WO2023227397A1 - Katadioptrisches projektionsobjektiv, projektionsbelichtungsanlage und projektionsbelichtungsverfahren - Google Patents

Katadioptrisches projektionsobjektiv, projektionsbelichtungsanlage und projektionsbelichtungsverfahren Download PDF

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Definitions

  • German patent application number 10 2022 205 272.2 filed on May 25, 2022.
  • the disclosure content of this patent application is incorporated by reference into the content of the present application.
  • the invention relates to a catadioptric projection lens for imaging a pattern arranged in an object plane of the projection lens into an image plane of the projection lens that is parallel to the object plane. Furthermore, the invention relates to a projection exposure system with such a projection lens and to a projection exposure method that can be carried out with the aid of the projection lens.
  • Microlithographic projection exposure processes are now predominantly used to produce semiconductor components and other finely structured components.
  • Masks (reticles) are used that carry or create the pattern of a structure to be imaged, e.g. a line pattern of a layer of a semiconductor component.
  • the pattern is arranged in a projection exposure system between an illumination system and a projection lens in the area of the object surface of the projection lens and illuminated in the area of the effective object field with an illumination radiation provided by the illumination system.
  • the radiation changed by the pattern runs as a projection beam through the projection lens, which images the pattern onto the substrate to be exposed in the area of the effective image field that is optically conjugate to the effective object field.
  • the substrate normally carries a layer (photoresist, photoresist) that is sensitive to projection radiation.
  • projection exposure systems with high-aperture projection lenses are used, which typically work at working wavelengths in the deep ultraviolet radiation (DUV) range, e.g. at approx. 193 nm.
  • DUV deep ultraviolet radiation
  • purely refractive (dioptric) reduction lenses are often used.
  • the optical elements have a common rectilinear optical axis.
  • the object field and image field can be centered on the optical axis (on-axis field). In certain cases, this makes exposures of a full field possible in stepper mode (step-and-repeat), which promotes high throughput (complete exposures per unit of time).
  • Projection exposure systems for a working wavelength of 365.5 nm ⁇ 2 nm have been in use here for a long time. They use the i-line of mercury vapor lamps, whereby their natural bandwidth is limited to a narrower used bandwidth AI, e.g. of around 2 nm, using a filter or other means. With such light sources, ultraviolet light of a relatively broad wavelength band is used during projection, so that the projection lens must provide a relatively strong correction of chromatic aberrations in order to ensure low-error imaging even with such a broadband projection light at the desired resolution.
  • catadioptric projection lenses for this wavelength range (cf. DE 10 2006 022 958 A1), i.e. projection lenses that contain both refractive optical elements with refractive power, i.e. lenses, and reflective elements with refractive power, i.e. curved mirrors. Typically at least one concave mirror is included.
  • an off-axis field (off-axis field) must be used if the system is designed with rotational symmetry, i.e. a configuration in which the effective object field and the effective Image field lies outside the optical axis.
  • the patent US 8,634,060 B2 describes a projection exposure system that can expose two masks and two wafers at the same time.
  • the light from a single light source is sent alternately through two separate, identical projection systems via a fast optical switch, each of which has an illumination system and a projection lens.
  • US 2008/259440 A1 describes a projection exposure system that works with two separate masks and two separate lighting systems, with the projection beam paths being brought together in the projection lens via a triangular prism.
  • US 2010/0053738 (corresponding to US 8,705,170 B1) describes projection lenses that use a single mask and branch the projection beam path in the projection lens using deflection mirrors in such a way that two separate image-side lens parts are created, which create two image fields, so that two wafers are exposed at the same time can.
  • a patent application filed at the same time discloses suitable lighting systems that can simultaneously illuminate two separate, spaced-apart lighting fields on the same mask. Diffractive optical elements or prisms are provided to split the beam coming from the light source. Lens arrays of a honeycomb condenser (fly eyes lens) are provided to homogenize the illumination radiation.
  • Projection exposure systems with two projection beam paths are described, for example, in the patent US 8,384,875 B2 using schematic examples.
  • two lighting systems are provided, which can be constructed separately from one another or integrated into a common lighting system (Fig. 12).
  • Fig. 12 There are also schematic examples of catadioptric projection lenses. Specification data for reworking the systems is not disclosed.
  • a catadioptric projection lens which has a plurality of optical elements which are arranged along an optical axis between an object plane and an image plane parallel to the object plane.
  • the projection lens is designed as a double-field projection lens and is designed to transmit a first effective object field arranged outside the optical axis in the object plane along a first projection beam path into a first effective image field located outside the optical axis in the image plane and at the same time in relation to the first object field to image the second effective object field opposite the optical axis and arranged outside the optical axis in the object plane along a second projection beam path into a second effective image field located outside the optical axis in the image plane.
  • Each of the projection beam paths comprises a first deflection unit for deflecting the radiation coming from the object plane to a concave mirror and a second deflection unit for deflecting the radiation coming from the concave mirror in the direction of the image plane.
  • the projection lens thus has at least two concave mirrors, preferably exactly two concave mirrors, namely a single concave mirror per projection beam path.
  • the optical elements have a first objective part for imaging each of the effective object fields of the object plane into a first real intermediate image, a second objective part for generating a second real intermediate image with the radiation coming from the first objective part, and a third objective part
  • the concave mirror of a projection beam path is arranged in the area of a pupil surface lying between the first and the second intermediate image, the first deflection unit in optical proximity to the first intermediate image and the second deflection unit is arranged in optical proximity to the second intermediate image.
  • This design approach creates the possibility of constructing projection lenses that work with two fields of practically usable size that can be used at the same time, despite overall compact dimensions.
  • the dimensional design of the deflection units is complicated by boundary conditions. If deflection surfaces can be designed to be relatively large, vignetting-free deflection of larger fields can be achieved relatively easily, but this usually results in a considerable size. If the size is kept small, the reflecting surfaces may become too small for the size of the fields to be projected, so that the risk of vignetting increases.
  • the provision of two intermediate images creates conditions for projecting or imaging practically usable field sizes from the object plane into the image plane with relatively small mirror surfaces.
  • the two projection radiation paths can be used selectively or alternatively to each other.
  • the optical elements preferably include a plurality of lenses and two concave mirrors. According to a further development, several lenses are arranged along first sections of the optical axis. The first sections run coaxially to each other and perpendicular to the object plane and image plane. The concave mirrors are arranged on opposite sides of the first sections and define second sections of the optical axis that are oriented transversely to the first sections. The optical axis is thus folded. Overall, the projection lens has rotational symmetry with respect to the folded optical axis. The first sections and the second sections lie in a common plane, which is referred to here as the axial plane. The optical elements are arranged and designed symmetrically to a plane of symmetry.
  • the plane of symmetry runs perpendicular to the axis plane through the first sections.
  • a first deflection unit is provided for deflecting the radiation coming from the object plane to the concave mirror and a second deflection unit for deflecting the radiation coming from the concave mirror in the direction of the image plane.
  • the deflection units are each arranged on the side of the plane of symmetry facing the associated concave mirror.
  • the concave mirrors can be arranged coaxially with one another, so that the second sections are oriented perpendicular to the first sections.
  • the projection lens then has an overall cross-shaped arrangement of optical elements.
  • the two concave mirrors lie opposite each other coaxially to one another on different sides of the plane of symmetry.
  • the second sections can be oriented at an angle other than 90° transversely to the first sections or to the plane of symmetry, which can be useful, for example, for reasons of installation space.
  • deflection units are each arranged on the side of the symmetry plane facing the associated concave mirror. This makes it possible for two projection beam paths to be used in the projection lens, each of which leads from an off-axis effective object field to the optically conjugate effective image field.
  • the two off-axis effective object fields can be arranged symmetrically to the plane of symmetry at a distance from it on opposite sides; the same applies to the associated effective image fields.
  • the first deflection unit and the second deflection unit each have a first reflection surface and an immediately following second reflection surface, which are tilted relative to the plane of symmetry by different tilting angles about tilting axes running orthogonally to the first and second sections, the first reflection surface being used for deflection the radiation coming from the object plane is arranged to the second reflection surface and the second reflection surface is arranged to deflect the radiation coming from the first reflection surface in the direction of the image plane.
  • the deflection units are therefore not designed as 45° plane mirrors, but rather as two-stage reflecting deflection units that change the beam angle of the incident radiation in two directly one after the other carry out the following stages through reflection.
  • “immediate” means in particular that there is no other optical element between the first and second reflection surfaces.
  • the deflection units are preferably each arranged on the side of the symmetry plane facing the associated concave mirror, i.e. on the same side as the associated concave mirror.
  • the first and second reflection surfaces of a deflection unit can achieve a total folding angle of 90°, which is required for the cross-shaped structure of the projection lens.
  • the folding angles can also deviate from 90°.
  • the tilt angles of the first reflection surfaces and the second reflection surface are preferably adapted to one another in such a way that a beam appearing on the first reflection surface parallel to the entrance-side optical axis is deflected by the same angle at the first reflection surface and the second reflection surface.
  • a deflection of 45° can be provided, so that a total of 90° deflection results.
  • the tilt angle is defined here as the angle that the surface normal of a reflection surface includes with the entry-side section of the optical axis. Accordingly, it can be provided, for example, that the first tilt angle is 67.5° and the second tilt angle is 22.5°. However, in some cases it can make sense to tilt the two reflection surfaces so that they deflect a deflected beam to different degrees.
  • the reflection surfaces can each be formed on a separate individual mirror, which can optionally be individually precisely adjusted relative to one another. It is also possible to form two or more reflection surfaces of the deflection units on a common support element.
  • a support element can, for example, be constructed with four triangular prisms. The triangular prisms can be held together in the middle of a star-shaped cross section of the deflection unit. Alternatively, all reflection surfaces necessary for the deflection can be combined and designed as a complex prism with a star-shaped side surface.
  • the complex prism can, for example, consist of several individual prisms that are cemented or blasted together.
  • the first and second reflection surfaces can each be flat, i.e. designed as a flat surface.
  • deviations from one level can be in the range of a few percent or a few per thousand of the working wavelength. It However, larger deviations of the surface shape from a flat surface can also be specifically provided, for example in order to achieve certain influences on the shape of the wave front.
  • the intermediate images lie in or close to field planes of the projection lens that are optically conjugate to the object plane and image plane.
  • the first deflection unit is arranged in the optical proximity of a first field level and the second deflection unit is arranged in the optical proximity of a second field level that is optically conjugate to the first field level.
  • the first deflection unit and the second deflection unit are arranged in a region in which a subaperture ratio SAR is smaller than 0.3 in magnitude.
  • the intermediate image can be arranged between the two individual mirrors of the deflection unit.
  • the first lens part should not have a magnifying effect or not have a strong magnifying effect, so that the size of the first intermediate image does not exceed that of the effective object field or does not significantly exceed it.
  • the first lens part has a first imaging scale ßi, for which the condition 0.5 ⁇
  • the first lens part can be designed as a 1:1 system; as a rule, the magnification should not exceed a factor of 1.2.
  • the magnitude of the imaging scale ⁇ 1 of the first lens part can therefore be in the range of 1.2 or less.
  • the projection lens has a reducing magnification and that the first lens part produces a maximum of half of the reduction.
  • the projection lens is designed as a scanner system. When scanning, only part of the object field is imaged by the projection lens at any given time. To carry out a single exposure step, a scanning movement is therefore required in which adjacent sections of the reticle are successively transferred to the substrate.
  • the effective object field should be 104 mm wide.
  • the projection lens is designed with an object field radius OBH of at least 107 mm.
  • the projection lens can be designed so that each of the effective object fields can have the size 104mm x 56mm and be at a distance of 38 mm from the optical axis.
  • Some embodiments are characterized in that an image-side numerical aperture is less than 0.5, with the numerical aperture preferably being in the range of 0.2 to 0.4.
  • the invention also relates to a projection exposure method for exposing a radiation-sensitive substrate arranged in the region of an image plane of a projection lens with at least one image of a pattern of a mask arranged in the region of an object plane of the projection lens, in which a projection lens according to the invention is used.
  • the invention further relates to a projection exposure system for exposing a radiation-sensitive substrate arranged in the area of an image plane of a projection lens with at least one image of a pattern of a mask arranged in the area of an object plane of the projection lens, comprising: a primary radiation source for emitting primary radiation; an illumination system for receiving the primary radiation and generating illumination radiation directed onto the mask; and a projection lens for generating at least one image of the pattern in the area of the image plane of the projection lens, the projection lens being designed according to the invention.
  • the projection exposure system preferably comprises a central control unit for controlling functions of the projection exposure system, the control device being configured in at least one operating mode to operate the lighting system and the projection lens in such a way that two adjacent dies are scanned simultaneously with the double field.
  • a double exposure can be carried out in another operating mode.
  • Two-stage reflecting deflection units of the type described in this application can also be used to advantage independently of the claimed invention, for example also in catadioptric projection lenses with a single field, i.e. with only a single effective object field.
  • the disclosure therefore also relates to a catadioptric projection lens for imaging a pattern arranged in an object plane of the projection lens into an image plane of the projection lens parallel to the object plane, comprising a plurality of optical elements which include a plurality of lenses and a concave mirror and between the object plane and the image plane along an optical axis are arranged to image an effective object field arranged outside the optical axis in the object plane along a projection beam path into an effective image field lying outside the optical axis in the image plane, at least one two-stage reflecting deflection unit being arranged in the projection beam path, which has a first reflection surface and an immediate has the following second reflection surface, wherein the first reflection surface is arranged to deflect the radiation coming from the object plane to the second reflection surface and the second
  • a first deflection unit for deflecting the radiation coming from the object plane to the concave mirror and a second deflection unit for deflecting the radiation coming from the concave mirror in the direction of the image plane are arranged in the projection beam path, wherein the first deflection unit and / or the second deflection unit is designed as a two-stage reflecting deflection unit.
  • both the first deflection unit and the second deflection unit can be designed as a two-stage reflecting deflection unit. It is also possible for only one of the deflection units to be designed as a two-stage reflecting deflection unit and the other deflection unit to be designed as a plane mirror, wherein the first deflection unit or the second deflection unit can be designed as a two-stage reflective deflection unit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a projection exposure system according to an exemplary embodiment
  • Fig. 2 shows a schematic top view of the object plane of the projection lens with two effective off-axis object fields
  • FIG. 3 shows a schematic overview of a first exemplary embodiment for a double field lighting system with an integrator rod arrangement
  • Fig. 4 shows the integrator rod arrangement from Fig. 3 in detail
  • 5A to 5D show variants of integrator rod arrangements of other exemplary embodiments
  • Figure 6 shows an integrator bar arrangement with two tapered output integrator bars
  • FIG. 7 shows a schematic overview of an exemplary embodiment of a double field lighting system with grid elements in a homogenization unit
  • Fig. 8 shows the homogenization unit in Fig. 7 in detail.
  • FIG. 9 shows a schematic meridional lens section of a projection lens according to a first exemplary embodiment
  • Fig. 10 shows an enlarged detail of the area of the deflection units in the projection lens of Fig. 9;
  • FIGS. 11A to 11C show three folding situations in comparison
  • 1A to 12B show a variant of scanning with single field
  • 13A to 13B show a variant of scanning with double field
  • Fig. 14 shows a schematic meridional lens section of a catadioptric projection lens with two intermediate images, a concave mirror, a two-stage reflecting deflection unit and a single-stage deflection unit.
  • optical axis refers to a straight line or a series of straight line segments through the centers of curvature of the optical elements.
  • the optical axis is folded on folding mirrors (deflection mirrors) or other reflective surfaces.
  • the object is a mask (reticle) with the pattern of an integrated circuit; it can also be another pattern, for example a grid.
  • the image is projected onto a wafer provided with a photoresist layer, which serves as a substrate.
  • substrates for example elements for liquid crystal displays or substrates for optical gratings, are also possible.
  • a mercury vapor lamp serves as the primary radiation source or light source LS. This emits a broad spectrum with emission lines of relatively strong intensity I in wavelength ranges with center wavelengths at approx. 436 nm (visible light, blue, g-line), approx. 405 nm (visible light, violet, h-line) and approx. 365, 5 nm (near ultraviolet, UV-A, i-line).
  • the projection exposure system is an i-line system that only uses the light from the i-line, i.e. UV light around a central working wavelength of approx. 365.5 nm.
  • the natural full bandwidth of the i-line is achieved with the help of a filter or limited in another way to a narrower used bandwidth ⁇ , e.g. of approximately 2 nm.
  • An illumination system ILL connected downstream of the light source LS generates in its exit surface ES from the light of this single primary light source two large, each sharply defined and essentially homogeneously illuminated illumination fields ILF1, ILF2 with beam angles that correspond to the telecentricity requirements of the projection lens PO arranged behind it in the light path is adapted.
  • the lighting system is a double field lighting system. Exemplary embodiments are explained below in connection with FIGS. 3 to 8.
  • the ILL lighting system has facilities for setting different lighting modes (illumination settings) and can be switched, for example, between conventional on-axis lighting with different degrees of coherence ⁇ and off-axis lighting.
  • a device RS for holding and manipulating the mask M is arranged so that the pattern arranged on the reticle lies in the object plane OS of the projection lens PO, which coincides with the exit plane ES of the lighting system and is also referred to here as the reticle plane OS becomes.
  • the substrate to be exposed which in the example is a semiconductor wafer W
  • a device WS which includes a scanner drive, to synchronize the wafer with the reticle M perpendicular to the optical axis OA in a scanning direction (y-direction). to move.
  • the device WS which is also referred to as “wafer stage”, and the device RS, which is also referred to as “reticle stage”, are part of a scanner device that is controlled via a scanning control device, which in the embodiment is integrated into the central control device CU the projection exposure system PBA is integrated.
  • Fig. 2 shows a schematic top view of the object plane OS of the projection lens PO (corresponding to the exit plane ES of the lighting system).
  • the illumination system ILL illuminates two off-axis illumination fields ILF1, ILF2 with the light from the light source in the exit plane (reticle plane, object plane of the projection lens). These are each rectangular, can be sharply or softly defined and are essentially homogeneously illuminated.
  • Each of the illumination fields defines an effective object field actually used during the projection exposure, so that a first effective object field OF1 and a second effective object field OF2 lie in the reticle plane.
