WO2008011981A1 - Illumination system for microlithography and projection exposure apparatus therewith - Google Patents

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WO2008011981A1
WO2008011981A1 PCT/EP2007/006090 EP2007006090W WO2008011981A1 WO 2008011981 A1 WO2008011981 A1 WO 2008011981A1 EP 2007006090 W EP2007006090 W EP 2007006090W WO 2008011981 A1 WO2008011981 A1 WO 2008011981A1
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raster
illumination
wedge
elements
arrangement
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PCT/EP2007/006090
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Inventor
Markus DEGÜNTHER
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Ag
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • 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
    • G03F7/70083—Non-homogeneous intensity distribution in the mask plane
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a lighting system for micro-lithography for illuminating a lighting field with illumination light. Furthermore, the invention relates to a microlithography projection exposure apparatus with such a lighting system. Furthermore, the invention relates to a microlithographic microstructured production process
  • the invention relates to a device produced by such a method.
  • US 2004/0218164 A1 shows an illumination system according to the preamble of claim 1.
  • a grid arrangement with curved grid elements is used to produce a curved illumination field. If such a grid arrangement can be made at all, then only with great effort. It is therefore an object of the present invention, a lighting system of the type mentioned in such a way that a curved illumination field can be produced with less expensive to manufacture optical components.
  • a curved illumination field is also understood to mean an angled or V-shaped illumination field.
  • An image field shaping raster device with rectangular raster elements is easy to control in the production. Elaborate production techniques for generating curved grid elements omitted. It is sufficient if curved virtual secondary light sources are generated.
  • the generation of curved real secondary light sources by the illumination system according to the invention, however, is not mandatory. The decisive factor is that this generation of the secondary light sources produces a curved illumination field.
  • An image forming rasterizer according to claim 2 uses a cylindrical lens array and an imaging raster arrangement. Both components can be specified so that their fabrication with micro-optical techniques is possible with sufficient precision. To produce the curved or V-shaped illumination field, a tilting of the cylindrical lens array with subsequent partial reflection of the secondary light sources initially generated on the raster elements of the first raster arrangement is elegantly utilized. An illumination system according to claim 3 leads to a uniformly bent or curved illumination field.
  • An image field shaping raster device uses the differently staggered deflection which a light beam experiences in prisms with identically inclined optical surfaces but different prism strengths.
  • Such a prism array can also be produced with micro-optical production methods with sufficient precision and without excessive effort.
  • Prism grid elements according to claim 5 lead to a deflection of the illumination field in the middle.
  • Prism grid elements according to claim 6 lead to a continuous deflection of the illumination field.
  • An image forming rasterizer with a wedge array according to claim 7 can also be produced defined with micro-optical manufacturing techniques.
  • the different beam offset, the wedge sub-elements generate with different wedge angles, exploited.
  • the image field can be formed coarsely or finely rastered curved.
  • a light distribution device facilitates the defined specification of an illumination angle distribution in the illumination field.
  • a further object of the invention is to provide a microlithography projection exposure apparatus with a lighting system according to the invention. - A -
  • FIG. 1 schematically shows a meridional section through an inventive illumination system within a microlithography projection exposure apparatus with an optical raster module for shaping an intensity and illumination angle distribution in an illumination field;
  • FIG. 2 shows in more detail an embodiment of the raster module shown schematically in FIG. 1;
  • Fig. 3 u. 4 variants of imaging raster arrangements
  • the first raster elements of the raster module are assigned in pairs, wherein Fig. 4 shows in perspective extended the pairwise assignment by additionally dashed representation of the variant of the imaging raster arrangement of FIG. 3;
  • Fig. 5 is a cylindrical lens array of the optical raster module after
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the different images of the first raster elements of the optical raster module according to FIG. 2 through the imaging raster arrangements according to FIGS. 3 and 4;
  • Fig. 7 shows schematically a further embodiment of an optical
  • Fig. 9 u. 10 shows schematic representations of the imaging characteristic of two sectional planes through the prism raster element according to FIG. 8, wherein the sectional planes run parallel to column planes of the prism array;
  • Fig. 11 shows a larger section of the prism array after
  • FIGS. 7 to 11 schematically shows an illumination field illuminated in a reticle plane by means of the optical raster module according to FIGS. 7 to 11;
  • Fig. 12 shows schematically a further execution of an optical Raster module
  • FIG. 13 schematically shows a wedge raster element of a wedge array of the optical raster module according to FIG. 12;
  • Fig. 14 u. Fig. 15 schematically shows the imaging relationships in two sectional planes through the wedge grid element of Fig. 13, with the cutting planes offset from one another and parallel to columns of the wedge array of Fig. 13 and intersecting various wedge subelements of a wedge grid element shown;
  • Fig. 16 schematically shows the through the optical raster module according to the
  • Fig. 12 to 15 generated illumination field in a reticle plane.
  • FIG. 1 schematically shows a microlithographic projection exposure apparatus 1, which is embodied as a wafer scanner and is used in the production of semiconductor components and other finely structured components and for obtaining resolutions down to fractions of micrometers with light, in particular from the deep ultraviolet range (VUV ) is working.
  • a scanning direction of the projection exposure apparatus 1 runs perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 1, ie it is parallel to the y-direction of the Cartesian coordinate system indicated there.
  • all the optical components of the projection exposure apparatus 1 are lined up along an optical axis 2 extending in the z-direction. It is understood that any folds of the optical axis 2 are possible, in particular to make the projection exposure system 1 compact.
  • an illumination system of the projection exposure apparatus 1 is designated as a total of 5.
  • the primary light source 6 is an F 2 Laser with a working length of 157 nm whose illumination light beam is aligned coaxially with the optical axis 2 of the illumination system 5.
  • Other UV light sources such as 193 nm working wavelength ArF excimer lasers, 248 nm working wavelength KrF excimer lasers, and larger or smaller working wavelength primary light sources are also possible.
  • the light beam of small rectangular cross section coming from the light source 6 initially strikes a beam widening optics 7, which generates an emerging illumination light beam 8 with substantially parallel light and a larger rectangular cross section.
  • the beam expansion optics 7 may include elements that serve to reduce the coherence of the illumination light.
  • the laser light which is largely parallelized by the beam widening optics 7, subsequently impinges on a diffractive optical element (DOE) 9, which is designed as a computer-generated hologram for generating an illumination light angle distribution.
  • DOE diffractive optical element
  • the angular distribution produced by the DOE 9 is converted into a two-dimensional illumination light intensity distribution which is spatially dependent on the x and y directions when passing through a Fourier lens arrangement or a condenser 10 which is positioned at a distance from its focal length by the DOE 9.
  • the intensity distribution thus generated is therefore present in a first illumination plane 11 of the illumination system 5.
  • the DOE 9 thus provides a light distribution device for generating a two-dimensional illumination light intensity distribution.
  • an optical raster module 12 for generating a defined intensity and illumination angle distribution of the illumination light is arranged, which will be explained in more detail below with reference to various exemplary embodiments.
  • a further condenser 13 which is shown in FIG. 1 as a zoomable field lens. Together with elements of the optical raster module 12, the condenser 13 forms the illumination plane 11 in a field intermediate plane 14 of the illumination system 5.
  • a reticle masking system (REMA) 15 can be arranged in the intermediate field plane 14, which serves as an adjustable shading diaphragm for producing a sharp edge of the illuminating light intensity distribution.
  • a subsequent objective 16 forms the field intermediate plane 14 on the reticle, i. H. the lithographic master, from, which is located in the reticle 4. With a projection objective 17, the reticle plane 4 is imaged onto a wafer plane 18 onto the wafer not shown in FIG. 1, which is displaced intermittently or continuously in the scan direction y.
  • a first embodiment of the optical raster module 12 will be described below with reference to FIGS. 2 to 6.
  • the first raster arrangement 19 has individual first raster elements 20, which are arranged in parallel to the y-direction grid columns and perpendicular thereto in raster lines.
  • the individual first raster elements 20 have a rectangular aperture with an x / y aspect ratio of at least for example 2/1. Other, in particular larger aspect ratios between width in the x-direction and height in the y-direction of the first raster elements 20 are possible.
  • Fig. 2 shows a section along one of the grid columns.
  • the first raster elements 20 are in particular as microlenses z. B. formed with positive power.
  • the rectangular shape of the first raster elements 20 corresponds to the rectangular shape of the illumination field 3.
  • the first raster elements 20 are directly adjacent to each other in a grid corresponding to their rectangular shape, ie. H. arranged substantially full-surface.
  • the first raster elements 20 are also referred to as field honeycombs.
  • Adjacent first raster elements 20 in a raster line are offset by approximately half the raster element height in the direction of the column axis (ie in the y direction).
  • An effective row axis 21 of the first raster elements 20, the z. B. through the centers of the first raster elements 20 of a line or is parallel to such a connecting line is tilted ⁇ due to this y-offset from the x-direction by a tilt angle.
  • a cylindrical lens array 22 is arranged, which is shown in FIG. 5 in a perspective view.
  • the cylindrical lens array 22 has a plurality of cylinder lenses 23 arranged parallel to one another. The latter extend over the entire width of the illuminating surface illuminated at the location of the cylindrical lens array 22.
  • the cylindrical lenses 23 have positive refractive power.
  • the distance of the cylindrical lens array 22 to the illumination plane 11 corresponds to the focal length of the cylindrical lenses 23.
  • the mutually parallel longitudinal axes of the cylindrical lenses 23 are opposite to a parallel to the x-axis.
  • the alignment axis 24 is perpendicular to the optical axis 2 and, at the same time, perpendicular to the column axes of the first raster arrangement 19 extending in the y direction.
  • the cylindrical lenses 23 have a width b and directly adjoin one another.
  • An effective raster width R b cos ( ⁇ ) is equal to the height H of the individual raster elements 20. This height H simultaneously represents the line raster of the first raster arrangement 19.
  • Imaging raster arrangement 26 Subordinate to the first raster arrangement 19 in the light path is an imaging raster arrangement 26 with raster-shaped imaging raster elements 27.
  • imaging raster elements 27, 27 ' Comprising a plurality of individual microlenses are shown in FIGS. 3 and 4.
  • a pair of imaging raster elements 27, 27 ' is assigned to one of the first raster elements 20 and has the same aperture as this one.
  • the first type 27 of the raster elements is in each case assigned to a first half 28 of one of the first raster elements 20 shown on the left in FIG. 6. orderly.
  • the second type 27 'of the imaging raster elements is assigned to the second half 29 of the first raster element 20.
  • the first halves 28 of the first raster elements 20 are therefore imaged unchanged in a further illumination plane 31, as shown in FIG. 6.
  • the diagonally extending light band 25 is thus mirrored at the location of the second half 29, so that in the further illumination plane 31 at the location of each imaged first raster element a V-shaped secondary light source 33 is generated with an opening angle ⁇ of 180 ° -2 ⁇ , as shown schematically in FIG of Fig. 6 indicated.
  • a second raster arrangement 34 with second raster elements 35 is arranged.
  • the latter are likewise designed as microlenses with, in particular, positive refractive power.
