DE3507143A1

DE3507143A1 - Lampe zur abgabe eines relativ gleichmaessigen lichtstroms

Info

Publication number: DE3507143A1
Application number: DE19853507143
Authority: DE
Inventors: David Vancouver Camm
Original assignee: Fusion Systems Corp
Current assignee: Fusion Systems Corp
Priority date: 1984-03-01
Filing date: 1985-02-28
Publication date: 1985-10-03
Also published as: GB2157413A; DE3507143C2; FR2566097B1; FR2566097A1; US4683525A; GB8505189D0; IT1212054B; JPS60184250A; GB2157413B; IT8547761A0

Description

PRINZ, LEISER, BUNKE. & F¹ARTNER

Patentanwälte European Patent Attorneys

München /, Stuttgart 3507143

28. Februar 1985

FUSION SYSTEMS CORPORATION

7600 Standish Place

Rockville, Maryland 20855 /V.St.A.

Unser Zeichen: F 999

Lampe zur Abgabe eines relativ gleichmäßigen Lichtstroms

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lampe zur Erzielung einer relativ gleichmäßigen. Strahlung einer Zielebene bei einer relativ kleinen örtlichen Divergenz.

In vielen Anwendungen optischer Anlagen ist es erforderlich, über die gesamte Ausdehnung einer Zielfläche eine relativ gleichmäßige Bestrahlung zu erzielen. In einigen Anwendungsfällen, beispielsweise in der Photolithographie, ist es auch erwünscht, daß die Strahlung an der Zielebene eine kleine örtliche Divergenz hat, wobei die örtliche Divergenz als der von der Quelle bei Betrachtung von Punkten der Zielebene aus aufgespannte Raumwinkel definiert ist.

In der Photolithographie wird von einer Lampe ausgehendes Licht durch eine Maske oder eine transparente Vorlage in eine Zielebene projiziert, hinter der ein lichtempfindliches Medium angeordnet ist. Dabei ist erwünscht, daß

Schw/Gl

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das projizierte Licht gleichmäßig ist, so daß Bereiche unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit der Maske getreu auf dem lichtempfindlichen Medium abgebildet werden. Ferner ist es erwünscht, daß das Licht eine kleine örtliehe Divergenz aufweist, so daß die Auflösung des Bildes auf der Maske im wesentlichen beibehalten wird, wenn das Bild auf das lichtempfindliche Medium projiziert wird.

In bekannten Photolithographiesystemen, wie sie beispielsweise in der JA-OS 58-35861 dargestellt sind, werden für den Versuch, das projizierte Licht gleichmäßig zu machen, lichtbrechende Optiken verwendet. Solche Systeme weisen jedoch keine kleine örtliche Divergenz auf, da die in der Mitte der Zielebene gemessene Divergenz etwa den gleichen relativ großen Winkel wie am Rand der Zielebene aufweist. Mit diesen bekannten Systemen kann daher nicht die gewünschte Auflösung auf dem lichtempfindlichen Medium erzielt werden.

Mit Hilfe der Erfindung soll eine Lampe geschaffen werden, die eine relativ gleichmäßige Strahlung auf eine Zielebene in deren gesamter Ausdehnung richtet. Die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Lampe soll das Licht so auf die Zielebene richten, daß sich eine relativ kleine örtliche Divergenz ergibt. Außerdem soll die Lampe einen relativ hohen Wirkungsgrad haben. Die Lampe soll sich dabei insbesondere für die Anwendung in der Photolithographie eignen. Dies soll alles in der mit Hilfe der Erfindung zu schaffenden Lampe unter Verwendung einer elektrodenlosen Lichtquelle erzielt werden.

Die oben angegebenen Ziele werden erreicht, indem eine Lampe geschaffen wird, die mit einem aus Segmenten aufgebauten Reflektor arbeitet. Die Segmente sind in bezug auf die Lichtquelle und die Zielebene so angeordnet, daß jedes Segment Licht reflektiert, das von einem

anderen Abschnitt der Lichtquelle abgestrahlt wird, so daß Punkte auf der Zielebene Strahlung empfangen, die von einer Anzahl unterschiedlicher Segmente des Reflektors reflektiert wird. Die Strahlung in der Zielebene wird daher über viele Abschnitte der Lichtquelle und des Reflektors gemittelt, wobei die Strahlung auf der Zielebene relativ unabhängig von Ungleichmäßigkeiten der Lichtquelle und des Reflektors ist. In der bevorzugten Ausführung wird in der erfindungsgemäßen Lampe von einer elektrodenlosen Lichtquelle Gebrauch gemacht, die zur Ankopplung an Mikrowellenenergie einen Schlitz im Reflektor erfordert; wegen der erwähnten Mittelungswirkung wirft der Schlitz anstelle einer größeren Diskontinuität, die bei einer herkömmlicheren Optik entstehen würde, nur einen kleinen dunklen Fleck auf die Zielebene.

