WO2004040378A2 - Illumination device for a microlithographic projection-exposure system - Google Patents

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WO2004040378A2
WO2004040378A2 PCT/EP2003/011000 EP0311000W WO2004040378A2 WO 2004040378 A2 WO2004040378 A2 WO 2004040378A2 EP 0311000 W EP0311000 W EP 0311000W WO 2004040378 A2 WO2004040378 A2 WO 2004040378A2
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integrator
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lighting device
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Markus DEGÜNTHER
Stig Bieling
Johannes Wangler
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70075—Homogenization of illumination intensity in the mask plane by using an integrator, e.g. fly's eye lens, facet mirror or glass rod, by using a diffusing optical element or by beam deflection

Abstract

The invention relates to an illumination device for a microlithographic projection-exposure system, which preferably operates with a mercury high-pressure lamp as the primary light source. One embodiment of said device comprises an integrator unit for mixing the light of the primary light source, said unit having at least one cuboid integrator rod with a rectangular entrance surface (43) and lateral faces (45, 47) that are aligned at right angles to one another. A cuboid premixing unit (50) with a rectangular cross-section is situated in the optical path, upstream of the entry surface (43), said unit having several reflection surfaces (156, 157, 158, 159) running obliquely in relation to the lateral faces of the integrator rod. The oblique reflection surfaces cause azimuthal mixing of the light and can be used to provide a pupil of illumination light that is largely devoid of ellipticity.

Description

Beschreibung description
Beleuchtunqseinrichtung für eine Mikrolithographie-Illumination device for a microlithography
ProjektionsbelichtungsanlageProjection exposure system
Die Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer primären Lichtquelle, insbesondere auf eine Beleuchtungseinrichtung für eine ikroli- thographie-Projektionsbelichtungsanlage, die mit einer Quecksilber- Hochdrucklampe als primärer Lichtquelle arbeitet.The invention relates to an illumination device for illuminating an illumination field with the light from a primary light source, in particular to an illumination device for an icrolitography projection exposure system which works with a high-pressure mercury lamp as the primary light source.
Die Leistungsfähigkeit von Projektionsbelichtungsanlagen für die mikrolithographische Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen wird wesentlich durch die Abbildungseigenschaften der Projektionsobjektive bestimmt. Darüber hinaus werden die Bildqualität und der mit der Anlage erzielbare Wafer-Durchsatz wesentlich durch Eigenschaften des dem Projektionsobjektiv vorgeschalteten Beleuchtungssystems bestimmt. Dieses muss in der Lage sein, das Licht einer primären Lichtquelle, beispielsweise einer Quecksilber- Hochdrucklampe oder eines Lasers, mit möglichst hohem Wirkungsgrad zu präparieren und dabei in einem Beleuchtungsfeld der Beleuchtungseinrichtung eine möglichst gleichmäßige Intensitätsverteilung zu erzeugen. Zudem soll es möglich sein, am Beleuchtungssystem verschiedene Beleuchtungsmodi (Settings) einzustellen, beispielsweise konventionelle Beleuchtung mit unterschiedlichen Kohärenzgraden oder Ringfeldbeleuchtung zur Erzeugung einer außeraxialen, schiefen Beleuchtung. Erwünscht ist dabei, dass sich die Eigenschaften des Beleuchtungslichtes, insbesondere die Intensität im Beleuchtungsfeld, bei verschiedenen Set- tings nicht oder nur wenig ändert.The performance of projection exposure systems for the microlithographic production of semiconductor components and other finely structured components is largely determined by the imaging properties of the projection objectives. In addition, the image quality and the wafer throughput that can be achieved with the system are essentially determined by properties of the lighting system upstream of the projection objective. This must be able to block the light from a primary light source, such as a mercury High-pressure lamp or a laser, to be prepared with the highest possible efficiency and to generate the most uniform possible intensity distribution in an illumination field of the lighting device. In addition, it should be possible to set different lighting modes (settings) on the lighting system, for example conventional lighting with different degrees of coherence or ring field lighting to generate off-axis, oblique lighting. It is desirable that the properties of the illuminating light, in particular the intensity in the illuminating field, do not change, or change only slightly, in different settings.
Aus der EP 687 956 B1 (entsprechend US 5,675,401) ist eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt, die mit einer Quecksilber-Kurzbogenlampe für die i-Linie (Arbeitswellenlänge 365nm) arbeitet und eine Integratoreinheit aufweist, die zur Durchmischung bzw. Homogenisierung des Lichtes dieser Lichtquelle dient. Die Integratoreinheit hat (mindestens) einen quaderformigen Integratorstab aus Quarzglas mit einer rechteckformigen Eintrittsfläche und vier senkrecht zueinander und parallel zur optischen Achse ausgerichteten, reflektierenden Seitenflächen, in dem das durchtretende Licht durch mehrfache innere Reflexion durchmischt wird. Die Entladungslampe der Lichtquelle hat eine nahezu kugelförmige Abstrahlcharakteristik und eine endliche Ausdehnung, was zu einer in Vergleich zu Laser-Lichtquellen wesentlich höheren Etendue (Phasenraumvolumen) führt. Mit andern Worten: Der Lichtleitwert dieser Lichtquelle ist deutlich höher als der Lichtleitwert eines Lasers. Die Lampe ist in einem Brennpunkt eines elliptischen Spiegels angeordnet, der das emittierte Licht im Bereich des zweiten Brennpunkts des elliptischen Spiegels sammelt. Im Bereich des Brennpunktes ist eine als Verschluss (Shutter) dienende Blende angeordnet. Die Licht- Verteilung im Bereich des Shutters wird über eine Kondensoroptik auf die Eintrittsfläche des Integratorstabes abgebildet, so dass in der Ebene der Eintrittsfläche ein in der Regel mehr oder weniger runder Lichtfleck entsteht.From EP 687 956 B1 (corresponding to US Pat. No. 5,675,401) a lighting device of the type mentioned at the outset is known which works with a mercury short-arc lamp for the i-line (working wavelength 365 nm) and has an integrator unit which mixes or homogenizes the light thereof Light source serves. The integrator unit has (at least) a cuboidal integrator rod made of quartz glass with a rectangular entry surface and four reflecting side surfaces oriented perpendicular to one another and parallel to the optical axis, in which the light passing through is mixed by multiple internal reflections. The discharge lamp of the light source has an almost spherical radiation characteristic and a finite extent, which leads to a much higher etendue (phase space volume) compared to laser light sources. In other words: the light conductance of this light source is significantly higher than the light conductance of a laser. The lamp is arranged in a focal point of an elliptical mirror, which collects the emitted light in the region of the second focal point of the elliptical mirror. In the area of the focal point, an aperture serving as a shutter is arranged. The light distribution in the area of the shutter is imaged on the entry surface of the integrator rod via condenser optics, so that in the plane a more or less round light spot is created on the entrance surface.
Insbesondere bei Wafer-Scannern werden Integratorstäbe bzw. Stabin- tegratoren verwendet, deren Eintrittsfläche ein hohes Aspektverhältnis zwischen Stabbreite und Stabhöhe aufweist, das beispielsweise 2:1 o- der größer betragen kann. Dabei kann es vorkommen, dass die Ausdehnung des Lichtflecks größer als die Stabhöhe ist. Dieser Effekt führt zur einer Vignettierung des Lichtes und ist besonders ausgeprägt bei kleinen Settings, welche einen großen Lichtfleck erzeugen. Das Licht der Lichtquelle kann somit nicht mehr vollständig in das Integratorsystem eingekoppelt werden, wodurch sich eine Reduzierung der Systemtransmission und damit verbunden eine Verminderung des Wafer- Durchsatzes ergeben kann. Da zudem in der Regel die an der Eintritts- fläche auftretenden Strahlwinkel abhängig vom Abstand von der optischen Achse sind, führt die Vignettierung zu einer sogenannten elliptischen Pupillenausleuchtung. Darunter wird hier eine Intensitätsverteilung in den Pupillenebenen bezeichnet, die in den um eine horizontale Achse angeordneten Quadranten eine größere Gesamtintensität auf- weist als in den um eine vertikale Achse angeordneten Quadranten. Eine ausgeprägte Pupillenelliptizität kann beispielsweise bei der Abbildung von horizontalen und vertikalen Strukturen einer Maske zu unterschiedlichen Auflösungsvermögen für die verschiedenen Strukturrichtungen (CD-Variationen) führen.In particular in the case of wafer scanners, integrator rods or rod integrators are used, the entry surface of which has a high aspect ratio between the rod width and the rod height, which can be 2: 1 or larger, for example. It can happen that the expansion of the light spot is larger than the rod height. This effect leads to vignetting of the light and is particularly pronounced in small settings that produce a large light spot. The light from the light source can therefore no longer be completely coupled into the integrator system, which can result in a reduction in the system transmission and in connection with this a reduction in the wafer throughput. Since, in addition, the beam angles occurring at the entry surface are generally dependent on the distance from the optical axis, vignetting leads to what is known as elliptical pupil illumination. Below this, an intensity distribution in the pupil planes is referred to which has a greater overall intensity in the quadrants arranged around a horizontal axis than in the quadrants arranged around a vertical axis. A pronounced pupil ellipticity can lead, for example, to horizontal and vertical structures of a mask to different resolving power for the different structure directions (CD variations).
Es ist schon vorgeschlagen worden, bei einem solchen System die Pupillenelliptizität dadurch zu verringern, dass unmittelbar vor dem Stabeintritt eine kreisrunde Blende angeordnet wird, deren Durchmesser geringfügig größer als die Höhe der Stabseintrittsfläche ist. Durch diese Maßnahme kann eine deutliche Verringerung der Pupillenelliptizität erreicht werden, die zudem für unterschiedliche Settings nur noch gering variiert. Da jedoch durch die Blende ein erheblicher Anteil der Eintrittsfläche abgedeckt wird, sinkt die Gesamttransmission des Systems.In such a system, it has already been proposed to reduce the pupil ellipticity by arranging a circular diaphragm directly in front of the rod entry, the diameter of which is slightly larger than the height of the rod entry surface. This measure can achieve a significant reduction in pupil ellipticity, which is also only minimal for different settings varied. However, since the aperture covers a significant portion of the entrance area, the overall transmission of the system drops.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, die sich durch eine hohe Gesamttransmission auszeichnet. Vorzugsweise soll die Gesamttransmission eine nur schwache Abhängigkeit von den eingestellten Beleuchtungsmodi aufweisen. Weiterhin soll die Beleuchtungseinrichtung eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung von Pupillenebenen mit geringer Pupillenelliptizität ermöglichen.The invention has for its object to provide a lighting device of the type mentioned, which is characterized by a high total transmission. The total transmission should preferably have only a weak dependency on the set lighting modes. Furthermore, the illumination device should enable the most uniform possible illumination of pupil planes with low pupil ellipticity.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This object is achieved by a lighting device with the features of claim 1. Advantageous further developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated by reference into the content of the description.
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung der eingangs erwähnten Art zeichnet sich dadurch aus, dass sie mindestens eine vor der Ein- trittsfläche eines Integratorstabes angeordnete Vormischeinheit hat, die mindestens eine schräg zu den Seitenflächen des Integratorstabes verlaufende Reflexionsfläche aufweist. Durch diese Maßnahme kann die Pupillenelliptizität stark vermindert und gegebenenfalls weitgehend beseitigt werden. Dadurch kann auf eine Blende am Stabeintritt verzichtet werden. Dies wiederum steigert die Gesamttransmission des Systems.A lighting device according to the invention of the type mentioned at the outset is distinguished by the fact that it has at least one premixing unit which is arranged in front of the entry surface of an integrator rod and has at least one reflection surface which runs obliquely to the side surfaces of the integrator rod. With this measure, the pupil ellipticity can be greatly reduced and possibly largely eliminated. This means that there is no need for a cover at the rod entry. This in turn increases the overall transmission of the system.
