DE3447489A1 - Projektionsbelichtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münchei 27. Dezember 1984 DE 4516

Projektionsbelichtungsvorrichtung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsbelichtungsvorrichtung, die bei der Herstellung von HalbleiterSchaltvorrichtungen Verwendung findet, genauer gesagt auf eine Projektionsbelichtungsvorrichtung, bei der ein Excimer-Laser als Lichtquelle zur Herstellung von HalbleiterSchaltvorrichtungen Verwendung findet.

Bei Projektionsbelichtungsvorrichtungen für die Herstellung von integrierten Halbleiterschaltvorrichtungen, beispielsweise ICs, LSIs etc., muß ein Projektionssystem, beispielsweise eine Linse, zur Belichtung eines Siliciumplättchens mit einem für die Herstellung der integrierten Schaltung geeigneten Muster ein sehr hohes Auflösungsvermögen besitzen.

Es ist bekannt, daß die Auflösung der Bildprojektion durch die Projektionslinse durch den Einsatz von kürzeren Wellenlängen generell verbessert werden kann. Aus diesem Grunde werden normalerweise Lichtquellen eingesetzt, die kurze Wellenlängen emittieren. Beispielsweise findet gegenwärtig in den meisten Projektionsbelichtungsvorrichtungen eine Wellenlänge von 4 36 ran oder 365 nm, die von einer Hg-Lampe

25 emittiert wird, Verwendung.

Excimer-Laser (Excited Dimer Laser), die kurze Wellenlängen zur Verfügung stellen, sind bekannt. Diese Excimer-Laser verwenden als ihr Lasermedium Gase, wie beispielsweise ArF, KrCl, KrP, XeBr, XeCl, XeF etc. Gemäß dem verwendeten Lasermedium erzeugt der Excimer-Laser Licht einer einzigen Wellenlänge oder eines sehr engen Wellenlängenbereiches innerhalb von 159 nm - 400 nm, das mit einer Frequenz von 200 300 Hz pulsiert.

Der Einsatz eines Excimer-Laser auf dem Sektor der Photolithographie ist beschrieben in "Study on Laser", Vol. 8, Nr. 6, November 1980, Seiten 69 - 71 ("Photo-Etching of PMMA by Excimer Laser"), das von der Japanese Laser Society veröffentlicht wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsbelichtungsvorrichtung zu schaffen, die einen Excimer-Laser als Lichtquelle für die Belichtung aufweist.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer Projektionsbelichtungsvorrichtung mit einem optischen Projektionssystem, das geeignete Eigenschaften für den Einsatz eines Excimer-Lasers aufweist.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Projektionsbelichtungsvorrichtung gelöst, die eine Lichtquelle zur Verfügungstellung eines Excimer-Laser-Strahles und ein Abbildungssystem aufweist, das eine Vielzahl von Linsenelementen besitzt,

die jeweils aus Glas bestehen, beispielsweise SiO_, Calciumfluorid etc., die gegenüber dem Excimer-Laser-Strahl durchlässig sind und ein Brechungsvermögen in bezug auf den Excimer-Laser-Strahl besitzen. 5

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schernatische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Projektionsbelichtungsvorrichtung;

Figur 2 einen Schnitt durch das optische Abbildungssystem der Vorrichtung der Figur 1;

die Figuren 3-7

Figur 8

Diagramme, die Aberrationen der Beispiele 1 bis 5 gemäß der Ausführungs-* form der Figur 2 zeigen;

einen Schnitt durch ein optisches Abbildungssystem einer Projektionsbelichtungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

die Figuren 9-13

Diagrarane, die Aberrationen der Beispiele 6-10 gemäß der Ausführungsform der Fi-

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gur 8 zeigen.

Figur 1 zeigt eine Projektionsbelichtungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Projektionsbelichtungsvorrichtung umfaßt einen Excimer-Laser 1 als Lichtquelle. Ein vom Excimer-Laser 1 abgegebener Laserstrahl wird auf ein Beleuchtungssystem 2 gerichtet, um ein Original M gleichmäßig zu beleuchten. Das optische Beleuchtungssystem 2 umfaßt mindestens ein Linsenelement aus Glas, das gegenüber dem Excimer-Laser-Strahl durchlässig ist und relativ zu diesem ein Brechungsvermögen besitzt. Bei dem Original M handelt es sich um eine Maske oder eine Strichplatte, die eine plarallele ebene Glasplatte aus Quarzglas o.a. umfaßt, welche gegenüber dem Excimer-Laser-Strahl durchlässig ist. Unter Verwendung eines nicht-transparenten metallischen Materiales, beispielsweise von Chrom, wird ein Schaltungsmuster auf dem Original M erzeugt. Ein verkleinerndes Abbildungssystem 3 dient dazu, das auf dem Original M erzeugte Schaltungsmuster auf ein Plättchen W zu projizieren. Dieses Abbildungssystem 3 umfaßt eine Vielzahl von Linsenelementen, die jeweils aus Glas" bestehen, beispielsweise aus Quarzglas oder Calciumfluorid, das gegenüber dem Excimer-Laser-Strahl durchlässig ist. Um eine Vielzahl von Schaltungsmuster-Belichtungsvorgängen bei der Herstellung einer integrierten Schaltung durchzuführen, ist unter den verschiedenartigen optischen Aberrationen die Verzeichnung (Anorthoskopie) des Abbildungssystems 3 im wesentlichen perfekt korrigiert worden.

