungsfeld am Retikel) liegen vollständig außerhalb der optischen Achxe AX (off-axis-System). Die von der Zwischenfeldebene IFP kommende Strahlung trifft zuerst auf eine eintrittsseitig konkave Positiv-Meniskuslinse L1-1 mit sphärischen Linsenflächen. Danach folgt eine bikonvexe Positivlinse L1-2 mit sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche. Die unmittelbar darauffolgende dritte Linse L1-3 ist eine Doppelasphärenlinse in Form einer objektseitig konkaven Meniskuslinse. Eine unmittelbar folgende vierte Linse L1-4 ist als bikonvexe, beidseitig sphärische Positivlinse gestaltet und ist unmittelbar vor der ersten Pupillenfläche P1 angeordnet. Zwischen dieser und dem ersten Zwischenbild IMI1 befindet sich nur eine einzige Linse, nämlich eine eintrittsseitig sphärische, austrittsseitig asphärische Bikonvexlinse L1-2 in unmittelbarer optischer Nähe des ersten Zwischenbilds IMI1.The object field (intermediate illumination field IF) and the image field (illumination field at the reticle) lie completely outside the optical axis AX (off-axis system). The radiation coming from the intermediate field plane IFP first strikes an entrance-side concave positive meniscus lens L1-1 with spherical lens surfaces. This is followed by a biconvex positive lens L1-2 with a spherical entrance surface and an aspherical exit surface. The immediately following third lens L1-3 is a double aspherical lens in the form of an object-side concave meniscus lens. An immediately following fourth lens L1-4 is designed as a biconvex, bilaterally spherical positive lens and is arranged immediately in front of the first pupil surface P1. Between this and The first intermediate image IMI1 contains only a single lens, namely an entry-side spherical, aspherical biconvex lens L1-2 in the direct optical proximity of the first intermediate image IMI1.

Das katadioptrische zweite Teilsystem PS2 enthält den einzigen Konkavspiegel CM des Abbildungssystems. Unmittelbar vor dem Konkavspiegel befindet sich eine Negativgruppe NG mit zwei Negativlinsen L2-2 und L2-3. In dieser gelegentlich als Schupmann-Achromat bezeichneten Anordnung wird die Petzvalkorrektur, d.h. die Korrektur der Bildfeldkrümmung, durch die Krümmung des Konkavspiegels und die Negativlinsen in dessen Nähe und die chromatische Korrektur durch die Brechkraft der Negativlinsen vor dem Konkavspiegel erreicht. The catadioptric second subsystem PS2 contains the single concave mirror CM of the imaging system. Immediately before the concave mirror is a negative group NG with two negative lenses L2-2 and L2-3. In this arrangement, sometimes referred to as Schupmann achromat, the Petzvalkorrektur, i. the correction of the field curvature, the curvature of the concave mirror and the negative lenses in the vicinity thereof, and the chromatic correction achieved by the refractive power of the negative lenses in front of the concave mirror.

Das zweite Teilsystem enthält als weitere Linse eine bikonvexe Positivlinse L2-1, deren dem Umlenkspiegel FM zugewandte Linsenfläche asphärisch gestaltet ist. Diese Positivlinse L2-1 ist in optischer Hinsicht in unmittelbarer Nähe des ersten Zwischenbilds IMI1 und des zweiten Zwischenbilds IMI2 angeordnet und wirkt somit als positive Feldlinse. Die Linse sitzt im Bereich des doppelten Strahldurchtritts geometrisch zwischen dem Umlenkspiegel FM und dem Konkavspiegel in der Weise, dass sowohl der von der Objektebene (Zwischenfeldebene IFP) zum Konkavspiegel führende Teilstrahlengang als auch der vom Konkavspiegel zur Bildebene (Austrittsebene des Beleuchtungssystems) führende Teilstrahlengang durch die positive Feldlinse L2-1 beeinflusst wird. The second subsystem contains, as a further lens, a biconvex positive lens L2-1, whose lens surface facing the deflection mirror FM is made aspherical. This positive lens L2-1 is arranged in the optical proximity in the immediate vicinity of the first intermediate image IMI1 and the second intermediate image IMI2 and thus acts as a positive field lens. The lens is located in the region of the double beam passage geometrically between the deflecting mirror FM and the concave mirror in such a way that both of the object plane (intermediate field plane IFP) to the concave mirror leading partial beam path as well as the concave mirror to the image plane (exit plane of the illumination system) leading partial beam path through the positive field lens L2-1 is affected.

