DE2140549B2 - Beleuchtungsvorrichtung zur Herstellung von Mikroschaltungen nach Maskendruckverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Mikroschaltungen nach dem Schattierungs- oder Masken- -,₀ druckverfahren bei dem die jeweilige Mikroschaltung fotolithografisch auf eine vorbereitete Unterlage, üblicherweise auf Halbleitermaterial, aufgebracht wird. Im engeren Sinne betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung zur Anwendung bei diesem Verfahren.

Beim fotolithografischen Drucken eines Mikroschaltungsbildes auf eine Halbleiterunterlage, z. B. auf eine Siliciumscheibe nach dem Maskenverfahren, wird eine Maske mit einem bildmäßig verteilten Muster in dem Strahlengang angeordnet, der auf eine auf der Unterlage vorgesehene lichtempfindliche Fläche einwirkt. Dabei ist es wichtig, daß das gedruckte Bild eine scharfe und geometrisch genaue Reproduktion der Bildfelder der Maske darstellt, d. h., daß eine scharfe Schattierung solcher Flächen auf der Oberfläche der 4$ Unterlage erzeugt wird.

Beim Kontaktdruck wird die Maske direkt auf die zu bedruckende Unterlage aufgelegt, während sie beim Schattierungsdruck oder beim kontaktlosen Druck nahe der Unterlage, jedoch mit Abstand zu dieser angeordnet ist. Beim Kontaktdruck erfolgt jedoch in der Praxis nicht eine Kontaktgabe im tatsächlichen Sinne der Bezeichnung zwischen der Bildfläche der Maske und der darunterliegenden Unterlage, so daß beide Verfahrensarten auch als Schattierungsdruck bezeichnet werden <,_s können. Ein die Erzeugung eines scharfen Bildes und damit einer genau wiedergegebenen Schaltung auf der Unterlage beeinträchtigendes Problem besteht in der Beugung an den Kanten der Maskenbildflächen. Die Wirkung des Beugungsbildes auf d(.r Unterlage im (_K, Bereich des Schattierungsbildes der Maske kann in gewissem Grade durch Steuerung der Belichtung der behandelten Unterlage verringert werden. Allein durch diese Maßnahme ist jedoch eine wirksame Beseitigung der gesamten Beugungseffekte nicht möglich. ds

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeil zur Verringerung der beschriebenen Beugungseffekte anzu-Eine Beleuchtungsvorrichtung zur Herstellung von Mikroschaltungen nach dem Maskendruckverfahren zeichnet sich zur Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung aus durch Lichtquelle mit endlicher begrenzter Sirahiungsilächc uiiii einer effektiven Helligkeit:, verteilung mit einem von einer hellen Zone umgebenen mittleren dunklen Bereich, die auf einer Maske bei Fresnel-Fraunhoferscher Übergangsbeugung einen effektiven Beleuchtungszustand erzeugt, der von unterschiedlichen Teilen der Lichtquelle Beugungsbilder zur Folge hat, die einander mindestens teilweise auslöschen.

Die Bezeichnung »Fresnel-Fraunhofersche Übergangsbeugung« soll sich im folgenden auf eine Art der Beugung beziehen, die von einer kohärent beleuchteten Linie oder einem Schlitz unter einem Abstand zu beobachten ist, der in derselben Größenordnung liegt wie die Breite der Linie oder des Schlitzes. Unter diesen Bedingungen überlappen die Fresnelschen Streifenbilder auf einem unter diesem Abstand parallel zur Linie oder zum Schlitz angeordneten Schirm die Grenzen des geometrischen Bildes der Linie oder des Schlitzes auf dem Schirm. In diesem Zusammenhang wird auf »Introduction to Theoretical Physics« von J. C. Slater und H. Frank, McGraw-Hill Book Co., 1937. S. 317 bis 322, hingewiesen.

Durch Anwendung einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Beleuchtungsvorrichtung ist es möglich, die Schärfe bei Schattierungsdruck und Kontaktdruck ohne kostspielige Projektionsoptiken zu verbessern. Die Erfindung besteht in einem von den üblichen Beleuchtungsarten für den Schattierungsdruck deutlich abweisenden Weg. Bisher mußten hohe Anforderungen an die genaue Bündelung der verwendeten Strahlung gestellt werden, um eine minimale Divergenz zu gewährleisten. Bei der Erfindung wird hingegen eine Strahlung erzeugt, die aus einer Gruppe divergierender Wellen besteht.

Die Lichtquelle kann ringförmige Struktur haben. Dabei kann die effektive Helligkeitsverteilung der Lichtquelle eine Anzahl heller Bereiche aufweisen, die um den dunklen Bereich in einer ringförmigen Anordnung regelmäßig verteilt sind.

