DE3852744T2

DE3852744T2 - Hoch auflösendes abbildendes System.

Info

Publication number: DE3852744T2
Application number: DE3852744T
Authority: DE
Inventors: Theodore Robert Woodland Hills Calif. Whitney
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-25
Filing date: 1988-10-12
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2008-10-13
Also published as: US4936665A; JPH0772320A; JP2521235B2; JPH0772429A; EP0312341A2; JPH0772319A; EP0312341A3; JP2554601B2; JP2554600B2; JPH021109A; EP0312341B1; JP2867375B2; HK1006749A1; DE3852744D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Verwendung von hochauflösenden optischen Bilderzeugungssystemen, wie in photolithographischen Systemen für die Halbleiterindustrie, und mikroskopischen Systemen für eine große Vielfalt von Anwendungen ist weiterhin gewachsen, trotz der Verfügbarkeit anderer Technologien, wie zum Beispiel hochauflösenden Systemen, basierend auf atomarer Partikelmaterie, die durch Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen typisiert wird. Die höheren Kosten und die geringere Bequemlichkeit in der Handhabung dieser letzteren Systeme ebenso wie die längeren Zeiten, die für das Erstellen von Bildern benötigt werden, begründen, daß die optischen Bilderzeugungssysteme für die vorhersagbare Zukunft für viele Anwendungen bevorzugt bleiben werden. Allerdings haben die ständig steigenden Anforderungen nach genauerer Technologie die optischen Bilderzeugungssysteme praktisch an die Grenzen der Auflösungswerte gebracht, die mit Brechungsoptiken erzielt werden können. Beispielsweise werden hochgradig integrierte Schaltungen ständig in der Größe reduziert und mit höherer Komponentendichte hergestellt, deren objektives Maß die Spezifikation der minimalen Linienbreite ist. Während Linienbreiten von einem Mikrometer bis vor kurzem ausreichend waren, berücksichtigen gegenwärtige Zielvorstellungen in der Industrie Linienbreiten bis hinunter in die Submikron- Kategorie, von weniger als 0,5 Mikrometer oder sogar 0,3 Mikrometer. Dieses erfordert eine Linienauflösung bei einem optischen Brechungssystem in der Größenordnung von einigen tausend Linien pro Millimeter, was bisher mit einem optischen Bilderzeugungssystem mit geeigneter Apertur und Tiefenschärfe nicht erreichbar war.
Als Antwort auf diese Probleme hat die optische Industrie zunehmend ausgeklügeltere Multielement-Linsensysteme unter Verwendung verbesserter Linsengestaltungs-Computerprogramme erdacht. Das verbesserte Niveau des Standes der Technik wird beispielhaft verdeutlicht durch die sogenannten "I-Linien"- Linsensysteme, welche eine komplexe Konfiguration von etwa zwanzig brechenden Elementen höchster Glasqualität verwenden. Das Beste, was dieses System erreichen kann, liegt jedoch in dem Bereich einer Linienauflösung von 0,7 Mikrometer, weil die zahlreichen bei der Gestaltung von komplexen Linsen eingehenden Faktoren (einschließlich Chromatizität, Koma, Astigmatismus, sphärischer Aberration) zusammen mit den Problemen, eine ausreichende Gleichförmigkeit und eine angemessene Wellenenergie auf dem Gegenstand zu erreichen, endgültige Beschränkungen auferlegen, die gegenwärtig bei etwa 0,7 Mikrometer Linienbreite liegen. Es gibt auch inhärente Beschränkungen für die Herstellung, wenn man diesen Grad der Präzision behandelt. Zum Beispiel belassen die besten Diamantdrehverfahren optische Flächen noch zu rauh für ein Arbeiten bei kurzen Wellenlängen (z.B. ultravioletten).
Die Halbleiterindustrie hat jedoch viele Herstellungs- und Prüfverfahren entwickelt, die auf optischen Bilderzeugungssystemen basieren, und würde es bevorzugen, diese wegen der spezifischen Vorteile, die sie bieten, zu verwenden. Beispielsweise wird bei der Herstellung der aufeinanderfolgenden Schichten auf einem Silizium- oder anderem Wafer ein "Wafer- Abstufungs"-System verwendet, das die hochauflösenden Brechungsoptiken einschließt. Es gibt für jede zu bildende Schicht eine andere Präzisionsphotomaske. Der Wafer wird zuerst mit einer Schicht photosensitiven Materials des Typs beschichtet, auf dem ein Bild durch Belichtung mit einer geeigneten Menge Lichtenergie fixiert werden kann. Der Wafer- Abstufungs-Mechanismus positioniert dann präzise und nacheinander den Wafer an gewählten Matrixpositionen relativ zu einer optischen Achse. An jeder Position in dem Matrixmuster auf dem Wafer wird eine Belichtung durch die Photomaske bewirkt, wobei das optische System in typischer Weise das Bild um einen gewählten Betrag verkleinert, gewöhnlich um den Faktor Fünf oder Zehn. Inhärente Anforderungen an diesen System-Typ sind, daß die Lichtenergie für jede Belichtung angemessen ist, daß das belichtete Bild gleichmäßig über das Bild hinweg ist, daß die Tiefenschärfe ausreichend ist und daß die Auflösung den Spezifikationen der Gestaltung entspricht. Diese Anforderungen werden in Kombination nicht leicht erfüllt, weil die sehr geringe Größe der Bilder und die extreme Präzision, die gefordert werden, die zur Verfügung stehenden Alternativen bei der Ausgestaltung weitgehend beschränken. Nachdem die Belichtung in allen Positionen in der Matrix durchgeführt ist und das nicht fixierte Material abgewaschen ist, können die Bilder hinsichtlich Genauigkeit und Gleichförmigkeit der Reproduktion geprüft werden. Optische Mikroskope werden in üblicher Weise zur Prüfung der Eigenschaften der verschiedenen Bilder auf einer statistischen Basis verwendet. Die Prüfung kann eine oder mehrere Kombinationen von Verfahren umfassen, einschließlich automatischer oder manueller Messung von Linienbreiten oder anderer Eigenschaften, aber alle diese Verfahren machen die präzise und hochauflösende Vergrößerung des Bildes erforderlich.
Die Probleme, optische Systeme höherer Auflösung zur praktischen Anwendung zu erhalten, scheinen daher eine Grenze erreicht zu haben. Ob eine solche Grenze sich letztlich mit komplexeren Multielement-Linsensystemen als unüberwindlich herausstellen wird, bleibt abzuwarten. Allerdings scheint ein wesentlich unterschiedlicher Absatz notwendig zu sein, der optische Bilderzeugungssysteme von den Einschränkungen im Hinblick auf Design und Herstellung befreien würde, die inhärent gegeben sind, wenn man viele Terme höherer Ordnung, die in optischen Designgleichungen auftreten, in Übereinstimmung bringt. Tastende Bewegungen in diese Richtung wurden von einigen Jahren in Vorschlägen, ein asphärisches Element eines speziellen Charakters in das Linsensystem einzufügen, unternommen. Diese Vorschläge sind am besten belegt in einem Beitrag von Kenro Miyamoto mit dem Titel "The Phase Fresnel Lens (Die Phasen-Fresnel-Linse)", vorgestellt bei dem Treffen der Optical Society of America im November 1960 und anschließend veröffentlicht in dem Journal of the Optical Society of America, Januar 1961, Seiten 17 - 20. In diesem Beitrag nahm Miyamoto auf frühere Artikel ähnlicher philosophischer Natur Bezug. Er schlug im Prinzip vor, daß eine "Phasen-Fresnel-Linse" in die Pupillenebene eines optischen Systems eingeführt werden sollte, um die Wellenfrontfläche, die dort durchtritt, zu deformieren, um so beispielsweise die sphärische Aberration zu kompensieren. Seine Vorschläge waren von allgemeiner Natur ohne Berücksichtigung der Probleme, eine hohe Transmissionseffizienz, eine hohe Auflösung, welche den Bedürfnissen der Halbleiterindustrie entsprechen würde, oder eine angemessene Tiefenschärfe zu erzielen. Miyamoto schlug in einem Beispiel die Verwendung von einschichtigen dünnen Filmringen mit einer minimalen radialen Abmessung von 0,63 mm vor. Er wandte sich nicht den Schwierigkeiten zu, die mit der Herstellung eines präziseren Systems verbunden sind, das heißt einem Leuchttransmissionsgitter.
