DE3439297A1

DE3439297A1 - Optisches reflektionssystem

Info

Publication number: DE3439297A1
Application number: DE19843439297
Authority: DE
Inventors: Ryusho Hirose; Akiyoshi Suzuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1984-10-26
Publication date: 1985-05-09
Anticipated expiration: 2004-10-27
Also published as: GB2150314A; DE3439297C2; US4688904A; JPH0533368B2; JPS6093410A; GB8427082D0; GB2150314B

Description

■ ituiivc ~~ biunuinu ~ ivnnc yinurc Vertreter beim EPA 'JfZm

rs Γ* O ^:-- "'::": ·'.'.· ^: Dipl.-lng. H Tiedtke *

FtLLMANN - UIRAMS " OTRUIF : : : ; : : ^Vpi.-Chem. G Buhiing

Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-lng. R Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann _ 4 _ Dipl.-lng. K. Grams

3439297 Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: 0 89-537377

,. , ..,.„·. cable: Germaniapatent München

Canon Kabushiki Kaisha

26.'Oktober 198A Tokio, Japan _{DE 4370}

Optisches Reflektionssysten

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Reflektionssystem, das beispielsweise als optisches Systen für eine Projektions-Belichtungs-Vorrichtunq, aenauer gesagt eine Ausrichtungs- und Belichtungsvorrichtuno zur Herstellung von integrierten Schaltungen in großem Maßstab etc. geeignet ist.

Für den Einsatz in derartigen Ausrichtungs- und Belichtungsvorrichtungen sind bereits verschiedenartice Typen von optischen Reflektionssyste^en voraeschlagen worden. Bei.SDielsweise umfasst eine Ausführunosforn einen Konkavspiegel und einen Konvexspiegel, die konzentrisch oder exzentrisch angeordnet sind. Ein anderes ODtisches Reflektionssystem umfasst'einen Konkavsoieael und einen KonvexsoiegeJ, die im wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind, sowie eine Meniskuslinse und einen Korrekturmechanismus für chromatische Aberrationen.

Dresdner Bank (München) KIo 3939844 Deutsche Bank (München) KtO 2861060 Postscheckamt (Münchenl KIO. 670-43-804

Bei diesen ODtischen Reflektionssystemen für derartine Ausrichtunas- und Belichtunnsvorrichtunaen wird ein höherer Bildbereich in einem in Abstand von der ootischen Achse angeordneten bogenförmigen Bereich ausaebildet.

Ein Bild eines Teiles einer Maske, die den höheren Bildbereich entspricht, wird auf einen Plättchen erzeunt, während die Maske und das Plättchen zusammen als Einheit relativ zu-dem ODtischen Reflektionssystem bewegt werden, so daß Maske und Plättchen schlitzabgetastet werden, wodurch das Bild der gesanten Maske auf de^ Plättchen erzeugt wird. Bei derartioen ODtischen Reflektionssystemen ist jedoch die Breite des höheren Bildbereiches (die Breite des Abtastschlitzes) sehr gering und lieot beispielsweise in der Größenordnung von lmm. Wenn daher diese Systeme bei Ausrichtungs- und Belichtungsvorrichtungen verwendet werden, ist eine länoere Abtastzeit, d.h. eine längere Belichtunoszeit, erforderlich, was zu einen niedrigerem Wert der Plättchenbelichtunasvor-

gänge pro Zeiteinheit führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Reflektionssysten zu schaffen, das die bei den herkömmlich ausgebildeten optischen Reflektionssystemen austretenden Nachteile nicht aufweist. Genauer gesagt soll durch die Erfindung ein oDtisches Reflektionssystem zur Verfügung gestellt werden, das eine Vergrößerung des höheren Bildbereiches (Schlitzbreite) und somit eine Vergrößerung der Zahl der Belichtungsvorgänge pro Zeiteinheit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein ODtisches Reflektionssysten nach Patentansoruch 1 aelöst.

Zusammengefasst basiert die vorliegende Erfindung auf den folgenden Erkenntnissen:

Wie vorstehend erläutert, ist die Breite des höheren Bildbereiches und somit die Breite des Abtastschlitzes bei herkömmlich ausgebildeten optischen Reflektionssystemen nur sehr gering. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das optische Reflektionssystem so angeordnet ist, daß nur ein von einem oder in wesentlichen einen Punkt auf der Objektebene abgegebener Hauptstrahl, der parallel zur optischen Achse des optischen Reflektionssystems verläuft, auf den ScheitelDunktdes Konvexspiegels (dem Schnittpunkt zwischen der Spieoelfläche und der ODtischen Achse) trifft. Eine derartige Anordnuna bringt daher automatisch einen beträchtlichen Astiamatisnus mit sich. Aufgrund dieses beträchtlichen Astiamatismus muß die Breite des höheren Bildbereiches (die Breite des .Abtastschlitzes) sehr klein gehalten werden,

um eine gute Auflösung zu erzielen. ErfindungsgennäO wurde festgestellt, daß dann., wenn alle von verschiedenen Objektpunkten, die innerhalb eines vorgeaebenen Höhenbereiches lieaen, der in Abstand von der optischen Achse des optischen Reflektionssystens anceordnet ist, abgeaebenen Hauptstrahlen , die parallel zur optischen Achse verlaufen, auf den Scheitelpunkt des konvexen Spiegels treffen, der Astignatis^us korrigiert und der höhere Bildbereich des optischen Reflektionssystens vergrößert weiden kann.

Wie im nachfolgenden Teil der Beschreibuno in einzelnen erläutert wird, umfasst das erfindunasgenäß ausaebildete optische Reflektionssysten ein erstes und ein zweites asphärisches Elenent sowie einen Konkavsoieoel und einen Konvexspiegel. Das erste asohärische Elenent dient dazu,, die von verschiedenen Ob.iektpunkten, welche

alle innerhalb eines vorgeoebenen Höhenbereiches liegen, der im Abstand von der ootischen Achse des ootischen Reflektionssystens angeordnet ist, abgeoebenen HauDtstrahlen, die parallel zur ODtischen Achse verlaufen, auf den Scheitelpunkt des KonvexsDiegels zu richten.