Bei einer Weiterbildung hat die Integratoreinheit mindestens einen quaderformigen Integratorstab mit einer rechteckformigen Eintrittsfläche und vier senkrecht zueinander und parallel zur optischen Achse ausgerichte- ten, reflektierenden Seitenflächen. Solche Integratoreinheiten können besonders gut an Waferscanner mit rechteckförmigem Feld ungleicher Seitenlängen angepasst werden. Die Erfindung ermöglicht es, bei hoher Einkoppeleffizienz dennoch Pu- pillenausleuchtungen mit geringer EHiptizität hinter einem im Querschnitt rechteckigen Stabintegrator zu gewährleisten. Die Einkoppeleffizienz ist dabei durch das Verhältnis zwischen dem beleuchteten Teil der Eintrittsfläche und der Fläche des Lichtflecks in der Eintrittsebene des Integratorstabes gegeben. Die EHiptizität einer Pupillenausleuchtung ist eine skalare Größe und wird bestimmt, indem das Verhältnis der Gesamtintensitäten der um eine horizontale Achse angeordneten Quadranten und der Gesamtintensitäten der um eine vertikale Achse angeordneten Quadranten gebildet wird. Diese Quadranten werden dabei von zwei Geraden begrenzt, welche sich in der Mitte der Pupillenausleuchtung schneiden, senkrecht zueinander stehen und zur horizontalen Richtung jeweils einen Winkel von 45° einschließen. Dabei sei für die Zwecke die- ser Anmeldung die Breite eines Integratorstabes in X-Richtung, die (geringere) Höhe des Integratorstabes in Y-Richtung und die parallel zur optischen Achse verlaufenden Längsrichtung als Z-Richtung definiert.In one development, the integrator unit has at least one cuboidal integrator rod with a rectangular entry surface and four reflecting side surfaces oriented perpendicular to one another and parallel to the optical axis. Such integrator units can be adapted particularly well to wafer scanners with a rectangular field of unequal side lengths. The invention makes it possible to ensure, with a high coupling efficiency, pupil illuminations with low ehipticity behind a rod integrator with a rectangular cross section. The coupling efficiency is given by the ratio between the illuminated part of the entrance area and the area of the light spot in the entrance plane of the integrator rod. The ellipticity of a pupil illumination is a scalar quantity and is determined by forming the ratio of the total intensities of the quadrants arranged around a horizontal axis and the total intensities of the quadrants arranged around a vertical axis. These quadrants are delimited by two straight lines which intersect in the middle of the pupil illumination, are perpendicular to each other and each form an angle of 45 ° to the horizontal direction. For the purposes of this application, the width of an integrator rod in the X direction, the (lower) height of the integrator rod in the Y direction and the longitudinal direction running parallel to the optical axis are defined as the Z direction.
Der Erfinder hat herausgefunden, dass eine wesentliche Ursache für die beobachtete Pupillenelliptizität darin liegt, dass die Pupillen am Stabeintritt - außer auf der optischen Achse - dipolähnlich ausgeleuchtet sind, wobei die Feldabhängigkeit der Ausleuchtung rotationssymmetrisch zur optischen Achse ist. Fällt ein Lichtfleck mit dieser Winkelverteilung so auf den Stab ein, dass oberhalb und unterhalb des Stabes weniger Licht dieser rotationssymmetrischen Verteilung eingekoppelt wird als in Breitenrichtung (X-Richtung), so wird mehr Licht dieser Verteilung in die um die X-Achse angeordneten Richtungsquadranten eingekoppelt. Sind die „Dipole" der Beleuchtung dabei radial zur optischen Achse ausgerichtet, so zeigt die resultierende Ausleuchtung am Stabaustritts mehr Intensität in den um die X-Achse angeordneten Quadranten als in den um die Y- Richtung zentrierten Quadranten. Ein im Querschnitt rechteckiger Integratorstab wirkt winkelerhaltend, d.h. er erhält diese X-Y-Symmetrie der einfallenden Winkelverteilung. Dabei findet zwar eine Durchmischung des Lichtes statt, die Intensitäten werden jedoch jeweils nur an der X- bzw. Y-Achse gespiegelt. Dadurch ist es in einem Rechteckstab nicht möglich, dass Intensität aus einem um die X-Achse zentrierten Quadranten in einen um die Y-Achse zentrierten Quadranten geleitet wird oder umgekehrt. Die Intensitäten bleiben somit in ihren jeweiligen Quadranten „gefangen".The inventor has found that a major cause of the observed pupil ellipticity lies in the fact that the pupils at the rod entry - except on the optical axis - are illuminated in a dipole-like manner, the field dependence of the illumination being rotationally symmetrical to the optical axis. If a light spot with this angular distribution falls on the rod in such a way that less light of this rotationally symmetrical distribution is coupled in above and below the rod than in the width direction (X direction), then more light of this distribution is coupled into the directional quadrants arranged around the X axis , If the “dipoles” of the illumination are oriented radially to the optical axis, the resulting illumination at the rod exit shows more intensity in the quadrants arranged around the X axis than in the quadrants centered around the Y direction. An integrator rod with a rectangular cross section has an angle-preserving effect, ie it maintains this XY symmetry of the incident angular distribution. Although the light is mixed, the intensities are only reflected on the X and Y axes. As a result, it is not possible in a rectangular bar for intensity to be directed from a quadrant centered around the X axis to a quadrant centered around the Y axis, or vice versa. The intensities thus remain “trapped” in their respective quadrants.
Die Erfindung hebt diese Beschränkung auf. Durch die mindestens eine schräg zu den Seitenflächen des Stabintegrators und damit schräg zur X- und Y-Achse verlaufende Reflexionsfläche der Vormischeinheit wird die Intensität eines auftreffenden Lichtstrahles nicht notwendigerweise in einen über Spiegelsymmetrie verbundenen Quadranten gelenkt, son- dern sie kann in einen benachbarten, um die jeweils andere Achse zentrierten Quadranten gelenkt werden. Dadurch wird eine Durchmischung über die Quadrantengrenzen hinweg ermöglicht, was im folgenden als „azimutale Durchmischung" bezeichnet wird. Durch Bereitstellung einer ausreichenden Anzahl großer angeschrägter Reflexionsflächen in der Vormischeinheit kann erreicht werden, dass trotz Vignettierung des ein- trittsseitigen Lichtfleckes und einer damit verbundenen eintrittsseitigen Pupillenelliptizität am Austritt der Vormischeinheit die Pupillenelliptizität deutlich verringert ist, wobei durch geeignete Dimensionierung eine zumindest weitgehend elliptizitätsfreie Beleuchtungspupille erzeugt werden kann. Da der mindestens eine nachfolgende Integratorstab mit Rechteckquerschnitt im wesentlichen winkelerhaltend arbeitet, bleibt die am Austritt der Vormischeinheit vorliegende, weitgehend elliptizitätsfreie Beleuchtungspupille auch hinter dem nachfolgenden Integratorstab erhalten.The invention overcomes this limitation. Due to the at least one reflection surface of the premixing unit, which runs obliquely to the side surfaces of the rod integrator and thus obliquely to the X and Y axes, the intensity of an incident light beam is not necessarily directed into a quadrant connected via mirror symmetry, but rather into an adjacent, um the other axis centered quadrants are steered. This enables mixing across the quadrant boundaries, which is referred to below as “azimuthal mixing”. By providing a sufficient number of large beveled reflection surfaces in the premixing unit, it can be achieved that despite vignetting of the light spot on the entry side and an associated pupil ellipticity on the entry side At the outlet of the premixing unit, the pupil ellipticity is significantly reduced, whereby an at least largely ellipticity-free illumination pupil can be generated by suitable dimensioning. Since the at least one subsequent integrator rod with a rectangular cross-section works essentially in an angle-preserving manner, the largely ellipticity-free illumination pupil present at the outlet of the premixing unit also remains behind receive the following integrator rod.
Da es in der Praxis vorkommen kann, dass ein Rechteck-Integratorstab beispielsweise aufgrund nicht idealer Oberflächenqualität der total re- flektierenden Grenzflächen eine Veränderung der Pupillenelliptizität zwischen Eintritt und Austritt erzeugt, können geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Beispiele geeigneter Maßnahmen sind in der DE 100 65 198 dargestellt, deren diesbezügliche Offenbarung zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird. Die Wirkung der Vormischeinheit auf die Pupillenelliptizität kann gegebenenfalls mit der Wirkung der dort beschriebenen Maßnahmen kombiniert werden, um am Austritt hinter der Lichtmischeinheit eine zumindest weitgehend elliptizitätsfreie Beleuchtungspupille zu erhalten.As it can happen in practice that a rectangular integrator rod, for example due to the non-ideal surface quality of the totally Appropriate countermeasures can be taken if the reflecting interfaces produce a change in pupil ellipticity between entry and exit. Examples of suitable measures are shown in DE 100 65 198, the disclosure of which is made the content of this description. The effect of the premixing unit on the pupil ellipticity can optionally be combined with the effect of the measures described there in order to obtain an at least largely ellipticity-free illumination pupil at the outlet behind the light mixing unit.
Obwohl es möglich ist, an der Vormischeinheit eine oder mehrere gekrümmte Reflexionsflächen vorzusehen, die mindestens bereichsweise schräg zu den Seitenflächen des Integratorstabes stehen, sind Vor- mischeinheiten bevorzugt, bei denen die mindestens eine Reflexionsflä- ehe eben ist. Dies bringt fertigungstechnische Vorteile und ermöglicht es auf einfache Weise, den Gesamtquerschnitt der Vormischeinheit dem Querschnitt des folgenden Integratorstabes anzupassen. Um einen hohen Wirkungsgrad der azimutalen Durchmischung zu erreichen, ist vorzugsweise eine Vielzahl von, vorzugsweise ebenen, schrägen Reflexi- onsflächen vorgesehen, insbesondere eine gerade Anzahl von beispielsweise vier oder mehr. Bei einer Weiterbildung umfasst die Vormischeinheit eine quaderformige Stabanordnung mit einer Vielzahl von aneinandergrenzenden Integratorstäbchen, die die Querschnittsfläche der Stabanordnung im wesentlichen vollständig, z.B. zu einem hohen Prozentsatz von beispielsweise mehr als 90%, 95% oder 98% ausfüllen können. Insbesondere kann die Vormischeinheit, insbesondere die Stabanordnung, einen dem Querschnitt der Eintrittsfläche entsprechenden Querschnitt haben. Mindestens zwei der Stäbchen haben eine schräg zu den Seitenflächen des Integratorstabes ausgerichtete Reflexi- onsfläche, welche die azimutale Durchmischung bewirkt. Eine solche Stabanordnung kann beispielsweise eine dichte Packung von im Querschnitt sechseckförmigen Integratorstäben umfassen. Integratorstäbe dieser Art sind beispielsweise im Patent US 5,473,408 gezeigt. Es ist auch möglich, mindestens einen Teil des Querschnitts der Vormischeinheit mit schräg gestellten, planparallelen Platten zu füllen, deren Grenzflächen die schrägen Reflexionsflächen bilden. Bei einer Weiterbildung hat die Stabanordnung mindestens zwei komplementäre, im Querschnitt im wesentlichen keilförmige Integratorstäbchen, die sich zu einem im Querschnitt rechteckigen Stäbchenpaar ergänzen. Die Vormischeinheit kann mehrere solcher Stäbchenpaare umfassen, die vorzugsweise symmetrisch zur optischen Achse angeordnet sind.Although it is possible to provide one or more curved reflection surfaces on the premixing unit which are at least partially oblique to the side surfaces of the integrator rod, premixing units are preferred in which the at least one reflection surface is flat. This brings advantages in terms of production technology and makes it possible in a simple manner to adapt the overall cross section of the premixing unit to the cross section of the following integrator rod. In order to achieve a high efficiency of the azimuthal mixing, a multiplicity of, preferably flat, oblique reflection surfaces is preferably provided, in particular an even number, for example four or more. In a further development, the premixing unit comprises a cuboid bar arrangement with a large number of adjoining integrator rods which can essentially completely fill the cross-sectional area of the rod arrangement, for example to a high percentage of, for example, more than 90%, 95% or 98%. In particular, the premixing unit, in particular the rod arrangement, can have a cross section corresponding to the cross section of the entry surface. At least two of the rods have a reflection surface which is oriented obliquely to the side surfaces of the integrator rod and which brings about the azimuthal mixing. Such a bar arrangement can comprise, for example, a dense packing of integrator bars which are hexagonal in cross section. Integrator bars of this type are shown, for example, in US Pat. No. 5,473,408. It is also possible to fill at least part of the cross section of the premixing unit with inclined, plane-parallel plates, the boundary surfaces of which form the inclined reflection surfaces. In a further development, the rod arrangement has at least two complementary integrator rods which are essentially wedge-shaped in cross section and which complement one another to form a pair of rods with a rectangular cross section. The premixing unit can comprise several such pairs of rods, which are preferably arranged symmetrically to the optical axis.
Eine Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vormischeinheit, insbesondere die erwähnte Stabanordnung, einen zur optischen Achse zentrierten Integratorstab mit quadratischem Querschnitt aufweist. Dieser quadratische Stab führt selbst keine EHiptizität ein. Er kann mit Stabeinheiten kombiniert werden, die schräge Reflexionsflächen zur azimutalen Durchmischung des Eintrittslichtes haben.A further development is characterized in that the premixing unit, in particular the rod arrangement mentioned, has an integrator rod with a square cross section centered on the optical axis. This square rod does not itself introduce e-hipticity. It can be combined with rod units that have inclined reflection surfaces for azimuthal mixing of the entrance light.
Bei einer Ausführungsform weist die Vormischeinheit, insbesondere die erwähnte Stabanordnung, einen zur optischen Achse zentrierten oder zentrierbaren Integratorstab mit Sechseck-Querschnitt auf. Der im Querschnitt sechseckige Integratorstab führt eine azimutale Durchmischung des Eintrittslichtes ein. Das Sechseck kann regelmäßig oder unregel- mäßig sein.In one embodiment, the premixing unit, in particular the rod arrangement mentioned, has an integrator rod with a hexagonal cross section centered or centerable on the optical axis. The integrator rod, which is hexagonal in cross section, introduces an azimuthal mixing of the entrance light. The hexagon can be regular or irregular.
