DE3750174T2

DE3750174T2 - Belichtungseinrichtung.

Info

Publication number: DE3750174T2
Application number: DE3750174T
Authority: DE
Inventors: Masato Yokohama-Shi Kanagawa-Ken Aketagawa; Masato Yokohama-Shi Kanagawa-Ken Muraki; Takahisa Yokohama-Shi Kanagawa-Ken Shiozawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-10-30
Filing date: 1987-10-29
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2007-10-30
Also published as: EP0266203B1; EP0266203A3; US4974919A; EP0266203A2; DE3750174D1

Description

Gebiet der Erfindung und verwandte Technik

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung, um einen Gegenstand, wie eine in der Herstellung von Halbleiterbauelementen, z. B. integrierten Schaltungen, verwendete Objektplatte, zu beleuchten. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer optischen Beleuchtungsvorrichtung, die zur Verwendung als eine Lichtquelle geeignet ist, welche ein kohärentes Licht für die Beleuchtung liefert. Die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist vor allem in geeigneter Weise beispielsweise in einem Belichtungssystem verwendbar, um eine Struktur einer Objektplatte mittels eines von einem Laser, wie z. B. einem Excimer-Laser, gelieferten Lichts auf ein Wafer zu projizieren. Eine derartige Beleuchtungsvorrichtung ist aus dem Artikel "Laser Projection Printing" von M. Combat et al. in Solid State Technology, August 1980, Seiten 115-121 bekannt. Der Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3 entspricht dieser Literaturstelle.
Projektionsbelichtungssysteme zur Verwendung auf dem Gebiet der Herstellung von Halbleiterbauelementen enthalten ein optisches Abbildungssystem, um ein Schema einer Objektplatte auf ein Wafer zu übertragen. Um eine hohe Auflösungsleistung eines derartigen optischen Abbildungssystems zu gewährleisten, sollte ein in dem Projektionsbelichtungssystem vorgesehenes Beleuchtungssystem zur Beleuchtung der Objektplatte eine geeignete Kohärenz in der Beleuchtung haben. Als ein Parameter, der eine solche Kohärenz des Beleuchtungssystems bestimmt, liegt ein Kohärenzfaktor " " vor, der, wie in der Technik bekannt ist, das Verhältnis der numerischen Apertur (NA) des Beleuchtungssystems zur numerischen Apertur des optischen Abbildungssystems darstellt.
In herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtungen, die eine Hg-Lampe oder dergleichen verwenden, wird ein darin eingeschlossenes optisches Beleuchtungssystem im allgemeinen in geeigneter Weise so ausgelegt, um einen gewünschten Kohärenzfaktor zu liefern.
Bei einer anderen Art von Beleuchtungsvorrichtungen, die eine spezielle Lichtquelle, wie einen Laser oder dergleichen, die ein Licht mit einer guten Bündelung erzeugen kann, verwenden, ist es bekannt, eine gewünschte Beleuchtungskohärenz zu erlangen, indem das Licht von einer Lichtquelle konvergiert wird, um einen Lichtfleck zu bilden, und indem der Lichtfleck in der Ebene einer Pupille des optischen Abbildungssystems unter Verwendung einer optischen Abtastvorrichtung (eines Abtasters) abtastend abgelenkt wird. Durch die Abtastung des Lichtflecks wird der Kohärenzfaktor nach Wunsch eingeregelt, wodurch eine geforderte Beleuchtungskohärenz erlangt wird.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine derartige Beleuchtungsvorrichtung, in welcher ein Laser als eine Lichtquelle zur Anwendung kommt. Diese Art einer Beleuchtungsvorrichtung ist im US-Patent Nr. 4 373 774 und in der veröffentlichten Internationalen Anmeldung, Internationale Veröffentlichung Nr. WO 86/00427 offenbart.
Die in Fig. 1 gezeigte Beleuchtungsvorrichtung ist in einem Belichtungsgerät der Step- und -Repeat-Bauart, das "Stepper" genannt wird und einen Laser als Lichtquelle verwendet, anwendbar. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält die Beleuchtungsvorrichtung einen Laser 1, wie z. B. einen Excimer-Laser, der als eine Lichtquelle vorgesehen ist; Linsen L1 und L2 mit einer positiven Brechkraft; ein Lochblendenglied 2; einen schwing- oder drehbaren Spiegel Mr; und Linsen L3 sowie L4 mit positiver Brechkraft. Mit dem Buchstaben A ist die Pupillenebene der Linse L4 bezeichnet, die sich in der Position des ersten oder vorderen Brennpunkts der Linse L4 befindet.
Mit dem Buchstaben B ist in Fig. 1 eine Fläche bezeichnet, die durch das Licht von der Beleuchtungsvorrichtung bestrahlt werden soll. Die Fläche B ist in der Position des zweiten oder hinteren Brennpunkts der Linse L4 angeordnet. Im einzelnen sind, wenn die Brennweite der Linse L4 mit f4 bezeichnet wird, die Pupillenebene A und die zu bestrahlende Fläche B in Positionen angeordnet, die mit einem Abstand f4 von der vorderen sowie hinteren Hauptebene der Linse L4 jeweils entfernt sind.
In Fig. 1 erzeugt der Laser 1 ein paralleles Licht. Der vom Laser emittierte Lichtstrom wird durch die Linse L1 in der Position des Lochblendenglieds 2 konvergiert und er wird danach divergiert. Das divergierende Licht fällt auf die Linse L2, die in diesem Beispiel als ein Kollimatorobjektiv wirkt. Demzufolge wird das divergierende Licht in ein paralleles Licht umgewandelt, das zum Spiegel Mr gerichtet wird. Der vom
Spiegel Mr reflektierte Lichtstrom wird durch die Linse L3 an der Pupillenebene A konzentriert. Andererseits wird durch eine oszillierende oder drehende Bewegung des Spiegels Mr in den durch einen Doppelpfeil in Fig. 1 angegebenen Richtungen der durch das konzentrierte Licht gebildete Lichtpunkt abtastend in der Pupillenebene A und in der durch x in Fig. 1 angegebenen Richtung bewegt. Das Licht, das abtastend abgelenkt und auf der Pupillenebene A konvergiert wird, tritt dann in die Linse L4 in Form eines divergierenden Lichts ein. Durch diese Linse L4 wird das Licht in ein paralleles Licht umgeformt. Es dürfte klar sein, daß zu unterschiedlichen Momenten unterschiedliche Lichter aufgrund der abtastenden Ablenkung durch den Spiegel Mr auf die Linse L4 einfallen. Demzufolge werden für eine bestimmte Zeitspanne unterschiedliche Lichter in Aufeinanderfolge in parallele Lichter umgeformt, die, wie aus der Fig. 1 zu erkennen ist, denselben Bereich in der Fläche B beleuchten.
Mit der in Fig. 1 gezeigten Konstruktion der Beleuchtungsvorrichtung wird der vom Laser 1 ausgesandte Lichtstrom auf der Pupillenebene A konzentriert, während er in derselben Ebene durch die Abtastablenkung durch den Spiegel Mr abgetastet wird. Hierdurch ist die geforderte Beleuchtungskohärenz zu erlangen.
Bei der Beleuchtungsvorrichtung des Beispiels der Fig. 1 ist jedoch ein großer Dreh- oder Oszillationswinkel des Spiegels Mr erforderlich, um eine große Abtastfläche oder einen großen Abtastbereich an der Pupillenebene A zu erlangen. Das führt zu einem Nachteil einer verlängerten Abtastzeit.
Wenn eine Beleuchtungsvorrichtung des oben beschriebenen Typs in ein Belichtungsgerät zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie einen Stepper, das einen Laserstrahl , wie einen Excimer-Laser, verwendet, eingegliedert wird, so ist eine lange Zeit erforderlich, um den Laserstrahl für die Kohärenzkontrolle abzutasten, was in nachteiliger Weise die Durchsatzleistung des Herstellungsgeräts verschlechtert.
Das US-Patent Nr. 4 619 508 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung eines unterschiedlichen Typs, in welcher ein Laserstrahl , der einen vorbestimmten Durchmesser im Querschnitt hat, abtastend abgelenkt wird und der derart abgetastete Laserstrahl auf eine Linsenanordnung, die als "Fliegenaugenlinse" bezeichnet wird, zum Einfallen kommt. Der abtastende Laserstrahl wird durch die Linsenanordnung in mehrere Lichtströme geteilt, und die geteilten Lichtströme werden einander an der zu bestrahlenden Fläche überlagert.
Bei dieser Art einer Beleuchtungsvorrichtung ist jedoch für die Abastung eine lange Zeit notwendig. Das heißt, daß in dieser Beleuchtungsvorrichtung ein einzelnes Licht abtastend mit Bezug zu einer Lichtempfangsfläche des Fliegenaugen-Linsensystems als Ganzes abgelenkt wird. Um einen vergrößerten Einfallswinkel des Lichts auf das Fliegenaugen-Linsensystem zu schaffen, ist es deshalb unvermeidlich, den Drehwinkel eines Spiegels oder dergleichen, wodurch das abgetastete Licht erzeugt wird, zu vergrößern. Das resultiert in der verlängerten Abtastzeit.
Wie allgemein bekannt ist, erzeugt ein Laser üblicherweise ein kohärentes Licht. In einem Projektionsbelichtungssystem, das einen Laser als Beleuchtungsquelle benutzt, besteht somit eine Möglichkeit des Auftretens einer Interferenzerscheinung oder eines Fleckenmusters, was durch das kohärente Licht gebildet wird und in erheblichem Maß die Transfer- oder Photokopierleistung des Belichtungssystems verschlechtert. In der in Fig. 1 gezeigten optischen Anordnung und in den in den vorerwähnten US-Patenten Nr. 4 373 774 sowie Nr. 4 619 508 offenbarten Beleuchtungsvorrichtungen ist die Abtastung des Laserstrahls wirksam, um die zeitliche Kohärenz zu erniedrigen. Jedoch ist es mit diesen Konstruktionen nicht möglich, in zufriedenstellender Weise den Effekt der Interferenzerscheinung zu unterdrücken.