Miyamoto behauptet, daß eine Phasen-Fresnel-Linse zur Deformierung einer Wellenoberfläche um einen Betrag
(u,v) - (k-1),
mit k = 1, 2, ... m, wobei der Betrag der Deformation in allen Zonen kleiner als λ ist, durch Ablagerung eines (einzelnen) dünnen Filmes hergestellt werden kann, der verschiedene kreisförmige Zonen bedeckt. Er behauptet dann, daß eine so deformierte Wellenoberfläche einer Linse "vollständig äquivalent" ist, die die Wellenfläche um den Betrag (u,v) deformiert.
Seine Gleichungen beschreiben ein perfektes Leuchtphasengitter, seine Beschreibung seiner Methode, die einen einzelnen dünnen Film benutzt, führt jedoch zur Schaffung eines binären Phasengitters, welches auch eine "Phasenumkehrzonenplatte" genannt werden könnte. Dieser Typ von Gitter kann nur dazu dienen, Phasenverzögerungen zwischen zwei Werten zu ändern. Die Phasenumkehrzonenplatte wurde von Melvin H. Horman in einem Beitrag mit dem Titel "Efficiencies of Zone Plates and Phase Zone Plates (Wirkungsgrade von Zonenplatten und Phasenzonenplatten)", veröffentlicht in Applied Optics, November 1967, Seiten 2.011 - 2.013, studiert. Horman definiert den Wirkungsgrad einer Zonen- oder Phasenplatte als den "Prozentsatz des Flusses in der beleuchtenden Wellenfront, der zu ihren Hauptbildern geht", und unter Verwendung dieser Definition gibt er einen Wirkungsgrad erster Ordnung der Phasenumkehrzonenplatte mit 40,5 % an. Horman bemerkt, daß der Wirkungsgrad einer Phasen-Fresnel-Linse, wenn sie gebaut werden könnte, an 100 % herankommen würde. Die Herstellung einer Phase-Fresnel-Linse mit hohem Wirkungsgrad, die in Verbindung mit hochkorrigierten Optiken arbeitet, ist jedoch offensichtlich in den zwischenliegenden Jahren noch nicht versucht oder beschrieben worden. Dreieckige Profilplatten für die unabhängige Verwendung als Mikrolinsen sind für bestimmte Anwendungen hergestellt worden.
Der Miyamoto-Vorschlag wird daher als ein Angebot der Möglichkeit zu größerer Freiheit bei der Gestaltung der Linse erkannt, aber soweit es aus der Literatur bekannt ist, ist er nie durchgeführt worden. Dies war wahrscheinlich auf eine Kombination von Gründen zurückzuführen, einschließlich der erkannten Beschränkungen in bezug auf die zu gewinnenden Vorteile, die Schwierigkeit der Herstellung der Phasen- Fresnel-Linse in der beschriebenen Form, andere Vorteile im optischen Design, die nur Brechungsoptiken verwenden, und einen Mangel an Verständnis der viel komplexeren Faktoren, die dem Problem innewohnen. Es kann zum Beispiel eine wesentliche Variation im Wirkungsgrad zwischen den parallelen und orthogonalen Komponenten des einfallenden Lichts abhängig vom Gitterleuchtwinkel geben. Auch hat Miyamoto die bedeutende Rolle nicht erkannt oder zumindest nicht diskutiert, die die zeitliche Kohärenz der einzelnen spektralen Komponenten bei der Beibehaltung der Auflösung oder des Produktes Raum-Bandbreite einer Phasen-Fresnel-Linse spielt. Es wird im folgenden gezeigt, daß durch richtiges Berücksichtigen, bei der Manipulation der Wellenfront-Aberration, von Faktoren, einschließlich der Wellenkomponentenverteilungen, der genauen Verteilung der ausleuchtenden Energie und der lokalen, zeitlichen und räumlichen Neuordnung der Phasenbeziehungen, zusammen mit einer gemeinsam wirkenden Brechungslinsenanordnung, die Auflösung eines optischen Abbildungs- oder Auslesesystemes über Werte hinaus erhöht werden kann, von denen zuvor gedacht wurde, daß sie unerreichbar seien, mit nutzbarer Tiefenschärfe und hohem Wirkungsgrad.
Dieselben Prinzipien, durch die hochauflösende optische Bilderzeugung oder das Auslesen erreicht werden, können durch Kombinationen von Phasengittern erreicht werden, und optische brechende Elemente können auch bei anderen optischen Anwendungen verwendet werden. Diese schließen Mikroskopie und optische Transformfunktionen, konische Axicon-Phasengitter in Kombination mit einer sphärischen Objektlinse, zylindrische Phasengitter in Kombination mit konventionellen zylindrischen Linsen, und toroidale asphärische Gitterlinsen ein. Konische Axicon-Phasengitter können besonders nützlich in Kombination mit optischen brechenden Elementen sein, um eine schmale Linie von Licht vorbestimmter Länge für eine optische Plattenaufzeichnungs- oder Auslesevorrichtung liefern, wobei die Notwendigkeit eines Autofokus-Systems ausgeschaltet wird. Die Fähigkeit, Wellenfrontaberrationen präzise zu korrigieren, kann mit anderen Worten von potentiellem Nutzen sein, wo auch immer Grenzen von Brechungsoptiken erreicht werden, vorausgesetzt, daß die besonderen spektralen Charakteristiken von Phasenplatten erkannt werden und bei der Gestaltung des Systems berücksichtigt werden.
US-A-4 637 697 offenbart eine Kontaktlinse, bei der eine Oberfläche abgestuft ist, gegebenenfalls in der Form von Ringen, die jeweils einige aufeinanderfolgende Stufen umfassen, um eine diffraktive Fokussierung von Licht einer ausgewählten Farbe zu liefern.
US-A-4 435 041, auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, offenbart ein System zur Ablenkung eines Multi- Wellenlängen-Lichtstrahls, bei dem der einfallende Lichtstrahl durch ein Beugungsgitter mit steuerbar variabler Periodizität abgelenkt und gestreut wird. Ein Multielement- Linsensystem, das eine Fresnel-Linse umfassen kann, kompensiert die chromatische Dispersion, um einen Ausgangsstrahl zu erzeugen, der im wesentlichen kollimiert ist, wobei die Farben entweder nebeneinander liegen oder einander überlagert sind, das heißt jedoch, daß er aus seinem urprünglichen Weg abgelenkt ist.
Die Erfindung gibt ein System zur Erzeugung eines Bildes an, das die Merkmale aufweist, die im Anspruch 1 definiert sind.
Die Transmissionsgittervorrichtung befindet sich vorteilhaft an einer kritischen Apertur des Systems. Das Gitterelement und die anderen Komponenten werden vorzugsweise monochromatisch von einer Vielzahl von Quellen beleuchtet, die räumlich inkohärent, aber zeitlich kohärent sind, in einer solchen Weise, daß eine inkremental variierende Phasenverzögerung eingeführt wird. Diese inkrementalen Variationen ändern sich nichtlinear, aber auf kontrollierte Weise über das Beleuchtungsfeld hinweg, wobei eine zusammengesetzte Wellenfront bebildet wird, welche ausgewählte Aberrationen kompensiert. Bei einem optischen Abbildesystem geschieht die Kompensation nicht nur für eine vorbestimmte sphärische Aberration, sondern auch für einen vorbestimmten Chromatismus in der Brechungsoptik. Wellenverzögerung wird durch das Transmissionsgitter bewirkt. Die flächige Organisation der Segmente kann Phasenumkehr oder 90º-Phasenverschiebungen und Durchlässigkeitsänderungen einschließen, um Wechselwirkungen der Wellenfrontkomponenten zu modifizieren, um so eine Zahl von zueinander in Beziehung stehenden Pupillen zu schaffen, deren gemeinsame Wirkung zum Beispiel eine erhöhte Tiefenschärfe, besserer Kontrast und verbesserte Auflösung sein kann.