Die Segmente des Reflektors sind so angeordnet, daß sich in der Zielebene eine kleine örtliche Divergenz ergibt, was zu einem verbesserten Auflösungsvermögen führt. Das Zentrum der Zielebene wird durch eine direkte Strahlung aus der Lichtquelle und durch eine von nur einem Segment reflektierte Strahlung beleuchtet, während der mittlere Bereich der Zielebene durch eine von mehreren Reflektorsegmenten reflektierte Strahlung beleuchtet wird; der Rand der Zielebene wird durch eine von allen Reflektorsegmenten reflektierte Strahlung beleuchtet. Die örtliche Divergenz ist daher im Zentrum am kleinsten, und sie nimmt zu den Rändern hin zu, was zu einer relativ kleinen mittleren örtlichen Divergenz im Vergleich zu anderen optisehen Systemen führt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe mit einem Strahlendiagramm, das erkennen läßt, wie die relative Gleichmäßigkeit und die kleine örtliehe Divergenz erzeugt werden,

Fig. 2 eine Unteransicht der Lampe von Fig. 1,

Fig. 3 eine genauere Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung

einer elektrodenlosen Lichtquelle,

Fig. 4 eine Teilansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Reflektors der erfindungsgemäßen Lampe und

Fig. 5 ein Diagramm, das die Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Zielebenenabstand darstellt und die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lampe erzielte relative Gleichmäßigkeit erkennen

läßt.

Die in Fig. 1 dargestellte Lampe 10 besteht aus einer Lichtquelle 12 und aus einem Reflektor 14. In der Ausführungsform von Fig. 1 ist die Lichtquelle 12 eine elektrodenlose Lichtquelle mit sphärischer Form, jedoch können in anderen Ausführungsformen auch andere Lichtquellen benutzt werden. Eine elektrodenlose Lichtquelle ist ein Volumenstrahler, der Licht aus einem Volumen eines angeregten Gases abstrahlt, das in einem Lampenkolben enthalten ist.

Der Reflektor 14 besteht aus einem sphärischen Abschnitt 16 und aus Segmenten 1 bis 5. Jedes Segment bildet ein ringförmiges Band um die Achse 18, wobei jedes Segment im Schnitt eben oder rechtwinklig ist, wie Fig. 1 schematisch zeigt. Eine Unteransicht der Lampe von Fig. 1

-X-S-

3507H3

ist in Fig. 2 dargestellt, in der Linien 20 Grenzlinien zwischen den Segmenten sind. Wie aus den Figuren hervorgeht, ist der Reflektor rotationssymmetrisch in bezug auf eine durch die Lichtquelle führende und senkrecht zur Zielebene verlaufende Achse.

Der sphärische Abschnitt 16 des Reflektors reflektiert das Licht zur sphärischen Lichtquelle zurück, so daß dieser Abschnitt mit einem lichtabsorbierenden Material beschichtet sein kann, während jedes Segment des Reflektors mit einem reflektierenden Material beschichtet ist.

Es ist zu erkennen, daß die Zielebene 22 in ihrem Zentrum mit C bezeichnet ist, während der Buchstabe M einen Punkt irgendwo im Mittelbereich der Zielebene und der Buchstabe E einen Punkt am Rand der Zielebene bezeichnet. Im Strahlendiagramm von Fig. 1 wird das Zentrum der Zielebene mit direkt von der Lichtquelle 12 abgegebenem Licht und mit vom Segment 1 reflektiertem Licht bestrahlt.

Der Punkt M auf der Zielebene wird mit Licht bestrahlt, das von den Segmenten 1 bis 3 reflektiert wird, während der Punkt E mit von allen Segmenten 1 bis 5 reflektiertem Licht bestrahlt wird. Die Punkte auf der Zielebene werden also mit Licht bestrahlt, das von mehr als einem Segment kommt; die auf die Zielebene auftreffende Strahlung ist daher relativ unabhängig von örtlichen Variationen der Lichtquellenabstrahlung und von Ungleichmäßigkeiten des Reflektors. Dies gilt deshalb, weil die verschiedenen ReflektorSegmente Licht reflektieren, das von verschiedenen Bereichen der Lichtquelle ausgestrahlt wird, so daß örtliche Ungleichmäßigkeiten der Lichtquelle und des Reflektors in dem auf die Zielebene auftreffenden Licht gemittelt werden.

