WO2003067334A2 - Polarisation-optimised illumination system - Google Patents

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WO2003067334A2
WO2003067334A2 PCT/EP2003/001146 EP0301146W WO03067334A2 WO 2003067334 A2 WO2003067334 A2 WO 2003067334A2 EP 0301146 W EP0301146 W EP 0301146W WO 03067334 A2 WO03067334 A2 WO 03067334A2
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prism
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Karl-Heinz Schuster
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Carl Zeiss Smt Ag
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Definitions

  • the invention relates to an illumination system for an optical device, in particular for a projection exposure system for microlithography, and to a projection exposure system equipped with such an illumination system.
  • the performance of projection exposure systems for the microlithographic production of semiconductor components and other finely structured components is essentially determined by the imaging properties of the projection optics.
  • the image quality and the wafer throughput that can be achieved with a system are largely determined by the properties of the lighting system upstream of the projection lens. This must be able to prepare the light of a light source with the highest possible efficiency and to set a light distribution that can be precisely defined with regard to the position and shape of illuminated areas and with the most uniform possible intensity distribution within the illuminated areas is present.
  • These requirements should be met equally in all adjustable lighting modes, for example in conventional settings with different degrees of coherence or in ring field, dipole or quadrupole illumination, which are the prerequisites for imaging the reticle patterns with high interference contrast.
  • An increasingly important requirement for lighting systems is that they should be able to provide output light with a polarization state that can be defined as precisely as possible.
  • linearly polarized input light e.g. modern catadioptric projection lenses with polarization beam splitter (beam splitter cube, BSC) work with a theoretical efficiency of 100% on the beam splitter.
  • Any change in the angular spectrum introduced in the light path between the conjugate pupil planes leads to a distortion of the intensity distribution present in the objective pupil, which, for example in the case of dipole or quadrupole illumination, can lead to asymmetrical irradiation in the imaging two-beam interference and thus to a deterioration in the imaging performance.
  • a high degree of uniformity or homogeneity of the illumination falling on the photomask (reticle) can be achieved by mixing the light coming from a light source with the aid of a light mixing device.
  • light mixing devices a distinction is essentially made between light mixing devices with honeycomb condensers and light mixing devices with integrator bars or light mixing bars.
  • Honeycomb condensers with grid arrangements of lenses (fly's eye lens) for generating a large number of secondary light sources have the advantage that the polarization state of the light passing through is practically unchanged. This is offset by the disadvantage of poorer light transmission efficiency compared to integrator bars, since the passage area in the area of interfaces between the individual lenses has non-transmitting dead areas.
  • a honeycomb condenser also changes the angular spectrum of the light passing through due to aberrations introduced by lenses.
  • Lighting systems which have light mixing devices with honeycomb capacitors are disclosed, for example, in US Pat. Nos. 6,211, 944 B1 and 6,252,647 B1.
  • a lighting system designed for the range of visible light for a projection apparatus for projecting the content of LCD displays is shown in US Pat. No. 6,257,726 B1.
  • an integrator rod consists of a material which is transparent to the light from the light source and is irradiated with light of a given aperture essentially along its longitudinal direction.
  • the light passing through is often totally reflected at the lateral interfaces, as in a kaleidoscope, whereby an almost perfect mixture of non-homogeneous portions of the light can be achieved.
  • the effectiveness of the mixture depends on the number of reflections in the individual directions over the rod length. In the case of the integrator rods considered here with parallel, flat lateral boundary surfaces, the angular distribution of the incoming light is practically completely retained.
  • a disadvantage of integrator bars is their poorly controllable influence on the polarization state of the light passing through.
  • an optical path of great length is in use. Due to intrinsic or induced birefringence, delay effects of different magnitudes of the components of the electric field vector vibrating in different directions can occur on this.
  • Rod integrators can also be designed as kaleidoscopic waveguides with mirror surfaces facing inwards
  • the object of the invention is to create an illumination system which is particularly suitable for use in a microlithographic projection exposure system and which transmits the light from an associated light source with high efficiency, a has negligible influence on the angular distribution of the passing light and allows a defined setting of the polarization state of the emerging light.
  • the invention provides an illumination system for an optical device, in particular for a projection exposure system for microlithography, which has a light mixing device.
  • the light mixing device has: at least one integrator rod, which has an entry surface for receiving light from a light source and an exit surface for emitting exit light mixed by the integrator rod, and at least one prism arrangement for receiving exit light and for changing the polarization state of the exit light, the prism arrangement at least has a polarization splitter surface oriented transversely to the direction of propagation of the exit light.
  • the prism arrangement has two or more prisms and causes a change in the polarization state of the incoming light while maintaining the light energy distribution in the angular space.
  • a prism is a body made of transparent material, that is to say transparent to the light used, the interfaces of which include at least two intersecting planes.
  • the prisms preferably have only flat interfaces at which the light running in the prism, possibly several times, is totally reflected before it emerges from the prism. Since there is no refraction on curved surfaces, all beam angles are retained.
  • the polarization splitter surface leaves the proportion of light in which the electric field vector is parallel to the plane of incidence (p-polarized light), unhindered by, while the light component in which the electric field vector swings perpendicular to the plane of incidence (s-polarized light) is reflected on the polarization splitter surface and thereby deflected.
  • the plane of incidence here refers to that plane which is spanned by the direction of incidence of the light and the surface normal of the polarization splitter surface.
  • the transmitted light therefore has p-polarization regardless of the polarization state of the incident light at the exit and thus has a defined polarization state.
  • the arrangement has a high transmission efficiency without further measures if the light incident on the polarization splitting surface is almost or completely p-polarized.
  • the prism arrangement has at least one mirror surface which is arranged with respect to the polarization splitter surface in such a way that (s- polarized) light can be deflected with the aid of the mirror surface in a direction of propagation which runs essentially parallel to the direction of propagation of the light transmitted by the polarization splitter surface. Since reflectable, s-polarized light hits the mirror surface with a high degree of reflection, deflection with high efficiency is possible.
  • the mirror surface is preferably totally reflective and can be formed by an interface of a prism of the prism arrangement. Normally reflecting mirror surfaces are also possible.
  • a polarization splitter layer is an optically effective multilayer system with layers of dielectric material which is transparent for the light wavelength used, the layers lying one above the other alternatingly consisting of high-index and low-index material.
  • the multilayer system is essentially obliquely oriented with respect to the incident light such that angles close to the layer-specific Brewster angle determined by the refractive indices of the materials occur at the interfaces of the layers. As is known, the reflectance for p-polarized light is minimal for this and the corresponding transmittance is maximal.
  • a polarization splitter layer can optionally be dispensed with.
  • the prism arrangement can then be used using birefringence properties of e.g. crystalline prism materials work and include, for example, a Nicol prism, a Rochon prism or the like.
  • the polarization-selective effect can optionally also be achieved by one or more inclined plates.
  • Prism arrangements in particular those with a polarization splitter layer, preferably have at least one polarization splitter block with a first and a second prism, which face one another Have interfaces between which the polarization splitter surface, in particular the polarization splitter layer, is arranged.
  • the polarization is split entirely within transparent materials, which is advantageous for maintaining the angle.
  • the polarization divider block should have free outer surfaces, that is to say suitable for total reflection, in order to transmit light in a manner that maintains the angle and without loss of light.
  • the light rod is thus continued on all sides in the area of the prism arrangement.
  • the interfaces of the prisms provided for the light exit or light entry are preferably at least partially covered with suitable anti-reflective layers.
  • a preferred prism arrangement has at least one first exit surface for the exit of light transmitted through the polarization splitting surface and at least one second exit surface for the exit of light reflected by the polarization dividing surface. At least one of the exit surfaces is followed by a device for changing the polarization state of the light passing through, in particular at least one optical delay element. For example, it is possible to connect one of the exit surfaces with a ⁇ / 2 plate or another element which causes the preferred polarization direction to be rotated by 90 °. As a result, the entire exit light is uniformly p or s polarized.
  • a ⁇ / 4 plate or another device to each of the two exit surfaces, which generates circularly polarized light from incoming linearly polarized light.
  • the entire exit light is circularly polarized, with the same direction of rotation behind the different exit surfaces.
  • Further devices for changing the state of polarization can follow.
  • the light exits at two adjacent exit surfaces. There may be a fine dividing line of reduced exit intensity between the exit surfaces.
  • the polarization splitter surface is oriented such that an intersection line between it and a plane oriented perpendicular to the direction of exit of the light is transverse, in particular perpendicular to the scanning direction. This means that even exposure is possible even when there is a dividing line.
  • the prism arrangement of a preferred development has a first prism group with a first polarization splitter surface and a second prism group with a second polarization splitter surface, the polarization splitter surfaces being arranged mirror-symmetrically to a mirror plane of the integrator rod, which extends in the longitudinal direction of the rod and contains an intersection line between the polarization splitter layers.
  • Light mixing devices are preferably designed such that the cross-sectional shape of the exit surface is adapted to the shape of the surface to be illuminated.
  • the rod cross section of conventional rod integrators is therefore rectangular with an aspect ratio deviating from one.
  • the exit surface corresponds in shape and size to the entry surface
  • the invention creates angle-maintaining light mixing devices in which NEN, the exit surface formed by the exit of the prism arrangement has an exit surface cross section that deviates from the entry surface cross section.
  • the exit area can be larger than the entry area.
  • the exit area cross section can be, for example, an integral multiple, in particular approximately twice the entry area cross section.
  • the integrator rod can thus have a smaller cross section than the desired exit surface, a material saving is possible by reducing the cross section of the rod.
  • the number of reflections in one direction is increased, which improves the homogeneity of the exit light in this direction.
  • At least one integrator rod of the light mixing device consists of a UV-transparent material, the absorption edge of which lies at lower wavelengths than the absorption edge of calcium fluoride.
  • a UV-transparent material such as magnesium fluoride
  • birefringent material such as magnesium fluoride is unproblematic in the case of embodiments with a downstream device for changing the polarization state, since the change in the polarization state caused by birefringence is cleaned up behind the integrator rod.
  • the use of UV-suitable materials with the lowest possible volume absorption allows rod arrangements with long usable lengths, which generate a sufficient number of reflections even with a low inner aperture.
  • an integrator rod arrangement which may be folded several times, can be provided in order to be able to accommodate large overall lengths of the rod arrangement in a limited installation space.
  • This can be achieved in that a plurality of integrator rods are provided and that at least one angle-maintaining deflection device for deflecting the direction of light travel is provided between a first integrator rod and a subsequent second integrator rod. Deflections of 90 or 180 ° are preferred.
  • An almost loss-free, angle-maintaining deflection can be made possible by one or more intermediate deflection prisms. These deflecting prisms preferably have anti-reflective layers on their surfaces serving for the entry or exit of light, the total reflection being retained.
  • the deflection prisms are preferably made of a highly refractive material, the refractive index of which is preferably n> 1, 6, for example BaF 2 . This means that total reflection can also be used with large numerical apertures.
  • One measure for increasing the number of reflections in a rod of a given length is to divide the integrator rod into an undivided rod section immediately in front of the exit surface and at least one divided rod section upstream of the undivided rod section, which at least two essentially fill the overall cross section of the integrator rod , totally reflective sticks. Due to the smaller rod cross-sections in the area of the rods, higher reflection numbers and thus better mixing are achieved, the subsequent undivided section causing further homogenization. A graded division over the length of the rod is also possible, for example two or more divided regions with different numbers of rods can be provided.
  • the integrator rod consists of a first material and at least one prism of the prism arrangement and / or at least one deflection prism consists of a second material, which is different from the first Material differs. It should be taken into account here that the prisms arranged in front of and / or behind an integrator rod are relatively small compared to the integrator rod, so that any intrinsic double calculation that may be present is of lesser importance.
  • the prisms can be made of calcium fluoride, barium fluoride, which is only available at low cost in small volumes, synthetic quartz glass or another suitable, optically isotropic material.
  • the rod material should be selected for low absorption; for example, calcium fluoride, magnesium fluoride or lithium fluoride can be used.
  • a targeted selection of materials can also be used to optimize the polarization-dividing effect of a polarization splitter block with a polarization splitter layer system.
  • the material of the first and the second prism is to be selected as a function of the refractive index ratios in the polarization splitter layer in such a way that a misalignment between the direction of incidence of the light incident on the polarization splitter layer and a direction corresponding to the Brewster angle of the layer system is optimized, in particular minimized. In this way, a maximum transmittance for p-polarized light can be achieved.
  • Materials with a high refractive index, in particular n> 1, 6, are preferred as prism material, for example BaF 2. This means that total reflection can also be used at high NA.
  • the layers are preferably optimized for phase maintenance in reflection and / or total reflection.
  • the layers preferably have a double function. They have a phase-correcting or phase-maintaining effect in reflection, in particular in the case of total reflection, and in transmission as anti-reflective layers. Layers of this type can be provided, in particular, on all of the catheter surfaces of the prisms of the prism arrangement.
  • the light mixing device is assigned at least one diaphragm for setting the local distribution of the energy of an illumination field generated by the light mixing device, the diaphragm preferably having movable diaphragm elements for controlled change in the width of an illumination field as a function of positions along the length of the illumination field.
  • the width of the illumination field can be reduced to such an extent that the integrating effect of a scanning movement over the entire length of the illumination field results in essentially the same illumination dose.
  • An example of such an aperture is disclosed in US Pat. No. 6,097,474, the disclosure content of which is made the content of this description by reference.
  • the lighting system can be constructed in such a way that the light emerging from the light mixing device falls on the structure to be illuminated, for example a photomask, without an intermediate illustration.
  • An advantage here is the significantly reduced NA in the beam part ler of the projection lens and thus in its polarization splitter layer.
  • a lens is connected downstream, which images the area of the light exit of the light mixing device onto the reticle, which is arranged in the object plane of the subsequent projection lens.
  • This lens has at least one plane, which is a Fourier-transformed plane to the reticle plane and accordingly lies at a conjugate point to the pupil of the subsequent projection lens.
  • a polarization filter is arranged in the area of the pupil of this objective, which acts as a polarization-selective retroreflector in the manner of a cat's eye (in one section) and has a plurality of polarization splitter surfaces or polarization splitter layers arranged in a V-shape at an angle to one another.
  • the polarization filter acts as an intermediate polarizer in order to refresh the polarization state of the incoming light or to clean it up such that only p-polarized light is transmitted and s-polarized light is reflected.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a projection exposure system for microlithography with an embodiment of an illumination device according to the invention
  • Fig. 2 is an axial plan view of the light exit side of a light mixing device of the type shown in Fig. 1;
  • FIG. 3 is a schematic section through the outlet-side end region of an embodiment of a light mixing device according to the invention with a preferred variant of a prism arrangement;
  • FIG. 4 is a schematic section through the outlet-side end region of another embodiment of a light mixing device
  • FIG. 5 is a schematic section through the outlet-side end region of a further, different embodiment of a light mixing device
  • FIG. 6 schematically shows an embodiment of a light mixing device with four integrator rods and multiple folding of the integrator rod arrangement
  • FIG. 7 shows another embodiment of a light mixing device with two integrator rods offset in parallel and 180 ° steel deflection
  • Fig. 8 is a perspective view of an integrator rod with two divided and one undivided rod section
  • 9 is a schematic section through the outlet-side end region of an embodiment of a light mixing device with a mirror-symmetrically constructed prism arrangement; 10 shows schematic representations of the degree of polarization for p-polarization as a function of the beam aperture with a non-symmetrical output (a) and with a symmetrical output (b) of the light mixing device;
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of a preferred embodiment of a microlithographic projection exposure system
  • FIG. 12 shows an embodiment of a polarization filter which has a prism arrangement with a plurality of prisms, between which are arranged zigzag-shaped polarization beam splitter layers.
  • the system 1 shows an example of a projection exposure system 1 for the microlithographic production of integrated circuits and other finely structured components with resolutions down to fractions of 1 ⁇ m.
  • the system 1 comprises an illumination system 2 for illuminating a photomask 5 arranged in the image plane 4 of the illumination system and a projection objective 6, which reproduces the pattern of the photomask arranged in its object plane 4 in the image plane 7 of the projection objective on a reducing scale.
  • the image plane 7 there is, for example, a semiconductor wafer coated with a light-sensitive layer.
  • a laser 8 is used as the light source of the illumination system 2, for example an excimer laser with a working wavelength of 248 nm, 193 nm or 157 nm, which is customary in the deep ultraviolet range (DUV).
  • the light of the emitted light beam is largely linearly polarized.
  • a subsequent optical device 9 forms the light from the light source and transmits it to a subsequent light mixing device 10.
  • the optical device 9 comprises a laser 8 downstream beam expander, which is used for coherence reduction and beam shaping to a rectangular beam cross section with an aspect ratio x / y of its side lengths of more than one.
  • a first diffractive optical raster element following the beam expander sits in the object plane of a subsequent zoom lens, in the exit pupil of which a second optical raster element is provided. From this, the light enters a coupling optic, which transmits the light into the light mixing device.
  • the light is mixed and homogenized within the light mixing device 10 by multiple internal reflection and exits at the outlet 11 of the light mixing device largely homogenized.
  • a reticle masking system (REMA) 12 an adjustable field diaphragm
  • the subsequent lens 13 which is also referred to as a REMA lens, has a plurality of lens groups, a pupil plane 14 and a deflection mirror 15 and images the intermediate field plane of the reticle masking system onto the reticle or the photomask 5.
  • DE 195 20 563 Further details on the structure and mode of operation of such a lighting system can be found in DE 195 20 563, the content of which is made the content of this application by reference. An important difference to the lighting system of DE 195 20 563 is the construction of the light mixing device 10, which will be described in detail.
  • the entire structured surface corresponding to a chip is illuminated on the reticle 5 as uniformly and as sharply as possible.
  • a narrow strip for example a rectangle with an aspect ratio of typically 1: 2 to 1: 8 is illuminated on the reticle 5 and by scanning in one the entire structured field of a chip is illuminated serially in the direction corresponding to the y direction of the lighting system.
  • the illumination is extremely uniform and at least in the direction perpendicular to the scanning direction, ie in the x direction, to be sharply defined.
  • the opening of the reticle masking system 12 and the cross-sectional shape of the light exit 11 of the light mixing device 10 are precisely adapted to the required field shape.
  • the axial plan view shown in FIG. 2 on the exit side 11 of the light mixing device 10 schematically shows that the width in the x direction is a multiple of the total height in the y direction (scanning direction).
  • the light mixing device 10 comprises an integrator rod 20 and a prism arrangement 30 immediately following with a small air gap.
  • the integrator rod is a rod with a rectangular cross section made of a material which is transparent to the light from the light source 8, for example crystalline calcium fluoride.
  • the longitudinal axis of the rod runs parallel to the z direction or to the optical axis of the lighting system.
  • the rod 20 has a flat entry surface 21 facing the optical device 9 for receiving a shaped light beam from the light source 8, a flat exit surface 22 from which light which is mixed within the integrator rod 20 emerges, and flat side surfaces running in pairs parallel to one another ,
  • the prism arrangement 30 has an assembly with three prisms 31, 32 and 33, which are shaped and dimensioned identically in preferred embodiments. They are preferably prisms with two mutually perpendicular boundary surfaces of essentially the same size (catheter surfaces) and a larger hypotenuse surface which is oriented at an angle of approximately 45 ° to the catheter surfaces. Two of the prisms, namely the first prism 31 and that second prism 32, enclose a flat polarization splitter layer 34 between their hypotenuse surfaces and form a compact, cuboid-shaped polarization splitter block 35 with an approximately square cross section in the yz plane and catheter surfaces, the cross section of which corresponds to the cross section of the rod exit surface 22.
  • the hypotenuse of the third prism 33 which is also referred to here as a mirror prism, is aligned parallel to the polarization splitting surface 34 and forms a flat, reflecting, preferably totally reflecting mirror surface 36.
  • the mutually facing catheter surfaces of the polarization splitter block 35 and the third prism 33 are at a small distance 37 from one another, which can be of the order of a few light wavelengths of the light used in order to allow total reflection on the adjacent catheter surfaces.
  • the other free prism surfaces also border on gas or another optically thinner medium in order to allow total reflection.
  • the prisms 31 to 33 of the prism arrangement can be fixed in a common holder, which in turn can be attached to a holder for the integrator rod 20 to fix the geometry of the arrangement.
  • a delay element 45 designed as a ⁇ / 2 plate, which is a rectangular plate made of birefringent material, the axial thickness and crystal axis of which is dimensioned, is blown onto the exit-side cathode surface 40 of the third prism 32. That is between the perpendicular to each other vibrating components of the electric field vector results in a delay of half a wavelength, which leads to a rotation of an existing polarization preferred direction by 90 ° around the direction of propagation of the light.
  • the projection exposure system shown here works with largely linearly polarized input light from the laser.
  • the projection objective 6 is a catadioptical projection objective with a polarization-selective, physical beam splitter (an example will be explained in connection with FIG. 11).
  • Projection lenses of this type work in the area of the beam splitter with the highest degree of efficiency if suitably linearly polarized light is irradiated. This creates the requirement that the lighting system between the laser 8 and the light exit should maintain polarization and / or allow the polarization state of the light occurring to be set in a targeted manner.
  • the light mixing device 10 fulfills this requirement for an angle-maintaining light mixing because of the exclusively flat, reflecting, preferably totally reflecting interfaces on the integrator rod and prism arrangement. In addition, a setting of a defined polarization state at the outlet 11 of the light mixing device is made possible.
  • the integrator rod 20 due to permanent or induced or intrinsic birefringence of the rod material and a large number of skewed reflections on the side faces, considerable phase shifts between the different field components of the light can occur. As a result, the degree of polarization of the input light is normally difficult to control and partially polarized light emerges at the rod exit 22.
