WO2009115362A1 - Beleuchtungssystem für eine mikrolithographie-projektionsbelichtungsanlage - Google Patents

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WO2009115362A1
WO2009115362A1 PCT/EP2009/050941 EP2009050941W WO2009115362A1 WO 2009115362 A1 WO2009115362 A1 WO 2009115362A1 EP 2009050941 W EP2009050941 W EP 2009050941W WO 2009115362 A1 WO2009115362 A1 WO 2009115362A1
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illumination system
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Udo Dinger
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G21K2201/06Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
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Definitions

  • the present invention relates to a lighting system for a microlithography
  • a microlithography a microlithography
  • a microlithography a microlithography
  • a microlithography a microlithography
  • a microlithography a microlithography
  • a microlithography a microlithography
  • a Microlithography a microlithography
  • a Microlithography a microlithography
  • a Microlithography a microlithography
  • Facettenel ⁇ mersten that are imaged in the object plane
  • a Giionsbeliehtungsanlag ⁇ a method for producing mikrostrukuirierteri devices using such a projection exposure system.
  • Biopsy systeroe of the type mentioned are known for example from the U8 ⁇ , 438 5 199Bl and the US6.658.084B1.
  • An optical element with Faeett ⁇ n shamen can be configured in several ways. For example, a dense packing of facet elements without spacing from adjacent faculty elements is possible. Alternatively, it is also possible to combine several facet elements into one block, wherein the facet elements are arranged close in the block, but the blocks to adjacent blocks are one
  • a faceted optical element can also be composed of individually manufactured facet elements.
  • these facet elements are arranged in a dense packing or in blocks, the problem here is that individual facet elements can not be separately mounted and adjusted. This is because faceted elements arranged inside a tight package have no distance to adjacent Faeetteneler ⁇ ente and therefore can not be mounted with the aid of a tool, without damaging the optical surface. This also applies to facet elements that are arranged within a block. In both cases, it is not possible to subsequently replace such a feeder element, which may be required for example due to damage, without first dismantling further facet elements.
  • the present invention is intended to provide an illumination system with a faceted optical element which overcomes these disadvantages. This means that the faceted optical element is much easier to adjust and
  • the illumination system comprises a faceted optical element consisting of a plurality of facet elements.
  • the facet elements are arranged so that at least a proportion of 20% of all side surfaces of the facet element has a distance from the side surfaces of all other facet elements that is greater than 100 ⁇ m.
  • a portion A of all side surfaces of a facet element has a distance d from the side surfaces of all other facet elements if there are regions on the side surfaces of the facet element so that all points of these regions have at least a distance d from all points on the side surfaces of all other facet elements
  • proportion A is the ratio of the sum of the areas of these areas to the sum of the areas of all side areas of the facet element.
  • the invention can be used both in a reflective as well as in a refractive
  • Lighting system find use.
  • a facet element is to be understood as meaning, for example, a lens or a prism.
  • a refractive Facet element has a Lichteintrittsfläehe, a light exit surface and, depending on the geometric shape, a certain number of side surfaces, If the Lichteinlingersflumble ⁇ , for example, rectangular or arcuate, so there are four side surfaces. These side surfaces have a common overall surface with a certain surface area. Since the light does not pass through these side surfaces, it is possible to design the facet elements there in such a way that they can be held with the aid of a tool. However, in order to be able to produce a good connection between the tool and the facet element, this contact area must have a certain size. This requires at least 20% of the total surface area of the side surfaces.
  • a facet element is to be understood as a facet mirror.
  • a facet mirror has an optically used reflective surface, a back side, and a certain number of side surfaces. Also in this case, it is advantageous to support the facet mirrors during assembly and adjustment on the side surfaces. Since the facet mirrors are usually applied to a base plate, the back is out of the question. Thus, the same task arises to establish a firm connection between a tool and a portion of the side surfaces. In order to subsequently dismantle such a facet element designed in this way, it is necessary for a proportion of 20% of its side surfaces to be exposed, that is to say to have a distance from the side surfaces of all other facet elements which is greater than 100 ⁇ m. Only in this way can it be ensured that it is subsequently possible to reach the proportion of side surfaces with the tool, and the access is not blocked by an adjacent facet element.
  • the distance is more than 0.5mm, in particular more than 1mm.
  • the distance should not be too large to keep the loss of light small. Loss of light occurs when phosphor radiation falls on the intermediate regions between the facet elements. This radiation can not be forwarded to the object plane. For this reason, it is advantageous if the distance is less than 10 mm, in particular less than 5 mm.
  • the above-described construction of the first faceted optical element causes gaps to occur between the facet elements. This means that the radiation that falls into this Eisenb ⁇ reicfie is not wh ⁇ rgeleit ⁇ t to the object plane. Thus, a loss of light occurs at the first faceted optical element.
  • the illumination of the first faceted optical element has corresponding gaps, or if the intensity of the incident radiation in the region between the facet elements is significantly reduced compared to the intensity of the radiation incident on the facet elements. This may mean, in particular, that the illumination consists of non-contiguous areas. Two regions are not contiguous if there is a point along each connecting line between the two regions where the intensity of the incident radiation is less than 50% of the radiation intensity averaged over the two regions.
  • Facet elements lead to an uneven illumination of the object plane. This can be avoided by arranging the facet elements within the illumination range.
  • Such designed illuminations can be generated in various ways.
  • a particularly high radiation power can be introduced into the lighting system if several light sources can be connected to the illumination optics at the same time.
  • This furthermore has the advantage that it is possible in this way to produce non-coherent illumination areas on the first facetted optical element, in that each light source illuminates only a partial area of the first facetted optical element.
  • One Collector has the task to absorb Stralilimgsenergy from the light source and bring in the B ⁇ leuchtungssystem.
  • One way of designing a collector to produce non-contiguous areas of illumination on the first faceted optical element is to design the collector of non-contiguous segments.
  • Two collector segments are called contiguous if there is a line connecting the two points to each point a ⁇ f of the optical surface of one collector region and each point on the optical surface of the other collector segment, all points of the line lying on one of the two optical surfaces.
  • each collector segment If the collector consists of non-contiguous collector segments, each collector segment generates an illumination region assigned to it on the first facetted optical element.
  • the geometric shape and position of the collector segments in space can be determined so that the
  • Illumination areas on the first faceted optical element are discontinuous.
  • such a collector can be made much easier, since each individual segment can be manufactured separately. Although this increases the number of components, but simplifies the production of such a specially designed collector, since each segment can be better edited due to its smaller size than a large collector, which consists of one piece.
  • the collector may be designed to include segments that are contiguous and have a kink at the transition between the segments.
  • Two contiguous collector segments have a kink at the junction between the segments when there is a line connecting the two points to each point on the optical surface of the one collector segment and each point on the optical surface of the other collector segment, all points of the line lie on one of the two optical surfaces, and there is a parameterization for at least one such line, so that this line is not continuously differentiable with respect to the parametrization.
  • the radiation energy of the light source can be used more efficiently by avoiding losses at the interspace between the segments.
  • the two contiguous segments may produce kinked non-coherent illumination areas. This is possible because the direction of light according to the collector depends on the angle of incidence on the collector surface. If there is a line on the optical surface of the two segments which is not continuously differentiable in a parameterization, this means that two adjacent light beams which strike the collector surface at the non-continuously differentiable bend strike the surface at different angles, depending after which of the adjacent segments they meet.
  • the two light beams after the collector have a separated light path, even if they differ only minimally before reflection in both place and in their direction.
  • non-coherent illumination areas arise in the plane of the faceted optical element. This is because the collector and the first optical element are spaced on the order of one to several meters apart. Even small angles of incidence of the light rays at the collector lead to significant changes in the position of the points of incidence of the rays on the first optical element.
  • a segmentation of the collector can be used if each segment produces exactly one non-contiguous area of illumination. This means that only as many collector segments are required as non-contiguous illumination areas are required. In this way, as few collector magnets as possible are needed, which makes assembly of the collector easier.
  • a reflective collector it is additionally advantageous if it is configured in such a way that all the light rays strike the reflective surface of the collector at an angle of incidence of 45 ° to the surface of the collector.
  • the angle of incidence of a light beam is understood to be the angle between the beam and the surface normal at the point of impact.
  • the configuration of the collector ensures a high reflectivity of the collector surface, which leads to a particularly efficientumpsssyst ⁇ m. Furthermore, such a collector has particularly good Abhildungseigentician ⁇ n.
  • Mechanical components include, for example, actuators for moving facetted elements, sensors for determining the radiation power or temperature, cooling lines for dissipating heat energy, but also devices for fastening or aligning facet elements, such as screws.
  • actuators for moving facetted elements
  • sensors for determining the radiation power or temperature
  • cooling lines for dissipating heat energy
  • fastening or aligning facet elements such as screws.
  • mechanical components it is advantageous if a certain distance is provided between the facet elements. This is because the applications described below are easier to implement when it is possible to make a mechanical connection between the mechanical component and a facet member. For this reason, it is advantageous if mechanical components can be arranged adjacent to facet elements or between facet elements.