Wie oben erwähnt wurde, soll die örtliche Divergenz der Lampe an der Zielebene so klein wie möglich sein. In

einem photolithographischen System befindet sich in der Zielebene eine lichtdurchlässige Vorlage, und der auf jeden Punkt dieser Vorlage fallende konvergierende Strahlenkonus beginnt nach Durchgang durch die Zielebene zu divergieren. Die örtliche Divergenz ist als der von der Lichtquelle bei Betrachtung von der Zielebene aus aufgespannte Raumwinkel; es ist zu erkennen, daß die Auflösung des auf die lichtempfindliche Fläche projizierten Bildes um so größer ist, je kleiner der Durchmesser des divergierenden Strahlenbündels ist, das auf die unter der Zielebene in Fig. 1 angeordnete lichtempfindliche Fläche auftrifft.

Gemäß der Zeichnung wird die örtliche Divergenz am Punkt C durch das Segment 1 bestimmt, während die örtliche Divergenz an den Punkten M und E durch den direkten Strahl von der Lichtquelle und vom letzten Segment bestimmt wird, das einen Strahl zu diesem Punkt reflektiert. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, hängt die örtliche Divergenz davon ab, wie viele Segmente einen bestimmten Punkt der Zielebene bestrahlen, wobei näher beim Zentrum liegende Punkte von weniger Segmenten bestrahlt werden und eine kleinere örtliche Divergenz aufweisen als Punkte an den Rändern. Die mittlere örtliche Divergenz ist wesentlich kleiner als die Divergenz bei Verwendung von herkömmlichen Optiken, bei denen die Divergenz am Rand gemäß Fig. 1 näher bei der mittleren Divergenz über die gesamte Zielebene liegen würde.

Dies ist besonders deutlich veranschaulicht worden, indem von verschiedenen Punkten auf der Zielebene aus Photographien der Lampe angefertigt worden sind. Eine am Zentrum der Zielebene aufgenommene Photographie zeigt einen hellen Ring beim Segment 1, während eine vom Punkt E aus aufgenommene Photographie von allen Segmenten ausgehendes Licht zeigt. Die Situation am Punkt E veranschaulicht das Ausmaß der Divergenz, das bei dem

bisher verwendeten System auch am Zentrum vorhanden wäre.

In der Ausführung von Fig. 1 sind die Segmente so angeordnet, daß sich eine minimale mittlere örtliche Divergenz ergibt, und die Ausrichtung der Mehrzahl der Segmente in der Weise, daß sie die Achse kreuzen, ergibt an der Reflektormündung einen kleinen Durchmesser, und da alle Segmente, die zu einem gegebenen Punkt auf der Zielebene beitragen, auf einer Seite des Reflektors liegen, ist der von der Lichtquelle aufgespannte Raumwinkel minimal gehalten.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführung ist sehr wirksam, da jeder gegebene Strahl von einer mehr oder weniger optischen Fläche(n) reflektiert wird, was besonders bei Systemen wichtig ist, die mit ultravioletter Strahlung arbeiten.

In Fig. 3 ist eine mit Mikrowellen arbeitende elektrodenlose Lampe dargestellt, in der die Erfindung angewendet wird. In dieser Figur sind die Lichtquelle 30 und der Reflektor 32 so ausgebildet, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Außerdem ist quer zum Reflektor ein Gitter 34 angeordnet, damit eine Mikrowellenkammer entsteht, die Mikrowellenenergie enthält, jedoch das Abstrahlen von ultraviolettem oder sichtbarem Licht erlaubt. Die Mikrowellenenergie wird mit Hilfe eines Magnetrons 36 erzeugt und über einen Wellenleiter 40 einem Schlitz 38 in der Reflektorwand zugeführt.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Schlitz 38 keinen merklichen dunklen Fleck auf die Zielebene wirft, wie es bei einer herkömmlichen Optik zu erwarten wäre. Dies ist gemäß der obigen Erläuterung deshalb der Fall, weil Punkte auf der Zielebene eine gemittelte Strahlung empfangen, die von mehreren Segmenten reflektiert wird.

Fig. 4 zeigt eine genaue Darstellung des Reflektors, wobei die Abmessungen und die Winkelanordnungen der ringförmigen Segmente in der bevorzugten Ausführung angegeben sind, die die minimale örtliche Divergenz ergibt.

In Fig. 5 ist ein Diagramm dargestellt, das die Lichtintensität in der Zielebene in Abhängigkeit vom Abstand vom Zentrum angibt. Der relativ ebene Verlauf der Intensitätskurve zeigt, daß das Ziel der relativ gleichmäßigen Bestrahlung erreicht wird.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist zwar in Verbindung mit Segmenten beschrieben, die im Querschnitt eben sind, doch könnten natürlich auch gekrümmte Segmente verwendet werden, wobei jedoch dann die Ergebnisse möglicherweise weniger gut sind.