In einem Beispiel eines Bilderzeugungssystems entsprechend der Erfindung wird ein Illuminator verwendet, der eine monochromatische Lichtquelle, Mittel zur gleichmäßigen Verteilung des Strahls über eine aufgeweitete Strahlfläche und Mittel zur Schaffung zeitlicher Kohärenz der Wellen oberhalb eines vorbestimmten Minimums umfaßt, aber mit wirksamer Ausschaltung räumlicher Kohärenz. Die Phasenplatte umfaßt in diesem Fall ein lichtdurchlässiges Element mit einer Vielzahl von konzentrischen Ringen, von denen jeder mehrere Plateaus aufweist, die um inkrementale Wellenlängenbruchteile variieren, wobei die Plateaus eines Rings zusammen eine geringe Winkelkrümmung (die 5º nicht überschreitet) der lokalen Wellenfront liefern. Die Phasenplatte ist an der kritischen Apertur eines optischen Brechungssystems angeordnet, das aufgrund seiner Ausgestaltung mit der Phasenplatte integriert und somit vereinfacht ist. Die Brechungsoptik kann beispielsweise einen kollimierenden Linsenabschnitt und einen Objektlinsenabschnitt umfassen, ist aber typischerweise mit wenigen Elementen gestaltet, die bekannte, jedoch beschränkte Aberrationen aufweisen, welche für innerhalb der Gesamtgrenzen des Systems akzeptabel sind. Die Phasenplatte ist durch mikrolithographische Techniken hergestellt, derart, daß Ringe mit sich ändernden Radien mit aufeinanderfolgenen Plateauwerten in jedem Ring erstellt werden. Indem die Beziehungen der Stufen der Plateaus bei jedem Ring in unterschiedliche Ringgruppierungen geändert werden, wird die Phasenbeziehung von Wellen, die durch unterschiedliche Unterteilungen der Phasenplatte laufen, umgekehrt oder um 90º geändert, um eine Anzahl von Pupillen zur Verfügung zu stellen. Einige Ringe oder Gruppen können undurchsichtig oder teilweise durchlässig gemacht werden, so daß Licht aus bestimmten Bereichen abgeblockt oder gedämpft werden kann. Somit werden die räumlichen Verteilungen und Phasenbeziehungen für die Beleuchtung aus der Vielzahl der Lichtquellen neu aufgebaut, so daß die zusammengestzte Wellenform genau neu hergestellt wird, um die erlaubt Aberration in der Brechungsoptik auszulöschen. Durch dieses System und Verfahren werden eine Auflösung in der Größenordnung von 2.500 Linien pro Millimeter, ein hoher Durchlässigkeitswirkungsgrad, eine große Tiefenschärfe und ausgezeichneter Kontrast erreicht. Die in dem System verwendete Brechungsoptik erfordert nicht nur weniger Elemente, auch können größere Toleranzen in der Ausgestaltung für spezifische Eigenschaften, wie sphärische Aberration und Chromatizität, aufgenommen werden.
Um eine hohe Strahlintensität, Gleichmäßigkeit der Intensitätsverteilung und Achromatismus zu erzielen, ist ein gepulster Laser eine bevorzugte Belichtungsquelle für Halbleiterherstellungsanwendungen. Jedoch können andere Quellen, wie zum Beispiel Quecksilber-Bogensysteme, in Verbindungmit konventionellen Verfahren zur Überwindung von Problemen der Intensitätsverteilung, Filterung und chromatischen Abweichung verwendet werden.
Der Illuminator in einem spezifischen Beispiel umfaßt eine Kombination eines Excimer-Lasers und eines Etalon-Abstimmhohlraums, die im ultravioletten Bereich arbeiten, wie bei 248 nm, um Lichtenergiestöße zu liefern, die eine zeitliche Kohärenz von über 50.000 Wellen haben. Die Stöße der beleuchtenden Lichtenergie werden durch einen Phasen-Zufallsgenerator geführt, der ein Paar beabstandeter Zufallsphasenplatten und eine zwischengeschaltete Strahlschiebervorrichtung aufweist, die räumlich inkohärent mehrere Lichtquellen in einer statistisch gleichförmigen Weise auf der Photomaske oder der Objektebene verteilt. Die Phasenplatte ist so gestaltet, daß eine Krümmung der lokalen Wellenfront in der Größenordnung von 3º mit hohem Wirkungsgrad der Durchlässigkeit der Wellen erster Ordnung geliefert wird und umfaßt in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Sechs-Zonen-Pupillen- Anordnung, die durch Segmente wechselnder Phase definiert ist, erreicht durch selektive Umkehr der Stufenfolge der Plateaus in den Unterteilungen der Phasenplatten. Mehr als eine dieser Platten kann in dem System angeordnet sein, wobi eine bei der kritischen Apertur angeordnet ist und die anderen entlang des Strahlweges, um spezielle asphärische Eigenschaften zu liefern. Bei einer 248 nm-Quelle ist die maximale Dicke der Phasenplatten-Plateaubereiche auf etwa 0,427 Mikrometer beschränkt, wobei die einzelnen Plateaus am schmalsten Ring nur in der Größenordnung von 1,5 Mikrometer breit sind. Die zeitliche Kohärenz in den Wellenzügen wird etwa 50 mal höher gehalten, oder mehr, als die maximale Phasenverzögerung, die durch die Multi-Plateau-Bereiche eingeführt wird.
Eine Anzahl unterschiedlicher Systeme in Übereinstimmung mit der Erfindung veranschaulicht die Vielseitigkeit des Konzepts. Beispielsweise wird in einem Mikroskopsystem Licht, das von einem Illuminatorsystem auf ein zu prüfendes Objekt gerichtet ist, unter Verwendung einer Phasenplatte, welche an der kritischen Öffnung angeordnet ist und Aberrationen der brechenden Elemente in dem Systeme kompensiert, ebenso wie sphärische Aberrationen, die durch eine transparente Deckplatte über dem zu prüfenden Gegenstand eingeführt werden, mit größerer Auflösung abgebildet als bisher. In einem System vom Axicon-Typ wird eine erfindungsgemäße Phasenplatte so konfiguriert, daß sie mit einem oder mehreren sphärischen Elementen zusammenwirkt, um so planare Wellen in konische Fokussierung zu bringen. Die konvergierenden Wellen schaffen die relativ langen Lichtnadeln entlang der optischen Achse, die das Axicon-Design kennzeichnet. In dem zylindrischen Linsensystem wird die Wellenfrontkompensation durch parallele anstelle von konzentrischen Plateaus bewirkt, wieder für höhere Auflösung und Genauigkeit.
Weiterhin kann die Phasenplatte vorteilhaft einen äußeren ringförmigen Bereich konzentrischer Ringe umfassen, die getrennte Lichtbeugungsgitter und Bezugsmuster definieren. Kohärentes Licht einer anderen Wellenlänge (z.B. einer roten Wellenlänge) als der Bildwellenläge kann durch verschiedene Teile dieses äußeren ringförmigen Bereiches zur Verwendung bei der Ausrichtung der Zieloberfläche relativ zu dem projizierten Bild durchgelassen werden, ohne die photosensitive Oberfläche zu beeinflussen.