  • actuators a mechanical connection to the facet element which is to be moved is required. This can be realized more easily if the distance between the facet element and the actuator is as small as possible. If, for example, cooling lines are concerned, direct contact between the cooling line and the facet element is likewise necessary in order
  • the advantage of the invention is that it is possible to have a larger number of sensors on all areas of the first faceted optical To arrange elements. In this way, a larger amount of data can be recorded, so that a better database can be achieved.
  • the illumination system is designed so that more than 80% of the illumination of the first facetted optical element is covered by fan elements, only small losses occur on the first facetted optical element. Radiation energy loss occurs each time a non-optically effective area in the illumination optics is illuminated. This can also be the case, for example, with a mechanical component. Therefore, it is advantageous if the facet elements have a large share of the illumination.
  • the mechanical component is used to move at least one facet element. This includes tilting, that is changes in the orientation of the optical surfaces, as well as spatial displacements. With such a component it is possible, for example, to carry out a fine adjustment of the facet elements during the assembly of the first facetted optical element. In addition, such a component but also allows the correction of misalignments that occur during operation.
  • the thermal deformation caused by the strong heating of the first facetted optical element as a result of the light irradiation is mentioned here.
  • such a mechanical component can also be used to change the angular distribution of the radiation in the object plane.
  • Even slight tilting of feeder elements have a major influence on the light path after the facet element due to the long light path between facet element and object plane. Therefore, such tilting can influence the angular distribution in the object area.
  • a change in the angular distribution is advantageous in order to influence the image of a mask at the location of the object plane in a targeted manner.
  • the facet elements are designed to be reflective, which means that they are facet peaks. In this case, it is possible, even by slight tilting of the elements, to make large changes in the beam path after Create facet elements. This has the advantage that the mechanical component has to effect only small Lag ⁇ ver section urge.
  • the use of radiation in a wavelength range between 5 nm and 20 nm has the advantage that a higher resolution can be achieved in the image of a pattern-bearing mask in the location of the object plane.
  • the faceted eggs duck rectangular because they can be made relatively easily in this way.
  • the formation in an arc shape has the advantage that when imaging the facet elements, an arcuate field is illuminated in the object plane. It is true that the illustration rectangular facets an arcuate B ⁇ leuchtungsfeld in the
  • Arcuate illumination fields have the advantage that the optics for imaging a structure-bearing mask at the location of the illumination field can be made simpler than is the case with differently shaped illumination fields. This also applies to the case where the illumination field has an aspect ratio between 1: 5 and 1: 30. Such an aspect ratio can be achieved particularly easily in which the facet elements already have such an aspect ratio, since in this case the use of anamorphic optical components in the illumination system can be dispensed with.
  • An embodiment of the lighting system as a double-faceted
  • Lighting system that is, theanssyst ⁇ m includes a first and a second faceted optical component, has the advantage that hereby a particularly uniform illumination of an illumination field in the object plane can be generated, whereby the Wink ⁇ lver whatsoever the illumination radiation are set very accurately in the object plane can.
  • Such an illumination system usually contains secondary light sources which are generated, for example, by the facet elements of the first optical element. The position of these secondary light sources is in a simple relationship to the angular distribution of the illumination radiation in the object plane. For this reason, the design of the lighting system facilitates as a system with secondary Light sources the targeted adjustment of an angular distribution in the object plane.
  • the secondary light sources come to rest at the locations of the facet elements of the second facetted optical component, since the cross section of the light beam emanating from a facet element of the first facetted component is particularly small at the location of the secondary light source,
  • these embodiments make it possible to make the facet elements of the second faceted optical component relatively small.
  • Microlithography projection exposure equipment used for the production of iTiikro ⁇ lektronischen components consist, inter alia, of an illumination system comprising a light source for Ausl ⁇ uchtung a structure-bearing mask, the so-called reticle, and a projection optics for imaging the mask on a substrate, the wafer.
  • This substrate contains a photosensitive layer which is chemically altered upon exposure. This is also referred to as a lithographic step.
  • the reticle is arranged in the object plane and the wafer in the image plane of the projection optics of the microlithography-precision exposure apparatus.
  • the exposure of the photosensitive layer and other chemical processes creates a microelectronic device.
  • Microlithography projection exposure machines are often operated as so-called scanners.
  • the ratio of the speeds of the reticle and wafer corresponds to the magnification of the projection optics, which is usually smaller than 1.
  • a microlithography projection exposure apparatus and a method for manufacturing microelectronic components by means of such a system comprising a further developed illumination system has the advantages already explained above with reference to the illumination system.
  • the invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
  • Fig. 1 shows a three-dimensional representation of the first faceted optical
  • FIG. 2 shows a plan view of the first faceted optical element with rectangular
  • Fig. 3 shows a plan view of the first faceted optical element with rectangular
  • Fig. 4 shows the course of the radiation intensity on the first faceted optical element along a line shown in Fig. 3;
  • Fig. 5 shows a plan view of the first faceted optical element with rectangular
  • Fig. 6 shows a plan view a ⁇ f the first faceted optical element with arcuate
  • Fig. 7 shows a plan view of the first faceted optical element with arcuate
  • FIG. 8 shows a schematic meridional section of the illumination system up to the first faceted optical element with a further developed collector
  • Fig. 9 shows schematic meridional sections of three different collectors
  • Fig. 10 shows a meridional section through a complete lighting system, which is developed according to the invention.
  • FIG. 11 shows a schematic meridional section of a projection exposure apparatus
  • a first faceted optical element according to the invention is shown.
  • On a base plate 1 reflective facet elements 3 are arranged.
  • the optical surfaces of the facet elements 3 have a rectangular shape with a longer edge 5 and a shorter edge 7.
  • the short edge has a length of Imrn and the longer edge has a length of 14 mm, so that the aspect ratio of the two edges is 14: 1.
  • the facet elements have a small side surface 9, a large side surface 11, an optical surface 13 and a ground wire with the the facets on the base plate 1 is attached.
  • the edges of the facetted surface should always be understood to mean the edges of the optical surface.
  • the arrangement of the faceted elements is chosen here such that at least one smaller side surface is completely exposed on each facet element and at least one of the larger side surfaces is exposed halfway. The minimum distance to the side surfaces of all other facets in this case is 1mm.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of an alternative invention
  • the elements corresponding to the elements of Fig. 1 in Fig.2 have the same B ⁇ zugz ⁇ iehen as in Fig. 1 increased by the number 200.
  • the facet elements 203 are arranged so that two small side surfaces and one of the larger side surfaces are exposed. This allows the arrangement of a mechanical component 215, in the form of a cooling line, between the facets first, the shorter edge (207) has a length before 0.5mm and the longer edge (205) has a length of 10mm.
  • the aspect ratio is 20: 1 and the exposed portion of the side surfaces is more than 52%.
  • the distance between the facet elements is 0.5mm in this case.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a faceted optical element in a further embodiment according to the invention.
  • the elements corresponding to the elements of FIG. 3 in FIG. 3 have the same reference numbers as in FIG. 1 increased by the number 300.
  • Each facet element 303 is here arranged such that all side surfaces are free so that a portion of the side surfaces of 100% is exposed.
  • Adjacent to the facet elements are arranged actuators 317 which serve to tilt the facet elements.
  • discontinuous illumination areas 319 and 321 are shown and a line 323 that passes through the two areas. Along this line are marked the positions (325, 327, 329, 331) at which the line enters the first illumination area (325), the first highlight! leaves (327), enters the second illumination area (329) and leaves the second illumination area (331).
  • Fig. 4 shows the intensity profile of the illumination along the line 323 shown in Fig. 3.
  • the elements corresponding to the elements of Fig.3 in Fig.4 have the same reference numerals as m Fig.3 increased by the number 100.
  • the intensity of the incident radiation is plotted.
  • the intensity 1 M determined by the two illumination instructions 319 and 321 and the corresponding 50% value are shown. From this it is clear that the description of the area of illumination is given by the points at which the intensity on the line corresponds to 50% of the actual intensity.
  • the intensity graph intersects the 50% line at position 425, which corresponds to the entry of the line into the first illumination area.
  • FIG. 5 shows a further schematic representation of the first facetted optical element.
  • the elements in FIG. 5 corresponding to the elements of FIG. 1 have the same reference numerals as in FIG. 1 increased by the number 500.
  • the facet elements 503 are here arranged so that in each case one small side surface and both larger side surfaces are half free , between the facet elements, mechanical components in the form of sensors 533 for measuring the temperature of the first facetted optical element are shown here.
  • the shorter edge has a length of Imr ⁇ and the longer edge has a length of 5mm.
  • the aspect ratio is thus 5: 1.
  • the proportion of side surfaces that is exposed is more than 54%.
  • the distance of the faceiters is 1mm.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a first facetted optical element according to the invention comprising arcuate faceted elements.
  • the elements corresponding to the elements of Fig. 1 in Fig. 6 have the same reference numerals as in Fig.l increased by the number 600.