  • the second raster elements 35 are also referred to as pupil honeycombs and are arranged in the region of a further illumination plane 36, which is a Fourier-transformed plane to the illumination plane 11.
  • the further illumination plane 36 is a pupil plane of the illumination system 5 and is conjugate to a pupil plane 37 of the projection objective 17.
  • the second raster elements 35 are arranged in the vicinity of the secondary light sources 33 and form, via the field lens 13, those in the illumination Level 31 generated images of the first raster elements 20, so the field honeycombs, in the field intermediate plane 14, so that there is a total V-shaped intermediate intermediate illumination field corresponding to the shape of the secondary light sources 33 is formed.
  • the images of the first raster elements 20 in the intermediate field plane 14 are superimposed so that a homogenization or equalization of the illumination light intensity in the intermediate field plane 14 is achieved.
  • the V-shaped illumination field in the field intermediate plane 14 is then transmitted with the objective 16 into a corresponding V-shaped illumination field in the reticle plane 4.
  • the optical components of the illumination system 5 and of the projection objective 17, in particular the beam expansion optics 7, the condenser 10, the field lens 13, the objective 16 and the projection objective 17, are shown in the representation of FIG. 1 as lens systems. This is for illustrative purposes only.
  • the illumination system 5 and the projection objective 17 can likewise be realized with the aid of reflecting and refractive power-bearing mirrors.
  • a V or arcuate illumination field 3 is advantageous.
  • Such a V or arcuate illumination field 3 can also be better controlled with respect to aberrations of the optical components of the projection exposure apparatus 1. This is the case in particular in the case of off-axis illumination.
  • FIGS. 7 to 11 show a further embodiment of an optical raster module 38, this time for generating an arcuate illumination field, which can be used instead of the optical raster element 12 according to FIGS. 2 to 6.
  • Components which correspond to those of the optical raster element 12 according to FIGS. 2 to 6, carry in the embodiment 7 to 11, the same reference numerals and will not be discussed again in detail.
  • the optical raster module 38 has a prism array 39 arranged in the light path in front of the first raster arrangement 19.
  • the latter has individual prism raster elements 40 arranged in rows and columns.
  • FIG. 7 shows in section a column of the superposed prism raster elements 40 8 shows two prism raster elements 40 arranged one above the other, that is to say a section of the prism array 39 with one column and two rows.
  • 9 and 10 show two sections through one of the prism raster elements 40 in different sectional planes parallel to one another and to the y-z plane.
  • the section according to FIG. 9 passes centrally through the prism raster element 40.
  • the section according to FIG. 9 passes centrally through the prism raster element 40.
  • FIG. 11 shows two columns and six lines of the prism array 39, that is to say a section of this.
  • the raster division of the prism array 39 corresponds to the raster division of the first raster element 19. It should be noted that, in the embodiment according to FIGS. 7 to 11, adjacent first raster elements 20 are not offset from one another in the y direction.
  • the first raster arrangement 19 in the embodiment of FIGS. 7 to 11 thus has an unresolved Cartesian grid.
  • Each prism raster element 40 has an oblique entrance surface 41, which is tilted about the x-axis perpendicular to the column direction y of the first raster arrangement 19. With the xy-plane, the entry surface 41 of each prism raster element 40 encloses an angle ⁇ (see Fig. 7) of, for example, 42 °.
  • Each entrance surface 41 is a prism body 42 of the prism grid element 40 downstream. This has opposite to the entrance surface 41 an exit surface 43. The latter is one for column direction y parallel axis bent so that the exit surface 43 is concave cylindrical.
  • FIGS. 9 and 10 The difference in the optical path lengths through the prism body 42 is illustrated by a comparison of FIGS. 9 and 10.
  • ⁇ is the deflection angle generated by the prism raster element 40.
  • the deflection of the illumination light beam 40 in the prism body 42 itself is neglected.
  • an arcuate illumination field 3 is generated in the reticle plane 4 in accordance with what has been explained above with reference to FIGS. 2 to 6.
  • FIGS. 12 to 16 A further embodiment of an optical raster element 46, which can be used instead of the optical raster elements 12 or 38, will be described below with reference to FIGS. 12 to 16. Components which correspond to those which have already been explained above with reference to FIGS. 2 to 11 carry the same reference numerals and will not be discussed again in detail.
  • the optical raster element 46 has a wedge array 47 with individual wedge raster elements 48 between the first raster arrangement 19 and the second raster arrangement 34.
  • the raster division of the wedge arrays 47 into the wedge raster elements 48 corresponds to the raster division of the first raster arrangement 19, wherein the latter, as in the embodiment of FIGS. 7 to 11, within a raster line also without y offset is formed.
  • Each wedge raster element 48 is subdivided into a plurality, namely seven, mutually adjacent wedge subelements 49 to 55, which are numbered in ascending order from left to right in FIG. Other numbers of wedge sub-elements per wedge grid element 48 are possible, for. B. three or five wedge subelements.
  • the wedge sub-elements 49 to 55 are separated from each other in a direction parallel to the column direction y by separating surfaces 56, of which a separating surface 56 between the wedge sub-elements 49, 50 is shown by way of example in FIG.
  • the wedge sub-elements have between 58 entry surfaces and exit surfaces 58 different wedge angle.
  • the wedge angle of the wedge sub-elements 49, 55 is equal and greater than the wedge angle of the wedge sub-elements 50, 54. In the other wedge sub-elements 51 to 53, however, the wedge angle is such that these wedge sub-elements are in negative y Rejuvenate direction.
  • the wedge angle of the middle wedge sub-element 52 is greater than the wedge angle of the wedge sub-elements 51 and 53 adjacent thereto to the right and left.
  • the absolute value of the wedge angle of the wedge sub-elements 49, 52 and 55 is approximately equal.
  • the absolute value of the wedge angle of the wedge sub-elements 50, 51, 53 and 54 is also approximately equal.
  • FIG. 14 shows the bundle-like effect of the wedge subelement 49 between one of the first raster elements 20 and one of the second raster elements 35.
  • An incident illuminating light bundle 59 experiences a relatively strong downward deflection due to the wedge subelement 49, so that an image of the illuminated first raster element 20 is offset in the field intermediate plane 14 with respect to the optical axis 2 by an offset .DELTA.yi down.
  • FIG. 15 shows the inverse conditions for the middle wedge subelement 52.
  • the image of the illuminated first raster element 20 in the field intermediate plane 14 is displaced upward by an amount Ay 2 through the action deflecting the illuminating light bundle 59 upward.
  • Secondary light sources 59a are thus imaged bent V-shaped under the influence of the wedge raster element 48.
  • the wedge array 47 with the wedge raster elements 48 thus produces curved, virtual secondary light sources 59a.
  • the effect of each wedge raster element 48 is thus as if a curved secondary light source were already present in the first raster element 20.
  • the wedge raster element 48 Since the wedge raster element 48 is arranged neither in an image plane nor in a pupil plane of the illumination system, its effect on the deformation of the illumination field relative to the originally rectangular illumination field without wedge raster element 48 is not sharply delimited, but has blurred edges. This is illustrated schematically in FIG. 16, which shows the illumination field 3 generated in the reticle plane 4 by the wedge array 47. Corresponding to the subdivision of each wedge raster element 48 into seven wedge elements 49 to 55, the illumination field 3 is subdivided into seven illumination field sections 60 to 66, which are offset relative to each other in the y direction. Each individual illumination field section 60 to 66 is rectangular with an aspect ratio corresponding to that of a single wedge sub-element 49 to 55.
  • Each illumination field section 60 to 66 has a rectangular center of highest illumination intensity which continuously drops to the edge of each illumination field section in accordance with the aspect ratio of the illumination field sections 60 to 66.
  • the edge-side illumination field sections 60 and 66 are offset maximally in the positive y direction and the central illumination field section 63 is maximally in the negative y direction.
  • the intermediate illumination field sections 61, 62 and 64, 65 are inserted in a staircase manner between the illumination field sections 60, 63 and 66, so that overall results in an approximately V-shaped stepped or curved lighting field.
  • the cylindrical lens array 22, together with the imaging raster array 26, the prism array 39, and the wedge array 47, are various embodiments of a field-shaping raster having rectangular field-shaping ringer elements that affect the illumination light 8 to produce curved secondary light sources.
  • At least part of the reticle is imaged onto a region of a photosensitive layer on the wafer or substrate for the microlithographic production of a microstructured component.

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Abstract

An illumination system (5) for microlithography has a light distribution device (9, 10) for generating a predefined two-dimensional intensity distribution and an optical raster module (12). The latter has a first raster arrangement having first rectangular raster elements (20), which generates secondary light sources that are disposed in a raster pattern. The raster module (12) further has a second raster arrangement (34) that is disposed in the illumination path after the first raster arrangement (19). A transmission lens (13, 15, 16) serves for the overlapping transmission of illumination light (8) of the secondary light sources (23) in an illumination field (3). At least one further optical image field forming raster device having rectangular image field forming raster elements influences the illumination light (8) for generating curved secondary light sources (33). The result is an illumination system, wherein a curved illumination field can be generated using optical components, the production efforts of which is justifiable. The illumination system is part of a projection exposure apparatus (1) for producing micro-structured components.

Description

BELEUCHTUNGSSYSTEM FUR DIE MIKRO-LITHOGRAPHIE UND PROJEKTIONSBELICHTUNGSANLAGE DAMIT LIGHTING SYSTEM FOR MICRO-LITHOGRAPHY AND PROJECTION EXPOSURE PLANT THEREWITH
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für die Mikro-Lithographie zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit Beleuchtungslicht. Ferner betrifft die Erfindung eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Beleuchtungssystem. Weiterhin betrifft die Erfindung 10 ein mikrolithographisches Herstellungsverfahren für mikrostrukturierteThe invention relates to a lighting system for micro-lithography for illuminating a lighting field with illumination light. Furthermore, the invention relates to a microlithography projection exposure apparatus with such a lighting system. Furthermore, the invention relates to a microlithographic microstructured production process
Bauelemente. Schließlich betrifft die Erfindung ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes Bauelement.Components. Finally, the invention relates to a device produced by such a method.
Bei Beleuchtungssystemen mit hoher numerischer Apertur hat es sich als 15 zweckmäßig herausgestellt, mit einem gebogenen Beleuchtungsfeld zu arbeiten. Insbesondere dann, wenn bei reflektierenden oder katadioptrisch ausgeführten Beleuchtungssystemen eine Off-Axis-Beleuchtung gewählt wird, passt diese Beleuchtungsfeldgeometrie gut zu den Abbildungseigenschaften des Beleuchtungssystems. Auch Aberrationen können beim Ein- 20 satz eines gebogenen Beleuchtungsfeldes gut beherrscht werden. Insgesamt werden bei vorgegebener Abbildungsqualität die Anforderungen insbesondere an die Projektionsoptik reduziert.In high numerical aperture illumination systems, it has proven convenient to work with a curved illumination field. In particular, when off-axis illumination is selected for reflective or catadioptric illumination systems, this illumination field geometry fits well with the imaging properties of the illumination system. Even aberrations can be well controlled when using a curved illumination field. Overall, the requirements are reduced in particular to the projection optics for a given imaging quality.