  • the polarization splitter layer 45 ° to the polarization splitter layer and leaves the polarization splitter block essentially perpendicular to the direction of incidence via an anti-reflective catheter surface in the direction of the third prism 33.
  • the reflected light emerging essentially perpendicular to the longitudinal axis of the rod is deflected on the mirror surface 36 of the third prism by approximately 90 ° such that its direction of propagation behind the mirror surface 36 is essentially parallel to the direction of propagation of the light transmitted by the polarization splitter layer 34.
  • the p-polarized light transmitted through the layer 34 is converted into s-polarized light by the ⁇ / 2 plate 45 without loss, so that both exit beams are s-polarized.
  • S polarization at the input of the REMA lens 13 is advantageous in those embodiments which, like the embodiment according to FIG. 1, have a deflection mirror 15 within the lens which has a higher reflectance for s polarization than for p polarization.
  • Light mixing device have the desired cross section, for example 12 x 22 mm, this cross section is twice as large as the cross section of the rod entry surface 21. At the same time, this creates an angle-maintaining light mixing device with a light exit that can be precisely defined with respect to the polarization state, in which the cross section of the exit face 11 is of the cross section of the Entry surface 21 deviates.
  • other area ratios are also possible, in particular integer multiples of the entry area cross section.
  • the light mixing devices 10 and 25 shown are not only useful in the case of largely linearly polarized input light, but independently of the degree of polarization of the input light at the outlet 11 deliver completely polarized light with s or p polarization. This is from it it can be seen that, regardless of the input polarization (for example unpolarized, circularly polarized, linearly polarized or with rotating linear polarization), p-polarization is transmitted on the beam splitter surface 34 and s-polarization is reflected to the mirror 36.
  • the embodiment according to FIG. 4 is distinguished from the above embodiments in that the exit light of the light mixing device 50 is emitted essentially at right angles to the longitudinal axis of the integrator rod 51.
  • the mirror prism 52 is arranged behind the beam splitter block 53 in the extension of the integrator rod 51 in such a way that light with p-polarization, which passes unhindered through the beam splitter surface 54, is directed downward by 90 °.
  • the s component of the light entering the beam splitter block is deflected downwards at right angles on the splitter surface 54 and converted into light with p-polarization without loss by a downstream ⁇ / 2 plate 55. It is easy to see that the arrangement for emitting s-polarized light can be converted by removing the delay plate 55 from the output of the polarization splitter block 53 and placing it behind the output of the mirror prism 52.
  • the embodiment of a light mixing device 60 in FIG. 5 is designed identically to the embodiment according to FIGS. 1 and 2 with regard to integrator rod 20 and prism arrangement 30.
  • a ⁇ / 4 delay plate 61, 62 is blasted onto the exit surfaces of the steel divider block 35 and the mirror prism 33.
  • the linearly polarized light emerging from the prism arrangement is included s or p polarization is converted into light with circular polarization, with the same direction of rotation of the two beams.
  • Circularly polarized light the properties of which are similar to those of unpolarized light, can be radiated directly onto a reticle, if necessary without the interposition of a REMA lens, and avoids the occurrence of so-called HV differences on the reticle, which can occur when using linear polarized light the typical structure widths on the reticle are in the order of magnitude of the light wavelength used.
  • the light When using a projection objective with polarization beam splitter, the light would then have to be converted into a linearly polarized light suitable orientation by entering a further ⁇ / 4 plate or the like before entering the beam splitter block.
  • a ⁇ / 4 plate preferably protrudes. the reticle and a ⁇ / 4 plate following the reticle exactly perpendicular to each other. As a result, the incomplete ⁇ / 4 effect with a very large aperture can be completely compensated for by the subsequent ⁇ / 4 plate.
  • Circularly polarized light can also be used advantageously in conjunction with one-piece REMA lenses without an internal mirror.
  • the possibly high aperture in the integrator rod places particularly high demands on the angular strength of the polarization splitter layer in the case of prism arrangements with a polarization splitter layer. This should provide its polarization-selective effect over the largest possible angular range around an irradiation direction.
  • the shortest working wavelengths for example 193 nm or 157 nm
  • layer materials essentially on magnesium fluoride and representatives as low-refractive layer material and on lanthanum fluoride, barium fluoride and comparable materials as high-refractive layer material.
  • the greatest angular bandwidth can be achieved by the greatest possible refractive index difference between the layer materials. Since only small differences in refractive index can be achieved due to the limited choice of materials, in particular at 157 nm, the only remaining measure for the polarization splitter layer is essentially to increase the number of layer pairs with high refractive index / low refractive index. This brings manufacturing and life-time problems; moreover, the angular load capacity cannot be increased arbitrarily.
  • one or more of the measures described below can be used alternatively or cumulatively.
  • One measure consists in changing the rod material from the conventionally used calcium fluoride to magnesium fluoride, which improves the transmission, since magnesium fluoride is at a significantly greater distance from the absorption edge.
  • a double calculation introduced in this way in the rod material is unproblematic, since the prism arrangement downstream of the one anyway Desired polarization state can be restored without loss.
  • a bar arrangement with at least two integrator bars, between which at least one angle-maintaining deflection device is provided can be provided between the bar inlet and outlet surface of the light mixing device, if necessary while maintaining the conventional overall length. In this way, single or multiple folds of the light path within the light mixing device are possible. With more than two folds, a spatial fold is also conceivable in addition to a flat fold.
  • the embodiment in FIG. 6 has a light mixing device 70 with four integrator bars 71, 72, 73, 74, between which deflection devices in the form of isosceles 90 ° deflection prisms 75, 76, 77 are provided to deflect the direction of light movement by 90 ° in each case.
  • the light entry and exit surfaces each border on gas.
  • a prism arrangement 78 similar to the arrangement according to FIG. 4 is shown, which aligns the exit direction of the two equally polarized beams perpendicular to the longitudinal axis of the last integrator rod 74 and parallel to the direction of incidence at the entrance of the first rod 71.
  • a split REMA lens 79 with a deflecting mirror is located behind the light mixing device, which is designed to emit s-polarized light.
  • the axial installation space (distance between the entry surface of the first integrator rod 71 and light exit at the prism arrangement) is only about half as large as the total light path in this embodiment, which essentially results from the total length of the integrator rods and the irradiated lengths of the deflection prisms and the prism arrangement ,
  • the embodiment of a light mixing device 80 in FIG. 7 shows, by way of example, that a large light path is possible in a small installation space by arranging two (or more) integrator bars 81, 82 in parallel, which can be a multiple of the direct distance between entry in the integrator rod and exit at the prism arrangement.
  • a 180 ° deflection between the integrator rods is achieved by two identically dimensioned, totally reflecting deflection prisms 83, 84 arranged between the exit of the first rod 81 and the entry of the second rod 82.
  • Another measure that can be used as an alternative or in addition to the measures described consists in keeping an integrator rod possibly in its length, lowering the inner aperture by increasing the cross-section and providing at least one divided rod section on the rod which has two or more totally reflecting rods, whose overall cross-section essentially corresponds to the original cross-section of the rod.
  • an integrator rod 90 is shown in FIG. 8.
  • first rod section 91 with three identically dimensioned rods 92, a subsequent second divided rod section 93, which has only two identical rods 94 with the same cross-section, and an undivided rod section 95 on the outlet side, the length of which is dimensioned such that sufficient mixing is guaranteed overall.
  • two-stage division shown by way of example it is also possible to provide only one divided section and one undivided rod section or more than two divided sections which precede an undivided rod section.
  • FIG. 9 This is illustrated with the aid of FIG. 9, where it is shown that with an open beam bundle 100, which extends parallel to the longitudinal axis 101 of an integrator rod 102, the marginal beams of the beam bundle strike the polarization splitter layer 103 with different incidence angles.
  • the angle of incidence (angle between the direction of incidence and the surface normal of the polarization splitter layer) varies symmetrically around the angle of incidence of the direction of incidence (normally approx. 45 °).
  • the transmittance of a polarization splitter layer normally does not vary symmetrically around the mean angle of incidence (typically in the range of 45 °, close to the Brewster angle)
  • the asymmetrical polarization for the opened tufts is compensated for by a mirror-symmetrical structure of the polarization splitter layers with respect to this mirror plane, which runs in the longitudinal direction of the rod and contains an intersection line between the polarization splitter surfaces.
  • This arrangement results in a symmetrical distribution of the total transmittance for p-polarization at the exit (FIG. 10 (b)).
  • this is achieved by a prism arrangement 105 which has a first prism group 106 and a second prism group 107, the two prism groups being arranged mirror-symmetrically to the mirror plane of the integrator rod 102.
  • Any prism Group is constructed essentially the same as the prism arrangement 30 in FIG.
  • the second prisms 32 which are mirror-symmetrical to one another, being integrated into a single prism 108 behind the polarization splitter layers 103, 104 which are oriented at right angles to one another.
  • This prism arrangement has two polarization splitter surfaces 103, 104, which are aligned mirror-symmetrically to the mirror surface of the integrator rod, each oriented by approximately 45 ° to the longitudinal axis of the rod, the asymmetrical effects of which on the incident radiation compensate one another.
  • apodization filter in the REMA lens allows this value of the degree of polarization to be adjusted uniformly via the pupil.
  • apodization is usually neither necessary nor appropriate.
  • the adjustment of the partial intensities of interfering beams is already achieved through the proposed symmetrical structure. Since an apodization filter generally destroys light, it can be omitted thanks to the symmetrical prism arrangement. 9 reduces the prisms by a factor of 2 when the rod geometry is enlarged.
  • FIG. 11 shows a possible overall structure of the optical components of a projection exposure system 110, which comprises an illumination system 111 for illuminating a photomask 112 and a projection objective 113 for imaging the photomask onto a wafer arranged in the image plane 114 of the projection objective.
  • the lighting system has a pulsed laser 115 as the light source, behind which is arranged a ⁇ / 2 plate 116 which can be rotated about the optical axis of the system.
  • One of these downstream optics 117 transmits the light into the angle-maintaining, polarization-optimized light mixing device 118, which essentially corresponds to the structure and function of the light mixing device 10 in FIG. 1 and is designed to emit completely s-polarized light.
  • the fully polarized exit light strikes the photomask 112 without the interposition of a REMA lens. If illumination of the mask with circularly polarized light is desired, a ⁇ / 4 plate can be arranged in front of and behind the mask.
  • the light polarized behind the mask 112 strikes a polarization splitter layer 117 of a beam splitter block 118 of the projection objective arranged obliquely in the light path and is deflected in the direction of the concave mirror 119 of the objective.
  • a ⁇ / 4 plate 120 arranged between the beam splitter block and the concave mirror ensures that the concave mirror and the upstream lenses are operated with circularly polarized light, while the light reflected back onto the beam splitter surface 117 is p-polarized and thus from the layer 17 in the direction of one the dioptric lens part of the projection lens downstream of the beam splitter cube is let through.
  • This can include a deflection mirror 121 in order to achieve a parallel position of the photomask 112 and the wafer 114.
  • An optional ⁇ / 2 plate between the beam splitter cube and the deflecting mirror can ensure that the mirror 121 is operated with s-polarization in order to increase its degree of reflection.
  • a ⁇ / 4 plate 122 following in the direction of the wafer provides for illumination of the wafer and upstream objective lenses with circularly polarized light.
  • good light stability between the individual light pulses of the laser 8 is desired, since only a finite number of pulses contribute to an exposure when scanning.
  • Each point in the total exit surface 11 of the light mixing device thus continuously inverts its brightness from pulse to pulse or from pulse group to pulse group in such a way that two assigned pulses or pulse groups result in a temporal mean value which, free of any polarization properties, represents the mean value of the pulses emitted from the laser .
  • a device for rotating the polarization direction of the light emitted by the laser for example a rotatable ⁇ / 2 plate 116, is preferably provided between the light source and the integrator rod. This is preferably controlled in such a way that light is emitted during an exposure interval with different orientations of the preferred polarization direction occurs approximately equally often in the light mixing device. A temporal averaging of different polarization states at the exit is thus achieved.
  • the system can be operated with maximum efficiency for all types of lighting, in particular ring field, quadrupole or dipole lighting.
  • the use of phase masks is possible without restrictions.
  • the scan mode (in the y direction) literally illuminates the reticle plane completely uniformly.
  • Numerous variants of the system for example with a REMA lens between the light mixing device and the reticle level are also possible.
  • the ideally prepared polarization state at the exit of the light mixing device can still be changed by optical components within the subsequent objective, for example by intrinsic voltage double calculation in the lens material.
  • This problem can be reduced by using a polarization filter 130 explained by way of example with reference to FIG. 12, which serves here as an intermediate polarizer in order to “refresh” the polarization state with p-polarization optimally prepared at the entrance of the objective 131.
  • the polarization filter has a prism arrangement with at least three, usually significantly more, essentially isosceles prisms, which are arranged in an interlocking manner in such a way that facing catheter surfaces of the prisms form a zigzag arrangement that spans the entire cross-section of the filter
  • the entire prism arrangement is fastened here on a separate, plane-parallel, transparent carrier 143, which can optionally also be formed in one piece with the prisms attached to it.
  • a polarization splitter layer is arranged in each case between the opposing catheter surfaces. This creates seamlessly adjacent pairs of polarization splitter layers 140, 141, the layers of a pair being inclined at an angle of approximately 90 ° in the direction of the incident light in such a way that the polarization splitter surface of the pair reflects (s-polarized.es) Light is deflected in the direction of the assigned other polarization splitting surface and is deflected again by this into one Direction of propagation, which runs essentially counter-parallel to the direction of incidence of the light.
  • the intermediate polarizer 130 lies in the region of the pupil of the REMA objective and thus at a location conjugated to the location of the projection objective pupil.
  • the intermediate polarizer can be combined with an optical element 150 to generate a desired output polarization from the ideally p-polarized light behind the intermediate polarizer.
  • it can be a grid plate with a large number of suitable oriented ⁇ / 2 facets for producing tangential polarization.
  • Such a component is disclosed, for example, in DE 195 35 392, the disclosure content of which is made by reference to the content of this description.
  • a polarization filter of the type of polarization filter 130 can be used in other optical devices, regardless of the other features of the invention described here, in order to block components with s-polarization by back reflection and only p-polarization from light incident largely perpendicular to the filter plane with any polarization state pass.
  • An arrangement in the area of small angular loads, for example in the area of a pupil of an objective, is advantageous for a high filter efficiency.

Abstract

An illumination system for a projector unit for microlithography working with ultra-violet light, has an angle-retaining light mixer with at least one integrator rod comprising an inlet surface for receiving light from a light source and an output surface for output of emergent light mixed by means of the integrator rod. At least one prism arrangement for receiving emergent light and for changing the polarisation state of the emergent light is arranged in series after the integrator rod. A preferred prism arrangement has a polarisation distribution surface arranged perpendicular to the propagation direction of the emergent light which permits the unhindered transmission of light components with p polarisation and reflects components with s polarisation. The separated beams with orthogonal polarisation are brought parallel by means of a mirror surface arranged parallel to the polarisation distribution surface and the same polarisation state for both partial beams is achieved by means of a suitable retarder.

Description

Beschreibung Polarisationsoptimiertes Beleuchtungssystem Description Polarization-optimized lighting system
Die Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem für eine optische Einrichtung, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, sowie auf eine mit einem derartigen Beleuchtungssystem ausgestattete Projektionsbelichtungsanlage.The invention relates to an illumination system for an optical device, in particular for a projection exposure system for microlithography, and to a projection exposure system equipped with such an illumination system.
Die Leistungsfähigkeit von Projektionsbelichtungsanlagen für die mikrolithographische Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen wird wesentlich durch die Abbildungseigenschaften der Projektionsoptik bestimmt. Darüber hinaus wird die Bildqualität und der mit einer Anlage erzielbare Wafer-Durchsatz wesentlich durch Eigenschaften des dem Projektionsobjektiv vorgeschalteten Beleuchtungssystems mitbestimmt. Dieses muss in der Lage sein, das Licht einer Lichtquelle mit möglichst hohem Wirkungsgrad zu präparieren und dabei eine Lichtverteilung einzustellen, die bezüglich Lage und Form beleuchteter Bereiche genau definierbar ist und bei der innerhalb be- leuchteter Bereiche eine möglichst gleichmäßige Intensitätsverteilung vorliegt. Diese Forderungen sollen bei allen einstellbaren Beleuchtungsmodi gleichermaßen erfüllt sein, beispielsweise bei konventionellen Settings mit verschiedenen Kohärenzgraden oder bei Ringfeld-, Dipoloder Quadrupolbeleuchtung, welche die Vorraussetzungen für eine Ab- bildung der Retikelmuster mit hohem Interferenzkontrast sind.The performance of projection exposure systems for the microlithographic production of semiconductor components and other finely structured components is essentially determined by the imaging properties of the projection optics. In addition, the image quality and the wafer throughput that can be achieved with a system are largely determined by the properties of the lighting system upstream of the projection lens. This must be able to prepare the light of a light source with the highest possible efficiency and to set a light distribution that can be precisely defined with regard to the position and shape of illuminated areas and with the most uniform possible intensity distribution within the illuminated areas is present. These requirements should be met equally in all adjustable lighting modes, for example in conventional settings with different degrees of coherence or in ring field, dipole or quadrupole illumination, which are the prerequisites for imaging the reticle patterns with high interference contrast.
Eine zunehmend wichtig werdende Forderung an Beleuchtungssysteme besteht darin, dass diese in der Lage sein sollten, Ausgangslicht mit einem möglichst genau definierbaren Polarisationszustand bereitzustellen. Beispielsweise kann es gewünscht sein, dass das auf die Photomaske oder in das nachfolgende Projektionsobjektiv fallende Licht weitgehend oder vollständig linear polarisiert ist und eine definierte Ausrichtung der Polarisationsvorzugsrichtung hat. Mit linear polarisiertem Eingangslicht können z.B. moderne katadioptrische Projektionsobjektive mit Polarisa- tionsstrahlteiler (beam splitter cube, BSC) mit einem theoretischen Wirkungsgrad von 100% am Strahlteiler arbeiten. Es kann auch gewünscht sein, Beleuchtungslicht bereitzustellen, das im Bereich der Photomaske weitgehend unpolarisiert oder sehr gut zirkulär polarisiert ist. Hierdurch können beispielsweise strukturrichtungsabhängige Auflösungsdifferen- zen (H-V-Differenzen, CD-Variationen) vermieden werden, die auftreten können, wenn mit linear polarisiertem Licht beleuchtet wird und die typischen Strukturbreiten der abzubildenden Muster in der Größenordnung der verwendeten Wellenlänge liegen.An increasingly important requirement for lighting systems is that they should be able to provide output light with a polarization state that can be defined as precisely as possible. For example, it may be desirable for the light falling on the photomask or in the subsequent projection objective to be largely or completely linearly polarized and to have a defined orientation of the preferred polarization direction. With linearly polarized input light e.g. modern catadioptric projection lenses with polarization beam splitter (beam splitter cube, BSC) work with a theoretical efficiency of 100% on the beam splitter. It may also be desirable to provide illuminating light that is largely unpolarized or very well circularly polarized in the area of the photomask. In this way, for example, structure-dependent resolution differences (H-V differences, CD variations) can be avoided, which can occur when illuminated with linearly polarized light and the typical structure widths of the patterns to be imaged are in the order of magnitude of the wavelength used.
Eine weitere Forderung besteht insbesondere bei modernen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlagen darin, dass eine im Bereich einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems bereitgestellte Lichtverteilung unter weitgehender Erhaltung der Verteilung der Lichtenergie im Winkelraum, d.h. winkelerhaltend, in eine zur Pupillenebene des Be- leuchtungssystems konjugierte Pupillenebene des Projektionsobjektivs übertragen werden sollte. Jede im Lichtweg zwischen den konjugierten Pupillenebenen eingeführte Veränderung des Winkelspektrums führt zu einer Verzerrung der in der Objektivpupille vorliegenden Intensitätsverteilung, was beispielsweise bei Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung zu einer unsymmetrischen Einstrahlung bei der bildgebenden Zweistrahlinterferenz und damit zu einer Verschlechterung der Abbildungsleistung führen kann.A further requirement, in particular in modern microlithographic projection exposure systems, is that a light distribution provided in the area of a pupil plane of the illumination system should be transferred into a pupil plane of the projection objective conjugated to the pupil plane of the illumination system while maintaining the distribution of the light energy in the angular space. Any change in the angular spectrum introduced in the light path between the conjugate pupil planes leads to a distortion of the intensity distribution present in the objective pupil, which, for example in the case of dipole or quadrupole illumination, can lead to asymmetrical irradiation in the imaging two-beam interference and thus to a deterioration in the imaging performance.