Phasenplatten zur Verwendung in Bilderzeugungssystemen in Übereinstimmung mit der Erfindung können durch Erstellung von Photomasken oder durch direktes Schreiben hergestellt werden, um Ringmuster mit gewünschten Eigenschaften für jeden von einer Folge von Abscheidungs- oder Ätzschritten zu definieren, vorzugsweise angeordnet in binärer Stufenfolge. Zum Beispiel können drei aufeinanderfolgende Schritte verwendet werden, um Abscheidungsschichten für eine, zwei und vier Plateauhöhen zu definieren, um kumulativ eine Stufenfolge von einem Nullniveau zum Plateau des siebten Niveaus zu schaffen, unter Verwendung einer Anzahl von drei Abfolgen des Photoresists, Waschens und Abscheidens. Jede Niederschlagsfolge kann zum Beispiel einen inkrementalen Bruchteil einer Wellenlängendifferenz von hochreinem Siliziumdioxid hinzufügen, mit vorbestimmten radialen Variationen zwischen den Ringen. So kann eine Phasenplatte konstruiert werden, die ungefähr 1.600 Ringe hat, jeder mit acht Plateau-Niveaus, auf einem Element in der Größenordnung von 10 cm im Durchmesser. Diese Größe liegt in dem Bereich, der für gegenwärtige Wafer- Abstufungs-Geräte benötigt wird, die die großen Wafer und die hohe Auflösung erzeugen können, die für moderne Halbleiterprodukte erforderlich sind. Eine komplementäre Binärsequenz kann alternativ verwendet werden, aber basierend auf einem Ätzen auf dem Ablagern der Schichten.
Die äußeren ringförmigen Ringe, die mit einer zweiten Wellenlängenquelle zum Zielabgleich verwendet werden, werden ähnlich gebildet, aufgezeichnet von der Phasenmaske oder direkt geschrieben, gleichzeitig mit den Ringen in dem Bildbereich. Die äußeren Ringe werden jedoch getrennt abgelagert, weil die Wellenlänge und folglich die erforderlichen Schichtdicken unterschiedlich sind.
Ein etwas glatterer und wirksamerer Leuchtwinkel kann auf dem Gitter gebildet werden, indem eine Abfolge von 16 Plateua- Höhen gebildet wird, wobei vier binäre Masken verwendet werden um eine Stufenfolge von 0 bis 15 Werten zu definieren, die so bemessen sind, daß optische Phasenverzögerungen von 0 bis 15/16 Wellenlängen erzeugt werden. Ähnlich können grobere und weniger leistungsfähige Beugungsgitter alternativ für spezifische Anwendungen erzeugt werden, die nur vier Niveaus benutzen.
Verschiedene Sätze von streuenden oder reflektierenden Ringen werden auch vorteilhaft auf der Phasenplatte aufgestellt. Zu diesem Zweck wird das Element zunächst, wenigstens in gewissen Bereichen, mit einer Basisschicht (zum Beispiel Chrom) bedeckt. Die Ringe werden definiert durch Aufzeichnung während der Drehung oder durch Photoätztechniken.
Ein Satz von Ringen kann eine Anzahl von Gruppen von Linsenzentrierungs- und -abstandsgittern bilden. Diese Gitter werden im Hinblick auf verschiedene individuelle Linsenelemente oder Untergruppen der Linsenelemente positioniert und speziell konfiguriert. Sie liefern einen fokussierten Strahl in der optischen Achse, wenn kollimiertes Licht durch sie bei der kritischen Apertur gerichet wird, und und die Linsenelemente in der gewählten Linsenuntergruppe werden richtig positioniert. So können die Zentrierung und die axiale Position jeder Linse präzise angegeben werden, wenn sie zu der Anordnung hinzugefügt wird.
Ein zweiter Satz reflektierender Ringe kann zunächst als eine äußere periphere Gruppe geschrieben werden, die konzentrisch zu einer nominalen Achse ist, um als das Zentrum für folgende Muster zu dienen. Dieser Ringsatz dient als eine Bezugsreferenz für Photomasken oder zur Kompensation der Exzentrizität der Phasenplatte, wenn getrennte Spuren während der Herstellung der Phasenplatte in einem Rotationssystem direkt geschrieben werden.
Die erforderliche Präzision bei der Anordnung der Multi-Plateauringe aufder Phasenplatte erfordert, um eine Submikrometerauflösung zu erreichen, sehr strenge Anforderungen an eine beliebige Schreibtechnik, die verwendet wird. Diese Erfordernisse können erfüllt werden unter Verwendung der Phasenplatte selbst durch Erzeugung eines dritten Satzes von reflektierenden Ringen nahe dem Zentrum. Obwohl das Zentrum der Rotation zu Anfang beliebig gewählt wird, innerhalb von Grenzen, ist seine Position nach dem Schreiben der reflektierenden Ringe durch Abtasten der Ringe auf beiden Seiten der Mitellinie, während Wellenstreuungsmessungen mit einem Interferometer durchgeführt werden, wenn jeder reflektierende Ring durchläuft, genau bestimmt. Wenn die inneren Ringe und äußeren Ringe auf ähnliche Weise benutzt werden, kann auch eine präzise Ablesung der Anzahl der Störungen zwischen ihren nominalen Positionen erhalten werden. Aus diesen Ablesungen können Kalibirierungen erstellt werden, wobei präzise Korrekturen für die unmittelbar vorliegende Temperatur, Druck und Geschwindigkeit des Lichtes verwendet werden, so daß die Ringe mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 1/30 Mikrometer angeordnet werden können.
Ein besonders effektives Direktschreibsystem verwendet eine Luftspindel, die von einer Luftlagerung auf einer Basis getragen wird. Ein in einer Richtung beweglicher Wagen wird relativ zu der Spindel durch ein Steuersystem zu verschiedenen Spurschreibpositionen für einen Schreiblaserstrahl verschoben. Ein Exzentritäts-Sensorsystem, das bei der Spindel montiert ist, wirft ein Bild der äußeren Bezugsringe auf ein Muster und erfaßt sinusartige Änderungen in den sich ergebenden Signalen, wenn die Phasenplatte nicht präzise zentriert ist. Die Signaländerungen werden benutzt, um den Laserschreibstrahl abzulenken, um so Änderungen der Exzentrizitäts während der Drehung zu kompensieren. Die peripher unterstützte Phasenplatte kann innerhalb des Bereichs von 1 Mikrometer mittels visueller Mittel justiert werden, und die Exzentrizitätskorrektur kann dies herunter auf ungefähr 0,1 Mikrometer oder weniger bringen. Dieses System verbessert die Präzision, mit der individuelle Phasenplatten hergestellt werden können, um so spezifische Linsenanordnungen zu korrigieren, über die Präzision eines konventionellen Kontaktdruckverfahrens hinaus. Auch, weil die Phasenplatten auf der Luftspindel für die Anbringung des Photoresist angeordnet werden können und von ihr entfernt werden können, werden die Bearbeitung und Ausfällung oder Ätzung ohne große Zentrierungs- oder kumulative Fehler durchgeführt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein besseres Verständnis der Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erhalten werden, in denen:
Figur 1 eine schematische und Blockdiagrammansicht der Hauptelemente eines Systems entsprechend der Erfindung mit einem Illuminator und einer Phasenplatte ist;
Figur 2 eine Vorderansicht eines Teils einer Phasenplatte ist, die in dem System von Figur 1 verwendet werden kann, welche die allgemeine Anordnung der Ringe darauf in etwas idealisierter Form zeigt;
Figur 3 eine geschnittene Seiten-Teilansicht eines Teils der Phasenplatte ist, die Plateauvariationen in dieser und die Kompensation von Wellenfrontänderungen zeigt;
Figur 4 eine weitere geschnittene Seiten-Teilansicht ähnlich der Figur 3 ist, die aber eine unterschiedlichen Aspekt der Wellenfrontkompensation zeigt;
Figur 5 eine vergrößerte geschnittene Seiten-Teildarstellung einer Phasenplatte ist, die die inneren und äußeren Gitterringe zusätzlich zu den Plateaus veranschaulicht;
Figur 6 eine weitere geschnittene Seiten-Teilansicht einer Phasenplatte ist, die die Art zeigt, in der die Phasenumkehr eingeführt wird;
Figur 7 ein Block- und schematisches Diagramm ist, das weitere Einzelheiten eines Wafer-Ausrichtesystems zur Verwendung in dem System von Figur 1 zeigt;
Figur 8 eine Schnitt- und Blockdiagrammansicht ist, die ein Direktschreibsystem zur Erstellung einer Phasenplatte entsprechend der Erfindung zeigt;
Figur 9, mit den getrennten Segmenten 9A bis 9F, eine Darstellung von getrennten Schritten ist, die bei der Bildung einer Phasenplatte durch Ablagerung verwendet werden können;
Figur 10, mit den getrennten Segmenten 10A bis 10F, eine Darstellung von getrennten Schritten ist, die bei der Bildung einer Phasenplatte durch Ätzen verwendet werden können;
Figur 11 eine Draufsicht auf einen Teil einer Photomaske ist, die bei der Herstellung einer Phasenplatte in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet werden kann;
Figur 12 in den Figuren 12A bis 12C verschiedene Schritte beschreibt, die beim Ausrichten der Linsenelemente in einem System verwendet werden können;
Figur 13 eine schematische Seitenansicht eines Beispiels eines Systems zur hochauflösenden Mikroskopie in Übereinstimmung mit der Erfindung ist;
Figur 14 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Systems vom Axicon-Typ zur Erzeugung einer nadelähnlichen Lichtlinie entlang einer Achse ist;
Figur 15 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines zylindrischen Linsensystems ist, das eine erfindungsgemäße Phasenplatte verwendet; und
Figur 16 eine Draufsicht des Systems der Figur 15 ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die schematische und generalisierte Darstellung von Figur 1 kann, wegen der Unterschiede in Maßstab und Proportion, nicht die größeren Elemente des Systems und die Mikroverteilung der Wellenenergie und ihre räumliche Anordnung innerhalb des Systems beschreiben. Es muß für ein besseres Verständnis solcher Merkmale und Beziehungen auf andere Figuren Bezug genommen werden, obwohl solche Figuren relative Größen auch nicht in einer Weise darstellen können, die die tatsächlichen Proportionen erhält.