Da jedoch ein Excimer-Laser mit einer einzigen Wellenlänge oder einem sehr engen Wellenlängenbereich als Lichtquelle zur Belichtung eingesetzt wird, umfafit das Abbildungssystem 3 keine Linsen, die zusammengeklebt worden sind und unterschiedliche Brechungsindices oder Dispersionseigenschaften zur Korrektur von chromatischen Aberrationen aufweisen. Das Original M wird von einem Halter 4 gelagert, während das Plättchen W durch eine Plättcheneinspannung 5 gelagert wird. Die Plättcheneinspannung 5 kann über einen X-Y-Schritt-Tisch 6 schrittweise bewegt werden.

Das vom Excimer-Laser 1 abgegebene Licht beleuchtet das Original M durch das Beleuchtungssystem 2, so daß das auf dem Original M befindliche Muster in verkleinerter Weise durch das Abbildungssystem 3 auf einen Abschnitt der Oberfläche des Plättchens W projiziert wird. Nach der Beendigung des Belichtungsvorganges wird das Plättchen W mit Hilfe des Tisches 6 um einen Schritt weiterbewegt, so daß ein anderer Abschnitt der Oberfläche des Plättchens zum Abbildungssystem 3 ausgerichtet wird. Dieser Abschnitt der Plättchenoberfläche wird daraufhin mit dem Muster des Originales M belichtet. Auf diese Weise werden Bereiche auf der Plättchenoberfläche nacheinander belichtet, bis der Belichtungsvorgang der gesamten Oberfläche des Plättchens beendet ist.

Es werden nunmehr Ausführungsformen des optischen Abbildungssystems 3 beschrieben. Jede dieser Ausführungsformen des optischen Abbildungssystems 3

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ist so ausgebildet, daß sie zusammen mit einem Excimer-Laser verwendet werden kann, der ein Hauptemmissions-Spektrum einer Wellenlänge von 248,5 nm aufweist und injection-locked ist, so daß er einen Laserstrahl mit einem sehr engen Wellenlängenbereich von etwa 248.5 nm zur Verfügung stellt.

Figur 2 zeigt eine erste Ausfuhrungsform eines derartigen Abbildungssystems 3. Diese Ausführungsform umfaßt die folgenden Bestandteile von der Objektseite zur Bildebenen-Seite hin: Eine erste Linsengruppe I mit positivem Brechungsvermögen , eine zweite Linsengruppe II mit negativem Brechungsvermögen und eine dritte Linsengruppe III mit positivem Brechungsvermögen.

Die erste Linsengruppe I umfaßt eine erste Linsenuntergruppe I, mit negativem Brechungsvermögen und eine zweite Linsenuntergruppe I₂ mit positivem Brechungsvermögen. Die erste Linsenuntergruppe I. besitzt eine Linse L₁,, mit negativem Brechungsvermögen und eine Meniskuslinse L,.₂ mit negativem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite hin gerichtete konvexe Oberfläche aufweist. Die zweite Linsenuntergruppe I₂ umfaßt ein Linsenelement L₁₂I ^ei^nes biconvexen Typs und mindestens eine Meniskus-Linse L,, ^mit einer zur Objektseite hin gerichteten konvexen Oberfläche. Die zweite Linsengruppe II besitzt eine Meniskus-Linse L„. mit negativem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite hin gerichtete konvexe Oberfläche aufweist, eine Linse L₃₃ mit negativem Brechungsvermögen und eine Meniskus-Linse L₃₃ mit negativem Brechungsvermögen, die eine zur Bildebene hin gerichtete konvexe Oberfläche aufweist. Die dritte Linsengruppe III umfaßt eine Meniskus-Linse L-.. mit positivem

Brechungsvermögen, die eine zur Bildebene hinweisende konvexe Oberfläche besitzt, eine bikonvexe Linse L_₂r eine Linse L₃₃ mit positivem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite hinweisende konvexe Oberfläche aufweist, und eine Meniskus-Linse L₃₄ mit positivem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite hinweisende konvexe Oberfläche besitzt. Die Linse L₃₀ erfüllt die folgende Bedingung:

|R_2Fr < |r_2r| (1)

wobei R„_, R_o_ die Krümmungsradien der Oberflächen der Linse L₂₂* die zur Objektseite und zur Seite der Bildebene weisen, darstellen.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung sind die Aberrationen in zufriedenstellender Weise korrigiert. Insbesondere mit einem Projektionsverhältnis von 1 : 5 und einem Sichtwinkel, der nicht größer ist als 14x14 mm, wird eine gute Abbildung erreicht.

Jede Komponente dieses Abbildungssystems wird nunmehr im einzelnen beschrieben.

Die erste Linsenuntergruppe I, setzt sich aus der Negativlinse L,,, und der als Meniskus-Linse ausgebildeten Negativlinse L.,₂, die eine zur Obj ektseite hinweisende konvexe Oberfläche aufweist, zusammen. Dadurch kann die Verzeichnung in zufriedenstellender Weise über die gesamte Bildebene korrigiert werden, so daß das Muster der Maske ohne Verzeichnung auf dem Plättchen geschrieben werden kann.

Darüberhinaus teilen diese beiden Linsen L und L-.₂ das negative Brechungsvermögen der ersten Linsenuntergruppe I, in geeigneter Weise unter sich auf. Dadurch kann ein breiterer Sichtwinkel und somit eine Vergrößerung des Belichtungsbereiches erreicht werden, wodurch sich der Durchsatz verbessern läßt.

Bei der Linse L.,, kann es sich um eine Meniskus-Linse mit einer zur Objektseite hinweisenden konvexen Oberfläche, wie die Linse L₁₁₂, oder um eine Linse vom bikonkaven Typ handeln. In jedem Fall können die Aberrationen in zufriedenstellender Weise korrigiert werden.