Das erste asphärische Element kann so anaeordnet wer-

esf

den, daß für den Fall, daß ein Hauptstrahl ohne Anordnung des ersten asDhärischen Elementes auf den Scheitelpunkt des Konvexspiegels treffen kann, auf einen derartigen-HauDtstrahl nicht ein-.virkt.. Das zweite asphärische Element dient dazu, auf das von Konkavsoiegel zweimal reflektierte Licht einzuwirken, so dan · sämtliche vom Scheitelpunkt des KonvexsDiegels abgegebenen und dann vom KonkavsDiegel reflektierten HauDtstrahlen parallel zur ODtischen Achse des ootischen Reflektionssystems auf die Bildebene gerichtet v/erden. Mit dieser Anordnung wird der Astignatisnus in ausaezeichneter Weise korrigiert und der höhere Bildbereich vergrößert'.

Die Erfindung γ/ird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung in einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 die optische Anordnung eines optischen

Reflektionssystens genäG einen Ausführuncs· beispiel der Erfindung;

die Figuren 2A, 2D

Ansichten, die Möglichkeiten des Astigna-

tismus bei der Ausführungsform der Fiaur zeigen;

Figur 3 die optische Anordnung eines ontischen Reflektionssystens nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

die Figuren 4A - AD

Ansichten, die nönlicne Erscheinunns^formen von Astigmatismus bei der Ausführunosform der Figur 3 zeigen;

Figur 5 die ODtische Änordnuna eines ODtischen

Reflektionssystems nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

di.e Figuren 6A - 6Ό

Ansichten, die Erscheinungsformen von

Astigmatismus bei der Ausführunnsfor^ der Figur 5 zeigen;

Figur 7 die optische Anordnung eines optischen Reflektionssystens nach einer vierten

Ausführungsforn der Erfinduno;

die Figuren 8A - 8D

Ansichten, die Erscheinunrsforⁿen von Astigmatismus bei der Ausführuncsfor~

der Figur 7 zeigen;

Figur 9 · eine Ansicht, die Astigmatismus bei einer

Anordnung zeigt, welche der der Figur enspricht, mit der Ausnahne, daß keine

asphärische Fläche vorgesehen ist;

die Fiauren 1OA und 1OB

Ansichten, die die asohärischen Größe·. Δ S verdeutlichen;

Figur 11 die ODtische Anordnung einer Ausrich-

tunas- und Belichtuncisvorriehtuna, die mit einen erfindungsgemäß ausgebildeten optischen Reflektionssystem versehen ist; und

Figur 12 eine Vorderansicht der Belichtungsvorrichtung der Figur 11.

B?i der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsfom unfasst das optische Reflektionssysten einen Konkaysoiegel Ml und einen Konvexsoienel M2, der einen oerinceren Krümmungsradius als der Spiegel Ml aufweist. Diese Spiegel sind koaxial zueinander angeordnet, so da? sie die gleiche optische Achse 0 besitzen. Die Krünmunosrnittelpunkte dieser SDiegel befinden sich in der gleichen Richtung, so daQ die Spiegelflächen einander gegenüberliegen. Eine Objektebene Sl und eine Bildebene S2 befinden sich in der gleichen Ebene und sind relativ zu eine"¹ Punkt 01, bei dem es sich un den Schnittpunkt zwischen der optischen Achse 0 und der die Objektebene Sl und die Bildebene S2 enthaltenden Ebene handelt ,symnetrisch zueinander angeordnet.

Die von der Objektebene Sl austretenden Lichtstrahlen werden vom Konkavspiegel Ml und dann von Kpnvexsoienel M2 und wiederum vom Konkavspiegel Ml reflektiert. Nachdem eine dreimalige Reflektion über die beiden Spiegel Ml und M2 durchgeführt v.'urde, wird scnit das eine Höhe Pl aufweisende Objekt im Maßstab 1:1 auf der Bildebene ' ·.

S2 abgebildet, wobei das Bild eines Punktes Pl am ^Dunkt PT. erzeuat wird. Der Konvexspiegel M2 funktioniert ri?>rüberhinaus als Blendenanschlag des optischen Reflektionssystems. Da das ootische Reflektionssyste^ relativ zum Mittelpunkt 02 des wirksamen Durchnessers des Konvexspiegels M2 symmetrisch angeordnet ist,tritt keine Unscharfe oder Verzerruno auf, bei denen es sich un asymiTie.trische Aberrationen handelt. Astigmatismus verbleibt jedoch. Dieses Problen wird durch die vorliegende Ε-rfindung gelöst.

Erfindungsgemäß ist eine asohärische Linse Ll voroesehen, die in Figur 1 gezeigt ist. Die obere Hälfte der asphärischen Linse ist zwischen der Objektebene Sl und dem Konvexspiegel M2 vorgesehen, während die untere Hälfte der asohärischen Linse Ll zwischen den Konvexspiegel H2-und der Bildebene S2 angeordnet ist. Die obere Hälfte und die untere Hälfte der asohärischen Linse Ll sind relativ zur optischen Achse C symmetrisch ausgebildet. Bei dieser Ausführungsforn ist die ssDhärische Linse Ll als einstöckiges Elenent gezeigt; sie kann jedoch auch durch getrennte Elemente gebildet werden.

