DE3249686C2

DE3249686C2 - Achromatisches, anastigmatisches Einheits-Vergrößerungs- und Projektionssystem

Info

Publication number: DE3249686C2
Application number: DE3249686A
Authority: DE
Inventors: Ronald S. Albany Oreg. Hershel
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: Ultratech Inc
Priority date: 1981-05-15
Filing date: 1982-05-17
Publication date: 1986-11-13
Also published as: SE8700051L; WO1982004133A1; EP0354148A2; SE8700053D0; SE450979B; SE8300183L; EP0354148A3; EP0078323B1; SE8300183D0; SE451411B; EP0146670A2; SE8700053L; SE8700052L; DE3249685C2; SE459771B; GB2121552A; SE450978B; GB2121552B; EP0078323A4; EP0078323A1

Abstract

Das achromatische, anastigmatische Einheits-Vergrößerungs- und Projektionssystem vom katadioptrischen Typ umfaßt einen Spiegel mit konkaver, sphärischer Reflexionsfläche mit einer optischen Achse und einem ersten Krümmungsmittelpunkt sowie einem zwischen dem Spiegel und dem ersten Krümmungsmittelpunkt angeordneten, achromatischen Linsenglied mit einer Meniskus-Linse, einer plan-konvexen Linse sowie mit zwei Prismen, wobei diejenigen Linsenflächen, die dieselbe Krümmungsrichtung aufweisen wie der Spiegel, nicht konzentrisch und die Krümmungsmittelpunkte in ganz bestimmter Reihenfolge angeordnet sind. Das Material der Prismen weist einen höheren Brechungsindex auf als das Material der Linsen, und die Prismen sind so bemessen, daß ihre zweiten ebenen Flächen, die die Luftspalte auf einer Seite begrenzen, auf dem optischen Weg näher am Krümmungsmittelpunkt des Spiegels liegen als an den Krümmungsmittelpunkten der mit gleicher Richtung gekrümmten Flächen der Meniskuslinse und der plan-konvexen Linse. Das Projektionssystem ist insbesondere zur Abbildung von Masken auf Halbleiterwafern bestimmt und ermöglicht große Luftspalte zwischen einer bestimmten Ebene eines der beiden Prismen und dem gegenüberstehenden Wafer bei sehr geringen Abbildungsfehlern. lußglied abstützt und auf deren Böden das Anschlußglied mit Hilfe der im Bereic

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— der dritte und der vierte Krümmungsmitteipunkt vom zweiten Krümmungsmittelpunkt getrennt sind und vom Spiegel (52) aus gesehen vor dem ersten Krümmungsmittelpunkt liegen,

— die zweiten ebenen Flächen der Prismen (56,57) auf dem optischen Weg näher am ersten Krümmungsmittelpunkt liegen als am dritten und vierten und

— die Prismen (56, 57) aus einem Glas mit einem dritten Brechungsindex bestehen, der größer ist als der erste und der zweite.

2. Projektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Krümmungsmittelpunkt hinter dem ersten Krümmungsmittelpunkt und auf dem optischen Weg vor der Objektebene liegt.

3. Projektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas ersten Brechungsindexes leichtes Flintglas ist.

4. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas des zweiten Brechungsindexes dichtes Flintglas ist.

5. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas dritten Brechungsindexes dichtes Kronglas ist.

6. Projektionssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche einen Krümmungsradius von 264 mm, die erste konvexe Fläche einen Krümmungsradius von 74,95 mm und die konkave Fläche sowie die zweite konvexe Fläche einen Krümmungsradius von 35 mm aufweist.

7. Projektionssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Geometrie:

— die erste Konvexfläche ist im Abstand von 189,32 mm Luft von der Reflexionsfläche entfernt angeordnet,

— die erste konvexe Fläche ist im Abstand von 37,60 mm leichtes Flintglas von der zweiten konvexen Fläche entfernt angeordnet,

— die zweite konvexe Fläche ist in einem Abstand von 10,02 mm dichtes Flintglas von der ersten ebenen Fläche entfernt angeordnet,

— die erste ebene Fläche ist in einem Abstand von 26,08 mm dichtes Kxonglas von den zweiten ebenen Flächen entfernt angeordnet, und

— die zweiten ebenen Flächen sind in einem Abstand von 1,79 mm Luft von der Bildebene bzw. Objektebene entfernt angeordnet

8. Projektionssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die konkave Fläche und die zweite konvexe Fläche miteinander verkittet sind, wobei der dritte und der vierte Krümmungsmittelpunkt im wesentlichen zusammenfallen.

9. Projektionssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektebene und die optische Achse (51) in spitzen Winkeln zur Bildebene angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ein achromatisches, anastigmatisches Einheits-Vergrößerungs- und Projektionssystem vom katadioptrischen Typ gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, wie es z. B. zum Abbilden von Maskenmustern auf Halbleiterwafer dient.

Ein derartiges Projektionssystem ist aus der US-PS 03 989 bekannt. Es zeichnet sich dadurch aus, daß die Reflexionsfläche des Spiegels und die Linsenflächen mit gleicher Krümmungsart im wesentlichen konzentrisch ausgebildet sind. Der Brechungsindex der Meniskuslinse ist höher als der Brechungsindex der plan-konvexen Linse. Über den Brechungsindex der Prismen ist nichts Näheres angegeben.
In der genannten Schrift sind Probleme, die beim Abbilden des Musters einer Maske auf einen Halbleiterwafer auftreten, nicht angesprochen. Bei derartigen Abbildungen bei Fotolithographieverfahren kommt es darauf an, über möglichst große Flächen möglichst geringe Verzerrungen zu erhalten. Gemäß einem Artikel von CG. Wynne in »Optical Instruments and Technics«, Oriel Press, London 1970, Seiten 429 bis 434 führt ein Luftspalt zwischen der Objekt- bzw. Bildebene und der jeweiligen zweiten ebenen Fläche eines der Prismen beim gattungsgemäßen Projektionssystem zu einer Korrektur der sphärischen Aberration. Der Luftspalt muß jedoch sehr klein sein, damit Fehler durch sphärische Aberration höherer Ordnung gering gehalten werden. Andererseits soll der Luftspalt möglichst groß sein,

damit Staubteilchen im Luftspalt nicht scharf eingestellt werden und damit ausreichender Freiraum zum Bewegen einer Rasterplatte mit der Maske entlang der zweiten Ebene des einen Prismas bzw. des Wafers entlang der zweiten Ebene des zweiten Prismas besteht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Projektionssystem so weiterzubilden, daß es möglichst große Luftspalte zwischen einer jeweiligen zweiten Ebene eines der beiden Prismen und der gegenüberstehenden Rasterplatte bzw. dem gegenüberstehenden Wafer bei ausreichend geringen Abbildungsfehlern zuläßt

Die Erfindung ist durch die Merkmale des Hauptanspnichs gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Projektionssystem zeichnet sich gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs durch nicht konzentrische Anordnung derjenigen Linsenflächen aus, die dieselbe Krümmungsrichtung aufweisen wie der Spiegel, wobei die Krümmungsinjttelpunkte in ganz bestimmter Reihenfolge anzuordnen sind. Das Material der Prismen veist einen höheren Brechungsindex auf als das Material der anderen Linsen, und die Prismen sind so bemessen, daß ihre zweiten ebenen Flächen, die die Luftspalte auf einer Seite begrenzen, auf dem optischen Weg näher am Krümmungsmittelpunkt des Spiegels liegen als an den Krümmungsmittelpunkten der mit gleicher Richtung gekrümmten Flächen der Meniskuslinse und der plankonvexen Linse.

Die Tatsache, daß durch nicht konzentrische Anordnung von Linsenflächen und unterschiedliche Wahl von Brechungsindizes Aberrationsfehler über einen weiten Frequenzbereich korrigiert werden können, ist für sich aus der US-PS 41 71 871 bekannt Die dort angegebenen Projektionssysteme weisen jedoch mehr Linsen auf als das erfindungsgemäße und die Möglichkeit der Korrektur mit Hilfe eines Luftspaltes ist nicht angesprochen.