Abriß der Erfindung

Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Beleuchtung einer Fläche unter Verwendung eines Laserstrahls geschaffen, das die Schritte umfaßt: Lenken des Laserstrahls durch eine Teilungseinrichtung hindurch, um den Laserstrahl in eine Mehrzahl von wechselseitig inkohärenten Strahlen zu teilen, wobei jeder Strahl eine unterschiedliche optische Weglänge zwischen der Eintrittsebene der genannten Teilungseinrichtung sowie einer Pupillenebene hat, Fokussieren der wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen auf die Pupillenebene, Abtasten der besagten Pupillenebene mittels einer stromab von der Teilungseinrichtung angeordneten Abtastvorrichtung und anschließend Beleuchten der von der besagten Pupillenebene beabstandeten Fläche, so daß die erwähnte Mehrzahl von wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen an der besagten Fläche überlagert ist, gekennzeichnet durch Fokussieren der erwähnten wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen mittels einer zwischen der genannten Teilungseinrichtung und der besagten Abtastvorrichtung angeordneten Fliegenaugenlinse.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Belichtungsvorrichtung geschaffen, die umfaßt: einen Laser, der imstande ist, einen Laserstrahl zu emittieren; eine Einrichtung, um den genannten Laserstrahl in eine Mehrzahl von wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen zu teilen, wobei jeder Strahl eine unterschiedliche optische Weglänge zwischen der Eintrittsebene der besagten Teilungseinrichtung und einer Pupillenebene hat; ein erstes optisches System, das ein Linsensystem, um die wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen auf die Pupillenebene zu fokussieren, enthält sowie ferner eine hinter der besagten Teilungseinrichtung angeordnete Abtastvorrichtung, um die genannte Pupillenebene mit den fokussierten, wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen abzutasten, einschließt; und ein zweites optisches System, um den fokussierten Abtaststrahl so zu lenken, daß die Mehrzahl von wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen sich an einer auf ein Wafer zu projizierenden Maske überlagert, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Linsensystem eine zwischen der besagten Teilungseinrichtung und der erwähnten Abtastvorrichtung angeordnete Fliegenaugenlinse enthält.
In der Anordnung, die in dem vorher erwähnten US-Patent Nr. 4 619 508 offenbart ist, wird der kohärente Lichtstrahl zuerst abgetastet und dann in eine Mehrzahl von inkohärenten Lichtstrahlen aufgespaltet, was ungleich zu der Anordnung der vorliegenden Erfindung ist, wobei der kohärente Lichtstrahl zuerst in eine Mehrzahl von inkohärenten Lichtstrahlen aufgespaltet wird, die dann abgetastet werden.
Wie die Erfindung ausgeführt werden kann, wird nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Beleuchtungsvorrichtung bekannter Art zeigt, welche einen Laserstrahl als eine Lichtquelle verwendet.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung in einer Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, um die Art einer Abtastung von Lichtpunkten an der Ebene einer Pupille zu erklären.
Fig. 4A ist eine schematische Darstellung, die Einzelheiten einer Lichtteilvorrichtung zeigt, welche in der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform von Fig. 2 enthalten ist.
Fig. 4B ist eine schematische Darstellung, die die Konstruktion und Funktion eines Lichtteilungsprismas zeigt, das in der Lichtteilvorrichtung der Fig. 4A enthalten ist.
Fig. 4C ist eine schematische Darstellung, die die Art einer Lichtteilung erklärt.
Fig. 4D ist eine vergrößerte und schematische Darstellung, die eine abgewandelte Form der Lichtteilvorrichtung zeigt.
Fig. 5A und 5B sind jeweils schematische Darstellungen, die ein anderes Beispiel einer Lichtteilvorrichtung zeigen.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Lichtteilvorrichtung.
Fig. 7A und 7B sind jeweils schematische Darstellungen einer Beleuchtungsvorrichtung und sie erläutern die Funktionsweise eines Abtasters, die jedoch nicht im Rahmen der Patentansprüche dieser Erfindung liegt.
Fig. 8A bis 8D sind jeweils schematische Darstellungen, die Beispiele des Orts einer Abtastung zeigen, wie er durch Abtasteinrichtungen bestimmt werden kann, welche in der in den Fig. 7A und 7B gezeigten Beleuchtungsvorrichtung enthalten sind.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 10A und 10B sind jeweils schematische Darstellungen, die eine Lichtteilvorrichtung zeigen, welche in der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform von Fig. 9 enthalten ist. Fig. 11A und 11B sind jeweils schematische Darstellungen, um die Funktion der in den Fig. 10A und 10B gezeigten Lichtteilvorrichtung zu erklären.
Fig. 12 ist eine vergrößerte und schematische Darstellung, die Einzelheiten eines optischen Abtastsystems zeigt, welches in der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform von Fig. 9 enthalten ist.
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung, die den Ort einer Abtastung zeigt, wie er durch das optische Abtastsystem des Beispiels der Fig. 12 bestimmt werden kann.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Es wird nun auf die Fig. 2 Bezug genommen, in der eine Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dieser Erfindung gezeigt ist. Die Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform ist in ein Reduktionsprojektion-Belichtungsgerät der Step- und - Repeat-Bauart zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, das "Stepper" genannt wird, eingegliedert.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle 11, wie beispielsweise einen Excimer-Laser, die angeordnet ist, um ein kohärentes Licht zu erzeugen. Die Vorrichtung enthält ferner eine Lichtteilvorrichtung 12, die angeordnet ist, um das von der Lichtquelle 11 ausgesandte kohärente Licht in eine Mehrzahl von Lichtströmen zu teilen, und die auch dazu eingerichtet ist, die geteilten Lichtströme in einem Zustand zu emittieren, in welchem sie wechselseitig inkohärent sind. Darüber hinaus enthält die Beleuchtungsvorrichtung ein Fliegenaugen-Linsensystem 13, das mehrere Einzellinsen umfaßt, und eine Kondensorlinse 14, deren erster oder vorderer Brennpunkt mit dem zweiten oder hinteren Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems 13 an der durch einen Pfeil P in Fig. 2 angegebenen Position zusammenfällt. Des weiteren schließt die Beleuchtungsvorrichtung einen Spiegel 15, der in vorbestimmten Richtungen drehend bewegbar ist, und eine f-R-Linse 16, die auf der Lichtemissionsseite telezentrisch ist, ein. Mit dem Buchstaben A ist in Fig. 2 eine Ebene bezeichnet, die mit einer Eintrittspupille eines optischen Abbildungssystems, das später beschrieben werden wird, optisch konjugiert ist. Im folgenden wird die Ebene A auch als eine "Pupille A" bezeichnet. Jedes durch die f-R-Linse 16 getretene Licht wird auf die Pupille A konzentriert, um dadurch an der Pupille A einen Lichtpunkt zu bilden. Mit 17 ist ein optisches Kondensorsystem bezeichnet, während mit 18 eine Objektplatte, die mit einem Schaltschema versehen ist, bezeichnet ist. Das oben erwähnte optische Abbildungssystem, das imstande ist, das Schaltschema der Objektplatte 18 auf eine vorbestimmte Abbildungsebene in einem verkleinerten Maßstab abzubilden, ist mit 19 bezeichnet. Das optische Abbildungssystem 19 hat eine Eintrittspupille, die mit 20 in Fig. 2 bezeichnet ist und mit der oben beschriebenen Pupille A in einer optisch konjugierten Beziehung steht. Mit 21 ist ein Wafer bezeichnet, auf das das Schaltschema der Objektplatte 18 in einem verkleinerten Maßstab mittels des optischen Abbildungssystems 19 projiziert wird. Das Wafer 21 ist in einer Position angeordnet, die mit der Objektplatte 18 mit Bezug auf das optische Abbildungssystem 19 optisch konjugiert ist. Mit dem Buchstaben 0 ist die optische Achse des gesamten dargestellten optischen Systems bezeichnet. Die Buchstaben x und y geben jeweils die Achsen der Drehbewegung des Spiegels 15 an.
Das von der Lichtquelle 11 emittierte parallele und kohärente Licht fällt auf die Lichtteilvorrichtung 12, durch die das kohärente Licht in mehrere Lichtströme geteilt wird. Darüber hinaus wird in der Lichtteilvorrichtung 12 ein vorbestimmter Gangunterschied (ein Unterschied in der optischen Weglänge) zwischen oder unter den geteilten Lichtströmen hergestellt. Als Ergebnis werden von der Lichtteilvorrichtung 12 mehrere Lichtströme in einem Zustand ausgesandt, in welchem sie wechselseitig inkohärent sind. Das bedeutet, daß die Lichtteilvorrichtung 12 inkohärente Lichter erzeugt. Einzelheiten der Lichtteilvorrichtung 12 werden später in Verbindung mit einigen der Zeichnungen beschrieben.
Die von der Lichtteilvorrichtung 12 emittierten und wechselseitig inkohärenten Lichtströme fallen auf das Fliegenaugen- Linsensystem 13. Die Anzahl der Einzellinsen, die das Fliegenaugenlinsensystem 13 bilden, und die Anzahl der parallelen Lichtströme stehen in einem Eins-zu-Eins-Verhältnis derart, daß jeder Lichtstrom in eine zugeordnete der Einzellinsen des Fliegenaugen-Linsensystems 13 eintritt. Jeder auf die zugeordnete Einzellinse des Fliegenaugen-Linsensystems 13 fallende Lichtstrom wird auf den zweiten oder hinteren Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems durch dessen Wirkung fokussiert. Es ist hier zu bemerken, daß, obgleich bei der in Rede stehenden Ausführungsform jeder Lichtstrom von der Lichtteilvorrichtung 12 auf den hinteren Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems 13 wegen der Tatsache, daß jeder Lichtstrom ein paralleles Licht umfaßt, fokussiert wird, der Konvergenzpunkt nicht auf die Brennpunktposition, die durch P in Fig. 2 bezeichnet ist, begrenzt ist. Jeder Lichtstrom kann auf irgendeine andere Position fokussiert werden. Das bedeutet, daß, wenn jeder von der Lichtteilvorrichtung 12 emittierte Lichtstrom konvergierend oder divergierend ist, er nicht auf den Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems 13 fokussiert wird.
Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Fliegenaugen-Linsensystem 13 Einzellinsen, von denen jede eine positive Brechkraft hat. Jedoch kann das Fliegenaugen-Linsensystem aus Einzellinsen erzeugt werden, von denen jede eine Konkavlinse oder dergleichen mit einer negativen Brechkraft umfaßt.
Der hintere Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems 13, d. h. die Position einer Konvergenz eines jeden Lichtstroms, die mit P in Fig. 2 bezeichnet ist, ist mit dem vorderen Brennpunkt der Kondensorlinse 14 zusammenfallend. Aus diesem Grund tritt jeder Lichtstrom, der auf den Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems 13 fokussiert wurde, in die Kondensorlinse 14 in Form eines divergierenden Lichtstroms ein, und durch diese Kondensorlinse 14 wird jeder auf diese fallende divergierende Lichtstrom in einen parallelen Lichtstrom umgewandelt. Es ist jedoch zu bemerken, daß die mehreren Lichtströme, die durch die Kondensorlinse 14 zu erlangen sind, unter unterschiedlichen Winkeln mit Bezug zur optischen Achse O geneigt sind derart, daß diese parallelen Lichtströme auf den Spiegel 15 mit unterschiedlichen Winkeln auftreffen.
Jeder der vom Spiegel 15 reflektierten parallelen Lichtströme wird zur f-R-Linse 16 geleitet, durch die er auf die hintere Brennebene der f-R-Linse 16, d. h. die Pupille A, konvergiert wird. Somit wird als Ergebnis eines Einfalls eines jeden parallelen Lichtstroms auf die f-R-Linse 16 ein entsprechender Lichtpunkt an der Ebene der Pupille A und in einer derartigen Position gebildet die dem Einfallswinkel des Lichtstroms auf die f-R-Linse 16 entspricht. Da bei dieser Ausführungsform die f-R-Linse 16 auf der Lichtemissionsseite telezentrisch gemacht ist, ist der Hauptstrahl eines jeden durch die f-R-Linse 16 konvergierten Lichtstroms parallel zur optischen Achse 0.
In der vorher beschriebenen Weise werden Lichtpunkte (oder Punktabbildungen) in einer Mehrzahl an der Pupille A unter Verwendung von durch die Lichtteilvorrichtung 12 erzeugten inkohärenten Lichtströmen gebildet.
Wenn der Spiegel 15 drehend um die beiden Achsen x und y bewegt wird, um so die parallelen Lichtströme abtastend abzulenken, werden die an der Pupille A gebildeten Lichtpunkte längs der Ebene der Pupille A zweidimensional abtastend bewegt. Die Fig. 3 zeigt schematisch eine solche zweidimensionale Abtastung der Lichtpunkte in der Pupillenebene A. Die in dieser Figur angegebenen Symbole stellen die Positionen der Lichtpunkte, die abgetastet werden, zu unterschiedlichen Zeiten T0, T1, T2, T3 und T4 dar. Es sollte klar sein, daß die zu unterschiedlichen Zeiten gebildeten Lichtpunkte wechselseitig inkohärent sind und daß ebenfalls die zur selben Zeit gebildeten Lichtpunkte wechselseitig auch inkohärent sind, wie vorher beschrieben wurde. Das bedeutet, daß alle an der Pupille A innerhalb einer bestimmten Zeitspanne gebildeten Lichtpunkte aus wechselseitig inkohärenten Lichtern bestehen. Somit wird eine Mehrzahl von Punktlichtquellen (oder Abbildungen), die inkohärente Lichter erzeugen und imstande sind, abgetastet zu werden, an der Pupillenebene A gebildet. Auf diese Weise wird eine Lichtquelle, die eine wesentliche Ausdehnung hat (d. h. eine Flächenlichtquelle) und die ein inkohärentes Licht erzeugt, an der Pupillenebene A erlangt.