Im dritten Teilsystem PS3 durchläuft die Strahlung die Linsen L3-5 bis L3-1 in umgekehrter Richtung wie die identisch gestalteten Linsen L1-5 bis L1-1 des ersten Teilsystems. In the third subsystem PS3, the radiation passes through the lenses L3-5 to L3-1 in the reverse direction as the identically designed lenses L1-5 to L1-1 of the first subsystem.

Die beiden refraktiven Teilsysteme enthalten jeweils eine Doppelasphärenlinse, also eine Linse, bei der sowohl die Eintrittsfläche, als auch die Austrittsfläche asphärisch gekrümmt ist. Durch Verwendung von Doppelasphärenlinsen ist es möglich ist, Linsen zu schaffen, die die Wirkung einer Asphäre mit sehr starker Deformation haben, und die dennoch so ausgelegt sein können, dass sie bei Verwendung herkömmlicher Verfahren zur Oberflächenbearbeitung und zur Prüfung der Oberflächen mit guter Qualität und vertretbarem Aufwand herstellbar sind. Durch Asphärisierung beider Linsenflächen einer Linse kann gegebenenfalls ein starker radialer Verlauf der Brechkraft erzeugt werden. The two refractive subsystems each contain a double aspherical lens, ie a lens, in which both the entrance surface and the exit surface are aspherically curved. By using double aspheric lenses, it is possible to provide lenses that have the effect of an asphere with very high deformation, and yet may be designed to be of good quality and justifiable using conventional surface finishing techniques and testing surfaces Effort can be produced. By aspherizing both lens surfaces of a lens, a strong radial course of the refractive power can optionally be generated.

Das katadioptrische Abbildungssystem IMS ist aufgrund seines Aufbaus in der Lage, eine hinreichend gut korrigierte Abbildung des Zwischenfelds in der Zwischenfeldebene IFP und der Blendenränder des Retikel-Maskensystems RM auf das Retikel in der Austrittsebene des Beleuchtungssystems bei einer für diese Anwendungen relativ hohen austrittsseitigen numerischen Apertur NA_EX = 0.675 zu leisten. Damit ist es möglich, bei einem Projektionsobjektiv mit einer objektseitigen numerischen Apertur NA_OB = 0.675 die Pupille des Projektionsobjektivs vollständig auszuleuchten. Objektseitige numerische Aperturen in dieser Größenordnung können beispielsweise bei Projektionsobjektiven für die Immersionslithografie auftreten, deren bildseitige numerische Apertur NA im Bereich von NA = 1.2 oder größer liegt, wenn diese gleichzeitig einen Abbildungsmaßstab kleiner als 1:4 haben, beispielsweise 1:2. The catadioptric imaging system IMS, by virtue of its construction, is capable of providing a sufficiently well-corrected image of the intermediate field in the intermediate field plane IFP and the diaphragm edges of the reticle mask system RM on the reticle in the exit plane of the illumination system at a relatively high exit-side numerical aperture NA for these applications _EX = 0.675. This makes it possible to fully illuminate the pupil of the projection lens in a projection lens with an object-side numerical aperture NA _OB = 0.675. Object-side numerical apertures of this order of magnitude can occur, for example, in the case of projection lenses for immersion lithography whose image-side numerical aperture NA is in the range of NA = 1.2 or greater, if they simultaneously have a magnification of less than 1: 4, for example 1: 2.

3 zeigt einen schematischen meridionalen Linsenschnitt einer anderen Ausführungsform eines katadioptrischen Abbildungssystems, welches beispielsweise innerhalb des Beleuchtungssystems aus 1 genutzt werden kann, um die Zwischenfeldebene im Bereich des Retikel-Maskensystems auf das in der Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnete Retikel abzubilden. 3 shows a schematic meridional lens section of another embodiment of a catadioptric imaging system, for example, within the illumination system 1 can be used to image the intermediate field plane in the area of the reticle mask system on the arranged in the object plane of the projection lens reticle.