  • the two nominally identically dimensioned, rectangular effective object fields lie in the y-direction on opposite sides of the optical axis OA, each at a distance outside the optical axis and have a measurement parallel to the y-direction Height A* and a width B* > A* measured perpendicular to it (in the x direction or cross-scan direction).
  • the aspect ratio AR B*/A* can be, for example, 2, 2.5, 3, 5, 10 or 15.
  • a distance ABF between corresponding field edges in the y-direction (field distance) is twice the distance d* of a field to the optical axis, i.e. 2x38mm, plus a field height (56 mm), i.e. 132 mm.
  • the circle OBC centered on the optical axis OA which encloses the effective object fields OF1, OF2 and touches their corners, indicates the size of the object field circle in the rotationally symmetrical system, within which the optical correction at all field points must correspond to the specification. This then also applies to all field points in the effective object fields. Correcting aberrations becomes more complex the larger this object field has to be.
  • the size of the circle is parameterized here by the object field radius OBH or half the object field diameter OBH, which at the same time corresponds to the maximum field height of an object field point.
  • the object field height OBH is approx. 107 mm.
  • the effective image fields IF1, IF2 in the image area IS which are optically conjugate to the effective object fields OF1, OF2, have the same shape and the same aspect ratio between height A and width B as the associated effective object fields, but the absolute field size is the same for reducing projection lenses (with (
  • ⁇ 1) reduced by the magnification ß of the projection lens, i.e. A
  • A* and B
  • a distance ABF field distance measured in the scanning direction (y-direction) between the edges of the effective object fields lying on the same side in the y-direction is selected so that the corresponding distance between corresponding longer edges of the effective image fields IF1, IF2 is precise the length of a “this” to be exposed. This length is 33 mm in the current standard.
  • the term “die” refers to a single unpackaged piece of a semiconductor wafer, as a single semiconductor chip without a housing or package.
  • Fig. 3 is a schematic overview of a first exemplary embodiment of a lighting system ILL.
  • the primary light source LS is a mercury vapor lamp with a collector mirror, which collects the light into an inlet opening Lighting system reflected.
  • An alternative, not shown, uses a laser as the light source, for example a frequency-tripled solid-state laser with a wavelength of approximately 355 nm.
  • the primary light source is followed by a pupil shaping unit PFU, which is constructed exclusively with refractive optical components and is designed to generate a defined, local (two-dimensional) intensity distribution in a subsequent pupil surface PUP of the lighting system ILL, which is sometimes also referred to as a secondary light source or as an illumination pupil becomes. Since essential properties of the illumination radiation are influenced or shaped by this local intensity distribution, this pupil area is also referred to as the pupil shaping area PUP.
  • the pupil shaping unit PFU can be variably adjustable, so that depending on the control of optical components of the pupil shaping unit, different local illumination intensity distributions can be set in the circular illumination pupil, for example a conventional illumination setting with a circular illumination spot centered around the optical axis AX, a dipole illumination or a Quadrupole lighting.
  • a refractive field shaping system FFS is optically connected downstream of the pupil shaping unit PFU. This contains the optical components that form the illumination intensity distribution in the exit surface ES of the lighting system from the light from the pupil shaping surface.
  • the field shaping system FSF includes a homogenization unit HOM for homogenizing the light received by the pupil shaping unit.
  • the homogenization unit has a dual function, since the optical components are also designed in such a way that the illuminating light is divided into a first illuminating beam bundle BS1 and a second illuminating beam bundle BS2, which hit the exit plane at a mutual distance from one another.
  • the field shaping system FFS includes a coupling optics EK, which collects the light coming from the pupil shaping surface and couples it into an entrance surface EF1 of an integrator rod arrangement ISA. This is shown enlarged in FIG. 4.
  • the integrator rod arrangement ISA includes an input integrator rod IE, which has a flat entry surface EF1, parallel to it a flat exit surface EF2 and four flat side surfaces that form a rectangular cross section.
  • the input integrator rod is made of a material that is transparent to the illuminating light. The light is reflected within the input integrator rod by multiple internal reflections on the uncoated or optionally coated lateral surfaces (side surfaces) of the integrator rod are mixed and thereby homogenized and emerges at least partially homogenized from the exit surface AF1.
  • the input integrator rod has a continuous rectangular cross section and defines a longitudinal center axis that lies on the optical axis AX of the lighting system.
  • the integrator bar arrangement further comprises a first output integrator bar IA1 and a second output integrator bar IA2, each of which has an entry surface EF2-1 or EF2-2 and an exit surface AF2-1 or AF2-2.
  • the two output integrator bars IA1 and IA2 each have a rectangular cross-sectional shape and a cross-sectional area that is essentially half the cross-sectional area of the input integrator bar IE.
  • the output integrator bars IA1, IA2 are arranged on diametrically opposite sides at a distance from the optical axis AX of the lighting system.
  • the first output integrator bar IA1 is optically coupled to a first partial area TF1 of the exit area of the input integrator bar in such a way that light exiting through the first partial area TF1 enters exclusively into the first output integrator bar IA1.
  • the first prism P1 has a rectangular, flat entrance surface, which follows the first partial surface TF1 directly with the interposition of an air gap LS and receives the radiation emerging from this partial surface.
  • the flat exit surface has the same size and is directly in front of the entrance surface of the first output integrator rod IA1 with the interposition of an air gap.
  • the prism also has two flat side surfaces oriented at a 45° angle to the entrance and exit surfaces, each of which has a reflective coating. They can be mirrored, for example, by applying an aluminum layer or a dielectric coating.
  • each of the prisms thus optically couples one of the output integrator rods IA1, IA2 to an assigned partial surface TF1, TF1 of the exit surface AF1 of the input integrator rod and guides the light from a position close to the axis to a position away from the axis.
  • the light entering the input integrator rod IE is divided essentially equally between the exit surface AF2-1 of the first output integrator rod and the exit surface AF2-2 of the second output integrator rod and at the same time both in the input integrator rod also mixed in the output integrator bars by multiple internal reflection.
  • An adjustable field stop BL1 is arranged there, which allows the actually usable field size of the first illumination field IF1 to be adjusted continuously.
  • a corresponding second field stop BL2 is arranged at the exit of the second output integrator bar.
  • a subsequent REMA lens maps the intermediate field plane of the reticle mask system onto the exit plane of the illumination system or the object plane of the following projection lens.
  • the first illumination beam bundle generates the first illumination field ILF1 on one side of the optical axis AX, while the second illumination field ILF2 is illuminated at a distance from the optical axis opposite using the second illumination beam bundle SB2.
  • FIG. 5A shows some variants of this basic concept.
  • the variant of FIG. 5A differs from the example of FIG. 4 in that the prisms P1 and P2 there are each replaced by a pair of triangular prisms.
  • the hypotenuse surfaces of the triangular prisms are each mirrored, the entry and exit surfaces are flat and border an upstream or downstream element across an air gap.
  • FIG. 5B illustrates that a further integrator bar ISW1, ISW2 can also be integrated between the input integrator bar IE and the two output integrator bars IA1, IA2.
  • 5C and 5D illustrate that the prism arrangement PA, which leads to the division into two illumination beam paths, does not necessarily have to be coupled directly to the exit side of the entrance integrator rod. Rather, further deflection elements and/or integrator rod elements can be interposed.
  • both output integrator rods are each designed as a so-called “tapered integrator”.
  • the size of the rectangular entrance surface EF1, EF2 essentially corresponds to half of the exit surface area AF1 of the input integrator bar IE, so that the light emerging from the assigned partial area is completely coupled into the output integrator bar .
  • the integrator bars each have a constant cross-sectional shape and cross-sectional size over their length
  • the cross-sectional area of the output integrators in the example of FIG. 6 changes continuously between the entry surface and the exit surface, so that the two exit surfaces AF2-1 and AF2-2 are arranged diametrically opposite the optical axis at a distance from the optical axis.
  • FIG. 7 ff Another exemplary embodiment of a lighting system ILL will now be described with reference to FIG. 7 ff.
  • functional groups that have similar or corresponding functions to those in the first exemplary embodiment have corresponding names.
  • a significant difference from the previous exemplary embodiments is the structure and operation of the homogenization unit HOM, which is essentially constructed using a modified honeycomb condenser. Details about structure and function can be seen from Fig. 8.
  • the homogenization unit HOM comprises a first grid arrangement RA1 with a plurality of first refractive grid elements RE1, which receive the light of the two-dimensional intensity distribution of the pupil-shaping surface PUP and from this generate a grid arrangement of secondary light sources SL1, SL2, etc., which are approximately at a distance from the focal length F1 of the first grid elements RE1 arise behind these.
  • the illumination beam bundle coming from the pupil-forming surface is broken down into a plurality of optical channels, with each illuminated first grid element and the associated secondary light source belonging to its own optical channel.
  • second grid arrangement RA2 with second refractive grid elements RA2 which is arranged optically behind the first grid arrangement approximately in the area of the secondary light sources SL1 etc. and serves to record light from the respective optical channels or the secondary light sources and to contribute to this Light coming from different optical channels in the area of the exit plane or image plane of the lighting system ILL at least partially superimposed.
  • This overlay causes a homogenization or evening out of the light intensity in the exit plane.
  • the cross-sectional area or aperture of the first grid elements RE1 determines the shape of the illuminated lighting fields and is rectangular in the example case.
  • the first grid elements RE1 are also referred to as field honeycombs.
  • the second grid elements RE2 are also referred to as pupil honeycombs and are arranged in the vicinity of the respective secondary light sources. They image the first grid elements RE1 onto an intermediate field plane FE of the lighting system via a downstream field lens. This is then mapped into the exit plane of the lighting system, as in the example above.
  • each of the first grid elements RE1 (as in a conventional honeycomb condenser) generates an optical channel belonging to the secondary light source.
  • each of the second grid elements RE2 is assigned not only to a first grid element, but to two immediately adjacent first grid elements, for example the grid elements RE1-1 and RE1-2.
  • the second grid elements are each formed by a non-sensing element, which is divided into two differently designed sections.
  • a first section AB1 acts exclusively on the light of an assigned first grid element in its optical channel.
  • a second section AB2 is formed integrally with the first section and lies exclusively in the adjacent second optical channel and accordingly influences its light propagation
  • the first optical channel generated by a grid element R1-1 is influenced by the lower half of the subsequent second grid element or its first section AB1 in such a way that the light is introduced via the field lens FL into a first illumination beam bundle BS1, while the light, which is coupled into a second optical channel by the adjacent first grid element R1-2, is influenced by the second section AB2 of the second grid element in such a way that it is coupled into a second illumination beam bundle BS2, which is in relation to the first illumination beam bundle on the optical Axis AX propagates on the opposite side.
  • both the entrance surface and the Exit surface in the first section AB1 and in the second section AB2 are each designed aspherical.
  • the surface shapes of the first section and the second section do not merge smoothly; instead, a fold line forms on the surface of the second grid element as a dividing line between the two sections.
  • a feature of this mixed concept is that in the area of the pupil honeycombs (second grid elements RE2) a dense arrangement of several refractive powers alternating in one spatial direction with two different surface shapes is created. In particular, there is a dense arrangement of refractive powers with transitions that cannot be continuously differentiated.
  • the second grid elements RE2 can be conceptually viewed as lenses composed of off-axis lens sections, of which at least one side is preferably aspherical and the size of which corresponds to that of an associated field honeycomb.
  • FIG. 9 shows a schematic meridional lens section of an embodiment of a catadioptric projection objective PO with selected beams to illustrate the imaging beam path of the projection radiation passing through the projection objective during operation.
  • the projection lens is intended as a reducing imaging system to image a pattern of a mask arranged in its object plane OS on a reduced scale, for example on a scale of 1:4, onto its image plane IS aligned parallel to the object plane.
  • the projection lens is designed as a double field projection lens. It is able to move the first effective object field OF1 arranged outside the optical axis OA in the object plane OS along a first projection beam path RP1 into a first effective image field IF1 located outside the optical axis OA in the image plane IS and at the same time in relation to the first object field to image the second effective object field OF2 located opposite the optical axis and arranged outside the optical axis in the object plane along a second projection beam path RP2 into a second effective image field IF2 located outside the optical axis in the image plane.
  • the projection lens comprises a large number of optical elements, including numerous lenses (e.g. between 15 and 25 lenses) as well as exactly two concave mirrors CM1, CM1, with exactly one concave mirror in each of the projection beam paths.
  • a majority of the parts are arranged along first sections OA1 of the optical axis OA, these first sections being coaxial with one another perpendicular to the object plane OS and Image plane IS.
  • the concave mirrors CM1, CM2 are arranged on opposite sides of the first sections OA1 and define second sections OA2 of the optical axis, which together with the first sections define an axis plane (which lies in the drawing plane in FIG. 9).
  • the Concave mirrors of the example are arranged coaxially to one another on opposite sides of the first sections, the second sections OA2 of the optical axis are perpendicular to the first sections OA1, so that a cross shape results.
  • the optical elements are arranged and designed mirror-symmetrically to a plane of symmetry SYM, which runs perpendicular to the axis plane (here drawing plane) through the first sections OA1.
  • a first deflection unit ULE1 in the assigned projection beam path for redirecting the radiation coming from the object plane OS to the concave mirror and a second deflection unit ULE2 for redirecting the radiation coming from the concave mirror in the direction of the image plane IS.
  • the deflection units ULE1, ULE2 are each arranged on the side of the symmetry plane SYM facing the associated concave mirror CM1 or CM2.
  • IMI real intermediate images
  • a first lens part OP1 constructed exclusively with transparent optical elements and therefore refractive (dioptric), is designed in such a way that the pattern in each of the illuminated effective object fields is slightly reduced (image scale, for example, in the range from approx. 1.85:1 to approx. 1.75:1) is imaged in the first intermediate image IMI1-1, IMI1-2 of the respective projection beam path.
  • a second, catadioptric lens part OP2 essentially forms the first intermediate images of the projection beam paths onto the respective associated second intermediate image IMI2 without changing the size.
  • the second lens part OP2 includes a separate concave mirror CM1, CM2 and three upstream double-pass lenses for each of the projection beam paths.
  • the projection beam paths separate and run along separate optical paths through separate partial lenses before they are brought together again to form shared lenses in the area of the second intermediate image IMI2.
  • the second intermediate image IMI2 lies between the two individual mirrors of ULE2, ie the projection beam paths are still separated at the second mirrors of ULE2 and only then are they brought together again.
  • a third, refractive lens part OP3 is designed to image the second intermediate images IMI2-1, IMI2-2 on a reduced scale in the image plane IS.
  • All lenses of the first objective part OP1 and all lenses of the third objective part OP3 and thus all lenses on the first sections OA1 of the optical axis are common to both projection beam paths.
  • the footprints of the projection beam paths on the individual lens surfaces, i.e. the surface areas exposed to radiation, are each symmetrical to the SYM plane of symmetry. Any lens heating effects, particularly in lenses close to the field, are therefore essentially symmetrical to the plane of symmetry, which simplifies any possible correction.
  • each of the projection beam paths there are pupil surfaces or pupil planes P1, P2, P3 between the object plane and the first intermediate image, between the first and the second intermediate image and between the second intermediate image and the image plane, where the main ray CR of the optical image is the optical one Axis OA intersects.
  • the aperture stop (stop) of the system can be attached in the area of the pupil surface P3 of the third objective part OP3.
  • the pupil surface P2 within the catadioptric second objective part OP2 is in the immediate vicinity of the respective concave mirror CM.
  • a negative group NG with at least one negative lens with a diverging effect is arranged in each of the two projection beam paths in the immediate vicinity of the associated concave mirror CM1, CM2 in an area close to the pupil.
  • the “near-pupil area” refers here to an area in which the marginal ray height (MRH) of the image is greater than the main ray height (CRH).
  • the edge beam height in the area of the negative group can be at least twice as large as the main beam height.
  • a concave mirror has positive refractive power just like a positive lens, but one compared to a positive lens reverse effect on the curvature of the field of view. Additionally, concave mirrors do not introduce chromatic aberrations. Catadioptric system parts with a concave mirror close to the pupil and an adjacent negative lens (Schupmann achromat) are therefore a well-suited means of achromatizing projection lenses.
  • a double positive lens PL can be arranged between the respective deflection unit and the negative group; this can also be omitted in other exemplary embodiments (see Table 3).
  • the deflection units ULE1, ULE2 are not designed as simply reflecting plane mirrors or deflection mirrors. Instead, the first deflection unit ULE1 and the second deflection unit ULE2 each have a substantially flat first reflection surface RF1 and an immediately following, essentially flat second reflection surface RF2.
  • the reflection surfaces are each tilted relative to the plane of symmetry SYM by different tilting angles about tilting axes running orthogonally to the first and second sections.
  • the first reflection surface RF1 serves to redirect the radiation coming from the object plane OS to the second reflection surface RF2 and the second reflection surface serves to redirect the radiation coming from the first reflection surface RF1 in the direction of the image plane.
  • the first reflection surface RF1 is the one that receives the beam bundles coming from the last lens of the first objective part OP1 and reflects them in the direction of the immediately following second reflection surface RF2. This then reflects the beam bundles within the second objective part OP2 to the associated concave mirror CM. After reflection on this and two passes through the three upstream channels, the beam bundles then hit the second deflection unit ULE2, its first reflection surface RF1 deflects the beam bundles to the second reflection surface RF2, which reflects in the direction of the first lens of the third lens part OP3.
  • the tilt angle KW of a reflection surface is defined as the angle that the surface normal NOR of the reflection surface includes with the input-side optical axis
  • the tilt angle of the first reflection surfaces on the side of the first lens part is 67.5°.
  • the tilt angle is then only 22.5°, which corresponds to the supplementary angle of the first tilt angle to a 90° angle.
  • the second deflection units ULE2 i.e. those that deflect the beam bundles coming from the respective concave mirrors CM in the direction of the third objective part OP3, with the second sections OA2 of the optical axis now counting as the input-side optical axis.
  • a 90° deflection is achieved in two immediately successive steps, namely once by x degrees and the second time by 90-x°.
  • the two associated reflection surfaces of a deflection unit are each located on one and the same side of the symmetry plane SYM, namely on the side in which the associated concave mirror CM is located.