Die zweite Linsenuntergruppe I- wird durch die bikonvexe Linse L₁₂T und die als Meniskus-Linse ausgebildete positive Linse L₁₂₂ gebildet, die mindestens eine Komponente umfaßt und eine zur Objektseite hinweisende konvexe Oberfläche aufweist. Mit dieser Anordnung werden die von der ersten Linsenuntergruppe I, erzeugten einwärts orientierten Koma- und HaIo-Erscheinungen korrigiert, so daß ein höheres Auflösungsvermögen sichergestellt wird.

Die Linse L₁₂₂ kann durch eine einzige Komponente oder zwei oder mehr Komponenten gebildet werden. Wenn zwei oder mehrere Linsenkomponenten verwendet werden, können die Koma- und Halo-Erscheinungen in zufriedenstellender Weise korrigiert werden.

Die zweite Linsengruppe II wird durch die als Meniskus-Linse ausgebildete Negativlinse L₃₁, die eine

^{: :} 3U7489

zur Objektseite hinweisende konvexe Oberfläche aufweist, die Negativlinse L₃₃ und die als Meniskus-Linse ausgebildete tlegativlinse L₃₃, die eine zur Seite der Bildebene weisende konvexe Oberfläche aufweist, gebildet. Mit dieser Anordnung werden negative sphärische Aberrationen und sagittale Lichtstreuungen in der Zone von einem mittleren Bereich zu einem Grenzbereich der Bildebene, die durch die zweite Linsenuntergruppe I~ verursacht werden, zufriedenstellend korrigiert. Genauer gesagt, die negativen sphärischen Aberrationen und HaIo-Erscheinungen, die von der zweiten Linsenuntergruppe I₂ verursacht werden, werden durch die Linse L₃₂ korrigiert, während die sagittale Lichtstreuung im Grenzbereich der BiIdebene durch die Linsen L₃, und L₃₃ korrigiert werden.

Die vorstehend beschriebene Anordnung der zweiten Linsengruppe II führt zu einer übermäßigen Korrektur relativ zu einem Teil der außerhalb der Achse befindliehen Strahlen, die über dem Hauptstrahl liegen. Dies kann zu einer auswärtsorientierten Koma-Erscheinung führen. Angesichts dieser Tatsache wird die dritte Linsengruppe III aus der als Meniskus-Linse ausgebildeten Positivlinse L_., die eine zur Seite der Bildebene weisende konvexe Oberfläche aufweist, der bikonvexen Linse L₃₂ und den beiden Meniskus-Linsen L₃₃ und L_₄ mit positivem Brechungsvermögen gebildet. Dadurch wird eine ausgeglichene Korrektur der auswärtsorientierten Koma-Erscheinungen, der Verzeichnung und der Feldkrümmung, die in einer Zone vom mittleren Bereich zum Grenzbereich der Bildebene auftritt, welche durch die zweite Linsengruppe

-■13'- :..:. -3V47489

verursacht werden, sichergestellt.

Die vorstehend erwähnte Gleichung (1) stellt eine Bedingung zur Erhöhung des Brechungsvermögens der zur 5 Objektseite weisenden Oberfläche der Linse L₃₃ im Vergleich zu der zur Seite der Bildebene v/eisenden Oberfläche der Linse dar. Hierdurch werden die sagittale Lichtstreuung im Grenzbereich der Bildebene und die sphärische Aberration um eine numerische Öffnung 0,3 in zufriedenstellender Weise korrigiert. Wenn die Bedingung (1) nicht erfüllt ist, ist eine ausreichende Korrektur der sphärischen Aberration und der sagittale Lichtstreuung nur schwierig zu erreichen.

Bei der Linse L₃₃ kann es sich um eine bikonkave Linse oder um eine Meniskus-Linse mit einer zur Seite der Bildebene weisenden konvexen Oberfläche handeln, solange wie die vorstehend erwähnte Bedingung (1) erfüllt wird.

Wenn es sich bei der Linse L₃₁- der ersten Linsenuntergruppe I, um eine bikonkave Linse handelt, wird es in bezug auf die Korrektur von Aberrationen bevorzugt, als Linse L₃₃ eine Meniskus-Linse mit einer zur Seite der Bildebene weisenden konvexen Oberfläche einzusetzen.

Obwohl das Abbildungssystem ein zufriedenstellenes Betriebsverhalten aufweist, wenn die vorstehend erwähnten Bedingungen erfüllt sind, können bei Erfüllen der nachfolgend aufgeführten Bedingungen noch

bessere Lrgebnisse erreicht werden:

0,85 <L If₁Zf₀I ** 2.2 (2)

0,75 <■ I f₃/f₂l < 1.4 (3)

1.4 < If_nZf₁₂* < ²·⁵ <⁴>

1.2 < If₁₁₁Zf₁₁I < 2.1 (5)

wobei f, , £~ und f ^ die Brennv/eiten der ersten, zweiten χ λ J

und dritten Linsengruppe I, II und III, f,, und f.-die Brennweiten der ersten und zweiten Linsenuntergruppe I, und I_n, f-jii die Brennweite der Linse

^Llll ^unt^ ^R1F ^un(^ ^R1R ¹^"*"^{0 Kruirunun}g^sra(^i^en ^^ε^ ^zur Objektseite und zur Seite der Bildebene weisenden Ober-1C

flächen der Linse L-., darstellen.