Das refraktive erste Teilsystem hat, von der Objektseite bis zum ersten Zwischenbild IMI1 in dieser Reihenfolge, eine bikonvexe Positivlinse L1-1 mit sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche, eine Positiv-Meniskuslinse L1-2 mit objektseitig konkaver sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche, eine zweifach sphärische Positiv-Meniskuslinse L1-3 mit objektseitig konkaver Eintrittsfläche in unmittelbarer Nähe der ersten Pupillenfläche, sowie eine bikonvexe Positivlinse L1-4 mit sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche unmittelbar vor dem Umlenkspiegel F2 und dem in dessen Nähe gebildeten ersten Zwischenbild IMI1. The refractive first subsystem has, from the object side to the first intermediate image IMI1 in this order, a biconvex positive lens L1-1 with spherical entrance surface and aspherical exit surface, a positive meniscus lens L1-2 with object concave spherical entrance surface and aspherical exit surface, a bi-spherical Positive meniscus lens L1-3 with object-concave entrance surface in the immediate vicinity of the first pupil surface, and a biconvex positive lens L1-4 with spherical entrance surface and aspherical exit surface immediately before the deflection mirror F2 and formed in its vicinity first intermediate image IMI1.

Das zweite Teilsystem ist prinzipiell ähnlich aufgebaut wie das zweite Teilsystem des ersten Ausführungsbeispiels, weshalb auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. The second subsystem is in principle similar in structure to the second subsystem of the first embodiment, for which reason reference is made to the description there.

Das zweite Zwischenbild IMI2, welches mit geringem Abstand neben der inneren Kante des Faltspiegels FM liegt, wird mithilfe des refraktiven dritten Teilsystems PS3 in die Austrittsebene EX abgebildet. Das dritte Teilsystem hat in der Nähe des zweiten Zwischenbilds eine bikonvexe Positivlinse L3-1 mit asphärischer Eintrittsfläche und sphärischer Austrittsfläche sowie eine Positiv-Meniskuslinse L3-2 mit eintrittsseitig konkaver Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche unmittelbar vor einer Ebene FP, die Fourier-transformiert zum zweiten Zwischenbild liegt. Zwischen dieser Ebene und der Austrittsebene des Beleuchtungssystems ist noch ein Fourier-System FS mit einer Linse L3-3 oder mehreren Linsen angeordnet, das als 1f-System die Strahlung von der Fourier-Ebene in die Austrittsebene überträgt. The second intermediate image IMI2, which lies at a small distance next to the inner edge of the folding mirror FM, is imaged into the exit plane EX with the aid of the refractive third subsystem PS3. The third subsystem has in the vicinity of the second intermediate image a biconvex positive lens L3-1 with aspheric entrance surface and spherical exit surface and a positive meniscus L3-2 with concave entrance surface and aspherical exit surface immediately before a plane FP, the Fourier transformed to the second intermediate image lies. Between this plane and the exit plane of the illumination system, a Fourier system FS with a lens L3-3 or more lenses is arranged, which as a 1f system transmits the radiation from the Fourier plane into the exit plane.

Das Abbildungssystem IMS hat einem Abbildungsmaßstab von 1:1 (β = 1). Für die austrittsseitige numerische Apertur des optischen Abbildungssystems bzw. des Beleuchtungssystems gilt NA_EX = 0.60 bei einer Feldgröße FG von 22 × 108 mm. Dies entspricht gemäß LLW = π·FG·NA_EX ² einem Lichtleitwert LLW = 2687 mm². Tabelle 2

Tabelle 2A

Tabelle 3

Tabelle 3A

The imaging system IMS has a magnification of 1: 1 (β = 1). For the exit-side numerical aperture of the optical imaging system or the illumination system, NA _EX = 0.60 with a field size FG of 22 × 108 mm. In accordance with LLW = π · FG · NA _EX ^2, this corresponds to an optical conductance LLW = 2687 mm ² . Table 2

Table 2A

Table 3

Table 3A

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2006/084479 A1 [0014]
US 7359036 B1 [0018]

