DE19716794A1

DE19716794A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Nah-Typ-Mikrolithographie

Info

Publication number: DE19716794A1
Application number: DE19716794A
Authority: DE
Inventors: Masato Shibuya; Keiichiro Sakato; Akira Miyaji; Toshiyuki Namikawa; Takashi Mori
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1997-10-30

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen für die Nah-Typ-Mikrolithographie, die sich zur Herstel lung von Halbleitergeräten, Flüssigkristall-Anzeigeelemen ten oder ähnlichem eignen. Insbesondere betrifft die Er findung Verfahren und Vorrichtungen zur Nahbelichtung bzw. Exposition in geringem Abstand, wobei eine Maske und ein lichtempfindliches Substrat in relativ kleinem Abstand zueinander angeordnet sind, die Maske mit aktinischem bzw. nicht chemisch aktivem Licht bestrahlt wird und ein auf der Maske befindliches Muster vorzugsweise durch Scannen auf das lichtempfindliche Substrat abgebildet bzw. aufge druckt wird.

Vorrichtungen für die Mikrolithographie werden gewöhnlich dazu verwendet, ein gewünschtes Muster, das durch eine Maske oder ein Netz festgelegt ist, auf ein lichtempfind liches Substrat, d. h. auf ein Substrat, dessen Oberfläche mit einem geeigneten Material, das einen Widerstand gegen den Lichtdurchgang bildet, oder mit einem sonstigen licht empfindlichen Harz beschichtet ist, zu übertragen. Die Maske wird typischerweise durch Ablagerung aus der Dampf phase eines Films aus Chrom oder einem anderen geeigneten Material auf einem Glas oder einem entsprechenden trans parenten Material hergestellt. Anschließend wird die Maske mit aktinischem Licht bestrahlt, wobei Licht, das durch die Maske hindurchgeht, das Muster der Maske auf das lichtempfindliche Substrat "abdruckt".

Man kennt allgemein die folgenden Verfahren und Vorrich tungen für die Mikrolithographie: (1) Projektionsbelich tung, bei der das auf der Maske befindliche Bild auf das lichtempfindliche Substrat gedruckt wird, indem ein opti sches Projektionssystem verwendet wird; (2) Kontaktbelich tung, bei der die Maske und das lichtempfindliche Substrat während der Exposition bzw. Belichtung des lichtempfindli chen Substrats mit dem auf der Maske befindlichen Muster unmittelbar miteinander in Berührung stehen; und (3) Nach belichtung, bei der das auf der Maske befindliche Muster durch Bestrahlung der Maske auf das lichtempfindliche Sub strat übertragen wird, während die Maske und das lichtemp findliche Substrat geringfügig voneinander beabstandet sind.

Fig. 1 zeigt eine herkömmlich aufgebaute Vorrichtung für die Nahbelichtung. Das für die Beleuchtung bzw. Belichtung verwendete Licht wird durch eine Lichtquelle 1 erzeugt und mit einem elliptischen Spiegel 2 kondensiert, wobei ein Abbild der Lichtquelle erzeugt wird. Das von dem Bild der Lichtquelle stammende Licht wird durch einen ebenen Spie gel 3 reflektiert, durch eine Kollimationslinse 4 in einen im wesentlichen kollimierten bzw. parallelen Strahl umge wandelt und trifft auf eine Fly-Eye-Linse 5 auf. Die Fly-Eye-Linse zerlegt den auftreffenden parallelen Lichtstrahl in eine Anzahl von Wellenfronten, wodurch mehrere Bilder der Lichtquelle an der Austrittsseite der Fly-Eye-Linse gebildet werden. Das Licht von den mehrfachen Bildern der Lichtquelle geht durch z. B. eine Aperturblende S, die eine normalerweise kreisförmige Öffnung besitzt. Das Licht wird durch ein optisches Kondensorsystem mit einem einzelnen konkaven Spiegel 6 kondensiert, der einen vorderen Brenn punkt an der Stelle der mehrfachen Bilder der Lichtquelle aufweist. Das von dem konkaven Spiegel 6 reflektierte Licht fällt auf eine Maske 7, die auf dem lichtempfindli chen Substrat 8 (welches hierbei auch als Werkstück be zeichnet wird) auf- bzw. darüberliegend angeordnet ist. Das Werkstück 8 ist von der Maske 7 durch einen vorgegebe nen kleinen Abstand getrennt, der hierbei als "Freistand" bezeichnet wird. Das auftreffende Licht, das durch trans parente Bereiche der Maske 7 hindurchgeht, fällt auf das Werkstück 8, wodurch das Muster, das durch die Maske 7 festgelegt ist, auf das Werkstück 8 übertragen wird.

Bei herkömmlichen, für die Nah-Typ-Mikrolithographie ver wendeten Vorrichtungen, wie sie vorstehend kurz beschrie ben sind, werden die Beleuchtungsstärke an der Maske 7 und die erreichbare Auflösung auf dem Werkstück 8 durch die maskenseitige numerische Apertur (NA) des optischen Kon densorsystems 4 festgelegt. Genauer gesagt, wenn B die Beleuchtungsstärke der Lichtquelle 1 ist, NA die masken seitige numerische Apertur des optischen Kondensorsystems 4 bedeutet und mit T der Durchlaßgrad des optischen Systems bezeichnet wird, ergibt sich die Beleuchtungsstär ke E an der Maske aus der folgenden Beziehung:

E = π·B·NA²·T (1)

bei herkömmlichen Vorrichtungen für die Nah-Typ-Mikroli thographie ist die Beleuchtungsstärke B festgelegt. Der NA-Wert der auf die Maske 7 auftreffenden Beleuchtung ist ebenfalls konstant und ist nicht von der Richtung der Aus breitung des beleuchtenden Lichts abhängig. Der NA-Wert wird allerdings durch die Auflösung vorgegeben, die erfor derlich ist, um das auf der Maske befindliche Muster auf das lichtempfindliche Substrat zu übertragen. Aufgrund von Problemen, die wegen der Beugung bzw. Diffraktion entste hen, muß der NA-Wert klein sein, wenn eine große Auflö sungsstärke verlangt wird. Dies bedeutet, daß am Rande liegende Bereiche der Merkmale des Musters auf der Maske 7 mit einer kleineren Auflösung an das Werkstück 8 übertra gen werden, wenn der maskenseitige NA-Wert des optischen Kondensorsystems vergrößert wird, was bedeutet, daß sich die Auflösung, mit der das Muster der Maske auf das Werk stück übertragen wird, verschlechtert (Fig. 2).

Mit herkömmlichen Vorrichtungen für die Nah-Mikrolithogra phie ist es häufig nicht möglich gewesen, eine gewünschte Belichtungsstärke des Werkstücks zu erhalten und dabei gleichzeitig zu gewährleisten, daß eine erforderliche Auf lösung bei der Musterübertragung erreicht wurde. Der ein zige Weg, die Beleuchtungsstärke E an der Maske 7 zu ver größern, um den Durchsatz zu verbessern, wobei die Auf lö sung beibehalten wird, besteht darin, die Lichtstärke B der Lichtquelle 1 zu vergrößern. Dies erfordert eine Lichtquelle 1, die eine größere Ausgangsintensität auf weist, was eine größere Abmessung und größere Wärmeerzeu gung durch die Lichtquelle 1 bedeutet. Dies führt seiner seits zu unerwünschten Vergrößerungen der Abmessungen und der Komplexität der Lampeneinheit, die als Lichtquelle verwendet wird.

Die Erfindung wurde auf der Grundlage der vorstehend er läuterten Problemstellung ausgearbeitet. Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine abtastende bzw. scannende Vorrichtung für die Nah-Typ-Mikrolithographie bereitzu stellen, die so arbeitet, daß sie eine gewünschte Belich tungsstärke an der Maske und dem lichtempfindlichen Sub strat (Werkstück) erzielt, ohne daß eine nennenswerte Ver schlechterung der Auflösung des auf das Werkstück übertra genen Musters auftritt.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Mikrolithographie zum Erzeugen eines Bilds eines auf einer Maske befindlichen Musters auf einem lichtempfindlichen Substrat, wobei die Vorrichtung ein optisches Beleuchtungssystem zum Belichten einer ebenen Maske beinhaltet, die ein vorgegebenes Musters festlegt, wobei das optische Beleuchtungssystem eine erste numerische Apertur der Beleuchtung in einer ersten Richtung in der Ebene des auf der Maske befindli chen Musters und eine zweite numerische Apertur der Be leuchtung in einer zweiten Richtung aufweist, die senk recht zu der ersten Richtung ist, in der Ebene des auf der Maske befindlichen Musters, und wobei sich die erste nume rische Apertur von der zweiten numerischen Apertur unter scheidet.

In einer bevorzugten Ausführungsform legt das auf der Maske befindliche Muster Merkmale fest, die eine lange Richtung und eine kurze Richtung haben, wobei sich die erste numerische Apertur in der langen Richtung des auf der Maske befindlichen Musters erstreckt und die zweite numerische Apertur sich in der kurzen Richtung des Musters der Maske erstreckt, wobei die erste numerische Apertur größer ist als die zweite numerische Apertur.

Es kann vorgesehen sein, daß das optische Beleuchtungssy stem ferner umfaßt (a) eine Lichtquelle, die so arbeitet, daß sie einen Beleuchtungslichtstrom erzeugt; (b) eine Fly-Eye-Linse (segmentierte Linse nach Art eines Fliegen- bzw. Insektenauges, bzw. einen sonstigen "optischen Integrator", wie im Stand der Technik bekannt, was nachfolgend allgemein als "Fly-Eye-Linse" bezeichnet sei), die axial unterhalb der Lichtquelle angeordnet ist und mehrere Linsenelemente enthält, und die so arbeitet, daß sie aus dem Beleuchtungslichtstrom mehrere Bilder der Lichtquelle erzeugt; (c) eine Blende, die sich axial unterhalb der Fly-Eye-Linse befindet, wobei die Blende eine Apertur besitzt, durch die das Licht von den mehreren Bildern der Lichtquelle hindurchgeht; und (d) eine Kondensorlinse axial unterhalb der Blende, um das Licht, das durch die Apertur hindurchgeht, auf die Maske zu kondensieren. Die mehreren Bilder der Lichtquelle bilden eine Anordnung bzw. ein Feld in einer quer zu der Achse verlaufenden Ebene. Die Apertur der Blende muß nicht notwendigerweise rund sein.

Es kann vorgesehen sein, daß die Apertur in Querrichtung ein Profil hat, das eine längere Abmessung und, senkrecht zu der längeren Abmessung, eine kürzere Abmessung aufweist, wobei die längere Abmessung mit der langen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale ausgerichtet ist und die kürze Abmessung mit der kurzen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale ausge richtet ist.

In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Fly-Eye-Linse ein Gesamt-Querprofil hat, das eine lange Abmessung und, senkrecht zu der langen Abmessung, eine kurze Abmessung aufweist, wobei die lange Abmessung der Fly-Eye-Linse mit der langen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale ausgerichtet ist und die kurze Abmessung der Fly-Eye-Linse mit der kurzen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale ausgerichtet ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Fly-Eye-Linse in Querrichtung ein rechteckiges Profil auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin ein strahlformendes optisches System zum Umformen des Beleuch tungslichtstroms von der Lichtquelle gemäß dem Querprofil der Apertur vorgesehen.

Es kann vorgesehen sein, daß die Fly-Eye-Linse mehrere parallele, sich axial erstreckende Linsenelemente auf weist, wobei jedes Linsenelement in Querrichtung ein rech twinkliges Profil hat, mit kurzen Seiten, die sich in ei ner Richtung erstrecken, die der langen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale entspricht, und mit langen Seiten, die sich in einer Richtung erstrecken, die der kurzen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale entspricht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Vorrichtung so arbeitet, daß sie eine Belichtung des Substrats bewirkt, wobei die Maske in geringem Abstand zu dem Substrat angeordnet ist.

In Ausgestaltung der Erfindung kann weiterhin ein opti sches Bilderzeugungssystem vorgesehen sein, das so arbei tet, daß es das Muster der Maske konjugiert bzw. in geringem Abstand zu einer lichtempfindlichen Oberfläche des Substrats anordnet, wobei sich das optische Bilderzeugungssystem in Axialrichtung zwischen der Maske und dem Substrat befindet.

Die Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung zur scannenden bzw. abtastenden Nah-Typ-Mikrolithographie bereit, mit einem optischen Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer ebenen Maske, die ein vorgegebenes Muster festlegt, und zum Erzeugen eines Abbilds des Musters der Maske auf einer lichtempfindlichen Oberfläche eines Werkstücks, wobei das optische Beleuchtungssystem entlang einer optischen Achse angeordnet ist und eine erste werkstückseitige numerische Apertur NA₁ der Beleuchtung bzw. Belichtungsapertur aufweist, die in einer ersten Richtung quer zu der optischen Achse ausgerichtet ist, und eine zweite werkstückseitige numerische Apertur NA₂ der Beleuchtung, die in einer zweiten Richtung quer zu der optischen Achse und senkrecht zu der ersten Richtung ausgerichtet ist, wobei sich die erste numerische Apertur von der zweiten numerischen Apertur unterscheidet.

Dabei kann vorgesehen sein, daß das Muster der Maske Merk male festlegt, die eine lange Richtung und eine kurze Richtung haben, wobei sich die erste numerische Apertur in der langen Richtung des Musters der Maske und die zweite numerische Apertur in der kurzen Richtung des Musters der Maske erstreckt, wobei die erste numerische Apertur größer ist als die zweite numerische Apertur.

Das optische Beleuchtungssystem kann so arbeiten, daß es einen Beleuchtungslichtstrom erzeugt, der in Querrichtung ein vorbestimmtes Profil aufweist, das in der zweiten Richtung länger ist als in der ersten Richtung.

Es kann vorgesehen sein, daß die Vorrichtung so wirkt, daß sie die Maske und das Werkstück während der Belichtung des Musters der Maske auf die lichtempfindliche Fläche des Werkstücks in der ersten Richtung abtastet.

Es kann vorgesehen sein, daß das optische Beleuchtungssy stem weiter umfaßt (a) eine Beleuchtungslichtquelle, die einen Beleuchtungslichtstrom erzeugt; (b) eine Fly-Eye-Linse, die sich axial unterhalb der Beleuchtungslichtquelle befindet, damit der Beleuchtungslichtstrom durch die Fly-Eye-Linse hindurchgeht und mehrere Bilder der Lichtquelle erzeugt; und (c) ein optisches Kondensorsystem, das sich axial unterhalb der Fly-Eye-Linse befindet, um das Licht von den mehreren Bildern der Lichtquelle zu kondensieren, wobei das optische Kondensorsystem eine erste Brennweite f_con1 in der ersten Richtung und eine zweite Brennweite f_con2 in der zweiten Richtung aufweist, wobei f_con1 ≠ f_con2.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß das optische Beleuch tungssystem weiter aufweist (a) eine Beleuchtungslicht quelle, die so arbeitet, daß sie einen Beleuchtungslichtstrom erzeugt; (b) ein optisches Kollimationssystem, das sich in Axialrichtung unterhalb der Beleuchtungslichtquelle befindet und so arbeitet, daß es den Beleuchtungslicht strom in einen im wesentlichen parallelen bzw. kollimierten Lichtstrahl umformt, der eine erste Brennweite f_col1 in der ersten Richtung und eine zweite Brennweite f_col2 in der zweiten Richtung aufweist, wobei f_col1 ≠ f_col2; (c) einen optischen Integrator, der sich in Axialrichtung unterhalb des optischen Kollimationssystems befindet, so daß der im wesentlichen kollimierte Lichtstrahl in mehrere Bilder der Lichtquelle umgeformt wird; und (d) ein optisches Kondensorsystem, das sich in Axialrichtung unterhalb des optischen Integrators befindet, so daß das Licht von den mehreren Bildern der Lichtquelle auf die Maske kondensiert wird, wobei das op tische Kondensorsystem eine erste Brennweite f_con1 in der ersten Richtung und eine zweite Brennweite f_con2 in der zweiten Richtung aufweist, wobei f_con1 ≠ f_con2.

Hierbei kann vorgesehen sein, daß f_col1 < f_col2 und f_con1 ≦ωτ f_con2.