Es hat sich insbesondere gezeigt, dass sich bei einer Vormischeinheit mit einem zentralen Integratorstab und vier diesen umgebenden Integratorstäbchen, die sich insgesamt zu einem Rechteckquerschnitt ergän- zen, eine gute azimutale Durchmischung erreichen lässt. Die Verwendung eines zentralen Integratorstabs mit polygonförmigem Querschnitt erweist sich hierbei als besonders günstig, da dieser selbst zur azimutalen Durchmischung beiträgt.In particular, it has been shown that a premixing unit with a central integrator rod and four integrator rods surrounding it, which overall add up to a rectangular cross section, allows good azimuthal mixing. The use of a central integrator bar with a polygonal cross section proves to be particularly favorable, since it itself contributes to the azimuthal mixing.
Sind die als Reflexionsflächen dienenden Seitenflächen eines polygona- len Integratorstäbchens parallel oder unter einem Winkel von 45° zu den parallel zur optischen Achse ausgerichteten Seitenflächen des quaderformigen Integratorstabs angeordnet, so lässt sich eine besonders effektive, gezielte azimutale Durchmischung erreichen. Durch diese verbesserte Durchmischung kann die Länge der Vormischeinheit klein gehalten und ggf. im Vergleich zu anderen hier beschriebenen Ausführungsformen verkürzt werden.If the side surfaces of a polygonal integrator rod serving as reflection surfaces are arranged parallel or at an angle of 45 ° to the side surfaces of the cuboid integrator rod oriented parallel to the optical axis, particularly effective, targeted azimuthal mixing can be achieved. As a result of this improved mixing, the length of the premixing unit can be kept short and, if necessary, shortened in comparison to other embodiments described here.
Der Integratorstab und optische Komponenten der Vormischeinheit werden für Anwendungen im tiefen oder Vakuum-Ultraviolettbereich, bei- spielsweise für Systeme der i-Linien-Mikrolithographie, bevorzugt aus transparentem Material gefertigt, insbesondere aus synthetischem Quarzglas. Bei transparenten Mischelementen beruht die zur Durchmischung führende innere Reflexion auf Totalreflexion an den Grenzflächen zu optisch dünneren Medien. In diesem Fall kann beispielsweise durch geeignete, geringe Abstände zwischen den benachbarten Seitenflächen stabförmiger Elemente für Totalreflexionsbedingungen gesorgt werden. Das Prinzip der Erfindung ist auch bei Integratoreinheiten für die Lichtmischung im extremen Ultraviolettbereich (EUV) nutzbar, beispielsweise bei Wellenlängen von 20nm oder weniger. Für diese An- wendung können innenverspiegelte Integrator-Hohlstäbe und -Stäbchen verwendet werden.The integrator rod and optical components of the premixing unit are preferably made of transparent material, in particular of synthetic quartz glass, for applications in the deep or vacuum ultraviolet range, for example for systems of i-line microlithography. In the case of transparent mixing elements, the internal reflection leading to mixing is based on total reflection at the interfaces with optically thinner media. In this case, for example, suitable, small distances between the adjacent side surfaces of rod-shaped elements can provide for total reflection conditions. The principle of the invention can also be used in integrator units for light mixing in the extreme ultraviolet range (EUV), for example at wavelengths of 20 nm or less. Internally mirrored hollow integrator rods and rods can be used for this application.
Bei einer Ausführungsform ist eine primäre Lichtquelle mit endlicher Ausdehnung und großem Abstrahlwinkel vorgesehen, beispielsweise eine Quecksilber-Hochdrucklampe. Die primäre Lichtquelle ist in einem ersten Brennpunkt eines elliptischen Spiegels angeordnet. Zwischen der primären Lichtquelle und einem zweiten Brennpunkt des elliptischen Spiegels ist mindestens ein asphärisches optisches Element mit mindestens einer asphärischen Fläche angeordnet, deren Form derart gestaltet ist, dass Schwerstrahlen der von der primären Lichtquelle abgegebenen Strahlung hinter dem asphärischen optischen Element im wesentlichen auf einen gemeinsamen Punkt der optischen Achse, insbesondere den zweiten Brennpunkt des elliptischen Spiegels, gerichtet sind. Durch diese Maßnahme kann eine Steigerung der Einkoppeleffizienz in die Integratoreinheit dadurch erreicht werden, dass die Lichtverteilung, die entweder direkt oder mit Hilfe einer Abbildung in die Eintrittsfläche der Integratoreinheit fällt, komprimiert wird. Durch geeignete Gestaltung der Asphäre kann dies erreicht werden, ohne das Winkelspektrum im Bereich des Fokuspunktes zu vergrößern.In one embodiment, a primary light source with finite dimensions and a large beam angle is provided, for example a high-pressure mercury lamp. The primary light source is arranged in a first focal point of an elliptical mirror. Between the primary light source and a second focus of the elliptical At least one aspherical optical element with at least one aspherical surface is arranged in the mirror, the shape of which is designed such that heavy rays of the radiation emitted by the primary light source behind the aspherical optical element essentially point to a common point on the optical axis, in particular the second focal point of the elliptical Mirror, are directed. This measure can increase the coupling efficiency into the integrator unit by compressing the light distribution that falls either directly or with the aid of an image into the entry surface of the integrator unit. This can be achieved by suitably designing the asphere without increasing the angular spectrum in the area of the focal point.
Die Form der asphärischen Fläche kann beispielsweise für ein kleines konventionelles Setting optimiert werden. Zur Optimierung der Einkoppeleffizienz auch für andere Settings ohne Austausch von asphärischen Elementen ist es bei einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass das asphärische optische Element mittels einer Steuereinrichtung entlang der optischen Achse verschiebbar ist. Somit kann das asphärische optische Element für jedes Setting individuell optimal positioniert werden, um die gewünschte Komprimierung der Lichtverteilung z.B. am Ort des Verschlusses zu erreichen.The shape of the aspherical surface can be optimized for a small conventional setting, for example. In order to optimize the coupling-in efficiency also for other settings without exchanging aspherical elements, an advantageous further development provides that the aspherical optical element can be displaced along the optical axis by means of a control device. The aspherical optical element can thus be optimally positioned for each setting in order to achieve the desired compression of the light distribution, e.g. to reach at the location of the closure.
Die Bereitstellung mindestens eines asphärischen optischen Elementes in der genannten Kombination von Lichtquelle und elliptischem Spiegel kann unabhängig von den sonstigen Merkmalen der Erfindung auch bei anderen Beleuchtungssystemen vorteilhaft sein, beispielsweise bei konventionellen Beleuchtungssystemen, wie sie in der EP 0 687 956 beschrieben sind.The provision of at least one aspherical optical element in the combination of light source and elliptical mirror mentioned can, regardless of the other features of the invention, also be advantageous in other lighting systems, for example in conventional lighting systems as described in EP 0 687 956.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen. Dabei wird ein in eine Objektebene eines Projektionsobjektives angeordnetes Retikel mit Hilfe einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet, die zur Durchmischung von Licht einer primären Lichtquelle eine Integratoreinheit um- fasst. Es wird auf einem lichtempfindlichen Substrat ein Bild des Retikels erzeugt. Der Schritt der Beleuchtung des Retikels umfasst eine azimutale Durchmischung von Licht der primären Lichtquelle. Das Ausmaß der azimutalen Durchmischung kann so eingestellt werden, dass eine im wesentlichen elliptizitätsfreie Beleuchtung gewährleistet ist. Bei einer Variante des Verfahrens umfasst die Integratoreinheit mindestens einen quaderformigen Integratorstab und die azimutale Durchmischung findet im Lichtweg vor dem Integratorstab statt. Bei dieser Verfahrensvariante kann zur azimutalen Durchmischung die oben näher beschriebene Vormischeinheit genutzt werden. Durch die Aufteilung der azimutalen Pupil- lendurchmischung und der Mischung über das Feld in separaten Kom- ponenten (Vormischeinheit und Integratorstab) ist eine vignettie- rungsfreie Beleuchtung von rechteckigen Beleuchtungsfeldern möglich.The invention also relates to a method for producing semiconductor components and other finely structured components. In doing so, a Reticle arranged in an object plane of a projection objective is illuminated with the aid of an illumination device which comprises an integrator unit for mixing light from a primary light source. An image of the reticle is produced on a light-sensitive substrate. The step of illuminating the reticle involves azimuthal mixing of light from the primary light source. The extent of the azimuthal intermixing can be adjusted so that an essentially ellipticity-free illumination is guaranteed. In a variant of the method, the integrator unit comprises at least one cuboid integrator rod and the azimuthal mixing takes place in the light path in front of the integrator rod. In this variant of the method, the premixing unit described in more detail above can be used for azimuthal mixing. By dividing the azimuthal pupil mixing and the mixing over the field into separate components (premixing unit and integrator rod), vignetting-free lighting of rectangular lighting fields is possible.
Prinzipiell ist es auch möglich, die azimutale Durchmischung mit einem einzigen Integratorstab geeigneten Querschnitts durchzuführen. Wird beispielsweise ein im Querschnitt ovaler oder trapezförmiger Integratorstab verwendet, der im Bereich seiner Austrittsfläche mit einer rechteckigen Blende maskiert ist, so könnte eine weitgehend homogene Ausleuchtung eines rechteckigen Beleuchtungsfeldes auch ohne eine Vormischeinheit der oben erwähnten Art erzielt werden. Mit Hilfe eines sol- chen Integratorstabes könnte bei geeigneter Formgebung und Dimensionierung sowohl eine Durchmischung über das Feld als auch eine Durchmischung über den Pupillenazimut erreicht werden. Bei der Ausleuchtung von Rechteckfeldern kann es zu Vignettierungen kommen.In principle, it is also possible to carry out the azimuthal mixing with a single cross-section suitable for the integrator. If, for example, a cross-sectionally oval or trapezoidal integrator rod is used, which is masked with a rectangular aperture in the area of its exit surface, a largely homogeneous illumination of a rectangular illumination field could also be achieved without a premixing unit of the type mentioned above. With the help of such an integrator rod, with appropriate shaping and dimensioning, both mixing over the field and mixing over the pupil azimuth could be achieved. Vignetting can occur when illuminating rectangular fields.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen und den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung oder auf anderen Gebieten verwirklicht sein.These and further features of the invention also result from the following description of preferred embodiments in conjunction with the dependent claims and the drawings. Here, the individual features can be implemented individually or in groups in the form of sub-combinations in one embodiment of the invention or in other fields.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung;1 is a schematic illustration of a preferred exemplary embodiment of a lighting device according to the invention;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Verteilung der Lichtintensi- tat im Bereich einer rechteckigen Eintrittsfläche eines Integratorstabes;2 is a schematic representation of the distribution of the light intensity in the area of a rectangular entry surface of an integrator rod;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Beleuchtungspupille zur Erläuterung der Pupillenelliptizität;Fig. 3 is a schematic illustration of an illuminating pupil for explaining pupil ellipticity;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Beleuchtungspupille zur Erläuterung der Durchmischung in einer Integratoreinheit;4 is a schematic illustration of an illumination pupil for explaining the mixing in an integrator unit;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer stabförmigen Vormischeinheit;5 is a schematic representation of an embodiment of a rod-shaped premixing unit;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer stabförmigen Vormischeinheit;Fig. 6 is a schematic illustration of another embodiment of a rod-shaped premixing unit;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer stabförmigen Vormischeinheit;7 is a schematic illustration of another embodiment of a rod-shaped premixing unit;
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Reflexion eines Lichtstrahls in einem Integratorstab mit unregelmäßigem Sechseck- Querschnitt; Fig. 9 ist eine schematische Darstellung der Beleuchtungspupille zur Erläuterung der gezielten Durchmischung in einem Integratorstab;Fig. 8 is a schematic representation of the reflection of a light beam in an integrator rod with an irregular hexagonal cross section; 9 is a schematic illustration of the illumination pupil to explain the targeted mixing in an integrator rod;
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung der Verteilung von Schwerstrahlen zwischen der primären Lichtquelle und einer Verschlussebene bei einer konventionellen Beleuchtungseinrichtung;Fig. 10 is a schematic of the distribution of heavy beams between the primary light source and a shutter plane in a conventional lighting device;
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung der Verteilung von Schwerstrahlen zwischen einer primären Lichtquelle und der Verschlussebene gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;11 is a schematic illustration of the distribution of heavy beams between a primary light source and the shutter plane according to an embodiment of the present invention;
Fig. 12 und 13 sind Diagramme, die die Settingabhängigkeit der Beleuchtungsintensität in der Retikelebene bei konventioneller Beleuchtung (Fig. 9) und annularer Beleuchtung (Fig. 10) zeigen.12 and 13 are diagrams showing the setting dependence of the illumination intensity in the reticle plane with conventional illumination (FIG. 9) and annular illumination (FIG. 10).