  • the arcuate facets elem ⁇ nte 603 have two larger side surfaces 611 and two smaller side surfaces 609th At each Facetterseroment are both smaller side surfaces and one of the larger side surfaces 611 exposed.
  • the shorter edge has a length of 1mm and the longer edge of the optical surface has a length of 30mm, so the aspect ratio is 30: 1.
  • the exposed portion of the side surfaces is greater than 51%.
  • the distance of the facet element is 0.5mm.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a first facetted optical element according to the invention comprising arcuate facet elements in an alternative arrangement.
  • the elements corresponding to the elements of FIG. 7 in FIG. 7 have the same reference numerals as in FIG. 1 multiplied by the number 700
  • Arcuate facet elements 703 have two larger side surfaces 711 and two smaller side surfaces 709. On each facet element, both smaller side surfaces and both larger side surfaces are exposed. The exposed portion of the side surfaces is thus 100%.
  • the shorter edge has a length of 1 mm and the longer edge of the optical surface has a length of 30 mm, so that the aspect ratio is 30: 1.
  • the distance between the facet elements is 0.2 mm.
  • FIG. 8 shows a metrological section through an illumination system up to the first facetted optical element with a collector 844 according to the invention. Shown is a light source 835, emanating from the light beams 837, 839, 84I 3 843.
  • collector 844 comprising the collector segments 845, 847 and 849.
  • Each collector segment is in this case a section of an ellipsoid, in whose first focal point the light source 835 is arranged. Therefore, all the rays emanating from the light source, which meet the same collector segment in the second focal point, intersect the intermediate focus.
  • the collector segment 845 creates one of the illumination regions 855 on the first faceted optical element 857.
  • the collector segment 847 produces another of the illumination regions 855 on the first faceted optical element, This Illumination areas are not coherent.
  • the radiation intensity drops present example to zero ah. This is due to the fact that the two spatially adjacent light beams 839 and 841 strike the surface of the respective collector segments 845 and 847 at distinctly different angles. After the collector, these rays take a significantly different light path. Therefore, the illumination areas 855 and 859 are not contiguous.
  • collector segments 845 and 847 are not contiguous, as it is not possible to connect a point on the optical surface of segment 845 to a point on the surface of segment 847 by means of a line so that all points on the line are on a line the two strute lie.
  • Fig. 9 a, b, c shows a representation of three different collectors.
  • the collector 963 in Fig. 9a corresponds to the collector of Fig.8.
  • the elements corresponding to the elements of Figure 8 in Figure 9 have the same reference numerals as in Figure 8 increased by the number 100. For a description of these elements is on the
  • collector segments 945, 947, 949 are in this
  • the collector 965 in Fig. 9b has a continuous and continuously differentiable surface. This is especially true for the junctions 971 between the segments 975, 977, 979.
  • Such a collector typically produces non-contiguous areas of illumination on the first faceted optical element, with the intensity in the space between the areas not decreasing to zero. This is due to the fact that due to the continuously differentiable collector surface in the intensity distribution on the first facetted optical element, no bending forces can occur, provided that the angular distribution of the radiation by the light source does not have any originality.
  • An example of such an intensity distribution is shown in FIG.
  • One way of producing non-contiguous regions of illumination on the first faceted optical element is to use the This collector has non-continuously differentiable locations 973. At these locations, the incident beams are reflected in widely different directions, depending on which of the collector segments 981, 983, 985 hit them.
  • the collector 967 thus includes segments that are contiguous and have a kink.
  • FIG. 10 shows a meridional section through a lighting system in a reflective embodiment.
  • the elements corresponding to the elements of Fig. 8 in Fig. 10 have the same reference numerals as in Fig.8 increased by the number 200. For a description of these elements, reference is made to the description of Fig. 8.
  • the radiation of the light source 1035 is directed onto a first faceted optical element 1057.
  • Non-coherent illumination areas 1055 are formed on the first facetted optical element.
  • Facet elements 1003 are arranged within these illumination areas.
  • the radiation reflected by the facet elements of the first faceted optical element is incident on a second faceted optical element 1087 comprising a plurality of facet elements ⁇ 089.
  • the radiation is incident on a subsequent optics 1091, which in this case consists exclusively of an imaging mirror, which forwards the light to the object plane 1093.
  • the facet elements of the first facetted optical element generate secondary light sources 1099, which is indicated by means of the dashed optical path 1095. These secondary sources of light are at the location of the Faeetteneememnte 1089 of the second facetted! optical element 1087.
  • the position of the secondary light sources may, for example, vary to coincide in a first position with the locations of a first set of facet elements of the second optical element and in one second position with a second sentence. This is particularly useful if the first sentence contains at least partially other facet elements than the second sentence.
  • This change in the position of the secondary light sources leads to a change in the illumination of the second faceted optical element and thus also to a change in the angular distribution of the illumination radiation in the object plane.
  • the angular distribution of the illumination radiation in the object plane can be influenced in a targeted manner.
  • the faceted elements of the first faceted optical! Elements are imaged into the object plane 1093 with the aid of the facets of the second faceted optical element and the subsequent optics, which is illustrated by means of the continuous beam path 1097. This has the advantage that the form of the facet element of the first facetted optical element can also be used to define the shape of the illumination area in the object mirror e.
  • FIG. 11 shows a simplified representation of a microlithography projection exposure apparatus, which is provided in its entirety with the reference numeral 11101.
  • the elements corresponding to the elements of FIG. 10 have the same reference numerals as in FIG. 10 increased by the number 10000.
  • the illumination system 11103 illuminates the structure-carrying mask 11105 which is arranged in the object plane 11093.
  • the structure-carrying mask can be moved in the scanning direction 11109. Downstream is the projection optics (11111) 5 which images the mask into the image plane 1 1 1 13.
  • In the image plane is a substrate 11115 containing a photosensitive layer 11117. This substrate can also be moved along the scanning direction 1 1 109.
  • the ratio of the speeds of the mask and the substrate corresponds to the magnification of the projection optics, which is usually smaller than 1, for example 1: 4.

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Abstract

Ein Beleuchtungssystem (11103) für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (11101) umfasst in der Regel ein optisches Element (857, 1057) bestehend aus einer Mehrzahl von Facettenelementen (3, 203, 303, 503, 603, 703, 1003). Die Facettenelemente (3, 203, 303, 503, 603, 703, 1003) sind dabei so angeordnet, dass für jedes Facettenelement (3, 203, 303, 503, 603, 703, 1003) ein Anteil der Seitenflächen des Facettenelements von den Seitenflächen aller anderen Facettenelemente einen gewissen Abstand aufweist. Damit entstehen Zwischenräumen zwischen den Facettenelementen, die nicht optisch genutzt werden. Diese Zwischenräume können zur einfacheren Montage der Facettenelemente (3, 203, 303, 503, 603, 703, 1003) oder auch zur Anbringung von mechanischen Komponenten (215, 317, 533) wie Aktuatoren (317) verwendet werden. Um ein solches optisches Element effizient auszuleuchten wird ein Kollektor (844; 965; 967; 963, 1063) aus einer Mehrzahl von Segmenten verwendet, die teilweise nicht zusammenhängend sind. Alternativ sind aber auch zusammenhängende Segmente mit Knick möglich.

Description

Beleuchtungssystem für eine MjkTolithogTaphie-Projekiionsbelichtiirjgsanlage
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsaπlage mit einer Mehrzahl von Facettenelεmersten, die in die Objektebene abgebildet werden, eine Projektionsbeliehtungsanlagε und ein Verfahren zur Herstellung von mikrostruküirierteri Bauelementen mit Hilfe einer solchen Projektionsbelichtungsanlage.
Beiεuchtungssysteroe der eingangs genannten Art sind zum Beispiel aus der U8ό,4385199Bl und der US6.658.084B1 bekannt.
Ein optisches Element mit Faeettεnelementen kann dabei auf mehrere Arten ausgestaltet sein. Möglich ist zum Beispiel eine dichte Packung von Facettenelementen ohne Abstand zu benachbarten Facεttenelernentεn. Alternativ ist auch das Zusammenfassen von mehreren Facettenelεmenten zu einem Block möglich, wobei die Facettenelemente dicht im Block angeordnet sind, aber die Blöcke zu benachbartem Blöcken einen
Bei der Herstellung solcher facettierter optischer Elemente können verschiedene Verfahren angewandt werden. Zum einen ist es möglich ein solches optisches Element aus einem Stück zu fertigen, was jedoch ein kompliziertes und kostspieliges Herstellungsverfahren erfordert. Zusätzlich kann ein solches Element beim Vorliegen von Beschädigungen nur vollständig getauscht werden, Es ist nicht möglich einzelne beschädigte Facettenelemente separat zu ersetzen.