Ein hoher Grad von Gleichmäßigkeit bzw. Homogenität der auf die Photomaske (Retikel) fallenden Beleuchtung kann durch Mischung des von einer Lichtquelle kommenden Lichtes mit Hilfe einer Lichtmischeinrich- tung erreicht werden. Bei Lichtmischeinrichtungen unterscheidet man im wesentlichen zwischen Lichtmischeinrichtungen mit Wabenkondensoren und Lichtmischeinrichtungen mit Integratorstäben bzw. Lichtmischstäben. Diese Systeme haben spezifische Vor- und Nachteile. Wabenkondensoren mit Rasteranordnungen von Linsen (Fliegenaugenlinse) zur Erzeugung einer Vielzahl sekundärer Lichtquellen haben den Vorteil, dass der Polarisationszustand des durchtretenden Lichtes praktisch nicht verändert wird. Dem steht als Nachteil ein im Vergleich zu Integratorstäben schlechterer Wirkungsgrad der Lichttransmission gegenüber, da die Durchlassfläche im Bereich von Grenzflächen zwischen den ein- zelnen Linsen nicht-transmittierende Totbereiche aufweist. Ein Wabenkondensor verändert außerdem das Winkelspektrum des durchtretenden Lichts aufgrund von durch Linsen eingeführte Aberrationen.A high degree of uniformity or homogeneity of the illumination falling on the photomask (reticle) can be achieved by mixing the light coming from a light source with the aid of a light mixing device. In light mixing devices, a distinction is essentially made between light mixing devices with honeycomb condensers and light mixing devices with integrator bars or light mixing bars. These systems have specific advantages and disadvantages. Honeycomb condensers with grid arrangements of lenses (fly's eye lens) for generating a large number of secondary light sources have the advantage that the polarization state of the light passing through is practically unchanged. This is offset by the disadvantage of poorer light transmission efficiency compared to integrator bars, since the passage area in the area of interfaces between the individual lenses has non-transmitting dead areas. A honeycomb condenser also changes the angular spectrum of the light passing through due to aberrations introduced by lenses.
Beleuchtungssysteme, die Lichtmischeinrichtungen mit Wabenkonden- soren aufweisen, sind beispielsweise in den US-Patenten US 6,211 ,944 B1 und US 6,252,647 B1 offenbart. Ein für den Bereich sichtbaren Lichtes konzipiertes Beleuchtungssystem für einen Projektionsapparat zur Projektion des Inhalts von LCD-Anzeigen ist im US-Patent US 6,257,726 B1 gezeigt.Lighting systems which have light mixing devices with honeycomb capacitors are disclosed, for example, in US Pat. Nos. 6,211, 944 B1 and 6,252,647 B1. A lighting system designed for the range of visible light for a projection apparatus for projecting the content of LCD displays is shown in US Pat. No. 6,257,726 B1.
Systeme mit Integratorstäben zeichnen sich demgegenüber durch einen überlegenen Transmissionswirkungsgrad aus. Bei den hier bevorzugt betrachteten, für Ultraviolettlicht ausgelegten Beleuchtungssystemen besteht ein Integratorstab aus einem für das Licht der Lichtquelle transparenten Material und wird im wesentlichen entlang seiner Längsrichtung mit Licht einer gegebenen Apertur durchstrahlt. In dem Integra- torstab wird das durchtretende Licht wie in einem Kaleidoskop vielfach an den lateralen Grenzflächen total reflektiert, wodurch eine annähernd perfekte Mischung von nicht homogenen Anteilen des Lichts erzielbar ist. Die Wirksamkeit der Mischung hängt dabei von der Anzahl der Reflexionen in den einzelnen Richtungen über die Stablänge ab. Bei den hier betrachteten Integratorstäben mit zueinander parallelen, ebenen lateralen Grenzflächen bleibt die Winkelverteilung des eintretenden Lichts praktisch vollständig erhalten. Nachteilig bei Integratorstäben ist deren nur schlecht kontrollierbarer Einfluss auf den Polarisationszustand des durchtretenden Lichtes. Zum einen ist ein optischer Weg großer Länge im Einsatz. Auf diesem kann es aufgrund von intrinsischer oder induzierter Doppelbrechung zu unterschiedlich starken Verzögerungseffekten der in unterschiedliche Richtungen schwingenden Komponenten des elektrischen Feldvektors kommen. Zum anderen gibt es an den Seiten viele windschiefe (Total-)Reflexionen, die durch ihre phasenschie- bende Wirkung den Polarisationszustand des durchtretenden Lichtes unkontrollierbar verändern.In contrast, systems with integrator bars are characterized by a superior transmission efficiency. Preferred here Considered lighting systems designed for ultraviolet light, an integrator rod consists of a material which is transparent to the light from the light source and is irradiated with light of a given aperture essentially along its longitudinal direction. In the integrator rod, the light passing through is often totally reflected at the lateral interfaces, as in a kaleidoscope, whereby an almost perfect mixture of non-homogeneous portions of the light can be achieved. The effectiveness of the mixture depends on the number of reflections in the individual directions over the rod length. In the case of the integrator rods considered here with parallel, flat lateral boundary surfaces, the angular distribution of the incoming light is practically completely retained. A disadvantage of integrator bars is their poorly controllable influence on the polarization state of the light passing through. Firstly, an optical path of great length is in use. Due to intrinsic or induced birefringence, delay effects of different magnitudes of the components of the electric field vector vibrating in different directions can occur on this. On the other hand, there are many skewed (total) reflections on the sides, which change the polarization state of the transmitted light in an uncontrollable manner due to their phase-shifting effect.
Beleuchtungssysteme für den UV-Bereich mit stabförmigen Lichtintegratoren sind beispielsweise in den Deutschen Patentanmeldungen DE 44 21 053, DE 195 20 363, DE 199 12 464 oder im US-Patent US 6,028,660 offenbart. Stabintegratoren können auch als kaleidoskopartige Hohlleiter mit nach innen gerichteten Spiegelflächen ausgebildet seinIllumination systems for the UV range with rod-shaped light integrators are disclosed, for example, in German patent applications DE 44 21 053, DE 195 20 363, DE 199 12 464 or in US Pat. No. 6,028,660. Rod integrators can also be designed as kaleidoscopic waveguides with mirror surfaces facing inwards
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere für die Ver- Wendung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage geeignetes Beleuchtungssystem zu schaffen, welches das Licht einer zugeordneten Lichtquelle mit hohem Wirkungsgrad überträgt, einen ver- nachlässigbaren Einfluss auf die Winkelverteilung des durchtretenden Lichtes hat und eine definierte Einstellung des Polarisationszustandes des austretenden Lichtes erlaubt.The object of the invention is to create an illumination system which is particularly suitable for use in a microlithographic projection exposure system and which transmits the light from an associated light source with high efficiency, a has negligible influence on the angular distribution of the passing light and allows a defined setting of the polarization state of the emerging light.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This object is achieved by a lighting system with the features of claim 1. Advantageous further developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated by reference into the content of the description.
Die Erfindung stellt ein Beleuchtungssystem für eine optische Einrichtung, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikroli- thographie bereit, welche eine Lichtmischeinrichtung aufweist. Die Lichtmischeinrichtung hat: mindestens einen Integratorstab, der eine Eintrittsfläche zum Empfang von Licht einer Lichtquelle und einer Austrittsfläche zur Abgabe von durch den Integratorstab gemischtem Austrittslicht aufweist, sowie mindestens eine Prismenanordnung zum Empfang von Austrittslicht und zur Veränderung des Polarisationszustandes des Austrittslichtes, wobei die Prismenanordnung mindestens eine quer zur Ausbreitungsrichtung des Austrittslichtes ausgerichtete Polarisationsteilerfläche aufweist.The invention provides an illumination system for an optical device, in particular for a projection exposure system for microlithography, which has a light mixing device. The light mixing device has: at least one integrator rod, which has an entry surface for receiving light from a light source and an exit surface for emitting exit light mixed by the integrator rod, and at least one prism arrangement for receiving exit light and for changing the polarization state of the exit light, the prism arrangement at least has a polarization splitter surface oriented transversely to the direction of propagation of the exit light.
Die Prismenanordnung hat zwei oder mehr Prismen und bewirkt eine Veränderung des Polarisationszustandes des eintretenden Lichtes bei vollständiger Erhaltung der Lichtenergieverteilung im Winkelraum. Als Prisma wird hier ein Körper aus durchsichtigem, d.h. für das verwendete Licht transparenten Material bezeichnet, zu dessen Grenzflächen mindestens zwei sich schneidende Ebenen gehören. Die Prismen haben vorzugsweise nur ebene Grenzflächen, an denen das im Prisma verlaufende Licht, gegebenenfalls mehrfach, total reflektiert wird, bevor es aus dem Prisma austritt. Da keine Brechung an gekrümmten Flächen stattfindet, bleiben alle Strahlwinkel erhalten. Die Polarisationsteilerfläche lässt den Anteil des Lichtes, bei dem der elektrische Feldvektor parallel zur Einfallsebene schwingt (p-polarisiertes Licht), ungehindert durch, während der Lichtanteil, bei dem der elektrische Feldvektor senkrecht zur Einfallsebene schwingt (s-polarisiertes Licht), an der Polarisationsteilerfläche reflektiert und dadurch umgelenkt wird. Als Einfallebene wird hier diejenige Ebene bezeichnet, die von der Einfallsrichtung des Lichts und der Flächennormalen der Polarisationsteilerfläche aufgespannt wird. Das durchgelassene Licht hat somit unabhängig vom Polarisationszustand des einfallenden Lichtes am Austritt p-Polarisation und somit einen definierten Polarisationszustand.The prism arrangement has two or more prisms and causes a change in the polarization state of the incoming light while maintaining the light energy distribution in the angular space. Here, a prism is a body made of transparent material, that is to say transparent to the light used, the interfaces of which include at least two intersecting planes. The prisms preferably have only flat interfaces at which the light running in the prism, possibly several times, is totally reflected before it emerges from the prism. Since there is no refraction on curved surfaces, all beam angles are retained. The polarization splitter surface leaves the proportion of light in which the electric field vector is parallel to the plane of incidence (p-polarized light), unhindered by, while the light component in which the electric field vector swings perpendicular to the plane of incidence (s-polarized light) is reflected on the polarization splitter surface and thereby deflected. The plane of incidence here refers to that plane which is spanned by the direction of incidence of the light and the surface normal of the polarization splitter surface. The transmitted light therefore has p-polarization regardless of the polarization state of the incident light at the exit and thus has a defined polarization state.
Die Anordnung hat ohne weiteren Maßnahmen einen hohen Transmissions-Wirkungsgrad, wenn das auf die Polarisationsteilerfläche auftreffende Licht nahezu oder vollständig p-polarisiert ist.The arrangement has a high transmission efficiency without further measures if the light incident on the polarization splitting surface is almost or completely p-polarized.
Um unabhängig vom Polarisationszustand des auf die Polarisationsteilerfläche auftreffenden Lichtes die Gesamttransmission der Lichtmischeinrichtung zu optimieren, ist bei einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Prismenanordnung mindestens eine Spiegelfläche aufweist, die in Bezug auf die Polarisationsteilerfläche derart angeordnet ist, dass von der Polarisationsteilerfläche reflektiertes (s-polarisiertes) Licht mit Hilfe der Spiegelfläche in eine Ausbreitungsrichtung umlenkbar ist, die im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung des von der Polarisationsteilerfläche durchgelassenen Lichtes verläuft. Da hier mit hohem Reflexionsgrad reflektierbares, s-polarisiertes Licht auf die Spie- gelfläche auftrifft, ist eine Umlenkung mit hohem Wirkungsgrad möglich. Es ist auch möglich, eine Spiegelfläche vorzusehen, die in Bezug auf die Polarisationsteilerfläche derart angeordnet ist, dass das ungehindert durch die Polarisationsteilerfläche hindurchtretende Licht in eine Richtung umgelenkt wird, die im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrich- tung des von der Polarisationsteilerfläche reflektierten Lichtes verläuft. In beiden Fällen steht hinter der Prismenanordnung ein sehr hoher Anteil der eintrittsseitig eingestrahlten Lichtenergie zur Verfügung, wobei der Polarisationszustand der beiden zumindest weitgehend parallelen Strahlen jeweils definiert ist und dementsprechend gezielt verändert werden kann. Die Spiegelfläche ist vorzugsweise totalreflektierend und kann durch eine Grenzfläche eines Prismas der Prismenanordnung gebildet sein. Auch normal reflektierende Spiegelflächen sind möglich.In order to optimize the overall transmission of the light mixing device regardless of the polarization state of the light impinging on the polarization splitter surface, in a preferred development it is provided that the prism arrangement has at least one mirror surface which is arranged with respect to the polarization splitter surface in such a way that (s- polarized) light can be deflected with the aid of the mirror surface in a direction of propagation which runs essentially parallel to the direction of propagation of the light transmitted by the polarization splitter surface. Since reflectable, s-polarized light hits the mirror surface with a high degree of reflection, deflection with high efficiency is possible. It is also possible to provide a mirror surface which is arranged with respect to the polarization splitter surface in such a way that the light which passes unhindered through the polarization splitter surface is deflected in a direction which is essentially parallel to the direction of propagation of the light reflected by the polarization splitter surface. In both cases, a very high proportion of the light energy radiated on the entrance side is available behind the prism arrangement, the polarization state of the two at least largely parallel beams being defined in each case and accordingly being able to be changed in a targeted manner. The mirror surface is preferably totally reflective and can be formed by an interface of a prism of the prism arrangement. Normally reflecting mirror surfaces are also possible.
Bevorzugte Ausführungsformen haben an der Polarisationsteilerfläche eine optisch wirksame Polarisationsteilerschicht. Eine Polarisationsteilerschicht ist ein optisch wirksames Mehrschichtsystem mit Schichten aus dielektrischem, für die verwendete Lichtwellenlänge transparenten Material, wobei die übereinanderliegenden Schichten abwechselnd aus hochbrechendem und niedrigbrechendem Material bestehen. Das Mehr- schichtsystem ist in Bezug auf das einfallende Licht im wesentlichen derart schräg ausgerichtet, dass an den Grenzflächen der Schichten Winkel nahe dem durch die Brechungsindizes der Materialen bestimmten, schichtspezifischen Brewsterwinkel auftreten. Für diesen ist bekanntlich der Reflexionsgrad für p-polarisiertes Licht minimal und der entsprechende Transmissionsgrad maximal.Preferred embodiments have an optically active polarization splitter layer on the polarization splitter surface. A polarization splitter layer is an optically effective multilayer system with layers of dielectric material which is transparent for the light wavelength used, the layers lying one above the other alternatingly consisting of high-index and low-index material. The multilayer system is essentially obliquely oriented with respect to the incident light such that angles close to the layer-specific Brewster angle determined by the refractive indices of the materials occur at the interfaces of the layers. As is known, the reflectance for p-polarized light is minimal for this and the corresponding transmittance is maximal.
Insbesondere für Anwendungen im Bereich des sichtbaren Lichtes kann gegebenenfalls auf eine Polarisationsteilerschicht verzichtet werden. Die Prismenanordnung kann dann unter Nutzung von Doppelbrechungsei- genschaften der z.B. kristallinen Prismenmaterialien arbeiten und beispielweise ein Nicol-Prisma, ein Rochon-Prisma o. dgl. umfassen. Die polarisationsselektive Wirkung kann gegebenenfalls auch durch eine oder mehrere schräggestellte Platten erzielt werden.In particular for applications in the field of visible light, a polarization splitter layer can optionally be dispensed with. The prism arrangement can then be used using birefringence properties of e.g. crystalline prism materials work and include, for example, a Nicol prism, a Rochon prism or the like. The polarization-selective effect can optionally also be achieved by one or more inclined plates.
Prismenanordnungen, insbesondere solche mit Polarisationsteilerschicht, haben bevorzugt mindestens einen Polarisationsteilerblock mit einem ersten und einem zweiten Prisma, die einander zugewandte Grenzflächen aufweisen, zwischen denen die Polarisationsteilerfläche, insbesondere die Polarisationsteilerschicht, angeordnet ist. Dadurch findet die Aufspaltung der Polarisation vollständig innerhalb von transparentem Materialen statt, was für die Winkelerhaltung vorteilhaft ist. Im übrigen sollte der Polarisationsteilerblock freie, d.h. für Totalreflexion geeignete Außenflächen habe, um winkelerhaltend und ohne Lichtverlust Licht weiterzuleiten. Damit findet der Lichtstab im Bereich der Prismenanordnung eine allseitige Fortsetzung. Die für den Lichtaustritt oder Lichteintritt vorgesehenen Grenzflächen der Prismen sind vorzugsweise mindestens zum Teil mit geeigneten Entspiegelungsschichten belegt.Prism arrangements, in particular those with a polarization splitter layer, preferably have at least one polarization splitter block with a first and a second prism, which face one another Have interfaces between which the polarization splitter surface, in particular the polarization splitter layer, is arranged. As a result, the polarization is split entirely within transparent materials, which is advantageous for maintaining the angle. In addition, the polarization divider block should have free outer surfaces, that is to say suitable for total reflection, in order to transmit light in a manner that maintains the angle and without loss of light. The light rod is thus continued on all sides in the area of the prism arrangement. The interfaces of the prisms provided for the light exit or light entry are preferably at least partially covered with suitable anti-reflective layers.
Um für das gesamte aus der Lichtmischeinrichtung austretende Licht einen einheitlichen Polarisationszustand einzustellen, werden geeignete Verzögerungselemente oder andere Maßnahmen entsprechender Wir- kung verwendet. Eine bevorzugte Prismenanordnung hat mindestens eine erste Austrittsfläche zum Austritt von durch die Polarisationsteilerfläche transmittiertem Licht und mindestens eine zweite Austrittsfläche zum Austritt von durch die Polarisationsteilerfläche reflektiertem Licht. Mindestens einer der Austrittsflächen wird eine Einrichtung zur Verände- rung des Polarisationszustandes des durchtretenden Lichtes nachgeschaltet, insbesondere mindestens ein optisches Verzögerungselement. Beispielsweise ist es möglich, einer der Austrittsflächen eine λ/2-Platte oder ein anderes Element nachzuschalten, welches eine Drehung der Polarisationsvorzugsrichtung um 90° bewirkt. Dadurch wird das gesamte Austrittslicht einheitlich p- oder s-polarisiert. Es ist auch möglich, beiden Austrittsflächen jeweils eine λ/4-Platte oder eine andere Einrichtung nachzuschalten, die aus eintretendem linear polarisiertem Licht zirkulär polarisiertes Licht erzeugt. Dadurch wird das gesamte Austrittslicht zirkulär polarisiert, mit gleichläufigem Drehsinn hinter den verschiedenen Austrittsflächen. Weitere Einrichtungen zur Veränderung des Polarisationszustandes können folgen. Bei bevorzugten Prismenanordnungen tritt das Licht an zwei nebeneinander liegenden Austrittsflächen aus. Dabei kann zwischen den Austrittsflächen eine feine Trennlinie verminderter Austrittsintensität vorliegen. Um mögliche Auswirkungen aus die Abbildungsqualität zu vermei- den, ist bei bevorzugten Weiterbildungen für Wafer-Scanner die Polarisationsteilerfläche derart ausgerichtet, dass eine Schnittlinie zwischen dieser und einer senkrecht zur Austrittsrichtung des Lichtes ausgerichteten Ebene quer, insbesondere senkrecht zur Scanrichtung liegt. Damit wird auch bei Vorhandensein einer Trennlinie eine gleichmäßige Belich- tung möglich.In order to set a uniform polarization state for all the light emerging from the light mixing device, suitable delay elements or other measures with a corresponding effect are used. A preferred prism arrangement has at least one first exit surface for the exit of light transmitted through the polarization splitting surface and at least one second exit surface for the exit of light reflected by the polarization dividing surface. At least one of the exit surfaces is followed by a device for changing the polarization state of the light passing through, in particular at least one optical delay element. For example, it is possible to connect one of the exit surfaces with a λ / 2 plate or another element which causes the preferred polarization direction to be rotated by 90 °. As a result, the entire exit light is uniformly p or s polarized. It is also possible to connect a λ / 4 plate or another device to each of the two exit surfaces, which generates circularly polarized light from incoming linearly polarized light. As a result, the entire exit light is circularly polarized, with the same direction of rotation behind the different exit surfaces. Further devices for changing the state of polarization can follow. In preferred prism arrangements, the light exits at two adjacent exit surfaces. There may be a fine dividing line of reduced exit intensity between the exit surfaces. In order to avoid possible effects from the imaging quality, in preferred further developments for wafer scanners the polarization splitter surface is oriented such that an intersection line between it and a plane oriented perpendicular to the direction of exit of the light is transverse, in particular perpendicular to the scanning direction. This means that even exposure is possible even when there is a dividing line.
Bei den hier betrachteten Beleuchtungssystemen wird Licht mit einer definierten Apertur in den Integratorstab eingestrahlt, der winkelerhaltend ist, so dass das Licht mit dieser Apertur auf die schräg zur Ausbrei- tungsrichtung liegende Polarisationsteilerfläche auftrifft. Für ein geöffnetes Lichtbüschel wird in der Regel der Polarisationsgrad über der Apertur in Bezug auf achsparallele Strahlen asymmetrisch variieren. Um diesen Effekt zu kompensieren, hat die Prismenanordnung einer bevorzugten Weiterbildung eine erste Prismengruppe mit einer ersten Polarisati- onsteilerfläche und eine zweite Prismengruppe mit einer zweiten Polarisationsteilerfläche, wobei die Polarisationsteilerflächen spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene des Integratorstabes angeordnet sind, die sich in Längsrichtung des Stabes erstreckt und eine Schnittlinie zwischen den Polarisationsteilerschichten enthält.In the lighting systems considered here, light with a defined aperture is radiated into the integrator rod, which maintains the angle, so that the light strikes the polarization splitter surface lying at an angle to the direction of propagation. For an open bundle of light, the degree of polarization across the aperture will usually vary asymmetrically with respect to rays parallel to the axis. In order to compensate for this effect, the prism arrangement of a preferred development has a first prism group with a first polarization splitter surface and a second prism group with a second polarization splitter surface, the polarization splitter surfaces being arranged mirror-symmetrically to a mirror plane of the integrator rod, which extends in the longitudinal direction of the rod and contains an intersection line between the polarization splitter layers.
