DE102011078231A1 - Light modulation device for use in lighting system for micro lithography projection exposure plant to manufacture e.g. semiconductor components, has prism surface whose angle is measured such that total beams are steered on another surface - Google Patents
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Abstract
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtmodulationseinrichtung zur ortsaufgelösten Beeinflussung einer Winkelverteilung von Strahlen eines auf die Lichtmodulationseinrichtung einfallenden Strahlbündels sowie auf ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, welches mindestens eine solche Lichtmodulationseinrichtung aufweist.The invention relates to a light modulation device for the spatially resolved influencing of an angular distribution of rays of a beam incident on the light modulation device and to an illumination system for a microlithography projection exposure apparatus which has at least one such light modulation device.
Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the Prior Art
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen werden heutzutage überwiegend mikrolithografische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur tragen, z. B. ein Linienmuster einer Schicht (layer) eines Halbleiterbauelementes. Eine Maske wird in eine Projektionsbelichtungsanlage zwischen Beleuchtungssystem und Projektionsobjektiv im Bereich der Objektfläche des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vorn Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch die Maske und das Muster veränderte Strahlung läuft als Projektionsstrahlung durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster der Maske auf das zu belichtende Substrat abbildet, das normalerweise eine strahlungsempfindliche Schicht (Fotoresist, Fotolack) trägt.For the production of semiconductor components and other finely structured components, predominantly microlithographic projection exposure methods are used today. In this case, masks (reticles) are used, which carry the pattern of a structure to be imaged, z. B. a line pattern of a layer of a semiconductor device. A mask is positioned in a projection exposure apparatus between the illumination system and the projection objective in the area of the object surface of the projection objective and illuminated with illumination radiation provided at the front of the illumination system. The radiation changed by the mask and the pattern passes through the projection lens as projection radiation, which images the pattern of the mask onto the substrate to be exposed, which normally carries a radiation-sensitive layer (photoresist, photoresist).
Bei der Projektions-Mikrolithographie wird die Maske mit Hilfe eines Beleuchtungssystems beleuchtet, das aus dem Licht einer primären Lichtquelle, insbesondere eines Lasers, auf die Maske gerichtete Beleuchtungsstrahlung formt, die durch bestimmte Beleuchtungsparameter definiert ist. Die Beleuchtungsstrahlung trifft innerhalb eines Beleuchtungsfeldes (Fläche definierter Form und Größe, z. B. Rechteckfeld oder bogenförmig gekrümmtes „Ringfeld”) auf die Maske auf, wobei Form und Größe des Beleuchtungsfeldes in der Regel konstant, d. h. nicht variabel sind.In projection microlithography, the mask is illuminated by means of an illumination system that forms illuminating radiation directed onto the mask from the light of a primary light source, in particular a laser, which is defined by specific illumination parameters. The illumination radiation strikes the mask within an illumination field (area of defined shape and size, eg rectangular field or arcuately curved "ring field"), whereby the shape and size of the illumination field are generally constant, ie. H. are not variable.
In der Regel werden je nach Art der abzubildenden Strukturen unterschiedliche Beleuchtungsmodi (sogenannte „Beleuchtungs-settings”) benötigt, die durch unterschiedliche örtliche Intensitätsverteilungen der Beleuchtungsstrahlung in einer Pupillenfläche des Beleuchtungssystems charakterisiert werden können. Man spricht in diesem Zusammenhang manchmal von „strukturierter Beleuchtung” bzw. von einer „Strukturierung der Beleuchtungspupille” oder von einer „Strukturierung der sekundären Lichtquelle”. Die Pupillenfläche des Beleuchtungssystems, in welcher bestimmte, definierbare zweidimensionale Intensitätsverteilungen (die sekundären Lichtquellen) vorliegen sollen, wird in dieser Anmeldung auch als „Pupillenformungsfläche” bezeichnet, weil wesentliche Eigenschaften der Beleuchtungsstrahlung mit Hilfe dieser Intensitätsverteilung „geformt” werden.As a rule, depending on the type of structures to be imaged, different illumination modes (so-called "illumination settings") are required, which can be characterized by different local intensity distributions of the illumination radiation in a pupil surface of the illumination system. In this context, one sometimes speaks of "structured illumination" or of a "structuring of the illumination pupil" or of a "structuring of the secondary light source". The pupil surface of the illumination system, in which certain definable two-dimensional intensity distributions (the secondary light sources) are to be present, is also referred to in this application as "pupil shaping surface", because essential properties of the illumination radiation are "shaped" with the aid of this intensity distribution.
Die „Pupillenformungsfläche” des Beleuchtungssystems, in welcher die gewünschte zweidimensionale Intensitätsverteilung (sekundäre Lichtquelle) vorliegen soll, kann bei einem in eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eingebauten Beleuchtungssystem an oder nahe einer Position sitzen, die optisch konjugiert zu einer Pupillenebene eines nachfolgenden Projektionsobjektivs ist. Im Allgemeinen kann die Pupillenformungsfläche einer Pupillenfläche des Beleuchtungssystems entsprechen oder in deren Nähe liegen. Sofern die zwischenliegenden optischen Komponenten die Strahlwinkelverteilung nicht ändern, d. h. winkelerhaltend arbeiten, wird die Winkelverteilung der auf das Muster der Maske treffenden Beleuchtungsstrahlung durch die räumliche Intensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems bestimmt. Außerdem wird, sofern die zwischenliegenden optischen Komponenten winkelerhaltend arbeiten, die räumliche Intensitätsverteilung in der Pupille des Projektionsobjektivs durch die räumliche Intensitätsverteilung (Ortsverteilung) in der Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems bestimmt.The "pupil shaping surface" of the illumination system in which the desired two-dimensional intensity distribution (secondary light source) is to be located may be at or near a position optically conjugate to a pupil plane of a subsequent projection lens in a lighting system incorporated in a microlithography projection exposure apparatus. In general, the pupil shaping surface may correspond to or lie in the vicinity of a pupil surface of the illumination system. Unless the intermediate optical components change the beam angle distribution, i. H. Working angle preserving, the angular distribution of the incident on the pattern of the illumination light radiation is determined by the spatial intensity distribution in the pupil shaping surface of the illumination system. In addition, if the intermediate optical components operate to maintain the angle, the spatial intensity distribution in the pupil of the projection objective is determined by the spatial intensity distribution (spatial distribution) in the pupil shaping surface of the illumination system.
Diejenigen optischen Komponenten und Baugruppen des Beleuchtungssystems, die dazu vorgesehen sind, Licht einer primären Lichtquelle, z. B. eines Lasers oder einer Quecksilberdampflampe, zu empfangen und daraus eine gewünschte zweidimensionale Intensitätsverteilung (sekundäre Lichtquelle) in der „Pupillenformungsfläche” des Beleuchtungssystems zu erzeugen, bilden gemeinsam eine Pupillenformungseinheit, die in der Regel variabel einstellbar sein sollte.Those optical components and assemblies of the lighting system intended to receive light from a primary light source, e.g. As a laser or a mercury vapor lamp, and to produce a desired two-dimensional intensity distribution (secondary light source) in the "pupil shaping surface" of the illumination system, together form a pupil forming unit, which should be adjustable as a rule.