Die Lichtquelle kann eine einzelne punktförmige Quelle und ein fest angeordnetes Mehrfachprisma umfassen, welches aus mehreren kreisförmig angeordneten Prismenelementen besteht, so daß das Licht der punktförmigen Quelle durch die Prismenelemente fällt und eine entsprechende Anzahl Teilstrahlen erzeugt, wobei ferner ein Bündelungselement vorgesehen ist, das aus den Teilstrahlen in der Bildebene den genannten effektiven Beleuchtungszustand erzeugt.

Das Mehrfachprisma besteht vorzugsweise aus sechs oder mehr identisch ausgebildeten und nebeneinander angeordneten sektorförmigen Prismene'.ementen, welche jeweils zur Außenkante hin, ausgehend von einer maximalen Dicke am Scheitel bis zu einer minimalen Dicke, abgeschrägt sind, wobei die Außenkanten der Prismenelemente auf einem gemeinsamen Kreis liegen. Hierbei kann jedes Prismenelement an seinem Scheitel stumpf ausgebildet sein, so daß das Mehrfachprisma einen zentralen Teil mit planparallelen Außenflächen aufweist.

Vorzugsweise sind die beiden Außenflächen eines jeden Prismenelemcnts zur radialen Ebene des Mehrfachprismas geneigt. Die Außenflächen sind zweckmäßig beschichtet, um sie für ein vorgegebenes Wellenlängenband optimal durchlässig zu machen.

Das Mehrfachprisma kann aus zwei prismatisch

geschliffenen und eine ebene radiale Fläche aufweisenden Teilen bestehen, die miteinander an den radialen Flächen verklebt sind.

In der Praxis werden die besten Ergebnisse dann erzielt, wenn sechs oder mehr identische Prismenelemente verwendet werden.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Lichtquelle eine einzelne punktförmige Quelle und einen fest angeordneten, zusammengesetzten Reflektor umfaßt, der aus einer Anzahl Reflektorelemente besteht, die ringförmig angeordnet sind, so daß das Licht der punktförmigen Quelle durch Reflexion an den Reflektorelementen eine entsprechende Anzahl Teilstrahlen erzeugt, und daß ferner ein Bündelungselement vorgesehen ist, das aus den Teilstrahlen in der Bildebene den genannten effektiven Beleuchtungszustand erzeugt. Vorzugsweise sind die Reflektorelemente so angeordnet, daß sie virtuelle Bilder der punktförmigen Quelle in einer gemeinsamen, durch die punktförmige Quelle verlaufenden Ebene erzeugen. Dabei kann eine zentral zur kreisförmigen Anordnung der Reflektorelemente angeordnete Blende vorgesehen sein, die den direkten Durchgang von Licht durch die Anordnung ohne Reflexion an den Reflektorelementen verhindert.

Die von dem Mehrfachprisma oder dem zusammengesetzten Reflektor ausgehenden Teilstrahlen werden vorzugsweise um 90° mittels eines Reflexionselementes umgelenkt, bevor sie durch das Bündelungselement geleitet werden.

Alternativ kann die Lichtquelle auch eine Quelle und eine Vorrichtung zu deren kreisförmiger Bewegung umfassen, so daß innerhalb jeweils einer Beleuchtungsperiode eine ringförmige Helligkeitsverteilung erzeugt wird. Vorzugsweise erzeugt die Lichtquelle jedoch einen gebündelten Lichtstrahl, der eine kegelige oder zylindrische Fläche zyklisch abtastet, indem ein Reflexions- oder Refraktionselement in seiner optischen Achse in Rotation versetzt wird.

Das Reflexions- oder Refraktionselement kann ein drehbares Keilprisma sein, das auf der optischen Achse zwischen einer Lichtquelle und einem Bündelungselement angeordnet ist, so daß bei seiner Drehung der gebündelte Strahl eine Abtastung auf einer Kegelfläche erzeugt. Alternativ kann das Reflexions- oder Refraktionselement ein drehbares Keilprisma sein, das auf der optischen Achse angeordnet ist, wobei zwischen dem Keilprisma und der Lichtquelle ein Bündelungselement angeordnet ist, so daß der aus dem Keilprisma austretende Strahl bei Drehung des Keilprismas eine Abtastung auf einer Kegelfläche durchführt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das Reflexions- oder Refraktionselement ein ebener Spiegel ist, der um eine gegenüber der Normalen zu seiner Reflexionsfläche geneigte Achse drehbar ist und auf der optischen Achse zwischen der Lichtquelle und einem Bündelungselement angeordnet ist, so daß der gebündelte Strahl bei Drehung des Spiegels eine Abtastung auf einer Kegelfläche durchführt.