Die Tatsche, daß die Objekt- bzw. Bildebene von der zweiten ebenen Fläche eines Prismas dadurch getrennt werden kann, daß das Prisma einen höherer Brechungsindex aufweist als die benachbarte Linse, ist für sich aus dem bereits oben genannten Artikel von C. G. Wynne bekannt

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Projektionssystem so ausgestaltet, daß der Krümmungsmittelpunkt, der dem konkaven Spiegel zugewandten konvexen Fläche der Meniskuslinse hinter dem Krümmungsmittelpunkt des Spiegels aber auf dem optischen Weg vor der Bild- bzw. Objektebene liegt

Die weiteren Unteranprüche geben bevorzugte Parameter für die Geometrie und das Material der Linsen dahingehend an, daß sowohl ein großes korrigiertes Feld als auch ein genügender Luftspalt zur Bild- bzw. Objektebene erzielt wird. Spiegel, Linsen und Prismen sind auf die beiden Spektrallinien einer Quecksilberdampf-Lampe korrigiert

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert:

F i g. 1 ein Wafer mit mehreren Matrizen;

F i g. 2 eine vergrößerte Teilansicht des Wafers der Fig. 1, die die auf dem Wafer angeordneten Matrizen mit ihren Bezugsmarken zeigt;

F i g. 3 eine schamatische Ansicht eines Projektions· Steppers;

F i g. 4 eine schematiche Darstellung eines Beleuchtungs-Systems;

Fig.5 eine schematische Darstellung eines Projektions-Systems und eines Detektor-Systems für Bezugsmarken;

Fig.6 eine teilweise Schnittdarstellung des Projektions- und Ausrichte-Systems;

F i g. 7 eine vereinfachte, teilweise perspektivische Darstellung des Beleuchtungs- und Projektions-Systems;

F i g. 8 einen Querschnitt durch das Beleuchtungs-Systern gemäß der Schnittlinie 13 in F i g. 10:

F i g. 9 eine teilweise geschnittene Seitenansicht von Projektions- und Beleuchtungs-System, Fotovervielfacher und von Teilen der Waferplattform;

F i g. 10 eine teilweise Schnittdarstellung des Beleuchtungs- und Projektions-Systems:

F i g. 11 eine graphische Darstellung der beiden Kurven der relativen Beleuchtungsintensität und der Empfindlichkeit eines positiven Widerstandes als Funktion der Wellenlänge zwischen 400—450 nm;
Fig. 12 eine Ansicht des Belich'ungsbereiches des Projektions-Systems

Zur allgemeinen Erklärung der Erfindung wird auf die F i g. 3 verwiesen. Ein Bett 3 trägt das Positionier-System 79 für das Wafer mit der Spanneinrichtung 3Z die in den F i g. 7 und 8 näher dargestellt ist Der Raum 4 unterhalb des Bettes 3 ist für die verschiedenen Versorgungsgeräte und für einen Rechner vorgesehen. Diese Gegenstände sind nicht gezeichnet Oberhalb vom Bett 3 sind Beleuchtungs-System 34, Projektions-System 50, Dunkelfeld-Ausrichtesystem 60, sowie eine KO-Anzeige 5 für die Überwachung der Ausrichteeinrichtung 60 vorgesehen.

Die in den Fi g. 7 bis 10 dargestellte Rasterplatte 20 ist zwischen dem Beleuchtungs-System 34 und dem Projektions-System 50 angeordnet Die Ausrichte-Einrichtung 60 steuert die Bewegung des Positioniers-Systems 79, das die Matrizen 12 des Wafers 10 (Fig. 1 +2) mit dem projezierten Bild der Muster auf de^r Rastsrplatte 20 ausrichtet Die Einrichtung 100 zum Scharfeinstellen, die in den F i g. 6 und 9 gezeichnet ist hält das projizierte Bild der Rasterplatten-Muster auf dem Wafer optimal im Fokus. Die Leuchtstärke des Beleuchtungs-Systems 34 wird zur Entwicklung der belichteten Bereiche (nicht mit dem projizierten Bild beaufschlagtJder Matrizen 12 erhöht Nach der Belichtung wild das Wafer-Positionierungs-System bewegt oder schrittweise weitergefahren, so daß das projizierte Bild der Rasterplatte 20 auf einen anderen Teil des Wafers IO ausgerichtet und auf diesem scharf eingestellt wird.

Wafer

Die F i g. 1 und 2 zeigen in der Draufsicht einen Halbleiter-Wafer 10, auf dem viele Matrizen 12 in Reihen und Kolonnen angeordnet sind. Jede Matrize 12 trägt 2 Bezugsmarken 14 und 16. Diese Bezugsmarken können zum Beispiel als » + «-Zeichen ausgebildet sein. Später werden Sinn und Zweck der Bezugsmarken füY die Ausrichtung ^er Matrizen mit dem projizierten Bild der Rasterplatten-Muster näher beschrieben.