Aus dem Patent
Aus dem Patent
Reflektive Lichtmodulationseinrichtungen mit einer Rasteranordnung bzw. einem Array von Mikrospiegeln erlauben eine große Variabilität bei der Einstellung der örtlichen Beleuchtungsintensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche. Neben konventionellen Beleuchtungssettings mit unterschiedlichen Kohärenzgraden und außeraxialen Beleuchtungssetting, wie Dipolbeleuchtung, Quadrupolbeleuchtung oder annularer Beleuchtung (mit ringförmiger Intensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche) sind auch andere symmetrische oder unsymmetrische räumliche Verteilungen der Beleuchtungsintensität realisierbar. Allerdings kann bei der Reflexion an den Spiegelflächen ein relativ hoher Intensitätsverlust auftreten, der bei aktuell verfügbaren, hochreflektierenden Reflexionsbeschichtungen (HR-Schichten) für den tiefen Ultraviolettbereich in der Größenordnung von einigen Prozent, beispielsweise bis zu 5%, liegen kann. Außerdem kann es in mehrlagigen Reflexionsbeschichtungen bei hoher Beleuchtungsintensität zu Schichtspannungen kommen, die bei dünnen Spiegelsubstraten auch zu Oberflächendeformationen führen können, welche wiederum die Winkelverteilung der von einem Spiegel reflektierten Strahlung in schwer kontrollierbarer Weise beeinflussen können. Schließlich existieren bei konventionellen reflektiven Lichtmodulationseinrichtungen auch besondere Bauraumerfordernisse, da eine Faltung des Strahlenganges zwischen dem auf eine Spiegelanordnung einfallenden Strahlbündel und dem durch die Spiegelanordnung hinsichtlich seiner Winkelverteilung veränderten ausfallenden Strahlbündel nötig ist. Aufgrund der optischen Schichteigenschaft von Reflexionsbeschichtungen ist es in der Regel günstig, wenn die Spiegelflächen unter möglichst kleinen Einfallswinkeln getroffen werden, um hohe Reflexionsgrade zu erzielen. Dies wiederum bedeutet in der Regel, dass sowohl vor als auch hinter einer Mehrfachspiegelanordnung ein relativ großer Bereich, in dem sich der einfallende und der reflektierte Strahlengang überlappen, frei von optischen Elementen gehalten werden sollte.Reflective light modulation devices with a raster array of micromirrors allow great variability in the adjustment of the local illumination intensity distribution in the pupil shaping surface. In addition to conventional illumination settings with different degrees of coherence and off-axis illumination settings, such as dipole illumination, quadrupole illumination or annular illumination (with an annular intensity distribution in the pupil shaping surface), other symmetrical or asymmetrical spatial distributions of the illumination intensity can also be realized. However, the reflectivity at the mirror surfaces can result in a relatively high intensity loss, which may be on the order of a few percent, for example up to 5%, for currently available, highly reflective, deep ultraviolet (HR) reflective coatings. In addition, in multilayer reflective coatings with high illumination intensity, layer stresses can occur, which can also lead to surface deformations in the case of thin mirror substrates, which in turn can influence the angular distribution of the radiation reflected by a mirror in a manner which is difficult to control. Finally, in conventional reflective light modulation devices, there are also special space requirements, since a convolution of the beam path between the beam bundle incident on a mirror arrangement and the outgoing beam bundle modified by the mirror arrangement with regard to its angular distribution is necessary. Due to the optical layer property of reflection coatings, it is generally favorable if the mirror surfaces are struck at the smallest possible angles of incidence in order to achieve high reflectivities. This in turn usually means that both in front of and behind a multi-mirror arrangement, a relatively large area in which the incident and the reflected beam path overlap, should be kept free of optical elements.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lichtmodulationseinrichtung bereit zu stellen, die wesentliche Vorteile herkömmlicher reflektiver Lichtmodulationseinrichtungen hat, deren Nachteile aber weitgehend vermeidet. Insbesondere soll eine Lichtmodulationseinrichtung bereit gestellt werden, bei der die Lichtverluste im Vergleich zu herkömmlichen reflektiven Lichtmodulationseinrichtungen stark reduziert sind. Weiterhin soll die Lichtmodulationseinrichtungen vorzugsweise mit geringem Bauraumbedarf in ein optisches System intrigierbar sein, insbesondere in ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage bereit zu stellen, das eine variable Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungssettings ermöglicht und sich gegenüber herkömmlichen Beleuchtungssystemen durch geringeren Lichtverlust auszeichnet.It is an object of the invention to provide a light modulation device which has substantial advantages of conventional reflective light modulation devices, but largely avoids their disadvantages. In particular, a light modulation device is to be provided in which the light losses are greatly reduced in comparison to conventional reflective light modulation devices. Furthermore, the light modulation devices should preferably be able to be integrated into an optical system with a small space requirement, in particular into an illumination system for a microlithography projection exposure apparatus. It is a further object of the invention to provide a lighting system for a microlithography projection exposure apparatus that allows for variable adjustment of different lighting settings and is characterized by lower light loss compared to conventional lighting systems.
Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben stellt die Erfindung eine Lichtmodulationseinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 10 bereit.To achieve these and other objects, the invention provides a light modulation device having the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung hat die Lichtmodulationseinrichtung eine Rasteranordnung mit einer Vielzahl von individuell verkippbar gelagerten Prismen, die mittels zugeordneter Aktuatoren individuell in unterschiedliche Arbeitsstellungen verkippbar sind. Der Begriff „Rasteranordnung” bezeichnet hier eine normalerweise regelmäßige ein- oder zweidimensional ausgedehnte räumliche Anordnung von Prismen, die vorzugsweise identisch gestaltet sind. Die Rasteranordnung wird in dieser Anmeldung auch als „Prismenarray” bezeichnet. Jeder Strahl, der in einen optisch nutzbaren Bereich eines Prismas einfällt, verlässt das Prisma in einer durch die Arbeitsstellung des Prismas und dessen Geometrie bestimmten Lichtausfallsrichtung. Diese kann gegenüber der Lichteinfallsrichtung durch Verkippen des Prismas verändert werden, so dass jedes Prisma eine variable Strahlablenkung bzw. Strahlumlenkung ermöglicht. Da die Prismen der Rasteranordnung unabhängig voneinander individuell verkippbar sind, sind sowohl Richtung als auch Ausmaß der Strahlablenkung für unterschiedliche Teilstrahlbündel des einfallenden Strahlbündels unterschiedlich einstellbar. Dadurch ist es möglich, die Winkelverteilung der Strahlen eines einfallenden Strahlbündels mit Hilfe der Lichtmodulationseinrichtung mit örtlicher Auflösung, d. h. in lokal unterschiedlicher Weise, so zu beeinflussen, dass sich die Winkelverteilung der Strahlen in einem von der Lichtmodulationseinrichtung beeinflussten ausgehenden Strahlbündel von der Winkelverteilung des einfallenden Strahlbündels unterscheidet.According to one aspect of the invention, the light modulation device has a grid arrangement with a multiplicity of individually tiltably mounted prisms, which can be tilted individually by means of associated actuators into different working positions. The term "grid arrangement" here refers to a normally regular one- or two-dimensionally extended spatial arrangement of prisms, which are preferably designed identically. The grid arrangement is also referred to in this application as a "prism array". Each beam incident in an optically usable region of a prism leaves the prism in a direction of light emission determined by the working position of the prism and its geometry. This can be changed with respect to the light incidence direction by tilting the prism, so that each prism allows a variable beam deflection or beam deflection. Since the prisms of the grid arrangement can be individually tilted independently of one another, both direction and extent of the beam deflection are for different partial beam bundles of the incident beam different adjustable. This makes it possible to influence the angular distribution of the rays of an incident beam by means of the light modulation device with spatial resolution, ie in locally different ways, so that the angular distribution of the beams in an outgoing beam influenced by the light modulation device of the angular distribution of the incident beam different.