Die Ungleichungen (2) und (3) stellen Dedingungen für das geeignete Einstellen des jeweiligen Brechungsvermögens der Linsengruppen als Basislinsenfunktion dar,

um auf diese Weise eine zufriedenstellende Korrektur der Feldkrünunung über die gesamte Bildebene zu erreichen. Wenn der untere Grenzwert überschritten ist, steigt die Petzval-Summe an, so daß die Korrektur der Feldkrünunung unzureichend wird. Wenn andererseits

der obere Grenzwert überschritten wird, findet eine übermäßige Korrektur der Feldkrümmung statt. In diesen Fällen ist daher eine zufriedenstellende Korrektur der Aberrationen über die gesamte Bildebene schwierig.

Die Ungleichung (4) stellt eine Bedingung dar, um bei dem entsprechenden Brechungsvermögen nach den Bedingen (2) und (3) eine Korrektur der durch die erste

Linsenuntergruppe I. erzeugten Verzeichnung, eine Korrektur der von der zweiten Linsenuntergruppe I₂ verursachten einwärtsorientierten Koma- und HaIo-Erscheinungen und eine Unterdrückung der Peldkrümmung über die gesamte Bildebene zu erreichen und dadurch das Auflösungsvermögen zu verbessern. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung (4) überschritten wird, wird die Korrektur der Feldkrümmung unzureichend. Wenn andererseits der obere Grenzwert überschritten wird, findet eine übermäßige Korrektur der Feldkrümmung statt.

Die Ungleichung (5) stellt eine Bedingung zur geeigneten Einstellung der Aufteilung des negativen Brechungsvermögens auf die Linse L..... relativ zu der ersten Linsenuntergruppe I. dar, um die Verzeichnung zufriedenstellend zu korrigieren. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung (5) überschritten wird, wird die Korrektur der Verzeichnung unzureichend, während eine übermäßige Korrektur der Verzeichnung stattfindet, wenn der obere Grenzwert überschritten wird.

Die Ungleichung (6) stellt eine Bedingung zur Reduzierung des Brechungsvermögens der Oberfläche der Linse L,,,, die zur Objektseite hinweist, im Vergleich zu der Oberfläche dieser Linse, die zur Seite der Bildebene hinweist, dar, um auf diese Weise die Verzeichnung über die gesamte Bildebene noch besser korrigieren zu können. Wenn die Bedingung (6) nicht erfüllt ist, wird die Korrektur der Verzeichnung unzureichend.

-IfT-

Wenn jede Linse L-., und L_. der dritten Linsengruppe III oder eine dieser Linsen durch zwei oder mehr Linsenkomponenten gebildet wird, um den Anteil des Brechungsvermögens eines jeden Linsenelementes zu unterdrücken, können die Feldkrümmung und Koma-Erscheinungen in zufriedenstellenderer Weise über die gesamte Bildebene korrigiert werden, so daß daher ein höheres Auflösungsvermögen erreicht wird.

Wie vorstehend erläutert, wird durch das Abbildungssystem gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ein optisches Projektionssystem zum Einsatz in einer Projektionsbelichtungsvorrichtung verwirklicht, das ein hohes Auflösungsvermögen und ein besonders gutes Betriebsverhalten besitzt.

Numerische Beispiele dieses Abbildungssystems werden im nachfolgenden Teil dieser Beschreibung erläutert. Bei den folgenden numerischen Beispielen stellen Ri den Krümmungsradius der "i-ten" Linsenoberfläche in der Reihenfolge von der Objektseite her, Di die Linsendicke oder den Luftspalt des "i~ten" Elementes in der Reihenfolge von der Objektseite und Ni den Brechungsindex des Glasmateriales der "i-ten" Linse in der Reihenfolge von der Objektseite her dar.

Als Glasmaterial wurde Quarzglas (SiO^) eingesetzt, das bei einer Wellenlänge von 243,5 nm einen Brechungsindex von 1,521130 besaß.
30

Die folgenden nuiaerischen Beispiele wurden mit einem Projektionsverhältnis von 1:5, einer numerischen Öffnungsgröße NA = 0,3 und einem Bildebenen-Bereich von 14x14 durchgeführt.

- 17 - " 3A47A89

Zahlenbeispiel 1 R	2000.527
1	215.968
2	211.060
3	128.641
4	195.942
5	-218.473
6	99.751
7	388.304
8	76.621
9	50.484
10	-67.422
11	292.877
12	-48.915
13	-67.129
14	-387.231
15	-117.983
16	307.379
17	-238.794
18	139.999
19	1444.435
20	86.822
21	102.183
22

D	00	GLAS
8.	85	SiO2
6.	00
8.	00	SiO2
60.	00
24.	00	SiO2
1.	00
20.	00	SiO2
30.	00
20.	00	SiO2
40.	00
12.	00	SiO2
60.	00
20.	00	SiO2
1.	00
18.	00	SiO2
1.	50
16.	00	SiO2
1.	50
18.	00	SiO2
1.	00
20.	SiO2

Zahlenbeispiel 2	R	D	GLAS
	-856.710	8.00	SiO2
1	195.588	6.82
2	256.890	8.00	SiO2
3	100.855	75.50
4	229.819	24.00	SiO2
5	-156.275	1.00
6	111.478	15.00	SiO2
7	300.960	2.75
8	195.798	17.00	SiO2
9	451.070	3.35
10	96.357	42.00	SiO2
11	45.106	15.00
12	-117.115	12.00	SiO2
13	-168.640	22.00
14	-43.270	40.00	SiO2
15	-79.931	4.00
16	-9783.000	18.00	SiO2
17	-117.930	1.95
18	423.480	16.50	SiO2
19	-270.027	2.00
20	170.348	18.50	SiO2
21	329.598	25.00
22	81.424	20.00	SiO2
23	107.270
24