Alternativ kann ein facettiertes optisches Element auch aus einzeln gefertigten Facettenelemenlen zusammengesetzt werden. Sind diese Facettenelemente jedoch in einer dichten Packung oder in Blöcken angeordnet, so liegt hier das Problem vor, dass einzelne Facettenelemente nicht separat montiert und justiert werden können. Dies liegt daran, dass Facettenelernente, die innerhalb bei einer dichten Packimg angeordnet sind, keinen Abstand zu benachbarten Faeettenelerπente aufweisen und daher nicht mit Hilfe eines Werkzeuges montiert werden können, ohne die optische Oberfläche zu beschädigen. Dies gilt auch für Facettenelemente, die innerhalb eines Block angeordnet sind. In beiden Fällen ist es nicht möglieh, nachträglich ein solches Faeettenelement auszutauschen, was zum Beispiel auf Grund von Beschädigungen erforderlich werden kann, ohne zuvor weitere Facettenelernente zu demontieren.
Durch die vorliegende Erfindung soll ein Bεleuchtungssystem mit einem facettierten optischen Element zur Verfügung gestellt werden, das diese Nachteile überwindet. Dies bedeutet, dass sich das facettierte optische Element wesentlich einfacher Justieren und
Montieren lässt.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Facettenelemente so angeordnet werden, dass jedes einzelne Facettenelement einfacher zugänglich ist. Dies bedeutet, dass das Beleuchtungssystem ein facettiertes optisches Element umfasst, welches aus einer Mehrzahl von Facettenelementen besteht. Hierbei sind die Facettenelemente so angeordnet, dass zumindest ein Anteil -von 20% aller Seitenflächen des Facettenelements von den Seitenflächen aller anderen Facettenelementen einen Abstand hat, der größer ist als lOOμm. Ein Anteil A aller Seitenflächen eines Facettenelements hat einen Abstand d von den Seitenflächen aller anderen Facettenelernente, wenn es Bereiche auf den Seitenflächen des Facettenelementes gibt, so dass alle Punkte dieser Bereiche mindestens einen Abstand d von allen Punkten auf den Seitenflächen aller anderen Facettenelemente haben, Der Anteil A ist dabei das Verhältnis der Summe der Flächeninhalte dieser Bereiche zur Summe der Flächeninhalte aller Seitenflächen des Facettenelements.
Die Erfindung kann sowohl in einem reflektive wie auch in einem refraktiven
Beleuchtungssystem Einsatz finden.
In einer refraktiven Ausgestaltung der Erfindung soll unter einem Facettenelemεnt zum Beispiel eine Linse oder ein Prisma verstanden werden. Ein solches refraktives Facettenelement besitzt eine Lichteintrittsfläehe, eine Lichtaustrittsfläche und, je nach geometrischer Form, eine gewisse Anzahl von Seitenflächen, Ist die Lichteintrittsflächε zum Beispiel rechteckig oder bogenförmig, so liegen vier Seitenflächen vor. Diese Seitenflächen haben eine gemeinsame Gesamtoberfläche mit einem gewissen Flächeninhalt, Da das Licht diese Seitenflächen nicht passiert, ist es möglich, die Facettenεlemente dort derart auszugestalten, dass sie mit Hilfe eines Werkzeugs gehalten werden können. Um jedoch eine gute Verbindung zwischen Werkzeug und Facεttenelement herstellen zu können, rnuss dieser Kontaktbereich eine gewisse Größe aufweisen. Hierzu ist mindestens ein Anteil von 20% der Gesamtoberfläche der Seitenflächen erforderlich.
Bei einer reflektiven Ausgestaltung der Erfindung soll unter einem Facettenelement ein Facettenspiegel verstanden werden. Ein solcher Facettenspiegel besitzt eine optisch genutzte reflektierende Fläche, eine Rückseite, sowie eine gewisse Anzahl von Seitenflächen. Auch in diesem Fall ist es vorteilhaft, die Facettenspiegel während der Montage und Justage an den Seitenflächen zu haltern. Da die Facettenspiegel üblicherweise auf einer Grundplatte aufgebracht werden, kommt die Rückseite hierfür nicht in Frage. Somit stellt sich die gleiche Aufgabe, eine feste Verbindung zwischen einem Werkzeug und einem Anteil der Seitenflächen herzustellen. Um nun ein solcherart gestaltetes Facettenelement nachträglich demontieren zu können, ist es erforderlich, dass ein Anteil von 20% ihrer Seitenflächen freiliegt, das heißt von den Seitenflächen aller anderen Facettεnelementε einen Abstand hat, der größer ist als lOOμm. Nur so kann gewährleistet werden, dass es nachträglich möglich ist, mit dem Werkzeug den Anteil Seitenflächen zu erreichen, und der Zugang nicht durch ein benachbartes Facettenelement blockiert ist.
Im Falle von rechteckigen Facettenelementen, die eine lange und eine kurze Seite mit einem Aspektverhältnis zwischen 5:1 und 20:1 aufweisen, ist eine Verbindung von Werkzeug und Facettenelement einfacher und stabiler zu realisieren, wenn zumindest eine der längeren Seiten vollständig frei liegt. Das heißt, dass eine der größeren Seitenflächen mit entsprechenden Montagevorrichtungen versehen werden kann. Dies können zum Beispiel Nuten oder sonstige Verankerungen sein, an denen ein Werkzeug angreifen kann. Aufgrund des Aspektverhältnisses bedeutet dies, dass der freiliegende
Anteil A gegeben ist durch
» 41.7%
2 *5 + 2*1 im Falle eines Aspektverhällnisses von 5:1 bzw.
A - 20
2 *20 + 2*1 bei einem Aspektverhältnis von 20:1. Das heißt, dass der Anteil des Randes, der frei liegt, größer als 40% sein sollte. Je größer der frei liegende Aliteil der Seitenflächen ist, umso größer ist auch die Freiheit bei der mechanischen Auslegung der Facettenεlemente. Zum Beispiel ermöglicht das
Freiliegen von sich gegenüberliegenden Anteilen der größeren Seitenflächen den
Einsatz eines zangenähnlich ausgeführten Montagewerkzeuges.
Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn alle Seitenflächen frei liegend sind. Ein Mindestabstand von lööμra ist erforderlich, um ein Werkzeug in den
Zwischenraum einbringen zu können. Es ist jedoch einfacher ein solches Werkzeug zu gestalten, wenn der Zwischenraum größer ist. So ist es vorteilhaft, wenn der Abstand mehr als 0.5mm, insbesondere mehr als 1mm, beträgt.
Allerdings sollte der Abstand nicht zu groß gewählt werden, um den Lichtverlust klein zu halten. Lichtverlust tritt auf, wenn Bεleuchtungssrrahlung auf die Zwischenbereiche zwischen den Facettenelementen fällt. Diese Strahlung kainn nicht zur Objektebene weitergeleitet werden. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn der Abstand kleiner ist als 10 mm, insbesondere kleiner ist als 5 mm.
Der oben beschriebene Aufbau des ersten facettierten optischen Elements führt dazu, dass zwischen den Facettenelementen Abstände auftreten. Dies bedeutet, dass die Strahlung, die in diese Zwischenbεreicfie fallt, nicht zur Objektebene weitεrgeleitεt wird. Somit tritt ein Lichtverlust am ersten facettierten optischen Element auf. Um diesen zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn die Ausleuchtung des ersten facettierten optischen Elements entsprechende Lücken aufweist, beziehungsweise wenn die Intensität der einfallenden Strahlung im Bereich zwischen den Facettenelementen deutlich gegenüber der Intensität, der auf die Facettenelemente fallenden Strahlung, reduziert ist. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Ausleuchtung aus nicht zusammenhängenden Bereichen besteht. Zwei Bereiche sind nicht zusammenhängend, wenn es entlang jeder Verbindungslinie zwischen den beiden Bereichen einen Punkt gibt, an dem die Intensität der einfallenden Strahlung kleiner ist als 50% der, über die beiden Bereiche gemittelten, Strahlungsintensität. Je besser die Ausleuchtung an die Anordnung der Facetterseleniεnte angepasst ist, umso geringer ist der Effizienzverlust am ersten facettierten optischen Element. Günstig ist zum Beispiel, wenn es einen Ausleuchtungsbereich zu jedem Facetten dement gibt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Facetten vollständig innerhalb dieser Bereiche liegen, damit sie auch vollständig ausgeleuchtet werden. Da die Faeεttenelemente in die öbjektebene abgebildet, werden, würde eine teilweise Ausleuchtung der
Facettenelemente zu einer ungleichmäßigen Ausleuchtung der Objektebene führen. Dies kann durch die Anordnung der Facettenelemente innerhalb der Ausleuchtungsbεreiche vermieden werden.
Derart gestaltete Ausleuchtungen können auf verschiedene Arten erzeugt werden. Eine besonders hohe Strahlungsleistung lässt sich in dass Beleuchtungssystem einbringen, wenn mehrere Lichtquellen gleichzeitig an die Beleuchtungsoptik angeschlossen werden können. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass sich auf diese Weise nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche auf dem ersten facettierten optischen Element erzeugen lassen, indem jede Lichtquelle nur einen Teilbereich des ersten facettierten optischen Elements ausleuchtet.