Es kann auch vorgesehen sein, daß das optische Beleuch tungssystem weiterhin aufweist (a) eine Beleuchtungslicht quelle, die einen Beleuchtungslichtstrom erzeugt; (b) einen ersten optischen Integrator, der sich axial unterhalb der Beleuchtungslichtquelle befindet, so daß er aus dem Beleuchtungslichtstrom eine erste Anordnung bzw. ein Feld von mehreren Bildern der Lichtquelle erzeugt; (c) einen zweiten optischen Integrator, der sich axial unter halb des ersten optischen Integrators befindet, so daß aus der ersten Anordnung von Bildern der Lichtquelle eine zweite Anordnung von Bildern der Lichtquelle erzeugt wird, wobei der zweite optische Integrator eine Ausgangsebene mit einer ersten Abmessung, die sich in der ersten Rich tung erstreckt, und eine zweite Abmessung, unterschiedlich gegenüber der ersten Abmessung, die sich in der zweiten Richtung erstreckt, aufweist; und (d) ein optisches Kon densorsystem, das sich axial unterhalb des zweiten opti schen Integrators befindet, wobei das optische Kondensor system das Licht von der zweiten Anordnung der Bilder der Lichtquelle kondensiert.

Bevorzugt gilt hierbei

0,01 < NA₂/NA₁ < 1,0

Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Maske und das Werkstück relativ zueinander bewegt werden, um eine abtastende bzw. scannende Belichtung des Werkstücks mit dem auf der Maske befindlichen Muster auszuführen.

Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Nahbe lichtung bereit, um ein vorgegebenes Muster, das durch eine Maske festgelegt ist, auf eine lichtempfindliche Flä che eines Werkstücks zu übertragen, das sich in der Nähe der Maske befindet und einen Freistands-Abstand von der Maske aufweist, mit den folgenden Schritten: (a) Bereit stellen eines Beleuchtungslichtstroms mit einer ersten werkstückseitigen numerischen Apertur NA₁ in einer Abtastrichtung und mit einer zweiten werkstückseitigen numerischen Apertur NA₂ in einer Richtung quer zur Abtastung, wobei NA₁ < NA₂; und (b) Beleuchten der Maske mit dem Beleuchtungslichtstrom, um das auf der Maske befindliche Muster auf die lichtempfindliche Fläche des Werkstücks zu übertragen.

Vorzugsweise werden hierbei während des Schritts (b) die Maske und das Werkstück relativ zueinander in der Abtastrichtung bewegt.

Es kann hierbei vorgesehen sein, daß die Maske Merkmale aufweist, die in einer ersten Richtung länglich sind, und der Schritt (b) das Beleuchten der Maske umfaßt, während die erste Richtung der Maske mit der Abtastrichtung ausgerichtet ist.

Vorzugsweise wird in Schritt (b) die Maske mit einem Be leuchtungslichtstrom beleuchtet, der in Querrichtung ein Profil aufweist, das in der ersten Richtung kürzer ist als in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Rich tung.

Die Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung für die Nah-Typ-Mikrolithographie bereit, um ein Bild eines auf einer Maske befindlichen Musters auf einem lichtempfindli chen Substrat zu erzeugen, wobei die Vorrichtung ein opti sches Beleuchtungssystem zum Beleuchten bzw. Belichten einer ebenen Maske aufweist, die ein vorgegebenes Muster festlegt, wobei das optische Beleuchtungssystem ein Relaisoptiksystem bzw. optisches Übertragungssystem (Relaysystem, relay optical system) mit einem ersten und einem zweiten sphärischen Spiegel aufweist, wobei der erste Spiegel so angeordnet ist, daß er in einem Lichtstrom, der sich von einem Objektpunkt aus ausbreitet, meridionale Strahlen kondensiert, an einen zu dem Objekt punkt konjugierten Punkt, und sagittale Strahlen in dem sich von dem Objektpunkt aus ausbreitenden Lichtstrom im wesentlichen kollimiert, und wobei der zweite sphärische Spiegel so angeordnet ist, daß er meridionale Strahlen, die sich von dem konjugierten Punkt aus ausbreiten, und die im wesentlichen kollimierten sagittalen Strahlen an einem einzigen Bildpunkt kondensiert.

Die Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung zur Nah- Typ-Mikrolithographie zum Übertragen eines vorgegebenen Musters von einer Maske an ein von der Maske durch einen vorgegebenen Freistand beabstandetes Werkstück, wobei die Vorrichtung umfaßt: (a) ein optisches Beleuchtungssystem zum Leiten eines Beleuchtungslichtstroms entlang einer ersten Achse, um einen Bereich auf einer zu der Achse kon jugierten und quer zu der ersten Achse liegenden Ebene zu beleuchten; und (b) ein Relaisoptiksystem zum erneuten Abbilden des durch das optische Beleuchtungssystem be leuchteten Bereichs auf die Maske, wobei das Relaisoptik system einen ersten sphärischen Spiegel mit einem ersten Krümmungsmittelpunkt und einem Krümmungsradius R1 und ei nen zweiten sphärischen Spiegel mit einem zweiten Krüm mungsmittelpunkt und einem Krümmungsradius R2 aufweist, wobei der erste und zweite Krümmungsmittelpunkt auf einer geraden zweiten Achse liegen, und wobei sich der beleuch tete Bereich in einer Ebene befindet, die quer zu der zweiten Achse liegt und den ersten Krümmungsmittelpunkt enthält, wobei der erste und zweite Krümmungsmittelpunkt auf der zweiten Achse durch einen Abstand getrennt sind, der gleich |R1-R2|/2^1/2 ist.

Vorzugsweise ist die erste Achse parallel zu der zweiten Achse. Bevorzugt ist der erste Krümmungsmittelpunkt von dem zweiten Krümmungsmittelpunkt auf der zweiten Achse durch einen Abstand L getrennt, wobei gilt:

0,8L < |R1-R2|/2^1/2 < 1,2L

Die Vorzeichen der Krümmungsradien R1 und R2 sind positiv, wenn die entsprechenden Spiegelflächen konvex sind, gese hen vom ersten Krümmungsmittelpunkt. Strahlen innerhalb der Ebene, welche den Objektpunkt und die zweite Achse enthält, sind meridionale Lichtstrahlen, und Strahlen in Richtungen, die senkrecht zu den meridionalen Strahlen sind, sind sagittale Strahlen.

Vorzugsweise arbeitet die Vorrichtung so, daß ein relati ves Abtasten der Maske und des Werkstücks in einer Abtastrichtung während der Übertragung des Musters der Maske auf das Werkstück erfolgt.

Es kann vorgesehen sein, daß das Relaisoptiksystem eine werkstückseitige numerische Apertur in der Abtastrichtung und eine werkstückseitige numerische Apertur in einer Ab tastquerrichtung senkrecht zu der Abtastrichtung aufweist, wobei sich die numerische Apertur in der Abtastrichtung von der numerischen Apertur in der Abtastquerrichtung un terscheidet.

Die Erfindung stellt weiterhin ein Reflexionsoptiksystem bereit, mit (a) einem ersten sphärischen Spiegel, der so angeordnet ist, daß er meridionale Strahlen in einem Lichtstrom, der sich von einem Objektpunkt ausbreitet, an einem Punkt kondensiert, der zu dem Objektpunkt konjugiert ist, und sagittale Strahlen in dem Lichtstrom, der sich von dem Objektpunkt aus ausbreitet, im wesentlichen kolli miert; und (b) einem zweiten sphärischen Spiegel, der so angeordnet ist, daß er die meridionalen Strahlen, die sich von dem konjugierten Punkt aus ausbreiten, und die im we sentlichen kollimierten sagittalen Strahlen an einem Bild punkt kondensiert.

Hierbei kann vorgesehen sein, daß sowohl der erste als auch der zweite sphärische Spiegel jeweils eine gekrümmte reflektierende Oberfläche und jeweils einen Krümmungsmit telpunkt aufweisen, daß sich die Krümmungsmittelpunkte auf einer geraden Achse befinden, daß sich der Objektpunkt in einer senkrecht zu der Achse verlaufenden Ebene befindet, die den Krümmungsmittelpunkt des ersten sphärischen Spie gels enthält, und daß der erste bzw. der zweite sphärische Spiegel einen Krümmungsradius R1 bzw. R2 aufweist, wobei gilt R1 < R2.

Bevorzugt sind R1 und R2 negativ, wenn sich die beiden Krümmungsmittelpunkte auf der Objektseite der jeweiligen gekrümmten Fläche befinden.

Vorzugsweise sind der erste und zweite Krümmungsmittelpunkt voneinander auf der Achse um einen Abstand L voneinander getrennt, wobei das Reflexionsoptiksystem weiterhin die Beziehung erfüllt:

0,8L < |R1-R2|/2^1/2 < 1,2L

Es kann vorgesehen sein, daß sowohl der erste als auch der zweite sphärische Spiegel jeweils einen Krümmungsradius R1 bzw. R2 aufweist, wobei gilt R1 < R2.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen und unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert, wobei

Fig. 1 schematisch bestimmte Merkmale einer Vorrichtung zur Nah-Typ-Mikrolithographie aus dem Stand der Technik zeigt;

Fig. 2 darstellt, wie die Auflösung auf dem Werkstück un ter Verwendung einer Vorrichtung zur Nah-Typ-Mikrolithogra phie nach dem Stand der Technik verschlechtert sein kann;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Gesamtanord nung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur abtastenden Nah-Typ-Mikrolithographie ist;

Fig. 4(a) und (b) schematisch die Anordnung einer Vorrich tung nach einer bevorzugten Ausführungsform 1 zeigen, wo bei Fig. 4(a) die YZ-Ebene und Fig. 4(b) die XY-Ebene zeigt;

Fig. 5 schematisch die Anordnung einer Vorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform 2 zeigt;

Fig. 6(a) und (b) schematisch die Anordnung einer Vorrich tung nach einer beispielhaften Ausführungsform 3 zeigen, wobei Fig. 6(a) die YZ-Ebene und 6(b) die XY-Ebene zeigt;

Fig. 7 in der XZ-Ebene das Querprofil der Fly-Eye-Linse zeigt, die in der beispielhaften Ausführungsform 3 verwen det ist;

Fig. 8 schematisch die Anordnung einer Vorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform 4 zeigt;

Fig. 9(a) und (b) schematisch die Anordnung einer Vorrich tung nach einer beispielhaften Ausführungsform 5 zeigen, wobei Fig. 9(a) die YZ-Ebene und Fig. 9(b) die XY-Ebene zeigt;

Fig. 10(a) und (b) Querprofile einer ersten bzw. zweiten Fly-Eye-Linse zeigen, wie sie in der beispielhaften Aus führungsform 5 verwendet sind, wobei Fig. 10(a) die XZ- Ebene der ersten Fly-Eye-Linse und Fig. 10(b) die XZ-Ebene der zweiten Fly-Eye-Linse zeigt;

Fig. 11(a) und (b) schematisch die Anordnung einer Vor richtung nach einer beispielhaften Ausführungsform 6 zei gen, wobei Fig. 11(a) die YZ-Ebene und Fig. 11(b) die XY-Ebene zeigt;

Fig. 12 in der XZ-Ebene das Querprofil der Fly-Eye-Linse zeigt, die in der beispielhaften Ausführungsform 6 verwen det ist;

Fig. 13 schematisch die Anordnung einer Vorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform 7 zeigt;

Fig. 14 bezüglich der beispielhaften Ausführungsform 7 das Querprofil der Apertur zeigt, das durch die Aperturblende gebildet wird, relativ zu dem Gesamt-Querprofil der Fly-Eye-Linse;

Fig. 15 schematisch die Anordnung einer Vorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform 8 zeigt;

Fig. 16 unter Bezugnahme auf die beispielhafte Ausfüh rungsform 8 das Querprofil der Apertur zeigt, das durch die Aperturblende gebildet wird, relativ zu dem Gesamt-Querprofil der Fly-Eye-Linse;

Fig. 17 unter Bezugnahme auf die beispielhafte Ausfüh rungsform 9 das Querprofil der Apertur zeigt, das durch die Aperturblende gebildet wird, relativ zu dem Gesamt- Querprofil der Fly-Eye-Linse;

Fig. 18 schematisch die Anordnung einer Vorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform 10 zeigt;

Fig. 19 schematisch die Anordnung einer Vorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform 11 zeigt;

Fig. 20(a)-20(c) schematisch die Anordnung einer Vorrich tung nach einer beispielhaften Ausführungsform 12 zeigen;

Fig. 21 schematisch die Anordnung der Vorrichtung nach der beispielhaften Ausführungsform 12 in der Meridionalebene zeigt;

Fig. 22 das Querprofil der in der beispielhaften Ausfüh rungsform 12 verwendeten Fly-Eye-Linse zeigt;

Fig. 23 Strahlentrajektorien in der Meridionalebene zeigt, von Licht, das von sphärischen Spiegeln reflektiert ist, welche das Relaisoptiksystem nach der beispielhaften Aus führungsform 12 beinhalten;

Fig. 24 Strahlentrajektorien in der Sagittalebene zeigt, von Licht, das von sphärischen Spiegeln reflektiert ist, welche das Relaisoptiksystem nach der beispielhaften Aus führungsform 12 beinhalten;

Fig. 25 Strahlentrajektorien in dem Relaisoptikabschnitt einer beispielhaften Ausführungsform 13 zeigt;

Fig. 26 ein Querprofil einer einstellbaren Feldblende zeigt, wie sie in der beispielhaften Ausführungsform 13 verwendet ist.

Ganz allgemein gilt, daß wenn eine Maske Merkmale eines Musters mit Richtungsabhängigkeit festlegt, wenn die Quer schnitte von Merkmalen, die sich in der kurzen Richtung des Musters, das auf dem lichtempfindlichen Substrat ge bildet wird, erstrecken, mit ausreichender Schärfe erzeugt werden, die Querschnitte von Merkmalen, die sich in der langen Richtung des Musters erstrecken, mit einem geringe ren Grad an Schärfe erzeugt werden können. Mit anderen Worten, um die erforderliche Auflösung bei der Übertragung des Musters zu erzielen, wird die numerische Apertur der Beleuchtung in der kurzen Richtung des Musters genügend klein gemacht, um eine gute Auflösung zu erhalten, wogegen die numerische Apertur der Beleuchtung in der langen Rich tung des Musters auf einen etwas größeren Wert gesetzt werden kann, ohne die Auflösung wesentlich zu verschlech tern.

Mikrolithographievorrichtungen nach der vorliegenden Er findung sind so aufgebaut, daß deren optisches Beleuch tungssystem wesentlich unterschiedliche numerische Aper turwerte der Beleuchtung in zwei zueinander senkrechten Richtungen in der Ebene des auf der Maske befindlichen Musters aufweist. Das bedeutet, daß eine erste numerische Apertur NA₁ der Beleuchtung, die sich in der langen Rich tung des Musters auf der Maske erstreckt, vorzugsweise wesentlich größer ist als eine zweite numerische Apertur NA₂ der Beleuchtung, die sich in der kurzen Richtung des Musters der Maske erstreckt.

Zu diesem Zweck kann das optische Beleuchtungssystem bei spielsweise einen Beleuchtungslichtstrom erzeugen, der in Querrichtung ein elliptisches Profil aufweist; in einem solchen Fall ergibt sich die Beleuchtungsstärke E an der Maske aus der Beziehung:

E = π·B·NA₁·NA₂ (1)

Die zweite numerische Apertur NA₂ der Beleuchtung wird auf einen ausreichend kleinen Wert gesetzt, damit die erfor derliche Auflösung des Musters auf dem Werkstück gewähr leistet ist. Die erste numerische Apertur NA₁ der Beleuch tung kann auf einen größeren Wert als NA₂ gesetzt werden, ohne die Präzision des Musters wesentlich zu beeinträchti gen. Dadurch, daß man NA₂ auf einen ausreichend kleinen Wert setzt und NA₁ auf einen ausreichend großen Wert setzt, ist es möglich, eine gewünschte hohe Beleuchtungsstärke an der lichtempfindlichen Oberfläche des Werkstücks zu erhal ten, ohne daß die Auflösung des übertragenen Musters nen nenswert verschlechtert wird.

Fig. 3 zeigt bestimmte Aspekte einer abtastenden Vorrich tung für die Nah-Typ-Mikrolithographie nach der vorliegen den Erfindung. Es werden herkömmliche XYZ-Koordinaten ver wendet. Die Vorrichtung weist ein optisches Beleuchtungs system 10 auf, das eine Maske 7 zur Beleuchtung mit Licht bestrahlt. Die Maske 7 legt ein Muster fest, das Merkmale aufweist, die vorzugsweise in der Z-Richtung gestreckt sind. Das Substrat 8 (hierbei allgemein als "Werkstück" bezeichnet) besitzt einen Film, der mit einem mehr oder weniger lichtundurchlässigen Stoff oder einem sonstigen lichtempfindlichen Harz beschichtet ist. Das Werkstück 8 wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Z-Richtung bewegt. Auf diese Weise wird das sich in Z-Richtung erstreckende Muster, das durch die Maske 7 festgelegt ist, auf das lichtempfindliche Harz auf dem Werkstück 8 über tragen.