Aus den Fig. 2 und 3 sowie der vorausgehenden Beschreibung wird ohne weiteres verständlich, daß die Punktlichtquellen (oder Abbildungen der Lichtquellen), d. h. die Lichtpunkte, die an der Pupillenebene A gebildet werden, individuell abgetastet werden. Aus diesem Grund ist lediglich eine begrenzte und kleine Ablenkung eines jeden Lichtstroms, der einen Lichtpunkt bildet, notwendig. Folglich wird lediglich ein begrenzter und kleiner Drehwinkel für die Drehbewegung des Spiegels 15 benötigt, was eine Herabsetzung in der Abtastzeit selbst dann ermöglicht, wenn eine Abtastung in einer großen Fläche oder einem großen Bereich gefordert wird.
Gemäß der Fig. 2 treten die Lichter von den an der Pupille A gebildeten Lichtpunkten in das optische Kondensorsystem 17 jeweils in Form eines divergierenden Lichtstroms ein. Durch dieses optische Kondensorsystem 17 werden die divergierenden Lichtströme konvergiert und einander überlagert, um dadurch die Objektplatte 18 zu beleuchten. Das Schaltschema der Schablone 18, das auf diese Weise beleuchtet wird, wird mittels des optischen Abbildungssystems 19 und mit einer vorbestimmten Abbildungsvergrößerung auf dem Wafer 21 so abgebildet, daß das Schaltschema der Schablone 18 auf das Wafer 21 übertragen wird.
Da die Einrittspupille 20 des optischen Abbildungssystems 19 mit der Pupille A in einer optisch konjugierten Beziehung ist, werden an der Eintrittspupille 20 des optischen Abbildungssystems 19 mehrere inkohärente Lichtpunkte (Abbildungen der Lichtquelle) ausgebildet. Somit wird das Wafer 21 in der Weise einer "Köhlerschen Beleuchtung" beleuchtet. Durch die Köhlersche Beleuchtung des Wafers 21 kann jegliche Ungleichheit in der Beleuchtungsverteilung, die durch die Leuchtdichteverteilung der Abbildungen der Lichtquelle (Lichtpunkte) hervorgerufen werden kann, vermieden werden. Wenn jedoch in der praktischen Anwendung die Leuchtdichteverteilung der Abbildungen der Lichtquelle keine kritische Angelegenheit darstellt, ist die Köhlersche Beleuchtung nicht immer notwendig. Hieraus ist zu erkennen, daß die Position eines jeden durch die f-R-Linse 16 gebildeten Lichtpunkts nicht auf die Ebene der Pupille A beschränkt ist. Die Lichtpunkte können in irgendeiner anderen Position im Weg des Beleuchtungslichts gebildet werden.
Bei der in Rede stehenden Ausführungsform wird jeder der parallelen, durch den sich bewegenden Spiegel 15 abtastend reflektierten Lichtströme durch die f-R-Linse 16 konzentriert, so daß ein entsprechender, an der Pupille A gebildeter Lichtpunkt mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird. Ferner beleuchten alle Lichter von allen Lichtpunkten, die in der Pupillenebene A abgetastet werden, denselben Bereich der Objektplatte 18 kontinuierlich. Deshalb kann für einen speziellen Beleuchtungsbereich (einen Bereich) der beleuchtet werden soll), welcher vorbestimmt ist, das Beleuchtungslicht leistungsfähig auf diesen Beleuchtungsbereich gerichtet werden. Es ist zu bemerken, daß, wenn das Beleuchtungslicht eine ausreichende Intensität hat und der Nutzeffekt des Beleuchtungslichts eine kritische Angelegenheit nicht darstellt, die f-R-Linse 16 durch ein gewöhnliches optisches Kondensorsystem, wie beispielsweise ein f-tgR-Linsensystem, ersetzt werden kann. In ähnlicher Weise können die Brechkraft (Brennweite) des optischen Kondensorsystems, der Abstand zwischen der Objektplatte 18 und der Ebene, in welcher die Lichtpunkte gebildet werden, oder andere Faktoren in geeigneter Weise in Übereinstimmung mit den technischen Daten eines herzustellenden Belichtungsgeräts bestimmt werden. Wenn beispielsweise das zu verwendende optische Abbildungssystem 19 durch ein optisches System geschaffen werden soll, das sowohl auf der Lichteingangsseite (Dingseite) als auch auf der Lichtausgangsseite (Bildseite) telezentrisch ist, dann sollte vorzugsweise jeweils der Abstand zwischen dem optischen Kondensorsystem 17 sowie der Ebene der Pupille A, auf welcher die Lichtpunkte gebildet werden, und der Abstand zwischen dem optischen Kondensorsystem 17 sowie der Objektplatte 18 gleich der Brennweite (f) des optischen Kondensorsystems 17 sein. Das ist beispielsweise aus dem Gesichtspunkt der Beleuchtungsleistung heraus vorzuziehen.
Wenngleich bei der in Rede stehenden Ausführungsform der drehend bewegbare Spiegel 15 zur abtastenden Ablenkung der parallelen Lichtstrahlen verwendet wird, um dadurch die Lichtpunkte abzutasten, ist die Abtasteinrichtung nicht auf einen derartigen drehend bewegbaren Spiegel begrenzt. Beispielsweise können anstelle des Spiegels 15 ein elektro-optisches Lichtablenkelement, das einen elektro-optischen Kristall oder dergleichen umfaßt, ein akustisch-optisches Lichtablenkelement, das ein elastisches Wellenübertragungsmedium oder dergleichen umfaßt, ein drehbares Prisma (was später beschrieben werden wird) oder irgendeine andere geeignete Einrichtung im Weg der parallelen Lichtströme angeordnet werden, um diese abtastend abzulenken.
Es ist eine mögliche Alternative, daß eine entsprechende Anzahl von elektro-optischen Lichtablenkelementen oder akustischoptischen Lichtablenkelementen in jeweiligen Wegen der parallelen Lichtströme von der Lichtteilvorrichtung 12 (Fig. 2) angeordnet wird, so daß jeder Lichtstrom unabhängig abgelenkt und durch ein zugeordnetes Lichtablenkelement abgetastet wird. In diesem Fall ist eine vergrößerte Anzahl von Lichtablenkelementen notwendig. Jedoch kann im Vergleich mit einem Fall, wobei ein einzelnes Lichtabtastelement derjenigen Art an der Position des Spiegels 15, wie in Fig. 1 gezeigt ist, vorgesehen wird, jedes Lichtablenkelement kompakt und von geringer Größe mit den Vorteilen einer leichten Herstellung des Lichtablenkelements und einer geringen Abmessung der Beleuchtungsvorrichtung als Ganzes gemacht werden.
Zusammenfassend kann für die Einrichtung, um die Lichtströme abzutasten, irgendeine Konstruktion unter der Voraussetzung angewendet werden, daß sie auf derselben Ebene optische Punkte eines inkohärenten Lichts unter Verwendung von Licht von einer bestimmten kohärenten Lichtquelle bilden und daß sie die gebildeten Lichtpunkte abtasten kann.
Ferner ist es bei der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, daß die optischen Punkte eines inkohärenten Lichts, die auf derselben Ebene gebildet werden sollen, exakt im gleichen Moment ausgebildet werden. Es ist zulässig, daß die Lichtpunkte in einer Zeitspanne gebildet werden, die so kurz ist, daß sie als "dieselbe Zeit" angesehen werden kann. Beispielsweise liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß in der Ausführungsform von Fig. 2 ein elektro-optisches Lichtablenkelement oder ein akustisch-optisches Lichtablenkelement zwischen der Lichtquelle 11 und der Kondensorlinse 14 anstelle der Lichtteilvorrichtung 12 vorgesehen wird, um das kohärente Licht von der Lichtquelle 11 mit unterschiedlichen Zeitpunkten und Winkeln abzulenken und dadurch aufeinanderfolgend das Licht auf unterschiedliche Punkte in der Nachbarschaft zur Position P zu konvergieren, so daß die Lichter von den auf diese Weise gebildeten Punktlichtquellen, die wechselseitig inkohärent sind, dann durch die Kondensorlinse 14 zum drehend sich bewegenden Spiegel 15 gerichtet werden. Es wird ohne weiteres verständlich sein, daß in diesem Fall die Geschwindigkeit einer (abtastenden) Ablenkung des kohärenten Lichts durch das Lichtablenkelement merklich höher als die Abtastgeschwindigkeit der inkohärenten Lichtströme durch den Spiegel 15 ist. Auch ist es durch geeignete Einstellung der Geschwindigkeit einer Abtastablenkung durch das Lichtablenkelement, wie ein elektro-optisches oder akustisch-optisches Lichtablenkelement einfach, inkohärente Lichtströme unter Verwendung des kohärenten Lichts von der Lichtquelle zu erzeugen.
Wenn die Beleuchtungsvorrichtung der in Rede stehenden Ausführungsform in ihrer optischen Anordnung einmal festgelegt ist, beispielsweise derart, wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird die Kohärenz in der Beleuchtung in der Hauptsache in Abhängigkeit vom Abtastbereich für die Lichtpunkte bestimmt. Demzufolge ist durch Regeln der Abtasteinrichtung, wie des gezeigten Spiegels, um dadurch einen geeigneten Abtastbereich für die Lichtpunkte zu bestimmen, eine gewünschte Beleuchtungskohärenz zu erzielen. Weil ferner ein einzelner Lichtstrom in mehrere Lichtströme transformiert wird, die Lichtpunkte bilden, und weil diese Lichtströme abtastend abgelenkt werden, um die Lichtpunkte in einem bestimmten Abtastbereich abzutasten, kann der Abtastablenkwinkel für jeden Lichtstrom sehr klein mit dem Ergebnis gemacht werden, daß lediglich ein begrenzter und kleiner Drehwinkel für die Drehbewegung des Spiegels erforderlich ist. Das heißt mit anderen Worten, daß in einer außerordentlich kurzen Zeit eine Beleuchtung einer gewünschten Kohärenz zu erlangen ist.
Es wird nun auf die Fig. 4A-4D Bezug genommen, anhand welcher Einzelheiten der Konstruktion der Lichtteilvorrichtung 12 beschrieben werden. In diesen Figuren ist die Fig. 4A eine schematische und perspektivische Darstellung, die die Teilvorrichtung insgesamt zeigt. Die Fig. 4B ist eine Prinzipdarstellung zur Erklärung der Funktion eines Lichtteilprismas, das eine Komponente der Lichtteilvorrichtung 12 ist. Die Fig. 4C ist eine schematische Darstellung, die eine Anordnung von Lichtströmen zeigt, die durch die Lichtteilvorrichtung geteilt worden sind. Die Fig. 4D ist eine vergrößerte schematische Darstellung, die eine abgewandelte Ausführung zeigt, in welcher kein Strahlaufweiter vorgesehen ist.
In den Fig. 4A-4C ist durch die Zahl 31 allgemein ein optisches System bezeichnet, das dazu eingerichtet ist, ein kohärentes Licht zu teilen und dieses in mehrere inkohärente Lichter umzuformen. Mit der Zahl 32 ist ganz allgemein ein Strahlaufweiter bezeichnet. Das optische System 31 enthält Teilungsprismen 31a und 31b, während der Strahlexpander 32 Zylinderlinsen 32a und 32b enthält. Die Bezugszahlen 33, 34 und 35 bezeichnen jeweils Lichtschnitte in unterschiedlichen Positionen längs eines in der Lichtteilvorrichtung 12 dieser Ausführungsform bestimmten Strahlenganges. Unter diesen Zahlen bezeichnet die Zahl 33 den Schnitt eines parallelen, von einer Lichtquelle 11 (Fig. 2) ausgesandten Lichts. Die Zahl 34 bezeichnet den Schnitt des durch das optische System getretenen parallelen Lichts. Die Zahl 35 bezeichnet den Schnitt des vom Strahlexpander 32 ausgesandten Lichts. Die Zeichen "d" und "3d" bezeichnen jeweils die Größen der Lichteintrittsflächen sowie der Lichtaustrittsflächen der Teilungsprismen 31a und 31b, wobei 3d = d · 3 ist. Die Symbole "i&sub1;", "i&sub2;", und "i&sub9;" bezeichnen die geteilten Lichtströme.
Jedes der Teilungsprismen 31a und 31b besitzt drei Lichteintrittsflächen und drei Lichtaustrittsflächen. Jede der Lichteintrittsflächen und der Lichtaustrittsflächen des Teilungsprismas 31a hat eine längliche Gestalt, während jede der Lichteintrittsflächen und der Lichtaustrittsflächen des Teilungsprismas 31b eine quadratische Gestalt besitzt. Wenngleich diese zwei Teilungsprismen in der Größe und Ausgestaltung unterschiedlich sind, so wirken sie im wesentlichen in derselben Weise, was die Teilung des Lichts und die Transformation von Licht in inkohärentes Licht angeht. Das Prinzip der Lichtteilung und der Inkohärenztransformation wird nun im einzelnen beschrieben.
Die Prinzipdarstellung der Fig. 4B zeigt den Querschnitt des Teilungsprismas 31a längs einer Ebene, die rechtwinklig die Longitudinal- oder Längsseite des Prismas 31a schneidet, und auch schematisch die Wege der durch das Prisma 31a tretenden Lichter. Jeder parallele Lichtstrom, der auf das Teilungsprisma 31a fällt, wird durch die drei Lichteintrittsflächen des Prismas 31a (von denen jede eine Breitenabmessung d und eine Längsabmessung 9d = 3d · 3 hat) geteilt oder getrennt, und die geteilten drei Lichtströme werden jeweils längs verschiedener Wege gelenkt. Diese drei Strahlengänge sind zueinander parallel, wie aus Fig. 4B zu erkennen ist. Auch sind in diesen Strahlengängen und an Stellen, welche von den jeweiligen Lichteintrittsflächen mit unterschiedlichen Abständen entfernt sind, Reflexionsflächen R1, R2 und R3 ausgebildet. Auf diese Weise wird die Fortpflanzungsrichtung eines jeden der drei Lichtströme, die sich längs zugeordneter Strahlengänge bewegen, um 90º bei dieser Ausführungsform durch eine zugeordnete der in den drei Strahlengängen angeordneten Reflexionsflächen R1-R3 abgelenkt. Nach der Ablenkung werden die drei Lichtströme aus den drei Lichtaustrittsflächen des Teilungsprismas 31a als die drei geteilten Lichtströme emittiert, die durch i&sub1;, i&sub2; und i&sub3; bezeichnet sind.
Es wird ohne weiteres zu verstehen sein, daß Gangunterschiede (Unterschiede in der optischen Weglänge) für die drei Lichtströme i&sub1;-i&sub3;, die durch das Teilungsprisma 31a getreten sind, bestimmt werden. Wenn die optische Weglänge, die im Prisma 31a für den Lichtstrom in bestimmt ist, mit jn bezeichnet wird und wenn der Brechungsindex des Prismas 31a mit n bezeichnet wird, dann sind die Gangunterschiede für die Lichtströme i&sub1;-i&sub3; durch die folgenden Gleichungen gegeben:
j&sub1;-j&sub2; = 2nd
j&sub2;-j&sub3; = 4nd.