Jedes Prisma hat einen Prismenkörper, der aus einem Material besteht, welches in dem für die Nutzung vorgesehenen Wellenlängenbereich transparent ist, also eine möglichst niedrige Absorption aufweist. Ein Prismenkörper hat mindestens drei ebene Grenzflächen, nämlich eine erste Prismenfläche, eine zweite Prismenfläche und eine dritte Prismenfläche. Die relative Anordnung und Orientierung der Prismenflächen bestimmt die ablenkende Wirkung, die der Prismenkörper auf die einfallenden Strahlen hat. Die erste Prismenfläche dient als Lichteintrittsfläche zum Empfang von Strahlen des einfallenden Strahlbündels, wobei die Strahlen aus einer Lichteinfallsrichtung in einem ersten Einfallswinkel auf die erste Prismenfläche einfallen. Der Begriff „Einfallswinkel” steht in dieser Anmeldung allgemein für denjenigen Winkel, den ein auf eine optische Fläche auftreffender Lichtstrahl am Auftreffpunkt mit der Flächennormalen (Einfallslot) der optischen Fläche am Auftreffpunkt einschließt. Die zweite Prismenfläche schließt mit der ersten Prismenfläche einen ersten Prismenwinkel ein, der so bemessen ist, dass Strahlen, die von der ersten Prismenfläche direkt, d. h. ohne Umweg, zur zweiten Prismenfläche gelenkt werden, bei jeder Arbeitsstellung des Prismas in einem zweiten Einfallswinkel auf die zweite Prismenfläche treffen, der größer als ein Grenzwinkel für Totalreflexion an der zweiten Prismenfläche ist. Bei jeder Arbeitsstellung des Prismas werden somit diejenigen Strahlen, die an der ersten Prismenfläche in Richtung der zweiten Prismenfläche umgelenkt werden, an der zweiten Prismenfläche total reflektiert. Totalreflexion kann bekanntlich unter bestimmten Bedingungen an einer Grenzfläche zwischen einem optisch dichteren Medium mit Brechzahl n1 und einem optisch dünneren Medium mit Brechzahl n2 < n1 auftreten. Bei hinreichend steilem Einfall (relativ kleiner Einfallswinkel) wird ein Lichtstrahl an der Grenzfläche gebrochen und tritt durch die Grenzfläche hindurch in das optisch dünnere Medium ein. Wird der Einfallswinkel vergrößert, so verläuft der gebrochene Strahl bei einem bestimmten Einfallswinkelwert parallel zur Grenzfläche. Dieser Einfallswinkel wird als Grenzwinkel der Totalreflexion oder auch als kritischer Winkel bezeichnet. Übersteigt der Einfallswinkel den Grenzwinkel der Totalreflexion, so wird der Lichtstrahl vollständig an der Grenzfläche reflektiert und in das (optisch dichtere) Ausgangsmedium zurückgeworfen. Bei der Totalreflexion tritt praktisch kein Intensitätsverlust auf. Dieser Effekt wird an der zweiten Prismenfläche genutzt. Die dritte Prismenfläche schließt mit der zweiten Prismenfläche einen zweiten Prismenwinkel ein, der so bemessen ist, dass von der zweiten Prismenfläche total reflektierte Strahlen in einem dritten Einfallswinkel auf die dritte Prismenfläche einfallen und durch die dritte Prismenfläche in eine Lichtausfallsrichtung gelenkt werden. Der durch das Prisma bewirkte Ablenkwinkel, d. h. der Winkel zwischen Lichteinfallsrichtung und Lichtausfallsrichtung eines Strahls, kann durch Ausmaß und Richtung der Verkippung des Prismas vorzugsweise stufenlos eingestellt werden.Each prism has a prism body, which consists of a material which is transparent in the wavelength range intended for use, ie has the lowest possible absorption. A prism body has at least three planar interfaces, namely a first prism surface, a second prism surface and a third prism surface. The relative location and orientation of the prism surfaces determines the distracting effect that the prism body has on the incident rays. The first prism surface serves as a light entry surface for receiving beams of the incident beam, the beams incident on the first prism surface from a light incident direction at a first angle of incidence. The term "angle of incidence" in this application generally refers to that angle which a light beam incident on an optical surface at the point of impact includes with the surface normal (incidence slot) of the optical surface at the point of impact. The second prism surface includes a first prism angle with the first prism surface, which is dimensioned so that rays that are directed from the first prism surface directly, ie without detour, to the second prism surface, at each working position of the prism at a second angle of incidence on the second Prism surface that is greater than a critical angle for total reflection at the second prism surface. In each working position of the prism thus those rays which are deflected at the first prism surface in the direction of the second prism surface are totally reflected at the second prism surface. Total reflection can be known under certain conditions at an interface between a more dense optical medium with refractive index n 1 and an optically thinner medium with refractive index n 2 <n 1 occur. With a sufficiently steep incidence (relatively small angle of incidence), a light beam is refracted at the interface and enters the optically thinner medium through the interface. If the angle of incidence is increased, the refracted beam is parallel to the interface at a certain angle of incidence. This angle of incidence is referred to as the critical angle of total reflection or as a critical angle. If the angle of incidence exceeds the critical angle of total reflection, the light beam is completely reflected at the interface and thrown back into the (optically denser) output medium. With total reflection, there is virtually no loss of intensity. This effect is used on the second prism surface. The third prism surface includes, with the second prism surface, a second prism angle that is dimensioned so that totally reflected rays from the second prism surface are incident on the third prism surface at a third angle of incidence and are directed by the third prism surface in a light out direction. The deflection angle caused by the prism, ie the angle between the direction of light incidence and the direction of light emission of a beam, can preferably be adjusted steplessly by the extent and direction of the tilting of the prism.
Durch die Nutzung der Totalreflexion an der zweiten Prismenfläche können Intensitätsverluste bei der Strahlumlenkung im Vergleich zu herkömmlichen, mit beschichteten Spiegelelementen arbeitenden Mehrfachspiegelanordnungen erheblich reduziert werden. Da bei der Totalreflexion praktisch kein Intensitätsverlust eintritt, beschränken sich die Intensitätsverluste, die ein abgelenkter Lichtstrahl an einem Prisma erleidet, auf eventuelle Verluste, die bei der Brechung an der ersten Prismenfläche und der dritten Prismenfläche auftreten und eventuelle Verluste durch Absorption im Prismenmaterial. Diese Verluste können jedoch durch geeignete Materialwahl und andere technische Maßnahmen, z. B. durch reflexmindernde Beschichtung (Antireflexbeschichtung), gering gehalten werden.By using the total reflection at the second prism surface intensity losses in the beam deflection can be significantly reduced compared to conventional, working with coated mirror elements multi-mirror arrays. Since virtually no loss of intensity occurs in total reflection, the intensity losses which a deflected light beam suffers at a prism are limited to possible losses which occur at the first prism surface and the third prism surface at the refraction and any losses due to absorption in the prism material. These losses can, however, by appropriate choice of materials and other technical measures, such. B. by anti-reflection coating (anti-reflection coating), kept low.