Ausführungsbeispiel 1

Diese beispielhafte Ausführungsform besitzt die Merkmale, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Zusätzlich hierzu zei gen Fig. 4(a) und 4(b) bestimmte Aspekte des optischen Beleuchtungssystems 10, das in dieser Ausführungsform ver wendet wird. Fig. 4(a) zeigt die YZ-Ebene, und Fig. 4(b) zeigt die XY-Ebene. Licht wird durch eine Lichtquelle 11 erzeugt, die beispielsweise aus einer Quecksilberhoch druckdampflampe besteht. Das Licht wird durch einen elek trischen Spiegel 12 kondensiert, der einen ersten Brenn punkt 13a und eine zweiten Brennpunkt 13b aufweist. Die Lichtquelle 11 befindet sich am ersten Brennpunkt 13a, wobei ein Bild der Lichtquelle 11 am zweiten Brennpunkt 13b erzeugt wird. Vom Bild der Lichtquelle stammendes Licht wird durch eine Kollimationslinse 13 kollimiert bzw. parallel gebündelt und trifft auf eine Fly-Eye-Linse 15. Die Kollimationslinse 14 ist so angeordnet, daß sich ihr vorderer Brennpunkt an der Position des Bilds der Licht quelle befindet, das durch den elliptischen Spiegel 12 erzeugt wird. Als Ergebnis hiervon wird ein im wesentli chen kollimierter Lichtstrahl in die Fly-Eye-Linse 15 ein geführt. Die Fly-Eye-Linse 15 weist vorzugsweise eine ge stapelte Matrix von zahlreichen parallelen Linsenelementen auf, die jeweils ein vierseitiges oder sechsseitiges Quer profil besitzen. Jedes der Linsenelemente der Fly-Eye-Lin se 15 kondensiert einen entsprechenden Abschnitt des kol limierten Lichtstrahls aus der Kollimationslinse 14. Die Fly-Eye-Linse 15 erzeugt dadurch eine Anzahl von Bildern der Lichtquelle auf der Seite der Austrittsebene der Fly-Eye-Linse 15. Eine Blende S, die eine im wesentlichen kreisförmige Apertur besitzt, ist dort angeordnet, wo die Anzahl von Bildern der Lichtquelle erzeugt wird, und Licht, das durch die Apertur hindurchgeht, wird auf ein optisches Kondensorsystem 16 gelenkt, das eine erste zy lindrische Linse 16a und eine zweite zylindrische Linse 16b aufweist. Jede der zylindrischen Linsen 16a und 16b hat eine unterschiedliche Brennweite.

Die erste zylindrische Linse 16a weist eine Brennweite f_con2 lediglich in der XY-Ebene auf, und die zweite zylindrische Linse 16b weist eine Brennweite f_con1 lediglich in der YZ-Ebene auf. Jede der zylindrischen Linsen 16a und 16b ist so angeordnet, daß deren jeweiliger vorderer Brennpunkt im wesentlichen mit den mehreren Bildern der Lichtquelle übereinstimmt, die durch die Fly-Eye-Linse 15 erzeugt wer den. Licht, das durch das optische Kondensorsystem 16 hin durchgeht, beleuchtet die Maske 7 auf telezentrische Wei se.

In dieser beispielhaften Ausführungsform erfüllen die Brennweiten f_con2 und f_con1 die folgende Beziehung:

f_con1 < f_con2 (2)

Demgemäß ist die numerische Apertur des optischen Konden sorsystems 16 an der Maske 8 größer in der Z-Richtung als in der X-Richtung.

Das Verhältnis β der numerischen Aperturen des optischen Kondensorsystems wird in folgender Weise bestimmt:

β = NA₁/NA₂ = f_con2/f_con1 (3)

In Fig. 4(a) und 4(b) ist das Werkstück 8 hinter (d. h. in Y-Richtung von) dem Werkstück 8 angeordnet und von der Maske 7 durch einen vorgeschriebenen "Freistand" getrennt. Wie vorstehend beschrieben, ist das Werkstück 8 auf eine Weise gehalten, die eine Bewegung in der Z-Richtung erlaubt, wodurch eine abtastende Belichtung des Werkstücks 8 erhalten wird.

Wie oben festgestellt, legt die Maske 7 ein Muster fest, welches Merkmale aufweist, die sich in der Z-Richtung er strecken. Während der Übertragung des Musters wird das Werkstück 8 in Z-Richtung (Fig. 3) bewegt. In einer der artigen Situation bestehen keine Probleme mit einer gerin gen Auflösung in der Z-Richtung.

Im folgenden bezeichnet B die Lichtstärke der Lichtquelle 11, NA₁ bezeichnet die maskenseitige numerische Auflösung des optischen Kondensorsystems 16 in der Z-Richtung, NA₂ bezeichnet die maskenseitige numerische Apertur des opti schen Kondensorsystems in der X-Richtung, und T bezeichnet den Durchlaßgrad des optischen Kondensorsystems 16. Die Beleuchtungsstärke E am Werkstück 8 kann dann ausgedrückt werden als:

E = π·B·NA₁·NA₂·T (4)

Aus der obigen Beziehung (2) erhält man:

NA₁ < NA₂ (5)

NA₂, das durch die Auflösung der Maskenmuster-Teilungsrich tung (pitch direction) festgelegt wird, ist etwa ebenso groß wie bei einer herkömmlichen Vorrichtung für die Nah- Typ-Mikrolithographie. Im Ergebnis wird die Beleuchtungsstärke E am Werkstück 8 bei dieser beispielhaften Ausführungsform im Vergleich mit einer solchen herkömmlichen Vorrichtung um den Faktor β vergrößert.

Bauteile und Aufbau bzw. Gestaltung des optischen Be leuchtungssystems 10 von der Lichtquelle 11 bis zur Fly-Eye-Linse 15 können im wesentlichen ähnlich sein wie bei solchen Systemen, die man bei herkömmlichen Vorrichtungen zur Nah-Typ-Mikrolithographie findet. Diese beispielhafte Ausführungsform kann daher in bekannter Weise gebaut wer den.

Beim Beleuchten eines Musters einer Maske, das in einer vorgegebenen Richtung verlängert ist bzw. sich in dieser erstreckt, kann, da NA₁ größer ist als NA₂, die Beleuch tungsstärke am Werkstück 8 vergrößert werden und der Durchsatz verbessert werden, ohne daß damit eine Verringe rung der Auflösung einhergeht, wenn das Muster übertragen wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann anstelle des Paars der zylindrischen Linsen 16a und 16b eine torische Linse ver wendet werden, die unterschiedliche Brennweiten in zuein ander senkrechten Richtungen aufweist. Auch ist die Blende S nicht auf eine kreisförmige Apertur begrenzt, diese kann statt dessen ein beliebiges anderes geeignetes Profil auf weisen.

Ausführungsbeispiel 2

Diese beispielhafte Ausführungsform ist in Fig. 5 darge stellt, wobei die zylindrischen Linsen 16a und 16b des optischen Kondensorsystems 16 in der beispielhaften Ausführungsform 1 durch zylindrische Spiegel 26a und 26b ersetzt worden sind. In Fig. 5 sind gleiche Bauteile wie in der beispielhaften Ausführungsform 1 unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Weiterhin verwendet Fig. 5 an der Maske 7 und dem Werkstück 8 das gleiche Ko ordinatensystem, wie es in Fig. 4(a) und 4(b) verwendet ist. In dem optischen Weg von der Lichtquelle 11 zur Maske 7 hat der Lichtstrahl in der XY-Richtung an der Maske 7 einen Querschnitt, der mit einer ausgezogenen Linie ange geben ist, und der Lichtstrahl in der YZ-Ebene an der Mas ke 7 hat einen Querschnitt, der mit einer gestrichelten Linie angegeben ist. In den folgenden Beschreibungen ist die Richtung ("zweite Richtung"), die der X-Richtung an der Maske 7 entspricht, als "S"-Richtung bezeichnet, und die Richtung ("erste Richtung"), die der Z-Richtung an der Maske 7 entspricht, ist als "M"-Richtung bezeichnet.

Weiterhin auf Fig. 5 Bezug nehmend wird Licht von der Lichtquelle 11 wie im Fall der beispielhaften Ausführungs form 1 von dem elliptischen Spiegel 12 reflektiert und geht nacheinander durch die Kollimationslinse 14 und die Fly-Eye-Linse 15. Die Fly-Eye-Linse 15 erzeugt zahlreiche Bilder der Lichtquelle in der Ebene einer Apertur, die durch die Blende S gebildet wird, wobei sich diese Blende S auf der Seite der Austrittsebene der Fly-Eye-Linse 15 befindet. Licht von den zahlreichen Bildern der Lichtquel le wird durch ein optisches Kondensorsystem 26 konden siert, das ein Paar zylindrischer Spiegel 26a und 26b ent hält. Die Maske 7 wird durch überlagerte Lichtströme be leuchtet, was durch die ausgezogenen und gestrichelten Li nien angedeutet ist, wobei der optische Weg in der M-Richtung mit einer gestrichelten Linie und der optische Weg in der S-Richtung mit einer ausgezogenen Linie angegeben ist.

Der erste zylindrische Spiegel 26a weist eine Brennweite f_con2 in der S-Richtung in dem optischen Weg auf, und der zweite zylindrische Spiegel 26b weist eine Brennweite f_con1 in der M-Richtung in dem optischen Weg auf. Der erste zy lindrische Spiegel 26a weist keinerlei Lichtumlenkungsver mögen in der M-Richtung auf, und der zweite zylindrische Spiegel 26b weist keinerlei Lichtumlenkungsvermögen in der S-Richtung auf.

Licht von den zahlreichen Bildern der Lichtquelle, die durch die Fly-Eye-Linse 15 erzeugt werden, wird durch den ersten zylindrischen Spiegel 26a kondensiert, der ledig lich in der S-Richtung ein Lichtumlenkvermögen aufweist. Das Licht wird dann durch den zweiten zylindrischen Spie gel 26b, der kein Lichtumlenkvermögen in der S-Richtung aufweist, reflektiert und fällt auf die Maske 7. Die Maske 7 wird demnach durch einen Lichtstrom beleuchtet, der eine numerische Apertur NA₂ aufweist. Weiterhin wird das Licht von den zahlreichen Bildern der Lichtquelle, die durch die Fly-Eye-Linse erzeugt werden, durch den ersten zylindri schen Spiegel 26a, der kein Umlenkvermögen in der M-Rich tung hat, abgelenkt und durch den zweiten zylindrischen Spiegel 26b, der ein Umlenkvermögen nur in der M-Richtung hat, kondensiert und fällt auf die Maske 7. Daher wird die Maske 7 durch einen Lichtstrom mit einer numerischen Aper tur NA₁ beleuchtet.

Die numerische Apertur NA₂ wird durch die Brennweite f_con2 des zweiten zylindrischen Spiegels 26a bestimmt, und die numerische Apertur NA₁ wird durch die Brennweite f_con1 des ersten zylindrischen Spiegels 26b bestimmt. Diese numeri schen Aperturen NA₁ und NA₂ und die Brennweiten f_con1 und f_con2 erfüllen jeweils die Beziehungen (2) bis (5), die oben angegeben sind.

Das Ausführungsbeispiel 2 weist ebenfalls die vorteilhaf ten Eigenschaften des Ausführungsbeispiels 1 auf. Dadurch, daß als optisches Kondensorsystem zwei Spiegel mit unter schiedlichen Brennweiten in zwei senkrechten Richtungen verwendet werden, ermöglicht die Ausführungsform 2 in vor teilhafter Weise, daß die Maske 7 unter Verwendung eines größeren Bereichs von Wellenlängen beleuchtet wird, wäh rend weiterhin eine zufriedenstellende optische Leistung vorhanden ist und keine wesentlichen nachteiligen Wirkun gen durch die chromatische Aberration hervorgerufen werden.

Ausführungsbeispiel 3

Die beispielhafte Ausführungsform 3 wird unter Bezugnahme auf Fig. 6(a) und 6(b) beschrieben. Fig. 6(a) ist eine Ansicht der YZ-Ebene, während Fig. 6(b) eine Ansicht der XY-Ebene zeigt. In Fig. 6(a) und 6(b) sind Bauteile, die die gleichen sind wie in Ausführungsbeispiel 1 und 2, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Auch das Koordinatensy stem, das in Fig. 6(a) und 6(b) verwendet wird, ist das gleiche wie das, welches in Ausführungsbeispiel 1 und 2 verwendet wird.

Dieses Ausführungsbeispiel weist ein optisches Kollima tionssystem 34 auf, das einen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl an einen optischen Integrator, hier die Fly-Eye-Linse 35, führt. Das optische Kollimationssystem 34 weist in jeweils senkrecht aufeinander stehenden Richtungen unterschiedliche Brennweiten auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein optisches Kondensorsystem 36 vorhanden, das Licht von dem optischen Integrator 35 kondensiert, um die Maske 7 zu beleuchten. Das optische Kondensorsystem 36 weist ebenfalls unterschiedliche Brennweiten in jeweils aufeinander senkrecht stehenden Richtungen auf.

Wie Fig. 6(a) und 6(b) weiter zeigen, wird Licht von der Lichtquelle 11 durch den elliptischen Spiegel 12 konden siert, die so angeordnet ist, daß sich die Lichtquelle 11 am ersten Brennpunkt 13a des elliptischen Spiegels 12 be findet, wobei sich ein Bild der Lichtquelle am zweiten Brennpunkt 13b des Spiegels 12 bildet. Licht vom Bild der Lichtquelle geht durch das optische Kollimationssystem 34 hindurch, das eine erste Kondensorlinse 34a aufweist, die lediglich innerhalb der XY-Ebene eine Brechkraft aufweist, und eine zweite Kondensorlinse 34b, die lediglich in der YZ-Ebene eine Brechkraft aufweist. Das Licht fällt dann auf die Fly-Eye-Linse 35. Die Kondensorlinsen 34a und 34b sind so angebracht, daß sich ihre jeweiligen vorderen Brennpunkte an der Position des Bilds der Lichtquelle be finden, das durch den elliptischen Spiegel 12 erzeugt wird. Der Lichtstrom, der auf die Fly-Eye-Linse 35 auf trifft, besteht hauptsächlich aus kollimiertem Licht und hat ein im wesentlichen elliptisches Profil in Querrich tung (in der XZ-Ebene). Die Fly-Eye-Linse 35, die in Fig. 7 dargestellt ist, besteht aus einer Gruppe von mehreren Linsenelementen 35a, deren Querschnittsprofil in Querrich tung jeweils rechteckig ist. Jedes Rechteck weist eine Abmessung L_X in der X-Richtung und eine Abmessung L_Z in der Z-Richtung auf, wobei L_X ≠ L_Z. Das rechteckige Quer schnittsprofil der gesamten Gruppe hat eine Abmessung D_X in der X-Richtung und eine Abmessung D_Z in der Z-Richtung, wobei D_X ≠ D_Z.

Nochmals auf Fig. 6(a) und 6(b) Bezug nehmend, legt die Blende S eine im wesentlichen elliptische Apertur fest und ist an der Austrittsseite der Fly-Eye-Linse 35 angeordnet. Die zahlreichen Bilder der Lichtquelle, die durch die je weiligen Linsenelemente der Fly-Eye-Linse 35 erzeugt wer den, befinden sich an der Öffnung der Blende S.

Licht von den zahlreichen Bildern der Lichtquelle trifft dabei auf das optische Kondensorsystem 36. Das optische Kondensorsystem weist eine erste Kondensorlinse 36a auf, die lediglich in der XY-Ebene eine Brechkraft besitzt, und eine zweite Kondensorlinse 36b, die lediglich in der YZ-Ebene eine Brechkraft besitzt. Die Kondensorlinsen 36a und 36b sind so angebracht, daß sich ihre jeweiligen vorderen Brennpunkte auf der Ebene befinden, die durch die zahlreichen Bilder der Lichtquelle definiert ist, die durch die Fly-Eye-Linse 35 erzeugt werden. Dementsprechend wird die Maske 7 telezentrisch durch das Licht von den zahlreichen Bildern der Lichtquelle beleuchtet.