In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Beleuchtungseinrichtung 10 einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage gezeigt, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen einsetzbar ist und zur Erzielung von Auflösungen bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht aus dem tiefen Ultraviolettbereich arbeitet. Als primäre Lichtquelle dient eine Quecksilber-Kurzbogenlampe 11 für die Quecksilber i-Linie bei 365nm Wellenlänge. Sie ist in einem der beiden Brennpunkte eines elliptischen Spiegels 12 angeordnet, der das emittierte Licht im Bereich seines zweiten Brennpunktes 13 sammelt. In diesem Bereich ist ein Verschluss (Shutter) 14 angeordnet, der zugleich eine Blende ist. Zwischen der Lichtquelle 1 1 und dem zweiten Brennpunkt 13 ist ein asphärisches optisches Element 15 angeordnet, das eine Optimierung der Schwerstrahlverteilung im Bereich des Ver- Schlusses 14 bewirkt und das axial entlang der optischen Achse 16 des Systems verschiebbar ist. Seine Funktion wird im Zusammenhang mit den Fig. 7 und 8 näher erläutert. Es gibt auch Ausführungsformen mit anderen Lichtquellen.1 shows an example of an illumination device 10 of a microlithographic projection exposure system which can be used in the production of semiconductor components and other finely structured components and which works with light from the deep ultraviolet range in order to achieve resolutions down to fractions of a micrometer. A mercury short-arc lamp 11 serves as the primary light source for the mercury i-line at a wavelength of 365 nm. It is arranged in one of the two focal points of an elliptical mirror 12, which collects the emitted light in the region of its second focal point 13. In this area, a shutter 14 is arranged, which is also an aperture. An aspherical optical element 15 is arranged between the light source 11 and the second focal point 13, which optimizes the heavy beam distribution in the area of the Closure 14 causes and which is axially displaceable along the optical axis 16 of the system. Its function is explained in more detail in connection with FIGS. 7 and 8. There are also embodiments with other light sources.
Das folgende Objektiv 20 hat eine erste Linsengruppe 21 , eine konkave erste Axikon-Linse 22, eine konvexe zweite Axikon-Linse 23 und eine zweite Linsengruppe 24. Stellmittel 25, 26 erlauben eine axiale Verschiebung der Axikon-Linse 23 und eines optischen Elementes der zwei- ten Linsengruppe 24. Damit kann zum einen der Abstand der Axikon- Linsen 22, 23 untereinander verstellt und somit der Ringfeldcharakter der Pupillenausleuchtung in der Pupillenzwischenebene 27 verändert werden. Zum anderen wird eine Zoom-Wirkung zur Veränderung des Durchmessers der Pupillenausleuchtung, also des Kohärenzgrades σ erreicht. Die durch Manipulationen am Objektiv 20 erzielbaren Beleuchtungsmodi werden hier auch als Beleuchtungssettings bezeichnet. Ausführungsbeispiele für das Objektiv 20 sind beispielsweise in der EP 687 956 B1 (entsprechend US 5,675,401) enthalten, deren Merkmale durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird. Hinter der Pupillenzwischenebene 27 folgt ein zweites Objektiv 30, mit dem das Licht auf eine rechteckige Eintrittsfläche 41 einer Integratoreinheit 40 fokussiert wird.The following lens 20 has a first lens group 21, a concave first axicon lens 22, a convex second axicon lens 23 and a second lens group 24. Adjustment means 25, 26 allow axial displacement of the axicon lens 23 and one optical element of the two - th lens group 24. On the one hand, the distance of the axicon lenses 22, 23 from one another can be adjusted and thus the ring field character of the pupil illumination in the intermediate pupil plane 27 can be changed. On the other hand, a zoom effect for changing the diameter of the pupil illumination, that is to say the degree of coherence σ, is achieved. The lighting modes that can be achieved by manipulating the lens 20 are also referred to here as lighting settings. Exemplary embodiments for the lens 20 are contained, for example, in EP 687 956 B1 (corresponding to US Pat. No. 5,675,401), the features of which are made the content of this description by reference. Behind the intermediate pupil plane 27 there follows a second objective 30, with which the light is focused on a rectangular entry surface 41 of an integrator unit 40.
Der elliptische Kollektorspiegel 12, das erste Objektiv 20 und das zweite Objektiv 30 bilden eine Kondensoroptik 35, welche ausschließlich optische Komponenten mit zur optischen Achse 16 rotationssymmetrischer Wirkung aufweist. Die Kondensoroptik 35 bildet die primäre Lichtquelle 11 auf die Eintrittsfläche 41 der Integratoreinheit 40 ab. Zwischen der Kondensoroptik 35 und der Eintrittsfläche 41 ist keine Abschattungs- blende angeordnet, so dass die gesamte Stabeintrittsfläche 41 zur Ein- kopplung von Licht genutzt werden kann. Die um die optische Achse 16 zentrierte Integratoreinheit 40 dient zur Durchmischung von Licht der Lichtquelle 11 , um eine homogene Ausleuchtung des Beleuchtungsfeldes zu erreichen. Die Integratoreinheit umfasst einen quaderformigen Integratorstab 42, welcher aus syntheti- schem Quarzglas besteht, eine rechteckige Eintrittsfläche 43, eine rechteckige Austrittsfläche 44 gleicher Größe und vier total reflektierende Seitenflächen 45, 46, 47, 48 hat (vgl. Fig. 2). Unmittelbar vor dem Integratorstab 42 ist eine Vormischeinheit 50 angeordnet, die einen dem Querschnitt des Integratorstabes entsprechenden, rechteckigen Quer- schnitt hat und mehrere schräg zu den Seitenflächen 45 bis 48 und parallel zur optischen Achse 16 verlaufende, total reflektierende Reflexionsflächen umfasst. Aufbau und Funktion erfindungsgemäßer Vor- mischeinheiten werden anhand der Fig. 3 bis 9 später näher erläutert.The elliptical collector mirror 12, the first lens 20 and the second lens 30 form a condenser lens 35, which has only optical components with a rotationally symmetrical effect with respect to the optical axis 16. The condenser optics 35 images the primary light source 11 onto the entry surface 41 of the integrator unit 40. No shading diaphragm is arranged between the condenser optics 35 and the entry surface 41, so that the entire rod entry surface 41 can be used for coupling light. The integrator unit 40 centered around the optical axis 16 serves to mix light from the light source 11 in order to achieve homogeneous illumination of the illumination field. The integrator unit comprises a cuboid-shaped integrator rod 42, which consists of synthetic quartz glass, has a rectangular entry surface 43, a rectangular exit surface 44 of the same size and four totally reflecting side surfaces 45, 46, 47, 48 (cf. FIG. 2). Immediately in front of the integrator rod 42 is a premixing unit 50, which has a rectangular cross section corresponding to the cross section of the integrator rod and comprises a plurality of totally reflecting reflection surfaces running obliquely to the side surfaces 45 to 48 and parallel to the optical axis 16. The structure and function of premixing units according to the invention will be explained in more detail later with reference to FIGS. 3 to 9.
Die Austrittsfläche 44 des Integratorstabes 42 bzw. der Integratoreinheit 40 bildet eine Zwischenfeldebene 55, in der ein Maskierungssystem (Retikel-Masking-System, REMA) 56 angeordnet ist. Das folgende Objektiv 60, auch als REMA-Objektiv bezeichnet, bildet das Maskierungssystem 56 in die Bildebene 65 des Objektivs 60 ab. Die Ebene 65 fällt mit der Objektebene eines nachfolgenden Projektionsobjektivs 67 zusammen und wird auch als Retikelebene bezeichnet, in der eine strukturtragende Maske 66 (das Retikel bzw. die Photomaske) angeordnet werden kann. Das nachfolgende Projektionsobjektiv 67 bildet die Struktur der Maske in seine Bildebene 68 ab, in der ein mit einer lichtempfind- liehen Schicht beschichtetes Substrat, beispielsweise ein Halbleiterwa- fer, angeordnet werden kann. Sowohl die strukturtragende Maske 66 als auch das lichtempfindliche Substrat werden von einer nicht dargestellten Positionier- und Wechseleinheit getragen, die neben dem Tausch der Elemente auch das Scannen der Elemente während der Belichtung er- laubt. Das Objektiv 60 enthält eine erste Linsengruppe 61 , eine Pupillenebene 62, eine zweite Linsengruppe 63 und eine dritte Linsengruppe 64, zwischen denen ein Umlenkspiegel 69 angeordnet ist. Ausführungsbeispiele für das Objektiv 60 sind beispielsweise in der DE 195 48 805 A1 (entsprechend US 5,982,558) und der DE 196 53 983 A1 (entsprechend US Serial Number 09/125621 ) angegeben. Ein Ausführungsbeispiel für das Projektionsobjektiv 67 ist in der DE 199 42 281 enthalten. Die diesbezüglichen Merkmale dieser Dokumente werden durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.The exit surface 44 of the integrator rod 42 or the integrator unit 40 forms an intermediate field level 55, in which a masking system (reticle masking system, REMA) 56 is arranged. The following lens 60, also referred to as a REMA lens, images the masking system 56 into the image plane 65 of the lens 60. The plane 65 coincides with the object plane of a subsequent projection objective 67 and is also referred to as the reticle plane, in which a structure-bearing mask 66 (the reticle or the photomask) can be arranged. The subsequent projection objective 67 depicts the structure of the mask in its image plane 68, in which a substrate coated with a light-sensitive layer, for example a semiconductor wafer, can be arranged. Both the structure-bearing mask 66 and the light-sensitive substrate are carried by a positioning and exchange unit (not shown) which, in addition to exchanging the elements, also allows the elements to be scanned during the exposure. The objective 60 contains a first lens group 61, a pupil plane 62, a second lens group 63 and a third lens group 64, between which a deflection mirror 69 is arranged. Exemplary embodiments of the objective 60 are given, for example, in DE 195 48 805 A1 (corresponding to US 5,982,558) and DE 196 53 983 A1 (corresponding to US Serial Number 09/125621). An embodiment of the projection lens 67 is contained in DE 199 42 281. The relevant features of these documents are made by reference to the content of this description.
Im folgenden werden Maßnahmen erläutert, die es ermöglichen, ein solches Beleuchtungssystem mit hohem Transmissionswirkungsgrad zu schaffen, bei dem gleichzeitig die Pupillenelliptizität bei allen verfügbaren Beleuchtungssettings sehr gering ist und nur schwach vom Setting abhängig ist. Als Transmissionswirkungsgrad wird hier das Verhältnis zwischen der von der primären Lichtquelle 11 abgegebenen Lichtintensität und der im Beleuchtungsfeld in der Retikelebene 65 ankommenden Lichtintensität bezeichnet. Ein entscheidender Beitrag zu dieser Gesamttransmission ist durch die Lichteinkoppeleffizienz am Eintritt 41 der Integratoreinheit gegeben. Als Lichteinkoppeleffizienz wird hier das Verhältnis aus der Differenz zwischen der gesamten, im Bereich der Eintrittsfläche vorhandenen Strahlungsleistung minus der durch Vignettierung „verworfenen" Strahlungsleistung zur gesamten Strahlungsleistung in der Eintrittsebene bezeichnet. Die Lichteinkoppeleffizienz nimmt somit zu, je weniger Strahlungsleistung im Bereich der Eintrittsfläche 41 der Integratoreinheit ungenutzt bleibt. Zu diesem Lichtverlust können zwei Effekte beitragen, nämlich einerseits eine Überstrahlung der Eintrittsfläche durch einen im Vergleich zum Stabeintritt größeren Lichtfleck und andererseits eine Maskierung von Bereichen der Stabeintrittsfläche durch Blenden. Der zweite Beitrag verschwindet bei bevorzugten Ausführungsformen dadurch, dass durch den Verzicht auf Blenden jeglicher Art am Stabeintritt die volle Eintrittsfläche für den Lichteintritt zur Verfü- gung steht. Die mit dieser Maßnahme verbunden negativen Einflüsse auf die Pupillenelliptizität werden durch die Vormischeinheit 50 weitgehend oder vollständig beseitigt.In the following, measures are explained which make it possible to create such a lighting system with a high transmission efficiency, in which at the same time the pupil ellipticity is very low in all available lighting settings and is only weakly dependent on the setting. The transmission efficiency is the ratio between the light intensity emitted by the primary light source 11 and the light intensity arriving in the illumination field in the reticle plane 65. A decisive contribution to this overall transmission is made by the light coupling efficiency at the inlet 41 of the integrator unit. The light coupling efficiency here is the ratio of the difference between the total radiation power present in the area of the entrance area minus the radiation power “rejected” by vignetting to the total radiation power in the entrance plane. The light coupling efficiency thus increases the less radiation power in the area of the entry area 41 Two effects can contribute to this loss of light, namely, on the one hand, an overexposure of the entry surface by a larger light spot compared to the rod entry and, on the other hand, masking regions of the rod entry surface by means of diaphragms the full entry surface for light entry is available on any kind of cover at the rod entry. is available. The negative influences on the pupil ellipticity associated with this measure are largely or completely eliminated by the premixing unit 50.