Bei dem optischen Reflektionssystem der vorliegenden Erfindung wird der Astigmatisms durch die ssohsrische Linse Ll korrigiert. Un dies zu erreichen, ist die asDhärische Linse Ll so ausgebildet, da3 sM^tliche von Objektpunk.ten mit Bildhöhen innerhalb eines vorgegebenen Bereiches (der in Ficur 2 daroestellte Korrekturbereich h) abgegebenen Hauotstrahlen, die oarallel

zur optischen Achse 0 verlaufen, auf den Mittelnunkt oder Scheitelpunkt 02 des Konvexsoiegels f'2 treffen, während sämtliche vom Mittelounkt 02 des Kcnvexsoiecels M2 reflektierten HauDtstrahlen auf die Bildebene parallel 35

zur optischen Achse treffen. In den Finuren 2Λ - 2D sind verschiedenartige Erscheinunpsforren von Astigmatismus bei Anordnungen nit unterschiedlichen asohärischen Formen gezeigt.
5

Alternativ dazu kann die asohärische Linse Ll so ausaeb'ildet* sein, daß säntliche Hauotstrahlen an Punkten auf die Oberfläche des Soiegels M2 treffen, die gegenüber den MittelDunkt 02 geringfügig versetzt sind, oder da?· ein Teil der Hauptstrahlen an Punkten auf die Oberfläche des Spiegels M2 trifft, die von Mittelpunkt 02 abweichen, wenn die Aberration innerhalb eines gut korriaierten Bereiches liegt. Darüberhinaus kann die as'phärische Linse Ll so geformt sein, da3 sämtliche oder ein Teil der Hauotstrahlen in einer oeringfücic nicht-parallelen Relation relativ zur optischen Achse auf die Bildebene treffen, \-;enn die Aberration innerhalb eines* gut korrigierten Bereiches liegt. In derartigen Fällen kann der auf der Seite der Objektebene Si liegende Teil der asohärischen Linse Ll rr:it einer asDhärischen Oberfläche versehen sein, während der auf der Seite der Bildebene S2 liecence Teil der asDsrischen Linse Ll durch ein Meniskuslinsenele^ent cebilcet •.-.■erden kann. Aus Gründen einer einfacheren Herstellunc wird jedoch bevorzugt, sowohl den oberen als auch den unteren Teil nit einer asphärischen Oberfl=c^Ke zu versehen. Aus Gründen einer einfacheren Beschreibuna '.Vird die Erfindunn anhand einer aspärischen Linse erläutert, die sowohl an oberen als auch an unteren Teil nit einer asoh'irischen Oberfläche versehen ist.

In Figur 1 versieht der Konkavspiegel Ml die Funktion einer Sammellinse. Das bedeutet, daß der Konkavspiegel Ml eine bestimmte positive sphärische Aberration relativ zu einen auf die Fläche des Spiegels Ml in einer bestimmten Höhe auftreffenden Lichtstrahl bewirkt. Die asphärische Linse Ll dient daher dazu, in Abhängigkeit von einer derartigen schwankenden positiven sDhärischen Aberration, die von dem Konksvsoiegel Ml erzeugt wird, relativ zu der schwankenden Einfallhöhe ensorechend der variierenden 3ildhöhe innerhalb eines bogenförmigen Korrekturbereiches h (Figur 2) eine variierende negative sphärische Aberration relativ zu den Lichtstrahlen zu erzeugen, die von ObjektDunkten auf Objekthöhen innerhalb eines den Korrekturbereich h entsprechenden Bereiches abgegeben werden und in die asphärische Linse Ll eindringen. Mit anderen Worten, die Forn der asphärischen Linse Ll ist so ausgewählt, daß bei jeder beliebigen Bildhöhe innerhalb des Korrekturbereiches h die vom Konkavspiegel Ml erzeugte oositive sphärische Aberration durch die negative sphärische Aberration kompensiert wird. Mit einer derartigen Anordnung treffen sämtliche Hauptstrahlen parallel zur ootischen Achse 0, die von den Objekthchen abgegeben und auf die Bildhöhe in Korrekturbereich η treffen sollen, auf den Mittelpunkt 02 des optischen Reflektionssystems. Mit anderen Worten, in bezug auf die Bildhöhen innerhalb des Korrekturbereiches h treffen die von unendlich abgegebenen Heuotstrahlen inner auf den Mittelpunkt 02 des optischen Systems. Hierdurch wird der Astigmatismus des ODtischen Reflektionssystems als ganzes korrigiert.

Wie in Figur 2 gezeigt, wird der Korrekturbereich h durch die Beziehung zwischen der Neigung der Sagittalbildfläche s, der Neigung der Meridianbildfläche m und der zulässigen Tiefe bestimmt. Die asphärische Linse Ll wird daher dazu verwendet, um den Astigmatismus zu korrigieren, d.h. die astigmatische Differenz zwischen der Sagittalbildfläche s und der Meridianbildfläche m zu beseitigen und dadurch den Korrekturbereich h und somit die Schlitzbreite zu vergrößern.

Bei der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform sind der Konkavspiegel Ml und der Konvexspiegel M2 exzentrisch angeordnet. Die asphärische Linse Ll umfasst eine schwache Konvexlinse mit einer asphärischen Oberfläche, die auf ihrer konvexen Fläche ausgebildet ist, die dem Konkavspiegel Ml gegenüberliegt. Der asphärische Oberflächenbereich, durch den die dem Korrekturbereich h entsprechenden Hauptstrahlen dringen, ist so ausgebildet, daß er im Vergleich zu der sphärischen Referenzfläche eine ansteigende negative Brechungskomponente vorsieht, die mit einer Zunahme der Bildhöhe ansteigt. Die Zahl * der asphärischen Linsen ist nicht auf eins beschränkt, sondern es können auch mehrere asphärische Linsen vorgesehen werden.

Figur 3 zeigt ein optisches Reflektionssystem nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Figur 4 zeigt die verschiedenen Erscheinungsformen des Astigmatismus für unterschiedliche asphärische Formen.