Zahlenbeispiel 3

	R	D
1	4168.419	8.00
2	200.360	6.85
3	227.621	8.00
4	129.791	55.00
5	202.930	24.00
6	-203.575	1.00
7	97.004	20.00
8	376.946	25.00
9	73.952	20.00
10	49.693	45.00
11	-68.265	12.00
12	324.260	40.00
13	-45.280	20.00
14	-63.048	1.00
15	-382.898	18.00
16	-105.801	1.00
17	380.662	16.50
18	-227.226	1.00
19	145.429	18.50
20	1903.560	1.00
21	87.353	20.00
22	106.271

GLAS

SiO

SiO

SiO

SiO

SiO

SiO

SiO

SiO

SiO

SiO

SiO

	R	- 20 -	GLAS
	-856.710		SiO2
Zahlenbeispiel 4	195.588	D
	256.890	8.00	SiO2
1	100.855	6.82
2	229.819	8.00	SiO2
3	-156.275	75.50
4	111.478	24.00	SiO2
5	300.960	1.00
6	195.798	15.00	SiO2
7	451,070	2.75
8	95.355	17.00	SiO2
9	44.980	3.35
10	-118.441	42.00	SiO2
11	-173.706	15.00
12	-43.484	12.00	SiO2
13	-81.052	22.00
14	-9783.000	40.00	SiO2
15	-117.930	4.00
16	• 423.480	18,00	SiO2
17	-270.027	1.95
18	170.348	16.50	SiO2
19	329.598	2.00
20	81.424	18.50	SiO2
21	107.270	25.00
22	20.00
23
24

- 21 - ■ - -34Λ7489

Zahlenbeispiel 5	R	D	GLAS
	1682.184	8.00	SiO2
1	167.069	6.85
2	165.830	8.00	SiO2
3	127.666	60.00
4	195.942	24.00	SiO2
5	-218.473	1.00
6	99.751	20.00	SiO2
7	388.304	30.00
8	76.621	20.00	SiO2
9	50.484	40.00
10	-67.422	12.00	SiO2
11	292.877	60.00
12	-48.915	20.00	SiO2
13	-67.129	1.00
14	-387.231	18.00	SiO2
15	-117.983	1.00
16	307.379	16.50	SiO2
17	-238.794	1.00
18	139.999	18.50	SiO2
19	1444.435	1.00
20	84.453	20.00	SiO2
21	97.937
22

Die Aberrationen der vorstehenden Sahlenbeispiele 1-5 sind in den Diagrammen der Figuren 3-7 gezeigt. In diesen Diagrammen ist mit X die Bildhöhe, mit M die meridionale Bildfläche und mit S die sagitale Bildfläche bezeichnet.

Eine andere Ausführungsform des verkleinernden Abbildungssystems 3 wird nunmehr in Verbindung mit Figur 8 beschrieben.
10

Wie in Figur 8 gezeigt, umfaßt das Abbildungssystem in der Reihenfolge von der Objektseite zur Seite der Bildebene eine erste Linsengruppe A mit positivem Brechungsvermögen, eine zweite Linsengruppe B mit negativem Brechungsvermögen und eine dritte Linsengruppe C mit positivem Brechungsvermögen. Die erste Linsengruppe A umfaßt eine erste Linsenuntergruppe A₁ mit negativem Brechungsvermögen und eine zweite Linsenuntergruppe A₀ mit positivem Brechungsvermögen. Die erste Linsenuntergruppe A₁ umfaßt mindestens zwei Linsen L¹.,. und L' , ₂, die jeweils negatives Brechungsvermögen und eine zur Seite der Bildebene weisende konkave Oberfläche besitzen. Die zweite Linsenuntergruppe A₀ besitzt eine bikonvexe Linse L'i^i und eine Linse L',₂₂ mit positivem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite weisende konvexe Oberfläche aufweist. Die zweite Linsengruppe B umfaßt eine Meniskus-Linse L·'», mit negativem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite weisende konvexe Oberfläche aufweist, eine bikonkave L'iÄise L' und eine Meniskus-Linse L'₂3» die ein negatives

Brechungsvermögen besitzt und eine zur Seite der Bildebene weisende konvexe Oberfläche aufweist. Die dritte Linsengruppe C umfaßt eine Meniskus-Linse L¹O₁ mit positivem Brechungsvermögen und einer zur Seite der Bildebene weisenden konvexen Oberfläche, eine bikonvexe Linse L¹O₂* eine Linse L'-₃ mit positivem Brechungsvermögen und einer zur Objektseite weisenden konvexen Oberfläche und eine Meniskus-Linse LL. mit positivem Brechungsvermögen und einer zur Objektseite weisenden konvexen Oberfläche.

Mit dieser Anordnung läßt sich durch das Abbildungssystem dieser Ausführungsform eine Projektionsiinse verwirklichen, bei der Aberrationen in zufriedensteinender Weise korrigiert sind. Insbesondere mit einem Vergrößerungsverhältnis von 1 : 10 und einem Sichtwinkel, der nicht größer als 10x10 mm ist, läßt sich ein gutes Abbildungsverhalten erreichen.

Jede Komponente dieses Abbildungssystems wird nunmehr im einzelnen beschrieben.

Wie vorstehend erläutert, wird die erste Linsenuntergruppe A, durch mindestens zwei iJegativlinsen gebildet, die jeweils eine zur Seite der Bildebene weisende konkave Fläche aufweisen, und vorzugsweise durch mindestens zwei als Meniskus-Linsen ausgebildete Negativlinsen, wie beispielsweise L¹I₁₁ und ^L'll2' ^⁰ J^eV7e^^^s eine zur Objektseite weisende konvexe Oberfläche aufweisen. Dadurch kann die Verzeichnung in zufriedenstellender Weise über die ge-

samte Bildebene korrigiert werden. Somit kann das Maskenmuster ohne jegliche Verzeichnung geschrieben werden.

