DE60035710T2

DE60035710T2 - Zoom-beleuchtungssystem zur verwendung in der photolithographie

Info

Publication number: DE60035710T2
Application number: DE60035710T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey M. Sierra Madre HOFFMAN; Joseph M. Hudson KUNICK; Mark Mamaroneck OSKOTSKY; Lev Norwalk Ryzhikov
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: DE60035710D1; EP1256033A1; EP1256033B1; WO2001061411A1; JP2003523641A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Beleuchtungssysteme für Fotolithografie.
Stand der Technik
Fotolithografie (auch Mikrolithografie genannt) ist eine Technologie zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen. Fotolithografie verwendet ultraviolettes oder sichtbares Licht, um feine Muster in einem Halbleitervorrichtungsdesign zu erzeugen. Viele Arten von Halbleitervorrichtungen, wie beispielsweise Dioden, Transistoren und integrierte Schaltungen, können unter Verwendung von fotolithografischen Verfahren hergestellt werden. Belichtungssysteme oder -Werkzeuge werden zur Durchführung von fotolithografischen Verfahren, wie beispielsweise Ätzen, in der Halbleiterfertigung verwendet. Ein Belichtungssystem umfasst üblicherweise ein Beleuchtungssystem, ein ein Schaltmuster enthaltendes Retikel (auch Maske genannt), ein Projektionssystem und eine Wafer-Ausrichtungsstufe zum Ausrichten eines mit Fotoresist bedeckten Halbleiterwafers. Das Beleuchtungssystem beleuchtet ein Gebiet des Retikels mit einem vorzugsweise rechteckigen, schlitzförmigen Beleuchtungsfeld. Das Projektionssystem projiziert ein Bild des beleuchteten Bereichs des Retikel-Schaltmusters auf den Wafer.
Im Zuge des Fortschritts in der Technologie der Herstellung von Halbleitervorrichtungen werden die Anforderungen auf jede Komponente des zur Herstellung der Halbleitervorrichtung verwendeten Fotolithografiesystems immer höher. Dies schließt auch das Beleuchtungssystem ein, das zur Beleuchtung des Retikels verwendet wird. Es ist beispielsweise notwendig, das Retikel mit einem Beleuchtungsfeld zu beleuchten, das eine gleichförmige Strahlungsintensität aufweist. Bei der Schnellscan-Fotolithografie (Step-and-Scan-Fotolithographie) ist es auch notwendig, eine Größe des Beleuchtungsfeldes kontinuierlich in einer zu einer Wafer-Scan-Richtung senkrechten Richtung zu verändern, so dass die Größe des Beleuchtungsfeldes an unterschiedliche Anwendungen an gepasst werden kann. Ein Faktor, der den Durchsatz der Wafer-Verarbeitung oft beschränkt, ist die von dem Beleuchtungssystem zur Verfügung stehende Energiemenge. Daher ist es notwendig, die Größe des Beleuchtungsfeldes ohne einen Energieverlust zu variieren.
EP 0 876 772 beschreibt ein Beleuchtungssystem, das eine Beleuchtungsquelle und erste und zweite Integratoren enthält, die zusammen eine Vielzahl von auftreffenden Quellenbildern ausgeben; ein optisches Kondensorsystem und ein optisches Zoom-System mit einer Vielzahl von Linsenelementen. Durch Bewegen der Linsenelemente des optischen Zoom-Systems entlang der Richtung der optischen Achse wird die Brennweite verändert, und somit wird die Bildvergrößerung geändert, während die Position der Bildebene unverändert bleibt.
Da die Größe des Beleuchtungsfeldes jedoch, wie oben erwähnt, variiert wird, ist es wichtig, die Winkelverteilung und Eigenschaften des Beleuchtungsfeldes an dem Retikel beizubehalten. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das Beleuchtungssystem an einer im Wesentlichen unveränderlichen numerischen Apertur an dem Retikel telezentrische Beleuchtung beibehalten, wenn die Größe des Beleuchtungsfeldes variiert wird. Einige Beleuchtungssysteme umfassen eine Anordnung oder ein lichtbrechendes, streuendes optisches Element, das vor dem Retikel angeordnet ist. Das streuende optische Element erzeugt eine gewünschte Winkelverteilung des Lichts, die anschließend abgebildet oder zu dem Retikel weitergeleitet wird. In einem solchen Beleuchtungssystem ist es notwendig, die telezentrische Beleuchtung an einer im Wesentlichen unveränderlichen numerischen Apertur an dem streuenden optischen Element, und dementsprechend an dem Retikel beizubehalten, wenn die Größe des Beleuchtungsfeldes variiert wird.
Eine Standard-Zoom-Linse kann die Größe des Beleuchtungsfeldes ändern. Bei der Standard-Zoom-Linse ist jedoch Bildvergrößerung, und dementsprechend die Größe des Beleuchtungsfeldes, umgekehrt proportional zu Winkelvergrößerung. Daher verkleinert eine Standard-Zoom-Linse, die die Größe eines Bildes um einen Faktor M vergrößert, unvorteilhaft die numerische Apertur um einen Faktor 1/M, und kann die Winkelverteilung des Beleuchtungsfeldes nicht beibehalten.
Daher ist es notwendig, die Größe des Beleuchtungsfeldes ohne einen Energieverlust zu variieren (das heißt, das Beleuchtungsfeld zu vergrößern), und telezentrische Beleuchtung an einer im Wesentlichen unveränderlichen numerischen Apertur beizubehalten, wenn die Größe des Beleuchtungsfeldes variiert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Anforderung durch Bereitstellen eines Beleuchtungssystems, das die Merkmale von Anspruch 1 umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem zur Änderung der Größe eines Beleuchtungsfeldes, das auf ein Retikel und/oder ein streuendes optisches Element auftrifft, während es die telezentrische Beleuchtung an einer im Wesentlichen unveränderlichen numerischen Apertur beibehält. Das Beleuchtungsfeld wird anschließend in einem fotolithographischen Prozess auf ein Retikel abgebildet. In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Beleuchtungssystem in Reihe entlang einer optischen Achse des Beleuchtungssystems eine optische Quelle, einen Strahlkonditionierer, einen ersten optischen Integrator, eine erste oder Eingangs-Kollimationslinse, einen einzelnen Zoom-Array-Integrator (ZAI), eine zweite oder Ausgangs-Kollimationslinse, das optische Streuelement, und das Retikel. Der ZAI umfasst eine Baugruppe von stätionären und beweglichen Linsenkomponenten, die so angeordnet sind, dass sie die Größe des Beleuchtungsfeldes über einen gesamten Zoombereich des ZAI ändern, während sie die telezentrische Beleuchtung an einer im Wesentlichen unveränderlichen numerischen Apertur beibehalten. Beleuchtungstelezentrizität und im Wesentlichen unveränderliche numerische Aperturen werden sowohl an dem optischen Streuelement als auch an dem Retikel über den gesamten Zoombereich beibehalten.
In einem Beispiel enthält der ZAI zwei stationäre Linsenanordnungen, die entlang einer optischen Achse des ZAI voneinander beabstandet sind. Die beiden stationären Linsenanordnungen sind in einer Mehrlinsenkonfiguration angeordnet, und umfassen optische Wirkung in einer X-Richtung. Die beiden stationären Linsenanordnungen werden als X-Anordnungen bezeichnet. Der ZAI umfasst auch eine stationäre vordere Linsenanordnung und drei bewegliche Linsenanordnungen, die entlang der optischen Achse zwi schen den beiden stationären Anordnungen bewegt werden können. Die stationäre vordere Linsenanordnung und die drei beweglichen Linsenanordnungen haben optische Wirkung in einer zu der X-Richtung senkrechten Y-Richtung, und werden als Y-Anordnungen bezeichnet. Jede der beweglichen Y-Anordnungen wird entlang der optischen Achse bewegt, um eine Brennweite und somit Vergrößerung des ZAI in der Y-Richtung zu variieren. Dadurch wird dementsprechend die Größe des Beleuchtungsfeldes in der Y-Richtung variiert, während an dem optischen Streuelement und dem Retikel telezentrische Beleuchtung und im Wesentlichen unveränderliche numerische Aperturen beibehalten werden. Die stationäre vordere Y-Anordnung verhindert an einem Eingang zu dem ZAI Lichtunter- oder Überfüllung, um dadurch eine Variation in einer Beleuchtungsgleichförmigkeit an dem optischen Streuelement oder dem Retikel zu verringern.
Merkmale und Vorteile
Das System der vorliegenden Erfindung erzeugt vorteilhaft ein Beleuchtungsfeld mit gleichförmiger Strahlungsintensität, das zur Verwendung in der Fotolithografie geeignet ist.
Das System der vorliegenden Erfindung variiert vorteilhaft die Größe des Beleuchtungsfeldes an einem Retikel und/oder einem optischen Streuelement und behält die Winkeleigenschaften des Beleuchtungsfeldes bei, wenn die Größe des Beleuchtungsfeldes geändert wird. Um dies zu erreichen, behält das System der vorliegenden Erfindung telezentrische Beleuchtung an einer im Wesentlichen unveränderlichen numerischen Apertur bei, während das System die Größe des Beleuchtungsfeldes ändert.
Das System der vorliegenden Erfindung ändert oder zoomt vorteilhaft die Größe des Beleuchtungsfeldes über einen gesamten Zoombereich, ohne die Energieeffizienz zu vermindern, das heißt, ohne Energieverlust.
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung verwendet das System vorteilhaft einfach herzustellende und handelsübliche Linsenkomponenten, und umfasst eine minimale Zahl von beweglichen Linsenkomponenten.