Das System wird in einer Anordnung zur Verwendung mit einer optischen Bilderzeugungseinheit, wie zum Beispiel einer Wafer-Abstufungseinrichtung zur adäquaten Beleuchtung einer Photoresistfläche mit einem extrem detaillierten, sehr hoch aufgelösten Bild beschrieben. Einzelheiten des Steuerungs-, Positionierungs-, Autofokus- und zugeordneter Mechanismen der Wafer-Abstufungseinrichtung sind bekannt und werden wegen der Kürze nicht aufgenommen. Anregendes Licht mit spezifischen Eigenschaften wird erzeugt, beginnend mit einem Illuminator 10, der einen Excimer-Laser 12 des KrF-Typs umfaßt, welcher einen rechteckigen Strahl mit näherungsweise Gaußscher Verteilung bei 248 nm in dem ultrvioletten Bereich erzeugt. Der Excimer-Laser 12 erzeugt eine Pulsfolge, mit näherungsweise 150 Pulsen pro Sekunde, wobei jeder Puls eine Dauer von 1,2 x 10&supmin;&sup8; Sekunden und etwa 375mJ/Puls hat. Wie es hiernach gezeigt wird, kann dieses System Strahlung ausreichender Intensität auf eine Photoresist-Schicht richten, um ein Bild aufzuzeichnen, und kann dies in einer kurzen zeit tun, da das optische Abbildungssystem einen ausreichend hohen Wirkungsgrad hat. Ein geeigneter Laser dieses Typs wird durch den Lumonics Hyperex-460 Modell HE-SM-Excimer-Laser zur Verfügung gestellt, obwohl eine Anzahl anderer Systeme verfügbar ist, die bei zweckmäßiger Beachtung verschiedener Faktoren, die hiernach aufgeführt sind, verfügbar sind.
Der Strahl von dem Laser 12 ist zu einem wesentlichen Grad räumlich kohärent und zu ungefähr 1 Teil in 620 zeitlich kohärent, Faktoren, die mit dem gewünschten räumlichen und zeitlichen Verteilungen nicht konsistent sind. Entsprechend arbeitet der Laser 12 in Verbindung mit einem Resonanzabgleichresonator, im allgemeinen bezeichnet als ein Etalon 14, das das Q und die Vorhersagbarkeit, daß der Lichtwellenzug über so viele wie 124.000 Wellenlängen im Takt ist, verbessern kann. Alternativ kann ein Laser mit einem Innenresonator-Etalon-Abgleich verwendet werden, um den gleichen Grad von zeitlicher Kohärenz zu erzeugen. Allerdings ist ein übermäßiger Abgleich nicht wünschenswert, wegen der Möglichkeit der Einführung von Interferenzrandeffekten, so daß das Etalon 14 leicht verstellt wird, um die zeitliche Kohärenz auf einen Bereich von 1 in 10.000 Wellenlängen zu verringern. Die Gründe für solche Modifikationen werden im folgenden detaillierter diskutiert.
Nach dem Austritt aus dem Laser 12 wird der Strahl in einem Doppelprismen-Strahlaufweiter 16 vergrößert, welcher den rechtwinkligen Strahl des Excimerlasers 12 in einen quadratischen Strahl von ungefähr 1 Zoll Seitenlänge dreht. Dieser Strahl läuft in einen Raumkohärenzzufallsgenerator 18, welcher eine erste Quasizufallsphasenfläche 19 umfaßt, definiert durch Quasizufallsmuster von SiO&sub2;, das auf einem SiO&sub2;-Substrat abgelagert ist. Die Struktur des Zufallsgenerators 18 bildet ein lichtdurchlässiges Element, das einen Grad der Phasenzufallserzeugung über seinen Querschnitt aufgibt. Eine solche Quasizufallsfläche kann durch aufgedampfte Muster erhalten werden, die eine mittlere Dicke von etwa 1 Mikrometer und mittlere Breiten von etwa 10 Mikrometer haben. Eine erste Feldlinse 20 überträgt den Strahl auf eine Strichmuster-Maskierungs-Anordnung 22, die, falls es gewünscht wird, motorbetrieben sein kann. Die Maskierungs-Anordnung 22 begrenzt den Strahl peripher auf einen kontrollierbaren Objektfeldumriß einer wählbaren Größe, wobei der Srahl dann auf einen bewegbaren Eckspiegel 24 läuft, der über einen kleinen Bogen dynamisch verschoben wird, wie es unten beschrieben ist. Von diesem Eckspiegel 24 aus wird der Strahl durch eine Bildübertragungslinse 26 gerichtet, die die erste Quasizufallsfläche 19 auf eine zweite Quasizufallsphasenfläche 27 ähnlicher Art abbildet. Der Strahl läuft dann auf einen strahlkombinierenden Eckspiegel 28 in Richtung auf die zugeordnete Optik, die eine zweite Feldlinse 29 einschließt, und zu der Waferebene, auf die das Bild gerichtet ist. Dieser gewinkelte Strahlweg ermöglicht es, daß der Laser 12, der wesentliche Leistung und Raumbedarf erfordert, weit weg von dem Bilderzeugungsteil des Systems angeordnet werden kann.
Die zweite Quasizufallsphasenfläche 27 bewirkt eine weitere Zufallserzeugung, wodurch die räumliche Phasenzufallsverteilungcharakteristik über die gesamte Strahlverteilung effektiv multipliziert wird. Es ist jedoch wünschenswert, den Grad der Zufallserzeugung variieren zu können, und zu diesem Zweck ist eine Teilkohärenzmodulmeßvorrichtung 36, die eine Savart-Platte und einen Soleil-Kompensator verwendet, so positioniert, daß sie diese Eigenschaft des Strahls von dem Zufallsgenerator 18 abtastet. Solch eine Vorrichtung kann entsprechend der Offenbarung in einem Artikel mit dem Titel "Degree of Coherence in the Image of a Quasi-Monochromatic Source (Kohärenzgrad in Bild einer quasimonochromatischen Quelle)" von S. Mallick in Applied Optics, Band 6, Nr. 8, August 1967, Seiten 1.403 - 1.405 angeordnet werden. Die Vorrichtung 36 schickt ein Signal zurück, das auf das Teilkohärenzmodul anspricht, zu einem Steuerkreis 38, welcher als ein PZT-Stellglied 34 arbeitet, das mit dem bewegbaren Eckspiegel 24 gekoppelt ist. Entsprechend der partiellen Kohärenzkontrastlesung, die von der Meßvorrichtung 36 vorgenommen wird, regt die Antriebssteuerung 38 den PZT- Antrieb 34 an, so daß kleine, jedoch variable Zuwächse in der Bewegung (der Größenordnung 60 Mikrometer) in das Bild eingeführt werden, zwischen Pulsstößen von dem Laser 12. Da diese Pulsstöße 150 - 200 mal pro Sekund auftreten und eine sehr kurze Dauer haben und weil der Eckspiegel 24 nur um einen sehr geringen Winkel bewegt werden muß, wird leich eine adäquate Zufallsverteilung des Lichtes aus den verschiedenen urprünglichen Quellen in dem benötigten Ausmaß und innerhalb der verfügbaren Intervalle erreicht.