Darüberhinaus wird durch Aufteilen des negativen Brechungsvermögens der ersten Linsenuntergruppe A, zwischen diese beiden Linsen L'. und L¹..« ein breiterer Sichtwinkel erhalten. Somit wird der Belichtungsbereich vergrößert und dadurch .der Durchsatz verbessert.

Die zweite Linsenuntergruppe A₂ wird durch die bikonvexe Linse k'₁₂, und die Linse ^L'

i22 tivem Brechungsvermögen gebildet. Dadurch werden die in der ersten Linsenuntergruppe Λ, verursachten einwärtsorientierten Koma- und Halo-Erscheinungen korrigiert, wodurch ein höheres Auflösungsvermögen erreicht wird.

Die zweite Linsengruppe B wird durch die Meniskus-Linse L'_o, mit negativem Brechungsvermögen, die eine zur Objektscite weisende konvexe Oberfläche aufweist, die bikonkave Linse L'._n und die Meniskus-Linse L¹ 22 ^m^^t negativem Brechungsvermögen, die eine zur Seite der Bildebene weisende konvexe Oberfläche aufweist, gebildet. Mit dieser Anordnung können negative sphärische Aberrationen und sagittale Lichtstreuungen, die in einer Zone von einem mittleren Bereich bis zu einem Grenzbereich der Bildebene auftreten und durch die zweite Linsenuntergruppe A₂ verursacht werden, korrigiert werden. Insbesondere werden die negative sphärische Aberration und die

von der zweiten Linsenuntergruppe A₂ verursachten Halo-Erscheinungen durch die Linse L'₂ korrigiert, während die sagittale Lichtstreuung im Grenzbereich der Bildebene durch die Linsen L¹^. und L'₂» korrigiert wird.

Die vorstehend beschriebene Anordnung der zweiten-Linsengruppe B führt zu einer übermäßigen Korrektur in bezug auf einen Teil der außerhalb der Achse angeordneten Strahlen, die über dem Hauptstrahl liegen. Dadurch können auswärtsorientierte Koma-Erscheinungen verursacht werden. Angesichts dieser Tatsache wird die dritte Linsengruppe C durch die Meniskus-Linse L'₃₁ mit positivem Brechungsvermögen, die eine zur Seite der Bildebene weisende konvexe Oberfläche aufweist, die bikonvexe Linse L·¹,» und die beiden Meniskus-Linsen L'₃₃ und L¹34» die jeweils positives Brechungsvermögen besitzen, gebildet. Diese Anordnung stellt eine ausgeglichene Korrektur der auswärtsorientierten Koma-Erscheinungen, Verzeichnungen und Feldkrümmung, die in der Zone von einem mittleren Abschnitt bis zu einem Grenzabschnitt der Bildebene auftritt, welche durch die zweite Linsengruppe verursacht werden, sicher.

Obwohl das vorstehend beschriebene Abbildungssystem bei Einhaltung der vorstehend wiedergegebenen Bedingungen ein besonders gutes Betriebsverhalten aufweist, können noch bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn die nachfolgend aufgeführten Bedingungen eingehalten werden:

1.9< If₁Zf₂I < 3.7 (7)

0.8 < If₂Zf₃I < 1.2 (3)

f₁₂l < 2.3 (9)

f,, < 2.2 (10)

wobei f _Λ, f» und f -> die Brennweiten der ersten, zweiten und dritten Linsengruppe A, B und C, f.,, und f₁₂ die Brennweiten der ersten und zweiten Linsenuntergruppe A₁ und A„ und F,,, die Brennweite der Linse L₁₁₁ darstellen.

Die Ungleichungen (7) und (8) stellen Bedingungen zum geeigneten Einstellen des Brechungsvermögens der Linsengruppen als Basislinsenfunktion dar, um auf diese Weise die Feldkrümmung in zufriedenstellender Weise über die gesamte Bildebene zu korrigieren. Wenn der untere Grenzwert einer jeden Bedingung überschritten wird, steigt die Petzval-Summe an, so daß eine unzureichende Korrektur der Feldkrümmung erhalten wird. Wenn andererseits der obere Grenzwert überschritten. wird, findet eine übermäßige Korrektur der FeIdkrümmung statt. In diesen Fällen ist daher eine zufriedenstellende Korrektur der Aberrationen über die gesamte Bildebene nur schwierig zu erreichen.

Die Ungleichung (9) stellt unter Einstellung des Brechungsvermögens nach den Bedingungen (7) und (8) eine Bedingung zur Korrektur der durch die erste

Linsenuntergruppe A. verursachten Verzeichnung, für die Korrektur der durch die zweite Linsenuntergruppe A₂ verursachten einwärtsorientierten Koma- und HaIo-Erscheinungen und für die Unterdrückung der FeIdkrünunung über die gesamte Bildebene dar, um auf diese Weise das Auflösungsvermögen zu verbessern. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung (9) überschritten wird, wird eine unzureichende Korrektur der Feldkrümmung erhalten. Wenn andererseits der obere Grenzwert überschritten wird, findet eine übermäßige Korrektur der Feldkrümmung statt.

Die Ungleichung (10) stellt eine Bedingung zur geeigneten Einstellung des Anteils des negativen Brechungsvermögens der Linse L¹... relativ zur ersten Linsenuntergruppe A, dar, umdie Verzeichnung in zufriedenstellender Weise zu korrigieren. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung (10) überschritten wird, findet eine unzureichende Verzeichnungskorrektur statt. Wenn der obere Grenzwert überschritten wird, ist die Verzeichnungskorrektur zu stark.