Zur näheren Erläuterung zeigt Fig. 2 eine rechteckige Eintrittsfläche eines ungeteilten Stabintegrators, bei dem das Verhältnis zwischen Breite (X-Richtung) und Höhe (Y-Richtung) ca. 2:1 beträgt. Ein durch die Kondensoroptik 35 erzeugter, kreisrunder Lichtfleck 70 ist gestrichelt gezeigt. Dieser füllt im Beispiel die Breitenrichtung praktisch vollständig aus, während in Höhenrichtung oberhalb und unterhalb des Stabes Strahlungsintensität am Stabeintritt vorbei geleitet wird und ungenutzt bleibt (Vignettierung). Beispielsweise hat der Lichtbogen der Lichtquelle 11 im Ausführungsbeispiel eine Länge von 4mm und einen Durchmesser von 7mm. Die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen weisen bezüglich der optischen Achse 16 Winkel zwischen ca. 60° und ca. 135° auf. Der Lichtbogen wird durch die Kondensoroptik 35 auf die Eintrittsfläche abgebildet und erzeugt einen Lichtfleck, dessen maximaler Durchmesser beim kleinsten eingestellten σ-Wert ca. 300% größer ist als die Stabhöhe. Die Strahlen weisen hier einen maximalen Winkel von ca. 18° bezüglich der optischen Achse auf. Der Durchmesser des Lichtflecks und die Strahlwinkel an der Eintrittsfläche hängen von der Stellung der Zoom-Linsen und der Axikon-Linsen im Objektiv 20 ab. Dabei nimmt bei konventionellen Settings (geschlossenen Axikon-Linsen) die Größe des Lichtfleckes mit zunehmendem σ-Wert ab, was zu einer Er- höhung der Lichteinkoppeleffizienz mit zunehmendem σ-Wert führt.For a more detailed explanation, FIG. 2 shows a rectangular entry surface of an undivided rod integrator, in which the ratio between width (X direction) and height (Y direction) is approximately 2: 1. A circular light spot 70 generated by the condenser optics 35 is shown in dashed lines. In the example, this practically completely fills the width direction, while in the height direction above and below the rod, radiation intensity is directed past the rod entry and remains unused (vignetting). For example, the arc of the light source 11 in the exemplary embodiment has a length of 4 mm and a diameter of 7 mm. The light beams emitted by the light source have 16 angles between approximately 60 ° and approximately 135 ° with respect to the optical axis. The arc is imaged by the condenser optics 35 on the entry surface and generates a light spot, the maximum diameter of which, at the smallest set σ value, is approximately 300% larger than the rod height. The rays here have a maximum angle of approximately 18 ° with respect to the optical axis. The diameter of the light spot and the beam angle on the entrance surface depend on the position of the zoom lenses and the axicon lenses in the objective 20. With conventional settings (closed axicon lenses), the size of the light spot decreases with increasing σ value, which leads to an increase in light coupling efficiency with increasing σ value.
Die Lichtverluste durch unvollständige Einkopplung des Lichtfleckes treten gemeinsam mit einer EHiptizität der Pupillenausleuchtung auf. Untersuchungen im Rahmen der Erfindungen haben gezeigt, dass die Pupil- len am Stabeintritt außerhalb der optischen Achse 12 dipolähnlich ausgeleuchtet sind, wobei die Feldabhängigkeit der Ausleuchtung rotationssymmetrisch zur optischen Achse ist. Diese Situation ist in Fig. 2 sehe- matisch dargestellt. Im Beispiel ist der Dipolcharakter der Strahlung (gekennzeichnet durch die gekreuzten Pfeile) derart, dass die zur Radialrichtung gehörenden Intensitäten in allen Feldpunkten größer sind als die zur zugehörigen Tangentialrichtung gehörigen Intensitäten. Da ober- halb und unterhalb des Stabeintritts Lichtintensität verworfen wird, bei der im Mittel die Intensität parallel zur Y-Richtung größer ist als senkrecht dazu, wird insgesamt in den Stab die Lichtintensität so eingekoppelt, dass in den um die X-Achse zentrierten Bereichen (Quadranten 2 und 4) mehr Lichtintensität vorhanden ist als in den um die Y-Achse zentrierten Quadranten 1 und 3 (vgl. Fig. 3). Zur Bestimmung der EHiptizität werden die Gesamtintensitäten in den vier Quadranten 1 , 2, 3 und 4 bestimmt. Die Quadranten werden hier durch Geraden 75, 76 begrenzt, die jeweils unter 45° zur Y-Achse (bzw. zur X-Achse) stehen. In dieser Anmeldung ergibt sich die EHiptizität aus dem Quotienten der Gesamtin- tensitäten in den um die Y-Achse zentrierten Quadranten 1 und 3 zur Gesamtintensität in den um die X-Achse zentrierten Quadranten 2 und 4 gemäß:The light losses due to incomplete coupling of the light spot occur together with an e-hipticity of the pupil illumination. Investigations within the scope of the inventions have shown that the pupils at the rod entry outside the optical axis 12 are illuminated in a dipole-like manner, the field dependence of the illumination being rotationally symmetrical to the optical axis. This situation can be seen in FIG. represented mathematically. In the example, the dipole character of the radiation (indicated by the crossed arrows) is such that the intensities belonging to the radial direction are greater in all field points than the intensities belonging to the associated tangential direction. Since light intensity is rejected above and below the rod entry, in which the intensity parallel to the Y direction is greater on average than perpendicular to it, the light intensity is coupled into the rod overall in such a way that in the areas centered around the X axis ( Quadrants 2 and 4) there is more light intensity than in the quadrants 1 and 3 centered around the Y axis (cf. FIG. 3). To determine the eHipticity, the total intensities in the four quadrants 1, 2, 3 and 4 are determined. The quadrants are delimited here by straight lines 75, 76, which are each at 45 ° to the Y axis (or to the X axis). In this application, the e-hipticity results from the quotient of the total intensities in quadrants 1 and 3 centered around the Y axis and the total intensity in quadrants 2 and 4 centered around the X axis according to:
[Intensität dF + Intensität dF EHiptizität = -[Intensity dF + Intensity dF EHipticity = -
[Intensität dF + [Intensität dF[Intensity dF + [Intensity dF
Da im Beispielsfall die Intensität schwerpunktmäßig um die X-Achse zentriert ist, liegt eine EHiptizität <1 vor.Since the intensity is centered around the X axis in the example, there is an eHipticity <1.
Bei einem herkömmlichen, einstückigen Rechteckstab mit Seitenflächen parallel zur X-Z bzw. Y-Z-Ebene bleibt die X-Y-Symmetrie der einfallen- den Winkelverteilung erhalten. Aus diesem Grund führt ein Stab mit rechteckigem Querschnitt, der mit der in Fig. 2 schematisch gezeigten Winkelverteilung bestrahlt wird, zu elliptischen Pupillen, da insgesamt mehr Licht in die Richtungsquadranten 2 und 4 als in die Richtungsquadranten 1 und 3 eingekoppelt wird. Diese Winkelerhaltung wird an- hand der Fig. 4 näher erläutert. Fig. 4 zeigt eine in Quadranten unterteilte Pupille, bei der ein in den Stab einfallender Lichtstrahl durch einen Pfeil 80 repräsentiert ist. Die Länge des Pfeiles wird als „Zenith" bezeichnet und repräsentiert in der darge- stellten Projektion des Richtungspfeils auf die Pupillenebene den Winkel zwischen der Einstrahlrichtung und der optischen Achse 12. In der dargestellten Projektion würde ein zum Rand der Pupille führender Pfeil einem Einfallswinkel von 90° entsprechen, eine Pfeillänge von null entspricht einer Einstrahlung in Axialrichtung. Die Einfallsrichtung ist wei- terhin gekennzeichnet durch einen Winkel 81 zwischen einer Bezugsrichtung, beispielsweise der Y-Achse, und der Ebene, die ein einfallender Lichtstrahl mit der optischen Achse aufspannt. Dieser Winkel wird als Azimut bezeichnet.With a conventional, one-piece rectangular bar with side surfaces parallel to the XZ or YZ plane, the XY symmetry of the incident angular distribution is retained. For this reason, a rod with a rectangular cross section, which is irradiated with the angular distribution shown schematically in FIG. 2, leads to elliptical pupils, since overall more light is coupled into the directional quadrants 2 and 4 than into the directional quadrants 1 and 3. This preservation of the angle is explained in more detail with reference to FIG. 4. FIG. 4 shows a pupil divided into quadrants, in which a light beam incident in the rod is represented by an arrow 80. The length of the arrow is referred to as “zenith” and in the projection of the directional arrow onto the pupil plane represents the angle between the direction of incidence and the optical axis 12. In the projection shown, an arrow leading to the edge of the pupil would have an angle of incidence of 90 The arrow direction is further characterized by an angle 81 between a reference direction, for example the Y axis, and the plane that an incident light beam spans with the optical axis is called azimuth.
In einem Stab mit rechtwinklig zueinander stehenden Seitenflächen führt eine Reflexion an diesen Seitenflächen zu einer „Spiegelung" des den Lichtstrahl repräsentierenden Pfeiles 80 an den X- bzw. Y-Achsen. Es ist ersichtlich, dass diese Spiegelungen (charakterisiert durch gestrichelte Pfeile 82), nur eine Umverteilung zwischen einander gegenüberliegen- den Quadranten bewirken (im Beispielsfall den Quadranten 2 und 4). Die Pupillenelliptizität am Eintritt bleibt in diesem Fall über die Stablänge erhalten und herrscht auch am Stabaustritt vor.In a rod with side surfaces that are at right angles to one another, reflection on these side surfaces leads to a “reflection” of the arrow 80 representing the light beam on the X and Y axes. It can be seen that these reflections (characterized by dashed arrows 82), only result in a redistribution between opposing quadrants (quadrants 2 and 4 in the example) The pupil ellipticity at the entry is retained in this case over the length of the rod and also prevails at the rod exit.
Dieser Nachteil herkömmlicher Integratoreinheiten wird durch die Erfin- düng vermieden.This disadvantage of conventional integrator units is avoided by the invention.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die stabförmige Integratoreinheit 40 gegenüber bekannten Lösungen modifiziert, indem vor einen einstückigen Integratorstab 42 eine Vormischeinheit 50 gleichen Querschnitts angeordnet wird. Die Integratoreinheit wird somit in zwei axial aufeinanderfolgende Abschnitte unterteilt, wobei das Verhältnis der Längen vom ersten Abschnitt 50 zum zweiten Abschnitt 42 beispielswei- se ca. 3:5 betragen kann. Die Vormischeinheit 50 ist als quaderformige Stabanordnung mit fünf aneinandergrenzenden Integratorstäbchen 151 bis 155 ausgebildet, die entlang ihrer Seitenflächen jeweils einen geringen Abstand (größer als die Wellenlänge des verwendeten Lichtes) auf- weisen, um jeweils eine Totalreflexion innerhalb der einzelnen Stäbchen zu ermöglichen. Ein um die optische Achse zentriert anzuordnendes mittleres Stäbchen 151 hat einen quadratischen Querschnitt, dessen Seitenlänge der Höhe der Stabanordnung entspricht. Spiegelsymmetrisch zur Y-Achse sind links und rechts jeweils zwei Stäbchenpaare 152, 153 bzw. 154, 155 angeordnet, deren Stäbchen jeweils einen keilförmigen Querschnitt haben, der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 die Form eines rechtwinkligen Dreiecks hat. Die einander zugewandten und mit geringem Abstand zueinander angeordneten Hypotenusenflächen 156 bis 159 bilden ebene Reflexionsflächen, die schräg zu den Seiten- flächen 45 bis 48 des Stabintegrators ausgerichtet und spiegelsymmetrisch zur Y-Z-Ebene angeordnet sind. Der Anstellwinkel zu den X- bzw. Y-Achsen beträgt hier ca. 30° bzw. 60°. Das Verhältnis V der Gesamtfläche der schrägen Reflexionsfläche zu der Gesamtfläche der in X- bzw. Y-Richtung verlaufenden Reflexionsfläche beträgt ca. 0,75. Das Verhältnis V sollte zwischen ca. 0,6 und ca. 0,8 liegen. Wird V kleiner als 0,6, so können mehrere Reflexionen im Stab nacheinander ohne Einbeziehung der schrägstehenden Flächen stattfinden. Das reduziert die Effizienz der azimutalen Pupillendurchmischung. Ein Wert von größer als 0,8 bedeutet, dass der Anstellwinkel der schrägen Fläche sehr groß bzw. sehr klein wird. Ist die schräge Fläche aber nahezu parallel bzw. orthogonal zu den übrigen Flächen, reduziert das wiederum den Effekt der Pupillendurchmischung. Aus diesem Grund sollte der Anstellwinkel zwischen ca. 15° und ca. 75° liegen.In the embodiment shown in FIG. 1, the rod-shaped integrator unit 40 is modified compared to known solutions in that a premixing unit 50 of the same cross section is arranged in front of an integral integrator rod 42. The integrator unit is thus divided into two axially successive sections, the ratio of the lengths of the first section 50 to the second section 42 being, for example, se can be approx. 3: 5. The premixing unit 50 is designed as a cuboid bar arrangement with five adjoining integrator bars 151 to 155, each of which is at a small distance (greater than the wavelength of the light used) along its side surfaces, in order to enable total reflection within the individual bars. A central rod 151 to be arranged centered around the optical axis has a square cross section, the side length of which corresponds to the height of the rod arrangement. Two pairs of rods 152, 153 and 154, 155 are arranged mirror-symmetrically to the Y-axis on the left and right, the rods of which each have a wedge-shaped cross section, which in the embodiment according to FIG. 5 has the shape of a right-angled triangle. The hypotenuse surfaces 156 to 159 which face one another and are arranged at a short distance from one another form flat reflection surfaces which are oriented obliquely to the side surfaces 45 to 48 of the rod integrator and are arranged mirror-symmetrically to the YZ plane. The angle of attack to the X or Y axes is approx. 30 ° or 60 ° here. The ratio V of the total area of the oblique reflection area to the total area of the reflection area running in the X or Y direction is approximately 0.75. The ratio V should be between about 0.6 and about 0.8. If V is less than 0.6, several reflections in the rod can take place in succession without including the inclined surfaces. This reduces the efficiency of the azimuthal pupil mixing. A value greater than 0.8 means that the angle of attack of the inclined surface becomes very large or very small. However, if the inclined surface is almost parallel or orthogonal to the other surfaces, this in turn reduces the effect of interpupillary mixing. For this reason, the angle of attack should be between approx. 15 ° and approx. 75 °.