Rasterplatte

Die Maschine 2 enthält auch die Rasterplatte 20, die in den F i g. 7 bis 10 gezeigl ist. Die Rasterplatte 20 ist im Rahmen 22 eingesetzt und weist eine Vielzahl von Mustern 24 auf, die innerhalb des Rahmens in einer Zeile angeordnet sind. Der Rahmen ist in zwei entgegenge-

5 6

setzt geöffneten Führungen 26 geführt. Ein nicht ge- Öffnung 45 und verhindert während der Ausrichtung die zeichneter Überzug bedeckt die Rasterplatte 20. Der Belichtung des Wafers mit den g.h- Linien des Lampen-Überzug ist als dünne und transparente Membrane aus- spektrums. Die Verwendung der Quecksilber-^-Linie gebildet, die die Oberfläche der Rasterplatte vor Staub kann bei gewissen Wafer-Pegeln zur Erhöhung des Aus- und anderen Verunreinigungen schützt. Die Membrane 5 richte-Signals notwendig werden. Im vorliegenden Fall ist im Rahmen 22 so angeordnet, daß sie einen vorbe- kann gezeigt werden, daß der Wert der relativen Belichstimmten Abstand zur Oberfläche der Muster 24 einhält. tung durch die das Wafer erreichende Beleuchtungsin-Hierdurch ist das projizierte Rasterplattenbild praktisch tensität 2% während der normalen Belichtungszeit benicht beeinflußbar durch Verunreinigungen, die an der trägt. Membrane haften. 10

Für jedes Muster 24 sind zwei Bezugsmarken 28 und Breitband-Beleuchtung 30 vorhanden, die zu den Bezugsmarken 14 und 16 an

den Matrizen 12 passen. Die auf jeder einzelnen Matrize Bei 500W Leistung wurde im Wellenlängenbereich

12 angebrachten Bezugsmarken 14 und 16 werden mit 400—450 nm eine Ausgangsleistung des Beleuchtungs-

den Bezugsmarken 28 und 30 der projizierten Bilder der 15 systems 34 von 0,5 W/cm² gemessen. Diese Spektralver-

Rasterplatte 20 zur Deckung gebracht bevor das Bild teilung ist gemäß Fig. 11 durch ein hohes Kontinuum

der Rasterplatte 20 von jeder der Matrizen 12 abgebil- mit starken Linien bei 405 nm und 436 nm charakteri-

det wird. siert Bei einer gegebenen FmnfinHljchkei! der positiven

Abdeckung wird gemäß F i g. 11 eine angenähert dreifa-

Beleuchtungssystem 20 ehe Verminderung der Belichtungszeit durch Verwendung des gesamten 400-nm—450-nm-Bandes erreicht

Das Beleuchtungssystem 34, das die Rasterplatte 20 gegenüber der Benutzung der 436-nm-Linie. beleuchtet, ist in den F i g. 3, 4 und 5 dargestellt. Eine

Quecksilberdampflampe mit kurzem Lichtbogen von Linsen für die Einheits-Vergrößerung z. B. 200 W Leistung wird verwendet. Die Lampe wird 25