  • Both reflection surfaces RF1, RF2 of a deflection unit ULE are each optically close to the first intermediate image IMI1 of the associated projection beam path, so that the footprint of the beam on the reflection surface appears more or less rectangular with rounded corners and is at a distance from the optical axis, but close to this is located. More precisely, the first intermediate image lies between the two reflection surfaces RF1, RF2, in this way both reflection surfaces are close to the intermediate image. With an imaging scale of the first lens part OP1 with at most very low magnification or slight reduction, the size of the intermediate image is not or only slightly larger than the size of the generating effective object field OF, so that mirror surfaces with compact dimensions are sufficient to transfer the entire beam bundle to the downstream optical one without vignetting element to reflect.
  • the reflection from the first reflection surface RF1 to the second reflection surface RF2 which can also have very compact dimensions because it is still in the optical proximity of the first intermediate image, in particular in a region in which the subaperture ratio SAR is smaller in magnitude than is 0.3.
  • SAR is between 0.2 and 0.3.
  • the optical proximity or the optical distance of an optical surface to a reference plane is described in this application by the so-called subaperture ratio SAR.
  • the subaperture ratio SAR of an optical surface is defined as follows for the purposes of this application:
  • Main beam height is understood to mean the beam height of the main beam of a field point of the object field with a maximum field height in terms of magnitude.
  • the beam height here is to be understood as having a sign.
  • the edge beam height is understood to mean the beam height of a beam with maximum aperture starting from the intersection of the optical axis with the object plane. This field point does not have to contribute to the transmission of the pattern arranged in the object plane - especially in the case of off-axis image fields.
  • the subaperture ratio is a signed quantity that is a measure of the field or pupil proximity of a plane in the beam path.
  • the subaperture ratio is normalized to values between -1 and +1, with the subaperture ratio being zero in every field plane and with the subaperture ratio jumping from -1 to +1 in a pupil plane or vice versa.
  • a magnitude subaperture ratio of 1 thus determines a pupil plane.
  • Levels close to the field therefore have subaperture ratios that are close to 0, while levels close to the pupil have subaperture ratios that are close to 1 in magnitude.
  • the sign of the subaperture ratio indicates the position of the plane in front of or behind a reference plane.
  • the reflection surfaces can nominally be designed as flat surfaces, i.e. define a mathematical level up to manufacturing tolerances. It is also possible to design individual or all reflection surfaces with defined deviations from a plane, so that the reflection surfaces can serve as correction surfaces for aberrations such as distortion, etc.
  • the reflection surfaces are each manufactured as individual mirrors and housed in separate holders.
  • the example of FIG. 10 shows that two of the deflection mirrors or reflection surfaces can be combined as a triangular prism. These triangular prisms can be held together in the middle of the star-shaped cross section of the deflection unit. Alternatively, everyone can opt for redirection
  • the necessary mirrors can be combined and designed as a complex prism with a star-shaped side surface.
  • the prism can, for example, consist of several individual prisms that are cemented or blasted together.
  • FIGS. 11A to 11C Three folding situations are shown in comparison in FIGS. 11A to 11C.
  • Figure 11A shows a “classic” convolution in a catadioptric projection lens with a single concave mirror CM.
  • the first deflection mirror FS1 which reflects the radiation coming from the object plane OS to the concave mirror CM, lies on the side of the parts of the optical axis that are perpendicular to the object and image planes and which is remote from the concave mirror.
  • the second deflecting mirror which deflects the rays coming from the concave mirror into the third lens part.
  • the deflection unit should be located on the side of the optical axis facing the associated horizontal arm or concave mirror.
  • Fig. 11B shows an attempt at implementation with conventional plane mirrors.
  • the folding mirrors FS each reflect in the other direction, i.e. the concave mirror is on the side that is opposite the effective object field. In this case, the folding mirrors are in their own beam path. There is no functioning system.
  • FIG OA2 is that in FIG OA2.
  • Figure 11B this is just the opposite.
  • the second deflection unit would have to be to the left of the first deflection mirror (i.e. closer to the object plane) and thus in the object's beam path - the first deflection mirror.
  • FIG. 11C shows the folding with two deflection mirrors per 90° deflection, i.e. with a two-stage reflecting deflection unit according to an exemplary embodiment of the present invention. It can be seen that this makes it possible to separate the beam paths leading to the individual concave mirrors.
  • An increase in throughput can be achieved by the ability to expose two off-axis fields simultaneously.
  • the second lens part contains two catadioptric partial lenses, i.e. two horizontal arms, each of which contains a concave mirror.
  • the lens parts containing the concave mirrors are each symmetrical to the plane of symmetry.
  • the axis of symmetry is an imaginary line that runs through the optical axis OA and runs parallel to the broad sides of the effective image field.
  • the field spacing ABBF of the two effective image fields in the scanning direction (y-direction) is ideally such that the sum of the slot width of a field (A*) and the distance between the two fields corresponds exactly to the width of a stepper field (see situation in Fig. 2 , which shows the object field).
  • the double fields can be used either scanning for a double exposure or using a step-and-scan method.
  • the substrate for example a wafer
  • the substrate is then exposed in quick succession through the first field with the first structure and then through the second field with the second, identical structure.
  • areas at the very edge of the wafer are only exposed once. This can be prevented if the scan is started with some overflow. It is conceivable that the second image field is hidden in the overflow area.
  • FIG. 12A shows a schematic top view of a wafer on which numerous rectangular exposure units DIE (Dies) with the current standard dimensions of 26 mm wide and 32 mm long are provided directly adjacent to one another.
  • DIE Dies
  • FIG. 12B illustrate a typical conventional scanning process.
  • the wafer moves in a meandering pattern underneath Projection lens or the image field used for exposure or the scanning slot.
  • a scanning phase which is shown as a solid line in FIGS. 12A, 12B, the substrate and the mask or the wafer and the reticle move at a uniform and adjusted speed (depending on the magnification of the projection lens) and a die is exposed .
  • FIGS. 12A, 12B After each scanning process, there is a change in direction, which is marked by dashed lines in FIGS. 12A, 12B.
  • the movement of the reticle is stopped while the wafer moves.
  • the movement includes a deceleration phase, a movement perpendicular to the scanning direction and then an acceleration in the opposite direction. There is no exposure during the change of direction, so this phase is not productive.
  • 12A, 12B schematically illustrate the timing of the two phases.
  • FIG. 13B shows various phases of a scanning process using a dual-field projection exposure system with two rigidly coupled scanning slots with a geometry that is shown schematically in FIG. 13A.
  • the scan phases now extend over the length of two immediately successive dies, so that two dies can be exposed at the same time during a scan phase.
  • the unproductive change of direction only occurs half as often as in the classic scanning process in the sense that in the classic process a change of direction occurs after scanning one die, whereas in the case of a double field it only occurs after scanning two dies there is a change of direction.
  • the two scanning slots or the effective image fields are arranged according to FIG. 13A.
  • the scanning process for double exposure corresponds to the scanning process for a single field in terms of reticle and wafer movement. One die is exposed for the first time and an adjacent die is exposed for the second time.
  • the difference to the scanning process for an individual field is that the illumination of one of the two fields at the top and bottom edge of the wafer must be switched off so that the exposure does not extend beyond the edge of the wafer.
  • FIG. 14 shows a lens section through a catadioptric projection objective PO-X, which images an effective object field lying outside the optical axis in the object plane into an off-axis effective image field lying in an image plane.
  • Two real intermediate images IMI1-X and IMI2-X are created between the object plane and the image plane.
  • the projection lens has a single concave mirror with an upstream negative group to assist in correcting chromatic apparitions.
  • a first deflection unit ULE1-X directs the radiation coming from the object plane in the direction of the concave mirror.
  • a second deflection unit ULE2-X directs the radiation reflected by the concave mirror towards the image plane.
  • the first deflection unit ULE-X is designed as a two-stage reflecting deflection unit. This has a first reflection surface RF1-X, which deflects the radiation coming from the object in the direction of an immediately following second reflection surface RF2-X. This then reflects the radiation towards the concave mirror.
  • the two reflection surfaces can then be arranged on separate individual mirrors, preferably they are formed on a common support element in order to fix the mutual orientation. Between the object plane and the image plane there are two intermediate images and a total of four reflections, so that the sum of intermediate images and reflections is an even number. This avoids the image flip that exists in conventional systems of this type (see FIG. 11 A).
  • the first deflection unit could also be single-stage and the second deflection unit could be two-stage.
  • the deflection mirrors are arranged optically close to the associated intermediate images, i.e. in an area close to the field.
  • two-stage reflecting deflection units of the type described in this application is not limited to the exemplary embodiments. It is also possible, to use such deflection units in a projection lens, which only produces an intermediate image between the object plane and the image plane or produces a direct image without an intermediate image. It may be that a two-stage reflecting deflection unit is arranged in the projection beam path behind an upstream plane mirror and/or in front of a downstream deflection mirror.
  • the specification of the respective design is summarized in tabular form in the tables.
  • the “SURF” column gives the number of a breaking or otherwise marked surface
  • the “RADIUS” column gives the radius r of the surface (in mm)
  • the “THICKNESS” column gives the distance d of the surface to the following surface (in mm), known as the thickness.
  • column “MATERIAL” indicates the material of the optical components.
  • Columns “INDEX1”, INDEX2” and “INDEX3” indicate the refractive index of the material at the wavelengths 365.5 nm (INDEX1), 364.5 nm (INDEX2) and 366.5 nm (INDEX3).
  • the “SEMIDIAM” column shows the usable free radii or half the free optical diameter of the lenses (in mm) or the optical elements.
  • Some optical surfaces are aspherical. Tables with the addition “A” give the corresponding aspheric data, whereby the aspherical surfaces are calculated according to the following rule:

Landscapes

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Abstract

Ein katadioptrisches Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in einer Objektebene (OS) des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in eine zur Objektebene parallele Bildebene des Projektionsobjektivs umfasst eine Vielzahl optischer Elemente, die Linsen und Konkavspiegel (CM) umfassen und zwischen der Objektebene (OS) und der Bildebene (IS) entlang einer optischen Achse (OA) angeordnet sind. Das Projektionsobjektiv (PO) ist als Doppelfeld-Projektionsobjektiv dafür ausgebildet, ein außerhalb der optischen Achse in der Objektebene angeordnetes erstes effektives Objektfeld (OF1) entlang eines ersten Projektionsstrahlengangs (RP1) in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes erstes effektives Bildfeld (IF1) und zeitgleich ein dem ersten Objektfeld in Bezug auf die optische Achse gegenüberliegendes, außerhalb der optischen Achse in der Objektebene angeordnetes zweites effektives Objektfeld (OF2) entlang eines zweiten Projektionsstrahlengangs (RP2) in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes zweites effektives Bildfeld (IF2) abzubilden. Jeder der Projektionsstrahlengänge weist eine erste Umlenkeinheit (ULE1) zur Umlenkung der von der Objektebene (OS) kommenden Strahlung zu einem Konkavspiegel und eine zweite Umlenkeinheit (ULE2) zur Umlenkung der von dem Konkavspiegel kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene (IS) auf. Die optischen Elemente bilden einen ersten Objektivteil (OP1) zur Abbildung jedes der effektiven Objektfelder (OF1, OF2) der Objektebene in ein erstes reelles Zwischenbild (IMI1), einen zweiten Objektivteil (OP2) zur Erzeugung eines zweiten reellen Zwischenbildes (IMI2) mit der von dem ersten Objektivteil (OP1) kommenden Strahlung, sowie einen dritten Objektivteil (OP3) zur Abbildung des zweiten reellen Zwischenbildes (IMI2) in die Bildebene (IS). Im Bereich einer zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenbild liegenden Pupillenfläche (P2) ist der Konkavspiegel (CM) eines Projektionsstrahlengangs angeordnet. Die erste Umlenkeinheit (FM1) ist in optischer Nähe zum ersten Zwischenbild (IMI1) und der zweite Umlenkeinheit (FM2) ist in optischer Nähe zum zweiten Zwischenbild (IMI2) angeordnet.

Description

Katadioptrisches Projektionsobjektiv, Projektionsbelichtunqsanlaqe und Proiektionsbelichtungsverfahren
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die folgende Offenbarung basiert auf der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2022 205 272.2, die am 25. Mai 2022 eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Die Erfindung bezieht sich auf ein katadioptrisches Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in eine zur Objektebene parallele Bildebene des Projektionsobjektivs. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Projektionsobjektiv und auf ein mit Hilfe des Projektionsobjektivs durchführbares Projektionsbelichtungsverfahren.
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen werden heutzutage überwiegend mikrolithografische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur tragen oder erzeugen, z.B. ein Linienmuster einer Schicht (layer) eines Halbleiterbauelementes. Das Muster wird in einer Projektionsbelichtungsanlage zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv im Bereich der Objektfläche des Projektionsobjektivs angeordnet und im Bereich des effektiven Objektfeldes mit einer vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch das Muster veränderte Strahlung läuft als Projektionsstrahlbündel durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster im Bereich des zum effektiven Objektfeld optisch konjugierten effektiven Bildfeldes auf das zu belichtende Substrat abbildet. Das Substrat trägt normalerweise eine für die Projektionsstrahlung empfindliche Schicht (Fotoresist, Fotolack).
Bei der Auswahl geeigneter Projektionsbelichtungsanlagen und Verfahren für einen Lithographie-Prozess sind unterschiedliche technische und wirtschaftliche Kriterien zu berücksichtigen, die sich unter anderem an den typischen Strukturgrößen der innerhalb des belichteten Substrates zu erzeugenden Strukturen orientieren.
Für die Erzeugung relativ feiner, kritischer Strukturen werden Projektionsbelichtungsanlagen mit hochaperturigen Projektionsobjektiven genutzt, die typischerweise bei Arbeitswellenlängen im Bereich der tiefen Ultraviolettstrahlung (DUV) arbeiten, z.B. bei ca. 193 nm. Für die Erzeugung mittelkritischer oder unkritischer Schichten mit typischen Strukturgrößen von deutlich mehr als 150 nm wird dagegen herkömmlich mit Projektionsbelichtungsanlagen gearbeitet, die für Arbeitswellenlängen von mehr als 200 nm ausgelegt sind. In diesem Wellenlängenbereich werden häufig rein refraktive (dioptrische) Reduktionsobjektive verwendet. Die optischen Elemente haben eine gemeinsame geradlinige optische Achse. Objektfeld und Bildfeld können zur optischen Achse zentriert sein (On-Axis Feld). Dadurch werden in bestimmten Fällen Belichtungen eines Vollfeldes im Stepper-Betrieb (step-and-repeat) möglich, wodurch hohe Durchsatzleistungen (komplette Belichtungen pro Zeiteinheit) begünstigt werden.
Seit langer Zeit sind hier Projektionsbelichtungsanlagen für eine Arbeitswellenlänge von 365,5 nm ± 2 nm (so genannte i-Linien-Systeme) im Einsatz. Sie nutzen die i-Linie von Quecksilberdampflampen, wobei deren natürliche Bandbreite mit Hilfe eines Filters oder auf andere Weise auf eine schmalere genutzte Bandbreite AI, z.B. von etwa 2 nm), eingeschränkt wird. Bei derartigen Lichtquellen wird bei der Projektion Ultraviolettlicht eines relativ breiten Wellenlängenbandes genutzt, so dass das Projektionsobjektiv eine relativ starke Korrektur von chromatischen Aberrationen leisten muss, um auch mit einem solch breitbandigen Projektionslicht bei der angestrebten Auflösung eine fehlerarme Abbildung zu gewährleisten.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, für diesen Wellenlängenbereich katadioptrische Projektionsobjektive zu verwenden (vgl. DE 10 2006 022 958 A1), also Projektionsobjektive, die sowohl refraktive optische Elemente mit Brechkraft, also Linsen, als auch reflektive Elemente mit Brechkraft, also gekrümmte Spiegel enthalten. Typischerweise ist mindestens ein Konkavspiegel enthalten.
Soll ein katadioptrisches Projektionsobjektiv ohne polarisationsselektiven physikalischen Strahlteiler aufgebaut werden und keine Pupillenobskuration und keine Strahlvignettierung aufweisen, so muss bei rotationssymmetrischem Aufbau des Systems ein außeraxiales Feld (Off-Axis-Feld) verwendet werden, also eine Konfiguration, bei der das effektive Objektfeld und das effektive Bildfeld außerhalb der optischen Achse liegen.
Die Größe eines außeraxialen Feldes ist aufgrund von Geometrieforderungen und Performance beschränkt. Insbesondere ist ein Vollfeld (wie bei einem Stepper) nicht zu realisieren, so dass eine Belichtung im Scanbetrieb vorgenommen wird. Dabei ist höherer technologischer Aufwand erforderlich, um einen hohen Durchsatz zu erzielen. Die meisten herkömmlichen Projektionsbelichtungsanlagen sind so ausgelegt, dass ein einziges effektives Objektfeld in ein einziges effektives Bildfeld abgebildet wird. Es gibt auch Ansätze, zeitglich zwei Strahlengänge zu nutzen, z.B. um den Durchsatz zu erhöhen.
Die Patentschrift US 8,634,060 B2 beschreibt eine Projektionsbelichtungsanlage, die zwei Masken und zwei Wafer gleichzeitig belichten kann. Das Licht einer einzigen Lichtquelle wird über einen schnellen optischen Schalter wechselweise durch zwei separate, zueinander identische Projektionssysteme geschickt, die jeweils ein Beleuchtungssystem und ein Projektionsobjektiv aufweisen.
Die US 2008/259440 A1 beschreibt eine Projektionsbelichtungsanlage, die mit zwei separaten Masken und zwei separaten Beleuchtungssystem arbeitet, wobei die Projektionsstrahlengänge im Projektionsobjektiv über ein Dreieckprisma zusammengeführt werden.
Die US 2010/0053738 (entsprechend US 8,705,170 B1) beschreibt Projektionsobjektive, die eine einzige Maske nutzen und im Projektionsobjektiv den Projektionsstrahlengang mit Hilfe von Umlenkspiegeln so verzweigen, dass zwei separate bildseitige Objektivteile entstehen, die zwei Bildfelder erzeugen, so dass zwei Wafer gleichzeitig belichtet werden können. Eine zeitgleich eingereichte Patentanmeldung (veröffentlicht als US 2010/0053583 A1) offenbart dazu passende Beleuchtungssysteme, die gleichzeitig an derselben Maske zwei separate, mit Abstand zueinander liegende Beleuchtungsfelder beleuchten können. Zur Aufspaltung des von der Lichtquelle kommenden Strahls sind diffraktive optische Elemente oder Prismen vorgesehen. Zur Homogenisierung der Beleuchtungsstrahlung sind Linsenarrays eines Wabenkondensors (fly eyes lens) vorgesehen.