Bei der Ausführungsform der Vormischeinheit 50' in Fig. 6 haben die mit Schrägflächen versehenen Stäbchen links und rechts des quadratischen Mittelstabes 151' einen keilförmigen Vierkant-Querschnitt, bei dem die schrägen Reflexionsflächen in spitzerem Winkel von ca. 20° und entsprechend größerem Winkel von ca. 70° zur Y-Achse bzw. zur X-Achse angewinkelt sind. Im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Fig.5 werden hier beschädigungsanfällige spitzwinklige Kanten vermieden, wo- durch z.B. eine einfache Halterung möglich ist.In the embodiment of the premixing unit 50 'in FIG. 6, the rods provided with inclined surfaces on the left and right of the square central rod 151' have a wedge-shaped square cross-section, in which the oblique reflection surfaces are angled at an acute angle of approx. 20 ° and a correspondingly larger angle of approx. 70 ° to the Y-axis or the X-axis. In comparison to the embodiment according to FIG. 5, sharp-angled edges, which are susceptible to damage, are avoided here, which makes simple mounting possible.
Bei Bestrahlung rotationssymmetrisch zur Mittelachse des Stabes wird, integriert über das Profil des quadratischen Mittelstücks 151 bzw. 51 ', in dem ersten Stababschnitt, der durch die Vormischeinheit 50 bzw. 50' gebildet wird, genauso viel Energie in die Pupillenquadranten 1 und 3 eingekoppelt, wie in die Pupillenquadranten 2 und 4. Damit ist bei ausreichender Lichtmischung die Pupille hinter diesem mittleren, quadratischen Stabelement per Definition elliptizitätsfrei. Durch die schräg gestellten Reflexionsflächen 156 bis 159 in den Seitenstücken der Vor- mischeinheit wird die Pupille, im Gegensatz zu einem Stabintegrator mit parallelen bzw. senkrechten Bezugsflächen, azimutal durchmischt. Der wesentliche Effekt einer „azimutalen Durchmischung" ist es, dass eine Umverteilung von Lichtenergie von den um die X-Achse zentrierten Quadranten die um die Y-Achse zentrierten Quadranten (und umge- kehrt) stattfinden kann. Im Bild von Fig. 4 bedeutet eine azimutale Durchmischung, dass beispielsweise Anteile der Lichtenergie des Lichtstrahles 80 in einen nebenliegenden Quadranten, beispielsweise in den Quadranten 3 in der Nähe der Y-Achse transferiert werden kann (strichpunktierter Pfeil 80'). Dies entspricht einer Spiegelung um eine nicht mit der X- oder Y-Achse zusammenfallende Ebene, deren Ausrichtung durch die Ausrichtung der schrägen Reflexionsflächen bestimmt ist. Durch entsprechende Dimensionierung und Ausrichtung der schrägen Reflexionsflächen kann somit erreicht werden, dass die Pupillen hinter der Vormischeinheit 50 insgesamt weitgehend elliptizitätsfrei sind, da in allen vier Quadranten im wesentlichen die gleiche Lichtintensität vorliegt. In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform einer Vormischeinheit 50" gezeigt. Diese weist einen zentralen Integratorstab 151 " mit sechseckiger Grundfläche auf, deren Kanten unterschiedlich lang sind. Ein Integratorstab mit Sechseck-Querschnitt wird hier auch als „hexagonaler Integratorstab" bezeichnet. Bei anderen Ausführungsformen sind andere regelmäßige oder unregelmäßige polygonale Querschnittsformen vorgesehen. Im Einbauzustand ist dieser Integratorstab um die optische Achse des Beleuchtungssystems zentriert. Zwei gegenüberliegende Seitenflächen 170, 171 des zentralen Integratorstabs bilden den mittleren Teil der in X-Richtung weisenden Seitenflächen der quaderformigen Vormischeinheit 50", während die vier weiteren Seitenflächen jeweils in einem Winkel von 45° zu diesen Seitenflächen angeordnet sind. Diese vier Seitenflächen liegen benachbart zu den Seitenflächen von vier Integratorstäbchen 162 bis 165 mit keilförmiger Grundfläche, welche so ausgebildet sind, dass sie gemeinsam mit dem zentralen Integratorstab die quaderformige Vormischeinheit 50" bilden. Der hexagonale Integratorstab führt hierbei eine gezielte azimutale Durchmischung des Eintrittslichtes ein. Auch die keilförmigen Randkeile 162 bis 165 durchmischen das durch sie hindurchtretende Licht jeweils azimutal. Die Randkeile ha- ben ebenso wie der zentrale Integratorstab 151 " Kanten mit Winkeln von 45°, 135° und 90° und mischen genauso gezielt wie der zentrale Integratorstab, jedoch etwas weniger effektiv.When irradiation is rotationally symmetrical to the central axis of the rod, integrated as much energy into the pupil quadrants 1 and 3 is integrated into the first rod section, which is formed by the premixing unit 50 or 50 ', integrated via the profile of the square central piece 151 or 51'. as in the pupil quadrants 2 and 4. With a sufficient light mixture, the pupil behind this central, square rod element is by definition ellipticity-free. Due to the inclined reflection surfaces 156 to 159 in the side pieces of the premixing unit, in contrast to a rod integrator with parallel or vertical reference surfaces, the pupil is mixed azimuthally. The essential effect of an "azimuthal mixing" is that a redistribution of light energy from the quadrants centered around the X axis can take place (and vice versa) centered around the Y axis. In the image of FIG. 4, one means azimuthal mixing that, for example, portions of the light energy of the light beam 80 can be transferred to an adjacent quadrant, for example in the quadrant 3 in the vicinity of the Y axis (dash-dotted arrow 80 '). This corresponds to a reflection by one not with the X or Y-axis coinciding plane, the orientation of which is determined by the orientation of the oblique reflecting surfaces By appropriate dimensioning and orientation of the oblique reflecting surfaces, it can thus be achieved that the pupils behind the premixing unit 50 as a whole are largely free of ellipticity, since in all four quadrants essentially the same light intensity is present. 7 shows a further embodiment of a premixing unit 50 ". This has a central integrator rod 151" with a hexagonal base, the edges of which are of different lengths. An integrator rod with a hexagonal cross section is also referred to here as a “hexagonal integrator rod”. In other embodiments, other regular or irregular polygonal cross-sectional shapes are provided. In the installed state, this integrator rod is centered around the optical axis of the lighting system. Two opposite side surfaces 170, 171 of the central integrator rod form the middle part of the side faces of the cuboid premixing unit 50 " pointing in the X direction, while the four further side faces are each arranged at an angle of 45 ° to these side faces. These four side surfaces lie adjacent to the side surfaces of four integrator rods 162 to 165 with a wedge-shaped base, which are designed such that they form the cuboid premix unit 50 " together with the central integrator rod. The hexagonal integrator rod introduces a targeted azimuthal mixing of the entry light. The wedge-shaped edge wedges 162 to 165 also mix the light passing through them azimuthally. Like the central integrator rod, the edge wedges have 151 "edges with angles of 45 °, 135 ° and 90 ° and mix just as specifically as the central integrator rod, however a little less effective.
Um das Funktionsprinzip der gezielten azimutalen Durchmischung in dem hexagonalen Integratorstab nachzuvollziehen, betrachtet man die Projektion des Strahlverlaufs eines einzelnen durch den Integratorstab tretenden Lichtstrahls auf die hexagonale Querschnittsfläche des Stabes nach Fig. 8. Tritt der Strahl 200 unter einem Winkel α bezüglich der Y- Achse in den Stab ein, so wird er beim Durchtritt durch den Stab mehr- mals an den Seitenflächen reflektiert. Bei jeder Totalreflexion verändert sich der Winkel α bezüglich der Y-Achse, jedoch können beim Durchtritt durch den Integratorstab insgesamt nur acht diskrete α-Werte ange- nommen werden. Zur Erläuterung zeigt Fig. 9, dass in der schematischen Darstellung der Pupillenebene gemäß Fig. 9 acht diskrete Azimutalwinkel α auftreten, die durch die Pfeile 210, 211 repräsentiert werden. Diese Winkel kommen durch Spiegelung des durch einen Pfeil symboli- sierten eintretenden Strahls 210 an der X-und Y-Achse sowie an den zwei um 45° zu diesen Achsen gedrehten Winkelhalbierenden zustande. Der Vorteil bei der Verwendung von Reflexionsflächen, welche unter einem Winkel von 45° zu den Seitenflächen der quaderformigen Integratoreinheit angeordnet sind, wird hier besonders deutlich, da in allen vier Quadranten der Pupille, wie sie in Fig. 3 beschrieben werden, genau dieselben Verhältnisse herrschen, so dass man die gesamte Pupillenebene auch durch sukzessive Drehung eines dieser vier Sektoren um 90°, 180° und 270° erhalten könnte. Bei Vorliegen einer solchen Verteilung wird von gezielter azimutaler Durchmischung gesprochen. Auch die vier Integratorstäbchen 162 bis 165 mit keilförmiger Grundfläche führen zu einer azimutalen Durchmischung des Eintrittslichts, da diese schräge Reflexionsflächen haben, wobei sie insbesondere ebenfalls nur Seitenflächen aufweisen, welche parallel oder im Winkel von 45° bzw. 135° zu den Seitenflächen der quaderformigen Integratoreinheit 42 angeordnet sind.In order to understand the functional principle of the targeted azimuthal mixing in the hexagonal integrator rod, consider the projection of the beam path of an individual light beam passing through the integrator rod onto the hexagonal cross-sectional area of the rod according to FIG. 8. If the beam 200 occurs at an angle α with respect to the Y axis into the rod, it is reflected several times on the side surfaces as it passes through the rod. With every total reflection, the angle α changes with respect to the Y axis, but only eight discrete α values can be entered when passing through the integrator rod. be taken. For explanation purposes, FIG. 9 shows that eight discrete azimuthal angles α occur in the schematic representation of the pupil plane according to FIG. 9, which are represented by the arrows 210, 211. These angles are created by reflecting the entering beam 210, symbolized by an arrow, on the X and Y axes and on the two bisectors of the angle rotated by 45 ° to these axes. The advantage of using reflection surfaces, which are arranged at an angle of 45 ° to the side surfaces of the cuboid integrator unit, is particularly clear here, since exactly the same conditions prevail in all four quadrants of the pupil, as are described in FIG. 3 , so that the entire pupil plane could also be obtained by successively rotating one of these four sectors by 90 °, 180 ° and 270 °. If such a distribution is present, targeted azimuthal mixing is referred to. The four integrator rods 162 to 165 with a wedge-shaped base also lead to an azimuthal mixing of the entrance light, since they have oblique reflection surfaces, and in particular they also only have side surfaces which are parallel or at an angle of 45 ° or 135 ° to the side surfaces of the cuboid integrator unit 42 are arranged.
Die Tatsache, dass die Querschnittsfläche des zentralen hexagonalen Integratorstabes bei gleicher Dimensionierung der rechteckigen Querschnittsfläche der Vormischeinrichtung 50 größer ist als die Quer- schnittsfläche eines zentralen Integratorstabes mit quadratischer Grundfläche, führt zu einer besseren Ausleuchtung der Pupillenparzellen, wodurch der Telezentriefehler reduziert wird. Die oben beschriebene azimutale Durchmischung gemeinsam mit der recht großen Querschnittsfläche des zentralen Integratorstabes führt außerdem dazu, dass die Gesamtlänge der Vormischeinheit in dieser Ausführungsform gering ausfallen kann. Hinter der Vormischeinheit ist jedoch die Feldausleuchtung in der Regel noch nicht homogen. Eine Homogenisierung wird durch den nachfolgenden, rechteckigen Integratorstab 42 ausreichender Länge erreicht. Dieser Integratorstab konserviert, wie oben ausgeführt, die Verteilung der Gesamtenergie in den Pupillenquadranten 1 und 3 bzw. 2 und 4 und damit die weitgehend oder vollständig elliptizitätsfreien Pupillen, welche von der Vormischeinheit 40 zur Verfügung gestellt werden. Durch die vielfache innere Reflexion entlang der Stablänge wird aber das Licht ü- ber das gesamte Feld durchmischt und somit eine ortsunabhängig uni- forme Intensitätsverteilung am Stabaustritt 44 (in der Feldzwischenebene 55) erreicht.The fact that the cross-sectional area of the central hexagonal integrator rod with the same dimensioning of the rectangular cross-sectional surface of the premixing device 50 is larger than the cross-sectional area of a central integrator rod with a square base area, leads to better illumination of the pupil parcels, as a result of which the telecentricity error is reduced. The above-described azimuthal mixing together with the quite large cross-sectional area of the central integrator rod also means that the total length of the premixing unit can be small in this embodiment. However, the field illumination behind the premixing unit is usually not yet homogeneous. Homogenization is achieved by the subsequent rectangular integrator rod 42 of sufficient length. As explained above, this integrator rod preserves the distribution of the total energy in the pupil quadrants 1 and 3 or 2 and 4 and thus the largely or completely ellipticity-free pupils, which are provided by the premixing unit 40. Due to the multiple internal reflection along the length of the rod, however, the light is mixed over the entire field and thus a uniform intensity distribution at the rod outlet 44 (in the intermediate field plane 55) regardless of location.