Claims

Illumination system (ILL) for a microlithography projection exposure apparatus for illuminating an illumination field with the light of a primary light source, comprising: a pupil shaping unit (PFU) for receiving light from the primary light source (LS) and producing a two-dimensional intensity distribution in a pupil shaping surface (PUP) of the illumination system a transmission system (TRANS) for transmitting the intensity distribution into an intermediate illumination field (IF) located in an intermediate field plane (IFP); and an optical imaging system (IMS) for imaging the intermediate illumination field arranged in the intermediate field plane into the illumination field which lies in an exit plane (EX) of the illumination system which is optically conjugate to the intermediate field plane; characterized in that the optical imaging system (TRANS) is a catadioptric imaging system having a plurality of lenses and at least one concave mirror (CM).

Illumination system according to claim 1, characterized in that the illumination system (ILL) and / or the optical imaging system (TRANS) has an exit-side numerical aperture NA _EX of more than 0.4, wherein in particular the condition NA _EX ≥ 0.5 and / or NA _EX ≥ 0.6 and / or NA _EX ≥ 0.7.

Illumination system according to claim 1 or 2, characterized in that the illumination system (ILL) and / or the optical imaging system (TRANS) has a light conductance LLW greater than 900 mm ² , wherein preferably the condition LLW> 1000 mm ² and / or the condition LLW> 2000 mm ² applies.

Illumination system according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the optical imaging system has an optical axis (AX) and a deflection mirror (FM) tilted by a tilt angle relative to the optical axis for deflecting the radiation coming from the intermediate field plane (IFP) to the concave mirror (FIG. CM) or for deflecting the radiation coming from the concave mirror in the direction of the exit plane (EX), wherein preferably the tilt angle is 45 °, so that the exit plane (EX) is aligned perpendicular to the intermediate field plane (IFP).

Illumination system according to one of the preceding claims, characterized in that the optical imaging system (IMS) is designed so that an off-axis field (IF) is transferred at the entrance level in an off-axis field at the exit plane (EX).

Illumination system according to one of the preceding claims, characterized in that the optical imaging system (TRANS) comprises a first imaging subsystem (PS1) for imaging the intermediate illumination field (IF) into an intermediate image (IMI) and a second imaging subsystem for imaging the intermediate image into the Exit level (EX) has.

Illumination system according to Claim 6, characterized in that a first intermediate image (IMI1) and a second intermediate image (IMI2) are formed within the optical imaging system.

Illumination system according to one of Claims 3 to 7, characterized in that the deflection mirror (FM) is arranged in the optical proximity of an intermediate image (IMI1).

Illumination system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the lenses (L1-3, L3-3) is a double aspherical lens having an aspherically shaped entrance surface and an aspherically shaped exit surface.

Illumination system according to one of the preceding claims, characterized in that the optical imaging system (TRANS) has a first imaging subsystem (PS1) for imaging the intermediate illumination field into an intermediate image and a second imaging subsystem for imaging the intermediate image into the exit plane (EX), and a double-aspherical lens (L1-3, L3-3) is arranged in each of the imaging subsystems.

Illumination system according to one of the preceding claims, characterized in that the concave mirror (CM) is arranged in the region of a pupil surface (P2) of the imaging system (IMS) and in the immediate vicinity of the concave mirror in a pupil near region a negative group (NG) with at least one negative lens ( L2-2, L2-3) is arranged.

Illumination system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one mirror of the optical imaging system is designed as a manipulable mirror.

Microlithography projection exposure apparatus for exposing a radiation-sensitive substrate (W) arranged in the region of an image plane (IS) of a projection objective (PO) with at least one image of a pattern of a mask (M) arranged in the region of an object plane (OS) of the projection objective: an illumination system (ILL) for receiving light from a primary light source (LS) and for forming illumination radiation directed at the pattern of the mask in an illumination field of the illumination system; and a projection lens (PO) for imaging the pattern of the mask (M) on a photosensitive substrate (W) by means of projection light at a picture-side numerical aperture NA; wherein the illumination system (ILL) according to one of claims 1 to 12 is configured.

Microlithography projection exposure apparatus according to claim 13, characterized in that the projection objective (PO) has a magnification β> 0.25.

Microlithography projection exposure apparatus according to claim 14, characterized in that the magnification is in the range of 1 to 2.