Das System der vorliegenden Erfindung kann die Größe des Beleuchtungsfeldes entweder kontinuierlich oder einzeln über den gesamten Zoombereich variieren. In anderen Worten stellt die Größe des Beleuchtungsfeldes über den gesamten Zoombereich ein Kontinuum von Größen dar.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie die Struktur und die Funktionsweise von verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die begleitenden Zeichnungen, die hierin enthalten sind und Teil der Beschreibung sind, stellen die vorliegende Erfindung dar und dienen des Weiteren zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären, und es einem Fachmann auf diesem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu nutzen.
1A ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Beleuchtungssystems für Projektionslithografie, wobei das Beleuchtungssystem in einer ersten Zoomposition abgebildet ist, die einer ersten Vergrößerung entspricht.
1B ist ein Blockdiagramm des Beleuchtungssystems aus 1A, das in einer zweiten Zoomposition abgebildet ist, die einer zweiten Vergrößerung entspricht, die größer ist als die erste Vergrößerung.
2A ist eine Perspektivdarstellung von stationären und beweglichen Linsenkomponenten eines beispielhaften Zoom-Array-Integrators des Beleuchtungssystems aus 1A, der in der ersten Zoomposition abgebildet ist.
2B ist eine Perspektivdarstellung von stationären und beweglichen Linsenkomponenten eines beispielhaften Zoom-Array-Integrators des Beleuchtungssystems aus 1A, der in der zweiten Zoomposition abgebildet ist.
3 ist eine Darstellung einer Anordnung von Quellenbildern, die an einer Ausgangs-Bildebene des Zoom-Array-Integrators aus 2A erzeugt werden.
4A ist eine Reihe von fünf schematischen Darstellungen (a), (b), (c), (d) und (e) eines einzelnen Kanals des Zoom-Array-Integrators aus 2A, die fünf Zoompositionen und Vergrößerungen entsprechen, wobei die Vergrößerung in der Reihenfolge (a) bis (e) abnimmt.
4B ist eine Darstellung der telezentrischen Beleuchtung, die von jedem einer Vielzahl von optischen Kanälen, wie beispielsweise von dem einzelnen Kanal aus 4A, eines Zoom-Array-Integrators des Beleuchtungssystems aus 1A erzeugt wird.
4C ist eine beispielhafte Tabelle für Linsenvorschriften für die einzelnen Kanaldarstellungen (a) bis (e) aus 4A.
5 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems aus 1A.
6A ist ein Diagramm eines beispielhaften erfindungsgemäßen rechteckigen, schlitzförmigen Beleuchtungsfeldes bei einer ersten Vergrößerung.
6B ist ein Diagramm des beispielhaften rechteckigen, schlitzförmigen Beleuchtungsfeldes gemäß 6A bei einer zweiten Vergrößerung, die kleiner ist als die erste Vergrößerung.
7 ist eine Perspektivdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Zoom-Array-Integrators gemäß der vorliegenden Erfindung, der zwei bewegliche Linsenkomponenten verwendet.
8 ist eine schematische Darstellung eines Kanals des Zoom-Array-Integrators aus 7.
9A, 9B und 9C stellen gemeinsam eine beispielhafte Linsenvorschrift für den Zoom-Array-Integrator-Kanal aus 8 bereit.
10 ist eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Zoom-Array-Integrators gemäß der vorliegenden Erfindung, der zwei bewegliche Linsenkomponenten verwendet, wobei ein einzelner Kanal des Zoom-Array-Integrators abgebildet ist.
11 ist eine grafische Darstellung einer Beleuchtungsfeldhöhe in einer Y-Richtung gegenüber Positionen von ersten und zweiten beweglichen Linsenelementen des Zoom-Array-Integrators aus 10.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1. Beispielhaftes Beleuchtungssystem
1A ist eine erfindungsgemäße Darstellung eines beispielhaften Beleuchtungssystems 100 an einer ersten Zoomposition. Beleuchtungssystem 100 enthält in Reihe und entlang einer zu einer Z-Achse parallelen optischen Achse 102 mittig angeordnet eine Beleuchtungsquelle 104, eine Strahlkonditioniereinrichtung 106, einen optischen Integrator 107, einen einzigen Kondensor 112 gemäß der vorliegenden Erfindung, ein optisches Streuelement 114, und eine Relaislinsenanordnung 116. Beleuchtungssystem 100 beleuchtet ein Retikel 118.
Beleuchtungsquelle 104 lenkt elektromagnetische Strahlung (EM) in Strahlkonditioniereinrichtung 106. Die Beleuchtungsquelle wird in ihrem weitesten Sinne verwendet, was jegliche EM-Strahlungsquelle, unabhängig von Wellenlänge, bedeutet. Daher kann die Beleuchtungsquelle 104 ein Laser mit einer Wellenlänge wie beispielsweise einer ultravioletten Wellenlänge sein, die nicht innerhalb des sichtbaren Bereichs liegt. Eine beispielhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet Wellenlängen, die 248 Nanometer (nm), 193 nm und 157 nm umfassen, jedoch nicht auf diese beschränkt sind. Des Weiteren kann die Beleuchtungsquelle 104 ein Pulslaser oder ein Dauerstrichlaser sein. Die Strahlkonditioniereinrichtung 106 vergrößert oder verändert den Strahl von elektromagnetischer Strahlung aus der Beleuchtungsquelle 104. Strahlkonditioniereinrichtung 106 erzeugt einen Kollimationsstrahl mit einem vorzugsweise rechteckigen Querschnitt. Dies kann durch eine Strahlerweiterungseinheit wie beispielsweise ein optisches Brechungssystem, oder ein optisches Reflexionssystem erreicht werden. Eine beispiel hafte Strahlkonditioniereinrichtung ist in dem US-Patent Nr. 5.631.721 Hybrid Illumination System for Use in Photolithography von S.Stanton et al. beschrieben, das durch Bezugnahme vollständig in diese Beschreibung aufgenommen ist.
Strahlkonditioniereinrichtung 106 richtet konditionierte EM-Strahlung durch den optischen Integrator oder das optische Mehrbild-Element 107. Der optische Integrator 107 erzeugt an einer Brennebene 108 eine Vielzahl von auftreffenden Punktquellenbildern, vorzugsweise ein rechteckiges Gitter oder eine rechteckige Anordnung solcher Bilder. Bei dem optischen Integrator 107 kann es sich um eine zweidimensionale Anordnung kugelförmiger Linsen, oder um zwei orthogonale eindimensionale Anordnungen zylindrischer Linsen handeln. Der optische Integrator 107 enthält Linsen mit optischer Wirkung in eine X-Richtung und Linsen mit optischer Wirkung in einer Y-Richtung. Die Linsen mit optischer Wirkung in der X-Richtung bilden Bilder an einer Brennebene aus, die sich in einer X-Y-Ebene erstreckt und hierin als eine X-Brennebene bezeichnet wird. Die Linsen mit optischer Wirkung in der Y-Richtung bilden Bilder an einer unterschiedlichen Brennebene aus, die sich in einer X-Y-Ebene erstreckt und hierin als die Y-Brennebene bezeichnet wird. Wie in 1A abgebildet, stimmen sowohl die X- als auch die Y-Brennebenen des optischen Integrators 107 an der Brennebene 108 entlang der optischen Achse 102 (die parallel ist zu der Z-Achse) miteinander überein. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die X- und Y-Brennebenen entlang der optischen Achse 102 voneinander getrennt.
A. Kondensor
EM-Strahlung von den Quellenbildern an Brennebene 108, die durch den optischen Integrator 107 gebildet wird, trifft auf Kondensor 112. Kondensor 112 sammelt dieses Licht und richtet das gesammelte Licht auf das optische Streuelement 114. Kondensor 112 ist vorzugsweise anamorphotisch, wodurch er an einer Ebene der Beleuchtung (auch als eine Beleuchtungsebene bezeichnet), die an dem oder nahe dem optischen Streuelement 114 liegt, ein rechteckiges, schlitzförmiges Beleuchtungsfeld erzeugt. Kondensor 112 formatiert eine Querschnittsform der EM-Strahlung oder des auftreffenden Lichts neu und verteilt das Licht neu, um das Beleuchtungsfeld mit einer gleichförmigen Strahlungsintensität zu erzeugen. Kondensor 112 kann wahlweise ausgelegt sein, X- und Y-Beleuchtungsfelder zu erzeugen (das heißt, Beleuchtungsfelder in der X-Richtung, be ziehungsweise in der Y-Richtung), die entlang der optischen Achse 102 räumlich voneinander getrennt sind. Die X-Richtung entspricht der Richtung, in welche Retikel 118 und der Wafer (nicht dargestellt) gescannt werden.
Das Beleuchtungsfeld beleuchtet das optische Streuelement 114 mit einer vorgegebenen numerischen Apertur, die durch einen Winkel θ₁ dargestellt wird. Die numerische Apertur wird durch die Gleichung NA1 = nSinθ1 angegeben, wobei n ein Brechungsindex des optischen Ausbreitungsmediums ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung variiert Kondensor 112 eine Größe des Beleuchtungsfeldes in der Y-Richtung wie gewünscht, und erhält im Wesentlichen eine vorgegebene Winkelverteilung des Lichts, das auf das optische Streuelement 114 auftrifft, oder behält sie bei, während die Größe des Beleuchtungsfeld geändert wird. Um dies zu erreichen, behält Kondensor 112 die telezentrische Beleuchtung an einer unveränderlichen numerischen Apertur (NA₁) an dem optischen Streuelement 114 bei, während die Größe des Beleuchtungsfeldes verändert wird. Kondensor 112 behält ebenfalls eine gleichförmige Strahlungsintensität und eine vorgegebene Energiemenge bei, die von Beleuchtungssystem 100 zu dem optischen Streuelement 114 übertragen wird, während die Größe des Beleuchtungsfeldes variiert wird. Die Funktionsweise des Kondensors 112 wird weiter unten beschrieben.