Hieraus ist zu sehen, daß, wenn der Gangunterschied "2nd" länger als die Kohärenzlänge des auf das Prisma 31a einfallenden kohärenten Lichts ist, die geteilten Lichtströme i&sub1;-i&sub3; wechselseitig inkohärent werden (d. h., sie bestehen aus inkohärenten Lichtern). Wenn beispielsweise ein KrF-Excimer- Laser, der eine Wellenbandbreite von 0,005 nm erzeugt, als eine Lichtquelle verwendet wird, ist die Kohärenzlänge des Laserstrahls von einem solchen Excimer-Laser 12 mm. Deshalb ist, wenn ein Glasmaterial mit einem Brechungsindex n = 1,5 als das Material für das Teilungsprisma zur Anwendung kommt, die Inkohärenztransformation erreichbar, wenn das in Fig. 4A gezeigte Maß d nicht kleiner als 4 mm ist.
Bei der in Rede stehenden Ausführungsform werden zwei Teilungsprismen, von denen jedes die Funktion hat, die unter Bezugnahme auf Fig. 4B beschrieben wurde, verwendet, um die in Fig. 4A gezeigte Anordnung zu schaffen. Das gewährleistet, daß der einzelne Lichtstrom 33, der aus einem kohärenten Licht besteht, durch das erste Teilungsprisma 31b in drei Lichtströme geteilt und zusätzlich jeder der drei geteilten Lichtströme wieder durch das Teilungsprisma 31a in drei Lichtströme geteilt wird. Somit werden letztlich neun geteilte Lichtströme i&sub1;-i&sub9;, wie in Fig. 4C dargestellt ist, erzeugt. Selbstverständlich werden in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Prinzip diese Lichtströme i&sub1;-i&sub9; von wechselseitig inkohärenten Lichtern gebildet. Wenn die optische Weglänge für einen Lichtstrom im mit jm bezeichnet wird, wird ein Gangunterschied für jeden Lichtstrom mit Bezug zum Lichtstrom i&sub1; bestimmt, welcher Unterschied folgendermaßen ausgedrückt werden kann:
j&sub1;-jm = 2n·m·d
Die Funktion der Lichtteilvorrichtung 12, die in Fig. 4A gezeigt ist, kann, wie folgt, zusammengefaßt werden.
Der von einer Laser-Lichtquelle, z. B. einem Excimer-Laser, ausgesandte Lichtstrom 33, der eine rechteckige Querschnittsgestalt hat, wird zuerst auf das optische System 31 gerichtet. Das Teilungsprisma 31b des optischen Systems 31 wirkt, um den Lichtstrom 33 in drei Ströme entlang der Längsrichtung des rechteckigen Querschnitts zu teilen. Somit werden drei Lichtströme, die jeweils den drei Lichtgruppe (i&sub1;, i&sub2;, i&sub3;), (i&sub4;, i&sub5;, i&sub6;) und (i&sub7;, i&sub8;, i&sub9;) entsprechen, von dem Teilungsprisma 31b emittiert, wobei ihre Fortpflanzungsrichtungen um 90º abgelenkt werden. Anschließend treten diese drei Lichtströme in das Teilungsprisma 31a ein, in welchem jeder Lichtstrom in drei Ströme längs der Breitenrichtung des rechteckigen Querschnitts des Lichtstroms 33 geteilt wird.
Als Ergebnis besteht das von dem Teilungsprisma 31a emittierte und allgemein durch die Bezugszahl 34 bezeichnete Licht aus neun geteilten Lichtströmen i&sub1;-i&sub9;, wie in Fig. 4C gezeigt ist. Auch ist die Querschnittsgestalt des emittierten Lichts 34 als Ganzes noch rechteckig, wie in Fig. 4C dargestellt ist.
Diese neun Lichtströme bestehen aus wechselseitig inkohärenten Lichtern, wie unter Bezugnahme auf Fig. 4B beschrieben worden ist.
Das vom Teilungsprisma 31a emittierte und neun Lichtströme i&sub1;-i&sub9; umfassende Licht 34 wird auf den Strahlaufweiter 32 gelenkt. Jede der Zylinderlinsen 32a und 32b, die den Strahlaufweiter 32 bilden, hat eine Brechkraft lediglich in der Richtung, die der Breitenrichtung des rechteckförmigen Querschnitts des Lichts 34 entspricht. Somit wird bei Durchgang durch den Strahlaufweiter 32 die Querschnittsgestalt des Lichts 34 so geändert, daß ein Lichtstrom, der mit 35 bezeichnet ist und eine quadratische Querschnittsgestalt hat, erzeugt wird.
In der vorstehend beschriebenen Weise wird das kohärente, auf die Lichtteilvorrichtung 12 fallende Licht in mehrere Lichtströme geteilt, und werden auch die geteilten Lichtströme von dieser als wechselseitig inkohärente Lichtströme emittiert. Diese inkohärenten Lichtströme werden zu dem Fliegenaugen-Linsensystem 13, das in Fig. 2 gezeigt ist, gerichtet.
Die Lichtteilvorrichtung des in den Fig. 4A bis 4C gezeigten Beispiels ist, wie beschrieben wurde, angeordnet, so daß spezielle Gangunterschiede innerhalb der Teilungsprismen 31a und 31b zum Zweck einer Inkohärenztransformation bestimmt werden. Wenn das Material des Teilungsprismas ein Absorptionsvermögen hat, so tritt deshalb ein unerwünschter Unterschied in der Quantität unter den geteilten Lichtströmen auf. Wenn gewünscht wird, ein solches Problem zu vermeiden, kann ein (nicht dargestelltes) Bildumkehrprisma so vorgesehen werden, daß das Licht vom Strahlaufweiter 32 in das Bildumkehrprisma eintritt. Durch Drehen des Bildumkehrprismas kann die Ungleichmäßigkeit in der Quantität unter den Lichtströmen vermieden werden.
Die Fig. 4D zeigt eine abgewandelte Form der Lichtteilvorrichtung von Fig. 4A, und entsprechenden Elementen sind dieselben Bezugszahlen zugeordnet. Im Beispiel der Fig. 4D ist der Strahlaufweiter 32 des Beispiels der Fig. 4A weggelassen. Das allgemein mit 31 bezeichnete optische System hat dieselbe Konstruktion und Funktion wie diejenigen des in Fig. 4A gezeigten optischen Systems 31. Auch wird im Beispiel der Fig. 4D die Querschnittsgestalt des einfallenden Lichtstroms 33 beibehalten, wenn er von der Lichtteilvorrichtung emittiert wird.
Der von einer Laser-Lichtquelle, z. B. einem Excimer-Laser, ausgesandte kohärente Lichtstrom 33 mit einer rechteckigen Querschnittsgestalt wird zuerst auf das optische System 31 gerichtet. Das Teilungsprisma 31b des optischen Systems 31 wirkt, um den Lichtstrom 33 in drei Ströme entlang der Längsrichtung des rechteckigen Querschnitts zu teilen. Somit werden drei Lichtströme, die jeweils den drei Lichtgruppen (i&sub1;, i&sub2;, i&sub3;), (i&sub4;, i&sub5;, i&sub6;) und (i&sub7;, i&sub8;, i&sub9;) entsprechen, von dem Teilungsprisma 31b emittiert, wobei ihre Fortbewegungsrichtungen um 90º abgelenkt werden. Anschließend treten diese drei Lichtströme in das Teilungsprisma 31a ein, in welchem jeder Lichtstrom in drei Ströme entlang der Breitenrichtung des rechteckförmigen Querschnitts des Lichtstroms 33 geteilt wird.
Als Ergebnis besteht das vom Teilungsprisma 31a emittierte und allgemein mit der Bezugszahl 34 bezeichnete Licht aus neun zweidimensional geteilten, in Fig. 4C gezeigten Lichtströmen i&sub1;-i&sub9;. Auch ist die Querschnittsgestalt des emittierten Lichts 34 als Ganzes noch rechteckig, wie in Fig. 4C gezeigt ist.
Da vorbestimmte Gangunterschiede innerhalb der Teilungsprismen 31b und 31a für die geteilten Lichtströme i&sub1;-i&sub9; bestimmt werden, werden diese Lichtströme in Form von wechselseitig inkohärenten Lichtern emittiert.
Bei der in Rede stehenden Ausführungsform sind gleichartig zur Ausführungsform der Fig. 4A zwei Teilungsprismen 31a und 31b derart angeordnet, daß ihre Lichteintrittsflächen in zwei orthogonal verlaufenden Ebenen angeordnet sind, während ihre Lichtaustrittsflächen ebenfalls in zwei orthogonal verlaufenden Ebenen angeordnet sind, was eine zweidimensionale Teilung des kohärenten Lichts 33 zum Ergebnis hat.
Im Vergleich mit der Ausführungsform der Fig. 4A wird bei der in Rede stehenden Ausführungsform kein Strahlaufweiter verwendet, und deshalb wird die Querschnittsabmessung oder -gestalt des Lichtstroms 33 nicht durch den Durchgang durch das Lichtteil- und Inkohärenztransformationssystem hindurch geändert.
In den Teilungsprismen 31a und 31b der Ausführungsformen der Fig. 4A bis 4D ist jede der Reflexionsflächen unter einem Winkel α = 45º festgesetzt. Somit wird die Fortpflanzungsrichtung eines jeden kohärenten Lichtstroms, der auf die Reflexionsfläche trifft, um 90º abgelenkt. Jede der Lichteintrittsflächen und der Lichtaustrittsflächen der Teilungsprismen kann mit einer reflexmindernden Schicht bedeckt sein. Das ist wirksam, um den Verlust in der Lichtmenge zu vermindern. Auch kann die Teilungszahl des kohärenten Lichts 33 (die bei den vorhergehenden Ausführungsformen "neun" ist) ohne Schwierigkeiten nach Wunsch geändert werden, beispielsweise durch Erhöhen der Anzahl der das Teilungsprisma bildenden Prismenglieder und/oder der Anzahl der Reflexionsflächen oder dergleichen oder durch Kombinieren einer geeigneten Anzahl von Teilungsprismen. Der Gangunterschied oder die Gangunterschiede, der/die auf die geteilten Lichtströme anzuwenden ist/sind, werden einfach durch geeignetes Einstellen des Winkels einer jeden Reflexionsfläche festgesetzt, wie vorher beschrieben wurde, sobald das Material des Prismas, die Eigenschaft oder Art des zu verwendenden kohärenten Lichts, der Querschnittsdurchmesser des Lichts und die Anzahl der durch die Teilung zu bildenden Lichtströme bestimmt sind.
In der in den Fig. 4A bis 4D gezeigten Lichtteilvorrichtung werden die Teilung des Lichts und die Inkohärenztransformation in derselben Vorrichtung erzielt. Jedoch können sie durch getrennte Vorrichtungen erlangt werden. Deshalb können, soweit die diese Lichtteil- und Inkohärenztransformationseinrichtungen bildenden Elemente betroffen sind, viele Varianten von optischen Gliedern außer dem beschriebenen Teilungsprisma, wie Lichtübertragungselemente (z. B. Fasern), Reflektoren, halbdurchlässige Spiegel oder dergleichen, verwendet werden. Auch ist, falls ein oder mehr Teilungsprismen zur Anwendung kommen, deren Konstruktion nicht auf die beschriebenen Beispiele, die in den Fig. 4A bis 4D gezeigt sind, beschränkt.
Die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in besonders geeigneter Weise auf ein System zur Beleuchtung eines Objekts mit einer gewünschten Beleuchtungskohärenz und mittels einer kohärenten Lichtquelle anwendbar, und wenn die vorliegende Erfindung zur Anwendung kommt, so erlaubt sie eine Lieferung einer vorbestimmten Lichtmenge zu dem zu bestrahlenden Objekt in einer sehr kurzen Zeit und mit der gewünschten Kohärenz in der Beleuchtung. Deshalb sind bemerkenswerte Vorteile zu erreichen, wenn die Beleuchtungsvorrichtung als eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Schablone oder Maske in einem Belichtungsgerät zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, das eine kohärente Lichtquelle, wie einen Excimer-Laser, enthält, angewendet wird.
In der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die bisher beschrieben worden ist, wird eine Mehrzahl von Lichtpunkten im wesentlichen auf der gleichen Ebene ausgebildet, und diese Lichtpunkte werden zur gleichen Zeit abgetastet, und die Lichter von den Lichtpunkten werden unter Verwendung eines optischen Kondensorsystems abgetastet und dann auf eine zu bestrahlende Fläche gerichtet. Diese Anordnung ist sehr effektiv, weil selbst für einen großen Abtastbereich allein die Abtastung der Lichtpunkte in einer sehr kurzen Zeit ausreichend ist, um das Licht auf die zu bestrahlende Fläche zu richten, und die Bestrahlung der Fläche mit einer gewünschten Beleuchtungskohärenz erreicht wird. Durch Anwenden der vorliegenden Erfindung auf eine Beleuchtungsvorrichtung in einem Stepper, der eine kohärente Lichtquelle, wie einen Excimer- Laser, enthält, ist es deshalb möglich, einen Stepper von hoher Leistung und hohem Durchsatz zu schaffen.
Es ist ferner zu bemerken, daß in der Beleuchtungsvorrichtung der in Rede stehenden Ausführungsform ein kohärentes Licht in mehrere inkohärente, Lichtpunkte bildende Lichter geteilt sowie transformiert wird und zusätzlich diese Lichtpunkte abgetastet werden. Das bedeutet, daß bei der in Rede stehenden Ausführungsform die Inkohärenztransformation auch mit Bezug auf die Zeit bewerkstelligt wird. Deshalb kann die nachteilige Wirkung der Interferenzerscheinung, die durch das kohärente Licht gebildet wird, mit dem Ergebnis unterdrückt werden, daß die Beleuchtung mit einer gleichförmigen Beleuchtungsverteilung erreicht werden kann.
Es wird nun auf die Fig. 5A Bezug genommen, in der eine weitere Ausführungsform der bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Lichtteilvorrichtung gezeigt ist. Die gesamte Konstruktion der Lichtteilvorrichtung der in Rede stehenden Ausführungsform hat in der zum Zeichnungsblatt rechtwinkligen Richtung eine vorbestimmte Höhe und ist aus einem pentagonalen säulenartigen Glied gebildet, das die Querschnittsgestalt, wie gezeigt ist, hat.
In Fig. 5A haben ein erstes Prisma 51, ein zweites Prisma 52 und ein drittes Prisma 53 jeweils eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche. Die Prismen 51 bis 53 sind so gekittet, daß ihre Lichteintrittsflächen zusammenwirken, um eine mit A bezeichnete Lichteintrittsfläche zu bilden, während ihre Lichtaustrittsflächen zusammenwirken, um eine mit B bezeichnete Lichtaustrittsfläche zu bestimmen. Am ersten Prisma 51, am zweiten Prisma 52 und am dritten Prisma 53 sind jeweils Reflexionsflächen 41, 42 bzw. 43 ausgebildet. Jede Reflexionsfläche wirkt, um einen Lichtstrom, der auf die Lichteintrittsfläche eines zugeordneten der Prismen projiziert worden ist, mit einem vorbestimmten Winkel (= 2α) zu dessen Lichtaustrittsfläche zu reflektieren. Mit 33 ist schematisch ein kohärenter paralleler Lichtstrom dargestellt, der im Begriff ist, auf die Lichtteilvorrichtung aufzufallen. Der Lichtstrom 33 fällt unter einem rechten Winkel in die Lichteintrittsfläche A ein. Die Symbole i&sub1;, i&sub2; und i&sub3; bezeichnen jeweils mehrere Lichtströme, die durch die Teilvorrichtung geteilt worden und von der Lichtaustrittsfläche B in der zur Fortpflanzungsrichtung des kohärenten Lichtstroms 33 unterschiedlichen Richtung projiziert worden sind. Ferner werden innerhalb des ersten bis dritten Prismas vorbestimmte Gangunterschiede für die Lichtströme i&sub1; bis i&sub3; bestimmt, und aus diesem Grund bestehen die Lichtströme i&sub1; bis i&sub3; aus wechselseitig inkohärenten Lichtern.