Bei dem Abbildungssystem dieser Ausführungsform kann es sich bei der Linse L' ₂₂um eine bikonvexe Linse oder um eine Meniskus-Linse mit einer zur Objektseite weisenden konvexen Oberfläche handeln.

Wann die erste Linsenuntergruppe A. durch drei oder mehr Meniskus-Linsen gebildet wird, die

jeweils ein negatives Brechungsvermögen besitzen und eine zur Objektseite weisende konvexe Oberfläche aufweisen, wird der Anteil des Brechungsvermögens einer jeden Linse unterdrückt. Dies wird bevorzugt, da auf diese Weise das Auftreten von Koma-Erscheinungen minimal gehalten und die Auswirkungen der anderen Aberrationen verringert werden können.

Wenn jede Linse L* ₃ und L¹-. der dritten Linsengruppe C oder eine dieser Linsen durch zwei oder mehr Komponenten gebildet wird, um den Anteil des Brechungsvermogens zu unterdrücken, können Koma-Erscheinungen und Bildkrümmung besser über die gesamte Bildebene korrigiert werden. Auf diese Weise läßt sich ein höheres Auflösungsvermögen erzielen.

Wie vorstehend erläutert, läßt sich durch das Abbildungssystem gemäß dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung ein optisches Projektionssystem zur Verwendung in einer Projektionsbelichtungsvorrichtung verwirklichen, das ein hohes Auflösungsvermögen und ein besonders gutes Betriebsverhalten besitzt.

Zahlenbeispiele dieses Bildsystems werden im folgenden Teil der Beschreibung erläutert. Bei den folgenden Zahlenbeispielen stellen Ri den Krümmungsradius der "i-ten" Linsenfläche in der Reihenfolge von der Objektseite her, Di die Linsendicke oder den Luft-

spalt des "i-ten" Elementes in der Reihenfolge von der Objektseite her und Ni den Brechungsindex des Glasmateriales der "i-ten" Linse in dieser Reihenfolge von der Objektseite dar. 5

Als Glasmaterial wurde Quarzglas (SiO₂) eingesetzt, das bei einer Wellenlänge von 248,5 nm einen Brechungsindex von 1,521130 besaß.

Die folgenden Beispiele wurden bei einem Projektionsverhältnis von 1:10, einer numerischen Öffnungsgröße von NA = 0,35 und einem Bildebenen-Bereich von 10x10 durchgeführt.

Zahlenbeispiel 6 R	419.004	D	GLAS
1	121.565	8.00	SiO2
2	575.567	6.85
3	130.691	8.00	SiO2
4	243.521	60.00
5	-189.899	24.00	SiO2
6	178.626	1.00
7	-587.514	20.00	SiO2
8	70.167	30.00
9	49.060	20.00	SiO2
10	-80i629	55.00
11	162,193	12.00	SiO2
12	-38.345	30.00
13	-53.859	20.00	SiO2
14	-486.676	1.00
15	-88.984	18.00	SiO2
16	282.794	1.00
17	-231.051	16.50	SiO2
18	120.605	1.00
19	572.790	18.50	SiO2
20	68.110	1.00
21	103.072	20.00	SiO2
22

Zahlenbeispiel 7	R	D	GLAS
	444.871	8.00	SiO2
1	150.156	6.85
2	1659.570	8.00	SiO2
3	192.927	20.00
4	201.778	24.00	SiO2
5	-198.369	1.00
6	221.404	20.00	SiO2
7	14386.600	85.00
8	62.746	20.00	SiO2
9	43.854	55.00
10	-123.923	12.00	SiO2
11	90.040	30.00
12	-36.999	20.00	SiO2
13	-49.482	27.50
14	-519.716	18.00	SiO2
15	-110.028	1.00
16	311.390	16.50	SiO2
17	-265.186	1.00
18	121.675	18.50	SiO2
19	746.328	1.00
20	68.122	20.00	SiO2
21	122.588
22

Zahlenbeispiel 8	R	D	GLAS
	13560.936	8.00	SiO2
1	222.932	6.85
2	201,583	8.00	SiO2
5 3	127.682	60.00
4	213.442	24.00	SiO2
5	-197.092	1.00
$	109.312	20.00	SiO2
7	308.248	30.00
) 8	80.091	20.00	SiO2
9	49.108	40.00
10	-72.470	12.00	SiO2
11	270.667	55.00
12	-48.129	20.00	SiO2
13	-63.633	1.00
14	-416.538	18.00	SiO2
15	-108.697	1.00
16	350.352	16.50	SiO2
17	-246.480	1.00
18	135.104	18.50	SiO2
19	1379.830	1.00
20	79.637	20.00	SiO2
21	112.446
22

Zahlenbe	ispiel 9 R	D	.00	GLAS
1	13560.936	8	.85	SiO2
2	222.932	6	.00
3	201.583	8	.00	SiO2
4	127.682	60	.00
5	213.442	24.	,00	SiO2
6	-197.092	1.	00
7	109.312	20.	00	SiO2
8	308.248	30.	00
9	79.369	20.	00	SiO2
10	48.750	40.	00
11	-72.247	12.	00	SiO2
12	248.795	55.	00
13	-46.898	20.	00	SiO2
14	-61.747	1.	00
15	-416.538	18.	00	SiO2
16	-108.697	1.	50
17	350.352	16.	00	SiO2
18	-246.480	1.	50
19	135.104	18.	00	SiO2
20	1379.830	1.	00
21	79.637	20.		SiO2
22	112.446