Kondensor 112 beleuchtet das optische Streuelement 114, das an oder nahe der Beleuchtungsebene positioniert ist. Das optische Streuelement 114 ist eine Anordnung oder ein lichtbrechendes, streuendes optisches Element, das die numerische Apertur des Beleuchtungsfeldes erhöht. Das optische Streuelement 114 erzeugt wirksam eine gewünschte Winkelverteilung oder Füllung von Streulicht an Retikel 118, die für unterschiedliche fotolithografische Abbildungssituationen geeignet ist. Dies ist als Pupillenfüllung bekannt. Ein beispielhaftes optisches Streuelement wird in US-Patent Nr. 5.631.721 beschrieben. Weil die vorliegende Erfindung die Winkelverteilung des auf das optische Streuelement 114 auftreffende Licht erhält, wenn die Größe des Beleuchtungsfeldes variiert wird, wird vorteilhaft die gewünschte Winkelverteilung des von dem opti schen Streuelement 114 gestreuten Lichts entsprechend erhalten. Eine Relaislinse 116 sammelt das gestreute Licht aus dem optischen Streuelement 114 und bildet an Retikel 118 ein Bild des Beleuchtungsfeldes aus. Das Bild des Beleuchtungsfeldes an Retikel 118 weist gewünschte Winkeleigenschaften auf, einschließlich einer gewünschten numerischen Apertur und Telezentrizität innerhalb eines annehmbaren Bereichs. Ein Bereich von Retikel 118, der von dem Abbild des Beleuchtungsfeldes beleuchtet wird, wird durch ein Projektionssystem (nicht gezeigt) auf einen Halbleiter-Wafer abgebildet.
Kondensor 112 umfasst eine Eingangs-Kollimationslinse 122, einen einzigen Zoom-Array-Integrator (ZAI) 124 und eine Ausgangs-Kollimationslinse 126, die jeweils in Reihe entlang der optischen Achse 102 angeordnet sind. Die rotatorisch symmetrische und wahlweise anamorphotische Kollimationslinse 122 erhält Licht aus der Vielzahl von auftreffenden Punktquellenbildern an Brennebene 108. Kollimationslinse 122 kollimiert das erhaltene Licht, so dass es die von dem optischen Integrator 107 erzeugten diskreten Felder an einer Eingangsseite 127 von ZAI 124 übereinander legt. Kollimationslinse 122 erzeugt ein Sehfeld θ₂ an Eingangsseite 127 von ZAI 124. Eine Größe oder ein räumliches Ausmaß der von dem optischen Integrator 107 ausgebildeten Quellenbilder und eine Brennweite von Kollimationslinse 122 bestimmen das Winkelausmaß oder das Sehfeld θ₂ der Beleuchtung, die auf Eingangsseite 127 von ZAI 124 auftrifft. Des Weiteren definiert eine Gesamtzahl von Linsenelementen des optischen Integrators 107 eine entsprechende Anzahl von unabhängigen Feldern oder Bildern, die auf Eingangsseite 127 auftreffen.
B. Zoom-Array-Integrator
ZAI 124 umfasst eine Anordnung stationärer oder beweglicher Linsenkomponenten zwischen Eingangsseite 127 und einer Ausgangsseite 128 des ZAI 124. Die stationären und beweglichen Linsenkomponenten umfassen Linsenkomponenten mit optischer Wirkung in der X-Richtung und Linsenkomponenten mit optischer Wirkung in der Y-Richtung. Ein Ausführungsbeispiel der stationären und beweglichen Linsenkomponenten wird weiter unten beschrieben. Die Linsenkomponenten mit optischer Wirkung in der X-Richtung bestimmen eine feste Brennweite von ZAI 124 in der X-Richtung. Die Linsenkomponenten mit optischer Wirkung in der Y-Richtung bestimmen eine variable Brennweite und Vergrößerung in der Y-Richtung. Die optischen Komponenten mit opti scher Wirkung in der Y-Richtung werden verwendet, um über einen gesamten Zoombereich von ZAI 124 die Brennweite von ZAI 124 in der Y-Richtung, und dementsprechend die Größe des Beleuchtungsfeldes in der Y-Richtung an dem optischen Streuelement 114 gesteuert zu zoomen oder zu ändern.
ZAI 124 erzeugt eine Vielzahl von ausfallenden Strahlen 129 an Ausgangsseite 128. Die ausfallenden Strahlen haben eine telezentrische Winkelverteilung θ₃ und konvergieren an einer Bild- oder Brennebene 134. Ausfallende Strahlen 129 konvergieren, um eine Anordnung von Quellenbildern an Quellenebene 134 zu erzeugen, die den einfallenden Punktquellenbildern an Brennebene 108 entsprechen. Wie in 1A abgebildet, ist Bildebene 134 eine X-Y-Brenn- oder Bildebene, die von den Linsen von ZAI 124 erzeugt wird, die optische Wirkung in der Y-Richtung haben. Deshalb wird Bildebene 134 hierin als eine Y-Bildebene bezeichnet. Man wird auch anerkennen, dass die Linsen von ZAI 124, die optische Wirkung in der X-Richtung haben, eine unterschiedliche X-Y-Bildebene erzeugen, die hierin als eine X-Bildebene bezeichnet wird. Die X- und Y-Bildebenen können entlang der optischen Achse 10, beispielsweise an Bildebene 134, miteinander übereinstimmen. Alternativ können die X- und Y-Bildebenen entlang der optischen Achse 102 voneinander getrennt sein. Die Anordnung von an Bildebene 134 durch ZAI 124 erzeugten Quellenbildern deckt einen vorgegebenen, im Wesentlichen unveränderlichen Bereich ab. Kollimationslinse 126 weist eine vordere Brennebene auf, die mit Bildebene 134 übereinstimmt. Kollimationslinse 126 kollimiert Licht aus der Anordnung von Quellenbildern an Bildebene 134, um eine entsprechende Vielzahl von unabhängigen Strahlen innerhalb einer vorgegebenen numerischen Apertur, NA₁, zu erzeugen, die an der Beleuchtungsebene, die an oder nahe dem optischen Streuelement 114 positioniert ist, übereinander gelegt werden. Numerische Apertur NA₁ wird durch eine Brennweite von Kollimationslinse 126 und den von der Anordnung von Quellenbildern an Bildebene 134 abgedeckten Bereich bestimmt. Die Größe des Beleuchtungsfelds wird durch eine numerische Apertur NA₃ jedes der Quellenbilder in der Anordnung von Quellenbildern an Bildebene 134 und die Brennweite von Kollimationslinse 126 bestimmt.
Im Betrieb verursacht Zoomen der Brennweite und somit Vergrößerung von ZAI 124 in der Y-Richtung eine entsprechende Vergrößerung oder Verkleinerung in der telezentrischen Winkelverteilung von an Bildebene 134 konvergierendem Licht (beispielsweise θ₃). Diese Vergrößerung oder Verkleinerung in der telezentrischen Winkelverteilung führt an dem optischen Streuelement 114 zu einer entsprechenden Vergrößerung oder Verkleinerung in der Größe des Beleuchtungsfeldes in der Y-Richtung. Im Gegensatz dazu bleibt der Bereich der Anordnung von Bildern an Bildebene 134 im Wesentlichen über den gesamten Zoombereich von ZAI 124 unveränderlich. Eine vorteilhafte Folge davon ist, dass die numerische Apertur NA₁ auch über den gesamten Zoombereich unveränderlich bleibt, da sie von dem im Wesentlichen unveränderlichen Bereich der Anordnung von Bildern bestimmt wird. Bildebene 134 bleibt auch über den gesamten Zoombereich in einer unveränderlichen Position entlang der optischen Achse 102 und stimmt weiterhin mit der vorderen Brennebene von Kollimationslinse 126 überein, um Telezentrizität des Beleuchtungsfeldes an dem optischen Streuelement 114 zu erhalten. Anders ausgedrückt legt die Telezentrizität aufrecht erhaltende Kollimationslinse 126 eine Vielzahl von diskreten Feldern (oder schräg konvergierender Strahlen) an Streuelement 114 übereinander, da ZAI 124 über den gesamten Zoombereich Telezentrizität an Bild- oder Brennebene 134 beibehält.
1A und 1B sind beispielhaft für die oben beschriebene Funktionsweise von ZAI 124. 1A entspricht einer ersten Zoomposition, die eine relativ geringe Vergrößerung erzeugt. Ein relativ kleines Beleuchtungsfeld 136 ergibt sich aus einer relativ kleinen Winkelverteilung θ₃. Auf der anderen Seite entspricht 1B einer zweiten Zoomposition, die eine relativ große Vergrößerung erzeugt. Ein relativ großes Beleuchtungsfeld 138 ergibt sich aus einer relativ großen Winkelverteilung θ₄.
2A und 2B sind schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels von ZAI 124 gemäß der vorliegenden Erfindung. 2A und 2B entsprechen jeweils ersten und zweiten Zoompositionen von ZAI 124. Wie in 2A und 2B abgebildet, ist ZAI 124 zwischen einem zylindrischen Linsenelement 204 von Kollimationslinse 122 und einem zylindrischen Linsenelement 206 von Kollimationslinse 126 positioniert, das axial von dem Linsenelement 204 getrennt ist. Wie oben erwähnt, umfasst ZAI 124 Linsenkomponenten oder Anordnungen mit optischer Wirkung in der X-Richtung und Linsenkomponenten mit optischer Wirkung in der Y-Richtung (hierin jeweils als X- und Y-Anordnungen bezeichnet). Insbesondere umfasst ZAI 124 die folgenden eindimensionaten Linsenanordnungen aus länglichen, im Wesentlichen zylindrischen Linsenelementen, die in Reihe von links nach rechts entlang der optischen Achse 102 angeordnet sind: eine stationäre X-Anordnung 210, eine stationäre Y-Anordnung 214, eine Y-Anordnung 218, die axial bewegt werden kann, eine Y-Anordnung 224, die axial bewegt werden kann, und eine stationäre X-Anordnung 226. Stationäre und bewegliche Y-Anordnungen 214 bis 224 bilden gemeinsam eine Zoom-Linse 228, die die Brennweite von ZAI 124 in der Y-Richtung zoomt.