Die zweite Prismenfläche kann eine optische Beschichtung tragen. Totalreflexion kann jedoch auch an einer nicht beschichteten Grenzfläche auftreten. Vorzugsweise trägt die zweite Prismenfläche keine Beschichtung, was die Herstellung der Prismen vereinfacht.The second prism surface may carry an optical coating. However, total reflection can also occur at an uncoated interface. Preferably, the second prism surface carries no coating, which simplifies the manufacture of the prisms.
Um Intensitätsverluste bei der Brechung an der ersten Prismenfläche möglichst gering zu halten, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass der erste Prismenwinkel so bemessen ist, dass der erste Einfallswinkel bei jeder Arbeitsstellung des Prismas um weniger als 15°, insbesondere um 10° oder weniger, oder um 5° oder weniger von einem an der ersten Prismenfläche geltenden Brewster-Winkel abweicht. Der erste Prismenwinkel kann beispielsweise so bemessen sein, dass der erste Einfallswinkel bei einer unverkippten Grundstellung des Prismas weniger als 3° oder weniger als 1° vom entsprechenden Brewster-Winkel abweicht. Der Brewster-Winkel, der gelegentlich auch als Polarisationswinkel bezeichnet wird, gibt den Winkel an, bei dem von einem einfallenden, unpolarisierten Lichtstrahl nur die senkrecht zu der Einfallsebene polarisierte Komponente des Lichts (s-Polarisation) reflektiert wird, während die parallel zur Einfallsebene polarisierte Komponente (p-Polarisation) praktisch verlustfrei durch die Prismenfläche hindurchtritt. Die Einfallsebene ist dabei diejenige Ebene, die durch die Einfallsrichtung des Lichtstrahls und die Flächennormale der optischen Fläche am Auftreffpunkt aufgespannt wird. Liegt also der erste Einfallswinkel in der Nähe oder bei dem Brewster-Winkel, so findet die Brechung an der ersten Prismenfläche für die p-polarisierte Komponente des einfallenden Lichtstrahls weitgehend verlustfrei statt.In order to minimize intensity losses in the refraction at the first prism surface, in some embodiments it is provided that the first prism angle is dimensioned such that the first angle of incidence at each working position of the prism is less than 15 °, in particular 10 ° or less, or deviates by 5 ° or less from a Brewster angle at the first prism face. The first prism angle, for example, be dimensioned so that the first angle of incidence deviates less than 3 ° or less than 1 ° from the corresponding Brewster angle at an untilted initial position of the prism. The Brewster angle, sometimes referred to as the angle of polarization, indicates the angle at which an incident, unpolarized light beam reflects only that component of the light (s polarization) polarized perpendicular to the plane of incidence while being polarized parallel to the plane of incidence Component (p-polarization) passes virtually lossless through the prism surface. The plane of incidence is that plane which is defined by the direction of incidence of the light beam and the surface normal of the optical surface at the point of impact is spanned. If, therefore, the first angle of incidence is close to or at the Brewster angle, the refraction at the first prism area for the p-polarized component of the incident light beam takes place largely without loss.
Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Prismenwinkel so bemessen sein, dass der dritte Einfallswinkel bei jeder Arbeitsstellung des Prismas um weniger als 15° oder weniger als 10° oder von 5° oder weniger von einem an der dritten Prismenfläche geltenden Brewster-Winkel abweicht. Der zweite Prismenwinkel kann beispielsweise so bemessen sein, dass der dritte Einfallswinkel bei einer unverkippten Grundstellung des Prismas weniger als 3° oder weniger als 1° vom entsprechenden Brewster-Winkel abweicht. In diesem Fall findet auch die Brechung an der dritten Prismenfläche für p-polarisierte Lichtkomponenten nahezu verlustfrei statt, wodurch die Intensitätsverluste bei der Ablenkung insgesamt gering gehalten werden können.Alternatively or additionally, the second prism angle may be dimensioned such that the third angle of incidence deviates at each working position of the prism by less than 15 ° or less than 10 ° or by 5 ° or less from a Brewster angle valid at the third prism surface. The second prism angle can be dimensioned, for example, such that the third angle of incidence deviates less than 3 ° or less than 1 ° from the corresponding Brewster angle in the case of an untilted basic position of the prism. In this case, the refraction at the third prism surface for p-polarized light components also takes place virtually loss-free, as a result of which the intensity losses during the deflection can be kept low overall.
Da im Bereich des Brewster-Winkels der Intensitätsverlust für die p-polarisierte Komponente des Lichtes aufgrund der Geometrie praktisch verschwindet, ist in diesen Fällen eine reflexionsmindernde Beschichtung der Prismenflächen nicht erforderlich, so dass die erste Prismenfläche und/oder die dritte Prismenfläche unbeschichtet bleiben können. Durch den Wegfall einer Beschichtung wird die Herstellung der Prismen deutlich einfacher und kostengünstiger, da entsprechende Beschichtungsschritte entfallen können. Außerdem verbessert sich dadurch die Langzeitstabilität der optischen Eigenschaften der Prismen, da auch unter starker Bestrahlung keine durch Schichtdegradation verursachten Veränderungen der optischen Eigenschaften auftreten.Since the loss of intensity for the p-polarized component of the light practically disappears in the region of the Brewster angle, a reflection-reducing coating of the prism surfaces is not required in these cases, so that the first prism surface and / or the third prism surface can remain uncoated. The elimination of a coating, the production of prisms is much easier and cheaper, since corresponding coating steps can be omitted. In addition, this improves the long-term stability of the optical properties of the prisms, since even under strong irradiation no changes in the optical properties caused by layer degradation occur.
Da weiterhin die total reflektierende zweite Prismenfläche ebenfalls nicht beschichtet sein muss, ergibt sich insgesamt eine in der Herstellung günstige und eine hinsichtlich der optischen Eigenschaften über lange Zeit stabile Anordnung.Furthermore, since the totally reflecting second prism surface also does not have to be coated, the overall result is an arrangement which is favorable in terms of production and a structure which is stable over a long time with regard to the optical properties.
Es ist jedoch auch möglich, dass die als Lichteintrittsfläche dienende erste Prismenfläche und/oder die als Lichtaustrittsfläche dienende dritte Prismenfläche mit einer reflexionsmindernden Antireflexbeschichtung belegt ist. Dies kann insbesondere dann günstig sein, wenn die an diesen Flächen auftretenden Einfallswinkel stark vom zugehörigen Brewster-Winkel abweichen und beispielsweise weniger als 30° oder weniger als 20° betragen. Durch eine Antireflexbeschichtung können die Reflexionsverluste im Vergleich zu einer unbeschichteten Prismenfläche erheblich reduziert werden.However, it is also possible that the first prism surface serving as the light entry surface and / or the third prism surface serving as the light exit surface are covered with a reflection-reducing antireflection coating. This can be particularly favorable when the incidence angles occurring at these surfaces deviate greatly from the associated Brewster angle and, for example, amount to less than 30 ° or less than 20 °. An anti-reflection coating can significantly reduce the reflection losses compared to an uncoated prism surface.