Schwieriger ist es, mit Hilfe von einer Quelle nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche auf dem ersten facettierten optischen Element zu erzeugen. Hierzu kann zum Beispiel ein speziell ausgestalteter Kollektor verwandt werden. Ein Kollektor hat die Aufgabe, Stralilimgsenergie von der Lichtquelle aufzunehmen und in das Bεleuchtungssystem einzubringen.
Eine Möglichkeit, einen Kollektor so zu gestalten, dass er nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche auf dem ersten facettierten optischen Element erzeugt, ist die Ausgestaltung des Kollektors aus nicht zusammenhängenden Segmenten. Zwei Kollektorsegmente heißen zusammenhängend, wenn es zu jedem Punkt aαf der optischen Oberfläche des einen Kollektorsegmεnis und jedem Punkt auf der optischen Oberfläche des anderen Kollektorsegments eine Linie gibt, die die beiden Punkte verbindet, wobei alle Punkte der Linie auf einer der beiden optischen Oberflächen liegen.
Besteht der Kollektor aus nicht zusammenhängenden Kollektorsegmentεn, so erzeugt jedes Kollektorsegment einen ihm zugeordneten Ausleuchtungsbereich auf dem ersten facettierten optischen Element. Die geometrische Form und die Lage der Kollektorsegmente im Raum können so bestimmt werden, dass die
Ausleuchtungsbereiche auf dem ersten facettierten optischen Element nicht zusammenhängend sind. Darüber hinaus kann ein solcher Kollektor wesentlich einfacher hergestellt werden, da jedes einzelne Segment separat gefertigt werden kann. Dies erhöht zwar die Anzahl der Bauelemente, vereinfacht jedoch die Herstellung eines solchen speziell ausgestalteten Kollektors, da jedes einzelne Segment auf Grund seiner geringeren Größe besser bearbeitet werden kann als ein großer Kollektor, der aus einem Stück besteht.
Alternativ oder ergänzend kann der Kollektor so gestaltet sein, dass er Segmente urnfasst, die zusammenhängend sind und einen Knick am Übergang zwischen den Segmenten aufweisen.
Zwei zusammenhängende Kollektorsegmente haben einen Knick am Übergang zwischen den Segmenten, wenn es zu jedem Punkt auf der optischen Oberfläche des eineai Kollektorsegments und jedem Punkt auf der optischen Oberfläche des anderen Kollektorsegments eine Linie gibt, die die beiden Punkte verbindet, wobei alle Punkte der Linie auf einer der beiden optischen Oberflächen liegen, und es zu mindestens einer solchen Linie eine Parametrisierung gibt, so dass diese Linie bezüglich der Parametrisienmg nicht stetig diffεrenzierbar ist.
Mit Hilfe eines solchen Kollektors, der zusammenhängende Segmente mit Knick umfasst, kann die Strahlungsenergie der Lichtquelle effizienter genutzt werden, indem Verluste am Zwischenraum zwischen den Segmenten vermieden werden. Zusätzlich können dennoch die beiden zusammenhängende Segmente mit Knick nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereichε erzeugen. Dies ist möglich, da die Lichtrichtung nach dexn Kollektor vom Auftreffwinkel auf die Kollektoroberfläche abhängt. Gibt es auf der optischen Oberfläche der beiden Segmente, eine Linie die in einer Parametrisierung nicht stetig differenzierbar ist, so bedeutet dies, dass zwei benachbarte Lichtstrahlen, die die Kollektoroberfläche an dem nicht stetig differenzierbaren Knick treffen, unter unterschiedlichen Winkeln auf die Oberfläche treffen, je nachdem, welches der angrenzenden Segmente sie treffen. Somit haben die beiden Lichtstrahlen nach dem Kollektor einen separierten Lichtweg, auch wenn sie sich vor der Reflektion sowohl in Ort als auch in ihrer Richtung nur minimal unterscheiden. Es entstehen also nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche in der Ebene des facettierten optischen Element. Dies liegt daran, dass Kollektor und erstes optisches Element einen Abstand in der Größenordnung von einem bis mehreren Metern zueinander haben. Bereits geringe Winkεländerungεn der Lichtstrahlen am Kollektor führen zu signifikanten Ortsveränderungen der Aufbrefφunkte der Strahlen auf dem ersten optischen Element.
Sehr effektiv lässt sieh eine Segmentierung des Kollektors nutzen, wenn jedes Segment genau einen nicht zusammenhängenden Ausleuchtungsbereich erzeugt. Das heißt es sind nur genau so viele Kolleklorsegmente erforderliche wie nicht zusammenhängenden Ausleuchtungsbereiche erforderlich sind. Auf diese Weise werden so wenige Kollektorsegmerste wie möglich benötigt, was die Montage des Kollektors einfacher macht. Im Falle eines reflekliven Kollektors ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn er derart ausgestaltet ist, dass alle Lichtstrahlen unter einem Einfallswinkel Meiner als 45° auf die reflεktive Oberfläche des Kollektors treffen. Unter dem Einfallswinkel eines Lichtstrahls wird hier der Winkel zwischen Strahl und Flächennormale im Auftreffpunkt verstanden. Die Ausgestaltung des Kollektors, so dass die Einfallswinkel aller Lichtstrahlen kleiner 45° sind, gewährleistet eine hohe Reflektivität der Kollektoroberfläche, was zu einem besonders effizienten Beleuchtungssystεm führt. Ferner hat ein solcher Kollektor besonders gute Abhildungseigenschaftεn.
Zwischen den benachbarten Facettenelementen des ersten optischen Elements können nun zusätzlich mechanische Komponenten angeordnet werden, Unter mechanischen Komponenten werden zum Beispiel Aktoatoren zum Bewegen von Facettenelεmentεn, Sensoren ?.ur Bestimmung der Strahlungsleistung oder der Temperatur, Kühlleitungen zur Abfuhr von Wärmeenergie, aber auch Vorrichtungen zürn Befestigen oder Ausrichten von Facettenelementen, wie zum Beispiel Schrauben, verstanden. Urn solche mechanischen Komponenten anzubringen, ist es vorteilhaft, wenn zwischen den Facettenelementen ein gewisser Abstand vorgesehen ist. Dies Hegt daran, dass sich die unten beschriebenen Anwendungen einfacher realisieren lassen, wenn es möglich ist, eine mechanische Verbindung zwischen der mechanischer Komponente und einem Facettenelement herzustellen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn mechanische Komponenten benachbart zu Facettenelementen oder zwischen Facettenelementen angeordnet werden können, ϊm Falle von Aktuatoren ist eine mechanische Verbindung zu dem Facettenelement erforderlich, das bewegt werden soll. Diese Sässt sich einfacher realisieren, wenn der Abstand zwischen Facεttenelεment und Aktuator möglichst gering ist. Handelt es sich zum Beispiel um Kühlleitungen, so ist ebenfalls ein direkter Kontakt zwischen Kühlleitung und Facettenelement erforderlich, um eine gute Wärmeleitung zu realisieren.
Im Falle von Sensoren besteht der Vorteil der Erfindung darin, dass es möglich ist, eine größere Anzahl von Sensoren anf allen Bereichen des ersten facettierten optischen Elements anzuordnen. Auf diese Weise kann eine größer Menge an Daten aufgenommen werden, so dass eine bessere Datenbasis erzielt werden kann.
Ist mm ferner das Belεuehtungssystem so gestaltet, dass mehr als 80% der Ausleuchtung des ersten facettierten optischen Elements durch Faeettenelementε bedeckt wird, so treten nur geringe Verluste am ersten facettierten optischen Element auf. Verlust von Strahlungsenergie tritt jedes Mal auf, wenn eine nicht optisch wirksame Fläche in der Belεuchtungsoptik beleuchtet wird. Dies kann zum Beispiel auch bei einer mechanischen Komponente der Fall sein. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Facettenelemente einen großen Anteil an der Ausleuchtung haben.
In einer speziellen Ausfuhrungsform dient die mechanische Komponente dazu, mindestens ein Facetten element zu bewegen. Dies schließt sowohl Verkippen, das heißt Änderungen der Orientierung der optischen Flächen, als auch räumliche Verschiebungen mit ein. Mit einer solchen Komponente ist es zum Beispiel möglieh, eine Feinjustage der Facettenelεmente während der Montage des ersten facettierten optischen Elements durchzuführen. Darüber hinaus ermöglicht eine derartige Komponente aber auch die Korrektur von Fehlstellungen, die beim Betrieb auftreten. Beispielhaft sei hier die thermale Verformung durch die starke Erwärmung des ersten facettierten optischen Elements infolge der Lichteinstrahlung genannt.