Lichtmischeinrichtungen sind vorzugsweise so gestaltet, dass die Querschnittsform der Austrittsfläche an die Form der zu beleuchtenden Fläche angepasst ist. Daher ist der Stabquerschnitt üblicher Stabintegratoren rechteckig mit einem von eins abweichenden Aspektverhältnis. Wäh- rend bei herkömmlichen, zylindrischen Stabintegratoren die Austrittsfläche in Form und Größe der Eintrittsfläche entspricht, werden durch die Erfindung winkelerhaltende Lichtmischeinrichtungen geschaffen, bei de- nen die vom Ausgang der Prismenanordnung gebildete Austrittsfläche eine vom Eintrittsflächenquerschnitt abweichenden Austrittsflächenquerschnitt hat. Insbesondere kann die Austrittsfläche größer sein als die Eintrittsfläche. Der Austrittsflächenquerschnitt kann beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches, insbesondere etwa das Doppelte des Eintrittsflächenquerschnittes betragen. Da der Integratorstab somit einen kleineren Querschnitt haben kann als die gewünschte Austrittsfläche, ist durch Verkleinerung des Stabquerschnitts eine Materialersparnis möglich. Außerdem wird die Anzahl der Reflexionen in einer Richtung vergrößert, wodurch die Homogenität des Austrittslichts in dieser Richtung verbessert wird.Light mixing devices are preferably designed such that the cross-sectional shape of the exit surface is adapted to the shape of the surface to be illuminated. The rod cross section of conventional rod integrators is therefore rectangular with an aspect ratio deviating from one. While in conventional cylindrical rod integrators the exit surface corresponds in shape and size to the entry surface, the invention creates angle-maintaining light mixing devices in which NEN, the exit surface formed by the exit of the prism arrangement has an exit surface cross section that deviates from the entry surface cross section. In particular, the exit area can be larger than the entry area. The exit area cross section can be, for example, an integral multiple, in particular approximately twice the entry area cross section. Since the integrator rod can thus have a smaller cross section than the desired exit surface, a material saving is possible by reducing the cross section of the rod. In addition, the number of reflections in one direction is increased, which improves the homogeneity of the exit light in this direction.
Um bei moderaten Anforderungen an die Winkelbelastbarkeit der Polarisationsteilerschicht gut durchmischende Lichtmischeinrichtungen hoher Transmission zu erhalten, können verschiedene einzeln oder in Kombination vorteilhafte Maßnahmen ergriffen werden.In order to obtain light-mixing devices with high transmission that mix well with moderate demands on the angular loading capacity of the polarization splitter layer, various measures which are advantageous individually or in combination can be taken.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass mindestens ein Integratorstab der Lichtmischeinrichtung aus einem UV- transparenten Material besteht, dessen Absorptionskante bei niedrigeren Wellenlängen liegt als die Absorptionskante von Kalziumfluorid. Als Stabmaterial kommen hier beispielsweise Magnesiumfluorid oder Li- thiumfluorid in Betracht. Eine Verwendung von doppelbrechendem Material wie Magnesiumfluorid ist bei Ausführungsformen mit nachgeschal- teter Einrichtung zur Änderung des Polarisationszustandes unproblematisch, da die durch Doppelbrechung verursachte Veränderung des Polarisationszustandes hinter dem Integratorstab bereinigt wird. Die Verwendung UV-geeigneter Materialien mit geringstmöglicher Volumenabsorption erlaubt Stababordnungen mit hohen Nutzlängen, welche auch bei niedriger innerer Apertur ausreichend viele Reflexionen erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann eine gegebenenfalls mehrfache Faltung einer Integratorstabanordnung vorgesehen sein, um auf beschränktem Bauraum große Gesamtlängen der Stabanordnung unterbringen zu können. Dies kann dadurch erreicht werden, dass mehrere Integra- torstäbe vorgesehen sind und dass zwischen einem ersten Integratorstab und einem nachfolgendem zweiten Integratorstab mindestens eine winkelerhaltende Umlenkeinrichtung zur Umlenkung der Lichtlaufrichtung vorgesehen ist. Bevorzugt sind Umlenkungen um 90 oder 180°. Eine nahezu verlustfreie, winkelerhaltende Umlenkung kann durch ein oder mehrere zwischengeschaltete Umlenkprismen ermöglicht werden. Diese Umlenkprismen haben vorzugsweise an ihren dem Lichteintritt oder - austritt dienenden Flächen Entspiegelungsschichten, wobei die Totalreflexion erhalten bleibt. Die Umlenkprismen sind vorzugsweise aus einem hochbrechenden Material, für dessen Brechungsindex vorzugs- weise n> 1 ,6 gilt, z.B. aus BaF2. Dadurch kann Totalreflexion auch bei großen numerischen Aperturen genutzt werden.In a preferred development, it is provided that at least one integrator rod of the light mixing device consists of a UV-transparent material, the absorption edge of which lies at lower wavelengths than the absorption edge of calcium fluoride. Magnesium fluoride or lithium fluoride, for example, can be used here as rod material. The use of birefringent material such as magnesium fluoride is unproblematic in the case of embodiments with a downstream device for changing the polarization state, since the change in the polarization state caused by birefringence is cleaned up behind the integrator rod. The use of UV-suitable materials with the lowest possible volume absorption allows rod arrangements with long usable lengths, which generate a sufficient number of reflections even with a low inner aperture. Alternatively or additionally, an integrator rod arrangement, which may be folded several times, can be provided in order to be able to accommodate large overall lengths of the rod arrangement in a limited installation space. This can be achieved in that a plurality of integrator rods are provided and that at least one angle-maintaining deflection device for deflecting the direction of light travel is provided between a first integrator rod and a subsequent second integrator rod. Deflections of 90 or 180 ° are preferred. An almost loss-free, angle-maintaining deflection can be made possible by one or more intermediate deflection prisms. These deflecting prisms preferably have anti-reflective layers on their surfaces serving for the entry or exit of light, the total reflection being retained. The deflection prisms are preferably made of a highly refractive material, the refractive index of which is preferably n> 1, 6, for example BaF 2 . This means that total reflection can also be used with large numerical apertures.
Eine Maßnahme zur Erhöhung der Anzahl von Reflexionen in einem Stab gegebener Länge besteht darin, den Integratorstab in einen unge- teilten Stababschnitt unmittelbar vor der Austrittsfläche und mindestens einen dem ungeteilten Stababschnitt vorgeschalteten, geteilten Stababschnitt aufzuteilen, der mindestens zwei den Gesamtquerschnitt des Integratorstabes im wesentlichen ausfüllende, total reflektierende Stäbchen aufweist. Durch die kleineren Stabquerschnitte im Bereich der Stäbchen werden hier höhere Reflexionszahlen und damit eine bessere Durchmischung erreicht, wobei der nachfolgende ungeteilte Abschnitt eine weitere Homogenisierung bewirkt. Eine abgestufte Teilung über die Länge des Stabes ist ebenfalls möglich, wobei beispielsweise zwei oder mehr geteilte Bereiche mit unterschiedlichen Anzahlen von Stäbchen vorgesehen sein können. Zusätzliche Freiheitsgrade bei der Optimierung der Lichtmischeinrichtung hinsichtlich Material und polarisationsoptischer Wirkung werden bei bevorzugten Weiterbildungen dadurch erreicht, dass der Integratorstab aus einem ersten Material und mindestens ein Prisma der Prismenan- Ordnung und/oder mindestens ein Umlenkprisma aus einem zweiten Material besteht, welches sich vom ersten Material unterscheidet. Dabei ist zu berücksichtigten, dass die vor und/oder hinter einem Integratorstab angeordneten Prismen im Vergleich zum Integratorstab relativ klein sind, so dass eine gegebenenfalls vorhandene intrinsische Doppelberechung von geringerer Bedeutung ist. Beispielsweise können bei einem System für 157nm Wellenlänge die Prismen aus Kalziumfluorid, dem nur in kleinen Volumina kostengünstig verfügbaren Bariumfluorid, synthetischem Quarzglas oder einem anderen geeigneten, optisch isotropen Material bestehen. Das Stabmaterial sollte im Hinblick auf niedrige Absorption ausgewählt werden; beispielsweise kann Kalziumfluorid, Magnesiumfluorid oder Lithiumfluorid verwendet werden.One measure for increasing the number of reflections in a rod of a given length is to divide the integrator rod into an undivided rod section immediately in front of the exit surface and at least one divided rod section upstream of the undivided rod section, which at least two essentially fill the overall cross section of the integrator rod , totally reflective sticks. Due to the smaller rod cross-sections in the area of the rods, higher reflection numbers and thus better mixing are achieved, the subsequent undivided section causing further homogenization. A graded division over the length of the rod is also possible, for example two or more divided regions with different numbers of rods can be provided. Additional degrees of freedom in optimizing the light mixing device with regard to material and polarization-optical effect are achieved in preferred further developments in that the integrator rod consists of a first material and at least one prism of the prism arrangement and / or at least one deflection prism consists of a second material, which is different from the first Material differs. It should be taken into account here that the prisms arranged in front of and / or behind an integrator rod are relatively small compared to the integrator rod, so that any intrinsic double calculation that may be present is of lesser importance. For example, in a system with a wavelength of 157 nm, the prisms can be made of calcium fluoride, barium fluoride, which is only available at low cost in small volumes, synthetic quartz glass or another suitable, optically isotropic material. The rod material should be selected for low absorption; for example, calcium fluoride, magnesium fluoride or lithium fluoride can be used.
Eine gezielte Materialauswahl kann auch dazu genutzt werden, die pola- risationsteilende Wirkung eines Polarisationsteilerblockes mit Polarisati- onsteiler-Schichtsystem zu optimieren. Hierzu ist das Material des ersten und des zweiten Prismas in Abhängigkeit von den Brechzahlverhältnissen in der Polarisationsteilerschicht so auszuwählen, dass ein Fehlwinkel zwischen der Einfallsrichtung des auf die Polarisationsteilerschicht auffallenden Lichts und einer dem Brewsterwinkel des Schicht- Systems entsprechenden Richtung optimiert wird, insbesondere minimiert wird. Dadurch kann ein maximaler Transmissionsgrad für p- polarisiertes Licht erzielt werden. Als Prismenmaterial sind Materialien mit hohem Brechungsindex, insbesondere n > 1 ,6 bevorzugt, z.B. BaF2- Dadurch kann Totalreflexion auch bei hoher NA genutzt werden.A targeted selection of materials can also be used to optimize the polarization-dividing effect of a polarization splitter block with a polarization splitter layer system. For this purpose, the material of the first and the second prism is to be selected as a function of the refractive index ratios in the polarization splitter layer in such a way that a misalignment between the direction of incidence of the light incident on the polarization splitter layer and a direction corresponding to the Brewster angle of the layer system is optimized, in particular minimized. In this way, a maximum transmittance for p-polarized light can be achieved. Materials with a high refractive index, in particular n> 1, 6, are preferred as prism material, for example BaF 2. This means that total reflection can also be used at high NA.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mindestens ein Teil, vorzugsweise alle totalreflektierenden und nicht-totalreflektierenden Flä- chen mit reflektierender Wirkung mit einer dünnen Beschichtung mit phasenerhaltender Wirkung belegt sind. Je nach Flächentyp sind zwei Typen phasenerhaltender Schichtsysteme besonders vorteilhaft. Auf den Seitenflächen, die nicht als Lichteintritts- oder Lichtaustrittsflächen dienen, sind die Schichten bevorzugt für eine Phasenerhaltung in Reflexion und/oder Totalreflexion optimiert. Bei denjenigen Flächen, die als Lichteintritts- oder Lichtaustrittsflächen dienen, haben die Schichten bevorzugt eine Doppelfunktion. Sie wirken in Reflexion, insbesondere bei Totalreflexion phasenkorrigierend bzw. phasenerhaltend und in Trans- mission als Entspiegelungsschichten. Schichten dieser Art können insbesondere auf allen Kathetenflächen der Prismen der Prismenanordnung vorgesehen sein.According to a further development, it is provided that at least a part, preferably all, totally reflecting and non-totally reflecting surfaces surfaces with a reflective effect are coated with a thin coating with a phase-preserving effect. Depending on the type of surface, two types of phase-preserving layer systems are particularly advantageous. On the side surfaces that do not serve as light entry or exit surfaces, the layers are preferably optimized for phase maintenance in reflection and / or total reflection. In the case of those surfaces which serve as light entry or exit surfaces, the layers preferably have a double function. They have a phase-correcting or phase-maintaining effect in reflection, in particular in the case of total reflection, and in transmission as anti-reflective layers. Layers of this type can be provided, in particular, on all of the catheter surfaces of the prisms of the prism arrangement.
Bei einer Weiterbildung ist der Lichtmischeinrichtung mindestens eine Blende zur Einstellung der örtlichen Verteilung der Energie eines durch die Lichtmischeinrichtung erzeugten Beleuchtungsfeldes zugeordnet, wobei die Blende vorzugsweise bewegliche Blendenelemente zur gesteuerten Veränderung der Breite eines Beleuchtungsfeldes als Funktion von Positionen entlang der Länge des Beleuchtungsfeldes aufweist. Da- durch kann beispielsweise an einer Längsposition, in der eine erhöhte Lichtintensität herrscht, die Breite des Beleuchtungsfeldes soweit reduziert werden, dass durch die integrierende Wirkung einer Scan- Bewegung über die gesamte Länge des Beleuchtungsfeldes im wesentlichen die gleiche Beleuchtungsdosis erzielt wird. Ein Beispiel einer sol- chen Blende ist im Patent US 6,097,474 offenbart, dessen Offenbarungsgehalt insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird.In a further development, the light mixing device is assigned at least one diaphragm for setting the local distribution of the energy of an illumination field generated by the light mixing device, the diaphragm preferably having movable diaphragm elements for controlled change in the width of an illumination field as a function of positions along the length of the illumination field. In this way, for example at a longitudinal position in which there is an increased light intensity, the width of the illumination field can be reduced to such an extent that the integrating effect of a scanning movement over the entire length of the illumination field results in essentially the same illumination dose. An example of such an aperture is disclosed in US Pat. No. 6,097,474, the disclosure content of which is made the content of this description by reference.
Das Beleuchtungssystem kann so aufgebaut sein, dass das aus der Lichtmischeinrichtung austretende Licht ohne zwischengeschaltete Abbildung auf die zu beleuchtende Struktur, beispielsweise eine Photomaske fällt. Ein Vorteil hierbei ist die deutlich reduzierte NA im Strahltei- ler des Projektionsobjektivs und damit in dessen Polarisationsteilerschicht. Bei bevorzugten Weiterbildungen ist ein Objektiv nachgeschaltet, das den Bereich des Lichtaustritts der Lichtmischeinrichtung auf das Retikel abbildet, welches in der Objektebene des nachfolgenden Projek- tionsobjektivs angeordnet ist. Dieses Objektiv hat mindestens eine Ebene, die eine Fourier-transformierte Ebene zur Retikelebene ist und dementsprechend an konjugierter Stelle zur Pupille des nachfolgenden Projektionsobjektives liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist im Bereich der Pupille dieses Objektives ein Polarisationsfilter angeordnet, das als polarisationsselektiver Retroreflektor nach Art eines Katzenauges (in einem Schnitt) wirkt und mehrere paarweise V-förmig im Winkel zueinander angeordnete Polarisationsteilerflächen bzw. Polarisationsteilerschichten hat. In der genannten Einbauposition wirkt das Polarisationsfilter als Zwischenpolarisator, um den Polarisationszustand des ein- treffenden Lichtes aufzufrischen bzw. so zu bereinigen, dass nur p- polarisiertes Licht durchgelassen und s-polarisiertes Licht reflektiert wird.The lighting system can be constructed in such a way that the light emerging from the light mixing device falls on the structure to be illuminated, for example a photomask, without an intermediate illustration. An advantage here is the significantly reduced NA in the beam part ler of the projection lens and thus in its polarization splitter layer. In preferred developments, a lens is connected downstream, which images the area of the light exit of the light mixing device onto the reticle, which is arranged in the object plane of the subsequent projection lens. This lens has at least one plane, which is a Fourier-transformed plane to the reticle plane and accordingly lies at a conjugate point to the pupil of the subsequent projection lens. In a preferred embodiment, a polarization filter is arranged in the area of the pupil of this objective, which acts as a polarization-selective retroreflector in the manner of a cat's eye (in one section) and has a plurality of polarization splitter surfaces or polarization splitter layers arranged in a V-shape at an angle to one another. In the installation position mentioned, the polarization filter acts as an intermediate polarizer in order to refresh the polarization state of the incoming light or to clean it up such that only p-polarized light is transmitted and s-polarized light is reflected.
Filter dieses Typs sind auch unabhängig von sonstigen Merkmalen der Erfindung nützlich.Filters of this type are also useful regardless of other features of the invention.
Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.The above and further features emerge from the claims and also from the description and the drawings, the individual features being realized individually or in groups in the form of sub-combinations in one embodiment of the invention and in other fields, and advantageous as well protective designs can represent.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Ausführungs- form einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung; Fig. 2 ist eine axiale Draufsicht auf die Lichtaustrittsseite einer Lichtmischeinrichtung der in Fig. 1 gezeigten Art;1 is a schematic illustration of a projection exposure system for microlithography with an embodiment of an illumination device according to the invention; Fig. 2 is an axial plan view of the light exit side of a light mixing device of the type shown in Fig. 1;
Fig. 3 ist ein schematischer Schnitt durch den austrittsseitigen Endbe- reich einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtmischeinrichtung mit einer bevorzugten Variante einer Prismenanordnung;3 is a schematic section through the outlet-side end region of an embodiment of a light mixing device according to the invention with a preferred variant of a prism arrangement;
Fig. 4 ist ein schematischer Schnitt durch den austrittsseitigen Endbe- reich einer anderen Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung;4 is a schematic section through the outlet-side end region of another embodiment of a light mixing device;
Fig. 5 ist ein schematischer Schnitt durch den austrittsseitigen Endbereich einer weiteren, anderen Ausführungsform einer Licht- mischeinrichtung;5 is a schematic section through the outlet-side end region of a further, different embodiment of a light mixing device;
Fig. 6 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung mit vier Integratorstäben und mehrfacher Faltung der Integratorstabanordnung;6 schematically shows an embodiment of a light mixing device with four integrator rods and multiple folding of the integrator rod arrangement;
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung mit zwei parallel versetzten Integratorstäben und 180°- Stahlumlenkung;FIG. 7 shows another embodiment of a light mixing device with two integrator rods offset in parallel and 180 ° steel deflection;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Integratorstabes mit zwei geteilten und einem ungeteilten Stababschnitt;Fig. 8 is a perspective view of an integrator rod with two divided and one undivided rod section;
Fig. 9 ist ein schematischer Schnitt durch den austrittsseitigen Endbereich einer Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung mit einer spiegelsymmetrisch aufgebauten Prismenanordnung; Fig. 10 zeigt schematische Darstellungen des Polarisationsgrades für p-Polarisation als Funktion der Strahlapertur bei nicht symmetrischem Ausgang (a) und bei symmetrischem Ausgang (b) der Lichtmischeinrichtung;9 is a schematic section through the outlet-side end region of an embodiment of a light mixing device with a mirror-symmetrically constructed prism arrangement; 10 shows schematic representations of the degree of polarization for p-polarization as a function of the beam aperture with a non-symmetrical output (a) and with a symmetrical output (b) of the light mixing device;
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage; und11 shows a schematic illustration of a preferred embodiment of a microlithographic projection exposure system; and
Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform eines Polarisationsfilters, welcher eine Prismenanordnung mit mehreren Prismen aufweist, zwischen denen zick-zack-förmig angeordnete Polarisationsstrahl- teilerschichten angeordnet sind.12 shows an embodiment of a polarization filter which has a prism arrangement with a plurality of prisms, between which are arranged zigzag-shaped polarization beam splitter layers.
In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die mikrolithographische Herstellung von integrierten Schaltkreisen und anderen feinstrukturierten Bauelementen bei Auflösungen bis zu Bruchteilen von 1 μm vorgesehen. Die Anlage 1 umfasst ein Beleuchtungssystem 2 zur Beleuchtung einer in der Bildebene 4 des Beleuchtungssystems an- geordneten Photomaske 5 sowie ein Projektionsobjektiv 6, welche das in seiner Objektebene 4 angeordnete Muster der Photomaske in die Bildebene 7 des Projektionsobjektivs in verkleinerndem Maßstab abbildet. In der Bildebene 7 befindet sich beispielsweise ein mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichteter Halbleiter-Wafer.1 shows an example of a projection exposure system 1 for the microlithographic production of integrated circuits and other finely structured components with resolutions down to fractions of 1 μm. The system 1 comprises an illumination system 2 for illuminating a photomask 5 arranged in the image plane 4 of the illumination system and a projection objective 6, which reproduces the pattern of the photomask arranged in its object plane 4 in the image plane 7 of the projection objective on a reducing scale. In the image plane 7 there is, for example, a semiconductor wafer coated with a light-sensitive layer.