Bei dieser Ausführungsform sind Elemente, die entsprechende Funktionen erfüllen wie bei der Ausführungsform der Figur 1 mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Gemäß Figur 3 sind ein Konkavspiegel Ml und ein Konvexspiegel M2 konzentrisch angeordnet. Eine asphärische

Linse L2 umfasst eine schwache Konvexlinse mit einer asphärischen Oberfläche, die auf ihrer der Objektebene Sl und der Bildebene S2 gegenüberliegenden konvexen Seite ausgebildet ist. Der asphärische Oberflächenbereich, durch den die Hauptstrahlen relativ zu den Bildhöhen innerhalb des Korrekturbereiches h dringen, ist derart angeordnet bzw. ausgebildet, daß er eine ansteigende negative Brechungskomponente im Vergleich zu der der sphärischen Referenzfläche vorsieht, die mit einer Zunahme der Bildhöhe ansteigt, d.h. einem Ansteigen der Einfallhöhe auf den Konkavspiegel Ml.

Figur 5 zeigt ein optisches Reflektionssystem nach einer dritten Ausführun'gsform der Erfindung, und Figur 6 zeigt die Erscheinungsformen des Astigmatismus für unterschiedliche asphärische Formen. In den Figuren 3 und h bezeichnen die gleichen Bezugsziffern Elemente oder Teile, die entsprechende Funktionen besitzen wie die der Ausführungsform der Figur 1. Das optische Reflektionssystem umfasst einen Konkavspiegel Ml und einen Konvexspiegel M2, die exzentrisch angeordnet sind. Eine asphärische Linse L3 - umfasst eine parallele flache Platte, die auf beiden Seiten mit asphärischen Oberflächen versehen ist. Innerhalb eines Bereiches, durch den die Hauptstrahlen in bezug auf die Bildhöhen im Korrekturbereich h dringen, ist die asphärische Linse L3 so ausgebildet, daß sie ein negatives Brechungsvermögen besitzt. Diese negative Brechungskomponente steigt mit einer Zunahme der Bildhöhe an.

Die Figur 7 zeiot ein optisches Reflektionssystem nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung, und Figur 8 zeict die Erscheinungsformen des Astigmatismus für unterschiedliche asphärische Formen. Wiederum bezeichnen

die gleichen Bezugsziffern der Figuren 5 und 6 Elemente oder Teile mit entsprechenden Funktionen wie bei der Ausführungsform der Figur 1. Das in Figur 7 gezeigte optische Reflektionssystem umfasst einen Konkavspiegel Ml und einen Konvexspiegel M2, die exzentrisch angeordnet sind.Um die durch die Positiv- oder Konvexlinsenwirkung des Konkavspiegels Ml verursachten Aberrationen zu beseitigen, ist eine asphärische Linse L4 vorgesehen, die eine negative Meniskuslinse umfasst. Die dem Konkavspiegel Ml gegeüberliegende Seite der Linse LA ist mit einer asphärischen Oberfläche versehen, um auf diese Weise den Astigmatismus innerhalb des Korrekturbereiches h zu beseitigen oder nahezu zu beseitigen. Bei dieser Ausführungsform ist das Brechungsvermögen an der Rl-Seite der negativen Meniskuslinse größer als das des Konkavspiegels Ml. Um dies zu kompensieren, besitzt der asphärische Oberflächenabschnitt der asphärischen Linse L 4 eine solche Form, daß der asphärische Bereich auf der R2-Seite im Vergleich zu dem der sphärischen Bezugsfläche eine positive Komponente aufweist.

Figur 9 zeigt den Astigmatismus eines optischen Reflektionssystems, bei dem eine negative Meniskuslinse, wie in Figur 7 gezeigt, vorgesehen ist, auf der jedoch keine asphärische Fläche ausgebildet ist. Aus Figur 9 kann man entnehmen, daß die Sagittalbildfläche s und die Meridianbildfläche m im Vergleich zu einem Fall, bei dem keine Meniskuslinse vorgesehen ist, korrigiert sind. Wenn jedoch die Aberration der Ausführungsform der Figur 9 mit den Aberrationen der Ausführungsform der Figuren 8a - 8d verglichen wird, wird augenscheinlich, daß der Korrekturbereich h im Falle der Figur 9 im Vergleich zu denen der Figuren 8a - 8d sehr eng ist.

Numerische Werte der optischen Anordnungen der ersten bis vierten Ausführungsform sind in den nachfolgenden Tabellen 1-4 aufgeführt, während die numerischen Werte der Ausführungsform, bei der keine asphärische Fläche vorgesehen ist (Figur 9), in Tabelle 5 enthalten sind. In diesen Tabelle ist mit Ri der Krümmungsradius der i-ten Fläche der optischen Elemente in der Reihenfolge gemäß der Fortbewegungsrichtung des Lichtstrahles in den Figuren 1, 3, 5 und 7 bezeichnet. Mit Di ist die Dicke oder der Luftraum des i-ten optischen Elementes entlang der optischen Achse bezeichnet. Die Richtung von links nach rechts wird als positiv bezeichnet.

	-6882	.06	Dl =	Tabelle 1	Quarzglas
Rl«	-500	•	D2=	14.65	Luft
*1 R2=	-247	.37	D3=	488.	Spiegel
R3=	-500	•	D4 =	-246.45	Spiegel
R4=	-6882	.06	D5 =	246.45	Luft
R5=	CO		D6=	-488.	Quarzglas
*1 R6=				-14.65	Luft
R7=

In der vorstehenden Tabelle sind mit dem Symbol "*" asphärische Flächen bezeichnet, die relativ zur optischen Achse symmetrisch zueinander ausgebildet sind und von der Referenzfläche auf einer Höhe h von der optischen Achse um den Betrag X abweichen, der durch die nachfolgende Gleichung wiedergegeben wird: X = f(h²/R)/ {l+il-Ch/Rf¹ ]3

Bh⁴ + Ch⁶ + Dh⁸ + Eh¹⁰

Der asphärische Wert wird mit AS bezeichnet.