Wie in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 ist das Ausführungsbeispiel 3 so aufgebaut, daß die maskenseitige numerische Apertur NA₁ des optischen Kondensorsystems 36 in der YZ-Ebene und die maskenseitige numerische Apertur NA₂ des optischen Kondensorsystems in der XY-Ebene die folgende Beziehung erfüllen:

NA₁ < NA₂ (5)

Das optische Kondensorsystem 36 erzeugt einen rechteckigen, beleuchteten Bereich mit einer Länge M_X in der X-Richtung und einer Länge M_Z in der Z-Richtung der Maske 7.

Im folgenden Abschnitt sei die Brennweite der zweiten Kollimationslinse 34b in der YZ-Ebene mit f_col1 bezeichnet, die Brennweite der ersten Kollimationslinse 34a in der XY-Ebene sei mit f_col2 bezeichnet, die Abmessung in X-Richtung eines jeden Elements 35a, das die Fly-Eye-Linse 35 bildet, ist mit L_X bezeichnet, die Abmessung eines jeden Elements 35a in Z-Richtung ist mit L_Z bezeichnet, die Gesamtabmessung in der X-Richtung der Fly-Eye-Linse 35 ist mit D_X bezeichnet. Die Gesamtabmessung in der Z-Richtung der Fly-Eye-Linse 35 ist mit D_Z bezeichnet, die Brennweite in der XY-Ebene der ersten Kondensorlinse 36a ist mit f_con2 bezeichnet, und die Brennweite in der YZ-Ebene der zweiten Kondensorlinse 36b ist mit f_con1 bezeichnet.

Im Hinblick auf das optische Kondensorsystem 36 ergibt sich das Verhältnis β der maskenseitigen numerischen Apertur NA₁ in der YZ-Ebene zu der maskenseitigen numerischen Apertur NA₂ in der XY-Ebene als:

β = NA₁/NA₂ (6)

Das Verhältnis k der Brennweiten der ersten und zweiten Kollimationslinse 34a bzw. 34b ist:

k = f_col2/f_col1 (7)

Das Verhältnis m der Brennweiten der ersten und zweiten Kondensorlinse 36a bzw. 36b ist:

m = f_con2/f_con1 (8)

Damit die obigen Beziehungen (7) und (8) erfüllt sind, erfüllt das Verhältnis β der numerischen Aperturen die folgende Beziehung:

β = m/k (9)

Wenn k 1 ist, dann ist m 1, und wenn k 1 ist, dann ist m 1.

Die Abmessung L_X in der X-Richtung und die Abmessung L_Z in der Z-Richtung eines Linsenelements 35a der Fly-Eye-Linse 35 erfüllen die folgende Beziehung:

(L_Z/L_X)/m = M_Z/M_X (10)

Die Gesamtabmessung D_X in der X-Richtung und die Gesamtabmessung D_Z in der Z-Richtung der Fly-Eye-Linse 35 haben das gleiche Verhältnis wie die entsprechenden Abmessungen in X- und Y-Richtung der Apertur, die durch die Blende S gebildet wird. Daher ist die folgende Beziehung erfüllt:

(D_Z/D_X)m = NA₂/NA₁ (11)

Das optische Kollimationssystem 34 und das optische Kondensorsystem 36 sind so aufgebaut, daß k < 1 und m < 1 ist. Daher sind die folgenden Beziehungen erfüllt:

f_col1 < f_col2 (12)

f_con1 < f_con2 (13)

Die Beleuchtungsstärke E am Werkstück 8 erfüllt die fol gende Beziehung, was auch für das Ausführungsbeispiel 2 gilt:

E = π · B · NA₁ · NA₂ · T (4)

Da die numerische Apertur NA₂, die durch die Auflösung in der Teilungsrichtung des Musters festgelegt ist, ungefähr die gleiche ist wie bei einer herkömmlichen Vorrichtung, wird die Beleuchtungsstärke E am Werkstück 8 durch den Faktor β gegenüber dem Wert vergrößert, der unter Verwen dung einer herkömmlichen Vorrichtung erreicht werden kann.

Da die Aufgabe, die numerische Apertur in zueinander senk rechten Richtungen unterschiedlich groß zu machen, einer seits durch das optische Kollimationssystem 34 und ande rerseits durch das optische Kondensorsystem 36 gelöst wird, stellt diese Ausführungsform in vorteilhafter Weise eine verbesserte optische Leistungsfähigkeit bereit, wobei gleichzeitig eine geringere Gefahr besteht, daß an die Auslegung dieser optischen Systeme unvernünftige Anforde rungen gestellt werden.

Außerdem kann die Fly-Eye-Linse auf zahlreiche Weisen un terschiedlich ausgeführt sein, obwohl in diesem Ausfüh rungsbeispiel eine Fly-Eye-Linse 35 verwendet wurde, die eine 2×8-Gruppe von Linsenelementen 35a aufweist.

Ausführungsbeispiel 4

Die beispielhafte Ausführungsform 4 ist in Fig. 8 dargestellt. In dieser Ausführungsform bildet ein erster und ein zweiter zylindrischer Spiegel 46a, 46b ein optisches Kondensorsystem 46, das die erste und zweite zylindrische Linse 36a, 36b, die in Ausführungsbeispiel 3 verwendet werden, ersetzt.

Die Teile in Fig. 8 sind die gleichen wie in Fig. 6(a) und 6(b) sowie 7 und haben die gleichen Bezugszeichen. Auch ist in Fig. 8 ein Koordinatensystem verwendet, das dem von Fig. 6(b) an der Maske 7 und dem Werkstück 8 ähnlich ist; in dem optischen Weg von der Lichtquelle 11 zur Maske 7 ist der Querschnitt des Lichtstrahls in der XY-Ebene an der Maske 7 mit einer ausgezogenen Linie angegeben, und der Querschnitt des Lichtstrahls in der YZ-Ebene an der Maske 7 ist mit einer gestrichelten Linie angegeben. In der folgenden Erläuterung wird die Richtung, die der X-Richtung an der Maske 7 entspricht, als die "S"-Richtung betrachtet, und die Richtung, die der Z-Richtung an der Maske 7 entspricht, wird als die "M"-Richtung betrachtet.

Weiterhin auf Fig. 8 Bezug nehmend, wird Licht von der Lichtquelle 11 durch den elliptischen Spiegel 12 reflektiert und geht nacheinander durch das optische Kollimationssystem 34 und die Fly-Eye-Linse 35 hindurch. Die Fly-Eye-Linse 35 erzeugt zahlreiche Bilder der Lichtquelle an der Apertur, die durch die Blende S gebildet wird, wobei die Bilder der Lichtquelle in einer Ebene auf der Seite der Austrittsebene der Fly-Eye-Linse 35 angeordnet sind. Licht von den mehrfachen Bildern der Lichtquelle wird durch das optische Kondensorsystem 46 kondensiert, das einen ersten und einen zweiten zylindrischen Spiegel 46a und 46b aufweist. Das von den Bildern der Lichtquelle stammende Licht beleuchtet in überlagerter Weise die Maske 7.

Die zweite Kollimationslinse 34b hat eine Brennweite f_col1 in der M-Richtung in dem optischen Weg, und die Kollimationslinse 34a hat eine Brennweite f_col2 in der S-Richtung in dem optischen Weg. Der erste zylindrische Spiegel 46a hat eine Brennweite f_con2 in der S-Richtung in dem optischen Weg, und der zweite zylindrische Spiegel 46b hat eine Brennweite f_con1 in der M-Richtung in dem optischen Weg. Die erste Kollimationslinse 34a hat keine Brechkraft in der M-Richtung, und die zweite Kollimationslinse 34b hat keine Brechkraft in der S-Richtung. Der erste zylindrische Spiegel 46a hat kein Umlenkvermögen in der M-Richtung, und der zweite zylindrische Spiegel 46b hat kein Umlenkvermögen in der S-Richtung.

In der S-Richtung wird Licht von dem Bild der Lichtquelle, das durch den elliptischen Spiegel 12 erzeugt wird, durch die erste Kollimationslinse 34a kollimiert, die lediglich in der S-Richtung eine Brechkraft aufweist. Das Licht geht dann durch die zweite Kollimationslinse 34b, die keine Brechkraft in der S-Richtung aufweist, und fällt dann auf die Fly-Eye-Linse 35. Die Fly-Eye-Linse 35 erzeugt mehrere Bilder der Lichtquelle. Von den zahlreichen Bildern der Lichtquelle stammendes Licht wird durch den ersten zylindrischen Spiegel 46a kondensiert, der lediglich in der S-Richtung ein Umlenkvermögen hat. Das Licht wird dann durch den zweiten zylindrischen Spiegel 46b, der kein Umlenkvermögen in der S-Richtung aufweist, abgelenkt und kommt an der Maske 7 an. Die Maske 7 wird durch einen Lichtstrom beleuchtet, der eine numerische Apertur NA₂ hat.

Im Hinblick auf den optischen Weg in der M-Richtung geht das Licht von dem Bild der Lichtquelle, das durch den elliptischen Spiegel 12 erzeugt wird, durch die erste Kollimationslinse 34a, die keine Brechkraft in der M-Richtung hat, und wird durch die zweite Kollimationslinse 34b, die lediglich eine Brechkraft in der M-Richtung hat, kollimiert. Das Licht fällt dann auf die Fly-Eye-Linse 35. Die Fly-Eye-Linse 35 erzeugt mehrere Bilder der Lichtquelle. Von den zahlreichen Bildern der Lichtquelle stammendes Licht wird durch den ersten zylindrischen Spiegel 46a, der kein Umlenkvermögen in der M-Richtung hat, abgelenkt und durch den zweiten zylindrischen Spiegel 46b, der lediglich in der M-Richtung ein Umlenkvermögen aufweist, kondensiert und kommt an der Maske 7 an. Die Maske 7 wird durch einen Lichtstrom mit einer numerischen Apertur NA₁ beleuchtet.

Die numerische Apertur NA₁ wird durch den Durchmesser in der M-Richtung der Apertur festgelegt, die durch die Blende S gebildet wird, und durch die Brennweite f_con1 des zylindrischen Spiegels 46b. Die numerische Apertur NA₂ wird durch den Durchmesser in der S-Richtung der Apertur festgelegt, die durch die Blende S gebildet wird, und durch die Brennweite f_con2 des zweiten zylindrischen Spiegels 46a. Die numerischen Aperturen NA₁ und NA₂, das Profil der Apertur der Blende und die Brennweiten f_con1 und f_con2 genügen der oben angegebenen Beziehung (3).

Indem auf diese Weise ein optisches Kondensorsystem mit unterschiedlichen Brennweiten in zwei zueinander senkrechten Richtungen verwendet wird, stellt dieses Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise eine Beleuchtung der Maske 7 in einem breiten Bereich von Wellenlängen bereit, während eine zufriedenstellende optische Leistungsfähigkeit vorhanden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel treten auch keine negativen Auswirkungen aufgrund einer chromatischen Aberration in dem optischen Beleuchtungssystem auf, und es sind die Vorteile vorhanden, die oben im Hinblick auf Ausführungsbeispiel 3 genannt sind.

Ausführungsbeispiel 5

Die beispielhafte Ausführungsform 5 wird unter Bezugnahme auf Fig. 9(a) und 9(b) erläutert. Fig. 9(a) zeigt eine Ansicht der YZ-Ebene, während Fig. 9(b) eine Ansicht der XY-Ebene zeigt. In Fig. 9(a) und 9(b) sind gleiche Bauteile wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Weiterhin ist das XYZ-Koordinatensystem, das in Fig. 9(a) und 9(b) verwendet wird, ähnlich wie das in Fig. 3, Fig. 4(a) und 4(b) verwendete.

Bei dieser Ausführungsform ist eine zweite Lichtquelle vorhanden, die mehrere Bilder der Lichtquelle erzeugt, die durch eine erste Fly-Eye-Linse gebildet werden, und eine dritte Lichtquelle, die mehrere Bilder der Lichtquelle erzeugt, die durch eine zweite Fly-Eye-Linse gebildet werden. Das Querprofil der zweiten Fly-Eye-Linse insgesamt ist rechteckförmig.

Licht von der ersten Lichtquelle 11 wird durch den elliptischen Spiegel 12 kondensiert, der so angeordnet ist, daß sich sein erster Brennpunkt 13a an der Lichtquelle 11 befindet, wobei ein Bild der ersten Lichtquelle 11 am zweiten Brennpunkt 13b des elliptischen Spiegels 12 gebildet wird. Licht von dem Bild der ersten Lichtquelle wird durch das optische Kollimationssystem 14 kollimiert und fällt dann als ein im wesentlichen kollimierter Lichtstrahl auf eine erste Fly-Eye-Linse 55.

Die erste Fly-Eye-Linse 55, die ein Querprofil hat, wie es in Fig. 10(a) dargestellt ist, weist eine Gruppe von Linsenelementen 55a auf. Der Querschnitt eines jeden Linsenelements 55a hat eine Abmessung L_55X in der X-Richtung und eine Abmessung L_55Z in der Z-Richtung. Die Linsenelemente 55a bilden gemeinsam zahlreiche Bilder der Lichtquelle in einer Querebene auf der Seite der Austrittsebene der ersten Fly-Eye-Linse 55.

Eine erste Blende S1, die eine im wesentlichen kreisförmige Apertur festlegt, ist an der Ebene der zahlreichen Bilder der Lichtquelle vorgesehen, die durch die erste Fly-Eye-Linse 55 erzeugt werden. Nachdem das Licht durch die Apertur der ersten Blende hindurchgegangen ist, wird es durch eine Relaislinse 57 kondensiert, die einen vorderen Brennpunkt hat, der sich an der Ebene der zahlreichen Bilder der Lichtquelle, die durch die erste Fly-Eye-Linse 55 erzeugt werden, befindet, so daß das Licht auf eine zweite Fly-Eye-Linse 58 trifft. Die Eintrittsebene der zweiten Fly-Eye-Linse 58 befindet sich dort, wo die zahlreichen Bilder der Lichtquelle, die jeweils durch die Anzahl von Linsenelementen 55a gebildet werden, konvergiert sind, so daß sie einander überlagern.

Die zweite Fly-Eye-Linse 58, die in Fig. 10(b) dargestellt ist, weist eine Gruppe von Linsenelementen 58a auf. Der Querschnitt eines jeden Linsenelements 58a hat eine Abmessung L_58X in der X-Richtung und eine Abmessung L_58Z in der Z-Richtung. Das Querprofil der gesamten Gruppe hat eine Abmessung D_58X in der X-Richtung und eine Abmessung D_58Z in der Z-Richtung.

Weiterhin auf Fig. 9(a) und 9(b) Bezug nehmend, wird eine Anzahl von Bildern der Lichtquelle auf der Seite der Austrittsebene der zweiten Fly-Eye-Linse 58 erzeugt. Eine zweite Blende S2, die eine im wesentlichen elliptische Apertur festlegt, befindet sich dort, wo die zahlreichen Bilder der Lichtquelle, die durch die zweite Fly-Eye-Linse 58 erzeugt werden, gebildet werden. Das Verhältnis der größeren und kleineren Achse der elliptischen Apertur, die durch die zweite Blende S2 festgelegt wird, ist im wesentlichen gleich dem Verhältnis der Abmessung D_58X zur Abmessung D_58Z.

Das von den zahlreichen Bildern der Lichtquelle, die durch die zweite Fly-Eye-Linse 58 erzeugt werden, stammende Licht wird durch eine Kondensorlinse 56 kondensiert. Die Kondensorlinse 56 hat einen vorderen Brennpunkt an der Stelle der mehreren Bilder der Lichtquelle, die durch die zweite Fly-Eye-Linse 58 erzeugt werden, und beleuchtet die Maske 7 telezentrisch mit Licht von den zahlreichen Bildern der Lichtquelle, die sich gegenseitig überlagern.