Die beiden äußeren X-Anordnungen 210 und 226 bestehen aus zylindrischen Linsenelementen 230, wobei jedes der Elemente Brechkraft oder optische Wirkung in der X-Richtung aufweist. Dies bedeutet, Linsenelemente 230 sind mit Krümmungen in der X-Richtung ausgerichtet. Die Elemente 230 haben identische Krümmungsradien (das heißt, optische Wirkung) für jede der X-Anordnungen 210 und 226. X-Anordnungen 210 und 226 sind in einer typischen Mehrlinsenkonfiguration angeordnet, was bedeutet, dass eine Brennweite jeder X-Anordnungen in der X-Richtung im Wesentlichen identisch ist, und X-Anordnung 226 ist axial an oder nahe einem Brennpunkt von X-Anordnung. 210 positioniert und bildet ein telezentrisches System. Äußere X-Anordnungen 210 und 226 sind an beiden Seiten der vier inneren Y-Anordnungen 214 bis 224 angeordnet, um einen axialen Bewegungsbereich der axial beweglichen Y-Anordnungen 218 bis 224 über den gesamten Zoombereich nicht zu hemmen. Eine Brennweite von ZAI 124 in der X-Richtung ist unveränderlich, weil X-Anordnungen 210 und 226 stationär sind.
Die vier inneren Y-Anordnungen 214, 218, 222 und 224 bestehen jeweils aus einer gleichen Anzahl von zylindrischen Linsenelementen 214a, 218a, 222a und 224a, wobei jedes der Linsenelemente 214a, 218a, 222a und 224a Brechkraft oder optische Wirkung in der Y-Richtung hat. Dies bedeutet, Linsenelemente 214a, 218a, 222a und 224a sind mit Krümmungen in der Y-Richtung ausgerichtet. In einem Ausführungsbeispiel sind Linsenelemente 214a und 224a von jeweiligen äußeren Y-Anordnungen 214 und 224 plankonvex (was die Herstellung vereinfacht) und haben positive optische Wirkung. Des Weiteren sind Linsenelemente 218a und 222a von jeweiligen inneren Y-Anordnungen 218 und 222 plankonkav (was die Herstellung vereinfacht) und haben negative optische Wirkung. Andere Kombinationen von negativer und positiver optischer Wirkung können bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Des Weiteren müssen die Linsenelemente bei der vorliegenden Erfindung nicht auf plankonkave und plankonvexe Formen beschränkt sein. Obwohl jede der Y-Anordnungen 214 bis 224 eine gleiche Anzahl von zylindrischen Linsenelementen umfasst, kann die optische Wirkung der Linsenele mente in einer gegebenen Y-Anordnung unterschiedlich von den optischen Wirkungen der Linsenelemente in den anderen Y-Anordnungen sein.
Die vier inneren Y-Anordnungen 214, 218, 222 und 224 bilden Zoom-Linse 228 mit Brechkraft nur in der Y-Richtung. Die drei beweglichen hinteren Y-Anordnungen 218, 222 und 224 werden axial bewegt, wodurch sich die Länge des Beleuchtungsfeldes oder Musters, das auf das optische Streuelement 114 auftrifft, in der Y-Richtung ändert, wie zuvor beschrieben. Zoom-Linse 228 ändert die Brennweite von ZAI 124 in der Y-Richtung, während sie die Bild- oder Brennebene 134 an einem festen Ort beibehält, und während sie an einer im Wesentlichen unveränderlichen numerischen Apertur an dem optischen Streuelement 114 eine Bedingung von Telezentrizität beibehält. Wie zuvor in Verbindung mit 1A und 1B beschrieben, ändert sich, wenn sich die Brennweite ändert, die Winkelverteilung von Licht, das an Bildebene 134 konvergiert (beispielsweise in den jeweiligen 1A und 1B durch θ₃ beziehungsweise θ₄ dargestellt) entsprechend, um dementsprechend an dem optischen Streuelement 114 die Größe des Beleuchtungsfeldes in der Y-Richtung zu ändern. Um all diese Zwangsbedingungen zu erfüllen, ist es im Prinzip notwendig, in der Zoom-Linse 228 ein Minimum von drei Bewegungen bereitzustellen; die drei beweglichen Y-Anordnungen 218, 222 und 224 nehmen diese drei Bewegungen auf und ermöglichen es dadurch der vorliegenden Erfindung, alle der notwendigen Zwangsbedingungen zu erfüllen.
Der Aktuatormechanismus (nicht gezeigt), der mit jedem der beweglichen Y-Anordnungen 218 bis 224 gekoppelt ist, bewegt jede der Y-Anordnungen axial an eine vorgegebene Position entlang der optischen Achse 102, um Vergrößerung, Telezentrizität und numerische Apertur wie oben beschrieben zu steuern. Jede der Y-Anordnungen ist unabhängig voneinander beweglich. Jeder derartige Aktuatormechanismus, der dem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet geeignet erscheint, kann bei ZAI 124 verwendet werden. Der Aktuatormechanismus bewegt die Y-Anordnungen kontinuierlich nach Bedarf, um vorteilhaft ein Kontinuum von Beleuchtungsgrößen zu erzeugen. Die relativen axialen Positionen der Y-Anordnungen hängen von den folgenden vorgegebenen Faktoren und Bedingungen ab:

1. Ein Vergrößerungs- und entsprechender Brennweite-Zoombereich von ZAI 124;
2. Das an ZAI 124 auftreffende Sehfeld;
3. Die numerische Apertur NA₃ an Bild- oder Brennebene 134 ist über den gesamten Zoombereich unveränderlich;
4. Telezentrische Beleuchtung an Bildebene 134 wird über den gesamten Zoombereich beibehalten;
5. Die Position der Bildebene 134 entlang der optischen Achse 102 wird innerhalb einer vorgegebenen Toleranz über den gesamten Zoombereich beibehalten; und
6. Die Größen oder räumlichen Ausdehnungen der optischen Strahlen, die in ZAI 124 eintreten und durch ihn hindurchgehen, werden innerhalb der Grenzen der Anordnungs-Linsenelemente (wie beispielsweise Linsenelemente 214a, 218a, 222a und 224a) über den gesamten Zoombereich beibehalten.

Drei bewegliche Linsenkomponenten sind notwendig, um die drei folgenden Zwangsbedingungen zu erfüllen: Steuerung der Brennweite und Vergrößerung; Telezentrizität; und Brennpunktposition.
Die vorliegende Erfindung erhält außerdem vorteilhaft über den gesamten Zoombereich von ZAI 124 auf folgende Weise Gleichförmigkeit der Strahlungsintensität an dem Beleuchtungsfeld. ZAI 124 verfügt über eine Aperturblende, die mit der ersten Y-Anordnung 214 so übereinstimmt, dass Lichtstrahlen, die an ZAI 124 auftreffen, über Sehfeld θ₂ an Y-Anordnung 214 konvergieren. Durch die stationäre Position der Y-Anordnungen 214 werden vorteilhaft Unterfüll- und Überfüll-Lichtbedingungen an Y-Anordnung 214 über den gesamten Zoombereich von ZAI 124 vermieden, das heißt, während die anderen Y-Anordnungen bewegt werden. Dadurch wird Unterfüllen oder Überfüllen einer Pupille von Beleuchtungssystem 100 mit Licht vermieden. Da alle Linsenanordnungen angemessen mit Licht gefüllt sind, treten über den gesamten Zoombereich keine Veränderungen in der Gleichförmigkeit der Strahlungsintensität aufgrund von Überfüllen oder Unterfüllen auf. Des Weiteren verändert sich bei der vorliegenden Erfindung, wenn die Vergrößerung gezoomt wird, nicht die Anzahl der Quellenbilder in der Anordnung von Quellenbildern an Bildebene 134, und daher nicht die Anzahl von deutlich ausgeprägten Winkeln, die an dem optischen Streuelement 114 durch Kollimationslinse 126 integriert werden. Dadurch wird die Gleichförmigkeit der Strahlungsintensität des Beleuchtungsfeldes über den gesamten Zoombereich weiter verbessert, wenn jedes dieser Quellenbilder an dem optischen Streuelement 114 erneut kollimiert und übereinander gelegt wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl der ausgeprägten Strahlenwinkel, die an dem Beleuchtungsfeld überlappt sind, durch das Produkt aus der Anzahl der Anordnungselemente (beispielsweise zylindrische Linsenelemente) in der X- und Y-Richtung von optischem Integrator 107 und von ZAI 124 gegeben.
Üblicherweise sind die Größen der numerischen Aperturen in den X- und Y-Richtungen der Quellenbilder in der Anordnung von durch ZAI 124 erzeugte Quellenbildern ähnlich. Für ein schlitzförmiges Beleuchtungsfeld, das eine in der X-Richtung beträchtlich kleinere Länge aufweist als eine Länge in der Y-Richtung, ist Kollimationslinse 126 vorzugsweise anamorphotisch und hat deutlich unterschiedliche Brennweiten in den X- und Y-Richtungen. Da in einer derartigen Situation eine anamorphotische Kollimationslinse 126 verwendet werden kann, ist es nicht notwendig, dass die X- und Y-Brennebenen (das heißt, die Bildebenen), die die von den X- und Y-Anordnungen von ZAI 124 erzeugten Anordnungen von Quellenbildern enthalten, miteinander übereinstimmen (beispielsweise an der Position von Bildebene 134). In anderen Worten kann die anamorphotische Kollimationslinse 126 so ausgelegt sein, dass die Beleuchtungsebenen in der X- und Y-Richtung an oder nahe dem optischen Streuelement 114 miteinander übereinstimmen, oder dass sie axial voneinander getrennt sind. Dadurch wird Flexibilität bei der Steuerung des Beleuchtungsfeldes erreicht.