Das Reflexions- oder Refraktionselement kann auch ein rhombisches Prisma sein, das um eine senkrecht zu zwei planparallelen, vom Lichtstrahl durchsetzten Flächen verlaufende Achse drehbar ist, so daß der aus ihm austretende Lichtstrahl eine zylindrische Fläche abtastet.

Wie bereits ausgeführt, wird eine gemäß der Erfindung ausgebildete Beleuchtungsvorrichtung beim Schatticrungsdruck angewendet, die Erfindung ist iedoch auch auf den Kontnktdru:k anwendbar, wie er

oben beschrieben wurde, sowie auch in anderen Fällen, bei denen eine Kompensation der Fresnel-Fraunhoferschen Beugung zu einem gewissen Grade erforderlich ist.

Gemäß weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist ein unter Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung der beschriebenen Arten arbeitendes Maskendruckverfahren zur Herstellung von Mikroschaltungen vorgesehen, bei dem die Strahlung einer Strahlungsquelle durch eine Maske auf eine zu bedruckende strahlungsempfindliche Fläche gerichtet wird. Dieses Verfahren kann derart ausgebildet sein, daß eine extensive Strahlungsquelle mit einer Helligkeitsverteilung in Form einer von einer hellen Zone umgebenen mittleren dunklen Zone verwendet wird, wobei die Maske und die Fläche auf den dunklen Bereich zentriert sind, so daß auf der Fläche durch Fresnel-Fraunhofersche Übergangsbeugung von unterschiedlichen Teilen der Lichtquelle erzeugte Streifenbilder eines jeweils gegebenen Teils der Maske einander auf der Fläche zumindest teilweise auslöschen.

Die Wellenlänge der erzeugten Strahlung kann bei diesem Verfahren 0,4 Mikron betragen, wobei die Fläche von der Maske einen Abstand von 9 Mikron hat. Unter diesen Umständen ergibt sich eine Glättung des auf der Fläche erzeugten Beugungsmusters durch Kompensation der Streifenbilder innerhalb eines Bereichs von 3 bis 6 Mikron der Fläche.

Wie bereits ausgeführt, ist die Lichtquelle vorzugsweise so angeordnet, daß ihre effektive Helligkeitsverfeilung ringförmig ist, wobei dieser Ring beispielsweise quadratisch oder kreisförmig sein kann.

Bei einer ringförmigen Verteilung bzw. bei einer Abtastbewegung der verwendeten Strahlung auf einem kreisförmigen Weg wird vorzugsweise eine Einwirkung der Strahlungsquelle auf jeden Punkt der Maske mit einer Strahlung erzeugt, die zwischen zwei kegeligen Flächen liegt, die eine gemeinsame Spitze an dem jeweiligen Punkt und eine gemeinsame Achse normal zur Maskenebene haben. Vorzugsweise haben die kegeligen Flächen dabei einen halben Öffnungswinkel von 3.25 bis 4,75°.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand in der Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele beschrie· ben. Es zeigt

Fig. 1 eine Beleuchtungsvorrichtung für den Schattierungsdruck, wobei schematisch die Fresnelschf Beugung einer sphärischen Wellenfront dargestellt ist die auf eine rechteckförmige Öffnung einer Maske trifft, F i g. 2 eine schematische Darstellung des auf eine; Unterlage erzeugten Beugungsmusters, wobei eii Abstand von 12 Mikron von einem Schlitz in der ii F i g. 1 gezeigten Maske vorliegt, deren Breite 3 Mikroi beträgt, zusammen mit dem Beugungsmuster, das durcl eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung er zeugt wird,

F i g. 3 bis 6 schematische Darstellungen unterschied licher Ausführungsformen erfindungsgemäßer Beleuch tungsvorrichtungen, die mit rotierenden optischei Elementen arbeiten,

F i g. 7 eine perspektivische Darstellung einer erfin dungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit fest an geordneten optischen Elementen,

Fig. 8 eine seitliche Darstellung der in Fig. gezeigten Vorrichtung.

Fig.9 eine seitliche Darstellung einer andere Ausführungsform der Erfindung und Fip. 10 den Schnitt IV-IV aus F i g. 9.

In Fig. 1 ist schematisch eine Anordnung für den Schattierungsdruck dargestellt, die eine punktförmige Lichtquelle 1, eine mit öffnung versehene Maske 2 und eine Unterlage 3 enthält, deren lichtempfindliche Oberfläche die Strahlung der Quelle 1 nach Durchgang s durch die Maske 2 empfängt.