während der Belichtung mit 500 W gepulst und wird Das Projektions-System 50, das in den Fig.3 bis 10 während der Bereitschaft wie zum Beispiel während des gezeigt ^;"it, projiziert ein Bild, das die gleiche Größe und Ausrichtens und anderer Arbeiten mit 100 W betrieben. Form des Rasterplattenmusters 24 hat auf eine vorbe-Der durchschnittliche Verbrauch der Lampe beträgt bei stimmte Brennebene. Dies erfolgt zum Beispiel ohne einem Arbeitsgang angenähert 200 W. 30 Vergrößerung oder Verkleinerung. Das Projektions-Sy-Der elliptische Lampenreflektor 36 fokussiert das stern 50 enthält die beiden Bauteile: den sphärischen Bild des Lichtbogens auf das eine Ende der Lichtröhre Spiegel 52 mit einer 10,16-cm-Vorderfläche und eine 40. Der dichroitische Spiegel 37 reflektiert nur ein Licht- gekittete, achromatische Anordnung 54. Sie enthält das band mit ausgewählter Wellenlänge. Hierdurch wird die verkittete Meniskus-Element 53 und das plankonvexe Rasterplatte vor dem Infrarot- und Ultraviolett-Teil der 35 Element 55, das Astigmatismusfehler des konkaven Lampe geschützt. Die Halbkugellinsen 38 und 39 sind Spiegels 52 1 :1 für die Quecksilber ^-Α-Linien korrimit den Enden der Lichtröhre 40 verkittet. Sie unterstüt- giert Die ebenfalls dazugehörenden beiden Prismen 56 zen den Lichtgang durch die Lichtröhre und schützen und 57 trennen gemäß F i g. 5 die Ebene R des Rasterdie Röhrenenden. Das Licht tritt aus der Leuchtröhre 40 plattenmusters von der Ebene W des Bildes auf dem durch die Halbkugellinse 39 und gelangt über die Blen- 40 Wafer. Hinreichender Freiraum zwischen der Vakuumdenanordnung 43,44, sowie Linsen- und Spiegel-Anord- Spanneinrichtung 32 und der Rasterplatte 20 erhält man nung 47 auf die Rasterplatte 20. Die Lichtröhre 40 formt dadurch, daß die optische Achse 51 um 15° von der die ungleichmäßige Verteilung der Lichtintensität der Horizontalen geneigt ist Hierdurch wird die Rasterplat-Lampe in eine gleichbleibende an der Rasterplatte um. te 20 um 30" zur Bewegungsebene X- Y der Spannein-Die inneren Reflektionen in der Lichtröhre sind im we- 45 richtung 32 versetzt angeordnet Das durch das Muster sentlichen verlustlos. Mit jeder Innenreflektion wird das 24 tretende Licht wird am Prisma 56 reflektiert, gelangt Licht umgekehrt und integriert, so daß seine Ungleich- über Linsen 55,53, zum Spiegel 52 und zurück über die mäßigkeit reduziert wird. Der wesentliche Vorteil der Linsen 53, 55, Prisma 57 auf das Wafer 10. das von der Lichtröhre 40 liegt darin, daß ein Ausrichtefehler der Spanneinrichtung 32 in der richtigen Position gehalten Lampe 35 nur die Lichtintensität reduziert und keinen 50 wird.

bemerkenswerten Einfluß auf die Gleichmäßigkeit der Der Spiegel 52 hat eine konische öffnung 58, die ein

Lichtverteilung hat Teil des Ausrichte-Systems darstellt Die automatische Ausrichtung bzw. Fluchtung jeder Matrize 12 zum pro- Projektionssystem jizierten Bild der Rasterplatte 20 erfolgt durch das Pro-

55 jektions-System 50, indem eine Dunkelfeldabbildung

Blende zur Erzeugung eines Ausrichtesignales benutzt wird. Die Konstruktion des Projektionssystems 50 ist dadurch Nach einer vorbestimmten Belichtung, die durch ei- vereinfacht, daß das Wafer zur richtigen Scharfeinstel-

nen Detektor überwacht wird, der in der Nähe der Aus- lung sich unabhängig bewegt Hierdurch bleiben die op-

gangsseite des Beleuchtungssystems 34 angeordnet 60 tischen Bauteile ortsfest

aber nicht gezeichnet ist. wird die Lampe 35 auf 100 W Die F i g. 5 zeigt, daß der Spiegel 52 und die achromagedrosselt. Gleichzeitig wird die Blende 34 in die Ar- tische Prismenanordnung 54 symmetrisch zur optischen beitssteilung gebracht. Von der Lampe 35 gelangt nur Achse 51 angeordnet sind. Die Objekt- bzw. Rasterplatein kleiner Teil des Lichtes durch die kreuzförmige öff- ten-Musterebene R liegt auf der einen Seite der optinung 45, die in der Blende 44 vorgesehen ist (F i g. 10). 65 sehen Achse 51. Die Bild- bzw. Wafer-Ebene Wliegt auf Dieser Teil des Lichtes beleuchtet die Bezugsmarken 28, der anderen Seite. Das Projektionssystem 50 wird nun 30 auf der Rasterplatte 20. Ein nicht gezeichneter di- anhand der folgenden Tabelle I näher beschrieben, die || elektrischer Hochpaßfilter bedeckt die kreuzförmige das optische System gemäß den optischen Rächen und S

Materialien zeigt, durch welche das Licht die Hälfte der optischen Weglänge zurücklegt. Die Kolonne 1 zeigt die aufeinanderfolgenden Flächen. In der Kolonne 2 sind die Dicken des jeweiligen optischen Elements aufgeführt. Die Kolonne 3 weist die geometrischen Daten auf. In der Kolonne 4 sind die Materialien eingetragen. Die Materialien für die Flächen B₁C, D(Prismen 56 oder 57, pia.ikonvexes Element 55 und Meniskus Element 53) sind durch die Namen des Glasherstellers Schott bezeichnet. Bei der beschriebenen Anordnung sind die sphärischen Flächen nichtkonzentrisch. Ihre Krümmungsmittelpunkte fallen nicht zusammen. Dies erlaubt eine bessere Bildkorrektur als bei konzentrischen Flächen.