Die stationären und beweglichen Linsenanordnungen von ZAI 124 bilden in Beleuchtungssystem 100 eine Vielzahl von unabhängigen optischen Kanälen. Ein Beispiel für einen solchen optischen Kanal wird später in Verbindung mit 4A beschrieben. Jeder der optischen Kanäle erhält auftreffendes Licht von dem rechteckigen Gitter oder der rechteckigen Anordnung der an Bildebene 108 (in Verbindung mit 1A beschrieben) auftreffenden Punkt-Quellenbilder und bildet an Bildebene 134 ein Teilbild davon aus. Daher ist jedes Teilbild tatsächlich eine Anordnung oder ein Gitter von Quellenbildern, die den an Bildebene 108 auftreffenden Punktquellenbildern entsprechen. Die von den optischen Kanälen an Bildebene 134 ausgebildeten Teilbilder bilden gemeinsam eine Anordnung oder ein Gitter von Teilbildern an Bildebene 134 (in Verbindung mit 1A wurde diese Anordnung von Teilbildern zuvor als eine Anordnung von Teilbildern an Bildebene 134 bezeichnet).
3 ist eine Darstellung einer beispielhaften Anordnung 300 von Teilbildern. Anordnung 300 ist eine N×M-Anordnung von Teilbildern 304, die gemeinsam von den opti schen Kanälen von ZAI 124 gebildet werden. Jedes der Teilbilder 304 enthält eine 3×5-Anordnung oder ein 3×5-Gitter von Punktbildern, wie in 3 abgebildet. Jedes der Teilbilder 304 enthält außerdem einen Schwerpunktbereich 306, der eine unveränderliche Position in Anordnung 300 und relativ zu optischer Achse 102 innehat. Der von Anordnung 300 abgedeckte vorgegebene Bereich ist ein Konglomerat der kleineren N×M-Bereiche von Teilbildern 304.
Um die Winkeleigenschaften des optischen Strahls, der dem optischen Streuelement 114 folgt, über den gesamten Zoombereich beizubehalten, muss die numerische Apertur der sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung auf das optische Streuelement auftreffenden Beleuchtung im Wesentlichen beibehalten werden. Wie zuvor erwähnt, wird die auf das optische Streuelement 114 auftreffende numerische Apertur NA₁ durch die Ausdehnung oder die Fläche der Anordnung 300 von durch ZAI 124 erzeugten Teilbildern 304 sowie die Brennweite von Kollimationslinse 126 bestimmt. Über den gesamten Zoombereich hinweg ändert sich eine Länge jedes der Teilbilder 304 in der Y-Richtung, jedoch innerhalb der Breite eines einzelnen damit verbundenen zylindrischen Linsenelements und optischen Kanals. Diese Änderung in der Größe wird von einem in zwei Richtungen zeigenden Pfeil W in 3 dargestellt. Die Position eines Schwerpunktbereichs 306 jedes Teilbildes bleibt jedoch in Anordnung 300 und relativ zu optischer Achse 102 über den gesamten Zoombereich fest. Die Änderung in numerischer Apertur NA₁ ist daher proportional zu der Änderung in der Größe eines Teilbildes relativ zu der Gesamtgröße der vollständigen Anordnung 300 von Teilbildern 304. Nur die peripheren Teilbilder von Array 300 neigen dazu, zu der Änderung in der Gesamtgröße von Anordnung 300 über den gesamten Zoombereich hinweg beizutragen.
Eine maximale Änderung, V, in der numerischen Apertur NA₁ kann durch die Gleichung V ≈ (M – 1)/(MN)ausgedrückt werden, wobei:
M die Änderung in der Vergrößerung von ZAI 124 ist, und
N die Anzahl von zylindrischen Anordnungselementen in jeder der Y-Anordnungen von ZAI 124 ist.
Für N = 19 und M = 2,36 beträgt beispielsweise die Änderung in der numerischen Apertur NA₁ 3,0%. Da das optische Streuelement 114 die numerische Apertur von Beleuch tungssystem 100 weiter erhöht, wird die Änderung ein wesentlich niedriger Prozentsatz der an Retikel 118 auftreffenden numerischen Apertur sein. Daher bleiben numerische Apertur NA₁ und die anschließende numerische Apertur an Retikel 118 über den gesamten Zoombereich im Wesentlichen unveränderlich, das heißt, innerhalb der oben beschriebenen Toleranzen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass an Retikel 118 Telezentrizität erhalten bleibt. Im Ergebnis behält Beleuchtungssystem 100 über den gesamten Zoombereich eine Teil-Kohärenz des fotolithografischen Systems bei. Die Teil-Kohärenz wird als ein Verhältnis der an Retikel 118 auftreffenden numerischen Apertur zu einer von dem Projektionssystem (hier nicht gezeigt oder beschrieben) gesammelten numerischen Apertur definiert. Daher wird bei der vorliegenden Erfindung eine Änderung in der Teil-Kohärenz durch eine Änderung in dem optischen Streuelement 114 hervorgerufen.
In 4A (nicht maßstabsgetreu) werden fünf schematische Darstellungen (a), (b), (c), (d) und (e) eines einzelnen Kanals 400 von ZAI 124 abgebildet. (Der einzelne Kanal 400 stellt eine entlang der Y-Z-Ebene aus 2A entnommene Scheibe dar). Die fünf Darstellungen (a) bis (e) entsprechen jeweils fünf unterschiedlichen Zoompositionen und Vergrößerungen von Kanal 400. Die Vergrößerung in jeder Darstellung nimmt in der Reihenfolge (a), (b), (c), (d) und (e) über einen Vergrößerungsbereich von 2X ab. Abgebildet sind in Reihe entlang der Z-Richtung und in Seitenansicht in jeder der schematischen Darstellungen (a) bis (e): ein zylindrisches Linsenelement 230 von X-Anordnung 210; einzelne zylindrische Linsenelemente 214a, 218a, 222a und 224a von jeweiligen Y-Anordnungen 214, 218, 222 und 224; und ein einzelnes zylindrisches Linsenelement 230 von X-Anordnung 226.
Die Y-Anordnungen 218, 222 und 224 werden entlang optischer Achse 102 bewegt, um die Vergrößerung von (a) bis (e) zu verringern. Die gestrichelten Linien 410, 412 und 414 zeichnen jeweils die Bewegungen von Y-Anordnungen 218, 222 und 224 nach, wenn die Vergrößerung durch Abbildungen (a) bis (e) zoomt. Wenn die Y-Anordnungen bewegt werden, um die Vergrößerung von ZAI 124 in der Y-Richtung anzupassen, bleibt Bildebene 134 entlang der optischen Achse unveränderlich. Es sollte anerkannt werden, dass ZAI 124 so ausgelegt werden kann, dass Bildebene 134 unveränderlich an der linken oder an der rechten Seite von X-Anordnung 226 entlang der optischen Achse positioniert werden kann, wie jeweils in 4 beziehungsweise 1A abgebildet. Alternativ kann Bildebene 134 unveränderlich in einer Position gehalten werden, die mit der Position von X-Anordnung 226 übereinstimmt.
Eine zusätzliche Zwangsvorschrift, die ZAI 124 auferlegt wird, ist, dass der Strahl in jedem optischen Kanal (beispielsweise Kanal 400) die Breite der zugeordneten zylindrischen Linsenelemente, die den Kanal an jeder der Anordnungskomponenten (X- und Y-Anordnungen) über den gesamten Zoombereich definieren, nicht überschreiten sollte. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Zwangsvorschrift und vermeidet dadurch vorteilhaft Strahl-Clipping innerhalb eines optischen Kanals und Streuen oder sich Ausbreiten von Energie des optischen Strahls zwischen optischen Kanälen. Dadurch bleibt jeder der optischen Kanäle über den gesamten Zoombereich unabhängig.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel hat einen Vergrößerungsbereich von bis zu 2,88X in der Y-Richtung des Beleuchtungsfeldes gezeigt, während Gleichförmigkeit der Strahlungsintensität und eine im Wesentlichen unveränderliche auftreffende numerische Apertur sowohl an dem Streuelement als auch an dem Retikel beibehalten werden. In einem Beispiel war die Gleichförmigkeit der Strahlungsintensität bis zu einer Abweichung innerhalb unter einem Prozent (1 %) über den gesamten Zoombereich im Wesentlichen konstant. Außerdem war die auftreffende numerische Apertur über den gesamten Zoombereich bis zu einer Abweichung innerhalb weniger als zwei Prozent (2%) im Wesentlichen konstant. Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel hat auch eine ausreichende Anzahl von unabhängigen Überlappungsfeldern gezeigt, die ausreichend zur Beleuchtung des Retikels in einem fotolithografischen Apparat sind.