Jede der Lichteintrittsflächen und der Lichtaustrittsflächen der Prismen 51-53 hat eine Breite d. Demzufolge hat jede Lichteintrittsfläche A und Lichtaustrittsfläche B der Lichtteilvorrichtung eine Breite 3d. Ferner wird bei dieser Ausführungsform die Breite oder der Durchmesser im Querschnitt des kohärenten Lichtstroms, der im Begriff ist, auf die Lichtteilvorrichtung zu fallen, auf annähernd einen Wert begrenzt, der in Übereinstimmung mit der Breite der Lichteintrittsfläche A gleich "3d" ist. Das erfolgt lediglich zur effizienten Ausnutzung des Lichts. Praktisch kann der Lichtstrom von irgendeinem Durchmesser auf die Lichtteilvorrichtung projiziert werden.
Die Prismen 51-53 sind derart angeordnet, daß, wenn die Prismenanordnung längs einer gestrichelten Linie in Fig. 5A in Hälften einer Lichteintrittsseite sowie einer Lichtaustrittsseite geteilt wird, jede der Kittflächen zwischen den Prismen 51 und 52 sowie zwischen den Prismen 52 und 53 sich in der lichteintrittsseitigen Hälfte parallel zur Fortpflanzungsrichtung des kohärenten Lichtstroms 33 erstreckt, während in der lichtaustrittsseitigen Hälfte jede Kittfläche sich parallel zur Fortpflanzungsrichtung der geteilten Lichtströme i&sub1;-i&sub3;, die durch die Reflexionsflächen oder -schichten 41 bis 43 reflektiert wurden, erstreckt.
Jede der Reflexionsflächen 41-43 in den Prismen 51-53 wird so festgesetzt, daß zwischen der Senkrechten zur Reflexionsfläche und der Fortpflanzungsrichtung des kohärenten Lichtstrahls 33 ein Winkel α bestimmt wird. Folglich wird jeder der geteilten Lichtströme i&sub1;-i&sub3; in der Richtung reflektiert, die vom Winkel α abhängt, d. h. in einer Richtung, welche mit Bezug zur Einfallsrichtung einen Winkel 2α bildet. Wie später beschrieben werden wird, hängt auch jeder Gangunterschied Δj , der für einen entsprechenden der geteilten Lichtströme i&sub1;-i&sub3; zu bestimmen ist, vom Winkel α ab.
Die vorstehend beschriebene Lichtteilvorrichtung ist im Weg des kohärenten Lichtstroms 33 angeordnet, und der Lichtstrom 33 wird auf die Teilvorrichtung projiziert. Der Strahlengang des kohärenten Lichtstroms 33 wird im wesentlichen in drei Ströme durch die Lichteintrittsflächen der Prismen 51-53, die die Lichteintrittsfläche A bilden, geteilt. Die längs der drei optischen Pfade, die in den Prismen 51-53 jeweils bestimmt sind, sich jeweils fortbewegenden Lichtströme werden durch die zugeordneten, in den Prismen 51-53 ausgebildeten Reflexionsflächen, welche mit unterschiedlichen Abständen von der Lichteintrittsfläche A angeordnet sind, jeweils reflektiert. Die von den Reflexionsflächen 41-43 jeweils reflektierten Lichtströme bewegen sich in den jeweiligen Prismen 51-53 fort und werden letztlich von der Lichtaustrittsfläche B in Form von drei geteilten Lichtströmen i&sub1;-i&sub3;, die unterschiedliche optische Weglängen durchlaufen haben, emittiert.
Wenn angenommen wird, daß die Prismen 51-53 aus demselben Material mit einem Brechungsindex n gefertigt und daß die optische Weglänge für einen Lichtstrom im (m = 1, 2 oder 3) von der Lichteintrittsfläche A zur Lichtaustrittsfläche B mit jm bezeichnet wird, dann kann der Gangunterschied Δj zwischen benachbarten Lichtströmen ausgedrückt werden, wie folgt:
Δj = j&sub3;-j&sub2;
= j&sub2;-j&sub1;
= 2nd/tgα
Hieraus ist zu erkennen, daß der zwischen oder unter den geteilten Lichtströmen zu bestimmende Gangunterschied unter Verwendung von drei Parametern n, d und α kontrolliert werden kann. Da diese Parameter n, d und α ohne weiteres geändert werden können, kann auf einfache Weise ein gewünschter Gangunterschied mit einer kompakten und simplen Vorrichtung, wie sie dargestellt ist, erreicht werden, um dadurch die Kohärenz der geteilten Lichtströme zu vermindern. Das heißt, die Parameter n, d und α können in geeigneter Weise so festgesetzt werden, daß der Gangunterschied Δj größer als die Kohärenzlänge des verwendeten Lichts 33 ist.
Die Fig. 5B zeigt ein Beispiel eines Prismas, das in der Lichtteilvorrichtung der Ausführungsform von Fig. 5A verwendbar ist. Bei diesem speziellen Beispiel ist das in Fig. 5B gezeigte Prisma als das in Fig. 5A gezeigte Prisma 53 verwendbar.
Gemäß der Fig. 5B enthält das Prisma 53 ein erstes optisches Glied 531 und ein zweites optisches Glied 532, von denen jedes eine Durchlässigkeit für Licht besitzt. Das erste und zweite optische Glied 531 und 532 haben denselben Brechungsindex. Jedes der optischen Glieder 531 und 532 hat eine trapezförmige Querschnittsgestalt, wie gezeigt ist, so daß es mittels einer einfachen Bearbeitung, z. B. Ausbildung einer Schrägfläche an einem quadratischen Säulenelement, hergestellt werden kann. Ferner kann das Prisma auf einfache Weise durch Kitten bzw. Vakuumkitten der Schräge des optischen Glieds 532 an ein Teil der unteren Fläche des optischen Glieds 531 gefertigt werden.
Die Fig. 6 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Lichtteilvorrichtung. In Fig. 6 bezeichnet die Bezugszahl 33 einen kohärenten Lichtstrom, während die Symbole i&sub1;, i&sub2; und i&sub3; jeweils geteilte inkohärente Lichtströme wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen bezeichnen. Die Vorrichtung der in Rede stehenden Ausführungsform enthält einen Polarisationsstrahlenteiler 70, ein λ/4-Plättchen 80 und Totalumlenkspiegel 91-93. Die Spiegel 91-93 sind mit demselben Abstand d mit Bezug zur Fortpflanzungsrichtung des kohärenten Lichtstroms angeordnet.
Im Vergleich mit den vorhergehenden Ausführungsformen ist die Lichtteilvorrichtung der in Rede stehenden Ausführungsform nicht durch Prismen gebildet. Die Vorrichtung dieser Ausführungsform wird vielmehr durch den Polarisationsstrahlenteiler 70, das λ/4-Plättchen 80 und die Totalumlenkspiegel 91-93 gebildet. Die Spiegel 91-93 sind jeweils so angeordnet, daß sie den Gang des kohärenten Lichtstroms 33 kreuzen, und sie haben eine zur Fortpflanzungsrichtung des kohärenten Lichtstroms 33 rechtwinklige Reflexionsfläche. Demzufolge wird das durch die Spiegel 91-93 total reflektierte kohärente Licht längs seines heranführenden Wegs zurückgehen. Hierbei wird der Strom 33 durch die Spiegel 91-93 in drei Lichtströme i&sub1;-i&sub3; geteilt.
Die Lichtteilvorrichtung der in Rede stehenden Ausführungsform wird mit einem linear polarisierten Licht verwendet. Wenn der kohärente Lichtstrom 33 aus einem P-polarisierten Licht beispielsweise besteht, tritt der Strom des P-polarisierten Lichts durch den Polarisationsstrahlenteiler 70 und wird mittels des λ/4-Plättchens 80 in zirkular polarisiertes Licht umgeformt. Dann fällt der Strom des zirkular polarisierten Lichts auf die Totalumlenkspiegel 91-93 und wird dadurch reflektiert. Zeitgleich wird der Strom in drei Ströme geteilt. Jeder der von den Spiegeln 91-93 reflektierten Ströme von zirkular polarisiertem Licht tritt wieder durch das λ/4-Plättchen 80, durch das er in einen Strom eines S-polarisierten Lichts transformiert wird. Die Lichtströme i&sub1;-i&sub3;, von denen jeder ein S-polarisiertes Licht umfaßt, werden durch den Polarisationsstrahlenteiler 70 reflektiert, so daß der Strahlengang um 90º abgelenkt wird, und diese Lichtströme werden von der Vorrichtung aus in den derart abgelenkten Richtungen projiziert. Unter Verwendung eines Polarisationsstrahlenteilers und eines λ/4-Plättchens mit einem linear polarisierten Licht in Kombination kann jeglicher Lichtverlust mit einem resultierenden Vorteil einer effizienten Ausnutzung des kohärenten Lichts vermieden werden. Wenn das kohärente Licht, z. B. 33, eine ausreichende Intensität hat, so daß der Lichtverlust keine kritische Angelegenheit darstellt, können der Polarisationsstrahlenteiler 70 und das λ/4-Plättchen 80 einfach durch einen halbdurchlässigen Spiegel ersetzt werden.
Da bei der in Rede stehenden Ausführungsform die Totalumlenkspiegel 91-93 mit Bezug zur Fortpflanzungsrichtung des kohärenten Lichtstroms 33 nicht geneigt sind und weil der Brechungsindex der Luft gleich 1 ist, kann der für die geteilten Lichtströme i&sub1;-i&sub3; definierte Strahlengang einfach durch "2d" wiedergegeben werden. Deshalb können die Totalumlenkspiegel 91-93 in simpler Weise so angeordnet werden, daß der Wert "2d" größer als die Kohärenzlänge des verwendeten kohärenten Lichts ist.
Die Lichtteilvorrichtung dieser Ausführungsform erfordert nicht die Verwendung von präzisen optischen Gliedern, wie Prismen, und hat eine sehr einfache, vorstehend beschriebene Konstruktion. Deshalb ist die in Rede stehende Ausführungsform für einen praktischen Gebrauch sehr effektiv.
Es wird nun auf die Fig. 7A und 7B Bezug genommen, in denen eine Beleuchtungsvorrichtung gezeigt ist, wobei diese Beleuchtungsvorrichtung in ein Projektionsbelichtungsgerät zur Herstellung von Halbleiterbauelementen eingegliedert ist.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, enthält die Vorrichtung eine Lichtquelle 11, wie einen Excimer-Laser oder dergleichen, die einen kohärenten Lichtstrom emittiert. Ferner enthält die Vorrichtung ein Abtastsystem, welches eine optische Abtasteinrichtung sowie eine Kondensorlinse umfaßt und welches dazu eingerichtet ist, das kohärente Licht von der Lichtquelle 11 zu empfangen und dieses abzutasten, um dadurch an einer Ebene A1 eine sekundäre Lichtquelle (Flächenlichtquelle) zu bilden, die eine vorbestimmte Ausgestaltung und eine vorbestimmte Ausdehnung hat. Ein optisches Kondensorsystem 17 empfängt das Licht von der sekundären Lichtquellenebene A1. Mit 18 ist eine zu bestrahlende Fläche bezeichnet, die eine strukturtragende Fläche einer Schablone oder einer Maske sein kann, auf welcher ein Schaltschema ausgebildet ist. Mit 19 ist ein optisches Projektionssystem bezeichnet, das wirksam ist, um das Schaltschema einer Schablone oder dergleichen, die an der zu bestrahlenden Fläche 18 angeordnet ist, auf die Fläche eines Wafers 21 zu projizieren, um dadurch das Schaltschema auf die Waferfläche zu übertragen.
Das optische Kondensorsystem 17 dieser Ausführungsform ist dazu eingerichtet, die zu bestrahlende Fläche 18 unter Verwendung eines kohärenten Lichtstroms, der an der sekundären Lichtquellenebene A1 konzentriert worden ist und somit einen Lichtpunkt an dieser gebildet hat, zu beleuchten. Auch ist das optische Kondensorsystem 17 imstande, eine Abbildung der sekundären Lichtquellenebene AI in der Nachbarschaft einer Eintrittspupille 20 des optischen Projektionssystems 19 zu bilden. Somit dient das optische Kondensorsystem 17 dazu, ein Köhlersches Beleuchtungssystem für das Wafer 21 zu schaffen.
Die Fig. 7B zeigt Einzelheiten eines Teils der Beleuchtungsvorrichtung von Fig. 7A, nämlich das Abtastsystem 200. In dieser Figur bezeichnet die Zahl 33 das durch die Lichtquelle 11 gelieferte kohärente Licht. Die Zahlen 71 und 72 bezeichnen jeweils keilförmige optische Glieder, von denen jedes eine Lichtdurchlässigkeit besitzt und ein Prisma darstellt. Die optischen Glieder 71 und 72 sind entweder in derselben Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen drehbar eingerichtet. Mit 73 ist eine Kondensorlinse bezeichnet.
Im Betrieb werden die zwei keilförmigen optischen Glieder 71 und 72 durch eine (nicht dargestellte) Drehantriebseinrichtung um die optische Achse 0 der Kondensorlinse 73 mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten W1 und W2 gedreht.
Bei dieser Beleuchtungsvorrichtung wird das kohärente Licht 33 von der Lichtquelle 11 durch die Kondensorlinse 73 auf die sekundäre Lichtquellenebene A1 konzentriert. Zu dieser Zeit wird das Licht von der Lichtquelle 11 durch das Abtastsystem 200 so abgetastet, daß zu unterschiedlichen Momenten in einer speziellen Zeitspanne unterschiedliche Lichter an unterschiedlichen Positionen an der sekundären Lichtquellenebene A1 konzentriert werden. Hierdurch wird in der Ebene A1 eine sekundäre Lichtquelle (Abbildung) von allgemein kreisförmiger Gestalt gebildet. Auch wird durch geeignete Einstellung des Keilwinkels eines jeden keilförmigen optischen Glieds ein Abtastbereich mit einer gewünschten Ausdehnung und Ausgestaltung erlangt. Wenn so vorgegangen wird, kann die zu bestrahlende Fläche mit einer gewünschten Beleuchtungskohärenz beleuchtet werden.
Die Fig. 8A ist eine erklärende Darstellung, die schematisch ein Beispiel der Gestalt der sekundären Lichtquelle zeigt, welche an der Ebene A1 ausgebildet werden kann in einem Fall, da ein Verhältnis 3 : 7 zwischen der Anzahl der Umdrehungen des einen der keilförmigen optischen Glieder 71 sowie 72 und derjenigen des anderen Glieds festgesetzt wird. In Fig. 8A bezeichnet die Zahl 80 den Ort des Konvergenzpunkts des Lichts, das abgetastet wird, d. h. den Ort der Abtastung des Lichtpunkts.
Bei dieser Ausführungsform kann durch geeignetes und variables Festsetzen des Verhältnisses der Anzahl der Umdrehungen zwischen den beiden keilförmigen optischen Gliedern 71 und 72 das konzentrierte Licht auf der Ebene A1 längs verschiedenartiger Bahnen, d. h. Abtastorten, abgetastet werden. Beispiele sind in den Fig. 8B und 8C dargestellt. Das Beispiel der Fig. 8B entspricht einem Fall, wobei das Verhältnis der Anzahl der Drehungen zwischen den optischen Gliedern 71 und 72 mit 3 : 8 festgesetzt ist. Das Beispiel der Fig. 8C entspricht einem Fall, wobei dieses Verhältnis mit 5 : 11 bestimmt ist.