Das Verhältnis der Länge M_X in der X-Richtung und der Länge M_Z in der Z-Richtung des beleuchteten Bereichs, der sich auf der Maske 7 bildet, ist gleich dem Verhältnis der Abmessung L_58X in der X-Richtung zu der Abmessung L_58Z in der Z-Richtung der Elemente 58a, die die zweite Fly-Eye-Linse 58 bilden. Das bedeutet, daß die folgende Beziehung besteht:

M_X/M_Z = L_58X/L_58Z (14)

Wenn das Verhältnis der größeren und kleineren Achse der Apertur, die durch die zweite Blende S2 festgelegt wird, im wesentlichen gleich dem Verhältnis der Abmessungen D_58X und D_58Z ist, dann ist das Verhältnis der numerischen Apertur NA₁ in der YZ-Ebene und der numerischen Apertur NA₂ in der XY-Ebene wie folgt:

NA₂/NA₁ = D_58X/D_58Z (15)

Um in effizienter Weise Licht in die zweite Fly-Eye-Linse 58 einzuführen, die ein rechteckförmiges Querprofil aufweist, ist dieses Ausführungsbeispiel so ausgelegt, daß das Querprofil eines jeden der Elemente 55a, die die erste Fly-Eye-Linse 55 bilden, das Gesamt-Querprofil der zweiten Fly-Eye-Linse 58 annähert. Daher ist bei diesem Ausführungsbeispiel die folgende Beziehung im Hinblick auf die Abmessung L_55X in der X-Richtung und der Abmessung L_55Z in der Z-Richtung der Elemente 55a und im Hinblick auf die gesamte Abmessung D_58X in der X-Richtung und die gesamte Abmessung D_58Z in der Z-Richtung der zweiten Fly-Eye-Linse 58 erfüllt:

L_55X/L_55Z = D_58X/D_58Z (16)

Ausführungsbeispiel 5 erfüllt weiterhin die Beziehung:

NA₁ < NA₂ (5)

Demzufolge ist, sobald das Verhältnis der großen und klei nen Achse der Apertur, die durch die zweite Blende S2 festgelegt wird, im wesentlichen gleich dem Verhältnis der Abmessungen D_58X und D_58Z ist, die folgende Beziehung er füllt:

D_58X < D_58Z (17)

Die Beleuchtungsstärke E am Werkstück 8 erfüllt die fol gende Beziehung:

E = π·B·NA₁·NA₂·T (4)

Da die numerische Apertur NA₂, die durch die Auflösung in Richtung der Teilung des Musters (pitch direction) festge legt ist, ungefähr die gleiche ist wie bei einer herkömm lichen Vorrichtung, wird die Beleuchtungsstärke E am Werk stück 8 bei diesem Ausführungsbeispiel durch den Faktor β vergrößert, im Vergleich zur Beleuchtungsstärke, die mit einer herkömmlichen Vorrichtung erzielt wird.

Da das optische System, ausgenommen die erste und zweite Fly-Eye-Linse 55 und 58, in diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von normalen, drehsymmetrischen optischen Komponenten aufgebaut werden kann, wird die Herstellung und Einstellung in vorteilhafter Weise erleichtert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind auch die Vorteile vorhanden, die oben im Hinblick auf die in Fig. 3, Fig. 4(a) und 4(b) gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert wurden.

Ausführungsbeispiel 6

Die beispielhafte Ausführungsform 6 wird unter Bezugnahme auf Fig. 11(a) und 11(b) beschrieben. Fig. 11(a) ist eine Ansicht der YZ-Ebene, während Fig. 11(b) eine Ansicht der XY-Ebene ist. In Fig. 11(a) und 11(b) sind gleiche Teile wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In Fig. 11(a) und 11(b) ist ein XYZ-Koordinatensystem verwendet, das ähnlich ist wie das in Fig. 3, 4(a) und 4(b) verwendete.

Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wird auch ein optisches System verwendet, in dem die Relaislinse der Ausführungsform 5 mit unterschiedlichen Brennweiten in gegenseitig senkrechten Richtungen ausgestattet wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 11(a) und 11(b) wird Licht von einer Lichtquelle 11 durch einen elliptischen Spiegel 12 kondensiert, der so angeordnet ist, daß sich sein erster Brennpunkt 13a an der Lichtquelle 11 befindet, wobei ein Bild der Lichtquelle 11 am zweiten Brennpunkt 13b des Spiegels 12 gebildet wird. Licht von dem Bild der Lichtquelle wird durch eine Kollimationslinse 14 kollimiert und fällt auf eine erste Fly-Eye-Linse 65 als ein im wesentlichen kollimierter Lichtstrahl. Die erste Fly-Eye-Linse 65, die in Fig. 12 dargestellt ist, weist eine Gruppe von Linsenelementen 65a auf, die im Querprofil im wesentlichen quadratisch sind. Die erste Fly-Eye-Linse 65 erzeugt eine Anzahl von Bildern der Lichtquelle in einer Ebene, die sich auf der Seite der Austrittsebene der ersten Fly-Eye-Linse 65 befindet.

Weiter auf Fig. 11(a) und 11(b) Bezug nehmend, befindet sich eine erste Blende S1, die eine im wesentlichen kreisförmige Apertur festlegt, an der Stelle der zahlreichen Bilder der Lichtquelle, die durch die erste Fly-Eye-Linse 65 gebildet werden. Nachdem der Lichtstrom durch die Apertur der ersten Blende S1 hindurchgegangen ist, wird er durch ein optisches Relaissystem 67 mit einer ersten und zweiten zylindrischen Relaislinse 67a und 67b kondensiert, von denen jede eine unterschiedliche Brennweite in zueinander senkrechten Richtungen hat. Das Licht fällt dann auf eine zweite Fly-Eye-Linse 58.

Die erste Relaislinse 67a hat eine Brennweite f_r1 in der YZ-Richtung, und die zweite Relaislinse 67b hat eine Brennweite f_r2 in der XY-Richtung. Die vorderen Brennpunkte der ersten und zweiten Relaislinsen 67a und 67b fallen jeweils mit den zahlreichen Bildern der Lichtquelle zusammen, die durch die erste Fly-Eye-Linse 65 gebildet werden. Dementsprechend wird Licht von den zahlreichen Bildern der Lichtquelle, die durch die erste Fly-Eye-Linse 65 erzeugt werden, innerhalb der YZ-Ebene durch die erste Relaislinse 67a kondensiert und innerhalb der XY-Ebene durch die zweite Relaislinse 67b kondensiert und fällt dann auf die zweite Fly-Eye-Linse 58. Die Eintrittsebene der zweiten Fly-Eye-Linse 58 befindet sich dort, wo die zahlreichen Bilder der Lichtquelle, die durch die erste Fly-Eye-Linse 65 erzeugt werden, konvergiert sind und somit einander überlagern.

In dieser Ausführungsform erfüllen die Brennweiten der Relaislinsen 67a und 67b die folgende Beziehung:

f_r1 < f_r2 (18)

Das Querprofil in der XZ-Ebene des Lichtstrahls, der auf die zweite Fly-Eye-Linse 58 auftrifft, ist rechteckförmig, wobei die langen Seiten des Profils in der Z-Richtung liegen. Die Abmessung in X-Richtung der Eintrittsebene der zweiten Fly-Eye-Linse 58 wird mit D_58X bezeichnet, und die Abmessung in Z-Richtung wird mit D_58Z bezeichnet. Da die Querschnitte in der XZ-Ebene der jeweiligen Eintrittsebenen der entsprechenden Linsenelemente 65a der ersten Fly-Eye-Linse 65, deren Eintrittsebenen konjugiert zu der Eintrittsebene der zweiten Fly-Eye-Linse 58 sind, quadratisch sind, ist die folgende Beziehung anwendbar:

f_r1/f_r2 = D_58Z/D_58X (17)

Eine solche Anordnung ermöglicht, daß der Querschnitt des Lichtstrahls, der in die zweite Fly-Eye-Linse 58 eingeführt wird, in ein rechteckförmiges Profil umgewandelt werden kann, selbst wenn eine normale Fly-Eye-Linse als die erste Fly-Eye-Linse 65 verwendet wird.

Die zweite Fly-Eye-Linse 58, die identisch mit der Fly-Eye-Linse ist, die im Ausführungsbeispiel 5 verwendet wird, weist eine Gruppe von Linsenelementen 55a auf. Die Querprofile der Linsenelemente 58a haben jeweils eine Abmessung L_58X in der X-Richtung und eine Abmessung L_58Z in der Z-Richtung. Insgesamt hat das Querprofil des Strahls, der durch die Gruppe hindurchgeht, eine Abmessung D_58X in der X-Richtung und eine Abmessung D_58Z in der Z-Richtung.

Weiter auf Fig. 11(a) und 11(b) Bezug nehmend, werden zahlreiche Bilder der Lichtquelle auf der Seite der Austrittsebene der zweiten Fly-Eye-Linse 58 gebildet. Eine zweite Blende S2, die eine im wesentlichen elliptische Apertur festlegt, befindet sich an der Stelle der zahlreichen Bilder der Lichtquelle, die durch die zweite Fly-Eye-Linse 58 erzeugt werden. Das Verhältnis der größeren und kleineren Achse der elliptischen Apertur, die durch die zweite Blende S2 festgelegt wird, ist im wesentlichen gleich dem Verhältnis der Abmessung D_58X zu der Abmessung D_58Z der zahlreichen Bilder der Lichtquelle, die durch die zweite Fly-Eye-Linse 58 erzeugt werden.

Licht von den zahlreichen Bildern der Lichtquelle, die durch die zweite Fly-Eye-Linse 58 erzeugt werden, wird durch eine Kondensorlinse 56 kondensiert, die einen vorderen Brennpunkt aufweist, der sich an den zahlreichen Bildern der Lichtquelle befindet. Die Kondensorlinse 56 beleuchtet die Maske 7 telezentrisch mit den einander überlagernden Bildern der Lichtquelle.

Wie oben erläutert, ist das Querprofil in der XZ-Ebene eines jeden Linsenelements 65a der ersten Fly-Eye-Linse 65 quadratisch, daher erzeugt jedes Element ein quadratisches Bild der Lichtquelle. Die Relaislinsen 67a und 67b, die unterschiedliche Brennweiten in zueinander senkrechten Richtungen haben, bewirken, daß die Bilder der Lichtquelle an der Eintrittsebene der Linsenelemente 65a in Rechtecke umgewandelt werden, deren lange Seiten sich in der Z-Richtung erstrecken. Im Ausführungsbeispiel 6 ist weiterhin die folgende Beziehung erfüllt:

NA₁ < NA₂ (5)

Die Beleuchtungsstärke E am Werkstück 8 ergibt sich wie bei der beispielhaften Ausführungsform 5 in folgender Weise:

E = π·B·NA₁·NA₂·T (4)

Da die numerische Apertur NA₂, die durch die Auflösung in der Teilungsrichtung des Musters festgelegt ist, im wesentlichen wie bei einer herkömmlichen Vorrichtung ist, wird die Beleuchtungsstärke E am Werkstück 8 bei dieser Ausführungsform um den Faktor β über die Beleuchtungsstärke hinaus vergrößert, die mit einer herkömmlichen Apparatur erzielbar ist.

Ausführungsbeispiel 6 stellt somit eine Vorrichtung bereit, die eine große numerische Apertur in einer Richtung ohne jegliche Verminderung der Lichtausbeute bereitstellt, obwohl das optische System von der Lichtquelle bis zur ersten Fly-Eye-Linse eine Anordnung besitzt, die ähnlich ist wie die, die man bei herkömmlichen Vorrichtungen findet. Unter Verwendung der Ausführungsform 6 kann die Beleuchtungsstärke am Werkstück vergrößert und der Durchsatz verbessert werden, ohne daß eine nennenswerte Verringerung der Auflösung des übertragenen Musters auftritt.

In Ausführungsbeispiel 6 könnte anstelle des optischen Relaissystems 67 mit den zylindrischen Relaislinsen 67a und 67b alternativ eine torische Linse mit unterschiedlichen Brennweiten in zueinander senkrechten Richtungen als optisches Relaissystem verwendet werden.

Weiter unter Bezugnahme auf dieses Ausführungsbeispiel ist die erste Fly-Eye-Linse 65 vorzugsweise als eine Gruppe von mehreren Linsenelementen 65a gestaltet, die jeweils ein quadratisches Querprofil haben. Alternativ könnte die erste Fly-Eye-Linse 65 eine Gruppe von mehreren Elementen aufweisen, die jeweils ein rechteckiges Querprofil haben, wobei sich die langen Seiten in der Z-Richtung erstrecken.

In einem solchen Fall wird die Abmessung in der X-Richtung eines jeden rechteckigen Elements mit L_6X bezeichnet, und die Abmessung in der Z-Richtung würde mit L_6Z bezeichnet. Wenn die Brennweite der Fly-Eye-Linse 58 mit f_f bezeichnet wird, würde ein solches optisches Relaissystem vorzugsweise die folgenden Beziehungen erfüllen:

L_6Z (f_r1/f_f) = D_58Z (18)

L_6X (f_r2/f_f) = D_58X (19)

Es ist ebenfalls möglich, das optische Brechungssystem des Ausführungsbeispiels 6 durch ein entsprechendes optisches Reflexionssystem zu ersetzen.

Die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele 1 bis 6 haben vorzugsweise eine numerische Apertur NA₂ in der Querabtastrichtung, d. h. in der kurzen Richtung der Merkmale des auf der Maske befindlichen Musters, und eine numerische Apertur NA₁ in der Abtastrichtung, d. h. in der langen Richtung der Merkmale des auf der Maske befindlichen Musters, wobei die folgende Beziehung erfüllt ist:

0,01 < NA₂/NA₁ < 1,0 (20)

Gleichung (20) legt einen geeigneten Bereich für das Verhältnis der numerischen Aperturen an der Maske fest. Ein Überschreiten der oberen Grenze der Beziehung (20) würde eine ungeeignete Beleuchtungsstärke an der Maske ergeben, was zu einer unerwünschten Verringerung des Durchsatzes führen würde. Ein Unterschreiten der unteren Grenze der Beziehung (20) würde eine geeignete Beleuchtungsstärke an der Maske ermöglichen, aber zu einem sehr großen Unterschied in den beiden numerischen Aperturen NA₁ und NA₂ in senkrechten Richtungen führen. Dies würde wiederum erfordern, daß die Vorrichtung so angeordnet ist, daß große Unterschiede in den Brennweiten bei den Elementen vorhanden sind, die das optische Beleuchtungssystem bilden, und würde die Komplexität des optischen Beleuchtungssystems in unerwünschter Weise vergrößern.

Ausführungsbeispiel 7

Diese Ausführungsform ist in Fig. 13 dargestellt und weist eine Lichtquelle 20 auf, die beispielsweise aus einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe besteht. Die Lichtquelle 20 ist am ersten Brennpunkt 13a eines elliptischen Spiegels 2 angeordnet. Licht, das durch die Lichtquelle 20 erzeugt wird, erzeugt ein Bild der Lichtquelle am zweiten Brennpunkt 13b des elliptischen Spiegels 2.

Licht vom Bild der Lichtquelle wird durch eine Kollimationslinse 21 in im wesentlichen parallele Strahlen umgewandelt. Das Licht geht dann vorzugsweise durch ein Filter 22, das Licht mit einer geeigneten Wellenlänge zur Bestrahlung des Werkstücks 8 durchläßt. Licht, das durch das Filter 22 geht, fällt auf eine Fly-Eye-Linse 23, die so wirkt, daß sie das Licht in zahlreiche Wellenfronten aufteilt. Die Fly-Eye-Linse 23 besteht aus zahlreichen Linsenelementen 23a, die gemeinsam eine sekundäre Lichtquelle bilden, die aus zahlreichen Bildern der Lichtquelle an der Stelle des hinteren Brennpunkts der Fly-Eye-Linse 23 besteht, d. h. in der Nähe der Austrittsebene der Fly-Eye-Linse 23.

Licht von den mehreren Bildern der Lichtquelle wird durch eine Aperturblende 24 begrenzt, welche eine Apertur 24a festlegt. Licht, das durch die Apertur 24a geht, fällt auf eine Kondensorlinse 25. Nach dem Durchgang durch die Kondensorlinse 25 geht das Licht von den mehreren Bildern der Lichtquelle durch die Maske 7 und fällt auf das Werkstück 8. Die Oberfläche des Werkstücks 8, auf die das Licht auftrifft, ist z. B. mit einem Material beschichtet, das einen Widerstand gegen Lichtdurchgang bildet, so daß ein Bild des Musters der Maske erzeugt wird. Das Muster, das auf dem Werkstück 8 erzeugt wird, besitzt ebenso wie das Muster auf der Maske Richtungseigenschaften.

Damit die Beleuchtungsstärke am Werkstück 8 ausreichend hoch ist, muß die numerische Apertur NA des Lichtstroms, der auf die Maske 7 auftrifft, ausreichend groß sein. Da allerdings, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die Maske 7 und das Werkstück 8 durch einen bestimmten Abstand ("Freistand") voneinander getrennt sind, kann ein einfaches Vergrößern der numerischen Apertur NA dazu führen, daß die Unschärfe des Musters, das auf dem Werkstück 8 abgebildet wird, unannehmbar groß wird.