In einem alternativen Beispiel kann die relative Bewegung zwischen den Quasizufallsflächen 19 und 27 erzeugt werden, indem die erste Oberfläche 19 als Teil einer rotierenden Scheibe ausgebildet wird und die Drehgeschwindigkeit geringfügig variiert wird, um den Grad des erhaltenen Zufalls zu variieren.
Die Bildübertragungslinse 26 und die zweite Feldlinse 29 bilden auch die Strichmuster-Maskierungs-Anordnung 22 in einer 1:1-Beziehung auf eine Photomaske 40 ab, die auf einer Photomaskenebene 42 angeordnet ist. Der Strahl in dieser Ebene wird in diesem Beispiel durch die Strichmuster-Maskierungs-Anordnung 22 auf eine rechteckige Form abgeblendet, welche in kontinuierlicher Weise von 1 - 1/2 Zoll bis 2 - 1/2 Zoll auf einer Seite wählbar ist, mit einer angemessen engen Toleranz (± 0,005 Zoll).
Die Bedeutung des Raumkohärenzzufallsgenerators 18 kann eindeutiger anhand des Zuwachses verstanden werden, welchen er in der mittleren Lagrange-Invariante des Strahls erzeugt. Bezüglich der Bedeutung des Begriffs "Lagrange-Invariante" siehe beispielsweise "Applied Optics and Optical Design" von A. E. Conrady (Dover Publications Edition, 1957, Seite 43). Der Laserstrahl von dem Excimer-Laser 12 hat eine begrenzte Lagrange-Invariante von ungefähr 1,8 x 10&supmin;&sup7; cm² Ster. Dies stellt eine Anzahl von Quellen in einem verengten Excimer- Laser-Strahl bei einer typischen Belichtung (ungefähr 0,3 s) dar. Es kann gezeigt werden, daß es in der Größenordnung von 22 x 5,4 = 122 statistisch inkohärente räumlichen Moden gibt, die zu irgendeinem Zeitpunkt aus dem Laser austreten. Auch gibt es etwa 20 Wellenzüge pro Puls, 150 Pulse pro 0,3 s. Somit liefert der Laser 1,22 x 10² x 2 x 10 x 1,5 x 10² = 3,66 x 10&sup5; statistisch unabhängige Quellen pro Belichtung. Damit jedoch die Quellen das Bild mit räumlicher Inkohärenz eines gewünschten Grades ausleuchten, muß jeder Punkt auf dem Bild von ungefähr 10² Lichtquellen beleuchtet werden. Die Gesamtzahl der Quellen, abgeleitet aus einer Auflösung von ungefähr 4.000 Linien pro Millimeter bei der Bildgröße der Waferebene, die erforderlich ist, beträgt etwa:
10&sup5; x 10&sup5;/(1,75)² x 10² = 3,27 x 10¹¹.
Dies ist die Gesamtzahl der statistisch unabhängigen Quellen, die pro Belichtung benötigt wird. Der Laserstrahl liegt also um einen Faktor von ungefähr 5 x 10&sup4; hinsichtlich der Vielfalt zu niedrig, die erforderlich ist, um ein Bild zu ergeben, das gleichmäßig, jedoch räumlich inkohärent belichtet ist. Die Lagrange-Invariante des Strahls, der durch die Photomaske und innerhalb des Akzeptanzkegels der Abbildungslinse läuft, muß etwa sein:
2,56 x 10&supmin;² cm² Ster.
Jede der ersten und zweiten Quasizufallsphasenflächen 19 und 27 streut die Winkelabweichung um etwa 2,2 x 10², ohne daß die Höhe des Hauptstrahls über der Bildgröße wesentlich beeinflußt wird. Dies ergibt zusammen einen Gesamtzuwachs von 5 x 10&sup4;, was der gewünschte für das System ist. Die Lagrange- Invariante ist somit durch einen Faktor bis zu 5 x 10&sup4; anpaßbar. Diese Einstellung kann automatisch vorgenommen werden, um jedoch den Wert innerhalb der gewählten Grenzen zu halten, ist es für einen Bediener typischerweise ausreichend, für eine spezielle Bildgröße und Belichtungskennlinie die Antriebssteuerung 38 gemäß den Ablesungen voreinzustellen, die von der Teilkohärenzmodulmeßvorrichtung 36 abgenommen werden. Der Bereich der Einstellungen der räumlichen Kohärenzlänge kann von etwa 1,5 Mikrometer, was im wesentlichen inkohärentes Licht darstellt, bis etwa 15 Mikrometer an der Photomaske 40 variiert werden.
Folglich wird die Wellenenergie über eine 4 Zoll x 4 Zoll- Maskenebene mit gleichmäßiger Intensität auf ± 1 %, gemessen in der Waferebene, verteilt und ist in der Amplitude innerhalb ± 1 % einstellbar. Die insgesamt bei einer Belichtungszeit von 0,3 Sekunden gelieferte Energie von dem gegebenen Excimer wird am Wafer größer als 150 mJ/cm² sein.
Die Randomisierung der räumlichen Kohärenz auf den gewünschten Grad jedoch kann die benötigte zeitliche Kohärenz oder periodische Vorhersagbarkeit jedes Wellenzuges in dieser statistisch diversifizierten Vielfalt von Quellen nicht beeinflussen. Die nachfolgend durch die Phasenplatte in die zusammengesetzte Wellenfront eingeführten Phasenverzögerungen ändern sich über die Strahlverteilung, und die mögliche Größe der Verzögerung ist wesentlich. Zeitliche Kohärenz muß so eingehalten werden, daß ihre Größenordnungen, die höher liegen als die mögliche Verzögerung für die Wellenfront, präzise wieder aufgebaut werden. Auch gibt es bei diesem Beispiel viele inkrementale Änderungen (so viel wie 100 Wellen) in der Phasenverzögerung. Die Zeitkohärenz, die für den richtigen Betrieb dieser Phaseneinstellungen notwendig ist, beträgt etwa das 50fache der maximalen Anzahl der Verzögerungswellen, die in das System eingebracht werden. Obwohl der Etalon-abgestimmte Laser etwa 124.000 Wellen in einem kohärenten Wellenzug abgibt, was etwa das 25fache dssen ist, was für die Phaseneinstelleinrichtung benötigt wird, arbeitet dieser Faktor dagegen, die größtmögliche Zahl zeitlich unabhängiger Quellen zur Verfügung zu stellen. Diese können eingerichtet werden, indem die zeitliche Kohärenz auf etwa 5.000 Wellen verringert wird, jedoch erzeugt dies wiederum Probleme mit dem Chromatismus bei der Gestaltung der Linse. Demgemäß ist es bevorzugt, diesen Faktor zwischen 10.000 und etwa 100.000 zu halten, wobei in dem vorliegenden Beispiel der erste Wert angenommen wird.