Es ist zwar nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden,bei dem von einem rotationssymmetrischen Reflektor Gebrauch gemacht wird, doch sind auch andere Ausgestaltungen möglich; der Schutzumfang der Erfindung soll nur durch die Patentansprüche und durch Äquivalente eingeschränkt sein.
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Claims

PRINZ, LEISER, BUNKE & PARTNER ,

Patentanwälte "European Patent Attorneys ^

München Stuttgart 3 50714 3 <**

28. Februar 1985

FUSION SYSTEMS CORPORATION

7600 Standish Place

Rockville, Maryland 20855 /V.St.A.

Unser Zeichen: F 999

Patentansprüche

Lampe zur Erzielung eines relativ gleichmäßigen Lichtstroms über die Ausdehnung einer zu bestrahlenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle zur Abgabe von Strahlung vorgesehen ist, daß die Lichtquelle in einem Reflektor angeordnet ist und daß der Reflektor aus Segmenten besteht, die in bezug auf die Lichtquelle und die zu bestrahlende Fläche so angeordnet sind, daß jedes Segment Strahlung reflektiert, die von einem anderen Bereich der Lichtquelle ausgeht, so daß Punkte auf

-[O der Fläche Strahlung empfangen, die von mehreren unterschiedlichen Segmenten reflektiert wird, wobei jeder Punkt Strahlung von wenigstens einem Segment empfängt, so daß räumliche Ungleichmäßigkeiten in der Abstrahlung der Lichtquelle oder der Reflektorfläche an der zu bestrahlenden Fläche relativ gemittelt werden, was den auf die Fläche auftreffenden Lichtstrom relativ unabhängig von diesen Ungleichmäßigkeiten macht.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor um eine durch die Lichtquelle und senkrecht zu der zu bestrahlenden Fläche verlaufende Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Volumenstrahler ist.
4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine sphärische Form hat.
5. Lampe zur Erzielung eines relativ gleichmäßigen Lichtstroms mit einer relativ kleinen örtlichen Divergenz über die Ausdehnung einer zu bestrahlenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle zum Abgeben einer Strahlung vorgesehen ist, daß die Lichtquelle in einem Reflektor angeordnet ist und daß der Reflektor aus Segmenten besteht, die in bezug auf die Lichtquelle und die zu bestrahlende Fläche so angeordnet sind, daß jedes Segment von einem anderen Bereich der Lichtquelle abgegebene Strahlung reflektiert, so daß Punkte auf der Fläche eine von einer unterschiedlichen Anzahl von Segmenten reflektierte Strahlung empfangen, wobei jeder Punkt Strahlung von wenigstens einem Segment empfängt, so daß räumliche Ungleichmäßigkeiten der von der Lichtquelle abgegebenen Strahlung und der Reflektoroberfläche an der zu bestrahlenden Fläche relativ gemittelt werden und die örtliche Divergenz von Punkten, die Strahlung von weniger als allen Segmenten des Reflektors empfangen, auf ein Minimum herabgesetzt wird, was zu einer relativ kleinen mittleren örtlichen Divergenz führt.
6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor um eine durch die Lichtquelle und senkrecht zu der zu bestrahlenden Fläche verlaufende Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Volumenstrahler ist.
8. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine sphärische Form hat.
9. Reflektor für eine Lampe zum Abgeben eines relativ gleichmäßigen Lichtstroms mit relativ kleiner örtlicher Divergenz über die Ausdehnung einer zu bestrahlenden Fläche, gekennzeichnet durch einen Reflektor zum Aufnehmen der Lichtquelle, der aus Segmenten besteht, die in bezug auf die in dem Reflektor angeordnete Lichtquelle und die zu bestrahlende Fläche so angeordnet sind, daß jedes Segment von einem anderen Bereich der Lichtquelle ausgehende Strahlung reflektiert, so daß Punkte auf der Fläehe Strahlung empfangen, die von einer unterschiedlichen Anzahl der Segmente reflektiert wird, wobei jeder Punkt Strahlung von wengistens einem Segment empfängt, so daß räumliche Ungleichmäßigkeiten der Abstrahlung der Lichtquelle oder der Reflektoroberfläche an der zu bestrahlenden Fläche relativ gemittelt werden und die örtliche Divergenz von Punkten, die Strahlung von weniger als allen Segmenten des Reflektors empfangen, auf ein Minimum herabgesetzt wird, was zu einer relativ kleinen mittleren örtlichen Divergenz führt.