Jedes der Prismen ist vorzugsweise um mehrere im Winkel zueinander stehende Kippachsen verkippbar, beispielsweise um zwei senkrecht zueinander stehende Kippachsen. Dadurch ist eine hohe Variabilität bei der Gestaltung der Austrittswinkelverteilung möglich.Each of the prisms is preferably tiltable about a plurality of tilting axes which are at an angle to one another, for example about two tilt axes which are perpendicular to one another. As a result, a high variability in the design of the exit angle distribution is possible.
Die Kippwinkel sind bei bevorzugten Ausführungsformen relativ klein, wobei vorzugsweise ein maximaler Kippwinkel bei jedem Prisma weniger als 5° beträgt, insbesondere 3° oder weniger. Entsprechend können die maximal erzielbaren Ablenkwinkel ebenfalls relativ klein sein und z. B. 10° oder weniger betragen. Die Prismen können mit Hilfe von Federn gelagert sein, die die Prismen in Abwesenheit von auslenkenden Kräften in die Grundstellung zwingen. Wenn nur kleine maximale Kippwinkel erforderlich sind, können relativ starke metallische Federn verwendet werden, durch die die in den Prismen bei der Durchstrahlung entstehende Wärme besser abtransportiert werden kann.The tilt angles are relatively small in preferred embodiments, and preferably a maximum tilt angle for each prism is less than 5 °, in particular 3 ° or less. Accordingly, the maximum achievable deflection angle may also be relatively small and z. B. 10 ° or less. The prisms can be supported by means of springs, which force the prisms into the basic position in the absence of deflecting forces. If only small maximum tilt angles are required, relatively strong metallic springs can be used, through which the heat generated in the prisms during irradiation can be transported away better.
Eine mit Prismen aufgebaute reflektive Lichtmodulationseinrichtung ermöglicht unterschiedliche Anordnungen der Prismen relativ zueinander. Bei manchen Ausführungsformen bilden die Prismen eine ebene Rasteranordnung, bei der in einer unverkippten Grundstellung der Prismen alle zweiten Prismenflächen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die total reflektierenden zweiten Prismenflächen können in dieser Anordnung ähnlich angeordnet sein wie die mit Reflexionsbeschichtungen versehenen Spiegelflächen herkömmlicher ebener Mikrospiegel-Arrays. Der Bereich der zweiten Prismenflächen ist bei dieser Anordnung für die Ankopplung der zugeordneten Aktuatoren zugänglich. Diese können beispielsweise am Rand der zweiten Prismenfläche außerhalb des optisch genutzten Bereichs der zweiten Prismenfläche angreifen.A reflective light modulation device constructed with prisms allows different arrangements of the prisms relative to each other. In some embodiments, the prisms form a planar grid arrangement in which, in a non-tilted basic position of the prisms, all second prism areas lie in a common plane. The totally reflective second prism faces may be arranged similarly in this arrangement as the reflective surfaces of conventional planar micromirror arrays. The region of the second prism faces is accessible in this arrangement for the coupling of the associated actuators. These may, for example, engage the edge of the second prism surface outside the optically used region of the second prism surface.
Ebene Rasteranordnungen dieser Art bedingen, ähnlich wie herkömmliche Mehrfachspiegelanordnungen, einen gefalteten Strahlengang. Jedoch sind hier, anders als bei herkömmlichen Mikrospielanordnungen, auch relativ große Faltungswinkel von beispielsweise zwischen 70° und 110°, insbesondere zwischen 80° und 100° im Wesentlichen ohne Einbußen bei der Performance möglich. Der Begriff „Faltungswinkel” bezieht sich hier auf den Winkel zwischen der Lichtrichtung vor der Umlenkung an den Prismen und der Lichtrichtung nach der Umlenkung. Wenn das die Rasteranordnung enthaltene optische System in Lichtrichtung vor der Rasteranordnung und in Lichtrichtung nach der Rasteranordnung rotationssymmetrische optische Elemente, beispielsweise Linsen oder dergleichen hat, die eine optische Achse definieren, so kann sich der Begriff „Faltungswinkel” auch auf den Winkel beziehen, der von den Teilen der optischen Achse vor der Rasteranordnung und hinter der Rasteranordnung eingeschlossen ist. In diesem Sinne erzeugt beispielsweise ein Planspiegel, der um 45° gegenüber dem eintrittsseitigen Teil der optischen Achse geneigt ist, einen Faltungswinkel von 90°. Faltungswinkel um 90° können insoweit vorteilhaft sein, als dadurch nur relativ kleine Bereiche vor und hinter der Rasteranordnung frei von optischen Elementen gehalten werden müssen. Dadurch sind kompaktere Bauformen möglich.Level raster arrangements of this type require, similar to conventional multiple mirror arrangements, a folded beam path. However, unlike conventional microplay arrangements, relatively large folding angles of, for example, between 70 ° and 110 °, in particular between 80 ° and 100 °, are essentially possible without sacrificing performance. The term "folding angle" here refers to the angle between the direction of light before the deflection at the prisms and the direction of light after the deflection. If the optical system comprising the raster arrangement has rotationally symmetrical optical elements, for example lenses or the like, which define an optical axis in the light direction in front of the raster arrangement and in the light direction after the raster arrangement, the term "folding angle" can also refer to the angle which is defined by the parts of the optical axis before the grid assembly and behind the grid assembly is included. In this sense, for example, generates a plane mirror, which is inclined by 45 ° relative to the inlet-side part of the optical axis, a Folding angle of 90 °. Folding angles of 90 ° can be advantageous insofar as only relatively small areas in front of and behind the grid arrangement must be kept free of optical elements. As a result, more compact designs are possible.