Die US 2004/0218164 Al zeigt ein Beleuchtungssystem nach dem Ober- 25 begriff des Anspruchs 1. Dort wird zur Herstellung eines gebogenen Beleuchtungsfeldes eine Rasteranordnung mit gebogenen Rasterelementen eingesetzt. Wenn eine derartige Rasteranordnung überhaupt hergestellt werden kann, dann nur mit hohem Aufwand. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein gebogenes Beleuchtungsfeld mit weniger aufwendig herzustellenden optischen Komponenten erzeugt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Be- Schreibung soll unter einem gebogenen Beleuchtungsfeld auch ein abgewinkeltes bzw. V-förmiges Beleuchtungsfeld verstanden werden.US 2004/0218164 A1 shows an illumination system according to the preamble of claim 1. There, a grid arrangement with curved grid elements is used to produce a curved illumination field. If such a grid arrangement can be made at all, then only with great effort. It is therefore an object of the present invention, a lighting system of the type mentioned in such a way that a curved illumination field can be produced with less expensive to manufacture optical components. In the context of the present description, a curved illumination field is also understood to mean an angled or V-shaped illumination field.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Beleuchtungssystem mit dem im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved by a lighting system with the features specified in the characterizing part of claim 1.
Eine Bildfeldformungs-Rastereinrichtung mit rechteckigen Rasterelementen ist in der Herstellung gut beherrschbar. Aufwendige Herstellungstechniken zur Erzeugung gebogener Rasterelemente entfallen. Es genügt, wenn gebogene virtuelle sekundäre Lichtquellen erzeugt werden. Die Erzeugung gebogener realer sekundärer Lichtquellen durch das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem ist hingegen nicht zwingend. Entscheidend ist, dass durch diese Erzeugung der sekundären Lichtquellen ein gebogenes Beleuchtungsfeld entsteht.An image field shaping raster device with rectangular raster elements is easy to control in the production. Elaborate production techniques for generating curved grid elements omitted. It is sufficient if curved virtual secondary light sources are generated. The generation of curved real secondary light sources by the illumination system according to the invention, however, is not mandatory. The decisive factor is that this generation of the secondary light sources produces a curved illumination field.
Eine Bildfeldformungs-Rastereinrichtung nach Anspruch 2 verwendet ein Zylinderlinsen-Array und eine Abbildungs-Rasteranordnung. Beide Komponenten können so spezifiziert werden, dass ihre Herstellung mit mikrooptischen Techniken mit ausreichender Präzision möglich ist. Zur Herstellung des gebogenen bzw. V-förmigen Beleuchtungsfeldes wird elegant eine Verkippung des Zylinderlinsen-Arrays mit anschließender Teilspiegelung der zunächst auf den Rasterelementen der ersten Rasteranordnung erzeugten sekundären Lichtquellen ausgenutzt. Ein Beleuchtungssystem nach Anspruch 3 führt zu einem gleichmäßig abgewinkelten bzw. gebogenen Beleuchtungsfeld.An image forming rasterizer according to claim 2 uses a cylindrical lens array and an imaging raster arrangement. Both components can be specified so that their fabrication with micro-optical techniques is possible with sufficient precision. To produce the curved or V-shaped illumination field, a tilting of the cylindrical lens array with subsequent partial reflection of the secondary light sources initially generated on the raster elements of the first raster arrangement is elegantly utilized. An illumination system according to claim 3 leads to a uniformly bent or curved illumination field.
Eine Bildfeldformungs-Rastereinrichtung nach Anspruch 4 nutzt die unter- schiedlich versetzte Ablenkung, die ein Lichtstrahl in Prismen mit gleich geneigten optischen Flächen, aber unterschiedlichen Prismenstärken erfährt. Ein derartiges Prismen-Array ist mit mikrooptischen Herstellungsverfahren ebenfalls mit ausreichender Präzision und ohne übermäßigen Aufwand herstellbar.An image field shaping raster device according to claim 4 uses the differently staggered deflection which a light beam experiences in prisms with identically inclined optical surfaces but different prism strengths. Such a prism array can also be produced with micro-optical production methods with sufficient precision and without excessive effort.
Prismen-Rasterelemente nach Anspruch 5 führen zu einer Durchbiegung des Beleuchtungsfeldes in der Mitte.Prism grid elements according to claim 5 lead to a deflection of the illumination field in the middle.
Prismen-Rasterelemente nach Anspruch 6 führen zu einer kontinuierlichen Durchbiegung des Beleuchtungsfeldes.Prism grid elements according to claim 6 lead to a continuous deflection of the illumination field.
Eine Bildfeldformungs-Rastereinrichtung mit einem Keil-Array nach Anspruch 7 lässt sich ebenfalls mit mikrooptischen Herstellungstechniken definiert produzieren. Dabei wird der unterschiedliche Strahlversatz, den Keil-Unterelemente mit verschiedenen Keilwinkeln erzeugen, ausgenutzt.An image forming rasterizer with a wedge array according to claim 7 can also be produced defined with micro-optical manufacturing techniques. In this case, the different beam offset, the wedge sub-elements generate with different wedge angles, exploited.
Je nach Anzahl der Keil-Unterelemente entsprechend der Ansprüche 8 bis 10 lässt sich das Bildfeld grober oder feiner gerastert gebogen formen.Depending on the number of wedge sub-elements according to claims 8 to 10, the image field can be formed coarsely or finely rastered curved.
Eine Lichtverteilungseinrichtung nach Anspruch 1 1 erleichtert die definierte Vorgabe einer Beleuchtungswinkelverteilung im Beleuchtungsfeld.A light distribution device according to claim 1 1 facilitates the defined specification of an illumination angle distribution in the illumination field.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Beleuchtungs- - A -A further object of the invention is to provide a microlithography projection exposure apparatus with a lighting system according to the invention. - A -
system zu schaffen sowie ein hiermit durchführbares mikrolithographisches Herstellungsverfahren und ein hierdurch herstellbares Bauelement anzugeben.To provide system and a hereby feasible microlithographic manufacturing process and to provide a producible thereby component.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 12, ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 13 sowie ein Bauelement nach Anspruch 14.This object is achieved by a microlithography projection exposure apparatus according to claim 12, a manufacturing method according to claim 13 and a component according to claim 14.
Vorteile dieser Gegenstände ergeben sich aus den oben im Zusammenhang mit dem Beleuchtungssystem angegebenen Vorteilen.Advantages of these objects result from the advantages given above in connection with the lighting system.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. In this show:
Fig. 1 schematisch einen Meridionalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem innerhalb einer Mikrolitho- graphie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem optischen Rastermodul zur Formung einer Intensitäts- und Beleuchtungswinkelverteilung in einem Beleuchtungsfeld;1 schematically shows a meridional section through an inventive illumination system within a microlithography projection exposure apparatus with an optical raster module for shaping an intensity and illumination angle distribution in an illumination field;
Fig. 2 stärker im Detail eine Ausführung des in Fig. 1 schematisch wiedergegebenen Rastermoduls;FIG. 2 shows in more detail an embodiment of the raster module shown schematically in FIG. 1; FIG.
Fig. 3 u. 4 Varianten von Abbildungs-Rasteranordnungen, die ersten Rasterelementen des Rastermoduls paarweise zugeordnet sind, wobei Fig. 4 perspektivisch erweitert die paarweise Zuordnung durch zusätzlich gestrichelte Darstellung der Variante der Abbildungs-Rasteranordnung nach Fig. 3 zeigt; Fig. 5 ein Zylinderlinsen-Array des optischen Rastermoduls nachFig. 3 u. 4 variants of imaging raster arrangements, the first raster elements of the raster module are assigned in pairs, wherein Fig. 4 shows in perspective extended the pairwise assignment by additionally dashed representation of the variant of the imaging raster arrangement of FIG. 3; Fig. 5 is a cylindrical lens array of the optical raster module after
Fig. 2;Fig. 2;
Fig. 6 eine schematische Darstellung der unterschiedlichen Abbildungen der ersten Rasterelemente des optischen Rastermoduls nach Fig. 2 durch die Abbildungs-Rasteranordnungen nach den Fig. 3 und 4;FIG. 6 shows a schematic illustration of the different images of the first raster elements of the optical raster module according to FIG. 2 through the imaging raster arrangements according to FIGS. 3 and 4;
Fig. 7 schematisch eine weitere Ausführungsform eines optischenFig. 7 shows schematically a further embodiment of an optical
Rastermoduls;Raster module;
Fig. 8 zwei übereinander in einer Spalte angeordnete Prismen-8 shows two prismatic elements arranged one above the other in a column.
Rasterelemente eines Prismen- Arrays des optischen Raster- moduls nach Fig. 7;Raster elements of a prism array of the optical raster module according to FIG. 7;
Fig. 9 u. 10 schematische Darstellungen der Abbildungscharakteristik zweier Schnittebenen durch das Prismen-Rasterelement nach Fig. 8, wobei die Schnittebenen parallel zu Spaltenebenen des Prismen- Arrays verlaufen;Fig. 9 u. 10 shows schematic representations of the imaging characteristic of two sectional planes through the prism raster element according to FIG. 8, wherein the sectional planes run parallel to column planes of the prism array;
Fig. 11 einen größeren Ausschnitt aus dem Prismen-Array nachFig. 11 shows a larger section of the prism array after
Fig. 8 mit zwei Spalten und sechs Zeilen;Fig. 8 with two columns and six rows;
Fig. I Ia schematisch ein mittels dem optischen Rastermodul nach den Fig. 7 bis 11 ausgeleuchtetes Beleuchtungsfeld in einer Reti- kelebene;1 a schematically shows an illumination field illuminated in a reticle plane by means of the optical raster module according to FIGS. 7 to 11;
Fig. 12 schematisch eine weitere Ausfuhrung eines optischen Rastermoduls;Fig. 12 shows schematically a further execution of an optical Raster module;
Fig. 13 schematisch ein Keil-Rasterelement eines Keil-Arrays des optischen Rastermoduls nach Fig. 12;FIG. 13 schematically shows a wedge raster element of a wedge array of the optical raster module according to FIG. 12; FIG.
Fig. 14 u. 15 schematisch die Abbildungsverhältnisse in zwei Schnittebenen durch das Keil-Rasterelement nach Fig. 13, wobei die Schnittebenen gegeneinander versetzt und parallel zu Spalten des Keil-Arrays nach Fig. 13 verlaufen und verschiedene Keil-Unterelemente eines dargestellten Keil-Rasterelementes schneiden;Fig. 14 u. Fig. 15 schematically shows the imaging relationships in two sectional planes through the wedge grid element of Fig. 13, with the cutting planes offset from one another and parallel to columns of the wedge array of Fig. 13 and intersecting various wedge subelements of a wedge grid element shown;
Fig. 16 schematisch das durch das optische Rastermodul nach denFig. 16 schematically shows the through the optical raster module according to the
Fig. 12 bis 15 erzeugte Beleuchtungsfeld in einer Retikel- ebene.Fig. 12 to 15 generated illumination field in a reticle plane.