Die Lichtmenge, die bei jeder Belichtung auf die Waferebene fällt, kann selektiv durch eine Laserbelichtungssteuerung 44 bestimmt werden, die die Energie integriert, die während aufeinanderfolgender Stöße des Lasers freigesetzt werden, und die Belichtung beendet, wenn eine angemessene Energie geliefert worden ist. Ein unten beschriebenes Ausrichtesystem 46 wird getrennt entlang der optischen Achse betrieben, um einen ringförmigen Strahl unterschiedlicher Wellenlänge (typischerweise rot oder blau) vom Ultravioletten durch den Strahlkombinationsspiegel 28 und verschiedene optische Elemente zu richten, wie es unten in Verbindung mit Figur 7 beschrieben wird.
Zwischen der Photomaskenebene 42 und einer Waferebene 50, in der ein resistbeschichteter Wafer 52 durch das XY-Achsen- Antriebsystem eines Wafer-Abstufungs-Mechanismus 54, nur allgemein dargestellt, präzise positioniert ist, ist ein integriertes optisches System 56 angeordnet. Das optische System 56 umfaßt eine Kombination von Brechungselementen und Mitteln zur Einstellung einer holographischen Wellenfront, was eine Anzahl von Merkmalen in Üereinstimmung mit der Erfindung verkörpert. In der veranschaulichten Anordung umfaßt das System einen Satz aus drei Brechungslinsenelementen, die eine kollimiernende Linsengruppe 58 bilden, eine Multi-Plateau-Phasenplatte 60, die an der kritischen Apertur des Linsensystems angeordnet ist, und eine Objektivlinsengruppe 62 aus vier Linsen, die ein fünffach verkleinertes Bild auf die Waferebene 50 projizieren. Die Beziehungen zwischen den Linsengruppen 58, 62 und der Multi-Plateau- Pphasenplatte 60 sind gestaltet, um einerseits die Gestaltung Brechungslinsen zu erleichtern und andererseits die Zahl der brechenden Elemente zu verringern, und um Effekte höherer Ordnung in der Anpassung der Wellenfront zu bewirken, die nicht nur zur Auflösung, sondern auch zur Tiefenschärfe, zum Kontrast und zum Wirkungsgrad beitragen.
Die Linsenanordnung umfaßt sphärische Quarzelemente, während die Phasenplatte 60 ein Wellenzug-Phasenverzögerungs- und Neuausrichtungssystem umfaßt, das flächenmäßig die Komponenten des Bildes anpaßt, um neue zusammengesetzte Wellenfronten zu definieren. Das integrierte optische System 56 ist telezentrisch in der Bildebene, und das Strahlungsbündel in der Phasenplatte 60 und der kritischen Apertur ist nicht exakt parallel, sondern ist leicht divergierend. Die Quarzelemente sind so gestaltet, daß alle Aberrationskomponenten jeglicher Bedeutung, mit Ausnahme des sphärischen Aberrationspolynoms, durch die sphärischen Elemente ausgelöscht werden, indem die Freiheitsgrade ausgenutzt werden, die durch ihre Radien, ihre Positionen, ihre Vertexdicken und ihre Abstände gewährt werden, und die sich radial ändernde Phasendifferenz berücksichtigt wird, die bei der kritischen Apertur durch die Phasenplatte eingeführt wird. Die sphärische Aberration jedoch ist auf ungefähr 75 Wellen der optischen Wegdifferenz beschränkt, die vollständig durch die sich radial ändernde Phasendifferenz der Phasenplatte korrigiert wird. Drei der Elemente auf der Objektivseite der Phasenplatte 60 sind als nahezu aplanatische Gruppe gestaltet, und das vierte, mit dem negativen Meniskus der Bildebene am nächsten, wird weitgehnd wegen seiner feldglättenden Eigenschaften benutzt. Die drei Linsen in der kollimierenden Gruppe 58 sind zusammenwirkend und in Kombination mit der Phasenplatte im wesentlichen für die Ausschlatung von Koma und astigmatischen Aberrationen des Systems verantwortlich. Darüberhinaus haben die sphärischen Quarzlinsen eine negative chromatische Dispersion, und ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, daß das Durchlaßgitter, das durch die Phasenplatte 60 dargestellt wird, den krümmenden Effekt einer Basispotenzkrümmung erzeugt, die leicht positiv ist. Diese Krümmung ist so gewählt, daß die chromatische Dispersion des Gitters über die kleine Laser-Bandbreite der der spärischen Quarzlinsen entgegengesetzt ist, aber im wesentlichen zu ihr paßt, um einen nahezu achromatischen Zustand zu erzeugen. Diese grundsätzliche sphärische Potenz kann wegen der beteiligten sehr kleinen Skalierungsfaktoren in den Zeichnungen nicht dargestellt werden.
Die Wellenenergie von dem Illuminator 10 kann als im wesentlichen monochromatisch bezeichnet werden, aber eine jede solche Quelle wie der Excimerlaser 12 hat eine Bandbreite oder chromatische Streuung. Wenn diese Bandbreite extrem schmal ist, reduziert sie die verfügbare Lichtenergie und steigert Probleme mit räumlicher Kohärenz. Die Fähigkeit zur achromatischen Betriebsweise, die durch das vorliegende System zur Verfügung gestellt wird, ermöglicht eine Verbreiterung der chromatischen Streuung des Excimerlasers 12 von 0,003 nm bis 0,02 bis 0,03 nm oder mehr. Daher muß der Illuminator im wesentlichen monochromatisch sein, aber eine gewisse chromatische Streuung kann durch die begleitenden Systemvorteile, die erreicht werden, kompensiert werden.
Ein Bereich benachbart der Mittelfläche der Phasenplatte 60, die gerade außerhalb eines Satzes von inneren Bezugsringen beginnt, die nun unter Bezugnahme auf die Figuren 2 - 4 unten beschrieben werden, umfaßt eine mikrolithographisch konturierte Oberfläche von sehr geringer Maximalhöhe, die auf einem Phasenplattensubstrat 64 abgelagert oder in dieses eingeätzt ist. Die konturierte Oberfläche hat die Form einer Vielzahl von Ringen 68, von denen jeder winzige vielfache Plateaus oder Spuren 70 abgelagerten SiO&sub2; mit definierten inkrementalen Höhen aufweist. Der typische Ring 68 hat eine radiale Abmessung, die nichtlinear mit der radialen Position des Rings verknüpft ist, und hat acht Höhen der Plateaus 70, die inkremental in Schritten von 1/8 optischer Wellenlängenverzögerung von einer Höhe Null bis zu einem Maximum von 7/8 Wellenhöhe variieren. Die Beziehungen sind schematisch in den Ansichten der Phasenplatte der Figuren 2 - 6 dargestellt. Wie in Figur 4 zu sehen ist, variieren in jedem Ring 68 die Plateaus typischerweise progressiv von einer Nullhöhe (relativ zu dem Substrat 64) über aufeinanderfolgende Schritte zu der Maximalhöhe von 7/8 λ. Bei einer Wellenlänge von 248 Nanometer ist das 1/8 hohe Plateau ungefähr 61,0 nm hoch, und das 7/8 hohe Plateau ist ungefähr 426,9 nm hoch. Die schmalste radiale Breite der Ringe 68 (an dem äußeren Rand der Phasenplatte 60) ist in der Größenordnung von 8 Mikrometer, so daß jedes Plateau im Minimum angenähert ein Mikrometer in radialer Abmessung ist. Weil die von einem Ring 68 besetzte radiale Abmessung variiert, variiert der Anstieg des Gesamtkontur, die durch die eingeschlossenen Plateaus 70 definiert ist, wobei der steilste hier gezeigt ist. Dieser Anstieg beträgt gerade über 3,59º, und die eingeführte Ablenkung der lokalen Wellenfront beträgt ungefähr 2º. Die maximale lokale Wellenfrontablenkung ist auf ungefähr 5º begrenzt, um eine hocheffiziente Transmission von Lichtenergie durch diesen Typ des Leuchtgitters zu erreichen. Die differentielle Höhe der Spuren auf der Platte wird in einem Maximum proportional zu dem Verhältnis von einer Wellenlänge von einfallendem monochromatischem Licht bei der gewählten Wellenlänge gesetzt, geteilt durch den Brechungsindex der Platte.