(1) Figur 2A

*1 R= -6882.06

8= 4.59302·10⁸ C=-2.32609·10~¹²

- 17 -

D= -1.19195Ί0"¹⁸ AS= 5.58-10"²

(2) figur 2B

*1 R= -6882.06 B= 4.73080Ί0"⁸ D= -1.22770·10~¹⁸ AS= 5.75·ΙΟ²

(3) Figur 2C

*1 R= -6882.06 B= 4.82267-10"⁶ D= -1.25155'1O*"¹⁸ AS= 5.86.10"²

(4) Figur 2D

*1 R= -6882.06 B= 4.36337Ί0"⁸ D= -1.13235-10"¹⁸ AS= 5.30·10"² E= 5.56425·10~²²

C= -2.39587Ί0"¹² E= 5.73117-ΙΟ"²²

C= -2.44240·10"¹² E= 5.84246-10"²²

C= -2.20978Ί0""¹² E= 5.28603·10"²²

*1 Rl= 3602.40 R2= οο
R3= -500.
R4= -255.155 R5= -500.
R6= οο

*1 R7= 3602.40

Tabelle 2 Dl= 15. D2= 450. D3= -244.844 D4= 244.844 D5= -450. D6= -15.

Quarzglas

Luft

Spiegel

Quarzglas

Luft

(1) Figur AA

*1 R= 3602.40 B= -1.47378-10

D= -2.02057-10""¹⁸ AS ■ 3.01-10"² (2) Figur AB

*1 R= 3602.40

B= -1.51799·10~⁸ D« -2.08118-10""¹⁸ AS = 3.10·10~² (3) ^ Figur AC

*1 R= 3602.40

B= -1.54747-10

D= -2.12160-10

AS = 3.16-10"²

(4) Γ Figur «AD

*1 R« 3602.40

-8

-18

B= -1.36324-10

-8 C= 5.18559-10 E= 3.46421-10

-13

-23

C= 5.34115·10~¹³ E= 3.56813Ί0"²³

C= 5.44486-10"¹³ E= 3.63742-10"²³

C= 4.79667-10

-13

D= -1.86903-10"¹⁸ E= 3.20440-10"²³

2.80·10

-2

*1 Rl= οο

*2 R2» οο

R3= -500. R4= -255.155 R5= -500.

Tabelle 3 Dl= 15. D2= 469.97 D3= -244.844 D4= 244.844 D5= -469.97

Quarzglas

Luft

Spiegel

C= 5.16459·10

-13

E= -1.48093-10

-20

C= 2.05192-10""¹² E= -3.58277-10"²¹

*2 R6= οο 06= -15. Quarzglas

*1 R7= οο Luft

(1) Figur 6A

*1 R = co

B= 1.43677-10"⁸

D= 1.38587-10""¹⁶

AS « 5.25-10"² *2 R-oo B= 8.51816-10"⁹ D= -8.62761-10"¹⁷

AS = 4.93-10"²

(2) Figur 6B

*1 R » oo

B= 1.47980-10"⁸ C= 5.31950-10""¹³

D= 1.42744-10"¹⁶ E- -1.52535-10"²⁰

US - 5.43-10"² *2 R — oo B= 8.77370-10"⁹ D= -8.88643-10"¹⁷

AS = 5.10-10"²

(3) Figur 6C

*1 R = oo

B= 1.50853-10"⁸ D= 1.45516-10"¹⁶ As = 5.55-10"² *2 R = oo B= 8.94407-10"⁹ -12

C= 2.11348-10 E= -3.69025-10"²¹

-13

C= 5.42280-10 E= -1.55497·10"²⁰

C= 2.15451-10

-12

D= -9.05899-10"¹⁷ 4S = 5.21-10"² (4) Figur 6Ό *1 R = oo B= -1.36486-10"⁸ D= 1.31658-10"¹⁶ AS = 4.95·10"² *2 R« oo . B= 8.09225·1<Γ⁹ D= -8.19623 ΊΟ""¹⁷ AS = 4.65·10~² E= -3.76190·10~²¹

C= 4.90636-10"¹³ E= -1.40688-10

-20

C= 1.94932·10""¹² E= -3.40363*10

-21

Tabelle Dl= 11.03 D2= 394.48 D3= -279.07 D4- 279.07 D5= -394.48

Rl= -141.91

*1 R2« -148.58 R3« -551.15 R4- -267.18 R5= -551.15

*1 R6= -148.58 D6= -11.03

R7= -141.91 (1) Fd-gur 8A *1 R= -148.58

B= -6.22051·10~¹⁰ C= 1.08912-10"¹³ D= -7.69172·10"¹⁸ E= 2.41287-10"²²

Quarzglas

Luft

Spiegel

Quarzglas

Luft

-4

(2)

AS = 1.98*10

Figur 8B

*1 R= -148.58

- 21 -

B= -6.41775-10"¹⁰ D= -7.92240·10~¹⁸ AS = 2.03-10"⁴

(3) Figur 8C

*1 R= -148.58

B= -6.53152·10"¹⁰ D* -8.07631-10"¹⁸

AS = 2.08-10"*⁴

(4) Figur 8D

*1 R= -148.58 B= -6.06498-10""¹⁰ D= -7.49900-10"¹⁸

ÄS = 1.93-10"⁴ C= -7.92240-10"¹³ B= 2.48525·10"²²

C= 1.14358-10"¹³ E= 2.53351·10~²²

C= 1.06189-10"¹³ E= 2.35254Ί0"²²

Rl= -141.91 R2= -148.58 R3= -551.15 R4= -267.18 R5= -551.15 R6= -148.58 R7= -141.91

Tabelle 5 Dl= 11.03 D2= 394.49 D3= -279.07 D4= 279.07 D5= -394.48 D6= -11.03

Quarzglas

Luft

Spiegel

Quarzglas

Luft

In dieser Beschreibung wird dieser asphärische Wert ÄS wie folgt definiert:

Δ S = ( ARH2 - Δ RHI)/ΔΗ

wobei Δ RHI und ARH2 die Werte der asphärischen Abweichung von der sphärischen Bezugsfläche auf den Höhen Hl und H2 darstellen (siehe die Figuren 1OA und 10B). Bei dem Wert " ARH2-ARH1" handelt es sich somit um die asphärische Abweichungsdifferenz. In Figur 1OB zeigt die durchgezogene Linie A die Bezugsfläche mit einem Mittelpunkt 03, während die gestrichelte Linie B die asphärische Fläche zeigt.

Bei der vorstehenden Gleichung für den asphärischen Wert AS kennzeichnet das Symbol " ΔΗ" den höheren Bildbereich bogenförmiger Gestalt (siehe Figur 10A), der durch den Bereich "H2 - Hl" definiert und von der asphärischen Linse L gebildet wird.

Aus den vorangehenden Tabellen kann man entnehmen, daß . der asphärische Wert AS zwischen 1/10 und 1/10 liegt und daß dann, wenn der Wert as kleiner wird als 1/10 , die Änderung im Brechungsvermögen gering wird, wodurch der Effekt der asphärischen Fläche verringert wird.

Folglich ist eine größere Schlitzbreite nicht mehr möglich. Wenn andererseits AS größer wird als 1/10, wird die Änderung des Brechungsvermögens groß, so daß die Sagittalbildfläche s und die Meridianbildfläche m allmählich voneinander getrennt werden. Hieraus folgt, daß ein größere Schlitzbreite nicht mehr möglich ist.

Aus den Tabellen geht ferner hervor, daß sich der zulässige Bereich des asphärischen Wertes δ S in Abhängigkeit von der Abmessung der sphärischen Bezugsfläche ändert

Wenn die sphärische BezugsfläeheJRlgrößer ist als 1000mm, liegt ÄS zwischen 1/10 und 1/10. Wenn der untere Grenzwert oder der obere Grenzwert überschritten werden, treten ähnliche Nachteile wie vorstehend besehr i&ien auf. Wenn die sphärische Bezugsfläche IRI nicht größer ist als 200mm, liegt der Wert ^s zwischen 1/10 und 1/10 . Wenn der untere Grenzwert und der obere Grenzwert überschritten werden, treten entsprechende Nachteile auf.

Vorzugsweise soll die Abbesehe Zahl v> des die asphärischen Linsen Ll, L2, L3 oder L4 bildenden Glases die folgende Bedingung erfüllen:

6Q< >) < 100.

Wenn die Abbe'sche Zahl ^ kleiner ist als 60, tritt eine beträchtliche chromatische Aberration auf, die die nutzbaren Wellenlängenbereiche in signifikanter Weise begrenzt. Ein optisches Glas mit einer Abbeschen Zahl y?

größer als 100 gibt es gegenwärtig nicht.

Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind der Konkavspiegel Ml und der Konvexspiegel M2 koaxial zueinander angeordnet. Wenn bei einem derartigen optischen Reflektionssystem keine asphärische Linse verwendet wird, wird der Hauptstrahl, der von einem Objektpunkt auf einer vorgegebenen Objekthöhe H 0 abgegeben wird und parallel zur optischen Achse 0 verläuft, vom Konkavspiegel Ml reflektiert und trifft auf den Scheitelpunkt des Konvexspiegels M2, bei dem es sich um den Schnittpunkt zwischen der Spiegelfläche und der optischen Achse 0 handelt. Der vom Scheitelpunkt des

Konvexspiegels M2 reflektierte Hauptstrahl wird wiederum vom Konkavspiegel Ml reflektiert und parallel zur optischen Achse auf die Bildebene gerichtet. Dieses optische System ist somit sowohl auf der Eingangsseite als auch auf der Ausgangsseite telezentrisch. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der vorstehend erwähnte Punkt H 0 auf der Höhe H 1 (Figuren 1OA und 10B) oder auf einer Höhe angeordnet, die niedriger ist als der Wert Hl. Aus diesem Grunde ist die asphärische Linse so angeordnet bzw. ausgebildet, daß sie eine ansteigende negative Brechungskomponente besitzt, die mit Zunahme der Entfernung von der optischen Achse größer wird, wie vorstehend beschrieben.

Wie vorstehend erläutert, wird das optische Reflektionssystem in erfindungsgemäßer Weise mit einer asphärischen Linse versehen, mittels der die Sagittalbildfläche s und die Meridianbildfläche m in bezug auf die Bildhöhen innerhalb des Korrekturbereiches in einem breiteren Bereich überlagert werden. Dadurch kann der höhere BiId-. bereich, d.h. die Schlitzbreite, vergrößert werden, wodurch die Belichtungszeit herabgesetzt werden kann. Insbesondere ist die asphärische Linse nicht auf den Fall beschränkt, bei dem sie konzentrisch zu dem Konkavspiegel Ml und dem Konvexspiegel M2 angeordnet ist. Im Gegensatz zu einem Linsensystem, das nur durch sphärische Flächen gebildet wird, ist die Anordnung der asphärischen Linse keinen Beschränkungen unterworfen. Eine angemessene Berücksichtigung der Korrektur durch die asphärische Fläche ist ausreichend. Auf diese Weise kann daher ein optisches Reflektionss-ystem mit einer besseren Funktionsweise in einfacher Weise zur Verfügung gestellt werden. Die Versuchsergebnisse zeigten eine

Vergrößerung des höheren Bildbereiches, wobei der Bildhöhenbereich h (Korrekturbereich) zwischen 100 und 90mm, d.h. die Schlitzbreite etwa 10mm, betragen konnte.