Fig. 1 zeigt schematisch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungs- anlage 1, die als Wafer-Scanner ausgeführt ist und bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen eingesetzt wird und zur Erzielung von Auflösungen bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht insbesondere aus dem tiefen Ultraviolettbereich (VUV) arbeitet. Eine Scanrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 1 verläuft senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1, ist also parallel zur y-Richtung des dort angegebenen kartesischen Koordinatensystems. Im in Fig. 1 dargestellten Meridionalschnitt sind alle optischen Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 längs einer in z-Richtung verlaufenden optischen Achse 2 aufgereiht. Es versteht sich, dass auch beliebige Faltungen der optischen Achse 2 möglich sind, insbesondere um die Projektionsbelichtungsanlage 1 kompakt zu gestalten. Zur definierten Ausleuchtung eines Beleuchtungsfeldes 3 in einer Retike- lebene 4, in der eine zu übertragende Struktur in Form eines nicht näher dargestellten Retikels angeordnet ist, dient ein insgesamt mit 5 bezeichne- tes Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1. Als primäre Lichtquelle 6 dient ein F2-Laser mit einer Arbeits weilenlänge von 157 nm, dessen Beleuchtungslichtstrahl koaxial zur optischen Achse 2 des Beleuchtungssystems 5 ausgerichtet ist. Andere UV-Lichtquellen, beispielsweise ArF-Excimer-Laser mit 193 nm Arbeitswellenlänge, KrF-Excimer-Laser mit 248 nm Arbeitswellenlänge sowie primäre Lichtquellen mit größeren oder kleineren Arbeitswellenlängen sind ebenfalls möglich.1 schematically shows a microlithographic projection exposure apparatus 1, which is embodied as a wafer scanner and is used in the production of semiconductor components and other finely structured components and for obtaining resolutions down to fractions of micrometers with light, in particular from the deep ultraviolet range (VUV ) is working. A scanning direction of the projection exposure apparatus 1 runs perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 1, ie it is parallel to the y-direction of the Cartesian coordinate system indicated there. In the meridional section shown in FIG. 1, all the optical components of the projection exposure apparatus 1 are lined up along an optical axis 2 extending in the z-direction. It is understood that any folds of the optical axis 2 are possible, in particular to make the projection exposure system 1 compact. For a defined illumination of a lighting field 3 in a reticulation 4, in which a structure to be transmitted is arranged in the form of a reticle (not shown), an illumination system of the projection exposure apparatus 1 is designated as a total of 5. The primary light source 6 is an F 2 Laser with a working length of 157 nm whose illumination light beam is aligned coaxially with the optical axis 2 of the illumination system 5. Other UV light sources, such as 193 nm working wavelength ArF excimer lasers, 248 nm working wavelength KrF excimer lasers, and larger or smaller working wavelength primary light sources are also possible.
Der von der Lichtquelle 6 kommende Lichtstrahl mit kleinem Rechteckquerschnitt trifft zunächst auf eine Strahlaufweitungsoptik 7, die einen aus- tretenden Beleuchtungslicht-Strahl 8 mit weitgehend parallelem Licht und größerem Rechteckquerschnitt erzeugt. Die Strahlaufweitungsoptik 7 kann Elemente enthalten, die zur Kohärenzreduktion des Beleuchtungslichts dienen. Das durch die Strahlaufweitungsoptik 7 weitgehend parallelisierte Laserlicht trifft anschließend auf ein diffraktives optisches Element (DOE) 9, das als computergeneriertes Hologramm zur Erzeugung einer Beleuchtungslicht-Winkelverteilung ausgebildet ist. Die durch dass DOE 9 erzeugte Winkelverteilung wird beim Durchtritt durch eine Fourier- Linsenanordnung bzw. einen Kondensor 10, der im Abstand seiner Brennweite vom DOE 9 positioniert ist, in eine zweidimensionale, also in x- und y-Richtung ortsabhängige Beleuchtungslicht-Intensitätsverteilung umgewandelt. Die so erzeugte Intensitätsverteilung ist daher in einer ersten Beleuchtungsebene 11 des Beleuchtungssystems 5 vorhanden. Zusammen mit dem Kondensor 10 stellt das DOE 9 also eine Lichtverteilungseinrichtung zur Erzeugung einer zweidimensionalen Beleuchtungslicht- Intensitätsverteilung dar.The light beam of small rectangular cross section coming from the light source 6 initially strikes a beam widening optics 7, which generates an emerging illumination light beam 8 with substantially parallel light and a larger rectangular cross section. The beam expansion optics 7 may include elements that serve to reduce the coherence of the illumination light. The laser light, which is largely parallelized by the beam widening optics 7, subsequently impinges on a diffractive optical element (DOE) 9, which is designed as a computer-generated hologram for generating an illumination light angle distribution. The angular distribution produced by the DOE 9 is converted into a two-dimensional illumination light intensity distribution which is spatially dependent on the x and y directions when passing through a Fourier lens arrangement or a condenser 10 which is positioned at a distance from its focal length by the DOE 9. The intensity distribution thus generated is therefore present in a first illumination plane 11 of the illumination system 5. Together with the condenser 10, the DOE 9 thus provides a light distribution device for generating a two-dimensional illumination light intensity distribution.
Im Bereich dieser Beleuchtungsebene 11 ist ein optisches Rastermodul 12 zur Erzeugung einer definierten Intensitäts- und Beleuchtungswinkelverteilung des Beleuchtungslichts angeordnet, welches nachfolgend anhand verschiedener Ausfuhrungsbeispiele noch näher erläutert wird.In the region of this illumination plane 11, an optical raster module 12 for generating a defined intensity and illumination angle distribution of the illumination light is arranged, which will be explained in more detail below with reference to various exemplary embodiments.
Dem optischen Rastermodul 12 nachgeordnet ist ein weiterer Kondensor 13, der in der Fig. 1 als zoombare Feldlinse dargestellt ist. Zusammen mit Elementen des optischen Rastermoduls 12 bildet der Kondensor 13 die Beleuchtungsebene 11 in eine Feld-Zwischenebene 14 des Beleuchtungssystems 5 ab. In der Feld-Zwischenebene 14 kann ein Retikel-Masking- System (REMA) 15 angeordnet sein, welches als verstellbare Abschat- tungsblende zur Erzeugung eines scharfen Randes der Beleuchtungslicht- Intensitätsverteilung dient. Ein nachfolgendes Objektiv 16 bildet die Feld- Zwischenebene 14 auf das Retikel, d. h. die Lithographievorlage, ab, das sich in der Retikelebene 4 befindet. Mit einem Projektionsobjektiv 17 wird die Retikelebene 4 auf eine Waferebene 18 auf den in der Fig. 1 nicht dar- gestellten Wafer abgebildet, der intermittierend oder kontinuierlich in der Scan-Richtung y verschoben wird.Subsequent to the optical raster module 12 is a further condenser 13, which is shown in FIG. 1 as a zoomable field lens. Together with elements of the optical raster module 12, the condenser 13 forms the illumination plane 11 in a field intermediate plane 14 of the illumination system 5. A reticle masking system (REMA) 15 can be arranged in the intermediate field plane 14, which serves as an adjustable shading diaphragm for producing a sharp edge of the illuminating light intensity distribution. A subsequent objective 16 forms the field intermediate plane 14 on the reticle, i. H. the lithographic master, from, which is located in the reticle 4. With a projection objective 17, the reticle plane 4 is imaged onto a wafer plane 18 onto the wafer not shown in FIG. 1, which is displaced intermittently or continuously in the scan direction y.
Anhand der Fig. 2 bis 6 wird nachfolgend eine erste Ausführungsform des optischen Rastermoduls 12 beschrieben. In der Beleuchtungsebene 11 liegt eine erste Rasteranordnung 19 des optischen Rastermoduls 12. Die erste Rasteranordnung 19 weist einzelne erste Rasterelemente 20 auf, die in parallel zur y-Richtung verlaufenden Rasterspalten und senkrecht hierzu in Rasterzeilen angeordnet sind. Die einzelnen ersten Rasterelemente 20 haben eine rechteckige Apertur mit einem x/y-Aspektverhältnis von bei- spielsweise 2/1. Auch andere, insbesondere größere Aspektverhältnisse zwischen Breite in x-Richtung und Höhe in y-Richtung der ersten Rasterelemente 20 sind möglich.A first embodiment of the optical raster module 12 will be described below with reference to FIGS. 2 to 6. In the illumination plane 11 is a first raster arrangement 19 of the optical raster module 12. The first raster arrangement 19 has individual first raster elements 20, which are arranged in parallel to the y-direction grid columns and perpendicular thereto in raster lines. The individual first raster elements 20 have a rectangular aperture with an x / y aspect ratio of at least for example 2/1. Other, in particular larger aspect ratios between width in the x-direction and height in the y-direction of the first raster elements 20 are possible.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs einer der Rasterspalten. Die ersten Rasterelemente 20 sind insbesondere als Mikrolinsen z. B. mit positiver Brechkraft ausgebildet. Die Rechteckform der ersten Rasterelemente 20 entspricht der Rechteckform des Beleuchtungsfeldes 3. Die ersten Rasterelemente 20 sind in einem ihrer Rechteckform entsprechenden Raster direkt aneinander angrenzend, d. h. im Wesentlichen flächenfüllend angeordnet. Die ersten Rasterelemente 20 werden auch als Feldwaben bezeichnet.Fig. 2 shows a section along one of the grid columns. The first raster elements 20 are in particular as microlenses z. B. formed with positive power. The rectangular shape of the first raster elements 20 corresponds to the rectangular shape of the illumination field 3. The first raster elements 20 are directly adjacent to each other in a grid corresponding to their rectangular shape, ie. H. arranged substantially full-surface. The first raster elements 20 are also referred to as field honeycombs.
In einer Rasterzeile benachbarte erste Rasterelemente 20 sind in Richtung der Spaltenachse (also in y-Richtung), um etwa die halbe Rasterelement- Höhe gegeneinander versetzt. Eine effektive Zeilenachse 21 der ersten Rasterelemente 20, die z. B. durch die Mittelpunkte der ersten Rasterelemente 20 einer Zeile verläuft oder zu einer derartigen Verbindungslinie parallel ist, ist aufgrund dieses y- Versatzes gegenüber der x-Richtung um einen Kippwinkel α verkippt.Adjacent first raster elements 20 in a raster line are offset by approximately half the raster element height in the direction of the column axis (ie in the y direction). An effective row axis 21 of the first raster elements 20, the z. B. through the centers of the first raster elements 20 of a line or is parallel to such a connecting line is tilted α due to this y-offset from the x-direction by a tilt angle.