Ist die Gesamtlänge der Integratoreinheit durch bautechnische Zwänge vorgegeben, so steht bei obiger Ausführungsform der Vormischeinrich- tung 50" eine größere Länge für den quaderformigen Integratorstab 42 zur Verfügung. Dies führt zu einer besseren Homogenisierung des Lichts, wodurch in der Zwischenfeldebene 55 einerseits der Telezentrie- fehler verringert und andererseits der Intensitätsverlauf in dieser Ebene nahezu feldunabhängig wird. Mit anderen Worten: Da die Vormischein- heit 50" ein besseres Mischungsverhalten zeigt, kann die Länge dieser Einheit ohne wesentliche Einbußen bei der EHiptizität klein gehalten werden. Dafür kann der quaderformige Anteil verlängert werden, um Te- lezentrie und Uniformity am Stabaustritt noch zu optimieren.If the overall length of the integrator unit is predetermined by structural constraints, then in the above embodiment of the premixing device 50 " a greater length is available for the cuboid integrator rod 42. This leads to better homogenization of the light, which in the intermediate field level 55 on the one hand means that the telecentricity errors are reduced and on the other hand the intensity curve in this level becomes almost field-independent. In other words: since the premixing unit 50 "shows better mixing behavior, the length of this unit can be kept small without significant losses in the e-hipticity. The cuboid portion can be extended to optimize the telecentricity and uniformity at the rod exit.
Eine weitere Maßnahme zur Steigerung der Lichteinkoppeleffizienz wird anhand der Fig. 10 und 11 näher erläutert. In Fig. 10 ist der Merido- nalstrahlverlauf zwischen der Lichtquelle 11 und der Ebene des Verschlusses 14 schematisch dargestellt. Aufgrund der unvermeidbaren Abschattung durch die Lampenelektroden ist die Winkelverteilung im Bereich des Verschlusses 14 annular und aufgrund der Ausdehnung des Lampenplasmas ist der Lichtfleck in der Nähe des zweiten Ellipsenbrennpunktes, d.h. im Bereich des Verschlusses 14, axial und radial ausgedehnt. Diese „verschmierte" Lichtverteilung ist in Fig. 7 anhand der Verläufe von Schwerstrahlen 90 dargestellt. Während die achsfernen Schwerstrahlen auf die Mitte der Verschlussebene gerichtet sind, zielen die achsnahen Schwerstrahlen auf einen mit Abstand vor dieser Ebene liegenden Achspunkt. Diese Lichtverteilung wird durch die Objektive 20, 30 in die Eintrittsebene der Integratoreinheit 40 abgebildet. Wie oben erwähnt, wird an dieser Stirnfläche ein Teil des Lichtes, vor allem bei kleinen σ- Werten vignettiert.Another measure for increasing the light coupling efficiency is explained in more detail with reference to FIGS. 10 and 11. 10 shows the meridional beam path between the light source 11 and the plane of the closure 14 schematically. Due to the unavoidable shadowing by the lamp electrodes, the angular distribution in the area of the closure 14 is annular and due to the expansion of the lamp plasma, the light spot in the vicinity of the second ellipse focal point, ie in the area of the closure 14, is axial and radial extended. This “smeared” light distribution is shown in FIG. 7 using the courses of heavy beams 90. While the heavy beams remote from the axis are directed to the center of the closure plane, the heavy beams close to the axis aim at an axis point that is at a distance from this plane. This light distribution is achieved by the objectives 20, 30 in the entry plane of the integrator unit 40. As mentioned above, part of the light is vignetted on this end face, especially with small σ values.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird nun die Lichtverteilung im Bereich des Verschlusses 14 (d.h. die „Objektgröße") für die nachbildende Abbildungsoptik, komprimiert. Dabei ist es wichtig, dass hierzu das Winkelspektrum im Bereich des Verschlusses nicht vergrößert wird, weil dies zu einer Vergrößerung des eingestellten Beleuchtungssettings füh- ren würde. Eine Settingvergrößerung aber führt ohnehin zu einer Erhöhung der Einkoppeleffizienz (Fig. 12 und 13). Eine Komprimierung der Lichtverteilung in der Shutter-Ebene ohne Verbreiterung des Winkelspektrums wird erreicht, indem in einer Ebene 91 vor der Ebene des Verschlusses, also zwischen Lichtquelle und zweitem Brennpunkt des elliptischen Spiegels 12, ein asphärisches optisches Element 15 angeordnet wird. Die Axialposition ist vorzugsweise so gewählt, dass das E- lement möglichst dicht an der Verschlussebene sitzt, aber andererseits Strahlen aus dem oberen und unteren Bereich A und B des El- lipsoidspiegels 12 noch getrennt sind. Das asphärische optische Ele- ment, das beispielsweise als meniskusförmige Platte mit zur Shutter- Ebene gerichteten Konkavflächen ausgebildet sein kann, hat mindestens eine asphärische Fläche 92. Die Radien der beiden Flächen sind etwa konzentrisch zum Zentrum des Verschlusses und die Asphäre ist so berechnet, dass alle Schwerstrahlen 90 in den Bereich der Mitte des Verschlusses, also zum zweiten Brennpunkt des elliptischen Spiegels 12 zielen. Am Strahlverlauf in Fig. 11 ist erkennbar, dass einerseits das Licht im Shutter 14 stärker fokussiert ist und dass zweitens teilweise die Einfallswinkel verringert werden, so dass die Annularität der Pupillen im Bereich des Verschlusses 14 verkleinert wird.According to one aspect of the invention, the light distribution in the area of the closure 14 (ie the “object size”) for the imaging imaging optics is compressed. It is important that the angular spectrum in the area of the closure is not enlarged because this leads to an enlargement An enlargement of the setting leads to an increase in the coupling efficiency anyway (FIGS. 12 and 13). A compression of the light distribution in the shutter plane without widening the angle spectrum is achieved by in a plane 91 in front of the plane an aspherical optical element 15 is arranged between the light source and the second focal point of the elliptical mirror 12. The axial position is preferably selected such that the element sits as close as possible to the plane of the closure, but on the other hand beams from the upper and lower region A and B of the ellipsoid mirror 12 still g The aspherical optical element, which can be designed, for example, as a meniscus-shaped plate with concave surfaces facing the shutter plane, has at least one aspherical surface 92. The radii of the two surfaces are approximately concentric with the center of the closure and the asphere is like this calculates that all the heavy beams 90 are aimed in the region of the center of the shutter, that is to say to the second focus of the elliptical mirror 12. It can be seen from the beam path in FIG. 11 that, on the one hand, the light in the shutter 14 is more focused and, secondly, that the light is partially Angle of incidence can be reduced, so that the annularity of the pupils in the area of the closure 14 is reduced.
Die Optimierung der Form der Asphäre kann für ein bestimmtes konven- tionelles Setting, insbesondere ein kleines konventionelles Setting (mit kleinem σ-Wert) vorgenommen werden, indem für die gewählte Ebene 91 die Verteilung der Schwerstrahlrichtungen über die Feldhöhe auf Abstand von der optischen Achse ausgerechnet wird und die Asphäre so ausgelegt wird, dass sich die gewünschte Schwerstrahlverteilung ergibt. Zur Optimierung der Einkoppeleffizienz auch für andere Settings ohne Tausch des asphärischen optischen Elementes ist dieses vorzugsweise axial beweglich gelagert, so dass die axiale Position der Asphäre für jedes Setting individuell optimal eingestellt werden kann.The shape of the asphere can be optimized for a certain conventional setting, in particular a small conventional setting (with a small σ value), by calculating the distribution of the heavy beam directions over the field height at a distance from the optical axis for the selected plane 91 and the asphere is designed so that the desired heavy beam distribution results. To optimize the coupling efficiency also for other settings without exchanging the aspherical optical element, the latter is preferably mounted so that it can move axially, so that the axial position of the asphere can be optimally set individually for each setting.
Anhand der Fig. 12 und 13 wird der Effekt der dargestellten Systemmodifikationen auf die Intensität im Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems in der Retikelebene 65 gezeigt. In den Diagrammen stellt die x- Achse unterschiedliche, nach rechts zunehmende σ-Werte bzw. Settings dar, während an der y-Achse eine normierte Intensität I (norm) [%] in der Retikelebene aufgetragen ist. Der σ-Wert ist hier definiert als Verhältnis NA Bei, 90%/ NA PO, wobei NA Beι, 90% der Radius in der Objektivpupille ist, der 90% des vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Lichts umschließt (90% encircled energy), und NA PO des Radius der Objektivpupille des Projektionsobjektes ist. Alle y-Werte sind auf die Intensität nor- miert, die maximal mit einem System ohne Vormischeinheit und asphä- rischem optischen Element erreicht werden kann, wobei dieses Originalsystem zur Verminderung der Pupillenelliptizität ab Stabeintritt eine kreisrunde Blende aufweist, die die Pupillenelliptizität am Retikel bzw. in der Waferebene auf werte zwischen ca. 0,97 und ca. 1 ,03 begrenzt. Fig. 12 zeigt die Setting-Abhängigkeit der Intensität am Retikel für verschiedene konventionelle Beleuchtungen (homogen ausgeleuchteter Beleuchtungsfleck), während Fig. 13 diese Settingabhängigkeit für ver- schiedene Ringfeldbeleuchtungen (mit geöffneten Axicon-Linsen) zeigt. Die mit „ORIG" gekennzeichneten Kurven geben die Werte das Referenzsystem (Originalsystem mit kreisrunder Blende) wieder. Die mit „MIX" gekennzeichneten Kurven zeigen entsprechende Werte mit Vor- mischeinheit (Mixing Unit, MIX). Die mit „MIX+AS" gekennzeichneten Kurven zeigen die entsprechenden Werte für Systeme, die sowohl eine Vormischeinheit als auch ein asphärisches Element zwischen Lampe und zweiten Brennpunkt aufweisen. Bei den Darstellungen ist berücksichtigt, dass die Asphäre entlang der optischen Achse verfahrbar ist und dementsprechend für jedes Setting eine eigene optimale Position angefahren werden kann.The effect of the system modifications shown on the intensity in the illumination field of the illumination system in the reticle plane 65 is shown with reference to FIGS. 12 and 13. In the diagrams, the x-axis represents different σ values or settings that increase to the right, while a normalized intensity I (norm) [%] is plotted on the y-axis in the reticle plane. The σ value is defined here as the ratio NA Bei, 90% / NA PO, where NA Be ι, 90% is the radius in the objective pupil that encloses 90% of the light provided by the lighting system (90% encircled energy), and NA PO is the radius of the objective pupil of the projection object. All y values are standardized to the maximum intensity that can be achieved with a system without a premixing unit and an aspherical optical element, whereby this original system has a circular aperture to reduce the pupil ellipticity from the point of entry of the rod, which has the pupil ellipticity on the reticle or limited to values between approx. 0.97 and approx. 1.03 in the wafer level. FIG. 12 shows the setting dependency of the intensity on the reticle for various conventional illuminations (homogeneously illuminated lighting spot), while FIG. 13 shows this setting dependency for different different ring field lighting (with open Axicon lenses) shows. The curves marked with "ORIG" represent the values of the reference system (original system with circular aperture). The curves marked with "MIX" show corresponding values with a pre-mixing unit (MIX). The curves marked "MIX + AS" show the corresponding values for systems that have both a premixing unit and an aspherical element between the lamp and the second focal point. The representations take into account that the asphere can be moved along the optical axis and accordingly for each setting can be moved to its own optimal position.