Es ist auch möglich, die Prismen einer Rasteranordnung so anzuordnen, dass die Rasteranordnung insgesamt im Sinne einer Strahlablenkung „im Durchtritt” funktioniert, eine Faltung des Strahlengangs also entfällt. Bei einer Strahlablenkung „im Durchtritt” liegt der Winkel zwischen der mittleren Lichteinfallsrichtung und der mittleren Lichtausfallsrichtung nahe bei 0° oder genau bei 0° und ist in der Regel kleiner als 20° oder kleiner als 10°. Bei manchen Ausführungsformen wird diese Anordnungsmöglichkeit dadurch erreicht, dass die Prismen der Rasteranordnung derart angeordnet sind, dass in einer unverkippten Grundstellung der Prismen alle zweiten Prismenflächen parallel zueinander ausgerichtet sind und die Prismen in einer ersten Richtung senkrecht zu den zweiten Prismenflächen versetzt angeordnet sind. Die zwischen den ersten Prismenflächen und den zweiten Prismenflächen gebildeten ersten Prismenkanten können in einer gemeinsamen Ebene liegen, welche schräg, insbesondere senkrecht zu den zweiten Prismenflächen verläuft. Dadurch sind gestapelte Rasteranordnungen möglich. Beispielsweise kann eine Rasteranordnung Spalten und Reihen von Prismen haben, wobei eine Spalte von Prismen eine Vielzahl von Prismen umfasst, die in einer senkrecht zur zweiten Prismenfläche verlaufenden ersten Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Die Reihen von Prismen können senkrecht dazu verlaufen. Die Ebene, in der die ersten Prismenkanten liegen, kann senkrecht zur mittleren Einfallsrichtung des einfallenden Strahlbündels liegen, so dass eine in Durchstrahlungsrichtung kurze Rasteranordnung realisiert werden kann. Diese kann gegebenenfalls herkömmliche in Transmission arbeitende Lichtmodulationseinrichtungen ersetzenIt is also possible to arrange the prisms of a grid arrangement in such a way that the grid arrangement as a whole works in the sense of a beam deflection "in the passage", thus eliminating a folding of the beam path. In the case of beam deflection "in the passage", the angle between the mean direction of light incidence and the mean light emergence direction is close to 0 ° or exactly 0 ° and is generally less than 20 ° or less than 10 °. In some embodiments, this arrangement possibility is achieved in that the prisms of the grid arrangement are arranged such that in a non-tilted basic position of the prisms all second prism surfaces are aligned parallel to each other and the prisms are arranged offset in a first direction perpendicular to the second prism faces. The first prism edges formed between the first prism faces and the second prism faces may lie in a common plane which extends obliquely, in particular perpendicular to the second prism faces. As a result, stacked grid arrangements are possible. For example, a grid array may have columns and rows of prisms, wherein a column of prisms includes a plurality of prisms offset from each other in a first direction perpendicular to the second prism face. The rows of prisms can be perpendicular to it. The plane in which the first prism edges lie can lie perpendicular to the mean direction of incidence of the incident beam, so that a grid arrangement that is short in the direction of transmission can be realized. This may optionally replace conventional transmission light modulating devices
In der Regel ist es weder erforderlich noch gewünscht, das gesamte durch die Prismenflächen eingeschlossene Volumen der Prismen als optisches Volumen für die Strahlungslenkung zu nutzen. Beispielsweise sollten optisch nicht genutzte Bereich an den Prismenkörpern vorgesehen sein, um Elemente der Fassungstechnik, also Halteelemente einer Haltereinrichtung und/oder Elemente der zugeordneten Aktuatoren anzubringen. Unter anderem aus diesem Grund ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass an der Eintrittsseite der Rasteranordnung eine Rasteranordnung von optischen Elementen zur Konzentration von auf die optischen Elemente auftreffender Strahlung auf die ersten Prismenflächen der jeweils zugeordneten Prismen angeordnet ist. Die Rasteranordnung kann beispielsweise durch ein Feld von Mikrolinsen (Mikrolinsen-Array) gebildet sein, bei dem jede eintrittsseitig beleuchtete Mikrolinse den auf die Mikrolinse auftreffende Teil des einfallenden Strahlbündels auf die ihm zugeordnete erste Prismenfläche eines Prismas so fokussiert, dass die optisch genutzte Fläche der ersten Prismenfläche kleiner ist als die erste Prismenfläche selbst. Beispielsweise kann zwischen dem optisch genutzten Bereich der ersten Prismenfläche und den Kanten der ersten Prismenfläche allseitig ein geringer Abstand verbleiben.As a rule, it is neither necessary nor desired to use the entire volume of the prisms enclosed by the prism surfaces as the optical volume for the radiation steering. For example, optically unused area should be provided on the prism bodies in order to mount elements of the mounting technology, ie holding elements of a holder device and / or elements of the associated actuators. For this reason, among others, it is provided in some embodiments that a raster arrangement of optical elements for concentrating radiation impinging on the optical elements is arranged on the entry side of the raster arrangement on the first prism surfaces of the respective associated prisms. The raster arrangement can be formed, for example, by a field of microlenses (microlens array), in which each microlens illuminated on the inlet side focuses the part of the incident beam incident on the microlens onto the first prism surface of a prism associated with it so that the optically used surface of the first Prism area is smaller than the first prism surface itself. For example, a small distance can remain on all sides between the optically used region of the first prism surface and the edges of the first prism surface.
Die Erfindung betrifft auch ein für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage geeignetes Beleuchtungssystem zum Empfang von Licht einer primären Lichtquelle und zur Beleuchtung eines Beleuchtungsfeldes mit dem Licht der primären Lichtquelle, wobei das Beleuchtungssystem mindestens eine Lichtmodulationseinrichtung der in dieser Anmeldung beschriebenen Art enthält.The invention also relates to a lighting system suitable for a microlithography projection exposure apparatus for receiving light from a primary light source and for illuminating a lighting field with the light from the primary light source, the lighting system comprising at least one light modulation device of the type described in this application.
Das Beleuchtungssystem hat vorzugsweise eine variabel einstellbare Pupillenformungseinheit zum Empfang von Licht der primären Lichtquelle und zur Erzeugung einer variabel einstellbaren zweidimensionalen Intensitätsverteilung in einer Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems, wobei die Lichtmodulationseinrichtung zwischen der Lichtquelle und der Pupillenformungsfläche angeordnet ist.The illumination system preferably has a variably adjustable pupil-shaping unit for receiving light from the primary light source and for generating a variably adjustable two-dimensional intensity distribution in a pupil-shaping surface of the illumination system, the light-modulating means being disposed between the light source and the pupil-shaping surface.
Eine Lichtmodulationseinrichtung mit einem Prismenarray, also eine Rasteranordnung mit einer Vielzahl von Prismen, kann unter gewissen Voraussetzungen überall dort verwendet werden, wo in herkömmlichen Systemen Spiegelarrays, also Rasteranordnungen von Spiegeln, eingesetzt werden. Allerdings setzt die Verwendung eines Prismenarrays voraus, dass es für die vorgesehene Nutzwellenlänge (Arbeitswellenlänge) ein hinreichend transparentes optisches Material mit einem ausreichend großen Brechungsindex gibt, der beispielsweise größer als 1.3 oder größer als 1.4 sein sollte. Arbeitswellenlängen können z. B. im Bereich des sichtbaren Lichts (VIS), aber auch im Bereich des Ultraviolettlichts (UV) oder des tiefen Ultraviolettlichts (DUV) liegen. Dementsprechend können die Lichtmodulationseinrichtungen der hier beschriebenen Art nicht nur in Beleuchtungssystemen für mikrolithographische Anwendungen verwendet werden, sondern beispielsweise auch in Beamern oder im Bereich der Telekommunikation als „optical cross connect” zum Verschalten von Glasfaserenden.A light modulation device with a prism array, that is to say a raster arrangement with a multiplicity of prisms, can under certain conditions be used wherever mirror arrays, ie raster arrays of mirrors, are used in conventional systems. However, the use of a prism array requires that for the intended useful wavelength (working wavelength) there is a sufficiently transparent optical material with a sufficiently large refractive index, which should be, for example, greater than 1.3 or greater than 1.4. Working wavelengths can z. B. in the range of visible light (VIS), but also in the range of ultraviolet light (UV) or deep ultraviolet (DUV). Accordingly, the light modulation devices of the type described here can be used not only in illumination systems for microlithographic applications, but also, for example, in beamers or in the field of telecommunications as "optical cross connect" for interconnecting fiber ends.