Im Lichtweg vor der ersten Rasteranordnung 19 ist ein Zylinderlinsen- Array 22 angeordnet, welches in der Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt ist. Das Zylinderlinsen-Array 22 hat eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter Zylinderlinsen 23. Letztere erstrecken sich über die gesamte Breite der am Ort des Zylinderlinsen-Arrays 22 ausgeleuchteten Beleuchtungsfläche. Die Zylinderlinsen 23 haben positive Brechkraft. Der Abstand des Zylinderlinsen-Arrays 22 zur Beleuchtungsebene 11 entspricht der Brennweite der Zylinderlinsen 23. Die zueinander parallelen Längsachsen der Zylinderlinsen 23 sind gegenüber einer parallel zur x- Richtung verlaufenden Ausricht- Achse 24 um den Kippwinkel α verkippt. Die Ausricht-Achse 24 steht senkrecht auf der optischen Achse 2 und gleichzeitig senkrecht auf den in y-Richtung verlaufenden Spaltenachsen der ersten Rasteranordnung 19.In the light path in front of the first raster arrangement 19, a cylindrical lens array 22 is arranged, which is shown in FIG. 5 in a perspective view. The cylindrical lens array 22 has a plurality of cylinder lenses 23 arranged parallel to one another. The latter extend over the entire width of the illuminating surface illuminated at the location of the cylindrical lens array 22. The cylindrical lenses 23 have positive refractive power. The distance of the cylindrical lens array 22 to the illumination plane 11 corresponds to the focal length of the cylindrical lenses 23. The mutually parallel longitudinal axes of the cylindrical lenses 23 are opposite to a parallel to the x-axis. Direction extending Ausricht- axis 24 tilted by the tilt angle α. The alignment axis 24 is perpendicular to the optical axis 2 and, at the same time, perpendicular to the column axes of the first raster arrangement 19 extending in the y direction.
Die Zylinderlinsen 23 haben eine Breite b und grenzen direkt aneinander an. Eine effektive Rasterweite R = b cos (α) ist gleich der Höhe H der einzelnen Rasterelemente 20. Diese Höhe H stellt gleichzeitig das Zeilenraster der ersten Rasteranordnung 19 dar.The cylindrical lenses 23 have a width b and directly adjoin one another. An effective raster width R = b cos (α) is equal to the height H of the individual raster elements 20. This height H simultaneously represents the line raster of the first raster arrangement 19.
Dadurch, dass die Verkippung α der Zeilenachse 21 gleich ist zur Verkippung α der Ausricht-Achse 24 und aufgrund einer entsprechenden Höhen- justage in y-Richtung des Zylinderlinsen-Arrays 22 relativ zur ersten Rasteranordnung 19 wird durch jede der Zylinderlinsen 23 das Beleuchtungs- licht in eine Rasterzeile der ersten Rasteranordnung 19 fokussiert, wie in der Fig. 6 am Ort der ersten Rasterelemente 20 angedeutet. In jedes der ersten Rasterelemente 20 tritt also ein diagonal in der Fig. 6 von links oben nach rechts unten verlaufendes Lichtband 25 ein.The fact that the tilt α of the row axis 21 is equal to the tilting α of the alignment axis 24 and due to a corresponding height adjustment in the y direction of the cylindrical lens array 22 relative to the first raster arrangement 19 is through each of the cylindrical lenses 23, the illumination light focussed in a raster line of the first raster arrangement 19, as indicated in FIG. 6 at the location of the first raster elements 20. In each of the first raster elements 20 thus enters a diagonally in Fig. 6 from top left to bottom right extending light band 25 a.
Der ersten Rasteranordnung 19 im Lichtweg nachgeordnet ist eine Abbil- dungs-Rasteranordnung 26 mit rasterförmig angeordneten Abbildungs- Rasterelementen 27. Beispiele derartiger, mehrere Einzel-Mikrolinsen umfassender Typen von Abbildungs-Rasterelementen 27, 27' sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Jeweils ein Paar von Abbildungsrasterelementen 27, 27' ist dabei einem der ersten Rasterelemente 20 zugeordnet und hat die gleiche Apertur wie dieses.Subordinate to the first raster arrangement 19 in the light path is an imaging raster arrangement 26 with raster-shaped imaging raster elements 27. Examples of such types of imaging raster elements 27, 27 'comprising a plurality of individual microlenses are shown in FIGS. 3 and 4. In each case, a pair of imaging raster elements 27, 27 'is assigned to one of the first raster elements 20 and has the same aperture as this one.
Der erste Typ 27 der Rasterelemente ist dabei jeweils einer ersten und in Fig. 6 links dargestellten Hälfte 28 eines der ersten Rasterelemente 20 zu- geordnet. Der zweite Typ 27' der Abbildungs-Rasterelemente ist der zweiten Hälfte 29 des ersten Rasterelements 20 zugeordnet. Der erste Typ 27 der Abbildungs-Rasterelemente umfasst vier hintereinander angeordnete Mikrolinsen 30, die eine doppelte 4f-Abbildung des ersten Rasterelements 20 erzeugen, also eine Abbildung mit Abbildungsmaßstab ß = +1. Jeweils die ersten Hälften 28 der ersten Rasterelemente 20 werden also unverändert in eine weitere Beleuchtungsebene 31 abgebildet, wie in der Fig. 6 dargestellt.The first type 27 of the raster elements is in each case assigned to a first half 28 of one of the first raster elements 20 shown on the left in FIG. 6. orderly. The second type 27 'of the imaging raster elements is assigned to the second half 29 of the first raster element 20. The first type 27 of the imaging raster elements comprises four microlenses 30 arranged one behind the other, which generate a double 4f image of the first raster element 20, that is to say an imaging with magnification β = +1. In each case, the first halves 28 of the first raster elements 20 are therefore imaged unchanged in a further illumination plane 31, as shown in FIG. 6.
Der zweite Typ 27' der Abbildungs-Rasterelemente umfasst zwei hintereinander angeordnete Mikrolinsen 32 mit im Vergleich zu den Mikrolinsen 30 derart höherer Brennweite, dass durch den zweiten Typ 27' der Abbildungsrasterelemente eine einfache 4f- Abbildung mit Abbildungsmaßstab ß = -1 resultiert. Das diagonal verlaufende Lichtband 25 wird also am Ort der zweiten Hälfte 29 gespiegelt, sodass in der weiteren Beleuchtungsebene 31 am Ort jedes abgebildeten ersten Rasterelements eine V-förmige sekundäre Lichtquelle 33 mit einem Öffnungswinkel γ von 180° - 2 α erzeugt wird, wie schematisch in der Fig. 6 angedeutet.The second type 27 'of the imaging raster elements comprises two microlenses 32 arranged one behind the other with such a higher focal length compared to the microlenses 30 that the second type 27' of the imaging raster elements results in a simple 4f imaging with magnification β = -1. The diagonally extending light band 25 is thus mirrored at the location of the second half 29, so that in the further illumination plane 31 at the location of each imaged first raster element a V-shaped secondary light source 33 is generated with an opening angle γ of 180 ° -2 α, as shown schematically in FIG of Fig. 6 indicated.
Hinter der weiteren Beleuchtungsebene 31 ist eine zweite Rasteranordnung 34 mit zweiten Rasterelementen 35 angeordnet. Letztere sind ebenfalls als Mikrolinsen mit insbesondere positiver Brechkraft ausgebildet. Die zweiten Rasterelemente 35 werden auch als Pupillenwaben bezeichnet und sind im Bereich einer weiteren Beleuchtungsebene 36 angeordnet, die eine Fou- rier-transformierte Ebene zur Beleuchtungsebene 1 1 ist. Die weitere Beleuchtungsebene 36 ist eine Pupillenebene des Beleuchtungssystems 5 und ist konjugiert zu einer Pupillenebene 37 des Projektionsobjektives 17. Die zweiten Rasterelemente 35 sind in der Nähe der sekundären Lichtquellen 33 angeordnet und bilden über die Feldlinse 13 die in der Beleuchtungs- ebene 31 erzeugten Bilder der ersten Rasterelemente 20, also der Feldwaben, in die Feld-Zwischenebene 14 ab, sodass dort ein insgesamt V-fbrmiges Zwischen-Beleuchtungsfeld entsprechend der Gestalt der sekundären Lichtquellen 33 entsteht. Hierbei werden die Bilder der ersten Rasterelemente 20 in der Feld-Zwischenebene 14 überlagert, sodass eine Homogenisierung bzw. Vergleichmäßigung der Beleuchtungslicht- Intensität in der Feld-Zwischenebene 14 erreicht wird. Das V-förmige Beleuchtungsfeld in der Feld-Zwischenebene 14 wird dann mit dem Objektiv 16 in ein entsprechendes V-förmiges Beleuchtungsfeld in der Retikelebene 4 übertragen.Behind the further illumination plane 31, a second raster arrangement 34 with second raster elements 35 is arranged. The latter are likewise designed as microlenses with, in particular, positive refractive power. The second raster elements 35 are also referred to as pupil honeycombs and are arranged in the region of a further illumination plane 36, which is a Fourier-transformed plane to the illumination plane 11. The further illumination plane 36 is a pupil plane of the illumination system 5 and is conjugate to a pupil plane 37 of the projection objective 17. The second raster elements 35 are arranged in the vicinity of the secondary light sources 33 and form, via the field lens 13, those in the illumination Level 31 generated images of the first raster elements 20, so the field honeycombs, in the field intermediate plane 14, so that there is a total V-shaped intermediate intermediate illumination field corresponding to the shape of the secondary light sources 33 is formed. In this case, the images of the first raster elements 20 in the intermediate field plane 14 are superimposed so that a homogenization or equalization of the illumination light intensity in the intermediate field plane 14 is achieved. The V-shaped illumination field in the field intermediate plane 14 is then transmitted with the objective 16 into a corresponding V-shaped illumination field in the reticle plane 4.
Die optischen Komponenten des Beleuchtungssystems 5 und des Projektionsobjektivs 17, insbesondere die Strahlaufweitungsoptik 7, der Kondensor 10, die Feldlinse 13, das Objektiv 16 und das Projektionsobjektiv 17, sind in der Darstellung nach Fig. 1 als Linsensysteme dargestellt. Dies dient nur der Veranschaulichung. Das Beleuchtungssystem 5 und das Projektionsobjektiv 17 können genauso auch mit Hilfe reflektierender und Brechkraft tragender Spiegel realisiert werden. Insbesondere bei solchen, reflektierenden oder katadioptrischen Systemen, ist ein V- oder bogenförmiges Be- leuchtungsfeld 3 von Vorteil. Ein derartiges V- oder bogenförmiges Beleuchtungsfeld 3 lässt sich zudem hinsichtlich von Aberrationen der optischen Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 besser kontrollieren. Dies ist insbesondere im Falle einer Off-Axis-Beleuchtung der Fall.The optical components of the illumination system 5 and of the projection objective 17, in particular the beam expansion optics 7, the condenser 10, the field lens 13, the objective 16 and the projection objective 17, are shown in the representation of FIG. 1 as lens systems. This is for illustrative purposes only. The illumination system 5 and the projection objective 17 can likewise be realized with the aid of reflecting and refractive power-bearing mirrors. Especially with such, reflective or catadioptric systems, a V or arcuate illumination field 3 is advantageous. Such a V or arcuate illumination field 3 can also be better controlled with respect to aberrations of the optical components of the projection exposure apparatus 1. This is the case in particular in the case of off-axis illumination.