Eine mit einem optischen Reflektionssystem nach der Erfindung versehene Halbleiterbelichtungsvorrichtung ist in den Figuren 11 und 12 dargestellt. Figur 11 zeigt die optische Anordnung der Belichtungsvorrichtung, bei der ein optisches System zur Beleuchtung einer Maske vorgesehen ist. Das optische Beleuchtungssystem umfasst einen sphärischen Spiegel 2, eine Lichtquelle 3, beispielsweise eine Quecksilberbogenlampe, eine Linse 4, ein Filter 5, einen 45°-Spiegel 6 und eine Linse 7, die entlang der optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems angeordnet sind. Der Filter 5 dient dazu, die Lichtkomponente, gegenüber der ein Plättchen 9 sensitiv ist, zu entfernen, und kann während eines Ausrichtungsvorganges für die Maske und das Plättchen in die Bahn des Lichtes eingesetzt werden. Das optische Beleuchtungssystem 1 dient dazu, einen Beleuchtungsbereich bogenförmiger Gestalt für die Maske 8 vorzusehen, so daß das optische Reflektionssystem einen Bildbereich bogenförmiger Gestalt bildet. Die Maske 8 ist horizontal angeordnet und wird von einem nicht gezeigten Maskenhalter bekannter Bauart gehalten. Unter der Maske 8 ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes optisches Reflektionssystem 10 zur Erzeugung des Bildes der Maske 8 auf dem Plättchen 9 vorgesehen. Das optische Reflektionssystem 10 umfasst einen Konkavspiegel Ml und einen Konvexspiegel M2 wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Asphärische Linsen Ll und L2 besitzen entsprechende Funktionen wie die entsprechenden Elemente der vorhergehenden Ausführungsformen. Die asphärischen Linsen Ll und L2 sind jedoch im Gegensatz zu den vorstehend be-

schriebenen Ausführungsformen voneinander getrennt, wobei eine (Ll) der Objektebene (Maske 8) und die andere (L2) der Bildebene (Plättchen 9) zugeordnet ist. Das optische Reflektionssystem 10 umfasst desweiteren Spiegel 11 und 12 zur Ablenkung des Lichtes von der asphärischen Linse Ll und des Lichtes zu der asphärischen Linse L2. Das Plättchen 9 wird von einem nicht gezeigten bekannten Plättchenhalter gelagert, der zur Feineinstellung in X-, Y- und0-Richtung bewegbar ist.

Während des Ausrichtungsvorganges wird ein mikroskopisches optisches System 13 zwischen das optische Beleuchtungssystem 1 und die Maske 8 gesetzt, um unterscheiden zu können, ob sich die Maske 8 und das Plättchen 9 in vorgegebenen Positionen relativ zueinander befinden. Wenn die Maske 8 und das Plättchen 9 diese vorgegebene Lagebeziehung nicht aufweisen, wird der Plättchenhalter in X-, Y- und/oder θ -Richtung eingestellt, so daß das Plättchen 9 relativ zur Maske 8 bewegt wird, bis die vorgegebene Lagebeziehung erreicht ist.

Figur 12 zeigt eine Aussenansicht der Belichtungsvorrichtung. Hierbei nimmt ein Lampengehäuse 20 das in Figur 11 gezeigte optische Beleuchtungssystem 1 auf. Eine Einheit 21 nimmt das mikroskopische optische Ausrichtungssystem 13 auf und kann vor- und zurückbewegt werden. Die Belichtungsvorrichtung umfasst desweiteren ein Maskenträgerelement 22 und ein Plättchenträgerelement 23, die über Verbindungselemente 24 miteinander verbunden sind, so daß sie zusammen als Einheit bewegt werden können. Während die Trägerelemente 22 und 23 als Einheit bewegbar sind, ist das Plättchen 9 relativ zum Trägerelement 23 zur Durchführung einer Feineinstellung bewegbar.

An jedem Verbindungselement 24 ist ein Arm 25 befestigt, der von einer Führung 26 getragen wird. Die Führung umfasst einen horizontal bewegbaren Mechanismus, über den die Trägerelemente 22 und 23 in Horizontalrichtung als Einheit bewegbar sind. Die Belichtungsvorrichtung umfasst desweiteren einen Zylinderabschnitt 27, der das optische Reflektions-/Abbildungssystem aufnimmt, eine Basis 28, einen Drehtisch 29 und eine automatische Zuführeinrichtung 30. Über diese automatische Zuführeinrichtung 30 wird das Plättchen 9 automatisch mit Hilfe des Drehtisches 29 zum Plättchenträgerelement 23 geführt.

Im Betrieb der Belichtungsvorrichtung wird zuerst die Relativlage zwischen der Maske 8 und dem Plättchen 9 eingestellt, um eine Ausrichtung zwischen beiden zu erreichen. Während dieses Ausrichtungsvorganges wird der Filter 5 in die Lichtbahn des optischen Beleuchtungssystems 1 eingesetzt. Hierbei erzeugen die Linsen 4 und 7 ein bogenförmiges Bild der Lichtquelle auf der Maske 8. Das Bild wird durch das Licht erzeugt, gegenüber dem die Maske 8 unempfindlich ist. Gleichzeitig damit wird das optische mikroskopische System 13 zwischen die Linse 7 und die Maske 8 gesetzt. Auf der Maske 8 und dem Plättchen 9 ausgebildete Ausrichtungsmarken werden durch das mikroskopische System 13 beobachtet, und die Lagebeziehung zwischen diesen Ausrichtungsmarken wird durch Betätigung des Plättchenträgerelementes reguliert. Nach Beendigung des Ausrichtungsvorganges zwischen der Maske 8 und dem Plättchen 9 werden der Filter und das mikroskopische System 13 aus der optischen Bahn herausbewegt. Zur gleichen Zeit wird die Lichtquelle 3 über einen nicht gezeigten Verschlußmechanismus abgeschaltet oder blockiert. Danach wird die Lichtquelle 3 eingeschaltet oder der Verschlußmechanismus