Als Lichtquelle des Beleuchtungssystems 2 dient ein Laser 8, beispielsweise ein im tiefem Ultraviolettbereich (DUV) gebräuchlicher Excimer- Laser mit einer Arbeitswellenlänge von 248 nm, 193 nm oder 157 nm. Das Licht des abgegebenen Lichtstrahls ist weitgehend linear polarisiert. Eine nachfolgende optische Einrichtung 9 formt das Licht der Lichtquelle und überträgt es in eine nachfolgende Lichtmischeinrichtung 10. Die optische Einrichtung 9 umfasst im gezeigten Beispiel einen dem Laser 8 nachgeschalteten Strahlaufweiter, der zur Kohärenzreduktion und Strahlformung auf einen rechtwinkligen Strahlquerschnitt mit einem Aspektverhältnis x/y seiner Seitenlängen von mehr als eins dient. Ein dem Strahlaufweiter nachfolgendes, erstes diffraktives optisches Rasterele- ment sitzt in der Objektebene eines nachfolgenden Zoom-Objektives, in dessen Austrittspupille ein zweites optisches Rasterelement vorgesehen ist. Von diesem tritt das Licht in eine Einkoppeloptik ein, welche das Licht in die Lichtmischeinrichtung überträgt. Das Licht wird innerhalb der Lichtmischeinrichtung 10 durch mehrfache innere Reflexion gemischt und homogenisiert und tritt am Austritt 11 der Lichtmischeinrichtung weitgehend homogenisiert aus. Unmittelbar am Austritt der Lichtmischeinrichtung ist eine Zwischenfeldebene, in der ein Retikel-Masking- System (REMA) 12, eine verstellbare Feldblende, angeordnet ist. Das nachfolgende Objektiv 13, welches auch als REMA-Objektiv bezeichnet wird, hat mehrere Linsengruppen, eine Pupillenebene 14 und einen Umlenkspiegel 15 und bildet die Zwischenfeldebene des Retikel-Masking- Systems auf das Retikel bzw. die Photomaske 5 ab.A laser 8 is used as the light source of the illumination system 2, for example an excimer laser with a working wavelength of 248 nm, 193 nm or 157 nm, which is customary in the deep ultraviolet range (DUV). The light of the emitted light beam is largely linearly polarized. A subsequent optical device 9 forms the light from the light source and transmits it to a subsequent light mixing device 10. In the example shown, the optical device 9 comprises a laser 8 downstream beam expander, which is used for coherence reduction and beam shaping to a rectangular beam cross section with an aspect ratio x / y of its side lengths of more than one. A first diffractive optical raster element following the beam expander sits in the object plane of a subsequent zoom lens, in the exit pupil of which a second optical raster element is provided. From this, the light enters a coupling optic, which transmits the light into the light mixing device. The light is mixed and homogenized within the light mixing device 10 by multiple internal reflection and exits at the outlet 11 of the light mixing device largely homogenized. Immediately at the outlet of the light mixing device is an intermediate field level, in which a reticle masking system (REMA) 12, an adjustable field diaphragm, is arranged. The subsequent lens 13, which is also referred to as a REMA lens, has a plurality of lens groups, a pupil plane 14 and a deflection mirror 15 and images the intermediate field plane of the reticle masking system onto the reticle or the photomask 5.
Weitere Details zu Aufbau und Funktionsweise eines derartigen Be- leuchtungssystems sind der DE 195 20 563 entnehmbar, deren Inhalt insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Ein wichtiger Unterschied zum Beleuchtungssystem der DE 195 20 563 besteht im Aufbau der Lichtmischeinrichtung 10, die noch im Detail beschrieben wird.Further details on the structure and mode of operation of such a lighting system can be found in DE 195 20 563, the content of which is made the content of this application by reference. An important difference to the lighting system of DE 195 20 563 is the construction of the light mixing device 10, which will be described in detail.
Bei einem Wafer-Stepper wird auf dem Retikel 5 die gesamte einem Chip entsprechende strukturierte Fläche, im allgemeinen ein Rechteck mit einem beliebigen Aspektverhältnis zwischen Höhe und Breite von z.B. 1 :1 bis 1 :2 so gleichmäßig und randscharf wie möglich beleuchtet. Bei einem Wafer-Scanner der dargestellten Art wird auf dem Retikel 5 ein schmaler Streifen, z.B. einem Rechteck mit einem Aspektverhältnis von typischerweise 1 :2 bis 1 :8 beleuchtet und durch Scannen in einer der y-Richtung des Beleuchtungssystems entsprechenden Richtung das gesamte strukturierte Feld eines Chips seriell beleuchtet. Auch hier ist die Beleuchtung extrem gleichmäßig und zumindest in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, d.h. in x-Richtung, randscharf zu gestalten.In the case of a wafer stepper, the entire structured surface corresponding to a chip, generally a rectangle with any aspect ratio between height and width of, for example, 1: 1 to 1: 2, is illuminated on the reticle 5 as uniformly and as sharply as possible. In a wafer scanner of the type shown, a narrow strip, for example a rectangle with an aspect ratio of typically 1: 2 to 1: 8, is illuminated on the reticle 5 and by scanning in one the entire structured field of a chip is illuminated serially in the direction corresponding to the y direction of the lighting system. Here, too, the illumination is extremely uniform and at least in the direction perpendicular to the scanning direction, ie in the x direction, to be sharply defined.
In Ausnahmefällen sind auch andere Formen der beleuchteten Fläche auf der Photomaske 5 möglich. Die Öffnung des Retikel-Masking- Systems 12 und die Querschnittsform des Lichtaustritts 11 der Lichtmischeinrichtung 10 sind der benötigten Feldform genau angepasst. Die in Fig. 2 gezeigte, axiale Draufsicht auf die Austrittsseite 11 der Lichtmischeinrichtung 10 zeigt schematisch, dass die Breite in x-Richtung ein Mehrfaches der Gesamthöhe in y-Richtung (Scanrichtung) beträgt.In exceptional cases, other forms of the illuminated area on the photomask 5 are also possible. The opening of the reticle masking system 12 and the cross-sectional shape of the light exit 11 of the light mixing device 10 are precisely adapted to the required field shape. The axial plan view shown in FIG. 2 on the exit side 11 of the light mixing device 10 schematically shows that the width in the x direction is a multiple of the total height in the y direction (scanning direction).
Die Lichtmischeinrichtung 10 umfasst einen Integratorstab 20 und eine unmittelbar mit geringem Luftabstand nachfolgende Prismenanordnung 30. Der Integratorstab ist ein im Querschnitt rechteckiger Stab aus einem für das Licht der Lichtquelle 8 transparenten Material, beispielsweise aus kristallinem Kalziumfluorid. Die Längsachse des Stabes verläuft parallel zur z-Richtung bzw. zur optischen Achse des Beleuchtungssys- tems. Der Stab 20 hat eine der optischen Einrichtung 9 zugewandte, ebene Eintrittsfläche 21 zum Empfang eines geformten Lichtstrahles der Lichtquelle 8, eine ebene Austrittsfläche 22, aus der Licht, welches innerhalb des Integratorstabes 20 gemischt wird, austritt, und ebene, paarweise parallel zueinander verlaufende Seitenflächen.The light mixing device 10 comprises an integrator rod 20 and a prism arrangement 30 immediately following with a small air gap. The integrator rod is a rod with a rectangular cross section made of a material which is transparent to the light from the light source 8, for example crystalline calcium fluoride. The longitudinal axis of the rod runs parallel to the z direction or to the optical axis of the lighting system. The rod 20 has a flat entry surface 21 facing the optical device 9 for receiving a shaped light beam from the light source 8, a flat exit surface 22 from which light which is mixed within the integrator rod 20 emerges, and flat side surfaces running in pairs parallel to one another ,
Die Prismenanordnung 30 hat eine Baugruppe mit drei Prismen 31 , 32 und 33, die bei bevorzugten Ausführungsformen identisch geformt und dimensioniert sind. Es handelt sich vorzugsweise jeweils um Prismen mit zwei senkrecht aufeinander stehenden Grenzflächen im wesentli- chen gleicher Größe (Kathetenflächen) und einer größeren Hypotenusenfläche, die in einem Winkel von ca. 45° zu den Kathetenflächen ausgerichtet ist. Zwei der Prismen, nämlich das erste Prisma 31 und das zweite Prisma 32, schließen zwischen ihren Hypotenusenflächen eine ebene Polarisationsteilerschicht 34 ein und bilden einen kompakten, quaderförmigen Polarisationsteilerblock 35 mit etwa quadratischem Querschnitt in der y-z-Ebene und Kathetenflächen, deren Querschnitt dem Querschnitt der Stabaustrittsfläche 22 entspricht. Die Hypotenuse des dritten Prismas 33, welches hier auch als Spiegelprisma bezeichnet wird, ist parallel zur Polarisationsteilerfläche 34 ausgerichtet und bildet eine ebene, reflektierende, vorzugsweise totalreflektierende Spiegelfläche 36.The prism arrangement 30 has an assembly with three prisms 31, 32 and 33, which are shaped and dimensioned identically in preferred embodiments. They are preferably prisms with two mutually perpendicular boundary surfaces of essentially the same size (catheter surfaces) and a larger hypotenuse surface which is oriented at an angle of approximately 45 ° to the catheter surfaces. Two of the prisms, namely the first prism 31 and that second prism 32, enclose a flat polarization splitter layer 34 between their hypotenuse surfaces and form a compact, cuboid-shaped polarization splitter block 35 with an approximately square cross section in the yz plane and catheter surfaces, the cross section of which corresponds to the cross section of the rod exit surface 22. The hypotenuse of the third prism 33, which is also referred to here as a mirror prism, is aligned parallel to the polarization splitting surface 34 and forms a flat, reflecting, preferably totally reflecting mirror surface 36.
Die einander zugewandten Kathetenflächen von Polarisationsteilerblock 35 und drittem Prisma 33 haben einen geringen Abstand 37 zueinander, der in der Größenordnung von einigen Lichtwellenlängen des verwendeten Lichts liegen kann, um Totalreflexion an den angrenzenden Kathe- tenflächen zu ermöglichen. Auch die anderen freien Prismenflächen grenzen an Gas oder ein anderes optisch dünneres Medium, um Totalreflexion zu ermöglichen. Insbesondere besteht auch zwischen der Austrittsfläche 22 des Integratorstabs 20 und der Eintrittsfläche 38 des Strahlteilerblocks ein geringer Luftabstand 39. Die Prismen 31 bis 33 der Prismenanordnung können in einer gemeinsamen Fassung fixiert sein, die wiederum an einer Fassung für den Integratorstab 20 befestigt sein kann, um die Geometrie der Anordnung zu fixieren.The mutually facing catheter surfaces of the polarization splitter block 35 and the third prism 33 are at a small distance 37 from one another, which can be of the order of a few light wavelengths of the light used in order to allow total reflection on the adjacent catheter surfaces. The other free prism surfaces also border on gas or another optically thinner medium in order to allow total reflection. In particular, there is also a small air gap 39 between the exit surface 22 of the integrator rod 20 and the entry surface 38 of the beam splitter block. The prisms 31 to 33 of the prism arrangement can be fixed in a common holder, which in turn can be attached to a holder for the integrator rod 20 to fix the geometry of the arrangement.
Die Lichtmischeinrichtungen der Fig. 1 und 3 sind bezüglich Integra- torstab und Prismenanordnung identisch aufgebaut, weshalb für entsprechende Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.1 and 3 are constructed identically with respect to the integrator rod and prism arrangement, which is why the same reference numerals are used for corresponding features.
Bei der Lichtmischeinrichtung 10 in Fig. 1 ist an der austrittsseitigen Ka- thentenfläche 40 des dritten Prismas 32 ein als λ/2 Platte ausgeführtes Verzögerungselement 45 angesprengt, welches eine Rechteck-Platte aus doppelbrechendem Material ist, dessen axiale Dicke und Kristallachse so bemessen ist, dass sich zwischen den senkrecht zueinander schwingenden Komponenten des elektrischen Feldvektors eine Verzögerung einer halben Wellenlänge ergibt, was zu einer Drehung einer vorhandenen Polarisationsvorzugsrichtung um 90° um die Ausbreitungsrichtung des Lichtes führt.In the light mixing device 10 in FIG. 1, a delay element 45 designed as a λ / 2 plate, which is a rectangular plate made of birefringent material, the axial thickness and crystal axis of which is dimensioned, is blown onto the exit-side cathode surface 40 of the third prism 32. that is between the perpendicular to each other vibrating components of the electric field vector results in a delay of half a wavelength, which leads to a rotation of an existing polarization preferred direction by 90 ° around the direction of propagation of the light.
Die hier gezeigte Projektionsbelichtungsanlage arbeitet mit weitgehend linear polarisiertem Eingangslicht des Lasers. Das Projektionsobjektiv 6 ist im Beispiel ein katadioptisches Projektionsobjektiv mit einem polarisationsselektiven, physikalischen Strahlteiler (ein Beispiel wird im Zu- sammenhang mit Fig. 11 noch erläutert). Derartige Projektionsobjektive arbeiten im Bereich des Strahlteilers mit höchstem Wirkungsgrad, wenn geeignet linear polarisiertes Licht eingestrahlt wird. Damit entsteht die Forderung, dass das Beleuchtungssystem zwischen Laser 8 und Lichtaustritt polarisationserhaltend sein sollte und/oder eine gezielte Einstel- lung des Polarisationszustandes des auftretenden Lichts ermöglichen sollte. Zusätzlich besteht die Forderung, eine winkelerhaltende Lichtmischung zu erzielen, um eine im Bereich einer Pupillenebene der optischen Einrichtung 9 erzeugte räumliche Intensitätsverteilung in der zu dieser Pupillenebene optisch konjugierten Pupillenebene 16 des Projek- tionsobjektives zu reproduzieren.The projection exposure system shown here works with largely linearly polarized input light from the laser. In the example, the projection objective 6 is a catadioptical projection objective with a polarization-selective, physical beam splitter (an example will be explained in connection with FIG. 11). Projection lenses of this type work in the area of the beam splitter with the highest degree of efficiency if suitably linearly polarized light is irradiated. This creates the requirement that the lighting system between the laser 8 and the light exit should maintain polarization and / or allow the polarization state of the light occurring to be set in a targeted manner. In addition, there is a requirement to achieve an angle-maintaining light mixture in order to reproduce a spatial intensity distribution generated in the region of a pupil plane of the optical device 9 in the pupil plane 16 of the projection objective that is optically conjugated to this pupil plane.
Die Lichtmischeinrichtung 10 erfüllt diese Forderung nach einer winkelerhaltenden Lichtmischung wegen der ausschließlich ebenen, reflektierenden, vorzugsweise totalreflektierende Grenzflächen an Integratorstab und Prismenanordnung. Außerdem wird eine Einstellung eines definierten Polarisationszustandes am Austritt 11 der Lichtmischeinrichtung ermöglicht. Im Integratorstab 20 können aufgrund von permanenter oder induzierter oder intrinsischer Doppelbrechung des Stabmaterials sowie einer Vielzahl windschiefer Reflexionen an den Seitenflächen erhebliche Phasenverschiebungen zwischen den verschiedenen Feldkomponenten des Lichts auftreten. Dadurch findet normalerweise eine schwer kontrollierbare Veränderung des Polarisationsgrades des Eingangslichtes statt und am Stabaustritt 22 tritt teilpolarisiertes Licht aus. Dieses tritt aus der mit einer Entspiegelungsschicht versehenen Austrittsfläche 22 aus und über die entspiegelte Eintrittsfläche 38 in den Strahlteilerblock 35 ein, in welchem sich in einem Winkel von ca. 45° zur Einstrahlrichtung die Po- larisationsteilerschicht 34 befindet. Diese lässt alles Licht, welches in der Einfallsebene schwingt (p-Polarisation, gekennzeichnet durch Striche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung) ungehindert durch. Alles Licht, welches senkrecht zur Einfallsebene schwingt (s-Polarisation, gekennzeichnet durch Punkte entlang der Ausbreitungsrichtung) wird unter ei- nem Einfallswinkel von ca. 45° zur Polarisationsteilerschicht reflektiert und verlässt den Polarisationsteilerblock im wesentlichen senkrecht zur Einstrahlrichtung über eine entspiegelte Kathetenfläche Richtung drittes Prisma 33. Das im wesentlichen senkrecht zur Stablängsachse austretende, reflektierte Licht wird an der Spiegelfläche 36 des dritten Prismas um ca. 90° so umgelenkt, dass seine Ausbreitungsrichtung hinter der Spiegelfläche 36 im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung des von der Polarisationsteilerschicht 34 durchgelassenen Lichtes verläuft.The light mixing device 10 fulfills this requirement for an angle-maintaining light mixing because of the exclusively flat, reflecting, preferably totally reflecting interfaces on the integrator rod and prism arrangement. In addition, a setting of a defined polarization state at the outlet 11 of the light mixing device is made possible. In the integrator rod 20, due to permanent or induced or intrinsic birefringence of the rod material and a large number of skewed reflections on the side faces, considerable phase shifts between the different field components of the light can occur. As a result, the degree of polarization of the input light is normally difficult to control and partially polarized light emerges at the rod exit 22. This emerges from the exit surface 22 provided with an anti-reflective layer and via the anti-reflective entry surface 38 into the beam splitter block 35, in which the polarization splitter layer 34 is located at an angle of approximately 45 ° to the direction of radiation. This allows all light that vibrates in the plane of incidence (p-polarization, characterized by lines perpendicular to the direction of propagation) to pass through unhindered. All light that vibrates perpendicular to the plane of incidence (s-polarization, characterized by points along the direction of propagation) is reflected at an angle of incidence of approx. 45 ° to the polarization splitter layer and leaves the polarization splitter block essentially perpendicular to the direction of incidence via an anti-reflective catheter surface in the direction of the third prism 33. The reflected light emerging essentially perpendicular to the longitudinal axis of the rod is deflected on the mirror surface 36 of the third prism by approximately 90 ° such that its direction of propagation behind the mirror surface 36 is essentially parallel to the direction of propagation of the light transmitted by the polarization splitter layer 34.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird das durch die Schicht 34 transmittierte, p-polarisierte Licht durch die λ/2-Platte 45 verlustfrei in s- polarisiertes Licht umgewandelt, so dass beide Austrittsstrahlen s- polarisiert sind. Eine s-Polarisation am Eingang des REMA-Objektivs 13 ist bei solchen Ausführungsformen vorteilhaft, die, wie die Ausführungsform gemäß Fig. 1 , innerhalb des Objektivs einen Umlenkspiegel 15 aufweisen, der für s-Polarisation einen höheren Reflexionsgrad aufweist als für p-Polarisation.In the embodiment according to FIG. 1, the p-polarized light transmitted through the layer 34 is converted into s-polarized light by the λ / 2 plate 45 without loss, so that both exit beams are s-polarized. S polarization at the input of the REMA lens 13 is advantageous in those embodiments which, like the embodiment according to FIG. 1, have a deflection mirror 15 within the lens which has a higher reflectance for s polarization than for p polarization.
Bei der Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung 25 gemäß Fig. 3 wird dagegen die Polarisationsvorzugsrichtung der hinter der Spiegelflä- ehe s-polarisierten Strahlung durch die Verzögerungsplatte 46 um 90° gedreht, welche an den Austritt 41 des Spiegelprismas 33 angesprengt ist. Beide, übereinander liegenden Ausgänge (vgl. Fig. 2) haben nun i- dentische p-Polarisation.In the embodiment of a light mixing device 25 according to FIG. 3, on the other hand, the preferred polarization direction of the radiation polarized behind the mirror surface is rotated through 90 ° by the retardation plate 46, which is sprayed onto the outlet 41 of the mirror prism 33 is. Both outputs lying one above the other (see FIG. 2) now have identical p-polarization.
In beiden Fällen ergeben sich gleich polarisierte parallele Austrittsstrah- len, die in ihrer Gesamtfläche den für die Lichtaustrittsseite 11 derIn both cases, there are identically polarized parallel exit beams, the total area of which for the light exit side 11 of FIG
Lichtmischeinrichtung gewünschten Querschnitt, beispielsweise 12 x 22 mm, haben Dieser Querschnitt ist doppelt so groß wie der Querschnitt der Stabeintrittsfläche 21. Damit ist gleichzeitig eine winkelerhaltende Lichtmischeinrichtung mit einem bezüglich des Polarisationszustandes genau definierbaren Lichtaustritt geschaffen, bei dem der Querschnitt der Austrittsfläche 11 vom Querschnitt der Eintrittsfläche 21 abweicht. Neben dem gezeigten Faktor zwei sind auch andere Flächenverhältnisse möglich, insbesondere ganzzahlige Vielfache des Eintrittsflächenquerschnitts.Light mixing device have the desired cross section, for example 12 x 22 mm, this cross section is twice as large as the cross section of the rod entry surface 21. At the same time, this creates an angle-maintaining light mixing device with a light exit that can be precisely defined with respect to the polarization state, in which the cross section of the exit face 11 is of the cross section of the Entry surface 21 deviates. In addition to the factor two shown, other area ratios are also possible, in particular integer multiples of the entry area cross section.
Mit Hilfe dieses Querschnitts kann nun in y-Richtung (Fig. 2) gescannt werden. Über ein gut polarisationserhaltendes REMA-Objektiv 13 kann auch Retikel-Masking betrieben werden. Durch das Scannen ist die feine Trennung, die sich aufgrund des Luftspaltes 37 zwischen den über- einander liegenden Feldern I und II ergibt, bedeutungslos für die Abbildung. Für die Funktion fällt weiter auf, dass im oben liegenden, durch das dritte Prisma führenden Feld II eine längere Strecke mit Lichtmischung zurückgelegt wird. Auch dies ist für eine gleichmäßige Ausleuchtung bedeutungslos. Die Lichtmischwege bleiben jeder für sich optisch in ihrer Funktion vollständig erhalten, da alle freiliegenden Prismenflächen an den Kathetenflächen total reflektierend sind. Diese Kathetenflächen sind mit einer phasenerhaltenden Beschichtung belegt.With the help of this cross section, it is now possible to scan in the y direction (FIG. 2). Reticle masking can also be operated via a REMA objective 13 that maintains good polarization. By scanning, the fine separation that results due to the air gap 37 between the fields I and II lying one above the other is meaningless for the imaging. For the function, it is also noticeable that a longer distance with light mixing is covered in field II, which leads through the third prism. This is also irrelevant for uniform illumination. Each of the light mixing paths remains optically fully functional, since all exposed prism surfaces on the catheter surfaces are totally reflective. These catheter surfaces are coated with a phase-preserving coating.