In Fig. 1 ist eine sphärische Wellenfront 4 dargestellt, die von der punktförmigen Lichtquelle 1 ausgeht und an einem rechteckförmigen Schlitz der Maske 2 eintrifft.

Unter Anwendung der einfachen Fresnelschen Theorie der Cornu-Spirale, wobei der Neigungsfaktor der einfallenden Strahlung und die Änderung der Amplitude mit dem Abstand nicht berücksichtigt sind, können die Amplitudenkomponenten des an einem is Punkt mit dem Koordinaten λ, y auf der Unterlage 3 zu beobachtenden Beugungsbildes für Abstände s in der Maskenebene, gemessen längs der Cornu-Spirale oder Vibrationskurve, abgeleitet werden.

Die Komponenten können folgendermaßen angegeben werden:

f 1 n^:

I COS _Ί UN

J sin .,

d.s.

Für jeden gegebenen Punkt im Beugungsbild beträgt

3.S

wobei die Werte von ρ aus den entsprechenden Koordinaten von (x, y), des Punktes in der querliegenden Unterlagenebene in Relation zu den Koordinaten des Schlitzes in der querliegenden Maskenebene abgeleitet werden, b der Abstand von Maske zu Unterlage und λ die Wellenlänge der Strahlung ist (s. F i g. 1). Die Größe des Beugungsbildes ist daher proportional der Quadratwurzel der Wellenlänge λ,

Typischerweise ist die lichtempfindliche Ätzschutzschicht auf der Unterlage 3 empfindlich für drei mit geringem Abstand zueinandcrliegende Wellenlängen des Quecksilberspektrums, nämlich für Wellenlängen von 365 nm, 405 nm und 436 nm.

Da jedoch die erzeugte Beugung proportional der Quadratwurzel der Wellenlänge ist, kann man in der Praxis diese drei Werte durch einen Wellenlängenwert von 400 nm ersetzen.

Eine Analyse des Beugungsbildes einer Linie oder eines Schlitzes kann entsprechend dieser Theorie ss durchgeführt werden, die sich als eine gute praktische Näherungslösung darstellt. Fig. 2 zeigt, nicht maßstabsgerecht, das Beugungsbild auf einer Unterlage 3, die einen Abstand von 12 Mikron zur Maske 2 hat. wobei die Schlitzbreite 3 Mikron beträgt. ho

Es wurde beispielsweise von Michelson gezeigt, daß die Auslöschung von Beugungsstreifen durch zwei divergierende Strahlungswellen erreicht werden kann (d. h. mit zwei Lichtquellen). Eine Kombination zweier Lichtquellen reicht jedoch zur Auslöschung von <,«, Beugungsstreifen nicht aus, die mit Schlitzen unterschiedlicher Breite einer Maske erzeugt werden.

Es hat sich gezeigt, daß eine bestimmte Verteilung der Helligkeit der Lichtquelle bei bestimmter Schlitzbreite und bestimmtem Abstand zwischen Maske und Unterlage eine Kompensation der Beugungsstreifen bringen kann.

Gemäß der Erfindung wird die Intensitätsverteilung des auf der Unterlage 3 erzeugten Beugungsbildes durch geeignete Wahl der Geometrie der Lichtquelle, abweichend von der in F i g. 1 dargestellten punktförmigen Quelle, beeinflußt. Es wurde beispielsweise gefunden, daß eine weitgehende Glättung des Beugungsbildes innerhalb eines bestimmten Bereiches auf der Unterlage durch Verwendung einer Strahlungsquelle 1 ringförmiger Konfiguration erreicht werden kann.

Mit einer Strahlungsquelle, die eine Wellenlänge von 0,4 Mikron hat, ergibt sich eine optimale ringförmige Geometrie. Es kann auch eine Strahlungsquelle verwendet werden, die einen eine Kegelfläche abtastenden Strahl erzeugt, so daß die Strahlung auf jeden gegebenen Punkt der Maske 2 mit Strahlen auftrifft, die eine Kegelflächenfamilie erzeugen, deren gemeinsamer Scheitelpunkt an dem jeweiligen Punkt der Maske liegt und deren gemeinsame Achse senkrecht zur Maske verläuft, wobei die halben öffnungswinkel zwischen 3,25 und 4,75° liegen.

In F i g. 2 ist das typische Beugungsbild auf der Unterlage 3 unter Verwendung einer punktförmigen Strahlungsquelle 1 der in F i g. 1 gezeigten Art dargestellt, wobei ein korrigiertes Strahlungsbild überlagert ist. Dieses ist gestrichelt dargestellt. Hierzu wird eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit ringförmiger Helligkeitsverteilung verwendet, bei der eine Strahlungsquelle auf einem Kreis von 0,144 Bogeneinheiten Durchmesser bewegt wird. Dabei beträgt der Abstand von Maske zu Unterlage 12 Mikron.