Es ist erkennbar, dass aufgrund der fehlenden Blende am Stabeintritt die Pupillenfüllung vor allem für kleinere Settings deutlich besser ist, dementsprechend steigt die Intensität für das kleinste Setting um ca. 70% an, für das größte Setting sind immerhin Steigerungen um ca. 7% erzielbar. Neben der Erhöhung der Gesamttransmission des Systems nimmt auch die Settingabhängigkeit der Intensität deutlich ab, wobei sich das Verhältnis zwischen Minimum und Maximum der Intensität über die Settings von ca. 2,6 auf ca. 1 ,7 reduziert. Wird die Vormischeinheit mit der Asphäre in Lampennähe kombiniert, so steigen die Intensitäten insbesondere für kleine Settings noch einmal deutlich an, während für größere Settings keine signifikanten Änderungen mehr erzielbar sind. Die Variation der Intensität über die Settings nimmt damit weiter ab, so dass sich Minimum und Maximum der Intensität nur noch um einen Faktor von ca. 1 ,5 unterscheiden. It can be seen that due to the missing aperture at the rod entry, the pupil filling is significantly better, especially for smaller settings; accordingly, the intensity for the smallest setting increases by approx. 70%; increases for the largest setting can be achieved by approx. 7% , In addition to increasing the overall transmission of the system, the setting dependency of the intensity also decreases significantly, the ratio between the minimum and maximum of the intensity being reduced via the settings from approximately 2.6 to approximately 1.7. If the premixing unit is combined with the asphere in the vicinity of the lamp, the intensities increase again significantly, especially for small settings, while no significant changes can be achieved for larger settings. The variation of the intensity over the settings thus decreases further, so that the minimum and maximum of the intensity only differ by a factor of approx. 1.5.

Claims

Patentansprüche claims
1. Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht einer primären Lichtquelle, insbesondere Beleuchtungseinrichtung für eine Mikrolithographie-Projektions- belichtungsanlage, die mit einer Quecksilber-Hochdrucklampe als primärer Lichtquelle arbeitet, mit einer optischen Achse (16); und einer Integratoreinheit (40) zur Durchmischung von Licht der primären Lichtquelle (11 ); wobei die Integratoreinheit mindestens einen Integratorstab (42) mit einer Eintrittsfläche (43) und parallel zur optischen Achse (16) ausgerichteten, reflektierenden Seitenflächen (45 bis 48) aufweist; gekennzeichnet durch mindestens eine vor der Eintrittsfläche (43) angeordnete Vormischeinheit (50, 50', 50") mit mindestens einer schräg zu den Seitenflächen (45 bis 48) verlaufenden Reflexionsfläche (156 bis 159).1. Illumination device for illuminating an illumination field with the light of a primary light source, in particular illumination device for a microlithography projection exposure system, which works with a high-pressure mercury lamp as the primary light source, with an optical axis (16); and an integrator unit (40) for mixing light from the primary light source (11); wherein the integrator unit has at least one integrator rod (42) with an entrance surface (43) and reflecting side surfaces (45 to 48) aligned parallel to the optical axis (16); characterized by at least one pre-mixing unit (50, 50 ' , 50 ") arranged in front of the entry surface (43) with at least one reflection surface (156 to 159) extending obliquely to the side surfaces (45 to 48).
2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Integratoreinheit mindestens einen quaderformigen Integratorstab (42) mit einer rechteckformigen Eintrittsfläche (43) und vier senkrecht zueinander und parallel zur optischen Achse (16) ausgerichteten, reflektierenden Seitenflächen (45 bis 48) aufweist.2. Lighting device according to claim 1, wherein the integrator unit has at least one cuboid integrator rod (42) with a rectangular entry surface (43) and four perpendicular to each other and parallel to the optical axis (16) aligned, reflecting side surfaces (45 to 48).
3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine Vielzahl von, vorzugsweise ebenen, schrägen Reflexionsflächen (156 bis 159) vorgesehen ist, insbesondere eine gerade Anzahl von mindestens vier schrägen Reflexionsflächen.3. Lighting device according to claim 1 or 2, in which a plurality of, preferably flat, inclined reflection surfaces (156 to 159) is provided, in particular an even number of at least four inclined reflection surfaces.
4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vormischeinheit (50, 50', 50") eine quaderformige Stabanordnung mit einer Vielzahl von aneinandergren- zenden Integratorstäbchen (151 bis 155, 162 bis 165) aufweist, die die Querschnittsfläche der Stabanordnung vorzugsweise im wesentlichen vollständig ausfüllen.4. Lighting device according to one of the preceding claims, in which the premixing unit (50, 50 ' , 50 " ) is a cuboid rod arrangement with a plurality of adjoining has integrating rods (151 to 155, 162 to 165) which preferably essentially completely fill the cross-sectional area of the rod arrangement.
5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vormischeinheit (50, 50', 50") einen dem Querschnitt der Eintrittsfläche (43) entsprechenden Querschnitt hat.5. Lighting device according to one of the preceding claims, in which the premixing unit (50, 50 ' , 50 " ) has a cross section corresponding to the cross section of the entry surface (43).
6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem die Stabanordnung mindestens zwei komplementäre, im Querschnitt im wesentlichen keilförmige Integratorstäbchen (152 bis 155, 162 bis 165) aufweist, die sich zu einem im Querschnitt rechteckigen Stäbchenpaar ergänzen.6. Lighting device according to one of claims 4 or 5, wherein the rod arrangement has at least two complementary, cross-sectionally substantially wedge-shaped integrator rods (152 to 155, 162 to 165) which complement one another to a pair of rods with a rectangular cross section.
7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vormischeinheit (50, 50') einen zur optischen Achse zentrierten oder zentrierbaren Integratorstab (151 , 151 ') mit quadratischem Querschnitt aufweist.7. Lighting device according to one of the preceding claims, in which the premixing unit (50, 50 ' ) has an integrator rod (151, 151') centered or centerable with respect to the optical axis with a square cross section.
8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Vormischeinheit (50") einen zur optischen Achse zentrierten oder zentrierbaren Integratorstab (151 , 151 ', 151 ") mit sechseckigem Querschnitt aufweist.8. Lighting device according to one of claims 1 to 6, in which the premixing unit (50 " ) has an integrator rod (151, 151 ' , 151") centered or centerable on the optical axis with a hexagonal cross section.
9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei der die Stabanordnung mindestens vier, im Querschnitt im wesentlichen keilförmige Integratorstäbchen (162 bis 165) aufweist, die sich zusammen mit dem zur optischen Achse zentrierten oder zentrierbaren Integratorstab (151 , 151 ', 151 ") zu einer im Querschnitt rechteckigen Anordnung ergänzen. 9. Lighting device according to one of claims 4 to 8, wherein the rod arrangement has at least four cross-sectionally substantially wedge-shaped integrator rods (162 to 165), which together with the integrator rod centered or centerable with respect to the optical axis (151, 151 ', 151 ") to an arrangement with a rectangular cross section.
10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Integratorstäbchen (162 bis 165) nur Seitenflächen aufweist, welche parallel zu den Seitenflächen eines quaderformigen Integratorstabes oder in einem Winkel von 45° zu diesen angeordnet sind.10. Lighting device according to one of claims 4 to 9, characterized in that at least one integrator rod (162 to 165) has only side surfaces which are arranged parallel to the side surfaces of a cuboid integrator rod or at an angle of 45 ° to them.
11. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Integratorstab (42) und die Vormischeinheit (50) aus einem für das UV-Licht transparenten Material gefertigt sind, insbesondere aus synthetischem Quarzglas.11. Lighting device according to one of the preceding claims, in which the integrator rod (42) and the premixing unit (50) are made of a material transparent to the UV light, in particular of synthetic quartz glass.
12. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vormischeinheit (50, 50', 50") eine Stabanordnung mit einer Vielzahl von aneinandergrenzenden Integratorstäbchen aufweist, wobei zwischen benachbarten Seitenflächen der Integratorstäbchen geringe Abstände zur Ermöglichung von Totalreflexion vorgesehen sind.12. Lighting device according to one of the preceding claims, in which the premixing unit (50, 50 ' , 50 ") has a rod arrangement with a multiplicity of adjoining integrator rods, small distances being provided between adjacent side surfaces of the integrator rods to enable total reflection.
13. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die primäre Lichtquelle (11 ) eine endliche Ausdehnung und einen großen Abstrahlwinkel hat und in einem ersten Brennpunkt eines elliptischen Spiegels (12) angeordnet ist, wobei zwischen der primären Lichtquelle (11) und einem zweiten Brennpunkt (13) des elliptischen Spiegels (12) mindestens ein asphärisches optisches Element (15) mit mindestens einer asphärischen Fläche (92) angeordnet ist.13. Lighting device according to one of the preceding claims, wherein the primary light source (11) has a finite extent and a large radiation angle and is arranged in a first focal point of an elliptical mirror (12), wherein between the primary light source (11) and a second Focal point (13) of the elliptical mirror (12) is arranged at least one aspherical optical element (15) with at least one aspherical surface (92).
14. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 13, bei der die asphärische Fläche (92) derart gestaltet ist, dass Schwerstrahlen (90) der von der primären Lichtquelle (11 ) angegebenen Strahlung hinter dem asphärischen optischen Element (15) im wesentlichen auf einen gemeinsamen Punkt der optischen Achse (16), insbesondere auf den zweiten Brennpunkt (13) des elliptischen Spiegels, gerichtet sind.14. Lighting device according to claim 13, wherein the aspherical surface (92) is designed such that heavy beams (90) of the radiation indicated by the primary light source (11) behind the aspherical optical element (15) essentially on a common point of the optical Axis (16), in particular are directed to the second focal point (13) of the elliptical mirror.
15. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei der das asphärische optische Element (15) entlang der optischen Achse (16) verschiebbar ist.15. Lighting device according to claim 13 or 14, wherein the aspherical optical element (15) along the optical axis (16) is displaceable.
16. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 15, bei der eine Steuereinrichtung zur Verschiebung des asphärischen optischen Elements (16) vorgesehen ist, die derart konfiguriert ist, dass das asphärische optische Element in Abhängigkeit von einem eingestellten Beleuchtungssetting derart positionierbar ist, dass Schwerstrahlen der von der primären Lichtquelle abgegebenen Strahlung hinter dem asphärischen optischen Element im wesentlichen auf einen gemeinsamen Punkt der optischen Achse, insbesondere den zweiten Brennpunkt des elliptischen Spiegels, gerichtet sind.16. Lighting device according to claim 15, in which a control device for displacing the aspherical optical element (16) is provided, which is configured such that the aspherical optical element can be positioned in dependence on a set lighting setting in such a way that heavy rays from the primary light source emitted radiation behind the aspherical optical element are essentially directed to a common point on the optical axis, in particular the second focal point of the elliptical mirror.
17. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Eintrittsbereich unmittelbar vor der Eintrittsfläche der Integratoreinheit frei von Blenden ist.17. Illumination device according to one of the preceding claims, in which an entry area immediately in front of the entry surface of the integrator unit is free of diaphragms.
18. Integratoreinheit zur Durchmischung von Licht einer primären Lichtquelle (11), insbesondere für eine Beleuchtungseinrichtung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, die mit einer Quecksilber-Hochdrucklampe als primäre Lichtquelle arbeitet, mit einer optischen Achse (16); und mindestens einem Integratorstab (42) mit einer Eintrittsfläche (43) und parallel zur optischen Achse (16) ausgerichteten, reflektierenden Seitenflächen (45 bis 48); gekennzeichnet durch mindestens eine vor der Eintrittsfläche (43) angeordnete Vormischeinheit (50) mit mindestens einer schräg zu den Seitenflächen (45 bis 48) verlaufenden Reflexionsfläche (156 bis 159).18. Integrator unit for mixing light from a primary light source (11), in particular for an illumination device of a microlithography projection exposure system, which works with a high-pressure mercury lamp as the primary light source, with an optical axis (16); and at least one integrator rod (42) with an entrance surface (43) and reflecting side surfaces (45 to 48) aligned parallel to the optical axis (16); characterized by at least one pre-mixing unit (50) arranged in front of the entry surface (43) with at least one inclined the side surfaces (45 to 48) extending reflection surface (156 to 159).
19. Integratoreinheit nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch mindestens ein Merkmal des kennzeichnenden Teils von mindestens einem der Ansprüche 2 bis 12 oder 17.19. Integrator unit according to claim 18, characterized by at least one feature of the characterizing part of at least one of claims 2 to 12 or 17.
20. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen mit folgenden Schritten: Beleuchtung eines in einer Objektebene eines Projektionsobjektivs angeordneten Retikels mit Hilfe einer Beleuchtungseinrichtung, die zur Durchmischung von Licht einer primären Lichtquelle eine Integratoreinheit umfasst;20. A method for producing semiconductor components and other finely structured components, comprising the following steps: illuminating a reticle arranged in an object plane of a projection objective with the aid of an illuminating device which comprises an integrator unit for mixing light from a primary light source;
Erzeugung eines Bildes des Retikels auf einem lichtempfindlichenFormation of an image of the reticle on a photosensitive
Substrat; wobei der Schritt der Beleuchtung eine azimutale Durchmischung von Licht der primären Lichtquelle umfasst.substrate; the step of illuminating comprising azimuthal mixing of light from the primary light source.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Integratoreinheit mindestens einen quaderformigen Integratorstab umfasst und die a- zimutale Durchmischung im Lichtweg vor dem Integratorstab erfolgt. 21. The method according to claim 20, wherein the integrator unit comprises at least one cuboid integrator rod and the azimuthal mixing takes place in the light path in front of the integrator rod.
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