Fig. 7 bis 11 zeigen eine weitere Ausführung eines optischen Rastermoduls 38, diesmal zur Erzeugung eines bogenförmigen Beleuchtungsfeldes, welches anstelle des optischen Rasterelements 12 nach den Fig. 2 bis 6 eingesetzt werden kann. Komponenten, die denjenigen des optischen Rasterelements 12 nach den Fig. 2 bis 6 entsprechen, tragen bei der Ausführung nach den Fig. 7 bis 11 die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.7 to 11 show a further embodiment of an optical raster module 38, this time for generating an arcuate illumination field, which can be used instead of the optical raster element 12 according to FIGS. 2 to 6. Components which correspond to those of the optical raster element 12 according to FIGS. 2 to 6, carry in the embodiment 7 to 11, the same reference numerals and will not be discussed again in detail.
Das optische Rastermodul 38 hat ein im Lichtweg vor der ersten Rasteran- Ordnung 19 angeordnetes Prismen- Array 39. Letzteres hat einzelne, zeilen- und spaltenweise angeordnete Prismen-Rasterelemente 40. Fig. 7 zeigt im Schnitt eine Spalte der übereinander angeordneten Prismen-Rasterelemente 40. Fig. 8 zeigt zwei übereinander angeordnete Prismen-Rasterelemente 40, also einen Ausschnitt aus dem Prismen-Array 39 mit einer Spalte und zwei Zeilen. Fig. 9 und 10 zeigen zwei Schnitte durch eines der Prismen- Rasterelemente 40 in verschiedenen zueinander und zur y-z-Ebene parallelen Schnittebenen. Der Schnitt nach Fig. 9 geht dabei mittig durch das Prismen-Rasterelement 40. Der Schnitt nach Fig. 10 geht randseitig durch das Prismen-Rasterelement 40, also durch den zeilenseitigen Rand von die- sem. Fig. 11 zeigt zwei Spalten und sechs Zeilen des Prismen- Arrays 39, also einen Ausschnitt von diesem. Die Raster- Aufteilung des Prismen- Arrays 39 entspricht der Raster- Aufteilung des ersten Rasterelements 19. Zu beachten ist, dass bei der Ausführung nach den Fig. 7 bis 11 zeilenweise benachbarte erste Rasterelemente 20 nicht in y-Richtung gegeneinander versetzt sind. Die erste Rasteranordnung 19 in der Ausführung der Fig. 7 bis 11 hat also ein unversetztes kartesisches Raster.The optical raster module 38 has a prism array 39 arranged in the light path in front of the first raster arrangement 19. The latter has individual prism raster elements 40 arranged in rows and columns. FIG. 7 shows in section a column of the superposed prism raster elements 40 8 shows two prism raster elements 40 arranged one above the other, that is to say a section of the prism array 39 with one column and two rows. 9 and 10 show two sections through one of the prism raster elements 40 in different sectional planes parallel to one another and to the y-z plane. The section according to FIG. 9 passes centrally through the prism raster element 40. The section according to FIG. 10 passes at the edge through the prism raster element 40, ie through the line-side edge of the latter. FIG. 11 shows two columns and six lines of the prism array 39, that is to say a section of this. The raster division of the prism array 39 corresponds to the raster division of the first raster element 19. It should be noted that, in the embodiment according to FIGS. 7 to 11, adjacent first raster elements 20 are not offset from one another in the y direction. The first raster arrangement 19 in the embodiment of FIGS. 7 to 11 thus has an unresolved Cartesian grid.
Jedes Prismen-Rasterelement 40 hat eine schräge Eintrittsfläche 41, die um die x-Achse senkrecht zur Spaltenrichtung y der ersten Rasteranordnung 19 verkippt ist. Mit der xy-Ebene schließt die Eintrittsfläche 41 jedes Prismen- Rasterelements 40 einen Winkel δ (vgl. Fig. 7) von beispielsweise 42° ein. Jeder Eintrittsfläche 41 ist ein Prismenkörper 42 des Prismen- Rasterelements 40 nachgeordnet. Dieser weist gegenüberliegend zur Eintrittsfläche 41 eine Austrittsfläche 43 auf. Letztere ist um eine zur Spalten- richtung y parallele Achse gebogen, sodass die Austrittsfläche 43 konkav zylindrisch ist. Diese gebogene Form der Austrittsfläche 43 führt dazu, dass die optische Weglänge im Prismenkörper 42 mittig, also bei x = 0, geringer ist als ein am zeilenseitigen Rand des Prismenkörpers 42, also bei x = +/-B/2, wobei B die Breite des Prismenkörpers 42 darstellt.Each prism raster element 40 has an oblique entrance surface 41, which is tilted about the x-axis perpendicular to the column direction y of the first raster arrangement 19. With the xy-plane, the entry surface 41 of each prism raster element 40 encloses an angle δ (see Fig. 7) of, for example, 42 °. Each entrance surface 41 is a prism body 42 of the prism grid element 40 downstream. This has opposite to the entrance surface 41 an exit surface 43. The latter is one for column direction y parallel axis bent so that the exit surface 43 is concave cylindrical. This curved shape of the exit surface 43 causes the optical path length in the prism body 42 in the middle, ie at x = 0, is less than one on the line side edge of the prism body 42, ie at x = +/- B / 2, where B is the width of the prismatic body 42.
Den Unterschied in den optischen Weglängen durch den Prismenkörper 42 verdeutlicht ein Vergleich der Fig. 9 und 10. In der Fig. 9 ist eines der Prismen-Rasterelemente 40 bei x = 0 geschnitten und in der Fig. 10 bei x = + B/2 bzw. x = - B/2. Aufgrund der mittig relativ geringen optischen Weglänge durch den Prismenkörper 42 verlässt ein zunächst parallel zur z- Richtung verlaufendes Beleuchtungslichtbündel 44 den Prismenkörper 42 bei z = Zo und durchläuft bis zu dem ersten Rasterelement 20, welches dem Prismen-Rasterelement 40 zugeordnet ist, eine Wegstrecke Az1. Das Be- leuchrungslichtbündel 40 wird also in y-Richtung um Δyi = Az jtan(ε) abgelenkt, wobei ε der durch das Prismen-Rasterelement 40 erzeugte Ablenkwinkel ist. Hierbei wird die Ablenkung des Beleuchtungslichtbündels 40 im Prismenkörper 42 selbst vernachlässigt.The difference in the optical path lengths through the prism body 42 is illustrated by a comparison of FIGS. 9 and 10. In FIG. 9, one of the prism raster elements 40 is cut at x = 0 and at x = + B / 2 in FIG or x = - B / 2. Due to the centrally relatively small optical path length through the prism body 42, an illumination light bundle 44 initially extending parallel to the z direction leaves the prism body 42 at z = Zo and traverses a distance Az to the first raster element 20 associated with the prism raster element 40 1 . The illumination light bundle 40 is thus deflected in the y direction by Δyi = Az jtan (ε), where ε is the deflection angle generated by the prism raster element 40. Here, the deflection of the illumination light beam 40 in the prism body 42 itself is neglected.
In den Ebenen x = +/- B/2 wird das Beleuchtungslichtbündel 44 in der E- bene der ersten Rasterelemente 20 trotz gleichem Ablenkwinkel ε in y- Richtung geringer abgelenkt, da der Abstand Az2 aufgrund der um Δz größeren Stärke des Prismenkörpers 42 geringer ist (Az2 = Az i - Az). Es resultiert dann eine entsprechend geringere Ablenkung Ay2 = Δz2tan (ε) + Δztan(ε'). ε' ist dabei der im Vergleich zu ε geringere Ablenkwinkel im Prismenkörper 42.In the planes x = +/- B / 2, the illuminating light bundle 44 is deflected less in the plane of the first raster elements 20 despite the same deflection angle ε in the y direction, since the distance Az 2 decreases due to the greater thickness of the prism body 42 by Δz is (Az 2 = Az i - Az). This results in a correspondingly smaller deflection Ay 2 = Δz 2 tan (ε) + Δztan (ε '). In this case, ε 'is the smaller deflection angle in the prismatic body 42 compared to ε.
Fig. 1 Ia zeigt nicht maßstabsgetreu den Effekt eines Prismen- Rasterelementes 40 auf das Lichtbündel 44. Mittig ist dieses um einen Ver- satz Δy = Ay1 - Ay2 nach unten versetzt. Aufgrund der kontinuierlichen konkaven Krümmung der Austrittsfläche 43 resultiert ein entsprechend kontinuierlicher Versatz Ay, sodass das Beleuchtungslichtbündel 44 zur Erzeugung einer bogenförmigen sekundären Lichtquelle 45 am Ort des jeweiligen ersten Rasterelements 20 bogenförmig deformiert wird.1 a does not show to scale the effect of a prism raster element 40 on the light bundle 44. set Δy = Ay 1 - Ay 2 offset down. Due to the continuous concave curvature of the exit surface 43 results in a correspondingly continuous displacement Ay, so that the illumination light beam 44 is bent to produce an arcuate secondary light source 45 at the location of the respective first raster element 20 arcuate.
Durch Überlagerung der am Ort jedes ersten Rasterelements 20 erzeugten sekundären Lichtquellen 45 wird, entsprechend zu dem, was vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 erläutert wurde, ein bogenförmiges Beleuchtungsfeld 3 in der Retikelebene 4 erzeugt.By superimposing the secondary light sources 45 generated at the location of each first raster element 20, an arcuate illumination field 3 is generated in the reticle plane 4 in accordance with what has been explained above with reference to FIGS. 2 to 6.
Eine weitere Ausführung eines optischen Rasterelements 46, welches anstelle der optischen Rasterelemente 12 oder 38 eingesetzt werden kann, wird nachfolgend anhand der Fig. 12 bis 16 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 11 schon erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.A further embodiment of an optical raster element 46, which can be used instead of the optical raster elements 12 or 38, will be described below with reference to FIGS. 12 to 16. Components which correspond to those which have already been explained above with reference to FIGS. 2 to 11 carry the same reference numerals and will not be discussed again in detail.
Das optische Rasterelement 46 hat zwischen der ersten Rasteranordnung 19 und der zweiten Rasteranordnung 34 ein Keil-Array 47 mit einzelnen Keil- Rasterelementen 48. Die Raster-Aufteilung des Keil-Arrays 47 in die Keil- Rasterelemente 48 entspricht der Raster- Aufteilung der ersten Rasteranordnung 19, wobei letztere, wie in der Ausführung nach den Fig. 7 bis 11, innerhalb einer Rasterzeile ebenfalls ohne y- Versatz ausgebildet ist.The optical raster element 46 has a wedge array 47 with individual wedge raster elements 48 between the first raster arrangement 19 and the second raster arrangement 34. The raster division of the wedge arrays 47 into the wedge raster elements 48 corresponds to the raster division of the first raster arrangement 19, wherein the latter, as in the embodiment of FIGS. 7 to 11, within a raster line also without y offset is formed.