Projektionsbelichtungsanlagen mit zwei Projektionsstrahlengängen sind z.B. in der Patentschrift US 8,384,875 B2 anhand schematischer Beispiele beschrieben. Zum Beleuchten der Maske sind zwei Beleuchtungssysteme vorgesehen, die voneinander separat aufgebaut oder in ein gemeinsames Beleuchtungssystem integriert sein können (Fig. 12). Es gibt auch schematische Beispiele für katadioptrische Projektionsobjektive. Spezifikationsdaten zum Nacharbeiten der Systeme sind nicht offenbart.
AUFGABE UND LÖSUNG
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, praktisch realisierbare Konzepte für katadioptrische Doppelfeld-Projektionsobjektive, eine damit ausgestattete Projektionsbelichtungsanlage sowie damit durchführbare Projektionsbelichtungsverfahren bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird, gemäß einer Formulierung der Erfindung, gelöst durch ein katadioptrisches Projektionsobjektiv mit den Merkmalen von Anspruch 1 , eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 13 und ein Projektionsbelichtungsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Gemäß einer Formulierung der Erfindung wird ein katadioptrisches Projektionsobjektiv bereitgestellt, das eine Vielzahl optischer Elemente aufweist, die zwischen einer Objektebene und einer zur Objektebene parallelen Bildebene entlang einer optischen Achse angeordnet sind. Das Projektionsobjektiv ist als Doppelfeld-Projektionsobjektiv ausgelegt und dafür ausgebildet, ein außerhalb der optischen Achse in der Objektebene angeordnetes erstes effektives Objektfeld entlang eines ersten Projektionsstrahlengangs in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes erstes effektives Bildfeld und zeitgleich ein dem ersten Objektfeld in Bezug auf die optische Achse gegenüberliegendes, außerhalb der optischen Achse in der Objektebene angeordnetes zweites effektives Objektfeld entlang eines zweiten Projektionsstrahlengangs in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes zweites effektives Bildfeld abzubilden.
Jeder der Projektionsstrahlengänge umfasst eine erste Umlenkeinheit zur Umlenkung der von der Objektebene kommenden Strahlung zu einem Konkavspiegel und eine zweite Umlenkeinheit zur Umlenkung der von dem Konkavspiegel kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene. Das Projektionsobjektiv weist somit mindestens zwei Konkavspiegel auf, vorzugsweise genau zwei Konkavspiegel, nämlich einen einzigen Konkavspiegel pro Projektionsstrahlengang.
Eine Besonderheit des Konzepts besteht darin, dass die optischen Elemente einen ersten Objektivteil zur Abbildung jedes der effektiven Objektfelder der Objektebene in ein erstes reelles Zwischenbild, einen zweiten Objektivteil zur Erzeugung eines zweiten reellen Zwischenbildes mit der von dem ersten Objektivteil kommenden Strahlung, sowie einen dritten Objektivteil zur Abbildung des zweiten reellen Zwischenbildes in die Bildebene bilden, dass im Bereich einer zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenbild liegenden Pupillenfläche der Konkavspiegel eines Projektionsstrahlengangs angeordnet ist, die erste Umlenkeinheit in optischer Nähe zum ersten Zwischenbild und der zweite Umlenkeinheit in optischer Nähe zum zweiten Zwischenbild angeordnet ist.
Dieser Designansatz schafft die Möglichkeit, Projektionsobjektive aufzubauen, die bei insgesamt kompakten Baumassen mit zwei zeitgleich nutzbaren Feldern praktisch nutzbarer Größe arbeiten. Grundsätzlich ist die dimensionelle Auslegung der Umlenkeinheiten durch Randbedingungen erschwert. Wenn Umlenkflächen relativ groß ausgelegt werden können, ist eine vignettierungsfreie Umlenkung größerer Felder relativ einfach realisierbar, aber es ergibt sich meist eine erhebliche Baugröße. Wird die Baugröße klein gehalten, kann es sein, dass die reflektierenden Flächen zu klein für die Größe der zu projizierenden Felder werden, so dass die Gefahr von Vignettierung zunimmt. Die Bereitstellung von zwei Zwischenbildern schafft Bedingungen, um mit relativ kleinen Spiegelflächen praktisch nutzbare Feldgrößen von der Objektebene in die Bildebene zu projizieren bzw. abzubilden.
Die beiden Projektionsstrahlungsgänge können wahlweise bzw. alternativ zueinander genutzt werden. Insbesondere ist es möglich, die beiden außenaxialen effektiven Objektfelder gleichzeitig zu nutzen. Damit kann pro Zeiteinheit ein doppelt so großer Bereich des Substrats belichtet werden wie bei einem klassischen Projektionsobjektiv mit nur einem einzigen außenaxialen Objektfeld derselben Größe. Dadurch wird ein höherer Durchsatz als bei konventionellen off-axis-Projektionsobjektiven möglich.
Vorzugsweise umfassen die optischen Elemente eine Vielzahl von Linsen sowie zwei Konkavspiegel. Gemäß einer Weiterbildung sind mehrere Linsen entlang von ersten Abschnitten der optischen Achse angeordnet. Die ersten Abschnitte verlaufen koaxial zueinander und senkrecht zur Objektebene und Bildebene. Die Konkavspiegel sind auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Abschnitte angeordnet und definieren quer zu den ersten Abschnitten orientierte zweite Abschnitte der optischen Achse. Die optische Achse ist somit gefaltet. Insgesamt besitzt das Projektionsobjektiv Rotationssymmetrie in Bezug auf die gefaltete optische Achse. Die ersten Abschnitte und die zweiten Abschnitte liegen in einer gemeinsamen Ebene, die hier als Achsenebene bezeichnet wird. Die optischen Elemente sind symmetrisch zu einer Symmetrieebene angeordnet und ausgebildet. Die Symmetrieebene verläuft senkrecht zur Achsenebene durch die ersten Abschnitte. Für jeden der Konkavspiegel ist eine erste Umlenkeinheit zur Umlenkung der von der Objektebene kommenden Strahlung zum Konkavspiegel und eine zweite Umlenkeinheit zur Umlenkung der von dem Konkavspiegel kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene vorgesehen. Die Umlenkeinheiten sind jeweils auf der dem zugeordneten Konkavspiegel zugewandten Seite der Symmetrieebene angeordnet. Die Konkavspiegel können koaxial zueinander angeordnet sein, so dass die zweiten Abschnitte senkrecht zu den ersten Abschnitten orientiert sind. Das Projektionsobjektiv hat dann insgesamt eine kreuzförmige Anordnung optischer Elemente. Dabei liegen die beiden Konkavspiegel einander gegenüberliegend koaxial zueinander auf unterschiedlichen Seiten der Symmetrieebene.
Es ist auch möglich, dass die zweiten Abschnitte in einem von 90° abweichenden Winkel quer zu den ersten Abschnitten bzw. zu der Symmetrieebene orientiert sind, was z.B. aus Bauraumgründen zweckmäßig sein kann.
Eine Besonderheit besteht hierbei darin, dass die Umlenkeinheiten jeweils auf der dem zugeordneten Konkavspiegel zugewandten Seite der Symmetrieebene angeordnet sind. Dies ermöglicht es, dass im Projektionsobjektiv zwei Projektionsstrahlengänge genutzt werden können, die jeweils von einem außeraxialen effektiven Objektfeld zum dazu optisch konjugierten effektiven Bildfeld führen. Die beiden außeraxialen effektiven Objektfelder können symmetrisch zur Symmetrieebene mit Abstand zu dieser auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein, entsprechendes gilt für die zugehörigen effektiven Bildfelder.
Es gibt im Stand der Technik zahlreiche Beispiele für katadioptrische Projektionsobjektive, bei denen die optische Achse einfach oder mehrfach um 90° gefaltet ist, um eine oder mehrere Konkavspiegel in einen Projektionsstrahlengang zwischen Objektebene und Bildebene so einzubinden, dass eine obskurationsfreie und vignettierungsfreie Abbildung möglich ist. Zur Faltung werden typischerweise Planspiegel (Faltspiegel) verwendet, die um 45° gegenüber einem eintrittsseitigen Abschnitt der optischen Achse geneigt sind, um mit einer einzigen Reflexion eine 90°-Faltung zu erreichen. Die konventionellen Planspiegel sind auf der dem Konkavspiegel abgewandten Seite der optischen Achse angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung wird dieser konventionelle Ansatz verlassen. Stattdessen ist vorgesehen, dass die erste Umlenkeinheit und die zweite Umlenkeinheit jeweils eine erste Reflexionsfläche und eine unmittelbar folgende zweite Reflexionsfläche aufweist, die gegenüber der Symmetrieebene um unterschiedliche Kippwinkel um orthogonal zu den ersten und zweiten Abschnitten verlaufende Kippachsen gekippt sind, wobei die erste Reflexionsfläche zur Umlenkung der von der Objektebene kommenden Strahlung zur zweiten Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche zur Umlenkung der von der ersten Reflexionsfläche kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene angeordnet ist. Die Umlenkeinheiten sind also nicht als 45°-Planspiegel ausgelegt, sondern als zweistufig reflektierende Umlenkeinheiten, die die Veränderung der Strahlwinkel der auftreffenden Strahlung in zwei unmittelbar aufeinander folgenden Stufen jeweils durch Reflexion vollziehen. „Unmittelbar“ bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass sich zwischen der ersten und der zweiten Reflexionsfläche kein anderes optisches Element befindet.
Die Umlenkeinheiten sind vorzugsweise jeweils auf der dem zugeordneten Konkavspiegel zugewandten Seite der Symmetrieebene angeordnet, also auf derselben Seite wie der zugehörige Konkavspiegel.
Die ersten und zweiten Reflexionsflächen einer Umlenkeinheit können insgesamt einen Faltwinkel von 90° realisieren, der für den kreuzförmigen Aufbau des Projektionsobjektives erforderlich ist. Die Faltwinkel können jedoch auch von 90° abweichen.
Die Kippwinkel der ersten Reflexionsflächen und der zweiten Reflexionsfläche sind vorzugsweise derart aneinander angepasst, dass ein parallel zur eintrittsseitigen optischen Achse auf die erste Reflexionsfläche auftretender Strahl an der ersten Reflexionsfläche und der zweiten Reflexionsfläche jeweils um denselben Winkel umgelenkt wird. Es kann z.B. eine Umlenkung um jeweils 45° vorgesehen sein, so dass insgesamt eine 90°-Umlenkung resultiert. Der Kippwinkel sei hier definiert als derjenige Winkel, den die Flächennormale einer Reflexionsfläche mit dem eintrittsseitigen Abschnitt der optischen Achse einschließt. Dementsprechend kann z.B. vorgesehen sein, dass der erste Kippwinkel 67,5° und der zweite Kippwinkel 22,5° beträgt. Es kann jedoch in manchen Fällen sinnvoll sein, die beiden Reflexionsflächen so zu kippen, dass sie einen umgelenkten Strahl unterschiedlich stark umlenken.
Die Reflexionsflächen können jeweils an einem gesonderten Einzelspiegel ausgebildet sein, die gegebenenfalls individuell relativ zueinander genau justiert werden können. Es ist auch möglich, zwei oder mehr Reflexionsflächen der Umlenkeinheiten an einen gemeinsamen Trägerelement auszubilden. Ein Trägerelement kann beispielsweise mit vier Dreiecksprismen aufgebaut sein. Die Dreiecksprismen können gemeinsam in der Mitte eines sternförmigen Querschnitts der Umlenkeinheit gefasst werden. Alternativ können alle für die Umlenkung notwendigen Reflexionsflächen kombiniert und als komplexes Prisma mit sternförmiger Seitenfläche ausgeführt werden. Das komplexe Prisma kann dabei zum Beispiel aus mehreren Einzelprismen bestehen, die aneinandergekittet oder angesprengt werden.
Die erste und die zweite Reflexionsflächen können jeweils eben sein, also als Planfläche ausgebildet sein. Im Rahmen der Fertigungstoleranzen können dabei Abweichungen von einer Ebene im Bereich von wenigen Prozent oder einigen Promille der Arbeitswellenlänge liegen. Es können jedoch auch gezielt größere Abweichungen der Flächenform von einer ebenen Fläche vorgesehen sein, beispielsweise um gewisse Einflüsse auf die Form der Wellenfront zu erzielen.
Die Zwischenbilder liegen in oder nahe bei zur Objektebene und Bildebene optisch konjugierten Feldebenen des Projektionsobjektivs. Die erste Umlenkeinheit ist in optischer Nähe einer ersten Feldebene und die zweite Umlenkeinheit in optischer Nähe einer zur ersten Feldebene optisch konjungierten zweiten Feldebene angeordnet. Durch eine feldnahe Anordnung kann unter anderem erreicht werden, dass zur Umlenkung genutzte Reflexionsflächen jeweils relativ klein gehalten werden können, so dass auch eine kompakte Baugröße einer Umlenkeinheit möglich ist. Vorzugsweise sind die erste Umlenkeinheit und die zweite Umlenkeinheit in einen Bereich angeordnet, in dem ein Subaperturverhältnis SAR dem Betrage nach kleiner als 0.3 ist. Insbesondere kann das Zwischenbild zwischen den beiden Einzelspiegeln der Umlenkeinheit angeordnet sein.
Der erste Objektivteil sollte möglichst nicht oder nicht stark vergrößernd wirken, so dass die Größe des ersten Zwischenbildes diejenige des effektiven Objektfeldes nicht oder nicht wesentlich übersteigt. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Objektivteil einen ersten Abbildungsmaßstab ßi aufweist, für den die Bedingung 0,5 ≤ | ß1| ≤ 2,0 gilt. Bei Einhaltung dieser Bedingungen kann erreicht werden, dass mit relativ klein dimensionierten Spiegelflächen einer Umlenkeinheit eine praktisch nutzbare, ausreichend große Feldgröße komplett und damit vignettierungsfrei übertragen bzw. transportiert werden kann. Wird die untere Grenze deutlich unterschritten, so dass der erste Objektivteil zu stark verkleinernd wirkt, so können im Bereich der Umlenkeinheit relativ hohe Aperturwinkel auftreten, so dass die Umlenkung mit hinreichend kleinen Spiegelflächen nicht oder nur bei sehr kleinen Feldgrößen realisiert werden kann. Wird andererseits die Obergrenze überschritten, so dass der erste Objektivteil zu stark vergrößernd wirkt, so sinken zwar die Aperturwinkel an der Umlenkeinheit, diese muss jedoch relativ großflächig dimensioniert werden, um das relativ große Zwischenbild komplett reflektieren zu können. Der erste Objektivteil kann als 1:1-System ausgelegt sein, in der Regel sollte die Vergrößerung den Faktor 1 ,2 nicht übersteigen. Der Betrag des Abbildungsmaßstabs ß1 des ersten Objektivteils kann somit insbesondere im Bereich von 1,2 oder weniger liegen. Dann kann eine zweistufige Umlenkung in einen besonders kompakten Bauraumbereich realisiert werden.
Gemäß einer anderen Formulierung ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Projektionsobjektiv einen verkleinernden Abbildungsmaßstab aufweist und dass der erste Objektivteil maximal die Hälfte der Verkleinerung erzeugt. Das Projektionsobjektiv ist als Scanner-System ausgelegt. Beim Scannen wird zu jedem Zeitpunkt nur ein Teil des Objektfeldes durch das Projektionsobjektiv abgebildet. Es ist daher zur Durchführung eines einzigen Belichtungsschritts eine Scanbewegung erforderlich, in der nebeneinanderliegende Abschnitte des Retikels sukzessive auf das Substrat übertragen werden.
Um das komplette Muster eines 6''-Retikels in einem einzigen Belichtungsschritt mit Scannen zu übertragen, sollte das effektive Objektfeld eine Breite von 104 mm haben. Gemäß einer Weiterbildung ist das Projektionsobjektiv mit einem Objektfeldradius OBH von mindestens 107 mm ausgelegt. Das Projektionsobjektiv kann so ausgelegt sein, dass jedes der effektiven Objektfelder die Größe 104mm x 56mm haben und mit einem Abstand von 38 mm zur optischen Achse liegen kann.
Manche Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass eine bildseitige numerische Apertur kleiner als 0,5 ist, wobei die numerische Apertur vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,4 liegt.
Die Erfindung betrifft auch ein Projektionsbelichtungsverfahren zur Belichtung eines im Bereich einer Bildebene eines Projektionsobjektivs angeordneten, strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske, bei dem ein Projektionsobjektiv gemäß der Erfindung verwendet wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines im Bereich einer Bildebene eines Projektionsobjektivs angeordneten, strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske umfassend: eine primäre Strahlungsquelle zur Abgabe von Primärstrahlung; ein Beleuchtungssystem zum Empfang der Primärstrahlung und zur Erzeugung von auf die Maske gerichteter Beleuchtungsstrahlung; und ein Projektionsobjektivs zur Erzeugung mindestens eines Bildes des Musters im Bereich der Bildebene des Projektionsobjektivs, wobei das Projektionsobjektiv gemäß der Erfindung ausgestaltet ist.
Mithilfe des Projektionsobjektivs ist ein gleichzeitiges Scannen zweier benachbarter Dies möglich. Es kann auch eine Doppelbelichtung ausgeführt werden. Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst vorzugsweise eine zentrale Steuereinheit zur Steuerung von Funktionen der Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Steuereinrichtung in wenigstens einem Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, das Beleuchtungssystem und das Projektionsobjektiv derart zu betreiben, dass mit dem Doppelfeld zwei benachbarte Dies gleichzeitig gescannt werden. In einem anderen Betriebsmodus kann eine Doppelbelichtung ausgeführt werden.