4B ist eine Darstellung der von jedem Kanal (beispielsweise Kanal 400) von ZAI 124 an Bildebene 134 erzeugten telezentrischen Beleuchtung. Ein stationäres vorderes Linsenelement von Y-Anordnung 214 (beispielsweise Linsenelement 214a) jedes Kanals definiert eine telezentrische Aperturblende 418 nahe Eingangsfläche 127. Daher erhalten Eingangsfläche 127 und Aperturblende 418 auftreffende Lichtstrahlen 420 und 422 über einen Winkelbereich oder ein Sehfeld um eine optische Achse 423 des Kanals, die parallel zu optischer Achse 102 ist. Jeder Kanal von ZAI 124 nimmt dieses Sehfeld auf, um über den gesamten Zoombereich telezentrische Beleuchtung an Bildebene 134 beizubehalten. Eine in 4B abgebildete telezentrische Linse 424 stellt die telezentrische Funktionsweise jedes Kanals von ZAI 124 dar. Die Bedingung von Telezentrizität an Bildebene 134 wird erfüllt, wenn die konvergierenden Lichtstrahlkegel für alle Punkte in Bildebene 134 normalerweise an Bildebene 134 auftreffen. Dies bedeutet, dass die Mittelachsen der konvergierenden Lichtstrahlkegel senkrecht zu Bildebene 134 sind. Ein beispielhaftes Paar solcher auftreffenden Lichtstrahlkegel 426 und 428, die jeweils den schräg voneinander getrennten auftreffenden Strahlen 420 und 422 entsprechen, ist in 4B abgebildet.
4B kann auch als eine Darstellung der telezentrischen Beleuchtung verwendet werden, die von Kollimationslinse 126 an der Beleuchtungsebene an oder nahe dem optischen Streuelement 114 erzeugt wird. In diesem Fall ersetzt Kollimationslinse 126 die repräsentative telezentrische Linse 424 aus 4B. Des Weiteren stimmt die Anordnung von Quellenbildern an Brennebene 134 mit der telezentrischen Aperturblende 418 an Stelle von Linsenelement 214a überein. Bei dieser Anordnung ergibt sich durch unveränderlich Halten der Position von Brennebene 134 an der vorderen Brennebene von Kollimationslinse 126 über den gesamten Zoombereich telezentrische Beleuchtung an der Beleuchtungsebene an oder nahe dem optischen Streuelement 114 und an dem Retikel über den gesamten Zoombereich.
4C ist eine beispielhafte Linsenvorschriften-Tabelle 450 für Kanal 400 von ZAI 124. Unter Bezugnahme auf 4A und 4C umfasst Tabelle 450 eine erste Spalte 452, die Linsenoberflächen S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8 und eine Bild (das Bildebene 34 entspricht) auflistet. Die anschließenden Spalten 454, 456, 458 und 460 ordnen jeder der Linsenoberflächen S1 bis S8 und der Bildebene 134 jeweils den passenden Linsenzylinderradius, die passende Stärke zur nächsten Oberfläche, den passenden Glastyp, und die passende vollständige Apertur (oder Höhe in der Y-Richtung) zu. Alle Längeneinheiten in Tabelle 450 können in Millimetern, Inches, oder jeder anderen bekannten Längeneinheit angegeben sein. An dem rechten Ende von Tabelle 450 entsprechen Spalten 464, 466, 468, 470 und 472 jeweils Darstellungen (a), (b), (c), (d) und (e) aus 4A. Jede der Spalten 464 bis 472 entspricht einer Brennweite und damit Vergrößerung in der Y-Richtung der zugeordneten Darstellungen (a) bis (e). Jede der Spalten 464 bis 472 führt daher die Trennungsabstände zwischen benachbarten Linsenelementen auf, die notwendig sind, um die in der obersten Zeile der Spalte aufgeführte Brennweite zu erreichen. Diese Trennungsabstände werden in Spalte 474 wie folgt bezeichnet:
Stärke von Oberfläche 2 (Trennungsabstand zwischen S2 und S3);
Stärke von Oberfläche 4 (Trennungsabstand zwischen S4 und S5);
Stärke von Oberfläche 6 (Trennungsabstand zwischen S6 und S7); und
Stärke von Oberfläche 8 (Trennungsabstand zwischen S8 und Bildebene 134).
Tabelle 450 umfasst einen Brennweitenbereich von Brennweite = 65 (Spalte 464, Darstellung (a)) bis Brennweite = 130 (Spalte 472, Darstellung (e)). Dieser Brennweitenbereich entspricht einem Vergrößerungsbereich von 2X.
5 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels von Beleuchtungssystem 100. Der optische Integrator 107 umfasst Linsengruppen 502 und 504. Eingangskollimationslinse 122 ist eine Baugruppe von in Reihe angeordneten optischen Komponenten einschließlich einer Eingangslinse 506, einem ersten Reflektor 508, einem zweiten Reflektor 510 und einer Ausgangslinse 204 (siehe 2A). Ausgangskollimationslinse 126 ist ebenso eine Baugruppe von in Reihe angeordneten optischen Komponenten einschließlich einer ersten Linse oder Eingangslinse 206 (siehe 2A), einem ersten Reflektor 522, einer zweiten Linse 524, einem zweiten Reflektor 526, einem dritten Reflektor 528, einer dritten Linse 530, einem vierten Reflektor 532, einer vierten Linse 534, einem fünften Reflektor 536, einem sechsten Reflektor 538, einer fünften Linse 540 und einer sechsten Linse oder Ausgangslinse 542. Die vorgenannten Baugruppen ermöglichen vorteilhaft das Packen von Kollimationslinsen 122 und 126 in einem vorgegebenen begrenzten Raum.
6 ist ein Diagramm eines beispielhaften, rechteckigen schlitzförmigen Beleuchtungsfeldes 600, das an dem optischen Streuelement 114 erzeugt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung. Beleuchtungsfeld 600 hat eine beispielhafte Größe oder Länge in der Y-Richtung von 127 Millimetern (mm), was einer Vergrößerung von 2,88X entspricht, und eine beispielhafte Größe in der X-Richtung von 13 mm. Das an Retikel 118 abgebildete Beleuchtungsfeld hat eine ähnliche rechteckige, schlitzartige Form. Die Größe des Beleuchtungsfelds 600 kann in der Y-Richtung auf eine Größe von 44 mm gezoomt (beispielsweise verkleinert) werden, was einer Vergrößerung von 1X entspricht. 6B ist eine Darstellung von Beleuchtungsfeld 600, das einer solchen 1fach-Vergrößerung entspricht, wobei die Größen von Beleuchtungsfeld 600 in den jeweiligen Y- und Y-Richtungen 44 mm beziehungsweise 13 mm betragen.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel von ZAI 124 werden drei Komponenten (oder Y-Anordnungen) gezoomt, um die Brennweite von ZAI 124 zu ändern und die Position beizubehalten und die Telezentrizität der Anordnung von Quellenbildern zu erhalten. Wenn die Notwendigkeit einer unveränderlichen Bildebene 134 so aufgeweicht wird, dass sie sich innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs über den gesamten Zoombereich ändern kann, kann eine der drei Bewegungen der Linsenkomponenten entfallen, weil die numerische Apertur jedes Quellenbildes in der Anordnung von Quellenbildern normalerweise sehr klein ist. Eine Anordnung erreicht dies beispielsweise dadurch, dass eines der drei beweglichen Y-Anordnungen entfällt. Eine solche Anordnung wird weiter unten unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben. Alternativ erreicht dies eine andere Anordnung dadurch, dass zwei der drei Y-Anordnung-Bewegungen aneinander gekoppelt werden, wodurch sich zwei der Y-Anordnungen gemeinsam bewegen, und nicht unabhängig. Jede dieser Anordnungen stellt eine ausreichende Gleichförmigkeit und eine im Wesentlichen unveränderliche numerische Apertur sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung an dem optischen Streuelement 114 bereit, während sich die Brennpunktposition (das heißt, die Position der Anordnung von Quellenbildern an Bildebene 134) innerhalb eines erlaubten Toleranzbereichs ändert.
In dem in Zusammenhang mit 1A beschriebenen Ausführungsbeispiel für das Beleuchtungssystem werden diskrete Felder (das heißt, Auftreffwinkel) unter Verwendung von optischem Integrator 107 an dem Eingang zu ZAI 124 erzeugt. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der optische Integrator 107 durch eine Streuplatte oder dergleichen ersetzt, die an einer vorderen Brennebene von Kollimationslinse 122 positioniert ist. Eine solche Streuplatte erzeugt an dem Eingang zu ZAI 124 ein kontinuierliches Sehfeld.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Kollimationsstrahl dem Eingang von ZAI 124 zugeführt, um das auf ZAI 124 auftreffende Sehfeld zu beleuchten. Beispielsweise kann ein Laserstrahl direkt in Kondensor 112 zugeführt werden, wodurch über den gesamten Zoombereich mit weniger als allen dreien der beweglichen Y-Anordnungen von ZAI 124 Telezentrizität erreicht werden kann. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann eine der drei beweglichen Y-Anordnungen entweder entfallen, oder alternativ dazu mit einer der anderen drei beweglichen Y-Anordnungen gekoppelt werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst ZAI 124 rotatorisch symmetrische Anordnungselemente, um ein zweidimensionales Zoom-Beleuchtungssystem zu bewirken, das im Wesentlichen Beleuchtung der numerischen Apertur beibehält.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist des Weiteren eine Vielzahl von beweglichen X-Anordnungen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, um das Beleuchtungsfeld gleichzeitig sowohl in die X- als auch in die Y-Richtung zu zoomen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist des Weiteren eine Vielzahl von beweglichen X-Anordnungen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, um das Beleuchtungsfeld einzeln sowohl in die X- als auch in die Y-Richtung zu zoomen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die temporäre Kohärenz zwischen optischen Kanälen von ZAI 124 verringert, indem eine Vielzahl von optischen Pfadlängenvariationen in ZAI eingeführt wird. Solche optischen Pfadlängenvariationen können unter Verwendung von X- und/oder Y-Anordnungen eingeführt werden, die gemäß einer Manhatten-Linsenanordnung-Struktur (weiter unten genau beschrieben) angeordnet und gebaut sind, oder unter Verwendung einer anderen Vorrichtung. Durch dieses Ausführungsbeispiel werden vorteilhaft kohärente Bildteile an Bildebene 134 und optischem Streuelement 114 verhindert oder wesentlich verringert. Eine Manhattan-Linsenanordnung-Struktur ist eine Linsenanordnung (beispielsweise eine Y-Anordnung), die Linsenelemente umfasst, die jeweils unterschiedliche Stärken relativ zueinander in der Z-Richtung haben, um so an dem Beleuchtungsfeld temporär kohärente Lichtinterferenz zu verhindern. Die sich daraus ergebende Linsenanordnung-Struktur wird als eine Manhattan-Struktur bezeichnet. Die X-Anordnungen und Y-Anordnungen können gemäß einer solchen Manhattan-Linsenanordnung-Struktur gebaut sein.