Zahlenbeispiel 10

R D GLAS

1 422.756 8.00 SiO₂

2 150.109 6,85

3 1880.246 8.00 SiO₂

4 191.730 20.00

5 201,773 24.00 SiO₂

6 -198.369 1.00

7 221.404 20.00 SiO₂ 8 14386.600 85.00

9 62,746 20.00 SiO₂

10 43,854 55.00

11 -123.923 12.00 SiO₂

12 90.040 30.00

13 -36.999 20.00 SiO₂

14 -49.482 27.50

15 -519.716 13.00 SiO₂

16 -110.023 1.00

17 311.390 16.50 SiO₂ 18 -265.186 1.00

19 . 121.675 18.50 SiO₂

20 746.328 1.00

21 68.124 20.00 SiO₂

22 122.498
b

Die Aberrationen der vorstehend wiedergegebenen Zahlenbeispiele 6-10 sind in den Diagrammen der Figuren 9-13 dargestellt. In diesen Diagrammen ist mit Y die Bildhöhe, mit M die meridionale Bildfläche und mit S die sagittale Bildfläche bezeichnet.

Die Zahlenbeispiele 1-10 besitzen das gemeinsame Merkmal, daß irgendeine verbundene Linse zur Korrektur der chromatischen Aberration nicht vorhanden ist. Da die Excimer-Linse eine einzige Wellenlänge oder einen sehr engen Wellenlängenbereich zur Verfügung stellt, ist es zur Korrektur einer axialen chromatischen Aberration nicht erforderlich, irgendein Paar von miteinander verbundenen Linsen oder Paare dieser Linsen in der Nachbarschaft der Ebene einer Blende 50 (siehe die Figuren 2 und 8), in der der Hauptstrahl die optische Achse schneidet, in einer symmetrischen Anordnung relativ zur Ebene der Blende anzuordnen. Mit anderen Worten,bei jeder der Linsen L₂-, und L_₃, die in Figur 2 gezeigt sind, und der Linsen L¹^. und L¹-,, die in Figur 8 gezeigt sind, handelt es sich in der Tat um nicht-verbundene Linsen.

Natürlich muß es sich bei der in Figur 2 oder Figur 8 gezeigten Blende 50 nicht um ein echtes Blendenelement handeln.

Erfindungsgemäß wird somit eine Projektionsbelichtungs· Vorrichtung zur Verfügung gestellt, mit der über ein

optisches Brechungssystem ein auf ein era Original, beispielsweise einer Maske oder einer Strichplatte, ausgebildetes Muster auf ein Plättchen projiziert wird. Die r'rojaktionsbelichtungsvorrichtung umfaßt eine Lichtquelle, die einen Excimer-Laser-Strahl 2u;n Belichten des Originales zur Verfügung stellt. Das optische Brechungssyötem urafaßt eine Vielzahl von Linsen, von denen jede aus Quarzglas (SiO~) o.ler Calciuiiifluorid (CaF._?) besteht.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Projektionsbelichtungsvorrichtung, g e k e η η zeichn et durch:

10

20

Eine Lichtquelle (1) zur Verfügungstellung eines Excimer-Laser-Strahles;

Einrichtungen (4) zum Lagern eines Originales (M), so daß dieses durch den von der Lichtquelle (1) abgegebenen Excimer-Laser-Strahl belichtet wird, wobei das Original (M )ein Substrat aufweist, das gegenüber dem Excimer-Laser-Strahl durchlässig ist und auf seiner Oberfläche ein Schaltungsmuster besitzt, das aus einem Material besteht, das jegenüber dem Excimer-Laser-Strahl nicht * durchlässig ist?

ein optisches Abbildungssystem (3) zum Projizieren des Schaltungsmusters des Originales (M) auf ein Plättchen (W), das eine Vielzahl von Linsen aufweist, die jeweils aus einem Glasmaterial bestehen, das gegenüber dem Excimer-Laser-Strahl durchlässig ist; und

Einrichtungen (5) zum Lagern des Plättchens (W), auf das das Schaltungsmuster des Originales (M) projiziert werden soll.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Linsen des optischen Abbildungssystems (3) aus Quarzglas und/ oder Calciumfluorid besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Linsen des optischen Abbildungssystems (3) eine nichtverbundene Linse ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Abbildunssystem (3) ein Paar oder Paare von nichtverbundenen Linsen aufweist, die auf beiden Seiten der Ebene einer Blende (50) des optischen Abbildungssystems (3) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß das Paar oder die Paare der nicht-verbundenen Linsen relativ zur Ebene der Blende (50) symmetrisch angeordnet sind.

6. Projektionsbelichtungsvorrichtung, g e k en nzeichnetdurch:

Eine Lichtquelle (1) zum Zurverfügungstellen eines Exciraer-Laser-STrahles;

Einrichtungen (4) zum Lagern eines Originales (M), so daß dieses durch den von der Lichtquelle (1) abgegebenen Excimer-Laser-Strahl belichtet wird, wobei das Original (M) ein Substrat aufweist, das gegenüber dem Excimer-Laser-Strahl durchlässig ist und auf seiner Oberfläche ein Schaltungsmuster

besitzt, das aus einem Material besteht, das gegenüber dem Excimer-Laser-Strahl nicht durchlässig ist;

ein optisches Abbildungssystem (3) zum Projizieren des Schaltungsmusters des Originales (M) auf ein Plättchen (W), das Linseneinrichtungen aufweist, die nicht in der Lage sind, irgendwelche chromatisch Aberrationen in bezug auf einen anderen Lichtstrahl als den Excimer-Laser-Strahl zu korrigieren; und

Einrichtungen (5) zum Lagern des Plättchens (W), auf das das Schaltungsmuster des Originales (M)
projiziert werden soll.
15