Zweistufig reflektierende Umlenkeinheiten der in dieser Anmeldung beschriebenen Art können auch unabhängig von der beanspruchten Erfindung mit Vorteil genutzt werden, z.B. auch im katadioptrischen Projektionsobjektiven mit Einfachfeld, also mit nur einem einzigen effektiven Objektfeld. Die Offenbarung betrifft somit auch ein katadioptrisches Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in eine zur Objektebene parallele Bildebene des Projektionsobjektivs umfassend eine Vielzahl optischer Elemente, die mehrere Linsen und einen Konkavspiegel umfassen und zwischen der Objektebene und der Bildebene entlang einer optischen Achse angeordnet sind, um ein außerhalb der optischen Achse in der Objektebene angeordnetes effektives Objektfeld entlang eines Projektionsstrahlengangs in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes effektives Bildfeld abzubilden, wobei im Projektionsstrahlengang wenigstens eine zweistufig reflektierende Umlenkeinheit angeordnet ist, die eine erste Reflexionsfläche und eine unmittelbar folgende zweite Reflexionsfläche aufweist, wobei die erste Reflexionsfläche zur Umlenkung der von der Objektebene kommenden Strahlung zur zweiten Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche zur Umlenkung der von der ersten Reflexionsfläche kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene angeordnet ist.
Insbesondere kann es so sein, dass im Projektionsstrahlengang eine erste Umlenkeinheit zur Umlenkung der von der Objektebene kommenden Strahlung zu dem Konkavspiegel und eine zweite Umlenkeinheit zur Umlenkung der von dem Konkavspiegel kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene angeordnet ist, wobei die erste Umlenkeinheit und/oder die zweite Umlenkeinheit als zweistufig reflektierende Umlenkeinheit ausgebildet ist.
Es ist möglich, dass sowohl die erste Umlenkeinheit als auch die zweite Umlenkeinheit jeweils als zweistufig reflektierende Umlenkeinheit ausgebildet ist. Es ist auch möglich, dass nur eine der Umlenkeinheiten als zweistufig reflektierende Umlenkeinheit und die andere Umlenkeinheit als Planspiegel ausgebildet ist, wobei die erste Umlenkeinheit oder die zweite Umlenkeinheit als zweistufig reflektierende Umlenkeinheit ausgebildet sein kann. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Objektebene des Projektionsobjektivs mit zwei effektiven off-axis Objektfeldern;
Fig. 3 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Doppelfeld-Beleuchtungssystem mit einer Integratorstab-Anordnung;
Fig. 4 zeigt die Integratorstab-Anordnung aus Fig. 3 im Detail;
Fig. 5A bis 5Dzeigen Varianten von Integratorstab-Anordnungen anderer Ausführungsbeispiele;
Fig. 6 zeigt eine Integratorstab-Anordnung mit zwei sich verjüngenden Ausgangs- Integratorstäben;
Fig. 7 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Doppelfeld-Beleuchtungssystem mit Rasterelementen in einer Homogenisierungseinheit;
Fig. 8 zeigt die Homogenisierungseinheit auf Fig. 7 im Detail.
Fig. 9 zeigt einen schematischen meridionalen Linsenschnitt eines Projektionsobjektivs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 10zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs der Umlenkeinheiten in dem Projektionsobjektiv von Fig. 9;
Fig. 11A bis 11C zeigen drei Faltungssituationen im Vergleich;
Fig. 1 A bis 12B zeigen eine Variante des Scannens mit Einzelfeld; Fig. 13A bis 13B zeigen eine Variante des Scannens mit Doppelfeld;
Fig. 14 zeigt einen schematischen meridionalen Linsenschnitt eines katadioptrischen Projektionsobjektivs mit zwei Zwischenbildern, einem Konkavspiegel, einer zweistufig reflektierenden Umlenkeinheit und einer einstufigen Umlenkeinheit.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnet der Begriff „optische Achse“ eine gerade Linie oder eine Folge von geraden Linienabschnitten durch die Krümmungsmittelpunkte der optischen Elemente. Die optische Achse wird an Faltungsspiegeln (Umlenkspiegeln) oder anderen reflektierenden Flächen gefaltet. Das Objekt ist in den Beispielen eine Maske (Retikel) mit dem Muster einer integrierten Schaltung, es kann sich auch um ein anderes Muster, beispielsweise eines Gitters, handeln. Das Bild wird in den Beispielen auf einen mit einer Photoresistschicht versehenen Wafer projiziert, der als Substrat dient. Es sind auch andere Substrate, beispielsweise Elemente für Flüssigkeitskristallanzeigen oder Substrate für optische Gitter möglich.
In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage PBA gezeigt, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen einsetzbar ist und zur Erzielung von Auflösungen bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung aus dem Ultraviolettbereich (UV) arbeitet. Als primäre Strahlungsquelle bzw. Lichtquelle LS dient eine Quecksilberdampflampe. Diese emittiert ein breites Spektrum mit Emissionslinien relativ starker Intensität I in Wellenlängenbereichen mit Schwerpunktwellenlängen bei ca. 436 nm (sichtbares Licht, blau, g-Linie), ca. 405 nm (sichtbares Licht, violett, h-Linie) und ca. 365,5 nm (nahes Ultraviolett, UV-A, i-Linie).
Die Projektionsbelichtungsanlage ist ein i-Linien-System, das nur das Licht der i-Linie nutzt, also UV-Licht um eine zentrale Arbeitswellenlänge von ca. 365,5 nm. Die natürliche volle Bandbreite der i-Linie wird mit Hilfe eines Filters oder auf andere Weise auf eine schmalere genutzte Bandbreite Δλ, z.B. von etwa 2 nm, eingeschränkt.
Ein der Lichtquelle LS nachgeschaltetes Beleuchtungssystem ILL erzeugt in seiner Austritsfläche ES aus dem Licht dieser einzigen primären Lichtquelle zwei große, jeweils scharf begrenzte und im Wesentlichen homogen ausgeleuchtete Beleuchtungsfelder ILF1, ILF2 mit Strahlwinkeln, die an die Telezentrie-Erfordernisse des im Lichtweg dahinter angeordneten Projektionsobjektivs PO angepasst ist. Diejenigen optischen Komponenten, die das Licht der Lichtquelle LS empfangen und aus dem Licht Beleuchtungsstrahlung formen, die auf das Retikel M gerichtet ist, gehören zum Beleuchtungssystem ILL der Projektionsbelichtungsanlage. Das Beleuchtungssystem ist ein Doppelfeld-Beleuchtungssystem. Ausführungsbeispiele werden weiter unten im Zusammenhang der Fig. 3 bis 8 erläutert.
Das Beleuchtungssystem ILL hat Einrichtungen zur Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungsmodi (Beleuchtungs-Settings) und kann beispielsweise zwischen konventioneller on-axis-Beleuchtung mit unterschiedlichem Kohärenzgrad σ und außeraxialer Beleuchtung (off- axis illumination) umgeschaltet werden.
Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung RS zum Halten und Manipulieren der Maske M (Retikel) so angeordnet, dass das am Retikel angeordnete Muster in der Objektebene OS des Projektionsobjektives PO liegt, welche mit der Austrittsebene ES des Beleuchtungssystems zusammenfällt und hier auch als Retikelebene OS bezeichnet wird.
Das zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen Halbleiterwafer W handelt, wird durch eine Einrichtung WS gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem Retikel M senkrecht zur optischen Achse OA in einer Scanrichtung (y- Richtung) zu bewegen. Die Einrichtung WS, die auch als „Waferstage” bezeichnet wird, sowie die Einrichtung RS, die auch als „Retikelstage” bezeichnet wird, sind Bestandteil einer Scannereinrichtung, die über eine Scan-Steuereinrichtung gesteuert wird, welche bei der Ausführungsform in die zentrale Steuereinrichtung CU der Projektionsbelichtungsanlage PBA integriert ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Objektebene OS des Projektionsobjektivs PO (entsprechend der Austrittsebene ES des Beleuchtungssystems). Wie dort beispielhaft dargestellt ist, beleuchtet das Beleuchtungssystem ILL mit dem Licht der Lichtquelle in der Austrittsebene (Retikelebene, Objektebene des Projektionsobjektivs) zwei außeraxiale Beleuchtungsfelder ILF1 , ILF2. Diese sind jeweils rechteckig, können scharf oder weich begrenzt sein und sind im Wesentlichen homogen ausgeleuchtet. Jedes der Beleuchtungsfelder definiert ein bei der Projektionsbelichtung tatsächlich genutztes effektives Objektfeld, so dass in der Retikelebene ein erstes effektives Objektfeld OF1 und ein zweites effektive Objektfeld OF2 liegen. Die beiden nominell identisch dimensionierten, rechteckigen effektiven Objektfelder liegen in y-Richtung auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Achse OA jeweils mit Abstand außerhalb der optischen Achse und haben eine parallel zur y-Richtung gemessene Höhe A* und eine senkrecht dazu (in x-Richtung bzw. cross-scan-Richtung) gemessene Breite B* > A*. Das Aspektverhältnis AR = B*/A* kann z.B. bei 2, 2,5, 3, 5, 10 oder 15 liegen.
Die effektiven (d.h. für die Abbildung tatsächlich genutzten) Rechteckfelder haben im Beispielsfall jeweils eine Breite B* = 104 mm und eine Höhe A* = 56 mm. Ein Abstand ABF zwischen korrespondierenden Feldrändern in y-Richtung (Feldabstand) beträgt das Doppelte des Abstand d* eines Feldes zur optischen Achse, also 2x38mm, zuzüglich einer Feldhöhe (56 mm), also 132 mm. Der Kreis OBC ergibt sich aus dem Rechteck mit den Seiten B* (=104 mm) in x-Richtung und 2* (A* + d*) (= 188 mm) in y-Richtung (Scanrichtung).
Der zur optischen Achse OA zentrierte Kreis OBC, der die effektiven Objektfelder OF1 , OF2 umschließt und deren Ecken tangiert, gibt in dem rotationssymmetrischen System die Größe des Objektfeldkreises an, innerhalb dessen die optische Korrektur an allen Feldpunkten der Spezifikation entsprechen muss. Das trifft dann auch für alle Feldpunkte in den effektiven Objektfeldern zu. Die Korrektur von Aberrationen wird aufwändiger, je größer dieses Objektfeld sein muss. Die Größe des Kreises wird hier durch den Objektfeldradius OBH bzw. den halben Objektfelddurchmesser OBH parametrisiert, der gleichzeitig der maximalen Feldhöhe eines Objektfeldpunkts entspricht. Die Objektfeldhöhe OBH beträgt ca. 107 mm.
Die zu den effektiven Objektfeldern OF1 , OF2 optisch konjugierten effektiven Bildfelder IF1 , IF2 in der Bildfläche IS haben die gleiche Form und das gleiche Aspektverhältnis zwischen Höhe A und Breite B wie die zugehörigen effektiven Objektfelder, die absolute Feldgröße ist jedoch bei verkleinernd wirkenden Projektionsobjektiven (mit ( | ß| < 1) um den Abbildungsmaßstab ß des Projektionsobjektivs reduziert, d.h. A = | ß | A* und B = | ß | B*.
Ein in Scanrichtung (y-Richtung) gemessener Abstand ABF (Feldabstand) zwischen den jeweils in y-Richtung an der gleichen Seite liegenden Kanten der effektiven Objektfelder ist so gewählt, dass der entsprechende Abstand zwischen zueinander korrespondierenden längeren Kanten der effektiven Bildfelder IF1 , IF2 genau der Länge eines zu belichtenden „Dies“ beträgt. Diese Länge beträgt im aktuellen Standard 33 mm. Der Begriff „Die“ bezeichnet in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik ein einzelnes ungehäustes Stück eines Halbleiter-Wafers, als einen einzelnen Halbleiterchip ohne Gehäuse bzw. Package.
Die Fig. 3 ist eine schematische Übersichtsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem ILL. Als primäre Lichtquelle LS dient eine Quecksilberdampflampe mit einem Kollektorspiegel, der das Licht gesammelt in eine Eintrittsöffnung des Beleuchtungssystems reflektiert. Eine nicht dargestellte Alternative nutzt als Lichtquelle einen Laser, z.B. einen frequenzverdreifachten Festkörperlaser mit ca. 355 nm Wellenlänge.
Der primären Lichtquelle folgt eine Pupillenformungseinheit PFU, die ausschließlich mit refraktiven optischen Komponenten aufgebaut ist und dazu ausgelegt ist, in einer nachfolgenden Pupillenfläche PUP des Beleuchtungssystems ILL eine definierte, örtliche (zweidimensionale) Intensitätsverteilung zu erzeugen, die manchmal auch als sekundäre Lichtquelle oder als Beleuchtungspupille bezeichnet wird. Da durch diese örtliche Intensitätsverteilung wesentliche Eigenschaften der Beleuchtungsstrahlung beeinflusst werden bzw. geformt werden, wird diese Pupillenfläche auch als Pupillenformungsfläche PUP bezeichnet.
Die Pupillenformungseinheit PFU kann variabel einstellbar sein, so dass in Abhängigkeit von der Ansteuerung von optischen Komponenten der Pupillenformungseinheit unterschiedliche lokale Beleuchtungsintensitätsverteilungen in der kreisförmigen Beleuchtungspupille eingestellt werden können, beispielsweise ein konventionelles Beleuchtungssetting mit um die optische Achse AX zentriertem, kreisförmigem Beleuchtungsfleck, eine Dipolbeleuchtung oder eine Quadrupolbeleuchtung.
Der Pupillenformungseinheit PFU ist ein refraktives Feldformungssystem FFS optisch nachgeschaltet. Diese enthält die optischen Komponenten, die aus dem Licht der Pupillenformungsfläche die Beleuchtungsintensitätsverteilung in der Austrittsfläche ES des Beleuchtungssystems formen. Das Feldformungssystem FSF umfasst eine Homogenisierungseinheit HOM zur Homogenisierung des von der Pupillenformungseinheit empfangenen Lichts. Die Homogenisierungseinheit hat eine Doppelfunktion, da die optischen Komponenten außerdem so ausgelegt sind, dass das Beleuchtungslicht in ein erstes Beleuchtungsstrahlbündel BS1 und ein zweites Beleuchtungsstrahlbündel BS2 aufgeteilt wird, die mit gegenseitigem Abstand zueinander auf die Austrittsebene treffen. Das Feldformungssystem FFS umfasst eine Einkoppeloptik EK, die das von der Pupillenformungsfläche kommende Licht sammelt und in eine Eintrittsfläche EF1 einer Integratorstabanordnung ISA einkoppelt. Diese ist in Fig. 4 vergrößert dargestellt.
Die Integratorstabanordnung ISA umfasst einen Eingangs-Integratorstab IE, der eine ebene Eintrittsfläche EF1 , parallel dazu eine ebene Austrittsfläche EF2 und vier ebene Seitenflächen hat, die einen Rechteck-Querschnitt bilden. Der Eingangs-Integratorstab besteht aus einem für das Beleuchtungslicht transparenten Material. Das Licht wird innerhalb des Eingangs- Integratorstabs durch mehrfache innere Reflexion an den unbeschichteten oder gegebenenfalls beschichteten Mantelflächen (Seitenflächen) des Integratorstabs gemischt und dadurch homogenisiert und tritt an der Austrittsfläche AF1 wenigstens teilweise homogenisiert aus. Der Eingangs-Integratorstab hat einen durchgängig rechteckigen Querschnitt und definiert eine Längsmittelachse, die auf der optischen Ache AX des Beleuchtungssystems liegt.
Die Integratorstab-Anordnung umfasst weiterhin einen ersten Ausgangs-Integratorstab IA1 sowie einen zweiten Ausgangs-Integratorstab IA2, die jeweils eine Eintrittsfläche EF2-1 bzw. EF2-2 und eine Austrittsfläche AF2-1 bzw. AF2-2 haben. Die beiden Ausgangs-Integratorstäbe IA1 und IA2 haben jeweils rechteckige Querschnittsform und eine Querschnittsfläche, die im Wesentlichen halb so groß ist wie die Querschnittsfläche des Eingangs-Integratorstabs IE.
Die Ausgangs-Integratorstäbe IA1 , IA2 sind mit Abstand zur optischen Achse AX des Beleuchtungssystems auf diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Der erste Ausgangs-Integratorstab IA1 ist optisch an eine erste Teilfläche TF1 der Austrittsfläche des Eingangs-Integratorstabs angekoppelt in der Weise, dass Licht, welches durch die erste Teilfläche TF1 austritt, ausschließlich in den ersten Ausgangs-Integratorstab IA1 eintritt. Entsprechendes gilt für die gegenüberliegende Seite, wo das Licht aus der Teilfläche TF2 in den zweiten Ausgangs-Integratorstab IA2 eintritt.
Zwischen dem Eingangs-Integratorstab IE und den beiden Ausgangs-Integratorstäben IA1 , IA2 sind zwei Prismen P1 bzw. P2 einer Prismenanordnung PA angeordnet. Das erste Prisma P1 hat eine rechteckförmige, ebene Eintrittsfläche, die unter Zwischenschaltung eines Luftspalts LS direkt an die erste Teilfläche TF1 folgt und die aus dieser Teilfläche austretende Strahlung empfängt. Die ebene Austrittsfläche hat die gleiche Größe und steht unter Zwischenschaltung eines Luftspalts unmittelbar vor der Eintrittsfläche des ersten Ausgangs-Integratorstabs IA1. Das Prisma hat weiterhin zwei in 45°-Winkel schräg zu den Eintritts- und Austrittsflächen orientierte ebene Seitenflächen, die jeweils eine reflektive Beschichtung tragen. Sie können beispielsweise durch Aufbringen einer Aluminiumschicht oder einer dielektrischen Beschichtung verspiegelt sein.
Durch die zweifache Umlenkung an parallel zueinander versetzten Spiegelflächen eines Prismas wird das aus einer Teilfläche TF austretende Licht in eine weiter von der optischen Achse entfernte Position umgelenkt. Jedes der Prismen koppelt somit einen der Ausgangs- Integratorstäbe IA1 , IA2 optisch an eine zugeordnete Teilfläche TF1, TF1 der Austrittsfläche AF1 des Eingangs-Integratorstabs an und führt das Licht von einer achsnahen Position in eine achsferne Lage. Durch diese Anordnung wird das in den Eingangs-Integratorstab IE eintretende Licht im Wesentlichen zu gleichen Teilen auf die Austrittsfläche AF2-1 des ersten Ausgangs- Integratorstabs und die Austrittsfläche AF2-2 des zweiten Ausgangs-Integratorstabs gleichmäßig aufgeteilt und gleichzeitig sowohl im Eingangs-Integratorstab als auch in den Ausgangs-Integratorstäben durch mehrfache innere Reflexion gemischt.