Wenn das Muster auf der Maske Richtungseigenschaften aufweist, brauchen die Querschnitte von Merkmalen, die sich in der langen Richtung erstrecken, nicht so scharf ausgebildet werden, wenn die Querschnitte von Merkmalen, die sich in der kurzen Richtung des Musters erstrecken, mit genügender Schärfe ausgebildet werden. Daher hat die Apertur 24a, die durch die Blende 24 festgelegt wird, in dieser beispielhaften Ausführungsform ein elliptisches Profil (Fig. 14). Wie aus Fig. 14 hervorgeht, erstreckt sich die Apertur 24a wesentlich länger in einer Richtung, die einer langen Abmessung des Musters der Maske entspricht. Daher ist in dieser Ausführungsform die erste numerische Apertur NA₁ der Beleuchtung, die sich in der langen Richtung des Musters der Maske erstreckt, beträchtlich größer als die zweite numerische Apertur NA₂ der Beleuchtung, die sich in der kurzen Richtung des Musters der Maske erstreckt. Die Fly-Eye-Linse 23 ist so ausgebildet, daß sie ein rechteckiges Querprofil aufweist, das nahezu die elliptische Apertur 24a umschreibt. Alternativ kann die Apertur 24a rechtwinklig sein, damit sie besser zu dem Querprofil der Fly-Eye-Linse 23 paßt.

Die Beleuchtungsstärke E an der Maske 7 ergibt sich aus

E = π·B·NA₁·NA₂ (1)

Wie vorstehend erläutert, muß die zweite numerische Apertur NA₂ der Beleuchtung, die sich in der kurzen Richtung des Musters der Maske erstreckt, auf einen genügend kleinen Wert gesetzt sein, um die gewünschte Auflösung des auf das Werkstück 8 übertragenen Musters zu erhalten. Ein Festlegen der ersten numerischen Apertur NA₁ der Beleuchtung, die sich in der langen Richtung des Musters der Maske erstreckt, auf einen größeren Wert als NA₂ verschlechtert die Auflösung nicht wesentlich. Durch Festlegen der zweiten numerischen Apertur NA₂ der Beleuchtung auf einen genügend kleinen Wert und Festlegen der ersten numerischen Apertur NA₁ der Beleuchtung auf einen genügend gro 30478 00070 552 001000280000000200012000285913036700040 0002019716794 00004 30359ßen Wert kann daher in dieser Ausführungsform die gewünschte Beleuchtungsstärke am Werkstück 8 erhalten werden, während man ebenfalls die vorgeschriebene Auflösung des Musters erzielt.

Ausführungsbeispiel 8

Fig. 5 zeigt bestimmte Merkmale einer Mikrolithographievorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform 8.

Diese Ausführungsform weist bestimmte Ähnlichkeiten zu Ausführungsbeispiel 7 auf, außer daß beim Ausführungsbeispiel 8 ein strahlformendes optisches System 30 verwendet wird, das zwischen der Kollimationslinse 21 und der Fly-Eye-Linse 27 angeordnet ist. Daher haben in Fig. 15 gleiche Teile wie in Fig. 13 gleiche Bezugszeichen.

In der Vorrichtung nach Fig. 15 weist das strahlformende optische System 30 eine erste und eine zweite zylindrische Linse 32 und 33 auf. Die erste zylindrische Linse 32 hat eine negative Brechkraft in der Darstellungsebene von Fig. 15, und keine Brechkraft in der Ebene, die senkrecht zur Darstellungsebene ist und die optische Achse AX enthält. Die zweite zylindrische Linse 33 hat eine positive Brechkraft in der Darstellungsebene und keine Brechkraft in der Ebene, die senkrecht zur Darstellungsebene ist und die optische Achse AX enthält. Daher wird ein Lichtstrom, der durch das strahlformende optische System 30 hindurchgeht, um einen vorgeschriebenen Faktor in einer Richtung senkrecht zur Darstellungsebene der Fig. 15 vergrößert und erhält ein elliptisches Querschnittsprofil, das im wesentlichen zum elliptischen Profil der Apertur 28 paßt, die durch die Aperturblende 28 festgelegt ist. Daher wird bei dieser Ausführungsform der Lichtverlust an der Austrittsebene der Fly-Eye-Linse 27 vermindert.

Das strahlformende optische System 30 arbeitet so, daß es die Bilder der Lichtquelle, die an der Austrittsebene der Fly-Eye-Linse 27 gebildet werden, in der Vergrößerungsrichtung des Lichtstrahls klein macht, d. h. in einer Richtung senkrecht zur Darstellungsebene von Fig. 15. Ähnlich zu der Darstellung nach Fig. 14 ist es so, daß wenn die Fly-Eye-Linse 27 aus Linsenelementen 27a bestünde, die jeweils ein im wesentlichen quadratisches Querprofil hätten, der Füllfaktor der Bilder der Lichtquelle an der Austrittsebene der Fly-Eye-Linse 27 verkleinert werden könnte. In einem solchen Fall wäre die gewünschte Beleuchtungsstärke am Werkstück 8 nicht erreichbar, selbst wenn NA₁ auf einen großen Wert gesetzt würde.

Licht von der Fly-Eye-Linse 27 wird durch eine Linse 31 auf die Maske 7 gelenkt. Die Linse 31 befindet sich um einen axialen Abstand von der austrittsseitigen Bildebene der Fly-Eye-Linse 27 entfernt, der gleich der Brennweite der Linse 31 ist.

Daher ist bei dieser Ausführungsform das Querprofil eines jeden Linsenelements 27a der Fly-Eye-Linse 27 rechtwinklig (Fig. 16) und nicht quadratisch, so daß es zu den Formen der jeweiligen Bilder der Lichtquelle, die an der Austrittsebene der Fly-Eye-Linse 27 gebildet werden, paßt. Jedes rechtwinklige Linsenelement 27a der Fly-Eye-Linse 27 hat eine kurze Seite, die sich in der langen Richtung des Musters der Maske erstreckt, d. h. in der horizontalen Richtung in der Abbildung, und eine lange Seite, die sich in der kurzen Richtung des Muster der Maske erstreckt, d. h. in der vertikalen Richtung in der Abbildung. Daher wird bei dieser beispielhaften Ausführungsform durch das strahlformende optische System 30 der Lichtverlust an der Austrittsebene der Fly-Eye-Linse 27 vermindert und die gewünschte Beleuchtungsstärke am Werkstück 8 erreicht, ohne den Füllfaktor des Bilds der Lichtquelle zu verkleinern.

Ausführungsbeispiel 9

Dieses Ausführungsbeispiel ist identisch mit Ausführungsbeispiel 8, außer daß eine Fly-Eye-Linse 29 verwendet wird, die ein Gesamt-Querprofil hat, wie es in Fig. 17 dargestellt ist.

Bei der Fly-Eye-Linse 27 von Ausführungsbeispiel 8 (Fig. 16) sind weniger Linsenelemente 27a vorhanden, die sich in der vertikalen Richtung der Abbildung erstrecken, als in der horizontalen Richtung. Als Ergebnis kann eine Ungleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke an der Maske 7 und am Werkstück 8 in einer Richtung, die der vertikalen Richtung in der Abbildung entspricht, auftreten. In der Anordnung der Fly-Eye-Linse, die in Fig. 17 dargestellt ist, sind die Linsenelemente 29a, die in der horizontalen Richtung in der Abbildung benachbart zueinander liegen, in der vertikalen Richtung gegeneinander versetzt, um die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke an der Maske 7 und am Werkstück 8 zu vergrößern.

Ausführungsbeispiel 10

Dieses Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 18 erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich wie Ausführungsbeispiel 7 ausgeführt, außer daß beim Ausführungsbeispiel 10 eine Halogenlampe als Lichtquelle 38 verwendet wird und ein sphärischer Spiegel 39 anstelle eines elliptischen Spiegels verwendet wird. In Fig. 18 haben gleiche Teile wie in Ausführungsbeispiel 7 die gleichen Bezugszeichen.

Wenn eine Quecksilberdampflampe als Lichtquelle verwendet wird, wie in den Ausführungsbeispielen 7 und 8, kann das Licht von der Lichtquelle effektiv durch einen elliptischen Spiegel kondensiert werden. Wenn allerdings eine Halogenlampe als Lichtquelle verwendet wird, wie bei dieser Ausführungsform, kann Licht von der Lichtquelle 38 direkt auf die Kollimationslinse fallen.

In der Vorrichtung nach Fig. 18 ist die Lichtquelle 38 am einer Stelle angeordnet, die um einen vorbestimmten Abstand vom Mittelpunkt (auf der optischen Achse AX) auf der Kugelfläche versetzt ist, die die Oberfläche des Spiegels 39 bildet. Licht, das von der Lichtquelle 38 in Fig. 18 nach rechts abgestrahlt wird, fällt unmittelbar auf die Kollimationslinse 21. Licht, das von der Lichtquelle 38 nach links abgestrahlt wird, wird durch den sphärischen Spiegel 39 reflektiert und erzeugt ein Bild 40 der Lichtquelle an einer Stelle, die um den vorgegebenen Versetzungsabstand unterhalb des Mittelpunkts der Kugelfläche liegt, die die Oberfläche des Spiegels 39 bildet. Daher wird das Bild 40 der Lichtquelle an einer Stelle erzeugt, die relativ zu der optischen Achse AX zur Lichtquelle 38 symmetrisch ist. Im Ergebnis wird eine einzelne äquivalente Lichtquelle aus der Lichtquelle 38 und dem Bild 40 der Lichtquelle auf dem Mittelpunkt der Kugelfläche des Spiegels 39 erzeugt, und Licht von der äquivalenten Lichtquelle auf der optischen Achse AX trifft auf die Kollimationslinse 21 auf.

Ausführungsbeispiel 11

Fig. 19 zeigt bestimmte Merkmale dieser beispielhaften Ausführungsform. Ausführungsbeispiel 11 hat einige Merkmale mit der Ausführungsform 8 (Fig. 15) gemeinsam, außer daß sich bei der Ausführungsform 11 eine Abbildungslinse 42 in dem optischen Weg zwischen der Maske 7 und dem Werkstück 8 befindet. Demnach sind die Bauteile in Fig. 19 die gleichen wie in Fig. 15 und haben die gleichen Bezugszeichen.

Die Abbildungslinse 42 macht die Ebene des Musters der Maske optisch konjugiert mit der lichtempfindlichen Oberfläche des Werkstücks 8. Dadurch wird ein erheblicher Arbeitsabstand zwischen dem Werkstück 8 und der Maske 7 erzeugt.

Ausführungsbeispiel 12

Da zylindrische Linsen Linsenoberflächen aufweisen, die zylindrisch sind und eine Krümmung nur in einer einzigen Richtung aufweisen, kann die Herstellung bzw. Bearbeitung solcher Linsenflächen schwierig und daher kostenaufwendig sein. Zusätzlich können zylindrische Linsen eine Korrektur der chromatischen Aberration erfordern.

Daher ist diese Ausführungsform auf eine Mikrolithographievorrichtung gerichtet, die ein anamorphes optisches System aufweist, das leicht hergestellt werden kann und keine chromatische Aberration erzeugt.

Die Gesamtanordnung dieses Ausführungsbeispiels ist in Fig. 20(a) bis (c) und Fig. 21 dargestellt; die Vorrichtung arbeitet wie oben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben. Fig. 20(a) und 20(c) sind Ansichten der XY-Ebene, Fig. 20(b) ist eine Ansicht der XZ-Ebene und Fig. 21 ist eine Ansicht der YZ-Ebene.

Wie in Fig. 3 angegeben, ist dieses Ausführungsbeispiel eine Nah-Mikrolithographievorrichtung vom Abtasttyp, wobei die Belichtung eines Werkstücks 8 dadurch erfolgt, daß eine Maske 7 unter Verwendung eines Beleuchtungssystems 7 beleuchtet wird, während das Werkstück 8 relativ zu der Maske bewegt wird. Die Maske 7 legt ein Muster fest, das in der Z-Richtung länglich ist. Das Werkstück 8 kann ein Film sein, der mit einem Material beschichtet ist, das einen Widerstand gegen Lichtdurchgang aufweist, oder mit einem sonstigen lichtempfindlichen Harz. Das Werkstück wird mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit in der Z-Richtung bewegt. Da das Muster, das auf das Werkstück 8 übertragen wird, in der Z-Richtung länglich ist, wird die Genauigkeit, mit der das Muster übertragen wird, nicht beeinträchtigt, selbst wenn die numerische Apertur innerhalb der YZ-Ebene des Bestrahlungslichts an der Maske 7 groß ist.

Nunmehr auf Fig. 20(a) bis (c) und Fig. 21 Bezug nehmend, wird das zur Beleuchtung dienende Licht durch eine Lichtquelle 11 erzeugt, die z. B. eine Hochdruck-Quecksilberdampflampe aufweist. Das Licht wird durch einen elliptischen Spiegel 72 kondensiert, der so angeordnet ist, daß sein erster Brennpunkt 73a an der Lichtquelle 71 liegt, wobei ein Bild der Lichtquelle am zweiten Brennpunkt 73b des Spiegels 72 erzeugt wird. Licht von dem Bild der Lichtquelle wird durch ein optisches Kollimationssystem 74 im wesentlichen kollimiert, das eine erste Kollimationslinse 74a aufweist, die eine Brechkraft lediglich innerhalb der YZ-Ebene aufweist, und eine zweite Kollimationslinse 74b, die eine Brechkraft lediglich innerhalb der XY-Ebene aufweist. Das Licht trifft dann auf eine Fly-Eye-Linse 75 auf. Die erste und zweite Kollimationslinse 74a und 74b sind so angebracht, daß ihre jeweiligen vorderen Brennpunkte mit dem Bild der Lichtquelle zusammenfallen, das durch den elliptischen Spiegel 72 erzeugt wird. Der Lichtstrahl, der auf die Fly-Eye-Linse 75 trifft, hat ein im wesentlichen elliptisches Querprofil in der XZ-Ebene.

Die Fly-Eye-Linse 75, wie sie in Fig. 22 dargestellt ist, weist eine Gruppe von mehreren Linsenelementen 75a auf, die jeweils einen rechteckigen Querschnitt haben. Jedes Linsenelement 75a hat eine Abmessung L_75X in der X-Richtung und eine Abmessung L_75Z in der Z-Richtung, wobei L_75X ≠ L_75Z. Die gesamte Gruppe hat ein rechteckiges Querprofil mit einer Abmessung D_75X in der X-Richtung und einer Abmessung D_75Z in der Z-Richtung, wobei D_75X ≠ D_75Z.

Das Beleuchtungslicht fällt dann durch eine Blende S, die eine im wesentlichen elliptische Apertur festlegt. Die Blende S befindet sich auf der Ausgangsseite der Fly-Eye-Linse 75. Die zahlreichen Bilder der Lichtquelle, die durch die jeweiligen Linsenelemente 75a der Fly-Eye-Linse 75 erzeugt werden, bilden sich an der Ebene der Apertur, die durch die Blende S festgelegt ist.

Licht von den mehreren Bildern der Lichtquelle trifft auf eine Kondensorlinse 76 auf. Die Kondensorlinse 76 ist so angebracht, daß ihr vorderer Brennpunkt mit den mehreren Bildern der Lichtquelle, die durch die Fly-Eye-Linse 75 erzeugt werden, zusammenfällt. Eine Feldblende FS wird mit den konvergierten, zahlreichen Bildern der Lichtquelle beleuchtet. Die Feldblende FS legt eine im wesentlichen rechteckige Apertur fest, die eine lange Abmessung hat, die sich in der Z-Richtung erstreckt.

Bezugnehmend auf Fig. 21 geht Licht von der Feldblende FS durch ein optisches Relaissystem 77 hindurch, das einen ersten und zweiten sphärischen Spiegel M1 und M2 aufweist, und kommt an der Maske 7 an. Licht, das durch die Maske 7 hindurchgeht, beleuchtet das Werkstück 8 und überträgt dadurch das auf der Maske 7 festgelegte Muster auf das Werkstück 8. Die sphärischen Spiegel M1 und M2 werden im einzelnen weiter unten erläutert.