Alle oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können alternative Konfigurationen von optischen Wirkungen und Anordnungsorten umfassen. Des Weiteren können reflektierende Anordnungskomponenten ersetzt werden, oder zu den oben beschriebenen lichtbrechenden Komponenten hinzugefügt werden.
C. Zoom-Array-Integrator mit zwei beweglichen Linsenanordnungen
7 ist eine perspektivische Darstellung von einem ZAI 700 mit zwei beweglichen Anordnungen anstelle von drei beweglichen Anordnungen. ZAI 700 enthält eine erste stationäre X-Anordnung 702 und eine zweite stationäre X-Anordnung 704, die in einer stationären Mehrlinsenkonfiguration (ähnlich X-Anordnungen 210 und 226 von ZAI 124) angeordnet sind. Eine erste stationäre Y-Anordnung 706, eine bewegliche zweite Y-Anordnung 708 und eine bewegliche dritte Y-Anordnung 710 sind zwischen X-Anordnungen 702 und 704 angeordnet. Y-Anordnungen 706 bis 710 bilden eine Zoomlinse zum Ändern einer Größe eines durch ZAI 700 in der Y-Richtung (das heißt, in der senkrechten Richtung) ausgebildeten Beleuchtungsfeldes. ZAI 700 stellt eine ausreichende Gleichförmigkeit und eine im Wesentlichen unveränderliche numerische Apertur in sowohl der X- als auch der Y-Richtung an dem optischen Streuelement 114 und Retikel 118 bereit, während sich die Brennpunktposition (das heißt, die Position der Anordnung von Quellenbildern an Bildebene 134) innerhalb eines erlaubten Toleranzbereich ändert.
8 ist eine schematische Darstellung eines Kanals 800 von ZAI 700. Kanal 800 enthält ein vertikales Linsenelement 702a, ein vertikales Linsenelement 704a, ein horizontales Linsenelement 706a (horizontal bedeutet, es erstreckt sich in der Y-Richtung), ein horizontales Linsenelement 708a und ein horizontales Linsenelement 710a der jeweiligen X-Anordnung 702, X-Anordnung 704, Y-Anordnung 706, Y-Anordnung 708 und Y-Anordnung 710. 9A, 9B und 9C stellen gemeinsam eine beispielhafte Linsenvorschriftentabelle für Kanal 800 bereit. In 9A enthält Vorschriftentabelle 900 Definitionen der Oberflächenstärke. In Tabelle 900 entsprechen die Oberflächenbezeichnungspaare 902, 904, 906, 908 und 910 jeweils den Stärken zwischen Oberflächen von Linsenelementen 702a, 706a, 708a, 710a und 704a. In 9C enthält eine Vorschriftentabelle 920 Zoompositionsdaten 922 für neun Zoompositionen von Kanal 800 von ZAI 700.
10 ist eine schematische Darstellung eines Kanals 1000 eines anderen Ausführungsbeispiels eines Zoom-Array-Integrators mit zwei beweglichen Y-Anordnungen. Kanal 1000 umfasst ein X-Anordnung-Linsenelement 1002 und ein X-Anordnung-Linsenelement 1004, die in einer Mehrlinsenkonfiguration angeordnet sind. Ein stationäres erstes Y-Anordnung-Linsenelement 1006 und ein bewegliches zweites Y- Anordnung-Linsenelement 1008 sind zwischen den X-Anordnung-Elementen angeordnet. Jedoch ist ein bewegliches drittes Y-Anordnung-Linsenelement 1010 außerhalb der in Mehrlinsenkonfiguration angeordneten X-Anordnung-Linsenelemente 1002 und 1004 angeordnet, das heißt, rechts des X-Anordnung-Linsenelements 1004 aus 10.
Der Kanal 1000 aus 10 entsprechende Zoom-Array-Integrator beseitigt Energieverlust während des Zoomens, während gleichzeitig entlang einer optischen Achse 1012 des Zoom-Array-Integrators ein Mindestbereich an Y-Anordnung-Bewegung beibehalten wird, wenn das Verhältnis der optischen Wirkungen der Y-Anordnung-Linsenelemente für die ersten und zweiten Y-Anordnung-Linsenelemente 1006 beziehungsweise 1008 in den Bereichen 1:0,8 bis 1:1,4, und für die ersten und dritten Y-Anordnung-Linsenelemente 1006 beziehungsweise 1010 1:1,3 bis 1:1,8 beträgt.
Um die Herstellung des Zoom-Array-Integrators aus 10 zu vereinfachen, können alle Linsenelemente der Anordnungen in dem Zoom-Array-Integrator aus 10 dieselbe optische Wirkung haben.
Der Zoom-Array-Integrator aus 10 erreicht einen 3fach Zoom in der Brennweite und daher Vergrößerung in der Y-Richtung, wenn eine der Y-Anordnungen Linsenelemente mit negativer optischer Wirkung enthält.
Der Zoom-Array-Integrator aus 10 erreicht einen 3fach Zoom bei einem minimalen Bereich von Y-Anordnung-Bewegung entlang einer optischen Achse 1012, wenn das Verhältnis der optischen Wirkungen der Y-Anordnung-Linsenelemente für die jeweiligen ersten und zweiten Y-Anordnung-Linsenelemente 1006 und 1008 1:-5 bis 1.-8, und für die jeweiligen dritten Y-Anordnung-Linsenelemente 1006 und 1010 1:5 bis 1:8 beträgt.
11 ist eine grafische Darstellung von Beleuchtungsfeldhöhe in der Y-Richtung gegenüber den Positionen von beweglichen Y-Anordnung-Linsenelementen 1008 und 1010 relativ zu stationärem Y-Anordnung-Linsenelement 1006 entlang optischer Achse 1012 für den Zoom-Array-Integrator aus 10.
D. Schlussfolgerung
Während oben verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, wird darauf hingewiesen, dass diese lediglich als Beispiel, nicht jedoch als Beschränkung vorgebracht wurden. Daher sollten die Breite und der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch eines der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele beschränkt werden, sondern nur gemäß den nachfolgenden Ansprüchen definiert werden.

Claims

Beleuchtungssystem für Fotolithografie, das umfasst: eine Beleuchtungsquelle (104) und einen optischen Integrator (107), die zusammen eine Vielzahl auftreffender Quellenbilder erzeugen; und einen Kondensor (112), der eine Vielzahl auftreffender Strahlen von der Vielzahl auftreffender Quellenbilder empfängt und ein Beleuchtungsfeld auf einer Beleuchtungsebene unter Verwendung der auftreffenden Strahlen ausbildet, wobei der Kondensor enthält: einen Zoom-Array-Integrator (ZAI) (124) mit stationären und beweglichen Linsenkomponenten (210, 226, 228), die zum gesteuerten Verändern einer Größe des Beleuchtungsfeldes über einen gesamten Zoom-Bereich des ZAI (124) eingerichtet sind, und wobei das Beleuchtungsfeld durch ein optisches Element (114) gestreut und dann telezentrisch auf einem Retikel (118) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der ZAI (124) eine Anordnung (300) zoombarer Quellenbilder auf einer Bildebene (134) generiert; und dadurch, dass der Kondensor (112) des Weiteren umfasst: eine Kollimationslinse (126), die zwischen dem ZAI (124) und der Beleuchtungsquelle positioniert ist, um telezentrische Beleuchtung bei einer im Wesentlichen unveränderlichen numerischen Apertur an der Beleuchtungsebene durch den gesamten Zoom-Bereich aufrechtzuerhalten, und wobei das Beleuchtungsfeld gestreut und dann mit einer im Wesentlichen unveränderlichen numerischen Retikel-Apertur an dem Retikel über den gesamten Zoom-Bereich telezentrisch auf dem Retikel (118) abgebildet wird.
System nach Anspruch 1, wobei der ZAI (124) eine variable Brennweite hat und sich die Größe des Beleuchtungsfeldes an der Beleuchtungsebene proportional zu der Brennweite ändert, wenn die Brennweite gezoomt wird.
System nach Anspruch 1, wobei der ZAI (124) eine Brennweite in einer Y-Richtung hat, die variiert, wenn die beweglichen Linsenkomponenten über den gesamten Zoom-Bereich bewegt werden, wobei sich die Größe des Beleuchtungsfeldes entsprechend in der Y-Richtung über den gesamten Zoom-Bereich ändert.
System nach Anspruch 3, wobei der ZAI (124) eine feste Brennweite in einer X-Richtung rechtwinklig zu der Y-Richtung über den gesamten Zoom-Bereich hat und die Größe des Beleuchtungsfeldes in der X-Richtung über den gesamten Zoom-Bereich entsprechend unveränderlich ist.
System nach Anspruch 1, wobei die stationären und die beweglichen Linsenkomponenten (210, 226, 228) des ZAI (124) die Anordnung zoombarer Quellenbilder erzeugen, die mit der Bildebene an einem Ausgang des ZAI übereinstimmen, die Anordnung zoombarer Quellenbilder einen vorgegebenen Bereich abdeckt, der die numerische Apertur des Beleuchtungsfeldes bestimmt, der vorgegebene Bereich, der durch die zoombaren Quellenbilder abgedeckt wird und dementsprechend die numerische Apertur an dem Beleuchtungsfeld über den gesamten Zoom-Bereich des ZAI (124) im Wesentlichen unveränderlich bleiben.