In den Fig.3 bis 6 sind verschiedene praktische Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung für den Schattierungsdruck dargestellt, bei denen rotierende optische Elemente verwendet sind.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Anordnung wird das Licht der Quelle 1 durch einen geneigten Spiegel 5 auf ein rotierendes Keilprisma 6 in Richtung senkrecht zu einer seiner Flächen geleitet, von wo aus es auf eine Sammellinsenanordnung 7 trifft und auf die zu beleuchtende Masken-Unterlagenkombination 2, 3 gestrahlt wird. Das Prisma 6 wird mit konstanter Drehzahl mittels eines Elektromotors 8 gedreht, der mit dem Prismengehäuse über einen Bandtrieb 9 gekoppelt ist. Die Rotationsachse des Prismas 6 fällt mit der optischen Achse der Sammellinsenanordnung 7 zusammen.

Die Drehung des Prismas 6 mit konstanter Drehzahl während der Bestrahlung der Unterlage 3 durch die Maske 2 hindurch verursacht eine Abtastbewegung de; mit der Linsenanordnung 7 gebündelten Strahls aul einer Kegelfläche, wobei die Masken-Unterlagenkom bination 2,3 so beleuchtet wird, als ob eine kreisförmigt Lichtquelle der beschriebenen Art verwendet würde.

F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, bei dei das Keilprisma 6 in einem drehbaren Gehäuse in Verlauf des gebündelten Lichtstrahls angeordnet ist, de von der Sammellinsenanordnung 7 ausgeht.

In Fig. 5 ist ein Drehspiegel 7 vorgesehen, der eim kegelförmige Abtastung mit dem gebündelten Lieh erzeugt. Der Spiegel 10 ist um eine Achse drehbar, di gegenüber der Normalen zu seiner Reflcxionsfläch geneigt ist, so daß das an ihm reflektierte Licht ein

kegelförmige Abtastbewegung durchführt. Der Spiegel wird mit konstanter Drehzahl um diese Achse gedreht.

Das Licht wird auf den Spiegel 10 von der Quelle 1 aus gerichtet, wozu eine Kombination von Linsen 11 λ und Ilisowie ein intern reflektierendes Pentaprisma 12 vorgesehen ist. Das Licht wird mit der Linse 11a zum Durchgang durch das Pentaprisma 12 gebündelt und mit der Linse 11 erneut zu einem Bild fokussiert, bevor es durch den Drehspiegel 10 reflektiert wird. Dies erfolgt innerhalb eines großen Lichtaufnahmebereiches des Lichtes der Quelle 1. Nach Reflexion am Spiegel 10 wird der Abtastlichtstrahl durch die Sammellinsenanordnung 7 und dann auf die Masken-Unterlagenkombination 2,3 geleitet.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das von der Quelle 1 abgegebene Licht mit einer Sammellinsenanordnung 14 auf ein rhombisches Prisma 15 geleitet wird, welches in einem Gehäuse angeordnet ist und um eine versetzte Achse X-X gedreht wird, die senkrecht zu den parallelen Eintritts- und Austrittsflächen des Prismas 15 liegt. Das austretende Licht wird mit einem Spiegel 16 in die Sammellinsenanordnung 7 geleitet und gelangt von dort aus auf die Masken-Unterlagenkombination 2, 3. Es erzeugt hier einen Abtaststrahl, der eine kegelförmige Abtaslbewegung durchführt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen Ausführungsformen der Erfindung mit fest angeordneten optischen Elementen.

Bei diesen Ausführungsformen wird die Strahlung einer einzelnen Lichtquelle 1, die eine punktförmige Lichtquelle ist, mit dem noch zu beschreibenden optischen System auf eine vorbereitete Unterlage 3 gerichtet, die eine lichtempfindliche Oberfläche hat. Die Strahlung hat dabei eine vorbestimmte Verteilung.

Die Unterlage 3 ist in einer Bild- oder Druckebene P ( F i g. 8) angeordnet, und eine Maske 2 mit vorbestimmtem Bildmuster, die in F i g. 8 gestrichelt gezeigt ist, ist vor der Unterlage 3 vorgesehen. Zum Schattierungsdruck hat die Maske 2 einen Abstand von der Unterlage 3, der durch die Analyse typischer Bildintensitätsverteilungen bestimmt ist und für einen konstanten Trennungswinkel der verwendeten Lichtstrahlen berechnet ist. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Abstand 9 Mikron, so daß die Bedingungen für Fresnel-Fraunhofersche Beugung der verwendeten Strahlung an der Maske 2 vorliegen. Die von der Quelle 1 erzeugte Strahlung hat eine Wellenlänge im Bereich von 0,4 Mikron.