für die Lichtquelle ausgelöst, so daß ein· bogenförmiges Bild der Lichtquelle über das Licht, gegenüber dem das Plättchen 9 empfindlich ist, auf der Maske 8 ausgebildet wird. Gleichzeitig damit beginnt der Arm 25 die Führung 26 in Horizontalrichtung zu bewegen. Durch diese Horizontalbewegung wird das Bild der gesamten Maske 8 auf dem Plättchen 9 erzeugt oder "gedruckt".

Erfindungsgemäß wird somit ein optisches Reflektionssystem vorgeschlagen, das einen Konkavspiegel und einen Konvexspiegel umfasst, die gegenüberliegende Reflektionsflächen aufweisen und koaxial zueinander angeordnet sind. Das optische Reflektionssystem ist mit asphärischen Linsenabschnitten versehen, die zwischen einem Objektfeld und dem Konkavspiegel und zwischen dem Konkavspiegel und einem Bildfeld angeordnet sind, so daß ein breiterer höherer Bildbereich bogenförmiger Gestalt erreicht wird.

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Claims

Tedtke - Bühling - Kinne.-Grupe y\ ^n Ο_^~-**^ * " " "--"-Dipl.-Ing. H.Tiedtke KtLLMANN - VaRAMS - OiBUlP :Λ: " ::* f ßipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring 4, Postfach 2024 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Munch 26.- Oktober 1984 DE 4370 Patentansprüche:

1. Optisches Reflektionssysten, gekennzeichnet durch:

Einen Konkayspiegel (Ml) zur Aufnahme von Lichtstrahlen, die von einem vorgegebenen Bereich eines Objektfeldes abgegeben werden, der innerhalb eines vorgegebenen Höhenbereiches von der optischen Achse (O) des Konkavspiegels (Ml) liegt;

einen Konvexspiegel (M2), der koaxial zu dem Konkavsoiegel (Ml) angeordnet ist und Lichtstrahlen aufnimmt, die von Konkavspiegel reflektiert norden sind, sowie die reflektierten Lichtstrahlen auf den Konkavspiegel (Ml) richtet;

ein erstes asphärisches Elenent, das in der Bahn des von Objektfeld zum Konkavspiegel (Ml) abgegebenen Lichtes angeordnet ist und die von Punkten des Objektfeldes abgegebenen und parallel zur optischen Achse (O) verlaufenden Hauptlichtstrahlen auf einen Schnittpunkt zwischen den Konvexspiegel (M2) und der optischen Achse richtet, nachden diese zun ersten Mal durch den

Onsdner Bank (München) Klo 3939844 Deutsche Bank (München) Kto 2861060 Postscheckamt (München) Kto 670-43-804

Konkavspiegel (Ml) reflektiert worden sind; und

ein zweites asphärisches Elenent, das in der Bahn des zum zweiten Male durch den Konkavspiegel (Ml) reflektierten Lichtes angeordnet ist und die vorn Schnittpunkt zwischen dem Konvexspiegel (M2) und der optischen Achse (0) abgegebenen Hauptlichtstrahlen parallel zur optischen Achse auf ein Bildfeld richtet.

2. Reflektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das erste als auch das zweite asphärische Element eine negative Brechungskomponente besitzt, die mit zunehmendem Abstand von der oDtischen Achse (0) ansteigt.

3. Reflektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste asphärische Elenent die gleiche asphärische Oberflächenform besitzt wie das zweite asphärische Element und daß das erste und zweite asphärische Elenent relativ zur ODtischen Achse (0) symmetrisch zueinander angeordnet sind.

A. Reflektionssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite asphärische Element durch Abschnitte einer einstückig ausgebildeten asphärischen Linse (Ll - LA) gebildet sind.

5. Reflektionssysten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, _#daß das erste oder zweite asphärische Element aus Glas besteht, das eine Abbesche Zahl V aufweist, die die nachfolgende Bedingung erfüllt:

60 <

6. Reflektionssystem nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es die nachfolgende Bedingung erfüllt:

1/10⁴ * K ARH2- ARHl)/ΔΗ 4 1/10 wobei Δ H dsr zwischen einsr Höhe Hl von der optischen Achse und einer Höhe H2, die größer ist als Hl, gebildete Bereich des Objektfeldes ist und ARHl und 4RH2 die Größe der asphärischen Abweichung auf den Höhen Hl und H2 von. der optischen Achse darstellen, wenn die asphärische Abweichung von einer sohärischen Bezugsfläche des ersten oder zweiten asphärischen Elementes in der Richtung, in der das negative Brechungsvermögen

.15 zunimnt, mit einen positiven Synbol gekennzeichnet ist.

7. Reflektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste oder zweite asnhärische Element eine Linse urcfasst, die rait einer asohärischen Oberfläche versehen ist, und daß das Systen die folgenden Bedingungen erfüllt:

IRI > 1000

1/10³ < 1(£RH2- ARHl)/ AHl < 1/10 25

wobei R der Krünnungsradius der Linsenoberfläche,

4 H der Bereich des Objektfeldes, der zwischen einer Höhe Hl von der optischen Achse und einer Höhe H2, die größer isfals Hl, ausgebildet ist, und 4RHl und Λ RH2 die Größen der asphärischen Abweichung von einer sphärischen Bezugsfläche der asphärischen Oberfläche auf den Höhen Hl und H2 von der optischen Achse bedeuten,