Die vorstehenden und weitere 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 Ausführungsformen der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.The foregoing and other features will become apparent from the claims and from the description and drawings, wherein the individual features each alone or more in the form of sub-combinations in embodiments of the invention and in other fields be realized and advantageous and protectable Can represent versions.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
In
Das polarisierte Licht der Lichtquelle
Der aufgeweitete Laserstrahl hat eine Querschnittsfläche mit einem Flächeninhalt beispielsweise im Bereich zwischen 100 mm2 und 1.000 mm2 und eine bestimmte Querschnittsform, beispielsweise eine quadratische Querschnittsform. Die Divergenz des aufgeweiteten Laserstrahls ist in der Regel kleiner als die sehr geringe Divergenz des Laserstrahls vor der Strahlaufweitung. Die Divergenz kann z. B. zwischen ca. 1 mrad und ca. 3 mrad liegen.The expanded laser beam has a cross-sectional area with an area, for example, in the range between 100 mm 2 and 1,000 mm 2 and a certain cross-sectional shape, for example, a square cross-sectional shape. The divergence of the expanded laser beam is usually smaller than the very small divergence of the laser beam before beam expansion. The divergence can z. B. between about 1 mrad and about 3 mrad lie.
Der aufgeweitete Laserstrahl tritt in eine Pupillenformungseinheit
Die Pupillenformungseinheit
In unmittelbarer Nähe der Pupillenformungsfläche
Das optische Rasterelement
Das nachfolgende Abbildungsobjektiv
Diejenigen optischen Komponenten, die das Licht des Lasers
In Lichtlaufrichtung hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung
Hinter der Retikelebene
Das zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen Halbleiterwafer
Die Pupillenformungsfläche
In
Bei manchen Ausführungsformen ist im Lichtweg vor der Lichtmodulationseinrichtung eine Polarisationseinstelleinrichtung vorgesehen, die es erlaubt, den Polarisationszustand des auf das Prismenarray einfallenden Lichtes gezielt einzustellen. Eine solche schaltbare Polarisationseinstelleinrichtung kann beispielsweise so konfiguriert sein, dass wahlweise zwischen s-Polarisationen, p-Polarisationen (bezüglich der Einfallsebene auf die ersten Prismenflächen) sowie unpolarisierter Strahlung umgeschaltet werden kann. Das Licht kann beispielsweise vor dem Beleuchtungssystem mit Hilfe eines Brewster-Spiegels vollständig linear polarisiert werden. Durch Einsatz doppelbrechender optischer Elemente kann die Orientierung der linearen Polarisation geschaltet bzw. verändert oder gezielt eingestellt werden.In some embodiments, a polarization adjustment device is provided in the light path in front of the light modulation device, which makes it possible to set the polarization state of the light incident on the prism array in a targeted manner. For example, such a switchable polarization setter may be configured to selectively switch between s polarizations, p polarizations (with respect to the plane of incidence on the first prism faces) and unpolarized radiation. For example, the light can be completely linearly polarized in front of the illumination system with the aid of a Brewster mirror. By using birefringent optical elements, the orientation of the linear polarization can be switched or changed or specifically adjusted.
Die im Durchtritt genutzte reflektive Lichtmodulationseinrichtung dient zur steuerbaren Veränderung der Winkelverteilung des von einer Eintrittseite
Die reflektive Lichtmodulationseinrichtung
Durch die Verkippung kann für jedes der auf die Prismen auftreffenden Teilstrahlbündel eine definierte Strahlumlenkung bewirkt werden, so dass sich über den nutzbaren Querschnitt der Rasteranordnung lokal unterschiedliche Strahlablenkungen einstellen lassen. Dadurch ist eine ortsauflösende bzw. ortsaufgelöste Beeinflussung der Winkelverteilung von Strahlen des von der Eintrittsseite auf die Lichtmodulationseinrichtung einfallenden Strahlbündels möglich, um ein an der Austrittsseite ausfallendes Strahlbündel zu erzeugen, dessen Winkelverteilung durch die Stellung bzw. Orientierung der einzelnen Prismen vorgegeben werden kann. Die von den Prismen an deren Austrittsseite ausgehenden Teil-Strahlbündel
Die Lichtmodulationseinrichtung sollte möglichst verlustarm arbeiten, damit ein möglichst hoher Anteil der von der Lichtquelle bereitgestellten Strahlungsenergie für den Projektionsbelichtungsprozess genutzt werden kann. Die geometrische Konfiguration ist daher so ausgelegt, dass bei allen Arbeitsstellungen der Prismen alle an der Eintrittsseite eintretenden Strahlen in den optisch genutzten Bereich der Pupillenfläche gelangen, d. h. es wird keine Strahlung ausgeblendet. Die unvermeidlichen Intensitätsverluste im Bereich der Lichtmodulationseinrichtung sollen möglichst gering sein. Zu Erreichung dieses Ziels tragen u. a. die nachfolgend dargestellte Besonderheiten bei. The light modulation device should work as low as possible, so that the highest possible proportion of the radiation energy provided by the light source can be used for the projection exposure process. The geometric configuration is therefore designed so that, in all working positions of the prisms, all the rays entering at the entrance side reach the optically used region of the pupil surface, ie no radiation is masked out. The unavoidable intensity losses in the area of the light modulation device should be as small as possible. Among other things, the following special features contribute to achieving this goal.
Der Aufbau der Prismen und deren Funktion als variabel einstellbare Strahlumlenkelemente werden anhand von
Mit gestrichelten Linien ist das Prisma
Das Prisma hat einen transparenten Prismenkörper
Das Prisma ist mit Hilfe der zugeordneten Aktuatoren mehrachsig verkippbar, nämlich um einen parallel zur x-Richtung verlaufende erste Kippachse
Die erste Prismenfläche
In
Aufgrund der Totalreflexionen an der zweiten Prismenfläche handelt es sich um eine reflektive Lichtmodulationseinrichtung. Interessanterweise verlaufen jedoch im Beispielsfall die Lichteintrittsrichtung und die Lichtaustrittsrichtung ähnlich wie bei Lichtmodulationseinrichtungen vom Transmissionstyp weitgehend parallel zueinander bzw. weichen, je nach Kippstellung der Prismen, nur um wenige Grad, beispielsweise weniger als 20° oder weniger 10° voneinander ab. Die reflektive Lichtmodulationseinrichtung kann somit in gewissen Fällen in optischen Systemen dort eingesetzt werden, wo bisher Lichtmodulationseinrichtungen vom Transmissionstyp genutzt wurden.Due to the total reflections on the second prism surface, it is a reflective light modulation device. Interestingly, however, in the example, the light entrance direction and the light exit direction are substantially parallel to each other or soften, depending on the tilt position of the prisms, only a few degrees, for example less than 20 ° or less 10 ° from each other, similar to transmission type light modulation devices. The reflective light modulation device can thus in certain cases be used in optical systems where previously transmission-type light modulation devices were used.