Eine wirksame Ausiöschung der Beugungsstreifen in der Bildebene Pist möglich, wenn diese Ebene von einer Strahlungsquelle beleuchtet wird, die eine ringförmige Helligkeitsverteilung mit einem mittleren dunklen Bereich hat, der durch eine helle Zone umgeben ist. Diese effektive Helligkeitsverteilung wird mit einem festen optischen System erreicht, das in den F i g. 7 und 8 dargestellt ist und aus einem Mehrfachprisma 20 und einem Bündelungselement 21 besteht. Das Bündelungselement 21 kann in an sich bekannter Weise eine oder mehrere Linsen umfassen. Die Quelle 1 ist auf der Symmetrieachse des Prismas 20 angeordnet, die horizontal verläuft. Die Achse des Bündelungselements 21 ist vertikal angeordnet, das durch das Prisma abgelenkte Licht wird durch einen ebenen Spiegel nach unten in das Bündelungselement 21 reflektiert, wozu der Spiegel 22 unter einem Winkel von 45" gegenüber der Horizontalen geneigt ist.

Das Mchrfachprisma 20 besteht aus einer Anzahl identischer Prismenelemente 23, die mit zueinander

gleichem Abstand kreisförmig angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Mehrfachprisma 20 aus sechs Prismenelementen 23.

Das Mehrfachprisma 20 hat eine kreisrunde Außenkante, und jedes Prismenelement 23 ist sektorförmig ausgebildet. Seine Außenkante bildet einen Teil der kreisförmigen Außenkante des Prismas 20. Jedes Prismenelement 23 ist, ausgehend von einer maximalen Dicke an seinem Scheitel, nach außen hin abgeschrägt und mit dieser Schrägungsfläche gegenüber der radialen Ebene des Mehrfachprismas 20 geneigt angeordnet. Diese radiale Ebene verläuft normal zur Symmetrieachse des Prismas 20. Die Außenfläche 24 eines jeden Prismenelementes 23, die der Lichtquelle 1 zugewandt ist, hat eine Neigung von 78 bis 79° gegenüber der Symmetrieachse des Prismas 20, während die andere Außenfläche 25 in dazu entgegengesetzter Richtung unter einem Winkel von 63 bis 64° gegenüber der Symmetrieachse geneigt ist.

Jedes sektorförmige Prismenelemenl 23 ist an seinem Scheitel abgestumpft, so daß das Mehrfachprisma 20 einen mittleren Bereich 26 mit planparallelen Außenflächen hat, wobei dieser mittlere Bereich 26 die Form eines hexagonalen Parallelepipeds hat.

Das jeweilige Prismenelement 23 wird in der Praxis vorteilhaft so zusammengesetzt, daß facettenartige Flächen auf zwei runden Scheiben geschliffen werden, die die Flächen 24 und 25 bilden. Die beiden Scheiben werden dann an ihren ebenen Flächen miteinander verklebt, so daß die Flächen 24 und 25 außen liegen und jeweils ein Prismenelement 23 bilden.

Die von der Quelle 1 abgegebene und auf das Mehrfachprisma 20 treffende Strahlung wird durch das Prisma 20 in eine Anzahl Teilstrahlen aufgeteilt, die gleich der Anzahl der Prismenelemente 23 ist. In F i g. ί sind zwei einander gegenüberliegende Prismenelemen· te 23 mit zugehörigem Strahlenverlauf dargestellt. Be Reflexion am Spiegel 22 werden diese Strahlen nacl unten als divergente Strahlen weitergeleitet, sie erzeugen virtuelle Bilder der Quelle 1, von denen di< Bilder Γ und 1" in Fig. 8 dargestellt sind. Dies« Strahlen werden in der Bildebene P durch da: Bündelungselement 21 zusammengefaßt, wie es ii Fig.8 schematisch gezeigt ist. Die relative Divergen; der gebündelten Strahlen in der Bildebene P betrag 0,14 Bogeneinheiten.

Die auf die Bildebene P auftreffenden Strahlen habei eine effektive Intensitätsverteilung, derart, daß sie in de Bildebene Peinen Beleuchtungszustand erzeugen, der ii einer mittleren dunklen Zone und einer diese umgeben den Anzahl (im vorliegenden Falle sechs) heller Zonei besteht, die kreisförmig regelmäßig um die dunkle Zon verteilt sind. Dies kommt der idealen Kreisform für di Kompensation der Beugungsbilder in der Bildebene nahe.