Insbesondere kann eine solche mechanische Komponente auch dazu benutzt werden, die Winkεlverteilung der Strahlung in der öbjektεbene zu verändern. Bereits geringfügige Verkippungen von Faeettenelementen haben großen Einfluss auf den Lichtweg nach dem Facettenelement aufgrund des langen Lichtweges zwischen Facettenelement und Objektebene. Daher lässt sich durch ein solches Verkippen die Winkelverteilung in der Objεktebetie beeinflussen. Eine Veränderung der Winkelverteilung ist vorteilhaft, um so die Abbildung einer Maske am Ort der Objektεbene gezielt zu beeinflussen. Vorteilhaft ist es, wenn die Facettenelemente reflektiv ausgestaltet sind, das heißε, dass es sich um Facettenspiεgel handelt. In diesem Fall ist es möglich, bereits durch geringfügige Verkippungen der Elemente große Änderungen des Strahlweges nach den Facettenelementen zu erzeugen. Dies hat den Vorteil, dass die mechanische Komponente nur kleine Lagεveränderungen bewirken muss.
Die Verwendung von Strahlung in einem Wellenläπgenbεreicli zwischen 5 nm und 20 nm hat den Vorteil, dass eine höhere Auflösung bei der Abbildung einer sti-ukturtrageπden Maske arn Ort der Objektebene erzielt werden kann.
Es ist vorteilhaft die Facetteneiern ente rechteckig auszubilden, da sie auf diese Weise relativ einfach hergestellt werden können. Dagegen hat die Ausbildung in einer Bogenform den Vorteil, dass bei einer Abbildung der Facetlenεlemente ein bogenförmiges Feld in der Objektebene beleuchtet wird. Es lässt sich zwar auch durch die Abbildung rechteckigen Facetten ein bogenförmiges Bεleuchtungsfeld in der
Objektebene erzielen, hierzu ist es jedoch erforderlich, gezielt eine Verzeichnung der Abbildung einzustellen. Bogenförmige Beleuchtungsfelder haben den Vorteil, dass die Optik zur Abbildimg einer strukturtragenden Maske am Ort des Beleuchtungsfeldes einfacher gestaltet werden kann als es bei anders geformten Beleuchtungsfeldern der Fall ist. Dies gilt genauso für den Fall, dass das Beleuchtungsfeld ein Aspektverhältnis zwischen 1:5 und 1 :30 aufweist. Besonders leicht kann ein solches Aspektverhältnis erreicht werden, in dem die Facettenelemente bereits ein derartiges Aspektverhältnis haben, da in diesem Fall auf die Verwendung von anamorphotischen optischen Komponenten im Beleuchtungssystem verzichtet werden kann. Eine Ausgestaltung des Beleuchtungssystem als ein doppelt facettiertes
Beleuchtungssystem, das heißt, dass das Beleuchtungssystεm eine erste und eine zweite facettierte optische Komponente enthält, hat den Vorteil, dass hiermit eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung eines Beleuchtungsfeldes in der Objektebene erzeugt werden kann, wobei auch die Winkεlverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der öbjektebene sehr genau eingestellt werden kann. Ein solches Beleuchtungssystem enthält üblicherweise sekundäre Lichtquellen, die zum Beispiel von den Facettenelementen des ersten optischen Elements erzeugt werden.. Die Lage dieser sekundären Lichtquellen steht in einem einfachen Zusammenhang zu der Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der Objektεbene. Aus diesem Grund erleichtert die Auslegung des Beleuchtungssystems als ein System mit sekundären Lichtquellen die gezielte Einstellung einer Winkelverteilung in der Objektebene. Es ist darüber hinaus vorteilhaft, wenn die sekundären Lichtquellen an den Orten der Facettεnelemente der zweiten facettierten optischen Komponente zu liegen kommen, da der Querschnitt des Lichtbündels, das von einem Facεttenelemεnt der ersten facettierten Komponente ausgeht, an der Stelle der sekundären Lichtquelle besonders klein ist, Damit ermöglicht es diese Ausfübjrungsfbrrn, die Facettenelemente der zweiten facettierten optischen Komponente relativ klein auszugestalten.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen, die zur Produktion von iTiikroεlektronischen Bauelementen verwendet werden, bestehen unter anderem aus einem Beleuchtungssystem, das eine Lichtquelle umfasst, zur Auslεuchtung einer strukturtragenden Maske, dem sogenannten Retikel, and einer Projektionsoptik zur Abbildung der Maske auf ein Substrat, den Wafer. Dieses Substrat enthält eine photosensilive Schicht, die bei der Belichtung chemisch verändert wird. Man spricht hierbei auch von einem lithographischen Schritt. Das Retikel ist dabei in der Objektebene und der Wafer in der Bildebene der Projektionsoptik der Mikrolithographie-Prqjektionsbelichtungsanlage angeordnet. Durch die Belichtung der photosensitiven Schicht und weiterer chemischer Prozesse entsteht ein mikroelektronisches Bauelement. Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen werden häufig als sogenannte Scanner betrieben. Das bedeutet, dass das Retikel durch ein schlitzförmiges Beleuchtungsfeld entlang einer Scanrichtung bewegt wird, während der Wafer in der Bildebene der Projektkmsoptik entsprechend bewegt wird. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten von Retikel und Wafer entspricht der Vergrößerung der Projektionsoptik, die üblicherweise kleiner 1 ist.
Eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage und ein Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen mit Hilfe einer solchen Anlage, die ein weitergebildet.es Beleuchtungssystem umfasst, hat die Vorteile, die vorstehend bereits unter Bezugnahme auf das Beleuchtungssystem erläutert wurden. Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des ersten facettierten optischen
Elements mit rechteckigen Facettenelεmenten; Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das erste facettierte optische Element mit rechteckigen
Facetten in einer weiteren Ausfolirungsform;
Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf das erste facettierte optische Element mit rechteckigen
Facetten in einer weiteren Ausflihrursgsform;
Fig. 4 zeigt den Verlauf der Strahlungsintensität auf dem ersten facettierten optischen Element entlang einer in Fig. 3 dargestellten Linie;
Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf das erste facettierte optische Element mit rechteckigen
Facetten in einer weiteren Ausfilhrungsforrn;
Fig. 6 zeigt eine Aufsicht aαf das erste facettierte optische Element mit bogenförmigen
Facetten in einer ersten Ausfuhrungsforrn; Fig. 7 zeigt eine Aufsicht auf das erste facettierte optische Element mit bogenförmigen
Facetten in einer weiteren Ausfuhrungsform;
Fig. 8 zeigt einen schemaüschen Meridionalschnitt des Beleuchtungssystems bis zum ersten facettierten optischen Element mit einem weitergebildeten Kollektor;
Fig. 9 zeigt schematische Meridionalschnitte von drei verschiedenen Kollektoren; Fig. 10 zeigt einen Meridionalschnitt durch ein vollständiges Beleuchtungssystem, das erfindungsgemäß weitergebildet ist.
Fig. 11 zeigt einen schematischen Meridionalschnitt einer Projektionsbelichtungsanlage
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein erstes facettiertes optisches Element gemäß der Erfindimg dargestellt. Auf einer Grundplatte 1 sind reflektive Facettenelemente 3 angeordnet. Die optischen Flächen dεrFacettenelemente 3 haben eine rechteckige Form mit einer längeren Kante 5 und eine kürzeren Kante 7. Die kürze Kante hat eine Länge von Imrn und die längere Kante eine Länge von 14mm, so dass das Aspektverhältnis der beiden Kanten 14:1 beträgt. Die Facettenelemente besitzen eine kleine Seitenfläche 9, eine große Seitenfläche 11 , eine optischen Oberfläche 13 und eine Grundseile mit der die Facetten auf der Grundplatte 1 befestigt ist. Unter den Kanten des Facettenεlenients sollen hier immer die Kanten der optischen Oberfläche verstanden werden. Die Anordnung der Facettenelernentε ist hier so gewählt, dass an jedem Facettenelement mindestens eine kleinere Seitenfläche vollständig frei liegt und mindestens eine der größeren Seitenflächen zur Hälfte frei liegt. Der Mindestabstand zu den Seitenflächen aller anderen Facetten beträgt im vorliegenden Fall 1mm.
Insgesamt ergibt sich aufgrund des Aspektverhältnisses von 14:1, dass mindestens 27% der Seitenflächen frei liegen,
Fig. 2 zeigt eine schematische Aufsicht einer alternativen erfindungsgemäßεn
Anordnung von Faeettenεlementen. Die den Elementen von Fig. 1 entsprechenden Elemente in Fig.2 haben die gleichen Bεzugszεiehen wie in Fig. 1 vermehrt um die Zahl 200. Hier sind die Facettenelemente 203 so angeordnet, dass zwei kleine Seitenflächen und eine der größeren Seitenflächen frei liegend sind. Dies ermöglicht hier die Anordnung einer mechanischen Komponente 215, in Form einer Kühlleitung, zwischen den Facettenelemersten, Die kürzere Kante (207) hat eine Länge vors 0.5mm und die längere Kante (205) eine Länge von 10mm. Damit beträgt das Aspektverhältnis 20:1 und der freiliegende Anteil der Seitenflächen beträgt mehr als 52%. Der Abstand der Facettεnelemεnte ist in diesem Fall 0.5mm.