Unmittelbar am Austritt des ersten Ausgangs-Integratorstabs IA1 liegt eine Zwischenfeldebene ZE des Beleuchtungssystems. Dort ist eine verstellbare Feldblende BL1 angeordnet, die es erlaubt, die tatsächlich nutzbare Feldgröße des ersten Beleuchtungsfeldes IF1 stufenlos einzustellen. Eine entsprechende zweite Feldblende BL2 ist am Austritt des zweiten Ausgangs- Integratorstabs angeordnet.
Ein nachfolgendes Objektiv REMA, das auch als REMA-Objektiv bezeichnet wird, bildet die Zwischenfeldebene des Retikel-Masken-Systems auf die Austrittsebene des Beleuchtungssystems bzw. die Objektebene des folgenden Projektionsobjektivs ab. Dort erzeugt das erste Beleuchtungsstrahlbündel das erste Beleuchtungsfeld ILF1 auf einer Seite der optischen Achse AX, während das zweite Beleuchtungsfeld ILF2 mit Abstand von der optischen Achse gegenüberliegend mithilfe des zweiten Beleuchtungsstrahlbündels SB2 beleuchtet wird.
Die Fig. 5A bis 5C zeigen einige Varianten dieses Grundkonzepts. Die Variante von Fig. 5A unterscheidet sich vom Beispiel der Fig. 4 dadurch, dass die dortigen Prismen P1 bzw. P2 durch jeweils ein Paar von Dreiecksprismen ersetzt werden. Die Hypotenusenflächen der Dreiecksprismen sind jeweils verspiegelt, die Eintritts- und Austrittsflächen sind eben und grenzen über einen Luftspalt hinweg an ein vorgeschaltetes bzw. nachgeschaltetes Element an.
Fig. 5B veranschaulicht, dass zwischen dem Eingangs-Integratorstab IE und den beiden Ausgangs-Integratorstäben IA1 , IA2 jeweils auch ein weiterer Integratorstab ISW1 , ISW2 integriert sein kann.
Fig. 5C und Fig. 5D veranschaulichen, dass die Prismenanordnung PA, die zur Aufteilung in zwei Beleuchtungsstrahlgänge führt, nicht zwingend unmittelbar an die Austrittsseite des Eintritts-Integratorstabs angekoppelt sein muss. Vielmehr können weitere Umlenkelemente und/oder Integratorstabelemente zwischengeschaltet sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 gibt es keine zwischen dem Eingangs-Integratorstab IE und die beiden Ausgangs-Integratorstäbe IA1 bzw. IA2 zwischengeschaltete Prismen und/oder andere optische Elemente. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind beide Ausgangs- Integratorstäbe jeweils als sogenannter „tapered integrator“ ausgebildet. Bei jedem der Ausgangs-Integratorstäbe IA1 , IA2 entspricht die Größe der rechteckförmigen Eintrittsfläche EF1 , EF2 im Wesentlichen der Hälfte der Fläche Austrittsfläche AF1 des Eingangs- Integratorstabs IE, so dass das jeweils aus der zugeordneten Teilfläche austretende Licht vollständig in den Ausgangs-Integratorstab eingekoppelt wird. Während jedoch in den vorherigen Beispielen die Integratorstäbe jeweils konstante Querschnittsform und Querschnittsgröße über ihre Länge haben, verändert sich die Querschnitsfläche der Ausgangs- Integratoren im Beispiel von Fig. 6 zwischen Eintrittsfläche und Austrittsfläche kontinuierlich, so dass die beiden Austrittsflächen AF2-1 und AF2-2 mit Abstand zur optischen Achse jeweils diametral zu dieser gegenüberliegend angeordnet sind. Durch die Erhöhung der Winkel beim Durchtritt durch die verjüngten Integratorstäbe wird gegebenenfalls am Eintritt des Eingangs- Integratorstabs eine andere Ausleuchtung benötigt und die Stabausleuchtung wird angepasst, so dass keine Verletzung der Lichtleitwert-Erhaltung eintritt.
Anhand der Fig. 7 ff. wird nun ein anderes Ausführungsbeispiel eines Beleuchtungssystems ILL beschrieben. Aus Gründen der Übersichtlichkeit tragen funktionelle Gruppen, die ähnliche oder entsprechende Funktion haben wie beim ersten Ausführungsbeispiel, entsprechende Bezeichnungen. Ein wesentlicher Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen besteht in Aufbau und Arbeitsweise der Homogenisierungseinheit HOM, die im Wesentlichen mithilfe eines modifizierten Wabenkondensors aufgebaut ist. Details über Aufbau und Funktion sind aus Fig. 8 ersichtlich.
Die Homogenisierungseinheit HOM umfasst eine erste Rasteranordnung RA1 mit einer Vielzahl erster refraktiver Rasterelemente RE1 , die das Licht der zweidimensionalen Intensitätsverteilung der Pupillenformungsfläche PUP empfangen und daraus eine Rasteranordnung sekundärer Lichtquellen SL1, SL2 etc. erzeugen, die etwa im Abstand der Brennweite F1 der ersten Rasterelemente RE1 hinter diesen entstehen. Auf diese Weise wird das von der Pupillenformungsfläche kommende Beleuchtungsstrahlbündel in eine Vielzahl optischer Kanäle zerlegt, wobei jedes ausgeleuchtete erste Rasterelement und die zugehörige sekundäre Lichtquelle zu einem eigenen optischen Kanal gehören.
Es gibt eine zweite Rasteranordnung RA2 mit zweiten refraktiven Rasterelementen RA2, die optisch hinter der ersten Rasteranordnung etwa im Bereich der sekundären Lichtquellen SL1 etc. angeordnet ist und dazu dient, Licht der jeweiligen optischen Kanäle bzw. der sekundären Lichtquellen aufzunehmen und dazu beizutragen, das aus unterschiedlichen optischen Kanälen kommende Licht im Bereich der Austrittsebene bzw. Bildebene des Beleuchtungssystems ILL wenigstens teilweise zu überlagern. Diese Überlagerung bewirkt eine Homogenisierung bzw. Vergleichmäßigung der Lichtintensität in der Austrittsebene.
Die Querschnittsfläche bzw. Apertur der ersten Rasterelemente RE1 bestimmt die Gestalt der ausgeleuchteten Beleuchtungsfelder und ist im Beispielsfall rechteckig. Die ersten Rasterelemente RE1 werden auch als Feldwaben bezeichnet.
Die zweiten Rasterelemente RE2 werden auch als Pupillenwaben bezeichnet und sind in der Nähe der jeweiligen sekundären Lichtquellen angeordnet. Sie bilden die ersten Rasterelemente RE1 über eine nachgeschaltete Feldlinse auf eine Zwischenfeldebene FE des Beleuchtungssystems ab. Diese wird dann, wie im obigen Beispiel, in die Austritsebene des Beleuchtungssystems abgebildet.
Eine Besonderheit dieser Homogenisierungseinheit besteht darin, dass zwar jedes der ersten Rasterelemente RE1 (wie bei einem herkömmlichen Wabenkondensor) einen zu der sekundären Lichtquelle gehörenden optischen Kanal erzeugt.
Allerdings ist jedes der zweiten Rasterelemente RE2 nicht nur einem ersten Rasterelement zugeordnet, sondern zwei unmittelbar benachbarten ersten Rasterelementen, z.B. den Rasterelementen RE1-1 und RE1-2. Die zweiten Rasterelemente sind jeweils durch ein Unsenelement gebildet, welches in zwei unterschiedlich gestaltete Abschnitte aufgeteilt ist. Ein erster Abschnitt AB1 wirkt ausschließlich auf das Licht eines zugeordneten ersten Rasterelements in dessen optischen Kanal. Einstückig mit dem ersten Abschnitt ist ein zweiter Abschnitt AB2 ausgebildet, der ausschließlich im benachbarten zweiten optischen Kanal liegt und entsprechend dessen Lichtausbreitung beeinflusst
Im Beispielsfall wird der von einem Rasterelement R1-1 erzeugte erste optische Kanal durch die untere Hälfte des nachfolgenden zweiten Rasterelements bzw. dessen ersten Abschnitt AB1 so beeinflusst, dass das Licht über die Feldlinse FL in ein erstes Beleuchtungsstrahlbündel BS1 eingeleitet wird, während das Licht, welches durch das benachbarte erste Rasterelement R1-2 in einen zweiten optischen Kanal eingekoppelt wird, durch den zweiten Abschnitt AB2 des zweiten Rasterelements so beeinflusst wird, dass es in ein zweites Beleuchtungsstrahlbündel BS2 eingekoppelt wird, welches in Bezug auf das erste Beleuchtungsstrahlbündel auf der zur optischen Achse AX gegenüberliegenden Seite propagiert.
Um an den zweiten Rasterelementen RE2 die stark unterschiedlichen optischen Wirkungen zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass sowohl die Eintrittsfläche als auch die Austrittsfläche im ersten Abschnitt AB1 und im zweiten Abschnitt AB2 jeweils asphärisch gestaltet sind. Die Flächenformen des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts gehen nicht glatt ineinander über, stattdessen bildet sich als Trennlinie zwischen den beiden Abschnitten eine Knicklinie an der Oberfläche des zweiten Rasterelements.
Ein Merkmal dieses Mischkonzepts besteht somit darin, dass im Bereich der Pupillenwaben (zweite Rasterelemente RE2) eine dichte, in einer Raumrichtung alternierende Anordnung von mehreren Brechkräften mit zwei unterschiedlichen Oberflächenformen geschaffen wird. Es besteht insbesondere eine dichte Anordnung von Brechkräften mit nicht stetig differenzierbaren Übergängen. Die zweiten Rasterelemente RE2 (Pupillenwaben) können gedanklich als aus außeraxialen Linsenabschnitten zusammengesetzte Linsen angesehen werden, von denen vorzugsweise wenigstens eine Seite asphärisch ist und deren Größe jeweils derjenigen einer zugehörigen Feldwabe entspricht.
Fig. 9 zeigt einen schematischen meridionalen Linsenschnitt einer Ausführungsform eines katadioptrischen Projektionsobjektivs PO mit ausgewählten Strahlbündeln zur Verdeutlichung des Abbildungsstrahlengangs der im Betrieb durch das Projektionsobjektiv verlaufenden Projektionsstrahlung. Das Projektionsobjektiv ist als verkleinernd wirkendes Abbildungssystem dafür vorgesehen, ein in seiner Objektebene OS angeordnetes Muster einer Maske in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1 :4, auf seine parallel zur Objektebene ausgerichtete Bildebene IS abzubilden.
Das Projektionsobjektiv ist gemäß einer Ausführungsform der beanspruchten Erfindung ausgelegt und hat eine bildseitige numerische Apertur NA im Bereich von 0.2 < NA < 0.4, z.B. NA = 0.3.
Das Projektionsobjektiv als Doppelfeld-Projektionsobjektiv ausgebildet. Es ist in der Lage, das außerhalb der optischen Achse OA in der Objektebene OS angeordnete erste effektive Objektfeld OF1 entlang eines ersten Projektionsstrahlengangs RP1 in ein außerhalb der optischen Achse OA in der Bildebene IS liegendes erstes effektives Bildfeld IF1 und zeitgleich ein dem ersten Objektfeld in Bezug auf die optische Achse gegenüberliegendes, außerhalb der optischen Achse in der Objektebene angeordnetes zweites effektives Objektfeld OF2 entlang eines zweiten Projektionsstrahlengangs RP2 in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes zweites effektives Bildfeld IF2 abzubilden. Das Projektionsobjektiv umfasst eine Vielzahl optischer Elemente, zu diesen gehören zahlreiche Linsen (z.B. zwischen 15 und 25 Linsen) sowie genau zwei Konkavspiegel CM1, CM1 , wobei in jedem der Projektionsstrahlgänge genau ein Konkavspiegel steht.
Eine Mehrheit der Unsen (mehr als 50%, insbesondere 60% oder mehr, oder 70% oder mehr, oder 80% oder mehr ist entlang von ersten Abschnitten OA1 der optischen Achse OA angeordnet, wobei diese ersten Abschnitte koaxial zueinander senkrecht zu Objektebene OS und Bildebene IS verlaufen. Die Konkavspiegel CM1 , CM2 sind auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Abschnitte OA1 angeordnet sind und definieren zweite Abschnitte OA2 der optischen Achse, die gemeinsam mit den ersten Abschnitten eine Achsenebene definieren (die bei Fig. 9 in der Zeichenebene liegt). Die Konkavspiegel des Beispiels sind koaxial zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Abschnitte angeordnet, die zweiten Abschnitte OA2 der optischen Achse stehen senkrecht auf den ersten Abschnitten OA1 , so dass sich eine Kreuzform ergibt.
Die optischen Elemente sind spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene SYM angeordnet und ausgebildet, die senkrecht zu der Achsenebene (hier Zeichenebene) durch die ersten Abschnitte OA1 verläuft. Für jeden der Konkavspiegel gibt es im zugeordneten Projektionsstrahlengang eine erste Umlenkeinheit ULE1 zur Umlenkung der von der Objektebene OS kommenden Strahlung zum Konkavspiegel und eine zweite Umlenkeinheit ULE2 zur Umlenkung der von dem Konkavspiegel kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene IS. Die Umlenkeinheiten ULE1, ULE2 sind jeweils auf der dem zugeordneten Konkavspiegel CM1 bzw. CM2 zugewandten Seite der Symmetrieebene SYM angeordnet.
Zwischen der Objektebene und der Bildebene werden in jedem der Projektionsstrahlengänge RP1 , RP2 genau zwei reelle Zwischenbilder (generell mit IMI bezeichnet) des zugeordneten effektiven Objektfelds erzeugt, nämlich IM11-1, IMI2-1 im ersten Projektionsstrahlengang und IMI1 -2 und IMI2-2 im zweiten Projektionsstrahlengang (vgl. Fig. 10).
Ein erster, ausschließlich mit transparenten optischen Elementen aufgebauter und daher refraktiver (dioptrischer) Objektivteil OP1 ist so ausgelegt, dass das Muster im jedem der beleuchteten effektiven Objektfelder leicht verkleinert (Abbildungsmaßstab z.B. im Bereich von ca. 1.85:1 bis ca. 1.75:1) in das erste Zwischenbild IMI1-1, IMI1-2 des jeweiligen Projektionsstrahlengangs abgebildet wird.
Ein zweiter, katadioptrischer Objektivteil OP2 bildet die ersten Zwischenbilder der Projektionsstrahlengänge auf das jeweils zugehörige zweite Zwischenbild IMI2 im Wesentlichen ohne Größenänderung ab. Der zweite Objektivteil OP2 umfasst für jeden der Projektionsstrahlengänge einen eigenen Konkavspiegel CM1, CM2 und drei vorgeschaltete doppelt durchlaufene Linsen. Im zweiten Objektivteil separieren sich die Projektionsstrahlengänge und laufen entlang getrennter optischer Wege durch getrennte Teilobjektive, bevor sie im Bereich des zweiten Zwischenbilds IMI2 wieder zu gemeinsam genutzten Linsen zusammengeführt werden. Das zweite Zwischenbild IMI2 liegt zwischen den beiden Einzelspiegeln von ULE2, d.h. an den zweiten Spiegeln der ULE2 sind die Projektionsstrahlengänge noch getrennt, erst dann werden sie wieder zusammengeführt.
Ein dritter, refraktiver Objektivteil OP3 ist dafür ausgelegt, die zweiten Zwischenbilder IMI2-1 , IMI2-2 in verkleinerndem Maßstab in die Bildebene IS abzubilden.
Alle Linsen des ersten Objektivteils OP1 und alle Linsen des dritten Objektivteils OP3 und damit alle Linsen auf den ersten Abschnitten OA1 der optischen Achse sind beiden Projektionsstrahlgängen gemeinsam. Die Footprints der Projektionsstrahlengänge auf den einzelnen Linsenflächen, also die jeweils mit Strahlung beaufschlagten Flächenanteile, liegen dabei jeweils symmetrisch zur Symmetrieebene SYM. Eventuelle lens heating Effekte insbesondere bei feldnahen Linsen sind somit im Wesentlichen symmetrisch zur Symmetrieebene, wodurch eine eventuelle Korrektur vereinfacht wird.
In jedem der Projektionsstrahlengänge liegen zwischen der Objektebene und dem ersten Zwischenbild, zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenbild sowie zwischen dem zweiten Zwischenbild und der Bildebene liegen jeweils Pupillenflächen bzw. Pupillenebenen P1, P2, P3 dort, wo der Hauptstrahl CR der optischen Abbildung die optische Achse OA schneidet. Im Bereich der Pupillenfläche P3 des dritten Objektivteils OP3 kann die Aperturblende (stop) des Systems angebracht sein. Die Pupillenfläche P2 innerhalb des katadioptrischen zweiten Objektivteils OP2 liegt in unmittelbarer Nähe des jeweiligen Konkavspiegels CM.
Zur Unterstützung der chromatischen Korrektur ist in jedem der beiden Projektionsstrahlengänge in unmittelbarer Nähe des zugehörigen Konkavspiegels CM1 , CM2 in einem pupillennahen Bereich eine Negativgruppe NG mit mindestens einer zerstreuend wirkenden Negativlinse angeordnet. Ais „pupillennaher Bereich“ wird hier ein Bereich bezeichnet, in welchem die Randstrahlhöhe (marginal ray height MRH) der Abbildung größer ist als die Hauptstrahlhöhe (chief ray height CRH). Die Randstrahlhöhe im Bereich der Negativgruppe kann mindestens doppelt so groß wie die Hauptstrahlhöhe sein.