Jedes Keil-Rasterelement 48 ist in eine Mehrzahl, nämlich sieben, zueinander benachbarter Keil-Unterelemente 49 bis 55 unterteilt, die in der Fig. 13 von links nach rechts aufsteigend nummeriert sind. Auch andere Anzahlen von Keil-Unterelementen pro Keil-Rasterelement 48 sind möglich, z. B. drei oder fünf Keil-Unterelemente. Die Keil-Unterelemente 49 bis 55 sind voneinander parallel zur Spaltenrichtung y durch Trennflächen 56 getrennt, von denen eine Trennfläche 56 zwischen den Keil-Unterelementen 49, 50 beispielhaft in der Fig. 13 dargestellt ist. Die Keil-Unterelemente haben zwischen Eintrittsflächen 57 und Austrittsflächen 58 unterschiedliche Keilwinkel. Dieser ist bei den Keil-Unterelementen 49, 50, 54 und 55 so, dass diese Keil-Unterelemente sich in positiver y-Richtung verjüngen. Der Keilwinkel der Keil-Unterelemente 49, 55 ist dabei gleich und größer als der Keilwinkel der Keil-Unterelemente 50, 54. Bei den anderen Keil- Unterelementen 51 bis 53 ist der Keilwinkel hingegen so, dass diese Keil- Unterelemente sich in negativer y-Richtung verjüngen. Der Keilwinkel des mittleren Keil-Unterelements 52 ist dabei größer als der Keilwinkel der diesem rechts und links benachbarten Keil-Unterelemente 51 und 53. Der Absolutbetrag der Keilwinkel der Keil-Unterelemente 49, 52 und 55 ist in etwa gleich. Der Absolutbetrag der Keilwinkel der Keil-Unterelemente 50, 51, 53 und 54 ist ebenfalls in etwa gleich.Each wedge raster element 48 is subdivided into a plurality, namely seven, mutually adjacent wedge subelements 49 to 55, which are numbered in ascending order from left to right in FIG. Other numbers of wedge sub-elements per wedge grid element 48 are possible, for. B. three or five wedge subelements. The wedge sub-elements 49 to 55 are separated from each other in a direction parallel to the column direction y by separating surfaces 56, of which a separating surface 56 between the wedge sub-elements 49, 50 is shown by way of example in FIG. The wedge sub-elements have between 58 entry surfaces and exit surfaces 58 different wedge angle. This is in the wedge sub-elements 49, 50, 54 and 55 so that these wedge sub-elements taper in the positive y-direction. The wedge angle of the wedge sub-elements 49, 55 is equal and greater than the wedge angle of the wedge sub-elements 50, 54. In the other wedge sub-elements 51 to 53, however, the wedge angle is such that these wedge sub-elements are in negative y Rejuvenate direction. The wedge angle of the middle wedge sub-element 52 is greater than the wedge angle of the wedge sub-elements 51 and 53 adjacent thereto to the right and left. The absolute value of the wedge angle of the wedge sub-elements 49, 52 and 55 is approximately equal. The absolute value of the wedge angle of the wedge sub-elements 50, 51, 53 and 54 is also approximately equal.
Fig. 14 zeigt die bündelbeeinflussende Wirkung des Keil-Unterelements 49 zwischen einem der ersten Rasterelemente 20 und einem der zweiten Ras- terelemente 35. Ein einfallendes Beleuchtungslichtbündel 59 erfährt durch das Keil-Unterelement 49 insgesamt eine relativ starke Ablenkung nach unten, sodass ein Bild des beleuchteten ersten Rasterelements 20 in der Feld-Zwischenebene 14 gegenüber der optischen Achse 2 um einen Versatz Δyi nach unten versetzt wird.FIG. 14 shows the bundle-like effect of the wedge subelement 49 between one of the first raster elements 20 and one of the second raster elements 35. An incident illuminating light bundle 59 experiences a relatively strong downward deflection due to the wedge subelement 49, so that an image of the illuminated first raster element 20 is offset in the field intermediate plane 14 with respect to the optical axis 2 by an offset .DELTA.yi down.
Fig. 15 zeigt die umgekehrten Verhältnisse beim mittleren Keil-Unterelement 52. Dort wird durch die für das Beleuchtungslichtbündel 59 nach oben ablenkende Wirkung das Bild des beleuchteten ersten Rasterelements 20 in der Feld-Zwischenebene 14 um einen Betrag Ay2 nach oben versetzt. Sekundäre Lichtquellen 59a werden unter dem Einfluss des Keil-Rasterelements 48 also V-fÖrmig gebogen abgebildet. Das Keil-Array 47 mit den Keil-Rasterelementen 48 erzeugt also gebogene, virtuelle sekundäre Licht- quellen 59a. Der Effekt jedes Keil-Rasterelements 48 ist also so, als ob im ersten Rasterelement 20 bereits eine gebogene sekundäre Lichtquelle vorhanden wäre.FIG. 15 shows the inverse conditions for the middle wedge subelement 52. There, the image of the illuminated first raster element 20 in the field intermediate plane 14 is displaced upward by an amount Ay 2 through the action deflecting the illuminating light bundle 59 upward. Secondary light sources 59a are thus imaged bent V-shaped under the influence of the wedge raster element 48. The wedge array 47 with the wedge raster elements 48 thus produces curved, virtual secondary light sources 59a. The effect of each wedge raster element 48 is thus as if a curved secondary light source were already present in the first raster element 20.
Da das Keil-Rasterelement 48 weder in einer Bild- noch in einer Pupillen- ebene des Beleuchtungssystems angeordnet ist, ist sein Effekt auf die Deformation des Beleuchtungsfeldes gegenüber dem ursprünglich rechteckigen Beleuchtungsfeld ohne Keil-Rasterelement 48 nicht scharf begrenzt, sondern weist verwaschene Ränder auf. Dies ist schematisch in der Fig. 16 dargestellt, die das in der Retikelebene 4 durch das Keil-Array 47 erzeugte Beleuchtungsfeld 3 zeigt. Entsprechend der Unterteilung jedes Keil- Rasterelements 48 in sieben Keilelemente 49 bis 55 ist auch das Beleuchtungsfeld 3 in sieben jeweils zueinander in y-Richtung versetzte Beleuchtungsfeldabschnitte 60 bis 66 unterteilt. Jeder einzelne Beleuchtungsfeldabschnitt 60 bis 66 ist rechteckig mit einem Aspektverhältnis, welches dem eines einzelnen Keil-Unterelements 49 bis 55 entspricht. Jeder Beleuchtungsfeldabschnitt 60 bis 66 hat ein rechteckiges Zentrum höchster Beleuchtungsintensität, die zum Rand jedes Beleuchtungsfeldabschnitts entsprechend dem Aspektverhältnis der Beleuchtungsfeldabschnitte 60 bis 66 kontinuierlich abfällt. Entsprechend der Keilwinkelverteilung der Keil- Unterelemente 49 bis 55 sind die randseitigen Beleuchtungsfeldabschnitte 60 und 66 maximal in positiver y-Richtung versetzt und der mittlere Beleuchtungsfeldabschnitt 63 maximal in negativer y-Richtung. Die zwischenliegenden Beleuchtungsfeldabschnitte 61, 62 sowie 64, 65 fügen sich treppenartig zwischen die Beleuchtungsfeldabschnitte 60, 63 und 66 ein, sodass insgesamt ein angenähert V-förmig abgestuftes bzw. gebogenes Beleuchtungsfeld resultiert.Since the wedge raster element 48 is arranged neither in an image plane nor in a pupil plane of the illumination system, its effect on the deformation of the illumination field relative to the originally rectangular illumination field without wedge raster element 48 is not sharply delimited, but has blurred edges. This is illustrated schematically in FIG. 16, which shows the illumination field 3 generated in the reticle plane 4 by the wedge array 47. Corresponding to the subdivision of each wedge raster element 48 into seven wedge elements 49 to 55, the illumination field 3 is subdivided into seven illumination field sections 60 to 66, which are offset relative to each other in the y direction. Each individual illumination field section 60 to 66 is rectangular with an aspect ratio corresponding to that of a single wedge sub-element 49 to 55. Each illumination field section 60 to 66 has a rectangular center of highest illumination intensity which continuously drops to the edge of each illumination field section in accordance with the aspect ratio of the illumination field sections 60 to 66. Corresponding to the wedge angle distribution of the wedge sub-elements 49 to 55, the edge-side illumination field sections 60 and 66 are offset maximally in the positive y direction and the central illumination field section 63 is maximally in the negative y direction. The intermediate illumination field sections 61, 62 and 64, 65 are inserted in a staircase manner between the illumination field sections 60, 63 and 66, so that overall results in an approximately V-shaped stepped or curved lighting field.
Das Zylinderlinsen-Array 22 zusammen mit der Abbildungs-Raster- anordnung 26, das Prismen-Array 39 und das Keil-Array 47 sind verschiedene Ausführungen einer Bildfeldformungs-Rastereinrichtung mit rechteckigem Bildfeldformungs-Rastelementen, die das Beleuchtungslicht 8 zur Erzeugung gebogener sekundärer Lichtquellen beeinflussen.The cylindrical lens array 22, together with the imaging raster array 26, the prism array 39, and the wedge array 47, are various embodiments of a field-shaping raster having rectangular field-shaping ringer elements that affect the illumination light 8 to produce curved secondary light sources.
Mit Hilfe des Projektionsobjektivs 17 wird wenigstens ein Teil des Retikels auf einen Bereich einer lichtempfindlichen Schicht auf dem Wafer bzw. Substrat zur mikrolithographischen Herstellung eines mikrostrukturierten Bauelements abgebildet. With the aid of the projection objective 17, at least part of the reticle is imaged onto a region of a photosensitive layer on the wafer or substrate for the microlithographic production of a microstructured component.

Claims

Patentansprüche claims
1. Beleuchtungssystem (5) für die Mikro-Lithographie zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes (3) mit Beleuchtungslicht (8) einer primären Lichtquelle (6)1. illumination system (5) for micro-lithography for illuminating a lighting field (3) with illumination light (8) of a primary light source (6)
mit einem optischen Rastermodul (12; 38; 46)with an optical raster module (12, 38, 46)
~ mit einer ersten Rasteranordnung (19) mit ersten, rechteckigen, in ersten Rasterzeilen und ersten Rasterspalten angeordneten Rasterelementen (20), die in einer senkrecht auf einer optischen Achse (2) des Beleuchtungssystems (5) stehenden ersten Ebene (11) oder benachbart zu dieser angeordnet ist, zur Erzeugung gerastet angeordneter sekundärer Lichtquellen (33; 45; 59a),with a first raster arrangement (19) with first, rectangular raster elements (20) arranged in first raster lines and first raster columns, which are arranged in a first plane (11) perpendicular to an optical axis (2) of the illumination system (5) or adjacent to this is arranged to generate latched arranged secondary light sources (33; 45; 59a),
-- mit einer im Beleuchtungs-Lichtweg nach der ersten Rasteranordnung (19) angeordneten zweiten Rasteranordnung (34) mit zweiten Rasterelementen (35),with a second raster arrangement (34) having second raster elements (35) arranged in the illumination light path after the first raster arrangement (19),
- mit einer Übertragungsoptik (13, 15, 16) zur überlagernden Übertragung des Beleuchtungslichts (8) der sekundären Lichtquellen (33; 45; 59a) in das Beleuchtungsfeld (3),- With a transmission optics (13, 15, 16) for superimposing transmission of the illumination light (8) of the secondary light sources (33; 45; 59a) in the illumination field (3),
gekennzeichnet durch mindestens eine optische Bildfeldformungs- Rastereinrichtung (22, 26; 39; 47) mit rechteckigen Bildfeldformungs-characterized by at least one optical image field shaping raster device (22, 26; 39; 47) with rectangular image field shaping
Rasterelementen (23, 27, 27'; 40; 48), die das Beleuchtungslicht (8) zur Erzeugung von gebogenen sekundären Lichtquellen (33; 45; 59a) beeinflusst. Grid elements (23, 27, 27 ';40; 48) which influence the illumination light (8) to produce curved secondary light sources (33; 45; 59a).