Es ist hier zu bemerken, daß das Licht von der Lichtquelle 11 in mehrere Lichtströme geteilt werden kann. Alternativ kann eine Mehrzahl von Lichtquellen zur Anwendung kommen. In beiden Fällen ist es durch Projizieren mehrerer Lichtströme auf das Abtastsystem 200 (z. B. durch Projizieren von sieben Lichtströmen auf das Abtastsystem mit unterschiedlichen Winkeln) möglich, an der Ebene A1 eine Mehrzahl von Orten der abgetasteten Lichtströme (z. B. sieben Orte, wie in Fig. 8D gezeigt ist) ohne irgendeine Überlappung zu bestimmen. Wenn so vorgegangen wird, kann eine gewünschte Kohärenz der Beleuchtung sehr einfach erzielt werden.
Bei der in Rede stehenden Ausführungsform sind, wie beschrieben wurde, zwei lichtdurchlässige keilförmige optische Glieder 71 und 72 nahe beieinander angeordnet und werden gedreht, um das Licht abzutasten. Als Ergebnis kann die Beleuchtungsvorrichtung als Ganzes im Vergleich mit einem Fall, wobei ein drehbarer Spiegel zum Abtasten des Lichts verwendet wird, auf einfache Weise kompakt gefertigt werden.
Drei oder mehr keilförmige optische Glieder können bei der in Rede stehenden Ausführungsform verwendet werden. Durch Drehen dieser optischen Glieder mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten kann eine sekundäre Lichtquelle, die eine gewünschte Gestalt (der Abtastort) hat, gebildet werden.
Ferner können die keilförmigen optischen Glieder in Anbetracht des Effekts einer chromatischen Aberration oder dergleichen aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden.
Wie beschrieben wurde, wird bei der in Rede stehenden Ausführungsform das Licht von einer sekundären Lichtquelle (Flächenlichtquelle), die räumlich ausgebildet ist, durch eine Kondensorlinse auf die zu bestrahlende Fläche, z. B. eine Maskenfläche, gerichtet. Jedoch kann das Licht von der sekundären Flächenlichtquelle ein solches sein, das durch ein Mehrstrahl- Erzeugungssystem, wie ein Fliegenaugen-Linsensystem, ein Bündel von optischen Fasern oder dergleichen, empfangen wird, und mittels eines solchen Mehrstrahl-Erzeugungssystems kann das Licht auf die zu bestrahlende Fläche gerichtet werden. Wenn ein solches Mehrstrahl-Erzeugungssystem verwendet wird, kann die zu bestrahlende Fläche sehr gleichförmig beleuchtet werden. Auch können mehrere optische Verbundsysteme, wie Fliegenaugen-Linsensysteme, in einer Anordnung angebracht werden, die sich in der Fortpflanzungsrichtung des Lichts erstreckt. Das ist wirksam, um die Gleichförmigkeit der Beleuchtung weiter zu steigern.
Mit diesen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ohne Schwierigkeiten eine sekundäre Flächenlichtquelle von gewünschter Gestalt aus einem kohärenten Licht und mit einer einfachen Konstruktion erzielbar. Zusätzlich wird eine gewünschte Kohärenz in der Beleuchtung mit einer simplen und kompakten Konstruktion erreicht. Deshalb ist es möglich, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, die von geringer Größe und in geeigneter Weise in einem Projektionsbelichtungsgerät zur Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendbar ist.
Es wird nun auf die Fig. 9 Bezug genommen, in der eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung gezeigt ist, welche einer verbesserten Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform von Fig. 2 entspricht.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, enthält die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle, z. B. einen Excimer-Laser, die ein kohärentes Licht erzeugt; eine Lichtteilvorrichtung 12; ein Fliegenaugen-Linsensystem 13, das eine Mehrzahl von Einzellinsen umfaßt, die regelmäßig in einer zur optischen Achse 0 rechtwinkligen Ebene angeordnet sind; eine Kondensorlinse 14, deren erster oder vorderer Brennpunkt mit einer Ebene zusammenfällt (wie durch einen Pfeil P angegeben ist), an welcher das Licht vom Fliegenaugen-Linsensystem 13 konvergiert wird; zwei keilförmige transparente optische Glieder 71 und 72, die den keilförmigen, in den Fig. 7A und 7B gezeigten optischen Gliedern gleichartig und die um die optische Achse 0 drehbar sind. Der zweite oder hintere Brennpunkt der Kondensorlinse 14 ist in der Mitte (wie durch einen Pfeil Q angegeben ist) zwischen den beiden optischen Gliedern 71 und 72 angeordnet. Die Vorrichtung enthält ferner ein optisches Kondensorsystem 16, das eingerichtet ist, um das durch die optischen Glieder 71 und 712 abgelenkte Licht auf die Ebene zu konzentrieren, die eine Blende A2 enthält, welche an einer mit einer Eintrittspupille eines optischen Abbildungssystems (das in dieser Figur nicht gezeigt ist) optisch konjugierten Position angeordnet ist, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschrieben worden ist. Durch Konzentrieren der Lichter von den optischen Gliedern 71 und 72 wird an der Ebene (Aperturebene) der Blende A2 eine Vielzahl von Lichtpunkten gebildet.
Mit der Zahl 17 ist ein zweites optisches Kondensorsystem 17 bezeichnet, das wirksam ist, um das an der Position der Blende A2 konzentrierte Licht auf eine zu bestrahlende Fläche 18 (wie eine strukturtragende Fläche einer Schablone oder einer Maske) zu richten. Ferner entsprechen bei dieser Ausführungsform die Position der Blende A2 und die Position der zu bestrahlenden Fläche 18 jeweils der vorderen Brennpunktposition bzw. der hinteren Brennpunktposition des zweiten optischen Kondensorsystems. Durch Anordnen der optischen Glieder derart, daß sie eine solche Beziehung erfüllen, können die Lichter der mehreren, in der Ebene der Blende A2 (die die optische Achse rechtwinklig schneidet) verteilten Lichtpunkte wirksam einander an der Fläche 18 überlagert werden.
In der gezeigten Anordnung ist die mit dem Pfeil P bezeichnete Position optisch mit der Position der Blende A2 und zusätzlich mit der Eintrittspupille des optischen Abbildungssystems (das in dieser Figur nicht gezeigt ist) konjugiert. Ferner ist die durch den Pfeil Q angegebene Position optisch mit der Fläche 18 konjugiert.
Die keilförmigen transparenten optischen Glieder 71 und 72 werden durch jeweilige (nicht dargestellte) Halteelemente getrennt gehalten. Jedes der optischen Glieder 71 und 72 wird mit seinem Halteelement durch eine (nicht dargestellte) Drehantriebseinrichtung gedreht, wobei die Richtung und die Geschwindigkeit in der Umdrehung dadurch kontrolliert werden.
Von den Komponenten, die die Beleuchtungsvorrichtung der in Rede stehenden Ausführungsform bilden, sind diejenigen, die eine Lichtdurchlässigkeit haben (wie Linsen oder Prismen) alle aus SiO&sub2; gefertigt. Das ist für die leistungsfähige Ausnutzung des von der Lichtquelle 11, die einen Excimer-Laser bei dieser Ausführungsform umfaßt, gelieferten kohärenten Lichts effektiv, und deshalb kann die Intensität des Beleuchtungslichts erheblich erhöht werden.
Das von der Lichtquelle 11 emittierte parallele und kohärente Licht fällt auf die Lichtteilvorrichtung 12, durch die das kohärente Licht in mehrere Lichtströme geteilt wird. Zusätzlich wird in der Lichtteilvorrichtung ein vorbestimmter Gangunterschied (ein Unterschied in der optischen Weglänge) zwischen oder unter den geteilten Lichtströmen festgelegt. Als Ergebnis werden von der Lichtteilvorrichtung 12 mehrere Lichtströme in einem Zustand emittiert, in welchem sie wechselseitig inkohärent sind, d. h., die Lichtteilvorrichtung 12 erzeugt inkohärente Lichter. Einzelheiten der Lichtteilvorrichtung 12 werden später in Verbindung mit einigen der Zeichnungen beschrieben.
Die von der Lichtteilvorrichtung 12 emittierten und wechselseitig inkohärenten Lichtströme fallen auf das Fliegenaugen- Linsensystem 13. Die Anzahl der das Fliegenaugen-Linsensystem bildenden Einzellinsen und die Anzahl der parallelen Lichtströme stehen in einem Eins-zu-Eins-Verhältnis, so daß jeder Lichtstrom in eine zugeordnete der Einzellinsen des Fliegenaugen- Linsensystems 13 eintritt. Jeder auf die zugeordnete Einzellinse des Fliegenaugen-Linsensystems 13 einfallende Lichtstrom wird auf den zweiten oder hinteren Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems 13 durch dessen Wirkung fokussiert. Es ist hier zu bemerken, daß, obwohl bei der in Rede stehenden Ausführungsform jeder Lichtstrom von der Lichtteilvorrichtung 12 wegen der Tatsache, daß jeder Lichtstrom paralleles Licht umfaßt, auf den hinteren Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems 13 fokussiert wird, der Konvergenzpunkt nicht auf die durch einen Pfeil P in Fig. 9 angegebene Brennpunktposition beschränkt ist. Jeder Lichtstrom kann an irgendeiner anderen Position fokussiert werden. Das bedeutet, daß, wenn jeder von der Lichtteilvorrichtung 12 emittierte Lichtstrom konvergierend oder divergierend ist, er nicht auf den Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems 13 fokussiert wird.
Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Fliegenaugen-Linsensystem 13 Einzellinsen, deren jede eine positive Brechkraft hat. Jedoch kann das Fliegenaugen-Linsensystem durch Einzellinsen geschaffen werden, von denen jede eine Konkavlinse oder dergleichen mit einer negativen Brechkraft umfaßt.
Der hintere Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems 13, d. h. die Konvergenzposition eines jeden Lichtstroms, die in Figur 9 durch einen Pfeil P angegeben ist, fällt mit dem vorderen Brennpunkt der Kondensorlinse 14 zusammen. Aus diesem Grund tritt jeder Lichtstrom, der auf den Brennpunkt des Fliegenaugen-Linsensystems 13 fokussiert worden ist, in die Kondensorlinse 14 in Form eines divergierenden Lichtstroms ein. Auch wird durch diese Kondensorlinse 14 jeder darauf einfallende Lichtstrom in einen parallelen Lichtstrom umgewandelt. Es ist jedoch zu bemerken, daß die durch die Kondensorlinse 14 zu erhaltenden mehreren Lichtströme unter unterschiedlichen Winkeln mit Bezug zur optischen Achse 0 derart geneigt sind, daß diese parallelen Lichtströme auf das optische Glied 71 mit unterschiedlichen Winkeln einfallen.
Die parallelen Lichtströme, von denen jeder durch die keilförmigen optischen Glieder 71 sowie 72 gebrochen und abgelenkt worden ist, werden zum optischen Kondensorsystem 16 gerichtet, wodurch sie auf der den hinteren Brennpunkt des optischen Kondensorsystems 16 enthaltenden Ebene, d. h. der Aperturebene der Blende A2, konzentriert werden. Hierdurch wird in der Ebene der Blende A2, welche Ebene zur optischen Achse 0 rechtwinklig ist, eine Verteilung von mehreren Lichtpunkten ausgebildet. Die Position eines jeden Lichtpunkts an der Blendenebene A2 wird durch den Einfallswinkel eines zugehörigen parallelen Lichtstroms (der den Lichtpunkt erzeugt hat) auf das optische Kondensorsystem 16 bestimmt.
In der vorstehend beschriebenen Weise werden mehrere inkohärente Lichtströme, die von der Lichtteilvorrichtung 12 geliefert werden, benutzt, um an der Blendenebene A2 eine Mehrzahl von Lichtpunkten zu bilden, die durch wechselseitig inkohärente Lichter bestimmt sind. Die keilförmigen optischen Glieder 71 und 72 werden durch die (nicht dargestellten) Drehantriebseinrichtungen zu dieser Zeit mit unterschiedlichen Umlaufgeschwindigkeiten gedreht, um dadurch gleichzeitig die auf die optischen Glieder 71 sowie 72 einfallenden parallelen Lichtströme abzulenken und sie insofern abzutasten. Da die parallelen Lichtströme auf diese Weise abtastend abgelenkt werden, werden die an der Blendenebene A2 gebildeten Lichtpunkte gleichzeitig zweidimensional längs der Blendenebene A2 abtastend bewegt.
Die Art der Abtastung der Lichtpunkte kann so sein, wie in Fig. 3 gezeigt und unter Bezugnahme auf diese Figur beschrieben worden ist, d. h. die die Lichtpunkte zu unterschiedlichen Zeiten bildenden Lichter sind wechselseitig inkohärent. Wie vorher beschrieben wurde, sind auch die Lichter, die die Lichtpunkte zur selben Zeit bilden, wechselseitig inkohärent. Deshalb sind alle Lichter, die die Lichtpunkte an der Blendenebene A2 in einer vorbestimmten Zeitspanne ausbilden, wechselseitig inkohärent.
Auf diese Weise kann innerhalb einer vorbestimmten, sehr kurzen Zeitspanne (z. B. einer Zeitspanne für die Belichtung einer einzelnen Aufnahme an dem Wafer oder einer Zeitspanne, während welcher eine vorbestimmte Anzahl von Lichtimpulsen vom Excimer-Laser geliefert wird) eine große Anzahl von Lichtpunkten an der Aperturebene der Blende A2 durch wechselseitig inkohärente Lichter gebildet werden. Darüber hinaus können diese Lichtpunkte mit einer hohen Geschwindigkeit abgetastet werden. Deshalb wird eine inkohärente Lichtquelle, die eine erhebliche Ausdehnung hat, ohne Schwierigkeiten geschaffen. Das gewährleistet die Ausbildung eines Beleuchtungssystems mit einer gewünschten Beleuchtungskohärenz, was ferner eine Steigerung in der Abbildungsleistung des optischen, bei der Beleuchtungsvorrichtung verwendeten Abbildungssystems ermöglicht.
Es wird ohne weiteres auch aus der Fig. 3 zu erkennen sein, daß in der Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform allein die Abtastung der Lichtpunkte innerhalb eines engen und begrenzten Bereichs der Aperturebene der Blende A2 für die geforderte Inkohärenztransformation ausreichend ist. Selbst wenn eine inkohärente Lichtquelle mit einer großen Ausdehnung erwünscht ist, kann folglich die Abtastung innerhalb einer sehr kurzen Zeit bewerkstelligt werden. Ferner ist die Abtastung der Lichtpunkte erreichbar, indem lediglich einfache transparente Elemente, wie die keilförmigen optischen Glieder oder Prismen, wie in Fig. 9 gezeigt ist, gedreht werden. Das ermöglicht einen vereinfachten Antrieb und eine vereinfachte Kontrolle für die Abtastung im Vergleich mit einem Fall, wobei ein Schwingspiegel oder dergleichen verwendet wird.