Tabelle I

1	2	3	4
Fische	Dicke	Krümmungs	Material
		radius
	mm	mm
A	1,79	oo (eben)	AIR
B	26,80	oo (eben)	LAKN7
C	10,02	35,00	KF6
D	37,60	74,95	SF2
E	18937	264,00	AIR

Das Schott-Material LAKN7 ist ein dichtes Kronglas. KF6 ist ein leichtes Flintglas. SF2 ist ein dichtes Flintglas.

Die Prismen 56, 57 haben mehrere Funktionen. Der Scheitelwinkel oc. beider Prismen beträgt 75°; die gegenüberliegenden Innenwinkel β betragen 52,5° (Fig. 15). Die Prismen 56,57 sind für den Lichtdurchgang in das oder aus dem Projektions-System 50 vorgesehen. Die Prismen haben einen Luftspalt zwischen der Fläche SSa und Rasterplatte 12 bzw. der Fläche 57a und Wafer 10. Dieser Luftspalt ist für den notwendigen Freiraum zur Bewegung des Wafers 10 und der Rasterplatte 20 in oder aus der Ebene W bzw. R erforderlich. Der Luftspalt ist so groß, daß Staubteilchen auch in der Größenordnung von 200 μ das System nicht ungünstig beeinflussen. Diese Staubteile werden im 1,78 mm breiten Luftspalt nicht scharf eingestellt Die einzigartige Kombination von Prismenmaterial und Winkelbildung leitet wirkungsvoll das Licht durch das System 50 und besitzt einen großen Luftspalt

Ein anderer Vorzug des Systems 50 ist daß die optischen Elemente 53,55,56,57 aus bevorzugten Glasmaterialien bestehen. Solche Gläser sind leichter und regelmäßiger als andere Glasarten herzustellea

Linsen- und Prismenherstellung

Drei der zehn optischen Oberflächen sind sphärisch. Zwei davon erfordern eine Herstellung, die besser als A/4 ist Die Flächen A und B sind eben poliert bis A/4. Die Prismen-Diagonalen 56</und STd liegen bei /Z/20. Hierdurch verringert sich die Verzerrung von Linse zu Linse. Das Ausrichtesystem 60 kann zum Ausrichten des konkaven Spiegels 52 zur Prisma-Anordnung 54 benutzt werden. Mit dieser Ausrichtung ist die Toleranz für die Dezentralisierung der Elemente 55 und 53 groß, z. B. ungefähr 125 μητ. Das Verkitten der Prismen 58,57 mit der ebenen Seite des Meniskus 53 erfordert große Sorgfalt damit das Auftreten von Strahlen in der Nähe der Kanten des Bildfeldes vermieden werden kann.

Optische Übertragung

Die Luft-Glasflächen A und D werden beschichtet, damit falsche Reflektionen und sogenannte Geisterbil der kleiner als 1 % der Spitzenbeleuchtung bleiben. Dies erfolgt durch eine einzige A/4 Beschichtung mit MgF₂. Entsprechend der Prismen-Ausführung erscheint eine innere Totalreflektion bei allen Strahlwinkeln. Hierdurch werden die sonst erforderlichen metallischen

ίο oder dielektrischen Beschichtungen der Prismen-Diagonalen 56c/, 57d. vermieden, die eine Polarisation und Phasenstörung mit möglicherweise negativen Auswirkungen auf die Bildqualität ergeben würden. Der konkave Spiegel 52 ist mit Aluminium beschichtet, das eine angenähert 90%ige Reflektion im Bereich von 500—600 nm hat. Die gesamte Übertragung durch die Projektion-Linsen beträgt einschließlich der Absorbtion und der Flächen-Reflektion 80% im Spektral-Band 4Ö0—450 nm.