Die gezeigten Lichtmischeinrichtungen 10 und 25 sind nicht nur bei weitgehend linear polarisiertem Eingangslicht nützlich, sondern liefern unabhängig vom Polarisationsgrad des Eingangslichts am Austritt 11 vollständig polarisiertes Licht mit s- oder p-Polarisation. Dies ist daraus ersichtlich, dass unabhängig von der Eingangspolarisation (z.B. unpola- risiert, zirkulär polarisiert, linear polarisiert oder mit rotierender linearer Polarisation) an der Strahlteilerfläche 34 jeweils p-Polarisation transmit- tiert und s-Polarisation zum Spiegel 36 reflektiert wird. Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 zeichnet sich gegenüber den obigen Ausführungsformen dadurch aus, dass das Austrittslicht der Lichtmischeinrichtung 50 im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse des Integratorstabes 51 abgegeben wird. Das Spiegelprisma 52 ist hinter dem Strahlteilerblock 53 in Verlängerung des Integratorstabes 51 so ange- ordnet, dass Licht mit p-Polarisation, welches durch die Strahlteilerfläche 54 ungehindert hindurchgeht, um 90° nach unten gelenkt wird. Die s- Komponente des in den Strahlteilerblock eintretenden Lichts wird an der Teilerfläche 54 rechtwinklig nach unten umgelenkt und durch eine nachgeschaltet λ/2-Platte 55 in Licht mit p-Polarisation verlustfrei umgewan- delt. Es ist leicht zu erkennen, dass die Anordnung zur Abgabe von s- polarisiertem Licht umgerüstet werden kann, indem die Verzögerungsplatte 55 vom Ausgang des Polarisationsteilerblocks 53 entfernt und hinter dem Ausgang des Spiegelprismas 52 angebracht wird.The light mixing devices 10 and 25 shown are not only useful in the case of largely linearly polarized input light, but independently of the degree of polarization of the input light at the outlet 11 deliver completely polarized light with s or p polarization. This is from it it can be seen that, regardless of the input polarization (for example unpolarized, circularly polarized, linearly polarized or with rotating linear polarization), p-polarization is transmitted on the beam splitter surface 34 and s-polarization is reflected to the mirror 36. The embodiment according to FIG. 4 is distinguished from the above embodiments in that the exit light of the light mixing device 50 is emitted essentially at right angles to the longitudinal axis of the integrator rod 51. The mirror prism 52 is arranged behind the beam splitter block 53 in the extension of the integrator rod 51 in such a way that light with p-polarization, which passes unhindered through the beam splitter surface 54, is directed downward by 90 °. The s component of the light entering the beam splitter block is deflected downwards at right angles on the splitter surface 54 and converted into light with p-polarization without loss by a downstream λ / 2 plate 55. It is easy to see that the arrangement for emitting s-polarized light can be converted by removing the delay plate 55 from the output of the polarization splitter block 53 and placing it behind the output of the mirror prism 52.
Die hier demonstrierte Möglichkeit, bei einer winkelerhaltenden Lichtmischeinrichtung mit Integratorstab die Lichtaustrittsrichtung wahlweise in Verlängerung des Stabes oder senkrecht dazu anzuordnen, erhöht die Freiheitsgrade bei der Konstruktion mit erfindungsgemäßen Lichtmischeinrichtungen ausgestatteter Beleuchtungssysteme.The possibility demonstrated here of arranging the light exit direction either in an extension of the rod or perpendicular to it in an angle-maintaining light mixing device with integrator rod increases the degrees of freedom in the construction of lighting systems equipped with light mixing devices according to the invention.
Die Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung 60 in Fig. 5 ist bezüglich Integratorstab 20 und Prismenanordnung 30 identisch zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 gestaltet. Im Unterschied zu dieser ist an den Austrittsflächen von Stahlteilerblock 35 und Spiegelprisma 33 je- weils eine λ/4-Verzögerungsplatte 61 , 62 angesprengt. Dadurch wird das aus der Prismenanordnung austretende, linear polarisierte Licht mit s- bzw. p-Polarisation jeweils in Licht mit zirkularer Polarisation umgewandelt, und zwar mit gleichläufigem Drehsinn der beiden Strahlen.The embodiment of a light mixing device 60 in FIG. 5 is designed identically to the embodiment according to FIGS. 1 and 2 with regard to integrator rod 20 and prism arrangement 30. In contrast to this, a λ / 4 delay plate 61, 62 is blasted onto the exit surfaces of the steel divider block 35 and the mirror prism 33. As a result, the linearly polarized light emerging from the prism arrangement is included s or p polarization is converted into light with circular polarization, with the same direction of rotation of the two beams.
Zirkular polarisiertes Licht, dessen Eigenschaften ähnlich denjenigen von unpolarisiertem Lichts sind, kann, gegebenenfalls ohne Zwischenschaltung eines REMA-Objektives, direkt auf ein Retikel aufgestrahlt werden und vermeidet die Entstehung von sogenannten H-V- Differenzen am Retikel, welche auftreten können, wenn bei Verwendung von linear polarisiertem Licht die typische Strukturbreiten am Retikel in der Größenordnung der verwendeten Lichtwellenlänge liegen. Bei Verwendung eines Projektionsobjektives mit Polarisationsstrahlteiler müsste das Licht dann vor Eintritt in den Strahlteilerblock durch eine weitere λ/4- Platte oder dergleichen in linear polarisiertes Licht geeignete Ausrichtung umgewandelt werden. Vorzugsweise stehen eine λ/4-Platte vor . dem Retikel und eine dem Retikel folgende λ/4-Platte exakt senkrecht zueinander. Dadurch kann die unvollständige λ/4-Wirkung bei sehr großer Apertur durch die nachfolgende λ/4-Platte vollständig kompensiert werden.Circularly polarized light, the properties of which are similar to those of unpolarized light, can be radiated directly onto a reticle, if necessary without the interposition of a REMA lens, and avoids the occurrence of so-called HV differences on the reticle, which can occur when using linear polarized light the typical structure widths on the reticle are in the order of magnitude of the light wavelength used. When using a projection objective with polarization beam splitter, the light would then have to be converted into a linearly polarized light suitable orientation by entering a further λ / 4 plate or the like before entering the beam splitter block. A λ / 4 plate preferably protrudes. the reticle and a λ / 4 plate following the reticle exactly perpendicular to each other. As a result, the incomplete λ / 4 effect with a very large aperture can be completely compensated for by the subsequent λ / 4 plate.
Zirkular polarisiertes Licht ist auch vorteilhaft in Verbindung mit einteiligen REMA-Objektiven ohne internen Spiegel nutzbar.Circularly polarized light can also be used advantageously in conjunction with one-piece REMA lenses without an internal mirror.
Die gegebenenfalls hohe Apertur im Integratorstab stellt bei Prismenanordnungen mit Polarisationsteilerschicht besonders hohe Anforderungen an die Winkelbelastbarkeit der Polarisationsteilerschicht. Diese sollte ihre polarisationsselektive Wirkung über einen möglichst großen Winkelbereich um eine Einstrahlrichtung bereitstellen. Zudem ergeben sich bei Systemen für kürzeste Arbeitswellenlängen, beispielsweise 193 nm oder 157 nm, Materialprobleme bei den Schichtmaterialien. Während für 193 nm bei einigen geeigneten Schichtmaterialien die Absorptionskante noch genügend weit entfernt ist, so dass die Materialien nicht oder nur geringfügig absorbieren, reduziert sich bei 157 nm die Auswahl geeigne- ter Schichtmaterialien im wesentlichen auf Magnesiumfluorid und Vertreter als niedrig brechendes Schichtmaterial und auf Lanthanfluorid, Bari- umfluorid und vergleichbare Materialien als hochbrechendes Schichtmaterial. Die größte Winkelbandbreite ist durch eine möglichst große Brechzahldifferenz der Schichtmaterialien erzielbar. Da aufgrund der begrenzten Materialauswahl insbesondere bei 157 nm nur geringe Brechzahldifferenzen erzielbar sind, bleibt als Maßnahme bei der Polarisationsteilerschicht im wesentlichen nur, die Zahl der Schichtpaare hochbrechend/niedrigbrechend zu erhöhen. Dies bringt herstellungs- technische und Lebensdauer-Probleme; zudem lässt sich die Winkelbelastbarkeit dadurch nicht beliebig erhöhen.The possibly high aperture in the integrator rod places particularly high demands on the angular strength of the polarization splitter layer in the case of prism arrangements with a polarization splitter layer. This should provide its polarization-selective effect over the largest possible angular range around an irradiation direction. In addition, in systems for the shortest working wavelengths, for example 193 nm or 157 nm, there are material problems with the layer materials. While the absorption edge is still sufficiently far away for 193 nm with some suitable layer materials so that the materials do not absorb or only absorb slightly, the selection at 157 nm is reduced. layer materials essentially on magnesium fluoride and representatives as low-refractive layer material and on lanthanum fluoride, barium fluoride and comparable materials as high-refractive layer material. The greatest angular bandwidth can be achieved by the greatest possible refractive index difference between the layer materials. Since only small differences in refractive index can be achieved due to the limited choice of materials, in particular at 157 nm, the only remaining measure for the polarization splitter layer is essentially to increase the number of layer pairs with high refractive index / low refractive index. This brings manufacturing and life-time problems; moreover, the angular load capacity cannot be increased arbitrarily.
Diese Probleme können durch Senkung der inneren Apertur des Integratorstabes entschärft werden, was zu einer Verminderung der Winkelbe- lastung der Polarisationsteilerschicht führt. Eine hiermit verbundene Querschnittsvergrößerung eines Integratorstabes würde bei unveränderter Baulänge eines Stabes die Zahl der Reflexionen vermindern, wodurch die Durchmischung und die Uniformität der Beleuchtung am Retikel leiden würde. Ein Ausgleich durch größere Baulängen kann zu kon- struktiven Schwierigkeiten in der Einbauumgebung führen; außerdem sind Transmissionsverluste durch Absorption über den längeren Weg im Stabmaterial, herkömmlich Kalziumfluorid oder Quarzglas, die Folge.These problems can be alleviated by lowering the inner aperture of the integrator rod, which leads to a reduction in the angular load on the polarization splitter layer. A related enlargement of the cross-section of an integrator rod would reduce the number of reflections if the length of the rod remains unchanged, as a result of which the mixing and uniformity of the illumination on the reticle would suffer. Compensating for larger lengths can lead to structural difficulties in the installation environment; furthermore, transmission losses are caused by absorption over a longer distance in the rod material, conventionally calcium fluoride or quartz glass.
Um bei verringerter Apertur des Stabes ausreichenden Transmissions- Wirkungsgrad und gute Durchmischung zu erhalten, können einzelne oder mehrere der folgend beschriebenen Maßnahmen alternativ oder kumulativ eingesetzt werden. Eine Maßnahme besteht darin, beim Stabmaterial vom herkömmlich verwendeten Kalziumfluorid auf Magnesiumfluorid zu wechseln, was die Transmission verbessert, da Magnesi- umfluorid ein deutlich höheren Abstand zur Absorptionskante aufweist. Eine hierdurch eingeführte Doppelberechung im Stabmaterial ist unproblematisch, da durch die nachgeschaltete Prismenanordnung ohnehin ein gewünschter Polarisationszustand verlustfrei wiederherstellbar ist. Weiterhin kann, gegebenenfalls unter Beibehaltung der herkömmlichen Baulänge, zwischen Stabeintritt und Austrittsfläche der Lichtmischeinrichtung eine Stabanordnung mit mindestens zwei Integratorstäben vorge- sehen sein, zwischen denen mindestens eine winkelerhaltende Umlenkeinrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise sind einfache oder mehrfache Faltungen des Lichtweges innerhalb der Lichtmischeinrichtung möglich. Bei mehr als zwei Faltungen ist neben einer flächigen Faltung auch eine räumliche Faltung denkbar.In order to obtain sufficient transmission efficiency and thorough mixing with a reduced aperture of the rod, one or more of the measures described below can be used alternatively or cumulatively. One measure consists in changing the rod material from the conventionally used calcium fluoride to magnesium fluoride, which improves the transmission, since magnesium fluoride is at a significantly greater distance from the absorption edge. A double calculation introduced in this way in the rod material is unproblematic, since the prism arrangement downstream of the one anyway Desired polarization state can be restored without loss. Furthermore, a bar arrangement with at least two integrator bars, between which at least one angle-maintaining deflection device is provided, can be provided between the bar inlet and outlet surface of the light mixing device, if necessary while maintaining the conventional overall length. In this way, single or multiple folds of the light path within the light mixing device are possible. With more than two folds, a spatial fold is also conceivable in addition to a flat fold.
Die Ausführungsform in Fig. 6 hat eine Lichtmischeinrichtung 70 mit vier Integratorstäben 71 , 72 , 73, 74, zwischen denen zur Umlenkung der Lichtlaufrichtung um jeweils 90° jeweils winkelerhaltende Umlenkeinrichtungen in Form von gleichschenkeligen 90°-Umlenkprismen 75, 76, 77 vorgesehen sind. Die Lichteintritts- und -austrittsflächen grenzen jeweils an Gas. Hinter dem Austritt des letzten Integratorstabes 74 ist eine Prismenanordnung 78 ähnlich der Anordnung gemäß Fig. 4 gezeigt, welche die Austrittsrichtung der beiden gleich polarisierten Strahlen senkrecht zur Längsachse des letzten Integratorstabes 74 und parallel zur Einstrahlrichtung am Eintritt des ersten Stabes 71 ausrichtet. Hinter der Lichtmischeinrichtung, die zur Abgabe von s-polarisiertem Licht ausgebildet ist, befindet sich ein geteiltes REMA-Objektiv 79 mit Umlenkspiegel. Der axiale Bauraum (Abstand zwischen Eintrittsfläche des ersten Integratorstabes 71 und Lichtaustritt an der Prismenanordnung) ist bei dieser Ausführungsform nur etwa halb so groß wie der gesamte Lichtweg, der sich im wesentlichen aus der Gesamtlänge der Integratorstäbe und der durchstrahlten Längen der Umlenkprismen sowie der Prismenanordnung ergibt.The embodiment in FIG. 6 has a light mixing device 70 with four integrator bars 71, 72, 73, 74, between which deflection devices in the form of isosceles 90 ° deflection prisms 75, 76, 77 are provided to deflect the direction of light movement by 90 ° in each case. The light entry and exit surfaces each border on gas. Behind the exit of the last integrator rod 74, a prism arrangement 78 similar to the arrangement according to FIG. 4 is shown, which aligns the exit direction of the two equally polarized beams perpendicular to the longitudinal axis of the last integrator rod 74 and parallel to the direction of incidence at the entrance of the first rod 71. A split REMA lens 79 with a deflecting mirror is located behind the light mixing device, which is designed to emit s-polarized light. The axial installation space (distance between the entry surface of the first integrator rod 71 and light exit at the prism arrangement) is only about half as large as the total light path in this embodiment, which essentially results from the total length of the integrator rods and the irradiated lengths of the deflection prisms and the prism arrangement ,
Die Ausführungsform einer Lichtmischeinrichtung 80 in Fig. 7 zeigt beispielhaft, dass auf kleinem Bauraum durch Parallelanordnung von zwei (oder mehreren) Integratorstäben 81 , 82 ein großer Lichtweg möglich ist, der ein Vielfaches des direkten Abstandes zwischen Eintritt im Integratorstab und Austritt an der Prismenanordnung betragen kann. Eine 180°- Umlenkung zwischen den Integratorstäben wird durch zwei identisch dimensionierte, spiegelbildlich angeordnete, total reflektierende Umlenkprismen 83, 84 zwischen Austritt des ersten Stabes 81 und Eintritt des zweiten Stabes 82 erreicht. Zwischen den Integratorstäben und zwischen diesen und den zugeordneten Umlenkprismen besteht jeweils ein ausreichender kleiner Luftabstand, um Totalreflexion innerhalb der geradflächig begrenzten optischen Komponenten zu ermöglichen.The embodiment of a light mixing device 80 in FIG. 7 shows, by way of example, that a large light path is possible in a small installation space by arranging two (or more) integrator bars 81, 82 in parallel, which can be a multiple of the direct distance between entry in the integrator rod and exit at the prism arrangement. A 180 ° deflection between the integrator rods is achieved by two identically dimensioned, totally reflecting deflection prisms 83, 84 arranged between the exit of the first rod 81 and the entry of the second rod 82. There is a sufficiently small air gap between the integrator bars and between them and the associated deflection prisms in order to allow total reflection within the optical components which are delimited by the straight surface.
Eine andere, alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen Maßnahmen anwendbare Maßnahme besteht darin, einen Integratorstab ggf. in seiner Länge zu belassen, durch Querschnittserhöhung die innere Apertur zu senken und am Stab mindestens einen geteilten Stababschnitt vorzusehen, der zwei oder mehr total reflektierende Stäbchen aufweist, deren Gesamtquerschnitt im wesentlichen dem ursprünglichen Stabquerschnitt entspricht. Durch die Querschnittsverringerung in den Stäbchen des geteilten Stabquerschnittes wird insgesamt die Zahl der Reflexionen erhöht, so dass die austrittseitige Uniformität verbessert werden kann. Ein Beispiel eines solchen Integratorstabes 90 ist in Fig. 8 gezeigt. Er hat einen eintrittsseitigen ersten Stababschnitt 91 mit drei identisch dimensionierten Stäbchen 92, einen darauf folgenden zweiten geteilten Stababschnitt 93, der auf gleichem Querschnitt nur zwei identische Stäbchen 94 hat, sowie austrittsseitig einen ungeteilten Stababschnitt 95, dessen Länge so dimensioniert ist, dass eine ausreichende Durchmischung insgesamt gewährleistet ist. Statt der beispielhaft gezeigten, zweifach gestuften Teilung ist es auch möglich nur einen geteilten Abschnitt und einen ungeteilten Stababschnitt vorzusehen oder mehr als zwei geteilte Abschnitte, die einem ungeteilten Stababschnitt vorange- hen. Auch hier ist darauf zu achten, dass die lateral einander gegenüberliegenden Grenzflächen der Stäbchen einen geringen Abstand zueinander haben, so dass sie total reflektierend wirken können. Bei Verwendung einer Polarisationsteilerschicht, die schräg zur Ausbreitungsrichtung eines geöffneten Lichtbündels ausgerichtet ist, wird der Polarisationsgrad der durchtretenden Strahlung über den Öffnungswin- kel bzw. die Apertur der Strahlen variieren, und zwar unsymmetrisch zu der der Ausbreitungsrichtung entsprechenden Richtung (entsprechend Apertur NA=0). Dies wird anhand von Fig. 9 verdeutlicht, wo gezeigt ist, dass bei einem geöffneten Strahlbüschel 100, welches sich parallel zur Längsachse 101 eines Integratorstabes 102 ausbreitet, die Randstrah- len des Strahlbüschels mit unterschiedlichen Inzidenzwinkeln auf die Polarisationsteilerschicht 103 auffallen. Dabei variiert der Inzidenzwinkel (Winkel zwischen Einfallsrichtung und Flächennormalen der Polarisationsteilerschicht) symmetrisch um den Inzidenzwinkel der Einfallsrichtung (normalerweise ca. 45°). Da jedoch der Transmissionsgrad einer Polarisationsteilerschicht normalerweise nicht symmetrisch um den mittleren Einfallswinkel (typischerweise im Bereich von 45°, nahe dem Brewster-Winkel) variiert, ergibt sich für die Strahlen des Büschels insgesamt in Bezug auf die Einstrahlrichtung (NA=0) eine unsymmetrische Transmission T für p-polarisiertes Licht. Diese Situation ist schematisch in Fig. 10 (a) gezeigt.Another measure that can be used as an alternative or in addition to the measures described consists in keeping an integrator rod possibly in its length, lowering the inner aperture by increasing the cross-section and providing at least one divided rod section on the rod which has two or more totally reflecting rods, whose overall cross-section essentially corresponds to the original cross-section of the rod. By reducing the cross section in the rods of the divided rod cross section, the total number of reflections is increased, so that the exit-side uniformity can be improved. An example of such an integrator rod 90 is shown in FIG. 8. It has an entry-side first rod section 91 with three identically dimensioned rods 92, a subsequent second divided rod section 93, which has only two identical rods 94 with the same cross-section, and an undivided rod section 95 on the outlet side, the length of which is dimensioned such that sufficient mixing is guaranteed overall. Instead of the two-stage division shown by way of example, it is also possible to provide only one divided section and one undivided rod section or more than two divided sections which precede an undivided rod section. Here too, care must be taken that the laterally opposite boundary surfaces of the rods are at a short distance from one another so that they can have a totally reflective effect. When using a polarization splitter layer, which is oriented obliquely to the direction of propagation of an open light beam, the degree of polarization of the radiation passing through will vary over the opening angle or the aperture of the rays, namely asymmetrically to the direction corresponding to the direction of propagation (corresponding to aperture NA = 0). , This is illustrated with the aid of FIG. 9, where it is shown that with an open beam bundle 100, which extends parallel to the longitudinal axis 101 of an integrator rod 102, the marginal beams of the beam bundle strike the polarization splitter layer 103 with different incidence angles. The angle of incidence (angle between the direction of incidence and the surface normal of the polarization splitter layer) varies symmetrically around the angle of incidence of the direction of incidence (normally approx. 45 °). However, since the transmittance of a polarization splitter layer normally does not vary symmetrically around the mean angle of incidence (typically in the range of 45 °, close to the Brewster angle), the rays of the tuft as a whole have an asymmetrical transmission with respect to the direction of incidence (NA = 0) T for p-polarized light. This situation is shown schematically in Fig. 10 (a).