Es wird nochmals auf die Fig. 9 Bezug genommen, wonach die inkohärenten Lichter von den an der Aperturebene der Blende A2 gebildeten Lichtpunkten auf das zweite optische Kondensorsystem in Form von divergierenden Lichtern projiziert werden. Das zweite optische Kondensorsystem 17 dient dazu, die divergierenden inkohärenten Lichtströme zu konvergieren, so daß sie in parallele Lichtströme umgewandelt und an der zu bestrahlenden Fläche 18 einander überlagert werden. Auf diese Weise wird die Fläche 18 beleuchtet.
Die Blende A2 entspricht einer Eintrittspupille des in Fig. 9 gezeigten optischen Systems, und aus diesem Grund wird bei dieser Ausführungsform die Fläche 18 in der Art der Köhlerschen Beleuchtung beleuchtet. Das ist wirksam, um jegliche Ungleichmäßigkeit in der Beleuchtungsverteilung an der Fläche 18, die durch die Leuchtdichteverteilung der an der Blendenebene A2 gebildeten Lichtpunkte hervorgerufen werden könnte, zu vermeiden. Wie im vorstehenden beschrieben worden ist, kann ferner, wenn die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform als eine einzelne Komponente eines Projektionsbelichtungssystems zur Beleuchtung einer Schablone verwendet wird, die Blende A2 so festgesetzt werden, daß sie mit der Eintrittspupille eines optischen Abbildungssystems optisch konjugiert ist, das in dem Projektionsbelichtungssystem zum Zweck der Projektionsbelichtung zum Einsatz kommt. Deshalb sind auch hinsichtlich eines Wafers verschiedene vorteilhafte Wirkungen zu erlangen, wie sie bezüglich der Oberfläche 18 (die eine Schablonenfläche oder eine Maskenfläche sein kann) zu erreichen sind.
Es werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 10A, 10B, 11A und 11B weitere Einzelheiten der Lichtteilvorrichtung 12 der Ausführungsform von Fig. 9 beschrieben. Von diesen Figuren zeigen die Fig. 10A und 10B schematisch die Konstruktion der Lichtteilvorrichtung 12, wobei die Fig. 10B eine Darstellung der Vorrichtung bei Betrachtung in der durch einen Pfeil A in Fig. 10A angegebenen Richtung ist. Die Fig. 11A und 11B sind erklärende Ansichten, um die Verteilung von geteilten und inkohärenztransformierten Lichtströmen, welche durch die Wirkung der Lichtteilvorrichtung 12 zu erhalten sind, zu erläutern.
In den Fig. 10A und 10B enthält die Lichtteilvorrichtung Teilungsspiegel 101-112, die längs der Fortpflanzungsrichtung des kohärenten Lichtstroms von der Lichtquelle 11 verteilt sind, um diesen Lichtstrom in mehrere Lichtströme zu teilen. Die mit den Zahlen 101-106 bezeichneten Spiegel wirken miteinander zusammen, um eine Teilungseinheit Y zu bilden, während die mit den Zahlen 107-112 bezeichneten Spiegel im Zusammenwirken miteinander eine weitere Teilungseinheit x bilden. Diese beiden Teilungseinheiten X und Y sind tätig, um den Strahlengang des Lichtstroms längs orthogonaler Ebenen zu knicken oder abzulenken, und ferner, um den Lichtstrom in orthogonale Ebenen zu teilen.
Im einzelnen wird die Teilungseinheit Y aus einem Paar von Spiegeln 101 sowie 104, einem Paar von Spiegeln 102 sowie 105 und einem Paar von Spiegeln 103 sowie 106 gebildet. Somit wird ein einzelner Lichtstrom durch die Teilungseinheit Y in drei Lichtströme geteilt. Diese Lichtströme bewegen sich auch längs zugehöriger optischer Pfade mit vorbestimmten Gangunterschieden zwischen diesen, wie sie durch die drei Paare von Spiegeln der Teilungseinheit Y festgelegt sind. In gleichartiger Weise wird die Teilungeinheit X aus einem Paar von Spiegeln 107 sowie 110, einem Paar von Spiegeln 108 sowie 111 und einem Paar von Spiegeln 109 sowie 112 gebildet. Diese drei Paare von Spiegeln arbeiten im wesentlichen in derselben Weise wie die Spiegel der Teilungseinheit Y.
In den Fig. 11A und 11B bezeichnet die Zahl 240 den kohärenten Lichtstrom, der in die Lichtteilvorrichtung 12 eintritt. Die Zahl 250 bezeichnet drei inkohärente parallele Lichtströme, die von der Teilungseinheit Y zur Teilungseinheit X emittiert werden. Die Zahl 260 bezeichnet neun inkohärente parallele Lichtströme, die von der Teilungseinheit x emittiert werden und aus der Teilungsvorrichtung 12 austreten. Ferner sind Buchstaben h, k und l angegeben, um jeden einzelnen der drei kohärenten Lichtströme, die allgemein durch die Zahl 250 angegeben sind, zu spezifizieren. Ferner sind Symbole h1-h3, k1-k3 und l1-l3 angegeben, um jeden einzelnen der neun Lichtströme, die allgemein mit der Zahl 260 bezeichnet sind, zu spezifizieren.
Die Funktion der Lichtteilvorrichtung 12 wird im folgenden detaillierter insbesondere in Verbindung mit den Fig. 10A-11B beschrieben.
Auf der Grundlage der Kohärenzlänge des von der Lichtquelle 11 (Fig. 9) gelieferten kohärenten Lichts wird der Gangunterschied Δj, der zwischen den geteilten Lichtströmen zu erzeugen ist, bestimmt, d. h., es wird ein solcher Unterschied Δj festgesetzt, der die Beziehung "Δj > Kohärenzlänge" erfüllt, und die Orte der Spiegel 101-112 werden in Anbetracht des derart bestimmten Unterschieds Δj festgelegt.
Der kohärente parallele Lichtstrom von der Lichtquelle 11 tritt in die Teilungseinheit Y der Lichtteilvorrichtung 12 ein, und in dieser Einheit wird der Weg des Lichtstroms durch die drei Paare von Spiegeln 101 sowie 104, 102 sowie 105 und 103 sowie 106 in drei Ströme geteilt, wodurch das einzelne kohärente Licht in drei Lichtströme h, k sowie l geteilt wird. Zu dieser Zeit besteht derselbe Gangunterschied L&sub1; (L&sub1; ≥ Δj) zwischen den optischen Pfaden der Ströme h sowie k und zwischen den optischen Pfaden für die Ströme k sowie l. Demzufolge bewegen sich drei Lichtströme h, k und l längs optischer Pfade, die unterschiedliche Längen haben (jeder Unterschied ist L&sub1;). Die von der Teilungseinheit Y emittierten Lichtströme h-l treten in die andere Teilungseinheit X ein, in welcher die optischen Pfade für die Lichtströme h-l durch die drei Paare von Spiegeln 107 sowie 110, 108 sowie 111 und 109 sowie 112 der Teilungseinheit X in drei geteilt werden. Hierdurch wird jeder der Lichtströme h-l in drei Ströme geteilt, wodurch neun Lichtströme h1-h3, k1-k3 und l1-l3 erhalten werden. In gleichartiger Weise ist die Teilungseinheit X so angeordnet, daß für jede der drei Gruppen von Lichtströmen h1-h3, k1-k3 und l1-l3 ein vorbestimmter Gangunterschied L&sub2; (L&sub2; ≥ Δj) zwischen benachbarten Lichtströmen bestimmt wird. Als Ergebnis werden neun Lichtströme h1-l3 durch inkohärente Lichter erzeugt.
Bei dieser Ausführungsform werden die Spiegel 101-112 so angeordnet, daß die Beziehungen L&sub2; ≥ Δj und L&sub1; > 3L&sub2; erfüllt werden. Mit dieser Anordnung kann die Teilungseinheit X und somit die Lichtteilvorrichtung 12 Ströme h1-l3 (die allgemein mit 260 bezeichnet sind) von zufriedenstellend inkohärenten Lichtern emittieren.
Ferner werden in der Lichtteilvorrichtung der in Rede stehenden Ausführungsform die geteilten und inkohärenztransformierten Lichtströme h1-l3 von der Lichtteilvorrichtung ohne räumliche Überlappung, d. h. mit einem Abstand D, wie am besten der Fig. 11B zu entnehmen ist, emittiert. Das wird angewendet, um sicherzustellen, daß dann, wenn die Lichtströme von der Lichtteilvorrichtung 12 auf das stromab von der Lichtteilvorrichtung 12 angeordnete Fliegenaugen-Linsensystem 13 fallen, zwei oder mehr Lichtströme nicht überlappend in eine individuelle Einzellinse des Fliegenaugen-Linsensystems eintreten. Das Maß des Abstandes D kann ohne weiteres und in geeigneter Weise bestimmt werden, indem die Orte der Spiegel 101-112 justiert werden. Auch können, wenn die Einzellinsen des Fliegenaugen-Linsensystems nahe beieinander sind, so daß sie ein integriertes optisches Element bilden, die Spiegel 101-112 so angeordnet werden, daß sie "D = 0" erfüllen.
Wenngleich bei der in Rede stehenden Ausführungsform ein einzelner kohärenter Lichtstrom in neun Ströme geteilt wird, so kann die Teilungszahl ohne Schwierigkeiten und in geeigneter Weise durch Änderung der Anzahl sowie Anordnung der Spiegel verändert werden. Eine höhere Teilungszahl ist vorzuziehen, weil die an der Ebene der Blende A2 gebildeten inkohärenten Lichtpunkte enger benachbart verteilt werden können, so daß eine weitere Herabsetzung der Abtastzeit erreichbar ist. Jedoch kann das eine Komplikation in der Konstruktion der Lichtteilvorrichtung hervorrufen, weil eine größere Anzahl von Spiegeln erforderlich wird. Deshalb sollte die Teilungszahl des Lichts, die durch die Lichtteilvorrichtung bewirkt werden soll, vorzugsweise in Anbetracht der oben beschriebenen konstruktiven oder funktionellen Probleme oder anderer Faktoren festgesetzt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der kohärente Lichtstrom in neun inkohärente Lichtströme h1-l3 jeweils mit einem Gangunterschied nicht kleiner als Δj geteilt. Wenn die räumliche Kohärenz des Lichts von der Lichtquelle 11 nicht gut ist und beispielsweise die in Fig. 11A sowie 11B gezeigten Lichtströme h sowie k als ursprünglich inkohärent betrachtet werden können, ist es nicht notwendig, den Lichtströmen h sowie k zum Zweck der Inkohärenztransformation einen Gangunterschied zuzuordnen, obwohl ein spezieller Gangunterschied zwischen den Lichtströmen h sowie l und zwischen den Lichtströmen k sowie l festgesetzt werden sollte.
Die Fig. 12 ist eine vergrößerte Darstellung des in die Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform von Fig. 9 eingegliederten optischen Abtastsystems, das ein Paar von keilförmigen optischen Gliedern 71 und 72 umfaßt.
Ein Lichtstrom, der an einer durch einen Pfeil P angegebenen Position durch eine Einzellinse des Fliegenaugen-Linsensystems 13 konzentriert worden ist, bildet hier einen Lichtpunkt. Das divergierende Licht 27 vom Lichtpunkt wird durch die Kondensorlinse 14 in einen parallelen Lichtstrom umgewandelt und zu den keilförmigen optischen Gliedern 71 sowie 72 gelenkt. Diese optischen Glieder 71 und 72 drehen mit unterschiedlicher Umlaufgeschwindigkeit um die optische Achse 0, um dadurch den einfallenden parallelen Lichtstrom in einem vorbestimmten Bereich und längs eines vorbestimmten Abtastortes abtastend abzulenken. Als Ergebnis wird der Lichtpunkt auf der Aperturebene der Blende A2, welcher durch das optische Kondensorsystem 16 gebildet wird, das den abtastend abgelenkten parallelen Lichtstrom von den optischen Gliedern 71 und 72 empfängt, in der Aperturebene längs eines vorbestimmten Ortes abgetastet.
In gleichartiger Weise dienen die übrigen Einzellinsen des Fliegenaugen-Linsensystems 13 dazu, eine große und entsprechende Anzahl von Lichtpunkten zu bilden. Demzufolge erzeugen die Lichter von diesen Lichtpunkten mit Hilfe der Kondensorlinse 14, der keilförmigen optischen Glieder 71 sowie 72 und des optischen Kondensorsystems 16 entsprechende Lichtpunkte an der Aperturebene der Blende A2. Somit wird auf der Aperturebene der Blende A2 eine große Anzahl von Lichtpunkten ausgebildet und mit der Drehung der keilförmigen optischen Glieder 71 sowie 72 abgetastet.
Die Fig. 13 zeigt ein Beispiel von Abtastorten, wie sie an der Aperturebene der Blende A2 durch die Abtastung einer großen Anzahl von Lichtpunkten definiert werden. Im Beispiel der Fig. 13 werden die keilförmigen optischen Glieder 71 und 72 mit einem festen Verhältnis in der Umlaufgeschwindigkeit von 3 : 7 gedreht. Der Abtastort des Lichtpunkts an der Aperturebene, d. h. die Art einer Abtastbewegung des Lichtpunkts, kann auf einfache Weise durch eine veränderliche Festsetzung des Verhältnisses der Umlaufgeschwindigkeit der keilförmigen optischen Glieder 71 und 72 geregelt werden. Beispiele sind in den Fig. 8A-8D dargestellt.
Ferner ist durch geeignete Wahl des Keilwinkels und des Brechungsindex der keilförmigen optischen Glieder 71 sowie 72 eine gewünschte Ausdehnung des Abtastbereichs für jeden Lichtpunkt ohne Schwierigkeiten erreichbar. Auch kann der Ort einer Abtastung auf einfache Weise geändert werden.
Folglich kann eine gewünschte Kohärenz in der Beleuchtung durch Vorsehen einer geeigneten Verteilung von Lichtpunkten an der Aperturebene der Blende A2 und in einer vorbestimmten Zeitspanne bewerkstelligt werden, indem das oben beschriebene Prinzip der Regelung angewendet wird. Wenn die Beleuchtungsvorrichtung der in Rede stehenden Ausführungsform in ein Projektionsbelichtungssystem eingegliedert wird, kann als Ergebnis die Abbildungsleistung des optischen Abbildungssystems, das in das Belichtungssystem eingeschlossen ist, bemerkenswert gesteigert werden.
Die an der Aperturebene der Blende A2 verteilten Lichtpunkte werden, wie vorher beschrieben wurde, durch wechselseitig inkohärente Lichter erzeugt. Ferner gewährleistet die Abtastung dieser Lichtpunkte eine Inkohärenztransformation des Lichts mit Bezug zur Zeit. Deshalb kann die nachteilige Wirkung der Interferenzerscheinung, die an der zu bestrahlenden Fläche durch die Lichter von den Lichtpunkten hervorgerufen werden kann, in zufriedenstellender Weise minimiert werden. Demzufolge kann die zu bestrahlende Fläche mit einer gleichförmigen Beleuchtungsverteilung beleuchtet werden.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf die hier offenbarten Konstruktionen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf die dargelegten Einzelheiten beschränkt, und diese Erfindung soll derartige Abwandlungen oder Abänderungen, wie sie unter die Zwecke der Verbesserungen oder den Rahmen der folgenden Patentansprüche fallen, erfassen.