Zum Hintergrund: während die Beiträge von Linsen mit positiver Brechkraft und Linsen mit negativer Brechkraft in einem optischen System zur gesamten Brechkraft, zur Bildfeldkrümmung und zu den chromatischen Aberrationen jeweils gegenläufig sind, hat ein Konkavspiegel genau wie eine Positivlinse positive Brechkraft, aber einen gegenüber einer Positivlinse umgekehrten Effekt auf die Bildfeldkrümmung. Außerdem führen Konkavspiegel keine chromatischen Aberrationen ein. Katadioptrische Systemteile mit einem pupillennahen Konkavspiegel und einer benachbarten Negativlinse (Schupmann-Achromat) sind daher ein gut geeignetes Mittel zur Achromatisierung von Projektionsobjektiven. Zwischen der jeweiligen Umlenkeinheit und der Negativgruppe kann eine doppelt durchlaufene Positivlinse PL angeordnet sein, diese kann bei anderen Ausführungsbeispielen (vgl. Tabelle 3) auch entfallen.
Ein außergewöhnliches technisches Merkmal betrifft die Gestaltung der Umlenkeinheiten ULE1, ULE2. Diese sind nicht als einfach reflektierende Planspiegel bzw. Umlenkspiegel aufgebaut. Stattdessen weist die erste Umlenkeinheit ULE1 und die zweite Umlenkeinheit ULE2 jeweils eine im Wesentlichen ebene erste Reflexionsfläche RF1 und eine unmittelbar folgende, im Wesentlichen ebene zweite Reflexionsfläche RF2 auf. Die Reflexionsflächen sind jeweils gegenüber der Symmetrieebene SYM um unterschiedliche Kippwinkel um orthogonal zu den ersten und zweiten Abschniten verlaufende Kippachsen gekippt. Die erste Reflexionsfläche RF1 dient zur Umlenkung der von der Objektebene OS kommende Strahlung zur zweiten Reflexionsfläche RF2 und die zweite Reflexionsfläche dient zur Umlenkung der von der ersten Reflexionsfläche RF1 kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene.
In jedem Projektionsstrahlengang ist die erste Reflexionsfläche RF1 diejenige, die die von der letzten Linse des ersten Objektivteils OP1 kommenden Strahlbündel empfängt und in Richtung der unmitelbar folgenden zweiten Reflexionsfläche RF2 reflektiert. Diese reflektiert die Strahlbündel dann innerhalb des zweiten Objektivteils OP2 zum zugehörigen Konkavspiegel CM. Nach Reflexion an diesem und zweifachem Durchlauf der drei vorgeschalteten Unsen treffen die Strahlbündel dann auf die zweite Umlenkeinheit ULE2, deren erste Reflexionsfläche RF1 die Strahlbündel zur zweiten Reflexionsfläche RF2 umlenkt, die in Richtung der ersten Linse des dritten Objektivteils OP3 reflektiert.
Wird der Kippwinkel KW einer Reflexionsfläche als derjenige Winkel definiert, den die Flächennormale NOR der Reflexionsfläche mit der eingangsseitigen optischen Achse einschließt, so beträgt der Kippwinkel der ersten Reflexionsflächen aufseiten des ersten Objektivteils jeweils 67,5°. Für die unmittelbar folgenden zweiten Reflexionsflächen in jedem Strahlgang beträgt der Kippwinkel dann nur noch 22,5°, entspricht also dem Ergänzungswinkel des ersten Kippwinkels zu einem 90°-Winkel. Für die zweiten Umlenkeinheiten ULE2, also diejenigen, die die von den jeweiligen Konkavspiegeln CM kommenden Strahlbündel in Richtung des dritten Objektivteils OP3 umlenken, gilt Entsprechendes, wobei jetzt als eingangsseitige optische Achse die zweiten Abschnitte OA2 der optischen Achse zählen.
In Bezug auf die eintrittsseitige optische Achse wird also eine 90°-Umlenkung in zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Schritten erreicht, nämlich einmal um x Grad und das zweite Mal um 90-x°. Dabei befinden sich die beiden zusammengehörigen Reflexionsflächen einer Umlenkeinheit jeweils auf ein- und derselben Seite der Symmetrieebene SYM, nämlich auf derjenigen Seite, in der sich der zugehörige Konkavspiegel CM befindet.
Beide Reflexionsflächen RF1 , RF2 einer Umlenkeinheit ULE liegen jeweils in optischer Nähe des ersten Zwischenbilds IMI1 des zugehörigen Projektionsstrahlengangs, so dass der Footprint des Strahlbündels auf der Reflexionsfläche mehr oder weniger rechteckig mit abgerundeten Ecken erscheint und sich in Abstand von der optischen Achse, aber nahe bei dieser befindet. Genauer gesagt liegt das erste Zwischenbild zwischen den beiden Reflexionsflächen RF1 , RF2, auf diese Weise sind beide Reflexionsflächen nahe am Zwischenbild. Bei einem Abbildungsmaßstab des ersten Objektivteils OP1 mit allenfalls sehr geringer Vergrößerung oder leichter Verkleinerung ist die Größe des Zwischenbilds nicht oder nur geringfügig größer als die Größe des generierenden effektiven Objektfelds OF, so dass Spiegelflächen mit kompakten Ausmaßen ausreichen, um das gesamte Strahlbündel vignettierungsfrei zum nachgeschalteten optischen Element zu reflektieren. Dies gilt insbesondere für die Reflexion von der ersten Reflexionsfläche RF1 zur zweiten Reflexionsfläche RF2, die ebenfalls sehr kompakt dimensioniert sein kann, weil sie noch in optischer Nähe des ersten Zwischenbilds liegt, insbesondere in einem Bereich, in welchem das Subaperturverhältnis SAR dem Betrage nach kleiner als 0,3 ist. Vorzugsweise liegt SAR zwischen 0,2 und 0,3. Zur Erläuterung: Die optische Nähe bzw. die optische Entfernung einer optischen Fläche zu einer Bezugsebene (z.B. einer Feldebene oder einer Pupillenebene) wird in dieser Anmeldung durch das sogenannte Subaperturverhältnis SAR beschrieben. Das Subaperturverhältnis SAR einer optischen Fläche wird für die Zwecke dieser Anmeldung wie folgt definiert:
SAR = sign (CRH) • (MRH/( | CRH | + | MRH | )) wobei MRH die Randstrahlhöhe, CRH die Hauptstrahlhöhe und die Signumsfunktion sign (x) das Vorzeichen von x bezeichnet, wobei nach Konvention sign (0) = 1 gilt. Unter Hauptstrahlhöhe wird die Strahlhöhe des Hauptstrahles eines Feldpunktes des Objektfeldes mit betragsmäßig maximaler Feldhöhe verstanden. Die Strahlhöhe ist hier vorzeichenbehaftet zu verstehen. Unter Randstrahlhöhe wird die Strahlhöhe eines Strahles mit maximaler Apertur ausgehend vom Schnittpunkt der optischen Achse mit der Objektebene verstanden. Dieser Feldpunkt muss nicht zur Übertragung des in der Objektebene angeordneten Musters beitragen - insbesondere bei außeraxialen Bildfeldern.
Das Subaperturverhältnis ist eine vorzeichenbehaftete Größe, die ein Maß für die Feld- bzw. Pupillennähe einer Ebene im Strahlengang ist. Per Definition ist das Subaperturverhältnis auf Werte zwischen -1 und +1 normiert, wobei in jeder Feldebene das Subaperturverhältnis null ist und wobei in einer Pupillenebene das Subaperturverhältnis von -1 nach +1 springt oder umgekehrt. Ein betragsmäßiges Subaperturverhältnis von 1 bestimmt somit eine Pupillenebene.
Feldnahe Ebenen weisen somit Subaperturverhältnisse auf, die nahe bei 0 liegen, während pupillennahe Ebenen Subaperturverhältnisse aufweisen, die betragsmäßig nahe bei 1 liegen. Das Vorzeichen des Subaperturverhältnisses gibt die Stellung der Ebene vor oder hinter einer Bezugsebene an.
Die Reflexionsflächen können nominell als Planflächen ausgelegt sein, also bis auf Fertigungstoleranzen eine mathematische Ebene definieren. Es ist auch möglich, einzelne oder alle Reflexionsflächen mit definierten Abweichungen von einer Ebene zu gestalten, so dass die Reflexionsflächen als Korrekturflächen für Aberrationen wie Verzeichnung etc. dienen können.
Im schematischen Beispiel von Fig. 9 sind die Reflexionsflächen jeweils als Einzelspiegel gefertigt und in gesonderten Halterungen untergebracht. Das Beispiel von Fig. 10 zeigt, dass jeweils zwei der Umlenkspiegel bzw. Reflexionsflächen kombiniert als Dreieckprisma ausgeführt sein können. Diese Dreieckprismen können gemeinsam in der Mitte des sternförmigen Querschnitts der Umlenkeinheit gefasst werden. Alternativ können alle für die Umlenkung notwendigen Spiegel kombiniert und als komplexes Prisma mit sternförmiger Seitenfläche ausgeführt werden. Das Prisma kann dabei zum Beispiel aus mehreren Einzelprismen bestehen, die gekittet oder aneinander angesprengt sind.
Zur Veranschaulichung der Vorteile, die derartige zweifach reflektierender Umlenkeinheiten im Vergleich zum Stand der Technik bieten, sind in Fig. 11A bis 11C drei Faltungssituationen im Vergleich dargestellt. Fig. 11A zeigt eine „klassische“ Faltung in einem katadioptrischen Projektionsobjektiv mit einem einzigen Konkavspiegel CM. Der erste Umlenkspiegel FS1 , der die von der Objektebene OS kommende Strahlung zum Konkavspiegel CM reflektiert, liegt auf der dem Konkavspiegel abgewandten Seite der senkrecht zur Objekt- und Bildebene liegenden Teile der optischen Achse. Gleiches gilt für den zweiten Umlenkspiegel, der die vom Konkavspiegel kommenden Strahlen in den dritten Objektivteil umlenkt.
Wollte man zwei Felder gleichzeitig nutzen, so würde der Faltspiegel eines jeden Feldes jeweils den Strahlengang des gegenüberliegenden Feldes blockieren. Es ist daher nur die Abbildung eines Einzelfeldes möglich.
Um die (gleichzeitige) Abbildung zweier Felder zu ermöglichen, sollte sich die Umlenkeinheit jeweils auf der dem zugehörigen Horizontalarm bzw. Konkavspiegel zugewandten Seite der optischen Achse befinden. Fig. 11B zeigt einen Versuch der Umsetzung mit konventionellen Planspiegeln. Bei der Faltungsvariante in Fig. 1 B reflektieren die Faltspiegel FS jeweils in die andere Richtung, d.h. der Konkavspiegel befindet sich auf derjenigen Seite, die dem effektiven Objektfeld gegenüberliegt. In diesem Fall stehen die Faltspiegel im eigenen Strahlengang. Es ergibt sich kein funktionierendes System.
Ein Unterschied zwischen Figur 11 B und 11C besteht darin, dass in Fig. 11C die Strahlen an der ersten Umlenkeinheit links (objektseitig) der optischen Achse des Horizontalarms (OA2) befinden und nach der Reflexion am Konkavspiegel an der zweiten Umlenkeinheit rechts (bildseitig) von OA2. Bei Figur 11B ist das gerade umgekehrt. Dadurch müsste die zweite Umlenkeinheit links vom ersten Umlenkspiegel (d.h. näher an der Objektebene) stehen und damit im Strahlengang Objekt - erster Umlenkspiegel.
Fig. 11C zeigt zum Vergleich die Faltung mit jeweils zwei Umlenkspiegeln pro 90°-Umlenkung, also mit einer zweistufig reflektierenden Umlenkeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es ist erkennbar, dass sich dadurch eine Separierung der zu den einzelnen Konkavspiegeln führenden Strahlengänge erreichen lässt. Nachfolgend werden einige praktische Vorteile in Projektionsobjektiven mit Doppelfeld erläutert. Eine Erhöhung des Durchsatzes (belichtete Komponenten pro Zeiteinheit) kann durch die Möglichkeit geschaffen werden, zwei außeraxiale Felder gleichzeitig zu belichten. Dies wird beim Projektionsobjektiv unter anderem dadurch geschaffen, dass in dem zweiten Objektivteil zwei katadioptrische Teilobjektive enthalten sind, also zwei Horizontalarme, die jeweils einen Konkavspiegel enthalten. Die die Konkavspiegel enthaltenden Objektivteile sind jeweils symmetrisch zur Symmetrieebene. Die Symmetrieachse ist dabei eine gedachte Linie, die durch die optische Achse OA verläuft und parallel zu den breiten Seiten des effektiven Bildfelds verläuft.
Der Feldabstand ABBF der beiden effektiven Bildfelder in Scanrichtung (y-Richtung) ist idealerweise so, dass die Summe der Schlitzbreite eines Felds (A*) und des Abstands zwischen den beiden Feldern genau der Breite eines Stepperfelds entspricht (vgl. Situation in Fig. 2, die das Objektfeld zeigt).
Die Doppelfelder können entweder scannend für eine Doppelbelichtung verwendet werden oder mithilfe einer Step-and-Scan-Methode.
Im ersten Fall müssten am Retikel bzw. an der Maske zwei identische Strukturen nebeneinander angeordnet sein. Beim Scannen wird dann das Substrat, also beispielsweise ein Wafer, kurz nacheinander durch das erste Feld mit der ersten Struktur und danach durch das zweite Feld mit der zweiten, identischen Struktur belichtet. Bei einem normalen Scanvorgang werden Bereiche ganz am Rand des Wafers nur einfach belichtet. Dies kann verhindert werden, wenn der Scan mit etwas Überlauf gestartet wird. Dabei ist es denkbar, dass im Überlaufbereich das zweite Bildfeld ausgeblendet wird.
Im zweiten Fall können am Retikel auch zwei unterschiedliche Strukturen nebeneinander angeordnet sein, die sich zu einer doppelt so großen Struktur kombinieren lassen. Der nötige Step-and-Scan-Vorgang würde dann die beiden Felder scannen und dann in einem Step-Schritt zum nächsten Doppelfeld springen.
Anhand der nachfolgenden Figuren werden nun einige Besonderheiten des Scannens erläutert. Fig. 12A zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Wafer, auf welchen unmittelbar aneinandergrenzend zahlreiche rechteckförmige Belichtungseinheiten DIE (Dies) mit dem derzeitigen Standardmaß von 26 mm Breite und 32 mm Länge vorgesehen sind. Der vergrößerte Ausschnitt in Fig. 12A sowie die Fig. 12B illustrieren einen typischen konventionellen Scan-Vorgang. Dabei bewegt sich der Wafer mäanderförmig unter dem Projektionsobjektiv bzw. dem zur Belichtung genutzten Bildfeld bzw. dem Scan-Schlitz. Es gibt dabei zwei unterschiedliche Zustände. In einer Scan-Phase, die in Fig. 12A, 12B als durchgezogene Linie dargestellt ist, bewegen sich das Substrat und die Maske bzw. der Wafer und das Retikel mit gleichmäßiger und angepasster Geschwindigkeit (abhängig vom Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs) und ein Die wird belichtet. Nach jedem Scanvorgang erfolgt ein Richtungswechsel, der in Fig. 12A, 12B durch gestrichelte Linien gekennzeichnet ist. Dabei wird die Bewegung des Retikels gestoppt, während sich der Wafer bewegt. Die Bewegung umfasst eine Abbremsphase, eine Bewegung senkrecht zur Scan- Richtung und dann eine Beschleunigung in entgegengesetzter Richtung. Während des Richtungswechsels findet keine Belichtung statt, diese Phase ist also nicht produktiv. Fig. 12A, 12B veranschaulichen schematisch den zeitlichen Ablauf der beiden Phasen.
Zum Vergleich zeigt Fig. 13B verschiedene Phasen eines Scan-Vorgangs mithilfe einer Projektionsbelichtungsanlage mit Doppelfeld und zwei starr gekoppelten Scan-Schlitzen mit einer Geometrie, die in Fig. 13A schematisch dargestellt ist. Es ist unmittelbar erkennbar, dass die Scan-Phasen sich nun über die Länge von zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Dies erstrecken, so dass während einer Scan-Phase zwei Dies zeitgleich belichtet werden können. Im Vergleich zu den Scan-Phasen findet der unproduktive Richtungswechsel nur halb so oft statt wie beim klassischen Scan-Vorgang in dem Sinne, dass beim klassischen Vorgang nach Scannen eines Dies ein Richtungswechsel erfolgt, während es im Falle eines Doppelfelds erst nach dem Scannen zweier Dies einen Richtungswechsel gibt.
Um diese Art des Scannens zu ermöglichen, sind bei dem Ausführungsbeispiel die beiden Scan-Schlitze bzw. die effektiven Bildfelder gemäß Fig. 13A angeordnet.
Der Scanvorgang bei der Doppelbelichtung entspricht von der Reticle- und Waferbewegung her dem Scanvorgang für ein einzelnes Feld. Dabei wird jeweils ein Die zum ersten Mal und ein benachbarter Die zum zweiten Mal belichtet. Der Unterschied zum Scanvorgang für ein Einzelfeld besteht darin, dass am oberen und unteren Rand des Wafers die Beleuchtung eines der beiden Felder abgeschaltet werden muss, damit nicht über den Rand des Wafers hinaus belichtet wird.
Die bisherigen Beispiele illustrieren, dass die zweistufige Faltung an den beiden Umlenkeinheiten jedes Projektionsstrahlengangs die Nutzung von Doppelfeldern ermöglicht. Es gibt weitere Nutzungsmöglichkeiten und Vorteile gegenüber einer einfachen Faltung. Ein Beispiel ist die Vermeidung des sogenannten „image flip“ bei einem katadioptrischen Projektionsobjektiv mit einem einzigen Konkavspiegel und zwei Zwischenbildern. Derartige Projektionsobjektive bieten Vorteile zum Beispiel hinsichtlich der Korrektur chromatischer Aberrationen, haben jedoch den Nachteil, dass bei der Abbildung ein „image flip“ erzeugt wird. Dies bedeutet, dass Merkmale, die am Retikel in einem rechtshändigen Koordinatensystem beschrieben werden, in der Bildebene mit einem linkshändigen Koordinatensystem beschrieben werden. Diese ungünstige Eigenschaft ergibt sich daraus, dass sich zwischen Objektebene und Bildebene an jedem Zwischenbild und an jeder Reflexion die Händigkeit ändert. Ist die Summe aus der Anzahl von Zwischenbildern und der Anzahl von Reflexionen eine ungerade Zahl, so ergibt sich ein image flip. Ist diese Summe eine gerade Zahl, wird ein image flip vermieden. Dies wird nachfolgend anhand eines Vergleichs zwischen einem klassischen Projektionsobjektiv gemäß Fig. 11A und einem Projektionsobjektiv PO-X gemäß Fig. 14 erläutert.