2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Bildfeldformungs-Rastereinrichtung (22, 26) umfasst:2. Illumination system according to claim 1, characterized in that the optical image forming raster device (22, 26) comprises:
ein Zylinderlinsen- Array (22) mit parallel zueinander angeordneten Zylinderlinsen (23), deren zueinander parallele Längsachsen gegenüber einer Ausricht-Achse (24), die senkrecht auf der optischen Achse (2) und auf einer von den ersten Rasterspalten vorgegebenen Spaltenachse (y) steht, um einen Kippwinkel (α) gekippt sind, wobei das Zy linderlinsen- Array (22) im Lichtweg vor der ersten Ras- teranordnung (19) im Abstand der Brennweite der Zylinderlinsena cylindrical lens array (22) with cylindrical lenses (23) arranged parallel to one another, whose longitudinal axes are parallel to an alignment axis (24) perpendicular to the optical axis (2) and on a column axis (y) predetermined by the first grid columns is tilted by a tilt angle (α), wherein the Zy linderlinsen- array (22) in the light path in front of the first grid teranordnung (19) at a distance from the focal length of the cylindrical lenses
(23) angeordnet ist,(23) is arranged
~ wobei eine effektive Rasterweite (R) der verkippten Zylinderlinsen (23) einem Zeilenraster (H) der ersten Rasteranordnung (19) entspricht,where an effective screen ruling (R) of the tilted cylinder lenses (23) corresponds to a line screen (H) of the first screen arrangement (19),
-- wobei benachbarte erste Rasterelemente (20) innerhalb jeder Rasterzeile der ersten Rasteranordnung (19) so in Richtung der Spaltenachse (y) gegeneinander versetzt sind, dass jeweils eine effektive Zeilenachse (21) der ersten Rasteranordnung (19), die durch die Mittelpunkte der ersten Rasterelemente (20) einer Rasterzeile verläuft oder zu einer derartigen Mittelpunkt- Verbindung parallel ist, parallel zu der Zylinderlinse (23) verläuft, die dieser Rasterzeile (21) zugeordnet ist,- wherein adjacent first raster elements (20) within each raster line of the first raster arrangement (19) in the direction of the column axis (y) are offset from each other, that in each case an effective row axis (21) of the first raster arrangement (19) passing through the centers of the first raster elements (20) of a raster line or parallel to such a center connection runs parallel to the cylindrical lens (23) associated with this raster line (21),
eine Abbildungs-Rasteranordnung (26) mit Abbildungs-Raster- elementen (27, 27'), wobei jeweils ein Paar von Abbildungs- Rasterelementen (27, 27'), umfassend ein Abbildungs-Raster- dement (27) mit einer Abbildungsoptik (30) mit Abbildungsmaßstab + 1 und ein Abbildungs-Rasterelement (27') mit einer Abbildungsoptik (32) mit Abbildungsmaßstab -1, einem der ersten Rasterelemente (20) zugeordnet ist.an imaging raster arrangement (26) with imaging raster elements (27, 27 '), wherein in each case a pair of imaging raster elements (27, 27') comprising an imaging raster element dement (27) with an imaging optics (30) with magnification + 1 and an imaging raster element (27 ') with an imaging optics (32) with magnification -1, one of the first raster elements (20) is assigned.
3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Hälfte (28) jedes ersten Rasterelements (20) von der Abbildungsoptik (30) mit Abbildungsmaßstab +1 und eine von der ersten Hälfte (28) parallel zur Spaltenrichtung (y) getrennte zweite Hälfte (29) jedes ersten Rasterelements (20) von der Abbildungsoptik (32) mit3. Illumination system according to claim 2, characterized in that a first half (28) of each first raster element (20) of the imaging optical system (30) with magnification +1 and one of the first half (28) parallel to the column direction (y) separated second Half (29) of each first raster element (20) of the imaging optics (32)
Abbildungsmaßstab -1 abgebildet wird.Mapping scale -1 is mapped.
4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Bildfeldformungs-Rastereinrichtung (39) umfasst:4. Illumination system according to claim 1, characterized in that the optical image forming raster device (39) comprises:
ein im Lichtweg vor der ersten Rasteranordnung (19) angeordnetes Prismen- Array (39) mit einzelnen, Zeilen- und spaltenweise angeordneten Prismen-Rasterelementen (40), dessen Raster- Aufteilung der der ersten Rasteranordnung (19) entspricht, wobei jedes Pris- men-Rasterelement (40) aufweist:a prism array (39) arranged in the light path in front of the first raster arrangement (19) with individual prism raster elements (40) arranged row-wise and column-by-column whose raster distribution corresponds to that of the first raster arrangement (19), each prism Raster element (40) has:
~ eine schräge Eintrittsfläche (41), die um eine Achse (x) senkrecht zur Spaltenrichtung (y) der ersten Rasteranordnung (19) verkippt ist,an inclined entrance surface (41), which is tilted about an axis (x) perpendicular to the column direction (y) of the first grid arrangement (19),
~ einen der Eintrittsfläche (41) nachgeordneten Prismenkörper (42), dessen optische Weglänge senkrecht (x) zur Spaltenrichtung (y) so variiert, dass das eine durch den Prismenkörper (42) erzeugte erste Strahlablenkung (Ay1) des Beleuchtungs- lichts am Ort des zugeordneten ersten Rasterelements (20), die in der Mitte des Prismenkörpers (42) erzeugt wird, sich von einer zweiten Strahlablenkung (Ay2) am Ort des zugeordneten ersten Rasterelements (20), die am zeilenseitigen Rand des Prismenkörpers (42) erzeugt wird, unterscheidet.a prism body (42) arranged downstream of the entrance surface (41) whose optical path length varies vertically (x) relative to the column direction (y) such that the first beam deflection (Ay 1 ) of the illumination beam generated by the prism body (42) light at the location of the associated first raster element (20), which is generated in the center of the prismatic body (42), by a second beam deflection (Ay 2 ) at the location of the associated first raster element (20) at the line-side edge of the prism body (42 ) is differentiated.
5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Weglänge jedes Prismenkörpers (42) mittig (x = 0) geringer ist als am zeilenseitigen Rand (x = ± B/2).5. Illumination system according to claim 4, characterized in that the optical path length of each prismatic body (42) is smaller in the center (x = 0) than at the line-side edge (x = ± B / 2).
6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Prismenkörper (42) gegenüberliegend zur Eintrittsfläche (41) eine um eine um die Spaltenrichtung (y) konkav gebogene Zylinder- Austrittsfläche (43) aufweist.6. Lighting system according to claim 5, characterized in that each prism body (42) opposite to the entry surface (41) has a to the column direction (y) concave curved cylinder exit surface (43).
7. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Bildfeldformungs-Rastereinrichtung (47) umfasst:7. Illumination system according to claim 1, characterized in that the optical image forming raster device (47) comprises:
ein im Lichtweg nach der ersten Rasteranordnung (19) angeordne- tes Keil-Array (47) mit einzelnen Keil-Rasterelementen (48), dessen Raster- Aufteilung der der ersten Rasteranordnung (19) entspricht, wobei jedes Keil-Rasterelement (48) aufweist:a wedge array (47) arranged in the light path after the first raster arrangement (19) with individual wedge raster elements (48) whose raster distribution corresponds to that of the first raster arrangement (19), each wedge raster element (48) having :
~ eine Mehrzahl von zueinander benachbarten Keil- Unterelementen (49 bis 55), die voneinander durch Trennflächen (56) parallel zur Spaltenrichtung (y) getrennt sind und derart zueinander unterschiedliche Keilwinkel zwischen einer Eintritts- (57) und einer Austrittsfläche (58) aufweisen, das ein durch ein mittiges Keil-Unterelement (52) des Keil- Rasterelements (48) erzeugter erster Bildversatz (Δy2) des Beleuchtungslichts (8) sich von einem zweiten Bildversatz (Δyi), der am zeilenseitigen Rand des Keil-Rasterelements (48) von einem seitlichen Keil-Unterelement (49, 55) erzeugt wird, un- terscheidet.a plurality of mutually adjacent wedge sub-elements (49 to 55), which are separated from one another by separating surfaces (56) parallel to the column direction (y) and thus have wedge angles different between each other between an entry (57) and an exit surface (58), a through a central wedge sub-element (52) of the wedge Raster element (48) generates a first image offset (Δy 2 ) of the illumination light (8) from a second image offset (Δyi) generated at the line-side edge of the wedge raster element (48) by a lateral wedge sub-element (49, 55), differs.
8. Beleuchtungssystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens drei Keil-Unterelemente pro Keil-Rasterelement (48).8. Illumination system according to claim 7, characterized by at least three wedge sub-elements per wedge grid element (48).
9. Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch fünf Keil-Unterelemente pro Keil-Rasterelement (48).9. Lighting system according to claim 8, characterized by five wedge sub-elements per wedge grid element (48).
10. Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch sieben Keil-Unterelemente (49 bis 55) pro Keil-Rasterelement (48).10. Lighting system according to claim 8, characterized by seven wedge sub-elements (49 to 55) per wedge grid element (48).
11. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Lichtverteilungseinrichtung (9, 10) vor dem optischen Rastermodul (12; 38; 46) zur Erzeugung einer vorgegebenen zweidimensionalen Intensitätsverteilung aus dem Beleuchtungslicht (8) in einer ersten Ebene (11) senkrecht zu einer optischen Achse (2) des11. Lighting system according to one of claims 1 to 10, characterized by a light distribution device (9, 10) in front of the optical raster module (12; 38; 46) for generating a predetermined two-dimensional intensity distribution from the illumination light (8) in a first plane (11). perpendicular to an optical axis (2) of the
Beleuchtungssystems (5).Lighting system (5).
12. Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (1) mit einem Beleuchtungssystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.12. Microlithography projection exposure apparatus (1) having an illumination system (5) according to one of claims 1 to 11.
13. Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, Bereitstellen eines Retikels, das abzubildende Strukturen aufweist, Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 12,13. Method for microlithographic production of microstructured components with the following steps: Providing a substrate on which at least partially a layer of photosensitive material is applied, providing a reticle having structures to be imaged, providing a projection exposure apparatus (1) according to claim 12,
Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).Projecting at least a portion of the reticle onto a portion of the layer using the projection exposure apparatus (1).
14. Mikrostrukturiertes Bauelement, das nach einem Verfahren gemäß An- spruch 13 hergestellt ist. 14. A microstructured component produced by a method according to claim 13.
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