Ein großer Vorteil der neuartigen Lichtmodulationseinrichtung besteht darin, dass der Lichtverlust, d. h. der Intensitätsverlust zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite, sehr gering sein kann. Bei der Totalreflexion an der zweiten Prismenfläche tritt praktisch kein Intensitätsverlust auf. An den ersten und dritten Prismenflächen können sich Reflexionsverluste ergeben, die jedoch gegebenenfalls durch Verwendung von Antireflexbeschichtungen stark reduziert werden können. Eventuelle Absorptionsverluste im Material des Prismenkörpers können durch geeignete Materialwahl nahezu auf null reduziert werden.A major advantage of the novel light modulation device is that the light loss, i. H. the loss of intensity between light entrance side and light exit side, can be very low. In total reflection at the second prism surface occurs virtually no loss of intensity. Reflective losses may occur at the first and third prism faces, but may be greatly reduced by using anti-reflective coatings if necessary. Possible absorption losses in the material of the prism body can be reduced to almost zero by a suitable choice of material.
Bei den in
Bei typischen Anwendungen von reflektiven Lichtmodulationseinrichtungen der hier gezeigten Art liegen maximale Kippwinkel der Prismen im Bereich von wenigen Graden, beispielsweise im Bereich von ±2° ausgehend von der Grundstellung. In diesen Fällen sind die Abweichungen der maßgeblichen Einfallswinkel an den ersten und dritten Prismenflächen vom Brewster-Winkel so gering, dass hierdurch auftretende Transmissionsverluste in der Regel 0.1% nicht übersteigen.In typical applications of reflective light modulation devices of the type shown here, maximum tilt angles of the prisms are in the range of a few degrees, for example in the range of ± 2 °, starting from the home position. In these cases, the deviations of the relevant angles of incidence at the first and third prism surfaces from the Brewster angle are so small that the transmission losses that occur as a rule do not exceed 0.1%.
Zusammenfassend kann das Verhältnis IO/II zwischen der Intensität
Die Lichtmodulationseinrichtung
Bei dem Ausführungsbeispiel von
Die Aktuatoren zum Verkippen der Prismen werden im Allgemeinen den optisch nutzbaren Bereich bzw. den Füllfaktor des Prismenarrays reduzieren. Der Begriff „Füllfaktor” bezeichnet hier die optisch nutzbare Fläche des Prismenarrays, projiziert in Lichtrichtung, relativ zu der von dem Prismenarray insgesamt eingenommenen Fläche, ebenfalls projiziert in Lichtrichtung. Um Lichtverluste zu vermeiden, ist bei der Ausführungsform von
Mit Hilfe der Lichtmodulationseinrichtung
Die auch als Spiegelebene bezeichnete gemeinsame Ebene
Bei dieser Ausführungsform liegen die Einfallswinkel an den Lichteintrittsseiten (erste Prismenflächen
Die schräge Ausrichtung der Rasteranordnung bedingt eine Faltung des Strahlengangs des optischen Systems, in das die Lichtmodulationseinrichtung integriert ist. Vorteilhafterweise sind hier Faltungswinkel um 90° möglich, so dass der Strahlengang auf der Lichteintrittsseite und der Strahlengang auf der Lichtaustrittsseite schon in geringer Entfernung von der Lichtmodulationseinrichtung nicht mehr überlappen und dementsprechend die optischen Komponenten vor der Lichtmodulationseinrichtung und hinter der Lichtmodulationseinrichtung relativ nah an der Lichtmodulationseinrichtung positioniert sein können. Hierdurch sind räumlich kompakte Anordnungen möglich.The oblique orientation of the grid arrangement causes a convolution of the beam path of the optical system, in which the light modulation device is integrated. Advantageously, folding angles of 90 ° are possible here so that the beam path on the light entry side and the beam path on the light exit side no longer overlap at a small distance from the light modulation device and accordingly position the optical components in front of the light modulation device and behind the light modulation device relatively close to the light modulation device could be. As a result, spatially compact arrangements are possible.
Ein Vorteil der Anordnung in
Der Kulisseneffekt ergibt sich allerdings nur in der in
Zur Optimierung von Lithographieprozessen ist es in der Regel gewünscht, die zweidimensionale Intensitätsverteilung in der Pupillenformungsfläche des Beleuchtungssystems mit hoher Genauigkeit und großer örtlicher Auflösung einzustellen. Wenn zur Strukturierung der Beleuchtungspupille eine Lichtmodulationseinrichtung mit einer zweidimensionalen Rasteranordnung individuell ansteuerbarer Prismen verwendet wird, mit deren Hilfe die Winkelverteilung der auftreffenden Strahlung verändert werden kann, so lässt sich die räumliche Auflösung durch eine entsprechend große Anzahl von Prismen mit angepasster Wirkungscharakteristik erreichen. So kann beispielsweise die reflektive Lichtmodulationseinrichtung mehr als 25 oder mehr als 400 oder mehr als 4000 ansteuerbare Prismen bzw. Kanäle haben. Andererseits kann die Konstruktion aufwändiger und die Baugröße größer werden, je mehr Prismen untergebracht werden sollen, so dass die obere Grenze für die Anzahl von Prismen aus praktischen Gründen häufig bei 100000 Einzelelementen liegt, ggf. können auch weniger als 50000 oder weniger als 10000 Einzelelemente vorgesehen sein. Lichtmodulationseinrichtungen mit hoher Ortsauflösung haben in der Regel eine Flächenausdehnung, die mindestens einen oder mehrere Quadratzentimeter beträgt und beispielsweise zwischen ca. 2 cm2 und 80 cm2 bis 100 cm2 oder mehr liegen kann.In order to optimize lithography processes, it is usually desirable to set the two-dimensional intensity distribution in the pupil shaping surface of the illumination system with high accuracy and high spatial resolution. If a light modulation device with a two-dimensional grid arrangement of individually controllable prisms is used for structuring the illumination pupil, with the aid of which the angular distribution of the incident radiation can be changed, the spatial resolution can be achieved by a correspondingly large number of prisms having an adapted response characteristic. For example, the reflective light modulation device may have more than 25 or more than 400 or more than 4000 controllable prisms or channels. On the other hand, the design may be more complex and the size larger, the more prisms are to be accommodated, so that the upper limit for the number of prisms for practical reasons is often 100,000 individual elements, possibly also less than 50,000 or fewer than 10,000 individual elements provided be. Light modulation devices with high spatial resolution usually have a surface area that is at least one or more square centimeters and, for example, between about 2 cm 2 and 80 cm 2 to 100 cm 2 or more.
Die Begriffe „Strahlung” und „Licht” im Sinne dieser Anmeldung sind weit zu interpretieren und sollen insbesondere elektromagnetische Strahlung aus dem tiefen Ultraviolettbereich (DUV) umfassen, beispielsweise bei Wellenlängen von ca. 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm oder 126 nm.The terms "radiation" and "light" in the context of this application are to be interpreted broadly and in particular to include electromagnetic radiation from the deep ultraviolet region (DUV), for example at wavelengths of about 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm or 126 nm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 7359103 B2 [0008] US 7359103 B2 [0008]
- US 5343489 [0041] US 5343489 [0041]
- WO 2009/135586 A1 [0053] WO 2009/135586 A1 [0053]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20120623 |