Die Fig. 14 zeigt einen Linsenschnitt durch ein katadioptrisches Projektionsobjektiv PO-X, welches ein außerhalb der optischen Achse liegendes effektives Objektfeld in der Objektebene in eine Bildebene liegendes, außeraxiales effektive Bildfeld abbildet. Dabei werden zwischen Objektebene und Bildebene zwei reelle Zwischenbilder IMI1-X und IMI2-X erzeugt. Das Projektionsobjektiv hat einen einzigen Konkavspiegel mit einer vorgeschalteten Negativgruppe zur Unterstützung der Korrektur chromatischer Apparitionen. Eine erste Umlenkeinheit ULE1-X lenkt die von der Objektebene kommende Strahlung in Richtung des Konkavspiegels. Eine zweite Umlenkeinheit ULE2-X lenkt die vom Konkavspiegel reflektierten Strahlung in Richtung Bildebene. Während die zweite Umlenkeinheit durch einen einfachen Planspiegel gebildet wird und eine einzige Reflektion verursacht, ist die erste Umlenkeinheit ULE-X als zweistufig reflektierende Umlenkeinheit ausgebildet. Diese weist eine erste Reflexionsfläche RF1-X auf, die die vom Objekt kommende Strahlung in Richtung einer unmittelbaren nachfolgenden zweiten Reflexionsfläche RF2-X umlenkt. Diese reflektiert die Strahlung dann Richtung Konkavspiegel. Die beiden Reflexionsfläche können dann an getrennten Einzelspiegel angeordnet sein, vorzugsweise sind sie an einem gemeinsamen Trägerelement ausgebildet, um die gegenseitige Orientierung zu fixieren. Zwischen Objektebene und Bildebene gibt es zwei Zwischenbildern und insgesamt vier Reflektionen, so dass die Summe aus Zwischenbildern und Reflektionen eine gerade Zahl ist. Somit wird der bei konventionellen Systemen dieses Typs (vgl. Fig. 11 A) existierende image flip vermieden. Alternativ könnte auch die erste Umlenkeinheit einstufig und die zweite Umlenkeinheit zweistufig sein. Die Umlenkspiegel sind genau wie beim klassischen System jeweils in optischer Nähe der zugehörigen Zwischenbilder angeordnet, also in einem feldnahen Bereich.
Die Verwendung von zweistufig reflektierenden Umlenkeinheiten der in dieser Anmeldung beschriebenen Art ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist auch möglich, solche Umlenkeinheiten in ein Projektionsobjektiv einzusetzen, welches zwischen Objektebene und Bildebene nur ein Zwischenbild erzeugt oder eine direkte Abbildung ohne Zwischenbild erzeugt. Es kann sein, dass eine zweistufig reflektierende Umlenkeinheit im Projektionsstrahlengang hinter einem vorgeschalteten Planspiegel angeordnet ist und/oder vor einem nachgeschaltetem Umlenkspiegel.
In den folgenden Tabellen sind die Spezifikationen der zwei Ausführungsbeispiele zusammengestellt. Tabellen 1 und 1A gelten für das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 mit NA= 0,3, Tabellen 2 und 2A gelten für ein nicht in einem Bild dargestellten Ausführungsbeispiel mit NA=0,28 und ohne Positivlinse im doppelt durchlaufenen Strahlengang zwischen den Umlenkeinheiten und dem Konkavspiegel.
In den Tabellen ist die Spezifikation des jeweiligen Designs in tabellarischer Form zusammengefasst. Dabei gibt Spalte „SURF“ die Nummer einer brechenden oder auf andere Weise ausgezeichneten Fläche, Spalte „RADIUS“ den Radius r der Fläche (in mm), Spalte „THICKNESS“ den als Dicke bezeichneten Abstand d der Fläche zur nachfolgenden Fläche (in mm) und Spalte „MATERIAL“ das Material der optischen Komponenten an. Spalten „INDEX1“, INDEX2“ und „INDEX3“ geben den Brechungsindex des Materials bei den Wellenlängen 365,5 nm (INDEX1), 364,5 nm (INDEX2) und 366,5 nm (INDEX3) an. In Spalte „SEMIDIAM“ sind die nutzbaren, freien Radien bzw. die halben freien optischen Durchmesser der Linsen (in mm) bzw. der optischen Elemente angegeben. Der Radius r=0 (in der Spalte „RADIUS“) entspricht einer Planfläche (planar). Einige optische Flächen sind asphärisch. Tabellen mit Zusatz „A“ geben die entsprechenden Asphärendaten an, wobei sich die asphärischen Flächen nach der folgenden Vorschrift berechnen:
Figure imgf000032_0001
Dabei gibt der Kehrwert des Radius die Flächenkrümmung und h den Abstand eines
Figure imgf000032_0002
Flächenpunktes von der optischen Achse (d.h. die Strahlhöhe) an. Somit gibt p(h) die Pfeilhöhe, d.h. den Abstand des Flächenpunktes vom Flächenscheitel in z-Richtung (Richtung der optischen Achse). Die Koeffizienten K, C1 , C2, ... sind in den Tabellen mit Zusatz „A“ wiedergegeben. Tabelle 1
Figure imgf000033_0001
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Claims

Patentansprüche
1. Katadioptrisches Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in einer Objektebene (OS) des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in eine zur Objektebene parallele Bildebene des Projektionsobjektivs umfassend: eine Vielzahl optischer Elemente, die Linsen und Konkavspiegel (CM) umfassen und zwischen der Objektebene (OS) und der Bildebene (IS) entlang einer optischen Achse (OA) angeordnet sind, wobei das Projektionsobjektiv (PO) als Doppelfeld-Projektionsobjektiv dafür ausgebildet ist, ein außerhalb der optischen Achse in der Objektebene angeordnetes erstes effektives Objektfeld (OF1) entlang eines ersten Projektionsstrahlengangs (RP1) in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes erstes effektives Bildfeld (IF1 ) und zeitgleich ein dem ersten Objektfeld in Bezug auf die optische Achse gegenüberliegendes, außerhalb der optischen Achse in der Objektebene angeordnetes zweites effektives Objektfeld (OF2) entlang eines zweiten Projektionsstrahlengangs (RP2) in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes zweites effektives Bildfeld (IF2) abzubilden, und jeder der Projektionsstrahlengänge eine erste Umlenkeinheit (ULE1) zur Umlenkung der von der Objektebene (OS) kommenden Strahlung zu einem Konkavspiegel und eine zweite Umlenkeinheit (ULE2) zur Umlenkung der von dem Konkavspiegel kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene (IS) umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente einen ersten Objektivteil (OP1) zur Abbildung jedes der effektiven Objektfelder (OF1 , OF2) der Objektebene in ein erstes reelles Zwischenbild (IMI1), einen zweiten Objektivteil (OP2) zur Erzeugung eines zweiten reellen Zwischenbildes (IMI2) mit der von dem ersten Objektivteil (OP1) kommenden Strahlung, sowie einen dritten Objektivteil (OP3) zur Abbildung des zweiten reellen Zwischenbildes (IMI2) in die Bildebene (IS) bilden, und im Bereich einer zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenbild liegenden Pupillenfläche (P2) der Konkavspiegel (CM) eines Projektionsstrahlengangs angeordnet ist, die erste Umlenkeinheit (FM1) in optischer Nähe zum ersten Zwischenbild (IMI1) und der zweite Umlenkeinheit (FM2) in optischer Nähe zum zweiten Zwischenbild (IMI2) angeordnet ist.
2. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Linsen entlang von ersten Abschnitten (OA1) der optischen Achse angeordnet sind, die koaxial zueinander senkrecht zu Objektebene (OS) und Bildebene (IS) verlaufen; die Konkavspiegel (C 1 , CM2) auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Abschnitte angeordnet sind und zweite Abschnitte (OA2) der optischen Achse definieren, die gemeinsam mit den ersten Abschnitten eine Achsenebene definieren; die optischen Elemente symmetrisch zu einer Symmetrieebene (SYM) angeordnet und ausgebildet sind, die senkrecht zu der Achsenebene durch die ersten Abschnitte (OA1) verläuft; und die Umlenkeinheiten (ULE1 , ULE1) jeweils auf der dem zugeordneten Konkavspiegel zugewandten Seite der Symmetrieebene (SYM) angeordnet sind.
3. Projektionsobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konkavspiegel koaxial zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Abschnitte angeordnet sind und zweite Abschnitte definieren, die orthogonal zu den ersten Abschnitten orientiert sind.
4. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlenkeinheit (ULE1) und die zweite Umlenkeinheit (ULE2) jeweils eine erste Reflexionsfläche (RF1) und eine unmittelbar folgende zweite Reflexionsfläche (RF2) aufweist, wobei die Reflexionsflächen gegenüber der Symmetrieebene um unterschiedliche Kippwinkel um orthogonal zu den ersten und zweiten Abschnitten verlaufende Kippachsen gekippt sind, die erste Reflexionsfläche (RF1) zur Umlenkung der von der Objektebene (OS) kommende Strahlung zur zweiten Reflexionsfläche (RF2) und die zweite Reflexionsfläche zur Umlenkung der von der ersten Reflexionsfläche kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene (IS) angeordnet ist.
5. Projektionsobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippwinkel der ersten Reflexionsflächen und der zweiten Reflexionsfläche vorzugsweise derart aneinander angepasst sind, dass ein parallel zur eintrittsseitigen optischen Achse auf die erste Reflexionsfläche auftretender Strahl an der ersten Reflexionsfläche und der zweiten Reflexionsfläche jeweils um denselben Winkel umgelenkt wird.
6. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlenkeinheit (ULE1) und die zweite Umlenkeinheit (ULE2) in einen Bereich angeordnet ist, in dem ein Subaperturverhältnis SAR dem Betrage nach kleiner als 0.3 ist.
7. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Objektivteil einen ersten Abbildungsmaßstab ßi aufweist, für den die Bedingung 0,5 ≤ | ß1 | ≤ 2,0 gilt, wobei vorzugsweise die Bedingung | ß1 | ≤ 1,2 gilt und/oder dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv einen verkleinernden Abbildungsmaßstab aufweist und dass der erste Objektivteil maximal die Hälfte der Verkleinerung erzeugt.
8. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bildseitige numerische Apertur kleiner als 0,5 ist, wobei die numerische Apertur vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,4 liegt.
9. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Projektionsstrahlengang zwischen dem effektiven Objektfeld (OF) in der Objektebene (OS) und dem effektiven Bildfeld (IF) in der Bildebene eine Summe von Reflexionen und Zwischenbildern eine gerade Zahl ist.
10. Katadioptrisches Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in einer Objektebene (OS) des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in eine zur Objektebene parallele Bildebene des Projektionsobjektivs umfassend: eine Vielzahl optischer Elemente, die mehrere Linsen und einen Konkavspiegel (CM) umfassen und zwischen der Objektebene (OS) und der Bildebene (IS) entlang einer optischen Achse (OA) angeordnet sind, um ein außerhalb der optischen Achse in der Objektebene angeordnetes effektives Objektfeld (OF1) entlang eines Projektionsstrahlengangs (RP1) in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes effektives Bildfeld (IF1 ) abzubilden, wobei im Projektionsstrahlengang wenigstens eine zweistufig reflektierende Umlenkeinheit angeordnet ist, die eine erste Reflexionsfläche (RF1) und eine unmittelbar folgende zweite Reflexionsfläche (RF2) aufweist, wobei die erste Reflexionsfläche (RF1) zur Umlenkung der von der Objektebene (OS) kommende Strahlung zur zweiten Reflexionsfläche (RF2) und die zweite Reflexionsfläche (RF2) zur Umlenkung der von der ersten Reflexionsfläche kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene (IS) angeordnet ist.
11. Projektionsobjektiv nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Projektionsstrahlengang eine erste Umlenkeinheit (ULE1) zur Umlenkung der von der Objektebene (OS) kommenden Strahlung zu dem Konkavspiegel und eine zweite Umlenkeinheit (ULE2) zur Umlenkung der von dem Konkavspiegel kommenden Strahlung in Richtung der Bildebene (IS) angeordnet ist und dass die erste Umlenkeinheit (ULE1) und/oder die zweite Umlenkeinheit (ULE2) als zweistufig reflektierende Umlenkeinheit ausgebildet ist.
12. Projektionsobjektiv nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Umlenkeinheiten als zweistufig reflektierende Umlenkeinheit und die andere Umlenkeinheit als Planspiegel ausgebildet ist.
13. Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines im Bereich einer Bildebene eines Projektionsobjektivs angeordneten strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske umfassend: ein Beleuchtungssystem (ILL) zum Empfang des Lichtes einer einzigen Lichtquelle und zur Formung von Beleuchtungsstrahlung, die ein außerhalb einer optischen Achse des Projektionsobjektivs in der Objektebene angeordnetes erstes effektives Objektfeld und zeitgleich ein dem ersten Objektfeld gegenüberliegendes, außerhalb der optischen Achse in der Objektebene angeordnetes zweites effektives Objektfeld beleuchtet; ein katadioptrisches Projektionsobjektiv, das dafür konfiguriert ist, das erste effektive Objektfeld entlang eines ersten Projektionsstrahlengangs in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes erstes effektives Bildfeld und zeitgleich das zweite effektive Objektfeld entlang eines zweiten Projektionsstrahlengangs in ein außerhalb der optischen Achse in der Bildebene liegendes zweites effektives Bildfeld abzubilden; eine Einrichtung zum Halten der Maske zwischen dem Beleuchtungssystem und dem Projektionsobjektiv derart, dass das Muster im Bereich der Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnet ist; einer Einrichtung zum Halten des Substrats derart, dass eine strahlungsempfindliche Oberfläche des Substrats im Bereich der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv (PO) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
14. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem eine refraktive Pupillenformungseinheit (PFU) zum Empfang von Licht der primären Lichtquelle (LS) und zur Erzeugung einer zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Pupillenformungsfläche (PUP) des Beleuchtungssystems, und ein der Pupillenformungseinheit optisch nachgeschaltetes refraktives Feldformungssystem (FFS) mit einer Homogenisierungseinheit (HOM) zur Homogenisierung des von der Pupillenformungseinheit empfangenen Lichts und zum Teilen des Beleuchtungslichts in das erste Beleuchtungsstrahlbündel (SB1) und das zweite Beleuchtungsstrahlbündel (SB2) umfasst, wobei vorzugsweise die Homogenisierungseinheit (HOM) eine Integratorstabanordnung oder eine erste Rasteranordnung (RA1) und eine zweite Rasteranordnung (RA1) aufweist, wobei die Integratorstabanordnung (ISA) einen Eingangs-Integratorstab (IE) mit einer Eintrittsfläche (EF1) und einer Austrittfläche (AF1) sowie einen mit einer ersten Teilfläche (TF1) der Austritsfläche (AF1) optisch gekoppelten ersten Ausgangs-Integratorstab (IA1) und einen mit einer zweiten Teilfläche (TF2) der Austrittsfläche (AF1) optisch gekoppelten zweiten Ausgangs- Integratorstab (IA2) aufweist, wobei eine Austrittsfläche (AF2-1) des ersten Ausgangs- Integratorstabs dem ersten Beleuchtungsfeld ILF1 ) und eine Austrittsfläche (AF2-2) des zweiten Ausgangs-Integratorstabs dem zweiten Beleuchtungsfeld (ILF2) zugeordnet ist; und die erste Rasteranordnung (RA1) erste refraktive Rasterelemente (RE1) zum Empfang von Licht der zweidimensionalen Intensitätsverteilung und zur Erzeugung einer Rasteranordnung sekundärer Lichtquellen (SL1 , SL2,..) und die nachgeschaltete zweite Rasteranordnung (RA2) zweite refraktive Rasterelemente (RE2) zum Empfang von Licht der sekundären Lichtquellen (SL1 , SL2) und zur mindestens teilweisen Überlagerung von Licht der sekundären Lichtquellen in der Austrittsebene aufweist, wobei jedes erste Rasterelement (RE1) einen optischen Kanal erzeugt und jedes der zweiten Rasterelemente (RE2) zwei benachbarten ersten Rasterelementen (RE1) zugeordnet ist und durch ein Linsenelement gebildet ist, das einen in einem ersten optischen Kanal liegenden ersten Abschnitt (AB1) sowie einen in einem zweiten optischen Kanal liegenden zweiten Abschnitt (AB2) aufweist und die Abschnitte unterschiedliche Oberflächenformen aufweisen.
15. Projektionsbelichtungsverfahren zur Belichtung eines strahlungsempfindlichen Substrates mit mindestens einem Bild eines Musters einer Maske mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Musters zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage derart, dass das Muster im Bereich der Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnet ist;
Halten des Substrats derart, dass eine strahlungsempfindliche Oberfläche des Substrats im Bereich einer zur Objektebene optisch konjugierten Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnet ist;
Beleuchten von zwei Beleuchtungsbereichen der Maske mit von dem Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung einer einzigen primären Lichtquelle; wobei zwei Beleuchtungsstrahlbündel (BS1 , BS2) erzeugt werden, wobei ein erstes Beleuchtungsstrahlbündel (BS1) entlang eines ersten Beleuchtungsstrahlengangs zu einem außerhalb der optischen Achse des Projektionsobjektivs in der Austrittsebene (ES) des Beleuchtungssystems angeordneten ersten Beleuchtungsfeld (ILF1 ) und zeitgleich ein zweites Beleuchtungsstrahlbündel (BS2) entlang eines zweiten Beleuchtungsstrahlengangs zu einem dem ersten Beleuchtungsfeld (ILF1) in Bezug auf die optische Achse (AX) gegenüberliegenden und außerhalb der optischen Achse in der Austrittsebene angeordneten zweiten Beleuchtungsfeld (ILF) geführt wird;
Projizieren der in den Beleuchtungsfeldern liegenden Teile des Musters auf zugeordnete Bildfelder am Substrat mit Hilfe des Projektionsobjektivs, wobei ein Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder eine Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 13 oder 14 verwendet wird.
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