In Fig. 3 ist eine schematische Aufsicht auf ein facettiertes optisches Element in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung gezeigt. Die den Elementen von Fig.] entsprechenden Elemente in Fig.3 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.l vermehrt um die Zahl 300. Jedes Facettenelement 303 ist hier so angeordnet, dass alle Seitenflächen frei Hegend sind, so dass ein Anteil der Seitenflächen von 100% freiliegend ist. Benachbart zu den Facettenelementen sind sind Aktuatoren 317 angeordnet, die dazu dienen die Facettenelemente zu verkippen. Weiterhin sind nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche 319 und 321 gezeigt und eine Linie 323, die die beiden Gebiete durchläuft. Entlang dieser Linie sind die Positionen (325, 327, 329, 331) markiert, an denen die Linie in das erste Ausleuchtungsgebiet eintritt (325), das erste Ausleuchtimgsgehiε! verlässt (327), in das zweite Ausleuchtungsgebiet eintritt (329) und das zweite Ausleuchtungsgebiet wieder verlässt (331).
Fig. 4 zeigt den Intensitätsverlauf der Ausleuchtung entlang der in Fig. 3 gezeigten Linie 323. Die den Elementen von Fig.3 entsprechenden Elemente in Fig.4 haben die gleichen Bezugszeichen wie m Fig.3 vermehrt um die Zahl 100. Entlang der vertikalen Achse ist die Intensität der einfallenden Strahlung aufgetragen. Zusätzlich ist die über die beiden Ausleuchtungsgebicte 319 und 321 geraittεlte Intensität 1M , sowie der entsprechende 50% Wert dargestellt. Hieran wird deutlich, dass die Beramdung des Ausleuchtungsgebietes durch die Punkte gegeben ist, an denen die Intensität auf der Linie 50% der geniitielten Intensität entspricht. So schneidet der Intensitätsgraph die 50% Linie an der Position 425, was dem Eintritt der Linie in das erste Ausi euchtungsgebiεt entspricht.
ϊn Fig. 5 ist eine weitere schematische Darstellung des ersten facettierten optischen Elements gezeigt. Die den Elementen von Fig.l entsprechenden Elemente in Fig.5 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.l vermehrt um die Zahl 500. Die Facettenelemεnte 503 sind hier so angeordnet, dass jeweils eine kleine Seitenfläche und beide größeren Seitenflächen zu Hälfte frei liegexid sind. Zwischen den Facettenelementen sind hier mechanische Komponenten in Form von Sensoren 533 zur Messung der Temperatur des ersten facettierten optischen Elements gezeigt. Die kürzere Kante hat eine Länge von Imrπ und die längere Kante eine Länge von 5mm. Das Aspektverhältnis beträgt somit 5:1. Der Anteil der Seitenflächen, der freiliegend ist beträgt mehr als 54%. Der Abstand der Faceiterselemente beträgt lmm.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen ersten facettierten optischen Elements umfassend bogenförmige Facettenelernentε. Die den Elementen von Fig.l entsprechenden Elemente in Fig.6 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.l vermehrt um die Zahl 600. Die bogenförmigen Facetten elemεnte 603 haben zwei größere Seitenflächen 611 und zwei kleinere Seitenflächen 609. An jedem Facetterselernent sind beide kleineren Seitenflächen und eine der größeren Seitenflächen 611 frei liegend. Die kürzere Kante hat eine Länge von 1mm und die längere Kante der optischen Fläche eine Länge von 30mm, so dass das Aspektverhältnis 30:1 beträgt. Der freiliegende Anteil der Seitenflächen ist größer als 51%. Der Abstand der Facettenelemεnte beträgt 0.5mm.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen ersten facettierten optischen Elements umfassend bogenförmige Facεttenelemente in einer alternativen Anordnung, Die den Elementen von Fig.] entsprechenden Elemente in Fig.7 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.l vermehrt am die Zahl 700. Die bogenförmigen Facettenelemεnte 703 haben zwei größere Seitenflächen 711 und zwei kleinere Seitenflächen 709. An jedem Facettenelement sind beide kleineren Seitenflächen und beide größeren Seitenflächen frei liegend. Der freiliegende Anteil der Seitenflächen ist damit 100%. Die kürzere Kante hat eine Länge von 1mm und die längere Kante der optischen Fläche eine Länge vors 30mm, so dass das Aspektvεrhältnis 30:1 beträgt. Der Abstand der Facεttεnelemente beträgt 0.2mm.
In Fig.8 ist ein Mεridionalschnitt durch ein Beleuchtungssystem bis zum ersten facettierten optischen Element mit einem erfindungsgemäßen Kollektor 844 dargestellt. Gezeigt ist eine Lichtquelle 835, von der Lichtstrahlen 837, 839, 84I3 843 ausgehen.
Diese Lichtstrahlen treffen auf einen Kollektor 844, der die Kollektorsegmente 845, 847 und 849 umfasst. Jedes Kollektorsegment ist im vorliegenden Fall ein Ausschnitt aus einem Ellipsoiden, in dessen ersten Brennpunkt die Lichtquelle 835 angeordnet ist. Daher schneiden sich alle von der Lichtquelle ausgehenden Strahlen, die das gleiche Kollektorsegment treffen im zweiten Brennpunkt, dem Zwischenfokus. Für das
Kollektorsegment 845 ist dies der Zwischenfokus 851 und für das Kollektorsegment 847 der Zwischenfokus 853. Das Kollektorsegment 845 erzeugt einen der Ausleuchtungsbereiche 855 auf dem ersten facettierten optischen Element 857. Genauso erzeugt das Kollektorsegment 847 einen anderen der Ausleuchtungsbereich 855 auf dem ersten facettierten optischen Element, Diese Ausleuchtungsbereiche sind nicht zusammenhängend. Im Zwischenbereich 859 fällt die Strahlungsintensität
Figure imgf000018_0001
vorliegenden Beispiel bis auf Null ah. Dies liegt daran, dass die beiden räumlich benachbarten Lichtstrahlen 839 und 841 unter deutlich unterschiedlichen Winkeln auf die Oberfläche der jeweiligen Kollεktorsεgmente 845 bzw. 847 treffen. Nach dem Kollektor nehmen diese Strahlen einen deutlich anderen Lichtweg. Daher sind die Ausleuchtursgsbereiche 855 und 859 nicht zusammenhängend. Auch die Kollektorsegmente 845 und 847 sind nicht zusammenhängend, da es nicht möglich ist, einen Punkt auf der optischen Oberfläche von Segment 845 mit einem Punkt auf der Oberfläche von Segment 847 mit Hilfe einer Linie zu verbinden, so dass alle Punkte auf der Linie auf einem der beiden Kollektorsegmεnte liegen.
Fig.9 a,b,c zeigt eine Darstellung von drei verschiedenen Kollektoren. Der Kollektor 963 in Fig. 9a entspricht dem Kollektor aus Fig.8. Die den Elementen von Fig.8 entsprechenden Elemente in Fig.9 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.8 vermehrt um die Zahl 100. Für eine Beschreibung dieser Elemente wird auf die
Beschreibung zu Fig. 8 verwiesen, Die Kollektorsegmente 945, 947, 949 sind in dieser
Variante nicht zusammenhängend. Deutlich sind die entsprechenden Stellen 969 zu sehen.
Dagegen hat der Kollektor 965 in Fig. 9b eine zusammenhängende und stetig differenzierbare Oberfläche. Dies gilt insbesondere für die Übergänge 971 zwischen den Segmenten 975, 977, 979. Ein solcher Kollektor erzeugt typischerweise nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche auf dem ersten facettierten optischen Element, wobei die Intensität im Zwischenraum zwischen den Bereichen nicht bis auf Null absinkt. Dies liegt daran, dass aufgrund der stetig differenziεrbaren Kollektoroberfläche in der Intensitätsverteilung auf dem ersten facettierten optischen Element keine tlnsteügkεiten auftreten können, sofern die Winkelverteilung der Strahlung durch die Lichtquelle auch keine Ursstetigkeitεn besitzt. Ein Beispiel für eine solche Intensitätsverteilung ist in Fig.4 dargestellt. Eine Möglichkeit zur Erzeugung von nicht zusammenhängenden Ausiεuchtungsbereichen auf dem ersten facettierten optischen Element ist es, den Kollektor 967 ans Fig. 9c zu verwenden Dieser Kollektor besitzt nicht stetig differenzierbare Stellen 973. An diesen Stellen werden die einfallenden Strahlen in stark unterschiedliche Richtungen reflektiert je nachdem, welches der Kollektorsegmeπt 981, 983, 985 sie treffen. Der Kollektor 967 umfasst also Segmente, die zusammenhängend sind und einen Knick aufweisen.