Zwei-Wellenlängen-Korrektur

In der nachfolgenden Tabelle II sind die geometrischen Daten des Projektionssystems 50 aufgeführt. Ein Strehlsches Verhältnis von 1,0 bedeutet eine perfekte Linse, deren Leistung nur durch Fabrikationsfehler und Unscharfe begrenzt ist. Das Strehlsche Verhältnis wird bei zwei Wellenlängen und über eine besondere Feldgröße auf den Höchstwert gebracht Die Anordnung wurde bei den Quecksilber g-h-Lin\en (436 nm und 405 nm) optimiert. Es wurde ein minimales Strehlsches Verhältnis von 0,99 über einen 16,8-mm-Feldradius erzielt. Der Rest-Astigmatismus wird in der Toleranz von ±0,65 μΐη der Brennebene gehalten. Die Brennebene entspricht dem Fehler der Wellenfront von Spitze zu Spitze über der öffnung von Al 15.

Tabelle II	030
Numerische öffnung	16,8 mm
Feld-Höhe	400-450 nm
Korrigierter Bandpaß	400—600 nm
Ausrichte-Bandpaß	>0,99
Strehl-Verhältnis	0,80 μΐη
kleinste Zeilenbreite	33 μΐη
Tiefenschärfe (1 μπι Zeilen)	< 1,0 mrad
Telezentrizität

Auflösung und Tiefenschärfe

Es wird geschätzt daß eine Tiefenschärfe von 4,δ μπι für eine Zeilenbreitensteuerung von besser als 0,125 μπι notwendig ist Diese Schätzung geht von ei ner Annahme aus, daß die partielle Kohärenz <?=0,4 beträgt Dies ergibt sich aus der Verwendung eines //4 Beleuchters mit einer //1,6 Projektionslinse. Die geschätzte Änderung der Zeilenbreite geht von einer ±40% Änderung bei der wirklichen Belichtung aus,

die durch Änderung der Reflexion und Topographie des Wafers bedingt ist Bei Abzug des Rest-Astigmatismus erhält man eine brauchbare Tiefenschärfe von 33 μπι. Die bei der Herstellung minimal erzielbare Geometrie wird auf 0,8 μπι bei einer Tiefenschärfe von 1 μπι geschätzt Eine solche Auflösung hängt von der zugrundeliegenden Topographie und Reflexion eines gegebenen Wafers ab.

9

Telezentrizität Die Wahl größerer Bereiche kann die Anzahl der Be

lichtungsschritte, die zur Überstreichung eines

Bei der Planung eines 1 :1-Projektionssystems ist ein 10,16-cm-Wafers erforderlich sind, wesentlich reduziewesentlicher Gesichtspunkt die Anordnung von tele- ren. Wenn z. B. eine Matrize mit einer 2 χ 8-mm²-Fläche zentrischen Stops auf der Ebene R des Rasterplatten- 5 bei einer Schrittweite von 0,262x0,351 cm² in eine BeMusters und de;· Ebene W des Wafers. Bei Erfüllung lichtungsfläche von 7x21 mm² eingefügt wird, sind dieses Erfordernisses verlassen die Strahlen, die parallel Belichtungsschritte zur Überstreichung eines 10,16-cmzur optischen Ashse in die Rasterplattenseite eintreten, Wafers erforderlich. Bei einer Änderung der Schrimveidie Waferseite ebenfalls parallel. Hierdurch wird sicher- se auf 0,401 χ 0,457 cm² kann eine 2 x4-mm²-Fläche in gestellt, daß kein Größenfehler des projizierten Bildes 10 einer 8 χ le^-mn^-Belichtungs-Fläche eingefügt werbei Änderungen der konjugierten Ebenen entstehen den. In diesem Fall sind nur 48 Belichtungsschritte zur kann. Das Projektionssystem 50 weicht gemäß Tabel- Überstreichung eines 10,16-cm-Wafers erforderlich. In le II von der vollkommenen (fehlerfreien) Telezentrizi- beiden Beispielen würden mehr als 90 Belichtungen für tat nur um 1 mrad ab. Daher kann die axiale Position der ein 10,16-cm-Wafer mit 11 — 14,5-mm-Durchmesser-Fel-Rasterplatte 20 soviel wie ±0,0051 cm geändert werden 15 dem notwendig sein bei den gegenwärtigen 10 :1-Pro- und der Vergrößerungsfehler bleibt über dem gesamten jektions-Linsen.

Beüchtungsbereich kleiner als 0,05 μπι. Die Erfindung ist besonders bei microlithographi ■

sehen Anlagen verwendbar. Das optische Projektions-

Wäriiicgradienten system hat aber auch andere Anwendungsbereiche wie

20 z. B. Vervielfältigung von Filmstreifen.