Die Oberflächen der licht übertragenden Kompo nenten des optischen Systems sind vorzugsweis beschichtet, um eine optimale Durchlässigkeit für di verwendete Strahlung zu gewährleisten. Im dargestcll ten Ausführungsbeispiel sind alle Flächen, einschließlic der Flächen 24 und 25 der Prismenelemente 23 für best Durchlässigkeit im Wellenlängenbereich von 0.36 bi 0,44 Mikron beschichtet. Das optische System erzeug sechs gebündelte Lichtstrahlen. Entsprechend ist di hierbei verwendete Strahlungsintensität wesentlic größer als diejenige einer kreisförmig bewegte Lichtquelle bzw. eines kreisförmig bewegten Lichi Strahls bei Verwendung derselben BündclunEslinscn.

<P

In den F i g. 9 und 10 sind weitere Ausführungsformen dargestellt, bei denen das Mehrfachprisma 20 durch einen zusammengesetzten Reflektor 30 ersetzt ist.

Der zusammengesetzte Reflektor 30 besteht aus einer Anzahl (z. B. sechs) identischer ebener Spiegel 31, die ringförmig (sechseckförmig) angeordnet sind, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. Die punktförmige Lichtquelle 1 ist auf der Achse 32 dieser Anordnung vorgesehen. Jeder Spiegel ist unter einem gleichbleibend geringen Winkel gegenüber der Achse 32 geneigt, so daß das Licht der Quelle 1 durch den Reflektor 30 in divergente Teilstrahlen verteilt wird, deren Anzahl der Anzahl der Spiegel 31 entspricht. Die Lichtstrahlen gehen von virtuellen Bildern 33 aus, welche in einer gemeinsamen

Ebene liegen, in der auch die punktförmige Lichtquelle ί in der in F i g. 9 gezeigten Weise angeordnet ist.

Die divergenten Teilstrahlen des Reflektors 30 werden an dem ebenen Spiegel 22, der unter einem s Winkel von 45° gegenüber der Achse 32 geneigt ist, auf das Bündelungselement 21 reflektiert, wodurch sich die gewünschte Helligkeitsverteilung in der Bildebene / ergibt, wie sie bereits an Hand der F i g. 7 und 8 beschrieben wurde, Das Licht der Lichtquelle 1 wird ίο durch eine zentral angeordnete Blende 34 derart abgeschirmt, daß es nicht direkt und ohne Reflexion ar den Spiegeln 31 auf das Bündelungselement 21 faller kann.

Hier/u 7 Blau Zeit.'

Claims (20)

Patentansprüche:

1. Beleuchtungsvorrichtung zur Herstellung von Mikroschaltungen nach dem Maskendruckverfahren, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (t) mit endlicher begrenzter Strahlungsfläche und einer effektiven Helligkeitsverteilung mit einem von einer hellen Zone umgebenen mittleren dunklen Bereich, die auf einer Maske (2) bei Fresnel-Fraunhoferscher Übergangsbeugung einen effektiven Beleuchtungszustand erzeugt, der von unterschiedlichen Teilen der Lichtquelle (1) Beugungsbilder zur Folge hai, die einander mindestens teilweise auslöschen. ι _s

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Helligkeitsverteilung der Lichtquelle (1) eine Anzahl heller Bereiche aufweist, die um den dunklen Bereich in tiner ringförmigen Anordnung regelmäßig verteilt ;o tind.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine einzelne punktförmige Quelle (1) und ein fest Angeordnetes Mehrfachprisma (20) umfaßt, welches ius mehreren kreisförmig angeordneten Prismenelementen (23) besteht, so daß das Licht der punktförmigen Quelle (1) durch die Prismenelemente (23) fällt und eine entsprechende Anzahl Teilstrahlen erzeugt, und daß ferner ein Bündelungselement (21) vorgesehen ist, das aus den Teilstrahlen in der Bildebene (P) den genannten effektiven Beleuchtungszustand erzeugt.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrfachprisma (20) aus vorzugsweise sechs oder mehr identisch (ausgebildeten und nebeneinander angeordneten sektorförmigen Prismenelementen (23) besteht, welche jeweils zur Außenkante hin, ausgehend von «iner maximalen Dicke um Scheitel bis zu einer minimalen Dicke, abgeschrägt sind, und daß die Außenkanten der Prismenelemente (23) auf einem gemeinsamen Kreis liegen.

5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Prismenelement (23) an seinem Scheitel stumpf ausgebildet ist, so daß das Mehrfachprisma (20) einen zentralen Teü (26) mit planparallelen Außenflächen aufweist.

6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Außenflächen (24, 25) eines jeden Prismenelements (23) zur radialen Ebene des Mchrfachprismas (20) geneigt sind.

7. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrfachprisma ss (20) aus zwei jeweils prismatisch geschliffenen und eine ebene radiale Fläche aufweisenden Teilen besteht, die miteinander an den radialen Flächen verklebt sind.

8. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, <*> dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine einzelne punktförmige Quelle (1) und einen fest angeordneten, zusammengesetzten Reflektor (30) umfaßt, der aus einer Anzahl Reflektorelemente (31) besteht, die ringförmig angeordnet sind, so daß das <,< Licht der punktförmigen Quelle (1) durch Reflexion an den Reflektorelementen (3t) eine entsprechende Anzahl Teilstrahlen erzeugt und daß ferner ein Bündelungselement (21) vorgesehen ist, das aus den Teilstrahlen in der Bildebene (P) den genannten effektiven Beleuchtungszustand erzeugt.

9. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorelememe (31) virtuelle Bilder der punktförmigen Quelle (l) in einer gemeinsamen, durch die punktförmige Quelle (1) verlaufenden Ebene erzeugen.

10. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine zentral zur kreisförmigen Anordnung der Reflektorelemente (31) angeordnete Blende (34), die den direkten Durchgang von Licht durch die Anordnung ohne Reflexion an den Reflektorelementen (31) verhindert.

11. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Quelle (1) und eine Vorrichtung (8, 9) zu deren kreisförmiger Bewegung umfaßt, so daß innerhalb jeweils einer Beleuchtungsperiode eine ringförmige Helligkeitsverteilung erzeugt wird.

12. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen gebündelten Lichtstrahl erzeugt, der eine kegelige oder zylindrische Fläche zyklisch abtastet, indem ein Reflexions- oder Refraktionselement in seiner optischen Achse in Rotation versetzt wird.

13. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexions- oder Refraktionselement ein drehbares Keilprisma (6) ist, das auf der optischen Achse zwischen einer Lichtquelle (1) und einem Bündelungselement (7) angeordnet ist, so daß bei seiner Drehung der gebündelte Strahl eine Abtastung auf einer Kegelfläche erzeugt (Fig. 3).

14. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexions- oder Refraktionselement ein drehbares Keilprisma (6) ist, das auf der optischen Achse angeordnet ist, wobei zwischen dem Keilprisma (6) und der Lichtquelle (1) ein Bündelungselement (7) angeordnet ist, so daß der aus dem Keilprisma (6) austretende Strahl bei Drehung des Keilprismas (6) eine Abtastung auf einer Kegelfläche durchführt (Fig. 4).

15. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexions- oder Refraktionselement ein ebener Spiegel (10) ist, der um eine gegenüber der Normalen zu seiner Reflexionsfläche geneigte Achse drehbar ist und auf der optischen Achse zwischen der Lichtquelle (1) und einem Bündelungselement (7) angeordnet ist, so daß der gebündelte Strahl bei Drehung des Spiegels (10) eine Abtastung auf einer Kegelfläche durchführt (Fig. 5).

16. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexions- oder Refraktionselement ein rhombisches Prisma (15) ist, das um eine senkrecht zu zwei planparallelen, vom Lichtstrahl durchsetzten Flächen verlaufende Achse (X-X) drehbar ist, so daß der aus ihm austretende Lichtstrahl eine zylindrische Fläche abtastet (Fig. 6).

17. Verfahren zur Herstellung von Mikroschaltungen, bei dem die Strahlung einer Strahlungsquelle durch eine Maske auf eine zu bedruckende strahlungsempfindliche Fläche gerichtet wird, unter Verwendung einer nach einem der Ansprüche 1 bis !6 ausgebildeten Beleuchtungsvorrichtung, dadurch

gekennzeichnet, daß eine extensive Strahlungsquelle (1) mit einer Helligkeitsverteilung in Form einer von ei.-.er hellen Zone umgebenen mittleren dunklen Zone verwendet wird, wobei die Maski: (2) und die Fläche (3) auf den dunklen Bereich zentriert sind, so daß auf der Fläche (3) durch Fresnel-Fraunhofersche Übergangsbeugung von unterschiedlichen Teilen der Lichtquelle erzeugte Streifenbilder eines jeveils gegebenen Teils der Maske (2) einander auf der Fläche (3) lumindest teilweise auslöschen.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der erzeugten Strahlung 0,4 Mikron beträgt und daß die Fläche (3) von der Maske (2) einen Abstand von 9 Mikron hat.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) auf jeden Punkt der Maske (2) mit einer Strahlung einwirkt, die zwischen zwei kegeligen F'ächen liegt, die eine gemeinsame Spitze an dem jeweiligen Punkt und eine gemeinsame Achse normal zur Maskenebene haben.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Flächen halbe öffnungswinkel von 3,25 bis 4,75° haben.