Claims

1. Verfahren zur Beleuchtung einer Fläche (18) unter Verwendung eines Laserstrahls, das die Schritte umfaßt:

- Lenken des Laserstrahls durch eine Teilungseinrichtung (12) hindurch, um den Laserstrahl in eine Mehrzahl von wechselseitig inkohärenten Strahlen zu teilen, wobei jeder Strahl eine unterschiedliche optische Weglänge zwischen der Eintrittsebene der genannten Teilungseinrichtungen (12) sowie einer Pupillenebene (A, A2) hat,

- Fokussieren der wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen auf die Pupillenebene (A, A2),

- Abtasten der besagten Pupillenebene (A, A2) mittels einer stromab von der Teilungseinrichtung angeordneten Abtastvorrichtung (15, 71, 72) und anschließend

- Beleuchten der von der besagten Pupillenebene (A, A2) beabstandeten Fläche (18), so daß die erwähnte Mehrzahl von wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen an der besagten Fläche (18) überlagert sind,

- gekennzeichnet durch Fokussieren der erwähnten wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen mittels einer zwischen der genannten Teilungseinrichtung (12) und der besagten Abtastvorrichtung (15, 71, 72) angeordneten Fliegenaugenlinse.

2. Beleuchtungsverfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Erzeugens des Laserstrahls mittels eines Excimer-Lasers (11) umfaßt.

3. Beleuchtungsvorrichtung, die umfaßt:

- einen Laser (11), der imstande ist, einen Laserstrahl zu emittieren;

- eine Einrichtung (12), um den genannten Laserstrahl in eine Mehrzahl von wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen zu teilen, wobei jeder Strahl eine unterschiedliche optische Weglänge zwischen der Eintrittsebene der besagten Teilungseinrichtung (12) und einer Pupillenebene (A, A2) hat;

- ein erstes optisches System (13, 14, 15, 16), das ein Linsensystem (13, 14, 16), um die wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen auf die Pupillenebene (A, A2) zu fokussieren, enthält sowie ferner eine hinter der besagten Teilungseinrichtung (12) angeordnete Abtastvorrichtung (15, 71, 72), um die genannte Pupillenebene (A, A2) mit den fokussierten, wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen abzutasten, einschließt; und

- ein zweites optisches System (17), um den fokussierten Abtaststrahl so zu lenken, daß die Mehrzahl von wechselseitig inkohärenten Laserstrahlen sich an einer auf ein Wafer (21) zu projizierenden Maske (18) überlagern,

- dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Linsensystem (13, 14, 16) eine zwischen der besagten Teilungseinrichtung (12) und der erwähnten Abtastvorrichtung (15, 71, 72) angeordnete Fliegenaugenlinse enthält.

4. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, in welcher der genannte Laser (11) ein Excimer-Laser ist.

5. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, in welcher die erwähnte Abtastvorrichtung einen Abtastspiegel (15) enthält.

6. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, in welcher die erwähnte Abtastvorrichtung ein Abtastkeilprisma (71, 72) enthält.