Bei den Linsen ist noch ein anderer Gesichtspunkt zu

beachten. Es handelt sich um die Verschlechterung der Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Bildqualität aufgrund der Absorption der UV-nahen

Strahlung in den Linsenelementen. Dies machte sich besonders bei den Linsen störend bemerkbar, die im WeI-lenlängen-Bereich von 365 nm arbeiten. Bei richtiger Wah, der Gläser in der Prismenanordnung 54 und bei vollständiger Unterdrückung der Wellenlängen unterhalb 400 nm durch das Beleuchtungssystem 34 können die von der Absorption herrührenden optischen Einflüsse vernachlässigt werden.

Eine Computer-Simulation der im Meniskus-Element 53 erzeugten thermischen Gradienten wurde unter Berücksichtigung der Herstellerangaben über Absorption und thermische Leitfähigkeit des Glases durchgeführt. Der maximale zeitgemittelte Fluß durch die Rasterplatte wurde mit 200 mW/cm² bei einer Belichtung pro Sekunde errechnet. Es sei nun der ungünstigste Fall eines klaren Rasterplattenmusters mit einer Fläche von 1,5 cm² angenommen. Die Computer-Simulation liefert einen maximalen Temperaturgradienten von 0,07° C/cm in der Meniskuslinse 53. Berechnungen der von den simulierten Temperatur-Profilen herrührenden Inhomogenität im Brechungsindex überstiegen nie den Wert 1,5 χ 10~⁶. Dies ist mit den besten, zur Verfügung stehenden Rohlingen vergleichbar.

Belichtungsbereich

Der Beüchtungsbereich gemäß Fig. 12 ist kreisförmig mit einem Radius von 163 mm. Ein Band ist 5,5 mm von der Mitte entfernt vorgesehen. Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Auflösung bis in die Ecken des Belichtungsbereiches wird der Radius um 0,5 mm kleiner als die geplante Feldhöhe H gewählt; wodurch ein Sicherheitsabstand für Fehler in der Herstellung und Einstellung der Rasterplatte geschaffen wurde. Der durch das Band auferlegte Zwang gewährleistet einen guten Durchgang aller von der unteren Kante des Rasterplattenfeldes kommenden Strahlen durch das Prisma. Gemaß F i g. 12 beträgt die größte Fläche 10x10 mm² mit den genannten Einschränkungen. Das größte zur Verfügung stehende Streckungsverhältnis ist 3 :1, das einem Belichtungsbereich von 7x21 mm entspricht. Der Benutzer kann von einer gleichmäßigen Auswahl der Streckungsverhältnisse zwischen zwei Extremwerten mit dem gesamten Belichtungsbereich von 1 cm² bis etwas unter 1.5 cm² wählen.

Claims

Patentansprüche:

1. Achromatisches, anastigmatisches Einheits-Vergrößerungs- und Projektionssystem vom katadioptrischen Typ, mit

— einem Spiegel (52) mit konkaver, sphärischer Reflexionsfläche mit einer optischen Achse (51) und einem ersten Krümmungsmittelpunkt;

— einem zwischen dem Spiegel und dem ersten Krümmungsmittelpunkt angeordneten, achromatischen Linsenglied nut folgenden optischen Bauteilen:

— einer Meniskus-Linse (53) aus einem Glas mit einem ersten Brechungsindex, mit

— einer ersten, dem Spiegel zugewandten konvexen Fläche mit einem zweiten Krümmungsmittelpunkt, der vom ersten Krümmungsmittelpunkt getrennt ist, und

— einer vom Spiegel abgewandten konkaven Fläche mit einem dritten Krümmungsmittelpunkt;

— einer plan-konvexen Linse (55) aus einem Glas mit einem zweiten Brechungsindex, der kleiner ist als der erste Brechungsindex, mit

— einer dem Spiegel zugewandten zweiten konvexen Fläche mit einem vierten Krümmungsmittelpunkt, und

— einer dem Spiegel abgewandten ersten ebenen Fläche, die vom ersten, zweiten und dritten Krümmungsmittelpunkt getrennt ist; und

— ein erstes Prisma (56) und ein zweites Prisma (57), von denen jedes eine zweite ebene Fläche aufweist die der Bild- bzw. Objektebene zugewandt sind.