Die asymmetrische Polarisation für die geöffneten Büschel wird durch einen spiegelsymmetrischen Aufbau der Polarisationsteilerschichten in Bezug auf diese Spiegelebene kompensiert, welche in Längsrichtung des Stabes verläuft und eine Schnittlinie zwischen den Polarisationsteilerflächen enthält. Durch diese Anordnung ergibt sich am Austritt eine zur Einstrahlrichtung symmetrische Verteilung des Gesamt- Transmissionsgrades für p-Polarisation (Fig. 10(b)). Erreicht wird dies im gezeigten Beispiel durch eine Prismenanordnung 105, die eine erste Prismengruppe 106 und eine zweite Prismengruppe 107 aufweist, wobei die beiden Prismengruppen spiegelsymmetrisch zu der genannten Spiegelebene des Integratorstabes 102 angeordnet sind. Jede Prismen- gruppe ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie die Prismenanordnung 30 in Fig. 3, wobei die spiegelsymmetrisch zueinander liegenden zweiten Prismen 32 hinter den im rechten Winkel zueinander ausgerichteten Polarisationsteilerschichten 103, 104 zu einem einzigen Prisma 108 integriert sind. Diese Prismenanordnung hat zwei spiegelsymmetrisch zur Spiegelfläche des Integratorstabs ausgerichtete, jeweils um ca. 45° zur Längsachse des Stabes ausgerichtete Polarisationsteilerflächen 103, 104, deren asymmetrische Wirkungen auf die einfallende Strahlung sich gegenseitig kompensieren.The asymmetrical polarization for the opened tufts is compensated for by a mirror-symmetrical structure of the polarization splitter layers with respect to this mirror plane, which runs in the longitudinal direction of the rod and contains an intersection line between the polarization splitter surfaces. This arrangement results in a symmetrical distribution of the total transmittance for p-polarization at the exit (FIG. 10 (b)). In the example shown, this is achieved by a prism arrangement 105 which has a first prism group 106 and a second prism group 107, the two prism groups being arranged mirror-symmetrically to the mirror plane of the integrator rod 102. Any prism Group is constructed essentially the same as the prism arrangement 30 in FIG. 3, the second prisms 32, which are mirror-symmetrical to one another, being integrated into a single prism 108 behind the polarization splitter layers 103, 104 which are oriented at right angles to one another. This prism arrangement has two polarization splitter surfaces 103, 104, which are aligned mirror-symmetrically to the mirror surface of the integrator rod, each oriented by approximately 45 ° to the longitudinal axis of the rod, the asymmetrical effects of which on the incident radiation compensate one another.
Durch ein entsprechendes Apodisierungsfilter im REMA-Objektiv lässt sich dieser Wert des Polarisationsgrades gleichmäßig über die Pupille einstellen. Eine Apodisierung ist jedoch in Regel weder notwendig noch zweckmäßig. Für den Interferenzkontrast, der bei den hier im Vorder- grund stehenden Beleuchtungsarten Ringfeld und Dipolbeleuchtung ma- ximiert werden soll, ist der Abgleich der Teilintensitäten von miteinander interferierenden Strahlen schon durch den vorgeschlagenen symmetrischen Aufbau erreicht. Da ein Apodisierungsfilter in aller Regel Licht vernichtet, kann es Dank der symmetrischen Prismenanordnung wegge- lassen werden. Der symmetrische Aufbau einer Prismenanordnung gemäß Fig. 9 verkleinert bei vergrößerter Stabgeometrie wieder die Prismen um einen Faktor 2. Dies kann vorteilhaft sein, da die einzelnen Prismen zwar bestmöglich bezüglich Kristallorientierung eingesetzt werden müssten, es kann aber, insbesondere bei 157nm, ein unkompen- sierbarer, aperturbedingter Beitrag der intrinsischen Doppelbrechung bleiben. Bei größeren Wellenlängen, beispielsweise 193nm, ist dies kein Problem, da hier Prismen aus synthetischem Quarzglas ohne intrinsi- sche Doppelbrechung verwendet werden können. Dementsprechend ist hier, wie bei allen anderen Ausführungsformen, eine Kombination unter- schiedlicher geeigneter Materialien für Integratorstab und die Prismen von Prismenanordnungen und Umlenkeinrichtungen möglich. Anhand von Fig. 11 wird beispielhaft ein möglicher Gesamtaufbau der optischen Komponenten einer Projektionsbelichtungsanlage 110 gezeigt, welche ein Beleuchtungssystem 111 zur Beleuchtung einer Photomaske 112 sowie ein Projektionsobjektiv 113 zur Abbildung der Pho- tomaske auf einen in der Bildebene 114 des Projektionsobjektivs angeordneten Wafer umfasst. Das Beleuchtungssystem hat als Lichtquelle einen gepulsten Laser 115, hinter dem eine um die optische Achse des Systems drehbare λ/2-Platte 116 angeordnet ist. Eine dieser nachgeschaltete Optik 117 überträgt das Licht in die winkelerhaltende, polarisa- tionsoptimierte Lichtmischeinrichtung 118, die bezüglich Aufbau und Funktion der Lichtmischeinrichtung 10 in Fig. 1 im wesentlichen entspricht und zur Abgabe von vollständig s-polarisierten Licht ausgebildet ist. Das voll polarisierte Austrittslicht trifft ohne Zwischenschaltung eines REMA-Objektives direkt auf die Photomaske 112. Wenn eine Beleuch- tung der Maske mit zirkulär polarisiertem Licht gewünscht ist, kann vor und hinter der Maske jeweils eine λ/4-Platte angeordnet sein. Das hinter der Maske 112 s-polarisierte Licht trifft auf eine schräg im Lichtweg angeordnete Polarisationsteilerschicht 117 eines Strahlteilerblocks 118 des Projektionsobjektivs und wird Richtung Konkavspiegel 119 des Objektivs umgelenkt. Eine zwischen Strahlteilerblock und Konkavspiegel angeordnete λ/4-Platte 120 sorgt dafür, dass der Konkavspiegel und die vorgeschalteten Linsen mit zirkulär polarisiertem Licht betrieben werden, während das auf die Strahlteilerfläche 117 rückreflektierte Licht p-polarisiert ist und somit von der Schicht 17 in Richtung eines dem Strahlteilerwür- fei nachgeschalteten, dioptrischen Objektivteils des Projektionsobjektivs durchgelassen wird. Dieser kann einen Umlenkspiegel 121 enthalten, um eine Parallelstellung von Photomaske 112 und Wafer 114 zu erreichen. Eine optionale λ/2-Platte zwischen Strahlteilerwürfel und Umlenkspiegel kann dafür sorgen, dass der Spiegel 121 mit s-Polarisation be- trieben wird, um dessen Reflexionsgrad zu erhöhen. Eine in Richtung Wafer nachfolgende λ/4-Platte 122 sorgt für eine Beleuchtung des Wa- fers und vorgeschaltete Objektivlinsen mit zirkulär polarisiertem Licht. Bei der Mikrolithographie mit gepulsten Lasern ist eine gute Lichtstabilität zwischen den einzelnen Lichtpulsen des Lasers 8 erwünscht, da nur eine endliche Anzahl von Pulsen beim Scannen zu einer Belichtung bei- trägt. Um die beiden übereinander liegenden Scanfelder inversiv auszuleuchten, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die einfachste besteht darin, die Polarisation des Eingangslichtes zwischen einzelnen Pulsen oder Pulsgruppen jeweils um 90° zu drehen. Damit invertiert jeder Punkt in der Gesamtaustrittsfläche 11 der Lichtmischeinrichtung laufend von Puls zu Puls bzw. von Pulsgruppe zu Pulsgruppe seine Helligkeit derart, dass zwei zugeordnete Pulse oder Pulsgruppen einen zeitlichen Mittelwert ergeben, der frei von jeglichen Polarisationseigenschaften den Mittelwert der abgegebenen Pulse aus dem Laser repräsentiert. Dementsprechend ist bei Verwendung von gepulsten Lasern vorzugsweise zwi- sehen der Lichtquelle und dem Integratorstab eine Einrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung des vom Laser abgegebenen Lichtes vorgesehen, z.B. eine drehbare λ/2-Platte 116. Diese wird bevorzugt so angesteuert, dass während eines Belichtungsintervalls Licht mit unterschiedlichen Ausrichtungen der Polarisationsvorzugsrichtung etwa gleich häufig in die Lichtmischeinrichtung eintritt. Damit wird eine zeitliche Mittlung verschiedener Polarisationszustände am Austritt erreicht.An appropriate apodization filter in the REMA lens allows this value of the degree of polarization to be adjusted uniformly via the pupil. However, apodization is usually neither necessary nor appropriate. For the interference contrast, which is to be maximized in the foreground illumination types ring field and dipole illumination, the adjustment of the partial intensities of interfering beams is already achieved through the proposed symmetrical structure. Since an apodization filter generally destroys light, it can be omitted thanks to the symmetrical prism arrangement. 9 reduces the prisms by a factor of 2 when the rod geometry is enlarged. This can be advantageous since the individual prisms would have to be used in the best possible way with regard to crystal orientation, but it can be uncompensated, particularly at 157 nm , aperture-related contribution of intrinsic birefringence remains. This is not a problem at longer wavelengths, for example 193 nm, since prisms made of synthetic quartz glass can be used without intrinsic birefringence. Accordingly, as with all other embodiments, a combination of different suitable materials for the integrator rod and the prisms of prism arrangements and deflection devices is possible. 11 shows a possible overall structure of the optical components of a projection exposure system 110, which comprises an illumination system 111 for illuminating a photomask 112 and a projection objective 113 for imaging the photomask onto a wafer arranged in the image plane 114 of the projection objective. The lighting system has a pulsed laser 115 as the light source, behind which is arranged a λ / 2 plate 116 which can be rotated about the optical axis of the system. One of these downstream optics 117 transmits the light into the angle-maintaining, polarization-optimized light mixing device 118, which essentially corresponds to the structure and function of the light mixing device 10 in FIG. 1 and is designed to emit completely s-polarized light. The fully polarized exit light strikes the photomask 112 without the interposition of a REMA lens. If illumination of the mask with circularly polarized light is desired, a λ / 4 plate can be arranged in front of and behind the mask. The light polarized behind the mask 112 strikes a polarization splitter layer 117 of a beam splitter block 118 of the projection objective arranged obliquely in the light path and is deflected in the direction of the concave mirror 119 of the objective. A λ / 4 plate 120 arranged between the beam splitter block and the concave mirror ensures that the concave mirror and the upstream lenses are operated with circularly polarized light, while the light reflected back onto the beam splitter surface 117 is p-polarized and thus from the layer 17 in the direction of one the dioptric lens part of the projection lens downstream of the beam splitter cube is let through. This can include a deflection mirror 121 in order to achieve a parallel position of the photomask 112 and the wafer 114. An optional λ / 2 plate between the beam splitter cube and the deflecting mirror can ensure that the mirror 121 is operated with s-polarization in order to increase its degree of reflection. A λ / 4 plate 122 following in the direction of the wafer provides for illumination of the wafer and upstream objective lenses with circularly polarized light. In microlithography with pulsed lasers, good light stability between the individual light pulses of the laser 8 is desired, since only a finite number of pulses contribute to an exposure when scanning. There are various options for inversively illuminating the two scan fields one above the other. The simplest is to rotate the polarization of the input light between individual pulses or pulse groups by 90 °. Each point in the total exit surface 11 of the light mixing device thus continuously inverts its brightness from pulse to pulse or from pulse group to pulse group in such a way that two assigned pulses or pulse groups result in a temporal mean value which, free of any polarization properties, represents the mean value of the pulses emitted from the laser , Accordingly, when using pulsed lasers, a device for rotating the polarization direction of the light emitted by the laser, for example a rotatable λ / 2 plate 116, is preferably provided between the light source and the integrator rod. This is preferably controlled in such a way that light is emitted during an exposure interval with different orientations of the preferred polarization direction occurs approximately equally often in the light mixing device. A temporal averaging of different polarization states at the exit is thus achieved.
Die Anlage kann mit höchsten Wirkungsgrad bei allen Beleuchtungsarten, insbesondere Ringfeld-, Quadrupol- oder Dipolbeleuchtung betrie- ben werden. Der Einsatz von Phasenmasken ist uneingeschränkt möglich. Durch den Scan-Modus (in y-Richtung) ist die Retikelebene faktisch völlig gleichmäßig ausgeleuchtet. Durch Ansteuerung der rotierenden λ/2-Platte 116 in der Weise, dass während eine Belichtungsintervalls etwa gleich viele Pulse mit orthogonal zueinander ausgerichteten Polari- sationsvorzugsrichtungen durchgelassen werden, wird im zeitlichen Mittel eine gleichmäßige Beleuchtung beider Ausgänge der Lichtmischeinrichtung 118 erreicht. Zahlreiche Variante des Systems, beispielsweise mit REMA-Objektiv zwischen Lichtmischeinrichtung und Retikelebene sind ebenfalls möglich.The system can be operated with maximum efficiency for all types of lighting, in particular ring field, quadrupole or dipole lighting. The use of phase masks is possible without restrictions. The scan mode (in the y direction) literally illuminates the reticle plane completely uniformly. By actuating the rotating λ / 2 plate 116 in such a way that approximately the same number of pulses with orthogonally aligned polarization preferred directions are transmitted during an exposure interval, uniform illumination of both outputs of the light mixing device 118 is achieved on average over time. Numerous variants of the system, for example with a REMA lens between the light mixing device and the reticle level are also possible.
Bei Verwendung von abbildenden Optiken zwischen Lichtmischeinrich- tung und Retikel ist zu beachten, dass der am Austritt der Lichtmischeinrichtung ideal präparierte Polarisationszustand, beispielsweise mit s- oder p-Polarisation, durch optische Komponenten innerhalb des nachfolgenden Objektivs noch verändert werden kann, beispielsweise durch intrinsische Spannungsdoppelberechung im Linsenmaterial. Dies Prob- lern kann durch Verwendung eines anhand Fig. 12 beispielhaft erläuterten Polarisationsfilters 130 vermindert werden, welches hier als Zwi- schenpolarisator dient, um den eingangs des Objektivs 131 optimal präparierten Polarisationszustand mit p-Polarisation wieder „aufzufrischen". Das Polarisationsfilter hat eine Prismenanordnung mit mindestens drei, normalerweise deutlich mehr, im wesentlichen gleichschenkeligen Prismen, die ineinandergreifend so angeordnet sind, dass einander zugewandte Kathetenflächen der Prismen eine den gesamten Querschnitt des Filters übergreifende Zick-Zack-Anordnung bilden. Die Prismen sind bezüglich ihrer Hypotenusen im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse nebeneinander liegend angeordnet. Die gesamte Prismenanordnung ist hier auf einem gesonderten, planparallelen, transparenten Träger 143 befestigt, der gegebenenfalls auch einstückig mit den darauf angebrachten Prismen ausgebildet sein kann.When using imaging optics between the light mixing device and the reticle, it should be noted that the ideally prepared polarization state at the exit of the light mixing device, for example with s or p polarization, can still be changed by optical components within the subsequent objective, for example by intrinsic voltage double calculation in the lens material. This problem can be reduced by using a polarization filter 130 explained by way of example with reference to FIG. 12, which serves here as an intermediate polarizer in order to “refresh” the polarization state with p-polarization optimally prepared at the entrance of the objective 131. The polarization filter has a prism arrangement with at least three, usually significantly more, essentially isosceles prisms, which are arranged in an interlocking manner in such a way that facing catheter surfaces of the prisms form a zigzag arrangement that spans the entire cross-section of the filter The entire prism arrangement is fastened here on a separate, plane-parallel, transparent carrier 143, which can optionally also be formed in one piece with the prisms attached to it.
Zwischen den einander gegenüberliegenden Kathetenflächen ist jeweils eine Polarisationsteilerschicht angeordnet. Dadurch entstehen lückenlos aneinander grenzende Paare von Polarisationsteilerschichten 140, 141 , wobei die Schichten eines Paares jeweils unter Einschluss eines Winkels von ca. 90° derart in Richtung des einfallenden Lichts geneigt sind, dass von einer Polarisationsteilerfläche des Paares reflektiertes (s- polarisiert.es) Licht in Richtung der zugeordneten anderen Polarisationsteilerfläche umgelenkt und von dieser nochmals umgelenkt wird in eine Ausbreitungsrichtung, die im wesentlichen gegenparallel zur Einfallsrichtung des Lichts verläuft. Somit ist ein polarisationsselektiver Retro- Reflektor geschaffen, der (im Schnitt) nach Art eines (zweidimensiona- len) Katzenauges arbeitet, nur Licht mit p-Polarisation durchlasst und s- polarisiertes Licht vollständig rückreflektiert. Die gezeigte Form hat einen hohen Wirkungsgrad auch bei erheblicher Winkelbelastung, da keine geometrische Abschattung stattfindet.A polarization splitter layer is arranged in each case between the opposing catheter surfaces. This creates seamlessly adjacent pairs of polarization splitter layers 140, 141, the layers of a pair being inclined at an angle of approximately 90 ° in the direction of the incident light in such a way that the polarization splitter surface of the pair reflects (s-polarized.es) Light is deflected in the direction of the assigned other polarization splitting surface and is deflected again by this into one Direction of propagation, which runs essentially counter-parallel to the direction of incidence of the light. This creates a polarization-selective retro reflector that works (on average) like a (two-dimensional) cat's eye, only allows light with p-polarization to pass through and s-polarized light is completely reflected back. The shape shown has a high efficiency even with considerable angular loading, since there is no geometric shading.
Dieses Prinzip der Zwischenpolarisierung verschlechtert nicht die Uni- formität im Retikel, da der Zwischenpolarisator 130 im Bereich der Pupille des REMA-Objektives und damit an einem zur Ort der Projektionsobjektiv-Pupille konjugiertem Ort liegt. Der Zwischenpolarisator kann an seinem Ausgang mit einem optischen Element 150 zur Erzeugung einer gewünschten Ausgangspolarisation aus dem hinter dem Zwischenpola- risator ideal p-polarisierten Licht kombiniert werden. Es kann sich beispielsweise um eine Rasterplatte mit einer Vielzahl von geeigneten orientierten λ/2-Facetten zur Herstellung von tangentialer Polarisation handeln. Ein solches Bauteil ist beispielsweise in der DE 195 35 392 offenbart, dessen Offenbarungsgehalt insoweit durch Bezugnahme zum In- halt dieser Beschreibung gemacht wird.This principle of intermediate polarization does not worsen the uniformity in the reticle, since the intermediate polarizer 130 lies in the region of the pupil of the REMA objective and thus at a location conjugated to the location of the projection objective pupil. At its output, the intermediate polarizer can be combined with an optical element 150 to generate a desired output polarization from the ideally p-polarized light behind the intermediate polarizer. For example, it can be a grid plate with a large number of suitable oriented λ / 2 facets for producing tangential polarization. Such a component is disclosed, for example, in DE 195 35 392, the disclosure content of which is made by reference to the content of this description.
Ein Polarisationsfilter nach Art des Polarisationsfilters 130 kann unabhängig von den sonstigen hier beschriebenen Merkmalen der Erfindung auch in anderen optischen Einrichtungen eingesetzt werden, um aus weitgehend senkrecht zur Filterebene auftreffendem Licht mit beliebigem Polarisationszustand Komponenten mit s-Polarisation durch Rückreflexion zu blockieren und nur p-Polarisation durchzulassen. Eine Anordnung im Bereich kleiner Winkelbelastungen, beispielsweise im Bereich einer Pupille eines Objektivs, ist vorteilhaft für einen hohen Filter- Wirkungsgrad. A polarization filter of the type of polarization filter 130 can be used in other optical devices, regardless of the other features of the invention described here, in order to block components with s-polarization by back reflection and only p-polarization from light incident largely perpendicular to the filter plane with any polarization state pass. An arrangement in the area of small angular loads, for example in the area of a pupil of an objective, is advantageous for a high filter efficiency.

Claims

Patentansprüche claims
1. Beleuchtungssystem für eine optische Einrichtung, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, mit einer Lichtmischeinrichtung, die folgende Merkmale aufweist: mindestens einen Integratorstab, der eine Eintrittsfläche zum Empfang von Licht einer Lichtquelle und eine Austrittsfläche zur Abgabe von durch den Integratorstab gemischten Austrittslicht aufweist, sowie mindestens eine Prismenanordnung zum Empfang von Austrittslicht und zur Veränderung des Polarisationszustandes des Austrittslichts, wobei die Pπsmenanordnung mindestens eine quer zur Ausbreitungsrichtung des Austrittslichts ausgerichtete Polarisationsteilerfläche aufweist.1. Illumination system for an optical device, in particular for a projection exposure system for microlithography, with a light mixing device which has the following features: at least one integrator rod which has an entry surface for receiving light from a light source and an exit surface for emitting exit light mixed by the integrator rod , as well as at least one prism arrangement for receiving exit light and for changing the polarization state of the exit light, wherein the prism arrangement has at least one polarization splitter surface oriented transversely to the direction of propagation of the exit light.
2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , bei dem die Prismenanordnung mindestens eine Spiegelfläche aufweist, die in Bezug auf die Polarisationsteilerfläche entweder derart angeordnet ist, daß von der Polarisationsteilerfläche reflektiertes Licht mit Hilfe der Spiegelfläche in eine Ausbreitungsrichtung umlenkbar ist, die im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung des von der Polarisationsteilerfläche durchgelassenen Lichtes verläuft oder derart angeordnet ist, daß von der Polarisationsteilerfläche durchgelassenes Licht mit Hilfe der Spiegelfläche in eine Ausbreitungsrichtung umlenkbar ist, die im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung des von der Polarisationsteilerfläche reflektierten Lichtes verläuft.2. Lighting system according to claim 1, wherein the prism arrangement has at least one mirror surface, which is arranged with respect to the polarization splitter surface either such that light reflected from the polarization splitter surface can be deflected with the aid of the mirror surface in a direction of propagation which is substantially parallel to the direction of propagation of the light transmitted by the polarization splitter surface runs or is arranged such that light transmitted by the polarization splitter surface can be deflected with the aid of the mirror surface in a direction of propagation which is essentially parallel to the direction of propagation of the light reflected by the polarization splitter surface.