Fig. 21 zeigt die Reflexion von Strahlen von dem ersten und zweiten sphärischen Spiegel M1 und M2 innerhalb der Meridionalebene. Der erste sphärische Spiegel M1 weist eine reflektierende Oberfläche auf, die aus einem Teil einer Kugelfläche besteht, deren Krümmungsradius R1 um einen ersten Krümmungsmittelpunkt C1 negativ ist. Der zweite sphärische Spiegel M2 weist eine reflektierende Oberfläche auf, die aus einem Teil einer Kugelfläche besteht, deren Krümmungsradius R2 um einen zweiten Krümmungsmittelpunkt C2 positiv ist. Der erste und der zweite sphärische Spiegel M1 und M2 sind so angeordnet, daß sich eine Achse A_X als eine gerade Linie vom ersten Krümmungsmittelpunkt C1 zum zweiten Krümmungsmittelpunkt C2 erstreckt. Ein Abstand L zwischen dem ersten und dem zweiten Krümmungsmittelpunkt C1 und C2 ist näherungsweise gleich |R1-R2|/2^1/2. Die sphärischen Spiegel M1 und M2 sind jeweils so angeordnet, daß sich die Feldblende FS innerhalb einer Ebene befindet, die senkrecht zu der Achse A_X ist und den Krümmungsmittelpunkt C1 enthält.

In der Meridionalebene verlaufende Strahlen des Lichts, das durch die Feldblende FS geht, werden durch den ersten sphärischen Spiegel M1 an einem ersten konjugierten Punkt I1, der konjugiert zu der Feldblende FS ist, auf der Achse A_X kondensiert. Licht von dem ersten konjugierten Punkt I1 wird durch den zweiten sphärischen Spiegel M2 an einem zweiten konjugierten Punkt I2 auf der Maske 7 kondensiert. Der zweite konjugierte Punkt I2 ist zu dem ersten konjugierten Punkt I1 konjugiert. Die Feldblende FS und der erste konjugierte Punkt I1 stehen für Strahlen innerhalb der Meridionalebene in einem Vergrößerungs- bzw. Abbildungsverhältnis von 1 : 1. Der erste konjugierte Punkt I1 und der zweite konjugierte Punkt I2 stehen für Strahlen innerhalb der Meridionalebene in einem Vergrößerungs- bzw. Abbildungsverhältnis von 1 : 1. Daher wird für solche Strahlen die Feldblende FS auf der Maske 7 mit einer Vergrößerung von 1 abgebildet.

Der Verlauf der Strahlen in der Meridionalebene ist vollständiger in Fig. 23 dargestellt. Fig. 24 zeigt Strahlen in der Sagittalebene, die senkrecht zu der Meridionalebene ist.

In Fig. 23 sind der erste und zweite sphärische Spiegel M1 und M2 so angeordnet, wie oben im Hinblick auf Fig. 21 erläutert. Wie aus Fig. 23 hervorgeht, ist die Achse A_X eine gerade Linie, die sich zwischen dem ersten und zweiten Krümmungsmittelpunkt C1 und C2 über eine Länge L erstreckt. Die Länge L genügt vorzugsweise der folgenden Beziehung:

0,8L < |R1-R2|/2^1/2 < 1, 2L (21)

Darüber hinaus sind der erste und der zweite sphärische Spiegel M1 und M2 so angeordnet, daß der Objektpunkt O (Objektebene) innerhalb einer Ebene liegt, die senkrecht zu der Achse A_X verläuft und den ersten Krümmungsmittelpunkt C1 enthält.

Die oben angegebene Beziehung (21) legt die bevorzugte Anordnung des ersten und des zweiten sphärischen Spiegels M1 und M2 fest. Es ist nicht erwünscht, daß die Beziehung (21) nicht erfüllt ist, da eine solche Situation zu einer unannehmbar großen Aberration führen kann, wodurch kein zufriedenstellendes Bild auf dem Werkstück erzeugt würde.

Fig. 23 erläutert den optischen Weg von Strahlen innerhalb einer Ebene, die die Achse A_X und den Objektpunkt O enthält, wobei diese Ebene als "Meridionalebene" bezeichnet wird. Unter den Strahlen, die sich von dem Objektpunkt O ausbreiten, fallen Strahlen, die in der Meridionalebene liegen und eine vorgeschriebene numerische Apertur aufweisen, auf den ersten sphärischen Spiegel M1. Die Strahlen werden von dem ersten sphärischen Spiegel M1 um einen Winkel von etwa 90° reflektiert und konvergieren auf der Achse A_X am Bildpunkt I1, wodurch ein Bild des Objektpunkts O erzeugt wird.

Der Objektpunkt O befindet sich auf einer Ebene, die zur Achse A_X senkrecht ist und den ersten Krümmungsmittelpunkt C1 enthält. Da der Abstand zwischen dem Objektpunkt O und der Achse A_X etwa |R1|/2^1/2 beträgt, wird das Bild I1 des Objektpunkts O in der Meridionalebene im wesentlichen auf der Achse A_X bei einer Bildvergrößerung von 1 erzeugt.

Fig. 24 zeigt den optischen Weg innerhalb einer Ebene, die senkrecht zur Meridionalebene ist und hierbei als "Sagittalebene" bezeichnet wird. Unter den Strahlen, die sich von dem Objektpunkt O ausbreiten, werden Strahlen, die in der Sagittalebene liegen und eine vorgeschriebene numerische Apertur haben, von dem ersten sphärischen Spiegel M1 reflektiert. Da sich der Objektpunkt O bezüglich des ersten sphärischen Spiegels M1 in einer Ebene befindet, die senkrecht zu der Achse A_X ist und den ersten Krümmungsmittelpunkt C1 enthält, und da der Abstand zwischen dem Objektpunkt O und der Achse A_X näherungsweise |R1|/2^1/2 beträgt, bilden divergente Strahlen vom Objektpunkt O innerhalb der Sagittalebene einen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl innerhalb der Sagittalebene.

Innerhalb der Ebene, die die Achse A_X enthält und senkrecht zu einer geraden Linie ist, die sich zwischen dem Objektpunkt O und dem ersten Krümmungsmittelpunkt C1 erstreckt, wird daher das Bild I1 des Objektpunkts in einem Bogen ausgebreitet, der konkav ist, gesehen von der Seite des Krümmungsmittelpunkts C1.

Weiter auf Fig. 23 Bezug nehmend, fallen unter den Strahlen, die sich von dem Bild I1 ausbreiten, solche Strahlen, die sich innerhalb der Meridionalebene ausbreiten, auf den zweiten sphärischen Spiegel M1 mit der gleichen numerischen Apertur wie die von den Strahlen, die sich von dem Objektpunkt O zu dem ersten sphärischen Spiegel M1 ausbreiten. Die Strahlen werden durch den zweiten sphärischen Spiegel M2 um etwa 90° reflektiert und konvergieren auf eine Ebene, die zu der Achse A_X senkrecht ist. Daher erzeugt der zweite sphärische Spiegel M2 in der Meridionalebene ein zweites Bild I2 des Objektpunkts O.

In der Meridionalebene ist der Objektpunkt des zweiten sphärischen Spiegels M2 I1. Da sich das Bild I1 näherungsweise in einer Ebene befindet, die den zweiten Krümmungsmittelpunkt C2 enthält und senkrecht zu einer geraden Linie ist, die sich zwischen dem zweiten Krümmungsmittelpunkt C2 und dem zweiten Bild I2 erstreckt, und da der Abstand zwischen dem Bild I1 und dem zweiten Krümmungsmittelpunkt C2 ungefähr |R2|/2^1/2 beträgt, hat das zweite Bild I2, das ein Bild des Bilds I1 ist, eine Vergrößerung von 1 innerhalb der Meridionalebene. Die numerische Apertur der Strahlen, die sich von dem zweiten sphärischen Spiegel M2 in Richtung auf das zweite Bild I2 ausbreiten, ist ebenfalls die gleiche wie die numerische Apertur von Strahlen, die sich von dem Objektpunkt O zum ersten sphärischen Spiegel M1 ausbreiten.

Nachfolgend auf Fig. 24 Bezug nehmend, breitet sich Licht von dem ersten Bild I1 in Richtung auf den zweiten sphärischen Spiegel M2 als kollimierter Strahl innerhalb der Sagittalebene aus. Der zweite sphärische Spiegel M2 lenkt diesen kollimierten Strahl um etwa 90° ab. Der Strahl wird auf eine Ebene kondensiert, die senkrecht zur Achse A_X verläuft und den zweiten Krümmungsmittelpunkt C2 enthält. Als Ergebnis ist die Vergrößerung der Abbildung entlang des optischen Wegs innerhalb der Sagittalebene |R2/R1|.

Daher führen der erste und zweite sphärische Spiegel M1 und M2 gemeinsam eine Abbildung bei einer Vergrößerung von 1 innerhalb der Meridionalebene aus. Die Vergrößerung innerhalb der Sagittalebene hängt vom Verhältnis von R1 zu R2 ab. Als Ergebnis kann ein gewünschtes Vergrößerungsverhältnis in zueinander senkrechten Querschnitten erhalten werden, d. h. der Meridionalebene gegenüber der Sagittalebene, indem das Verhältnis von R1 zu R2 verändert wird. Da die Spiegel M1 und M2 die Notwendigkeit von optischen Elementen mit Brechwirkung beseitigen, wodurch eine chromatische Aberration erzeugt werden kann, wird darüber hinaus bei dieser beispielhaften Ausführungsform im Prinzip keine chromatische Aberration erzeugt. Weiterhin ist dieses Ausführungsbeispiel leicht herzustellen, was teilweise daran liegt, daß die sphäri schen Spiegel M1 und M2 leicht zu bearbeiten sind.

Fig. 20(a) bis 20(c) zeigen die Trajektorien von Strahlen in der Sagittalebene. In der Sagittalebene überlappt die Achse A_X die optische Achse des optischen Beleuchtungssy stems, das die Lichtquelle 71 bis zur Kondensorlinse 76 umfaßt. Strahlen, die sich in der Sagittalebene in der Y-Richtung ausbreiten, konvergieren an der Feldblende FS und divergieren unterhalb der Feldblende, wonach sie vom er sten sphärischen Spiegel M1 reflektiert werden.

Der erste sphärische Spiegel M1 reflektiert die Strahlen in der Z-Richtung und kollimiert die Strahlen auch im we sentlichen (Fig. 20 (b)). Der im wesentlichen kollimierte Strahl wird in der Y-Richtung durch den zweiten sphäri schen Spiegel M2 reflektiert, der auch die Strahlen auf die Maske 7 kondensiert. An der Maske beträgt das Vergrö ßerungsverhältnis der Abbildung innerhalb der Sagittalebe ne |R2/R1|.

Unter den Strahlen, die die Feldblende FS beleuchten, ist die numerische Apertur der meridionalen Strahlen größer als die numerische Apertur der sagittalen Strahlen. Da der erste und zweite sphärische Spiegel M1 und M2 eine Abbil dung bei einer Vergrößerung von 1 innerhalb der Meridionalebene ausführen, wird die numerische Apertur der Meridionalstrahlen beibehalten. Die numerische Apertur der sagittalen Strahlen ist eine Funktion des Verhältnisses des Krümmungsradius R1 des ersten sphärischen Spiegels M1 und des Krümmungsradius des zweiten sphärischen Spiegels M2. Da bei diesem Ausführungsbeispiel |R1| < |R2| gilt, wird die numerische Apertur NA₂ der sagittalen Strahlen an der Maske 7 weiter reduziert. Wenn die numerische Apertur der meridionalen Strahlen NA₁ ist, ist die folgende Beziehung erfüllt:

NA₁ < NA₂ (5)

Die numerische Apertur NA₂, die durch die Auflösung in Richtung der Teilung des Musters festgelegt ist, wird so gesetzt, daß sie etwa gleichgroß ist wie bei einer herkömmlichen Nah-Mikrolithographievorrichtung. Die numerische Apertur NA₁ wird bei dieser Ausführungsform über die einer herkömmlichen Vorrichtung erhöht. Die Beleuchtungsstärke E am Werkstück W wird durch die folgende Gleichung gegeben:

E = π·B·NA₁·NA₂, (1)

wobei B die Lichtstärke der Lichtquelle 71 bezeichnet. Daher wird die Beleuchtungsstärke an der Maske um den Faktor NA₁/NA₂ vergrößert.

Da das Muster der Maske in einer vorgeschriebenen Richtung länglich ist, wobei NA₁ in der vorgeschriebenen Richtung größer als NA₂ in einer Richtung senkrecht zu der vorgeschriebenen Richtung ist, wird die Beleuchtungsstärke am Werkstück 8 vergrößert und der Durchsatz verbessert, ohne daß eine Verschlechterung der Auflösung bei der Übertragung des Musters auftritt.

Ausführungsbeispiel 13

In der Ausführungsform nach Fig. 23 und 24 bewirkt der erste sphärische Spiegel M1, daß das Licht von dem Objektpunkt O ein bogenförmiges Profil in der Sagittalebene annimmt, die den Bildpunkt I1 beinhaltet. Da der zweite sphärische Spiegel M2 eine weitere Vergrößerung des bogenartigen Profils bewirkt, ist es möglich, daß Strahlen, die am zweiten Bildpunkt I2 eintreffen, Aberration zeigen.

Diese beispielhafte Ausführungsform verhindert, daß irgendeine Aberration auftritt, wie vorstehend beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist das gleiche wie Ausführungsbeispiel 12, bis auf die veränderte Anordnung der ersten und zweiten sphärischen Spiegel M1 und M2, die in Fig. 25 dargestellt sind. Unter Bezugnahme auf Fig. 25 gilt, daß wenn der Krümmungsmittelpunkt C1 des ersten sphärischen Spiegels M1 und der Krümmungsmittelpunkt C2 des zweiten sphärischen Spiegels M2 auf der gleichen Seite von Liniensegmenten liegen, die jeweils zwischen dem ersten sphärischen Spiegel M1 und dem zweiten sphärischen Spiegel M2 gezogen sind, d. h. wenn die Anordnung so ist, daß die Krümmungsradien R1 und R2 gleiches Vorzeichen haben, sich jegliche Aberrationen, die durch den ersten sphärischen Spiegel M1 hervorgerufen werden und Aberrationen, die durch den zweiten sphärischen Spiegel M2 hervorgerufen werden, gegenseitig aufheben. Eine solche Anordnung ermöglicht, daß am zweiten Bildpunkt I2 eine verminderte Aberration auftritt.

Sowohl in Ausführungsbeispiel 12 als auch in Ausführungsbeispiel 13 ist die Herstellung vereinfacht, da (1) die optischen Elemente, die das optische Beleuchtungssystem bilden, alle aus optischen Elementen erstellt werden können, die rotationssymmetrisch in Bezug auf die optische Achse des Systems sind, und da (2) die optischen Elemente auf der Maskenseite der Fly-Eye-Linse 75 rotationssymmetrisch sind.

Die beispielhaften Ausführungsformen 12 und 13 sind so angeordnet, daß eine Belichtung durch Abtasten erfolgt. Obwohl Abtasten dazu führen kann, daß die Maske einem beleuchtenden Lichtstrahl ausgesetzt wird, der ein bogenförmiges Querschnittsprofil hat, stellt dies kein Problem dar. Wenn ein rechteckiges Querschnittsprofil gewünscht ist, kann die Form der Apertur, die durch die Feldblende FS festgelegt wird, entsprechend verändert werden.

In den Ausführungsformen 12 und 13 befindet sich die Feldblende FS an einer Stelle, die konjugiert zur Maske 7 ist. Eine repräsentative Feldblende FS ist in Fig. 26 dargestellt und zeigt an, daß die Aperturweite in der Z-Richtung variabel gegenüber der X-Richtung gemacht werden kann, um eine Einstellung des Belichtungswerts zu ermöglichen.

Die Feldblende FS von Fig. 26 weist ein Rahmenteil FSa und einen beweglichen Abschnitt FSb auf. Der bewegliche Abschnitt FSb weist mehrere Segmente auf, die relativ zueinander in der Z-Richtung eingestellt werden können. Daher kann die Form der Apertur, die durch die Feldblende FS festgelegt wird, dadurch verändert werden, daß die Breite in der Z-Richtung als Funktion der X-Richtung verändert wird.

Falls eine Ungleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke in Richtung quer zur Abtastrichtung an der Maske 7 auftreten sollte, kann die Breite der beleuchteten Zone in der Abtastrichtung so verändert werden, daß ein konstanter kumulativer Belichtungswert am Werkstück 8 erreicht oder beibehalten wird. Eine Vielzahl von austauschbaren Feldblenden kann wahlweise verwendet werden, wobei jede eine unterschiedlich geformte Apertur festlegt.