Fig. 10 zeigt einen Meridionalschnitt durch ein Beleuchtungssystem in einer reflektiven Ausgestaltung. Die den Elementen von Fig.8 entsprechenden Elemente in Fig.10 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.8 vermehrt um die Zahl 200. Für eine Beschreibung dieser Elemente wird auf die Besehreibung zu Fig. 8 verwiesen. Mit Hilfe des Kollektors 1063 wird die Strahlung der Lichtquelle 1035 auf ein erstes facettiertes optisches Element 1057 geleitet. Es entstehen nicht zusammenhängende Ausleuchtungsbereiche 1055 auf dem ersten facettierten optischen Element Innerhalb dieser Ausleuchtungsbereiche sind Facettεnelemente 1003 angeordnet. Die von den Facetlenelementεn des ersten facettierten optischen Elements reflektierte Strahlung fällt auf ein zweites facettiertes optisches Element 1087, das eine Mehrzahl von Facettenelementen Ϊ089 umfasst. Zur besseren Lesbarkeit wurde darauf verzichtet nach dem ersten facettierten optischen Element den vollständigen Strahlengang darzustellen. Nach Reflektion an den Facettenelementen des zweiten facettierten optischen Elements fällt die Strahlung auf eine nachfolgende Optik 1091, die in diesem Fall ausschließlich aus einem abbildenden Spiegel besteht, der das Licht auf die Objektebene 1093 weiterleitet.
Die Facettenεlemente des ersten facettierten optischen Elements erzeugen senkundäre Lichtquellen 1099, was mit Hilfe des gestrichelten Strahlengangs 1095 angedeutet ist. Diese sekundären Lichtquellen liegen am Ort der FaeetteneJemεnte 1089 des zweiten facettierter! optischen Elements 1087. Durch Verkippen der Facettenelemente des ersten facettierten optischen Elements kann die Lage der sekundären Lichtquellen zum Beispiel so variieren, dass sie in einer ersten Stellung mit den Orten eines ersten Satzes von Facettenelementen des zweiten optischen Elements zusammenfallen und in einer zweiten Stellung mit einem zweiten Satz. Dies ist Insbesondere dann sinnvoll, wenn der erste Satz zumindest teilweise andere Facεttenelemente enthält als der zweite Satz. Diese Änderung der Lage der sekundären Lichtquellen führt zu einer Änderung der Ausleuchtung des zweiten facettierten optischen Elements und damit auch zu einer Änderung der Winkel Verteilung der Bεleuchtungsstrahlung in der Objektebene. Somit kann durch Verkippung von Facεttenelementen des ersten facettierten optischen Elements gezielt die Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der Objektebene beeinflusst werden. Die Facettenelemente des ersten facettierten optischer! Elements werden mit Hilfe der Facetten des zweiten facettierten optischen Elements und der nachfolgenden Optik in die Objektebenε 1093 abgebildet, was mit Hilfe des durchgezogenen Strahlenganges 1097 dargestellt ist. Dies hat den Vorteil, dass über die Form der Facettenεlementε des ersten facettierten optischen Elements auch die Form des Ausleuchtungsgebietes in der Objektebers e definiert werden kann.
In Figur 11 ist eine vereinfachte Darstellung einer Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffεr 11101 versehen ist. Die den Elementen von Fig.10 entsprechenden Elemente in Fig.l 1 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig,10 vermehrt um die Zahl 10000. Das Beleuchtungssystem 11103 beleuchtet dabei die strukturtragende Maske 11105, die in der öbjektεbene 11093 angeordnet ist. Die srrukturtragendε Maske kann dabei in Scanrichtung 11109 bewegt werden. Nachgeschaltet ist die Projektionsoptik (11111)5 die die Maske in die Bildebene 1 1 1 13 abbildet. In der Bildebene befindet sich ein Substrat 11115, das eine photosensitive Schicht 11117 enthält. Dieses Substrat kann ebenfalls entlang der Scanrichtung 1 1 109 bewegt werden. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten von Maske und Substrat entspricht der Vergrößerung der Projektionsoptik, die üblicherweise kleiner 1 ist, zum Beispiel 1 :4.

Claims

Patentansprüche:
1. Beleuchtungssystem { 1 1103) fiir eine Mikrolithographie- Projεktioπsbelichtunganlage (11101) zur Ausleuchtung einer Objektebene
(1093, 11093), umfassend ein erstes optischen Element (857, 1057) mit einer Mehrzahl von Facettenelementen (3, 203, 303, 503, 603, 703, 1003), die in die Objektebene (1093, 11093) abgebildet werden und je weil s mindestens eine Seitenfläche (9S 11, 609, 611) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Facettenelement (3, 203, 303, 503, 603, 703, 1003) ein Anteil der Seitenflächen (9, H5 609, 61 1) des Facettenelements von den Seitenflächen aller anderen Facettenelemente einen Abstand aufweist, der größer als lOOμm ist, und der Anteil größer als 20% ist.
2. Belεuchtungssystem ( 11103) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand kleiner als 10mm ist.
3. Beleuchtungssystem (1 1 103) nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (857, 1057) eine Ausleuchtung aufweist und die Ausleuchtung aus einer Mehrzahl von nicht zusammenhängenden Bereichen (855, 1055) besteht.
4. Beleuchtungssystem (11103) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Facettenelement (1003) genau ein Bereich (1055) zugeordnet ist.
5. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 3-4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Facettenelement (303, 1003) vollständig ausgeleuchtet ist.
6. Bεlεuchtungssystem (11103) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem eine Mehrzahl von Lichtquellen
7. Bεlεuchtungssystem (11103) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem einen Kollektor (844; 965; 967; 963, 1063) zur Ausbuchtung des ersten optischen Elements (8575 1057) umfasst.
8. Beleuchtungssystem (11103) für eine Mikrolithographie- Projektionsbeliclitunganlage (11101) zur Ausleuchtung einer Objektebene (1093, 11093), mit einen Kollektor (844; 965; 967; 963, 1063), der eine
Mehrzahl von Segmenten (945, 947, 949; 975, 977, 979; 981, 983, 985) umfasst, und einem ersten optischen Element (857, 1057) mit einer Mehrzahl von Facettenelementen (3, 203, 303, 503, 603, 703, 1003), wobei jedem Segment (945, 947, 949; 975, 977, 979; 981, 983, 985) genau ein Facetteneiement (3, 203, 3035 503, 603, 703, 1003) zugeordnet ist und die
Facettenelementen (3, 203, 303, 503, 603, 703, 1003) in die Objektebene (1093, 11093) abgebildet werden.
9. Beleuchtungssystem nach einem der Anspräche 7-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (844; 963, 1063) eine Mehrzahl von nicht zusammenhängenden Segmenten (945S 947, 949) umfasst.
10. Bεlεuchtungssystem (11103) nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (967) eine Mehrzahl von Segmenten (981, 983, 985) umfasst, wobei die optische Oberfläche des Kollektors an mindestens einer Übergangsstelle (973) zwischen zwei Segmenten nicht stetig differenzierbar ist.
11. Beleuchtungssystem (1 1 103) nach Anspruch 7-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleuehtung des ersten optischen Elements aus einer Mehrzahl von nicht zusammenhängenden Bereichen (1055) besteht, und dass jedes Segment des Kollektors (1063) genau einen Bereich beleuchtet.
12, Beleuchtungssystem (1 i 103) nach Ansprach 7-11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Faeettenelement (3Ö33 1003) vollständig ausgeleuchtet ist.
13. Beleuchtungssystem (11103) nach einem der Ansprüche 7-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (844; 965; 967; 963, 1063) eine reflektive
Oberfläche besitzt und derart ausgestaltet ist, dass Strahlen, die von der Strahlungsquelle ausgehend den Kollektor erreichen, unter einem Einfallswinkel kleiner als 45° auf die reflektive Oberfläche des Kollektors (844; 965; 967; 963,
14. Beleuchtungssystem (11103) nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei benachbarten Facetienelementen (203, 303, 503) eine mechanische Komponente (215, 317,
533) angeordnet ist.
15. Beleuchtungssysfem (1 1 103) nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (857, 1057) eine Ausleuchtung aufweist und die Facεttenelementε (1003) mehr als 80% der Ausleuchtung des ersten facettierten optischen Elements bedecken.
16. Beleuchtungssystem (11103) nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Facettεnεlemente (1003) reflektiv ausgestaltet sind.
17. Beleuehtungssyslem (1 1 103) nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Facεttenelemente (3, 203, 303, 503, 1003) rechteckig sind.
18. Beleuchtungssystem (11103) nach einem der Anspräche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Facettenelemente (603, 703) bogenförmig sind.
19. Beleuehtungssystem (1 1 103) nach einem der Ansprüche 17-18, dadurch gekennzeichnet, dass die Facettenelemente (3, 203, 303, 503, 603, 703, 1003) ein Aspektverhältnis aufweisen, und dass das Aspektverhältπis zwischen 1 :5 und
1 :30 liegt.
20. Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (11101) umfassend ein Beleuchtungssystem (11103) nach einem der Ansprüche 1-19.
21. Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Bauelements mit Hilfe einer Mikrolilhographie-Projektionsbelichtungsanlage (11101) nach Anspruch
20.
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