System nach Anspruch 1, wobei die stationären und die beweglichen Linsenkomponenten (210, 226, 228) des ZAI (124) eine Vielzahl ausfallender Strahlen erzeugen, die eine Winkelverteilung haben, die an der Bildebene an einem Ausgang des ZAI konvergiert, um so die entsprechende Anordnung (300) zoombarer Quellenbilder auszubilden, die mit der Bildebene übereinstimmen, die Winkelverteilung der ausfallenden Strahlen die Größe des Beleuchtungsfeldes an der Beleuchtungsebene bestimmt und Bewegung der beweglichen Linsenkomponenten (228) bewirkt, dass sich die Winkelverteilung und dementsprechend die Größe des Beleuchtungsfeldes über den gesamten Zoombereich des ZAI ändern.
System nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl ausfallender Strahlen und dementsprechend das Beleuchtungsfeld Telezentrizität beibehalten, wenn die beweglichen Linsenkomponenten (228) über den gesamten Zoom-Bereich des ZAI bewegt werden.
System nach Anspruch 1, wobei die stationären und die beweglichen Linsenkomponenten (210, 226, 228) des ZAI (124) eine Vielzahl ausfallender Strahlen mit einer telezentrischen Winkelverteilung erzeugen, die an einer Ausgangs-Brenn ebene des ZAI konvergieren, um so die entsprechende Anordnung (300) zoombarer Quellenbilder auszubilden, die Anordnung zoombarer Quellenbilder (300) eine Anordnung telezentrischer Quellenbilder ist, die mit der Bildebene an einem Ausgang des ZAI übereinstimmen, die Bildebene und die Anordnung telezentrischer Quellenbilder eine vorgegebene unveränderliche Position entlang einer optischen Achse des Beleuchtungssystems über den gesamten Zoom-Bereich des ZAI haben und so Telezentrizität des Beleuchtungsfeldes über den gesamten Zoom-Bereich aufrechterhalten wird.
System nach Anspruch 8, wobei die Kollimationslinse (126) so entlang der optischen Achse positioniert ist, dass eine vordere Brennebene der Kollimationslinse (126) mit der Ausgangs-Brennebene des ZAI (124) übereinstimmt.
System nach Anspruch 1, das des Weiteren eine Strahlkonditioniereinrichtung (106) enthält, die zwischen der Beleuchtungsquelle (104) und dem optischen Integrator (107) positioniert ist und einen kollimierten Lichtstrahl mit einem vorgegebenen Querschnitt erzeugt.
System nach Anspruch 1, wobei die stationären und die beweglichen Linsenkomponenten (210, 226, 228) des ZAI (124) eine Vielzahl unabhängiger optischer Kanäle bilden, jeder der optischen Kanäle ein zoombares Quellenbild (304) in der Anordnung zoombarer Quellenbilder ausbildet, jedes zoombare Quellenbild (304) ein Teilbild der auftreffenden Quellenbilder an einer Bildebene an einem Ausgang des ZAI ist, die Teilbilder zusammen eine Anordnung von Teilbildern bilden, die einen vorgegebenen Bereich abdeckt, der die numerische Apertur des Beleuchtungsfeldes bestimmt, der vorgegebene Bereich und dementsprechend die numerische Apertur im Wesentlichen unveränderlich bleiben, wenn die Größe des Beleuchtungsfeldes über den gesamten Zoom-Bereich des ZAI verändert wird.
System nach Anspruch 11, wobei jedes Teilbild einen Teilbereich abdeckt, der sich über den gesamten Zoom-Bereich des ZAI (124) ändert, während ein Schwerpunktbereich jedes Teilbildes eine vorgegebene unveränderliche Position in der Anordnung von Teilbildern über den gesamten Zoom-Bereich einnimmt und eine Änderung der numerischen Apertur an dem Beleuchtungsfeld auf eine proportionale Änderung des Teilbereiches relativ zu dem vorgegebenen Bereich begrenzt ist, der durch die Anordnung von Teilbildern abgedeckt wird.
System nach Anspruch 1, wobei der ZAI (124) eine stationäre Eingangs-Linsenanordnung (210) und eine stationäre Ausgangs-Linsenanordnung (226), die von der Eingangs-Linsenanordnung entlang einer optischen Achse des ZAI beabstandet ist, enthält.
System nach Anspruch 13, wobei die stationäre Eingangs-Linsenanordnung und die stationäre Ausgangs-Linsenanordnung (210, 226) jeweils eine eindimensionale Anordnung länglicher Linsenelemente enthalten, die in der X-Y-Ebene liegt, und jedes der Linsenelemente eine Brechkraft in einer X-Richtung hat.
System nach Anspruch 14, wobei die stationäre Eingangs-Linsenanordnung und die stationäre Ausgangs-Linsenanordnung (210, 226) jeweils die gleiche Brennweite in der X-Richtung haben, die stationäre Ausgangs-Linsenanordnung so positioniert ist, dass sie mit einer Ausgangs-Brennebene der stationären Eingangs-Linsenanordnung in einer Mehrlinsenkonfiguration übereinstimmt, und die stationäre Eingangs-Linsenanordnung sowie die stationäre Ausgangs-Linsenanordnung eine feste Brennweite des ZAI in der X-Richtung bilden.
System nach Anspruch 1, wobei der ZAI eine Vielzahl beweglicher Linsenanordnungen (214, 218, 222, 224) enthält, die entlang einer optischen Achse des ZAI bewegt werden können, um eine Brennweite des ZAI zu zoomen und dementsprechend die Größe des Beleuchtungsfeldes über den gesamten Zoom-Bereich zu ändern.
System nach Anspruch 16, wobei jede der beweglichen Linsenanordnungen (214, 218, 222, 224) eine eindimensionale Anordnung länglicher Linsenelemente enthält, die in einer X-Y-Ebene liegt, jedes der Linsenelemente eine Brechkraft in einer Y-Richtung hat und Bewegung der beweglichen Linsenanordnungen entlang einer optischen Achse des ZAI parallel zu einer Z-Richtung eine Brennweite und dementsprechend die Größe des Beleuchtungsfeldes in der Y-Richtung ändert.
System nach Anspruch 16, wobei die Vielzahl beweglicher Linsenanordnungen (214, 218, 222, 224) drei Linsenanordnungen enthält, die relativ zueinander bewegt werden, um die Größe des Beleuchtungsfeldes über den gesamten Zoom-Bereich gesteuert zu ändern und die telezentrische Beleuchtung bei der im Wesentlichen unveränderlichen numerischen Apertur über den gesamten Zoom- Bereich aufrechtzuerhalten und gleichzeitig eine feste Fokusposition aufrechtzuerhalten.
System nach Anspruch 17, wobei die beweglichen Linsenanordnungen (214, 218, 222, 224) zwischen stationären Eingangs-Linsenanordnung und der stationären Ausgangs-Linsenanordnung (210, 226) positioniert sind, die Brechkraft in einer X-Richtung haben.
System nach Anspruch 17, wobei der ZAI (124) des Weiteren eine stationäre Linsenanordnung enthält, die an einer Aperturblende des ZAI positioniert ist, um Licht, das auf den ZAI auftrifft, über das Sehfeld zu empfangen und Unterfüll- und Überfüll-Lichtbedingungen in dem ZAI zu verhindern.
System nach Anspruch 1, wobei der Zoomable-Array-Integrator (ZAI) in Reihe entlang einer optischen Achse des ZAI umfasst: eine stationäre erste X-Linsenanordnung (1002) mit optischer Wirkung in einer X-Richtung; eine stationäre erste Y-Linsenanordnung (1006) mit optischer Wirkung in einer Y-Richtung senkrecht zu der X-Richtung; eine bewegliche zweite Y-Linsenanordnung (1008) mit optischer Wirkung in der Y-Richtung; eine stationäre zweite X-Anordnung (1004); und eine bewegliche dritte Y-Linsenanordnung (1010), wobei die bewegliche zweite und dritte Y-Anordnung (1004, 1010) entlang der optischen Achse bewegt werden, um eine Größe des Beleuchtungsfeldes ohne einen Verlust optischer Energie an dem Beleuchtungsfeld zu verändern.
ZAI nach Anspruch 21, wobei die Y-Anordnungen (1006, 1004, 1010) entsprechend einer Manhattan-Struktur angeordnet sind.
System nach Anspruch 1, wobei der Zoomable-Array-Integrator (ZAI) des Weiteren in Reihe entlang einer optischen Achse des ZAI umfasst: eine stationäre erste X-Linsenanordnung (210) mit optischer Wirkung in einer X-Richtung; eine stationäre erste Y-Linsenanordnung (214) mit optischer Wirkung in einer Y-Richtung senkrecht zu der X-Richtung; eine bewegliche zweite Y-Linsenanordnung (218) mit optischer Wirkung in der Y-Richtung; eine bewegliche dritte Y-Linsenanordnung (222); und eine stationäre zweite X-Linsenanordnung (226), wobei die bewegliche zweite und dritte Y-Anordnung (218, 222) entlang der optischen Achse bewegt werden, um eine Größe des Beleuchtungsfeldes ohne einen Verlust optischer Energie an dem Beleuchtungsfeld zu verändern.
System nach Anspruch 23, wobei der ZAI des Weiteren eine bewegliche vierte Y-Linsenanordnung (224) zwischen der beweglichen dritten Y-Linsenanordnung (222) und der stationären zweiten X-Linsenanordnung (226) umfasst, und die bewegliche zweite, dritte und vierte Y-Anordnung (222, 224, 226) entlang der optischen Achse bewegt werden, um eine Größe des Beleuchtungsfeldes ohne einen Verlust an optischer Energie an dem Beleuchtungsfeld zu verändern.