Im Hinblick auf die Ausführungsbeispiele 12 und 13 erfüllt die numerische Apertur NA₁ in der Abtastrichtung, d. h. der langen Richtung des Musters der Maske, und die numerische Apertur NA₂ in der Richtung quer zur Abtastrichtung, d. h. der kurzen Richtung des Musters der Maske, vorzugsweise die folgende Beziehung:

0,01 < NA₂/NA₁ < 1,0 (20)

Ein Überschreiten der oberen Grenze des Ausdrucks (20) bei dieser Ausführungsform würde einen adäquaten Anstieg der Beleuchtungsstärke an der Maske 7 verhindern, was zu einem unerwünschten Rückgang im Durchsatz führen könnte. Ein Abfall unterhalb der unteren Grenze würde einen adäquaten Anstieg der Beleuchtungsstärke an der Maske ermöglichen; eine solche Situation ist allerdings unerwünscht, da die sich ergebenden großen Unterschiede der numerischen Aperturen in der zueinander senkrechten Richtungen große Unterschiede in den Brennweiten unter den Elementen, die das optische Beleuchtungssystem bilden, erfordern würde. Eine solche Bedingung könnte die Komplexität des optischen Beleuchtungssystems in unerwünschter Weise vergrößern.

Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiede nen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

1. Mikrolithographievorrichtung zum Erzeugen eines Bildes eines auf einer Maske befindlichen Musters auf einem lichtempfindlichen Substrat, wobei die Vorrichtung ein optisches Beleuchtungssystem zum Belichten einer ebenen Maske beinhaltet, die ein vorgegebenes Muster festlegt, wobei das optische Beleuchtungssystem eine erste numeri sche Apertur der Beleuchtung in einer ersten Richtung in der Ebene des auf der Maske befindlichen Musters und eine zweite numerische Apertur der Beleuchtung in einer zweiten Richtung aufweist, die senkrecht zu der ersten Richtung ist, in der Ebene des auf der Maske befindlichen Musters, und wobei sich die erste numerische Apertur von der zwei ten numerischen Apertur unterscheidet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Maske befindliche Muster Merkmale fest legt, die eine lange Richtung und eine kurze Richtung ha ben, wobei sich die erste numerische Apertur in der langen Richtung des auf der Maske befindlichen Musters erstreckt und die zweite numerische Apertur sich in der kurzen Rich tung des auf der Maske befindlichen Musters erstreckt und die erste numerische Apertur größer ist als die zweite numerische Apertur.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Beleuchtungssystem ferner umfaßt:

a) eine Lichtquelle, die einen Beleuchtungslichtstrom erzeugt;
b) eine Fly-Ey-Linse, die axial unterhalb der Lichtquelle angeordnet ist und mehrere Linsenelemente enthält, und die so arbeitet, daß sie aus dem Beleuchtungslichtstrom mehre re Bilder der Lichtquelle erzeugt;
c) eine Blende, die sich axial unterhalb der Fly-Ey-Linse befindet, wobei die Blende eine Apertur besitzt, durch die das Licht von den mehreren Bildern der Lichtquelle hin durchgeht; und
d) eine Kondensorlinse axial unterhalb der Blende, um das Licht, das durch die Apertur hindurchgeht, auf die Maske zu kondensieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Apertur in Querrichtung ein Profil hat, das eine längere Abmessung und, senkrecht zu der längeren Abmes sung, eine kürzere Abmessung aufweist, wobei die längere Abmessung mit der langen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale ausgerichtet ist und die kürzere Abmessung mit der kurzen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale ausgerichtet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fly-Eye-Linse insgesamt in Querrichtung ein Profil hat, das eine lange Abmessung und, senkrecht zu der langen Abmessung, eine kurze Abmessung aufweist, wobei die lange Abmessung der Fly-Eye-Linse mit der langen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale ausgerichtet ist und die kurze Abmessung der Fly-Eye-Linse mit der kurzen Ab messung der durch die Maske festgelegten Merkmale ausge richtet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fly-Eye-Linse in Querrichtung ein rechteckiges Profil aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiter gekennzeichnet durch ein strahlformendes optisches System zum Umformen des Beleuchtungslichtstroms von der Lichtquelle gemäß dem Querprofil der Apertur.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fly-Eye-Linse mehrere parallele, sich axial er streckende Linsenelemente aufweist, wobei jedes Linsenele ment in Querrichtung ein rechtwinkliges Profil hat, mit kurzen Seiten, die sich in einer Richtung erstrecken, die der langen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale entspricht, und mit langen Seiten, die sich in einer Richtung erstrecken, die der kurzen Abmessung der durch die Maske festgelegten Merkmale entspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung so arbeitet, daß sie eine Belichtung des Substrats bewirkt, wobei die Maske in geringem Abstand zu dem Substrat angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter gekennzeichnet durch ein optisches Bilderzeugungssystem, das so arbeitet, daß es das Muster der Maske konjugiert zu einer lichtemp findlichen Oberfläche des Substrats anordnet, wobei sich das optische Bilderzeugungssystem in Axialrichtung zwi schen der Maske und dem Substrat befindet.

11. Vorrichtung zur abtastenden Nah-Typ-Mikrolithographie, mit einem optischen Beleuchtungssystem zum Beleuchten ei ner ebenen Maske, die ein vorgegebenes Muster festlegt, und zum Erzeugen eines Abbilds des Musters der Maske auf einer lichtempfindlichen Oberfläche eines Werkstücks, wo bei das optische Beleuchtungssystem entlang einer opti schen Achse angeordnet ist und eine erste werkstückseitige numerische Apertur NA₁ der Beleuchtung aufweist, die in einer ersten Richtung quer zu der optischen Achse ausge richtet ist, und eine zweite werkstückseitige numerische Apertur NA₂ der Beleuchtung, die in einer zweiten Richtung quer zu der optischen Achse und senkrecht zu der ersten Richtung ausgerichtet ist, wobei sich die erste numerische Apertur von der zweiten numerischen Apertur unterscheidet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster der Maske Merkmale festlegt, die eine lange Richtung und eine kurze Richtung haben, wobei sich die erste numerische Apertur in der langen Richtung des Mu sters der Maske und die zweite numerische Apertur in der kurzen Richtung des Musters der Maske erstreckt, wobei die erste numerische Apertur größer ist als die zweite numeri sche Apertur.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Beleuchtungssystem so arbeitet, daß es einen Beleuchtungslichtstrom erzeugt, der in Querrichtung ein vorbestimmtes Profil aufweist, das in der zweiten Richtung länger ist als in der ersten Richtung.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung die Maske und das Werkstück während der Belichtung des Musters der Maske auf die lichtempfind liche Fläche des Werkstücks in der ersten Richtung abta stet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Beleuchtungssystem weiter umfaßt:

a) eine Beleuchtungslichtquelle, die einen Beleuchtungs lichtstrom erzeugt;
b) eine Fly-Eye-Linse, die sich axial unterhalb der Be leuchtungslichtquelle befindet, damit der Beleuchtungs lichtstrom durch die Fly-Eye-Linse hindurchgeht und mehre re Bilder der Lichtquelle erzeugt; und
c) ein optisches Kondensorsystem, das sich axial unter halb der Fly-Eye-Linse befindet, um das Licht von den meh reren Bildern der Lichtquelle zu kondensieren, wobei das optische Kondensorsystem eine erste Brennweite f_con1 in der ersten Richtung und eine zweite Brennweite f_con2 in der zweiten Richtung aufweist, wobei f_con1 ≠ f_con2.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Beleuchtungssystem weiter aufweist:

a) eine Beleuchtungslichtquelle, die einen Beleuchtungs lichtstrom erzeugt;
b) ein optisches Kollimationssystem, das sich in Axial richtung unterhalb der Beleuchtungslichtquelle befindet und so arbeitet, daß es den Beleuchtungslichtstrom in ei nen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl umformt, der eine erste Brennweite f_col1 in der ersten Richtung und eine zweite Brennweite f_col2 in der zweiten Richtung aufweist, wobei f_col1 ≠ f_col2;
c) einen optischen Integrator, der sich in Axialrichtung unterhalb des optischen Kollimationssystems befindet, so daß der im wesentlichen kollimierte Lichtstrahl in mehrere Bilder der Lichtquelle umgeformt wird; und
d) ein optisches Kondensorsystem, das sich in Axialrich tung unterhalb des optischen Integrators befindet, so daß das Licht von den mehreren Bildern der Lichtquelle auf der Maske kondensiert wird, wobei das optische Kondensorsystem eine erste Brennweite f_con1 in der ersten Richtung und eine zweite Brennweite f_con2 in der zweiten Richtung aufweist, wobei f_con1 ≠ f_con2.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß f_col1 < f_col2f_con1 < f_con2

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Beleuchtungssystem weiter umfaßt:

a) eine Beleuchtungslichtquelle, die einen Beleuchtungs lichtstrom erzeugt;
b) einen ersten optischen Integrator, der sich axial un terhalb der Beleuchtungslichtquelle befindet, um aus dem Beleuchtungslichtstrom eine erste Anordnung von mehreren Bildern der Lichtquelle zu erzeugen;
c) einen zweiten optischen Integrator, der sich axial unterhalb des ersten optischen Integrators befindet, so daß aus der ersten Anordnung von Bildern der Lichtquelle eine zweite Anordnung von Bildern der Lichtquelle erzeugt wird, wobei der zweite optische Integrator eine Ausgangs ebene mit einer ersten Abmessung, die sich in der ersten Richtung erstreckt, und eine zweite Abmessung, unter schiedlich gegenüber der ersten Abmessung, die sich in der zweiten Richtung erstreckt, aufweist; und
d) ein optisches Kondensorsystem, das sich axial unter halb des zweiten optischen Integrators befindet, wobei das optische Kondensorsystem das Licht von der zweiten Anord nung der Bilder der Lichtquelle kondensiert.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß 0,01 < Na₂/NA₁ < 1,0

20. Verfahren zur Nahbelichtung zum Übertragen eines vor gegebenen Musters, das durch eine Maske festgelegt ist, auf eine lichtempfindliche Fläche eines Werkstücks, das sich in der Nähe der Maske befindet und einen Freistands-Abstand von der Maske aufweist, mit den Schritten:

a) Bereitstellen eines Beleuchtungslichtstroms mit einer ersten werkstückseitigen numerischen Apertur NA₁ in einer Abtastrichtung und mit einer zweiten werkstückseitigen numerischen Apertur NA₂ in einer Richtung quer zur Abta stung, wobei NA₁ < NA₂; und
b) Beleuchten der Maske mit dem Beleuchtungslichtstrom, um das auf der Maske befindliche Muster auf die lichtemp findliche Fläche des Werkstücks zu übertragen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske und das Werkstück während des Schritts (b) relativ zueinander in der Abtastrichtung bewegt werden.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske Merkmale aufweist, die in einer ersten Rich tung länglich sind, wobei der Schritt (b) das Beleuchten der Maske umfaßt, während die erste Richtung der Maske mit der Abtastrichtung ausgerichtet ist.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (b) die Maske mit einem Beleuchtungslicht strom beleuchtet wird, der in Querrichtung ein Profil auf weist, das in einer ersten Richtung kürzer ist als in ei ner zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung.

24. Vorrichtung für die Nah-Typ-Mikrolithographie zum Er zeugen eines Bildes eines auf einer Maske befindlichen Musters auf einem lichtempfindlichen Substrat, wobei die Vorrichtung ein optisches Beleuchtungssystem zum Beleuch ten einer ebenen Maske aufweist, die ein vorgegebenes Mu ster festlegt, wobei das optische Beleuchtungssystem ein Relaisoptiksystem mit einem ersten und einem zweiten sphä rischen Spiegel aufweist, wobei der erste Spiegel so an geordnet ist, daß er in einem Lichtstrom, der sich von einem Objektpunkt aus ausbreitet, meridionale Strahlen kondensiert, an einem zu dem Objektpunkt konjugierten Punkt, und sagittale Strahlen in dem sich von dem Objekt punkt aus ausbreitenden Lichtstrom im wesentlichen kolli miert, und wobei der zweite sphärische Spiegel so angeord net ist, daß er die meridionalen Strahlen, die sich von dem konjugierten Punkt aus ausbreiten, und die im wesent lichen kollimierten sagittalen Strahlen an einem einzigen Bildpunkt kondensiert.

25. Vorrichtung zur Nah-Typ-Mikrolithographie zum Übertra gen eines vorgegebenen Musters von einer Maske an ein von der Maske durch einen vorgegebenen Freistand beabstandetes Werkstück, wobei die Vorrichtung umfaßt:

a) ein optisches Beleuchtungssystem zum Leiten eines Be leuchtungslichtstroms entlang einer ersten Achse, um einen Bereich auf einer zu der Achse konjugierten und quer zu der ersten Achse liegenden Ebene zu beleuchten; und
b) ein Relaisoptiksystem zum erneuten Abbilden des durch das optische Beleuchtungssystem beleuchteten Bereichs auf die Maske, wobei das Relaisoptiksystem einen ersten sphä rischen Spiegel mit einem ersten Krümmungsmittelpunkt und einem Krümmungsradius R1 und einen zweiten sphärischen Spiegel mit einem zweiten Krümmungsmittelpunkt und einem Krümmungsradius R2 aufweist, wobei der erste und zweite Krümmungsmittelpunkt auf einer geraden zweiten Achse lie gen, und wobei sich der beleuchtete Bereich in einer Ebene befindet, die quer zu der zweiten Achse liegt und den er sten Krümmungsmittelpunkt enthält, wobei der erste und zweite Krümmungsmittelpunkt auf der zweiten Achse durch einen Abstand getrennt sind, der gleich |R1-R2|/2^1/2 ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Achse parallel zu der zweiten Achse ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Krümmungsmittelpunkt von dem zweiten Krüm mungsmittelpunkt auf der zweiten Achse durch einen Abstand L getrennt ist, wobei gilt: 0,8L < |R1-R2|/2^1/2 < 1,2L

28. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung so arbeitet, daß ein relatives Abta sten der Maske und des Werkstücks in einer Abtastrichtung während der Übertragung des Musters der Maske auf das Werkstück erfolgt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Relaisoptiksystem eine werkstückseitige numerische Apertur in der Abtastrichtung und eine werkstückseitige numerische Apertur in einer Abtastquerrichtung senkrecht zu der Abtastrichtung aufweist, wobei sich die numerische Apertur in der Abtastrichtung von der numerischen Apertur in der Abtastquerrichtung unterscheidet.

30. Reflexionsoptiksystem mit:

a) einem ersten sphärischen Spiegel, der so angeordnet ist, daß er meridionale Strahlen in einem Lichtstrom, der sich von einem Objektpunkt aus ausbreitet, an einem Punkt kondensiert, der zu dem Objektpunkt konjugiert ist, und sagittale Strahlen in dem Lichtstrom, der sich von dem Ob jektpunkt aus ausbreitet, im wesentlichen kollimiert; und
b) einem zweiten sphärischen Spiegel, der so angeordnet ist, daß er die meridionalen Strahlen, die sich von dem konjugierten Punkt aus ausbreiten, und die im wesentlichen kollimierten sagittalen Strahlen an einem Bildpunkt kon densiert.

31. Reflexionsoptiksystem nach Anspruch 30, dadurch ge kennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite sphärische Spiegel jeweils eine gekrümmte reflektierende Oberfläche und jeweils einen Krümmungsmittelpunkt aufwei sen, daß sich die Krümmungsmittelpunkte auf einer geraden Achse befinden, daß sich der Objektpunkt in einer senk recht zu der Achse verlaufenden Ebene befindet, die den Krümmungsmittelpunkt des ersten sphärischen Spiegels ent hält, und daß der erste bzw. der zweite sphärische Spiegel einen Krümmungsradius R1 bzw. R2 aufweist, wobei R1 < R2.

32. Reflexionsoptiksystem nach Anspruch 31, dadurch ge kennzeichnet, daß R1 und R2 negativ sind, wenn sich die beiden Krümmungsmittelpunkte auf der Objektseite der je weiligen gekrümmten Fläche befinden.

33. Reflexionsoptiksystem nach Anspruch 31, dadurch ge kennzeichnet, daß der erste und zweite Krümmungsmittel punkt voneinander auf der Achse um einen Abstand L vonein ander getrennt sind, wobei das Reflexionsoptiksystem wei terhin die Beziehung erfüllt: 0,8L < |R1-R2|/2^1/2 < 1,2 L

34. Reflexionsoptiksystem nach Anspruch 31, dadurch ge kennzeichnet, daß der erste bzw. zweite sphärische Spiegel einen Krümmungsradius R1 bzw. R2 besitzt, wobei R1 < R2.