3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem an der Polarisationsteilerfläche eine optisch wirksame Polarisationsteilerschicht angeordnet ist, die vorzugsweise ein optisch wirksames Mehrschichtsystem mit Schichten aus abwechselnd hochbrechen- dem oder niedrigbrechendem, transparenten dielektrischen Material aufweist.3. Lighting system according to claim 1 or 2, in which an optically effective polarization splitter layer is arranged on the polarization splitter surface, which preferably has an optically active multilayer system with layers of alternately high breakdown the or low-refractive index, transparent dielectric material.
4. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Prismenanordnung einen Polarisationsteilerblock mit einem ersten und einem zweiten Prisma aufweist, die einander zugewandte Grenzflächen aufweisen, zwischen denen die Polarisationsteilerfläche, insbesondere die Polarisationsteilerschicht, angeordnet ist.4. Lighting system according to one of the preceding claims, in which the prism arrangement has a polarization splitter block with a first and a second prism, which have mutually facing interfaces between which the polarization splitter surface, in particular the polarization splitter layer, is arranged.
5. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Prismenanordnung mindestens ein als Spiegelprisma dienendes Prisma aufweist, bei dem eine Grenzfläche die Spiegelfläche bildet, wobei die Spiegelfläche vorzugsweise total reflektierend ist.5. Lighting system according to one of claims 2 to 4, in which the prism arrangement has at least one prism serving as a mirror prism, in which an interface forms the mirror surface, the mirror surface preferably being totally reflective.
6. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Prismenanordnung mindestens eine Baugruppe mit drei Prismen aufweist, wobei zwei der drei Prismen einander zugewandte Hypotenusenflächen haben, zwischen denen die Polarisationsteilerfläche liegt und das dritte Prisma eine Hypotenusenfläche hat, welche die Spiegelfläche bildet.6. Lighting system according to one of the preceding claims, in which the prism arrangement has at least one assembly with three prisms, two of the three prisms having mutually facing hypotenuse surfaces, between which the polarization splitting surface lies and the third prism has a hypotenuse surface which forms the mirror surface.
7. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Prismenanordnung für den Lichteintritt oder Lichtaustritt vorgesehene Grenzflächen hat und mindestens ein Teil der Grenzflächen mit einer Entspiegelungsschicht belegt ist.7. Lighting system according to one of the preceding claims, in which the prism arrangement has interfaces provided for the light entry or exit and at least some of the interfaces are coated with an anti-reflective layer.
8. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem zwischen der Austrittsfläche des Integratorstabes und einer Eintrittsfläche des Polarisationsteilerblocks und/oder zwischen einer Lichtaustrittsfläche des Polarisationsteilerblocks und einem Umlenkprisma ein materialfreier Spalt gebildet ist, wobei der Spalt vorzugsweise eine Spaltbreite hat, die in der Größenordnung einiger Wellenlängen der verwendeten Lichtwellenlänge liegt.8. Lighting system according to one of claims 4 to 7, in which a material-free gap is formed between the exit surface of the integrator rod and an entry surface of the polarization splitter block and / or between a light exit surface of the polarization splitter block and a deflecting prism, the gap preferably has a slit width which is on the order of a few wavelengths of the light wavelength used.
9. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Prismenanordnung mindestens eine erste Austrittsfläche zum Austritt von durch die Polarisationsteilerfläche transmit- tiertem Licht und mindestens eine zweite Austrittsfläche zum Austritt von durch die Polarisationsteilerfläche reflektiertem Licht aufweist, wobei mindestens einer der Austrittsflächen eine optische Einrichtung zur Änderung des Polarisationszustandes von durchtretendem Licht nachgeschaltet ist, insbesondere ein Verzögerungselement9. Lighting system according to one of the preceding claims, wherein the prism arrangement has at least one first exit surface for the exit of light transmitted through the polarization splitting surface and at least one second exit surface for exit of light reflected by the polarization dividing surface, at least one of the exit surfaces having an optical device for changing the polarization state of light passing through, in particular a delay element
10. Beleuchtungssystem nach Anspruch 9, bei dem einer der Austrittsflächen eine Einrichtung zur Drehung der Polarisationsvorzugsrichtung des durchtretenden Lichts um 90° nachgeschaltet ist, insbesondere in Form einer Halbwellenlängenplatte.10. Lighting system according to claim 9, in which one of the exit surfaces is followed by a device for rotating the preferred polarization direction of the passing light by 90 °, in particular in the form of a half-wave plate.
11. Beleuchtungssystem nach Anspruch 8 oder 9, bei dem beiden Austrittsflächen jeweils eine Einrichtung zur Umwandlung von eintretenden linear polarisierten Licht in zirkulär polarisiertes Licht, insbesondere eine Viertelwellenlängenplatte, nachgeschaltet ist.11. Lighting system according to claim 8 or 9, in each of the two exit surfaces a device for converting incoming linearly polarized light into circularly polarized light, in particular a quarter-wave plate, is connected downstream.
12. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Polarisationsteilerfläche derart ausgerichtet ist, daß eine Schnittlinie zwischen der Polarisationsteilerfläche und einer senkrecht zur Austrittsrichtung des Lichts ausgerichteten Ebene quer, insbesondere senkrecht zu einer Richtung (y-Richtung) liegt, die einer Scanrichtung eines Wafer-Scanners zugeordnet ist.12. Lighting system according to one of the preceding claims, wherein the polarization splitter surface is oriented such that an intersection line between the polarization splitter surface and a plane oriented perpendicular to the exit direction of the light is transverse, in particular perpendicular to a direction (y-direction) which is a scanning direction of a Wafer scanner is assigned.
13. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Prismenanordnung eine erste Prismengruppe mit ei- ner ersten Polarisationsteilerfläche und eine zweite Prismengruppe mit einer zweiten Polarisationsteilerfläche aufweist, wobei die erste und die zweite Prismengruppe spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene des Integratorstabs angeordnet sind.13. Lighting system according to one of the preceding claims, wherein the prism arrangement a first prism group with egg ner first polarization splitter surface and a second prism group with a second polarization splitter surface, wherein the first and the second prism group are arranged mirror-symmetrically to a mirror plane of the integrator rod.
14. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichtmischeinrichtung winkelerhaltend ist, eine Eintrittsfläche mit einem Eintrittsflächenquerschnitt und einer Austrittsfläche mit einem vom Eintrittsflächenquerschnitt abweichenden Austrittsflächenquerschnitt aufweist.14. Lighting system according to one of the preceding claims, in which the light mixing device maintains the angle, has an entry surface with an entry surface cross section and an exit surface with an exit surface cross section that deviates from the entry surface cross section.
15. Beleuchtungssystem nach Anspruch 14, bei dem der Austrittsflächenquerschnitt größer als der Eintrittsflächenquerschnitt ist, wobei vorzugsweise der Austrittsflächenquerschnitt ein ganzzahliges Vielfaches des Eintrittsflächenquerschnitts ist.15. Lighting system according to claim 14, in which the exit surface cross section is larger than the entry surface cross section, wherein the exit surface cross section is preferably an integral multiple of the entry surface cross section.
16. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Prismenanordnung derart angeordnet ist, daß die Ausbreitungsrichtung des aus der Lichtmischeinrichtung austretenden Lichts quer, vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des in die Lichtmischeinrichtung einfallenden Lichts verläuft.16. Lighting system according to one of the preceding claims, in which the prism arrangement is arranged such that the direction of propagation of the light emerging from the light mixing device is transverse, preferably substantially perpendicular to the direction of propagation of the light incident in the light mixing device.
17. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Lichtquelle ein gepulster Laser zur Abgabe einer Vielzahl von Laserpulsen vorgesehen ist, wobei zwischen der Lichtquelle und der Lichtmischeinrichtung eine Einrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung des Lichtes der Lichtquelle angeordnet ist, insbesondere eine drehbare Halbwellenlängenplatte, und wobei die Einrichtung zur Drehung des Lichts derart angesteuert oder ansteuerbar ist, dass während eines Belichtungsintervalls abwechselnd Lichtpulse mit unterschiedlicher Ausrichtung der Pola- risationsvorzugsrichtung, insbesondere mit orthogonal zueinander ausgerichteten Polarisationsvorzugsrichtungen, in die Lichtmischeinrichtung eintreten.17. Illumination system according to one of the preceding claims, in which a pulsed laser is provided as the light source for emitting a plurality of laser pulses, a device for rotating the polarization direction of the light of the light source being arranged between the light source and the light mixing device, in particular a rotatable half-wavelength plate, and wherein the device for rotating the light can be controlled or controlled in such a way that light pulses with different polarization orientations alternate during an exposure interval. preferential direction, in particular with orthogonally aligned polarization preferential directions, enter the light mixing device.
18. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Integratorstab vorgesehen ist, der aus einem transparenten Material besteht, dessen Absorptionskante bei niedrigeren Wellenlängen liegt als die Absorptionskante von Kalziumfluorid, wobei als Stabmaterial vorzugsweise Magnesiumfluorid oder Lithiumfluorid verwendet wird.18. Lighting system according to one of the preceding claims, in which at least one integrator rod is provided, which consists of a transparent material whose absorption edge is at lower wavelengths than the absorption edge of calcium fluoride, magnesium fluoride or lithium fluoride being preferably used as the rod material.
19. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichtmischeinrichtung eine Integratorstabanordnung mit mehreren Integratorstäben aufweist und wobei an mindestens einer Stelle der Integratorstabanordnung zwischen einem ersten Integratorstab und einem nachfolgenden zweiten Integratorstab mindestens eine winkelerhaltende Umlenkeinrichtung zur Umlenkung der Lichtlaufrichtung vorgesehen ist, wobei die Umlenkeinrichtung vorzugsweise als Umlenkprisma ausgebildet ist.19. Lighting system according to one of the preceding claims, wherein the light mixing device has an integrator rod arrangement with a plurality of integrator rods and wherein at least one point of the integrator rod arrangement between a first integrator rod and a subsequent second integrator rod, at least one angle-maintaining deflection device for deflecting the direction of light travel is provided, the deflection device is preferably designed as a deflection prism.
20. Beleuchtungssystem nach Anspruch 19, bei dem die Integratorstabanordnung mindestens drei im Winkel zueinander angeordnete Integratorstäbe aufweist, zwischen denen jeweils eine Umlenkung, vorzugsweise um 90°, vorgesehen ist.20. Lighting system according to claim 19, in which the integrator rod arrangement has at least three integrator rods arranged at an angle to one another, between each of which a deflection, preferably by 90 °, is provided.
21. Beleuchtungssystem nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die Integratorstabanordnung mindestens zwei Integratorstäbe aufweist, die im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei zwischen der Austrittsfläche eines vorgeschalteten Integratorstabes und der Eintrittsfläche eines nachgeschalteten Integratorstabes mindestens eine Umlenkeinrichtung vorgesehen ist. 21. Lighting system according to claim 19 or 20, in which the integrator rod arrangement has at least two integrator rods which are aligned essentially parallel to one another, at least one deflection device being provided between the outlet surface of an upstream integrator rod and the inlet surface of a downstream integrator rod.
22. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Integratorstab vorgesehen ist, der einen ungeteilten Stababschnitt unmittelbar vor seiner Austrittsfläche und mindestens einen dem ungeteilten Stababschnitt vorgeschalteten, geteilten Stababschnitt aufweist, der mindestens zwei den Gesamtquerschnitt des Integratorstabes im wesentlichen ausfüllend, total reflektierende Stäbchen aufweist.22. Lighting system according to one of the preceding claims, in which at least one integrator rod is provided which has an undivided rod section immediately in front of its exit surface and at least one divided rod section upstream of the undivided rod section, which at least two essentially completely, totally reflecting the total cross section of the integrator rod Has chopsticks.
23. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Integratorstab aus einem ersten Material und mindestens ein Prisma der Prismenanordnung und/oder mindestens ein Umlenkprisma aus einem zweiten Material besteht, welches sich vom ersten Material unterscheidet.23. Lighting system according to one of the preceding claims, in which the integrator rod consists of a first material and at least one prism of the prism arrangement and / or at least one deflection prism made of a second material, which differs from the first material.
24. Beleuchtungssystem nach Anspruch 23, bei dem das erste Material Kalziumfluorid, Magnesiumfluorid oder Lithiumfluorid ist.24. The lighting system of claim 23, wherein the first material is calcium fluoride, magnesium fluoride or lithium fluoride.
25. Beleuchtungssystem nach Anspruch 23 oder 24, bei dem das zweite Material optisch isotrop ist, wobei als zweites Material vorzugsweise Kalziumfluorid, Bariumfluorid oder synthetisches Quarzglas verwendet wird.25. Lighting system according to claim 23 or 24, wherein the second material is optically isotropic, wherein the second material is preferably calcium fluoride, barium fluoride or synthetic quartz glass.
26. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Strahlteilerblock mit einem eintrittseitigen Prisma, einer Polarisationsteilerfläche und einem austrittsseitigen Prisma vorgesehen ist und bei dem das Material der Prismen in Abhängigkeit von den Brechzahlverhältnissen in der Polarisationsteilerschicht so ausgewählt ist, dass ein Fehlwinkel zwischen der Einfallsrichtung des auf die Polarisationsteilerschicht auffallenden Lichts und einer den Brewster-Winkel der Polarisationsteilerschicht entsprechenden Richtung im Hinblick auf maximalen Transmissionsgrad der Polarisationsteilerschicht für p-polarisiertes Licht optimiert, insbesondere minimiert ist.26. Lighting system according to one of the preceding claims, in which a beam splitter block is provided with an entry-side prism, a polarization splitter surface and an exit-side prism and in which the material of the prisms is selected as a function of the refractive index ratios in the polarization splitter layer so that a misalignment between the Direction of incidence of the light incident on the polarization splitter layer and a direction corresponding to the Brewster angle of the polarization splitter layer with regard to maximum Transmittance of the polarization splitter layer is optimized for p-polarized light, in particular minimized.
27. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf mindestens einer für eine Reflexion vorgesehene Grenzfläche eines Integratorstabes und/oder der Prismenanordnung und/oder eines Umlenkprismas eine dünne Schicht mit phasenkorrigierender oder phasenerhaltender Wirkung aufgebracht ist.27. Lighting system according to one of the preceding claims, in which a thin layer having a phase-correcting or phase-maintaining effect is applied to at least one interface of an integrator rod and / or the prism arrangement and / or a deflecting prism provided for reflection.
28. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf mindestens einer für einen Lichteintritt oder Lichtaustritt vorgesehenen Grenzfläche eines Integratorstabes und/oder der Prismenanordnung und/oder eines Umlenkprismas eine phasenerhaltende oder phasenkorrigierende Beschichtung mit Ent- spiegelungswirkung aufgebracht ist.28. Lighting system according to one of the preceding claims, in which a phase-maintaining or phase-correcting coating with anti-reflective effect is applied to at least one interface of an integrator rod and / or the prism arrangement and / or a deflecting prism provided for light entry or exit.
29. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Lichtmischeinrichtung mindestens eine Blende zur Einstellung der örtlichen Verteilung der Energie eines durch die Lichtmischeinrichtung erzeugten Beleuchtungsfeldes zugeordnet ist, wobei die Blende vorzugsweise bewegliche Blendenelemente zur gesteuerten Veränderung der Breite eines Beleuchtungsfeldes als Funktion von Positionen entlang der Länge des Beleuchtungsfeldes aufweist.29. Lighting system according to one of the preceding claims, in which the light mixing device is assigned at least one diaphragm for setting the local distribution of the energy of an illumination field generated by the light mixing device, the diaphragm preferably being movable diaphragm elements for controlled change in the width of a lighting field as a function of positions along the length of the lighting field.
30. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Austritt der Lichtmischeinrichtung und der Bildebene des Beleuchtungssystems kein optisches Abbildungssystem angeordnet ist. 30. Lighting system according to one of the preceding claims, in which no optical imaging system is arranged between the outlet of the light mixing device and the image plane of the lighting system.
31. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 29, bei dem zwischen dem Austritt der Lichtmischeinrichtung und der Bildebene des Beleuchtungssystems ein optisches Abbildungssystem mit mindestens einer Pupillenebene angeordnet ist, die eine Fourier- transformierte Ebene zur Bildebene des Beleuchtungssystems ist.31. Lighting system according to one of claims 1 to 29, in which an optical imaging system is arranged with at least one pupil plane between the exit of the light mixing device and the image plane of the illumination system, which is a Fourier-transformed plane to the image plane of the illumination system.
32. Beleuchtungssystem nach Anspruch 31 , bei dem im Bereich der Pupillenebene ein Polarisationsfilter zur Beeinflussung des Polarisationszustandes von Licht vorgesehen ist, welches entlang einer senkrecht zu einer Filterebene verlaufenden Richtung auf das Polarisationsfilter einfällt, wobei das Polarisationsfilter ein polarisationsselektives Filter zur Transmission von Lichtanteilen einer Polarisationsrichtung und zur Blockierung von Lichtanteilen der anderen Polarisationsvorzugsrichtung ist.32. Lighting system according to claim 31, in which a polarization filter is provided in the region of the pupil plane for influencing the polarization state of light, which is incident on the polarization filter along a direction perpendicular to a filter plane, the polarization filter being a polarization-selective filter for transmitting light components of a polarization direction and for blocking light components of the other polarization preferred direction.
33. Beleuchtungssystem nach Anspruch 32, bei dem das Polarisationsfilter als polarisationsselektiver Retroreflektor nach Art eines Katzenauges mit mehreren im Winkel zueinander angeordneten Polarisationsteilerflächen ausgebildet ist.33. Lighting system according to claim 32, in which the polarization filter is designed as a polarization-selective retroreflector in the manner of a cat's eye with a plurality of polarization splitter surfaces arranged at an angle to one another.
34. Beleuchtungssystem nach Anspruch 32 oder 33, bei dem das Polarisationsfilter eine Prismenanordnung mit mindestens einem Paar V-förmig angeordneter Polarisationsteilerflächen aufweist, die unter Einschluss eines Winkels von ca. 90° derart in Richtung des einfallenden Lichts geneigt sind, dass von einer Polarisationsteilerfläche des Paares reflektiertes Licht in Richtung der zugeordneten anderen Polarisationsteilerfläche umgelenkt und von dieser nochmals umgelenkt wird in eine Ausbreitungsrichtung, die im wesentlichen gegenparallel zur Einfallsrichtung des Lichts verläuft.34. Lighting system according to claim 32 or 33, wherein the polarization filter has a prism arrangement with at least one pair of V-shaped polarization splitter surfaces, which are inclined at an angle of approximately 90 ° in the direction of the incident light such that from a polarization splitter surface A pair of reflected light is deflected in the direction of the assigned other polarization splitting surface and is deflected again by the latter in a direction of propagation which runs essentially counter-parallel to the direction of incidence of the light.
35. Beleuchtungssystem nach Anspruch 34, bei dem das Polarisationsfilter mehrere Paare V-förmig angeordneter Polarisationsteiler- schichten aufweist, die eine den gesamten Nutzquerschnitt des Filters übergreifende Zick-Zack-Anordnung bilden.35. Lighting system according to claim 34, wherein the polarization filter a plurality of pairs of V-shaped polarization splitter arranged has layers that form a zigzag arrangement spanning the entire useful cross section of the filter.
36. Polarisationsfilter, insbesondere für die Verwendung mit Ultraviolettlicht aus einem Wellenlängenbereich von weniger als 260nm, zur Erzeugung von vollständig linear polarisiertem Licht aus Eingangslicht, welches im wesentlichen entlang einer optischen Achse des Polarisationsfilters einfällt, wobei das Polarisationsfilter als polarisationsselektiver Retroreflektor nach Art eines Katzenauges mit mehreren im Winkel zueinander angeordneten Polarisationsteilerflächen ausgebildet ist.36. Polarization filter, in particular for use with ultraviolet light from a wavelength range of less than 260 nm, for generating completely linearly polarized light from input light which is incident essentially along an optical axis of the polarization filter, the polarization filter being a polarization-selective retroreflector in the manner of a cat's eye a plurality of polarization splitter surfaces arranged at an angle to one another is formed.
37. Polarisationsfilter nach Anspruch 36 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von mindestens einem der Ansprüche 34 und 35.37. Polarization filter according to claim 36 with the features of the characterizing part of at least one of claims 34 and 35.
38. Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Beleuchtungssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 34 umfasst.38. Projection exposure system for microlithography, characterized in that it comprises an illumination system according to one of the preceding claims 1 to 34.
39. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen mit folgenden Schritten: Bereitstellung einer Maske mit einem vorgegebenen Muster; Beleuchtung der Maske mit Ultraviolettlicht einer vorgegebenen Wellenlänge mit Hilfe eines Beleuchtungssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 34; und39. A method for producing semiconductor components and other finely structured components, comprising the following steps: providing a mask with a predetermined pattern; Illumination of the mask with ultraviolet light of a predetermined wavelength with the aid of an illumination system according to one of claims 1 to 34; and
Projektion eines Bildes des Musters auf ein im Bereich der Bildebene eines Projektionsobjektivs angeordnetes, lichtempfindliches Substrat. Projecting an image of the pattern onto a light-sensitive substrate arranged in the area of the image plane of a projection objective.
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