Es gibt annähernd 200 Ringe 68 mit jeweils acht Plateaus, aber diese sind nicht in einer regelmäßigen Stufenabfolge. Stattdessen sind aufeinanderfolgende Ringe in sechs getrennten Gruppen 80 - 85 angeordnet, in denen die Phasen der eingeführten Phasenverzögerungen umgekehrt werden. Aufeinanderfolgende Gruppen 80 bis 85 sind so angeordnet, daß sie in der Phase in der Art 0, π, 0, π, 0, π wechseln. Die relativen Radien dieser Zonen sind in diesem Beispiel wie in der Tabelle unten gezeigt festgelegt: Radius der Zonengrenze Phase
Die Zwischenschaltung der Multi-Plateau-Phasenplatte 60 mit ihren feinunterteilten Ringen 68 und winzig unterteilten Plateaus 70 addiert, bezogen auf die Wellenlänge, inkrementale Längen des optischen Weges als eine Funktion des Aperturradius in einer räumlich verteilten Art über die Wellenfront. Die differentielle Dicke der Phasenplatte 60 ist sehr klein, wobei sie in diesem Beispiel nicht mehr als 7/8 Wellenlängen der Verzögerung oder ungefähr 427 nm beträgt. Weil die Lichtquelle im wesentlichen monochromatisch ist, wird jedoch die Auflösung durch Abgleichen der Wellenzüge in bezug auf eine Bezugsphase aufrechterhalten. Daher ist, wie in Figur 3 zu sehen ist, die Wirkung diejenige einer kumulativen Verzögerung der zusammengesetzten Wellenfront, die durch das beleuchtende monochromatische Licht gebildet wird. Wo die Brechungssoptiken die gesamte Wellenfront krümmen, wie in Figur 4 zu sehen, wird der Phasenabgleich ebenfalls aufrechterhalten. Es sollte jedoch beachtet werden, daß die Phasenplatte 60 Aberrationen in folgenden Brechungsoptiken vorkompensiert und daß eine solche Vorkompensation in Figuren 3 und 4 nicht dargestellt ist.
Die Phasenplatte 60 wirkt spezifischer sowohl als ein holographisches Element, das in einem Bragg-Bereich arbeitet, als auch als ein asphärisches Element kooperierend mit den Brechungselementen. Als eine Folge der asphärischen Eigenschaft wird die restliche sphärische Aberration, die innerhalb der Ausgestaltung der Brechungsoptik erlaubt ist, durch benötigte Bruchteilbeträge über die gesamte Wellenfront kompensiert, zu derselben Zeit, zu der auch die weiteren geometrischen Aberrationen und die chromatische Aberration ausgelöscht werden. Da die auf die kritische Apertur gerichteten Vielfach-Punktlichtquellen als individuelle Wellenzugkomponenten neu ausgerichtet werden, verteilen die Segmente 80 - 85 der Phasenplatte 60 auch das Licht in der Bildebene in gleichförmiger Weise neu. Die getrennte Phasenumkehr innerhalb der Phasenplatte 60 definiert eine Vielzahl von Pupillen innerhalb des Systems, was die koaktive Abbildung mit einer wesentlichen Zahl förderlicher Effekte ermöglicht.
Es wird von den Fachleuten verstanden werden, daß die Zahl der verwendeten Plateaus von den gegebenen acht in dem vorliegenden Beispiel abweichen kann. Die Verwendung von 16 Plateaus, die sich in einer regelmäßigen Stufenfolge um λ/16 ändern, steigert die Herstellungszeiten und Probleme, macht es aber möglich, daß der Leuchtwinkel glatter und effizienter ist. Diese Niveaus können durch eine kumulative binäre Stufenabfolge bereitgestellt werden, wie es in dem vorliegenden Beispiel beschrieben wird. Im Gegensatz dazu kann eine kleinere Zahl von Niveaus (z.B. vier) verwendet werden, wenn das etwas grobere und weniger leistungsstarke resultierende Gitter für eine gegebene Anwendung akzeptabel ist.
Die Hauptmerkmale, die bei dieser Gestaltung des optischen Systems angestrebt werden, sind eine gesteigerte Auflösung, reduzierte Seitenbandintensität und gesteigerte Tiefenschärfe und diese werden alle durch die Verwendung der Ringgruppen 68, welche Vielfach-Pupillen definieren, verbessert. Wie es in den Figuren 5 und 6 ist, wird, wo eine π-Phasenumkehr gewünscht wird, die regelmäßige Stufenabfolge der Plateaus 70 bei einem phasenverschobenen Schritt 86 unterbrochen. Die Plateaus 70 wechseln danach progressiv in der Folge von Null bis Sieben bis zur nächsten Unterbrechung. Wenn die Strahlkomponenten von den getrennten Pupillen rekombinieren, um die zusammengesetzte Wellenfront zu bilden, ermöglichen danach die kleinen Verschiebungen in den Bildern aus den getrennten Pupillen die Verbesserung aller oder einer Zahl der aufgeführten Faktoren. Phasenänderungen um π oder π/2, die den Ring in zwei, drei und vier radial unterschiedliche Gruppen teilen, sind als vorteilhaft für bestimmte spezifische Anwendungen gefunden worden, obwohl erkannt werden wird, daß viele solcher Zonenkombinationen gewählt werden können, um die Auflösung, Tiefenschärfe oder den Kontrast hervorzuheben. Die gezeigten sechs Gruppen 80 - 85 sind für die Wafer- Abstufungs-Anwendung bevorzugt, weil diese vielfachen Pupillen die Tiefenschärfe erhöhen, wobei der Bildkontrast erhalten bleibt, Faktoren die von bedeutender Wichtigkeit beim Halbleiterherstellungsprozeß sind. Zusätzlich wird auch eine Verbesserung in der Auflösung über die der ungestörten Airy-Linse verwirklicht.
Die Neuverteilung der Wellenzüge in den Strahl, der durch die Phasenplatte 60 durchgelassen wird, kann auch durch den Einsatz von vollständig undurchsichtigen oder nur partiell durchlässigen annularen Ringen oder Ringgruppen begleitet werden. Die undurchsichtigen Ringe können angeordnet werden, wo immer die Analyse des Linsensystemdesigns anzeigt, daß es wünschenswert ist, Strahlkomponenten, die die Leistung begrenzen, auszuschalten oder zu reduzieren.
In Begriffen des optischen Designs bieten Systeme in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wesentlich größere Gestaltungsfreiheit beim Ausgleich von Aberrationen. Wie es bei Hopkins, Wave Theory of Aberrations (Wellentheorie der Aberrationen), Clarendon Press, 1950, auf Seite 50, diskutiert ist, können optische Wegunterschiede als ein Polynom analysiert werden, bei dem die Differenz zwischen jedem Satz von Strahlen, die bei einem Punkt, h, auf ein Objekt starten und durch verschiedene Punkte bei einem Radius und einem meridianen Winkel laufen, verglichen mit dem optischen Weg des Hauptstrahls von h, bei = 0, in der Pupille oder kritischen Apertur. Nach der Entwicklung können die einzelnen Terme des Polynoms leicht in Terme, die o allein enthalten (eine Reihe, die die sphärische Aberration des Systems ausdrückt), in andere Terme, die nur und h enthalten (welche als "Aberrationen vom sphärischen Typ" betrachtet werden können) und solche Terme, die h, und cos in irgendeiner Potenz enthalten. Die Terme, die nur h und enthalten, betreffen Feldkrümmungsaberrationen, während solche, die h, und cos enthalten, Aberrationen vom komatischen und astigmatischen Typ einschließen.
Da sie bei der kritischen Apertur liegt, addiert die Phasenplatte eine optische Wegverzögerung zu jedem Strahl, die eine vorbestimmte Funktion abhängig von dem Radius und dem Winkel ist, bei denen der Strahl durch die Ebene der kritischen Apertur läuft. Da die sphärische Aberration eine axiale Aberration ist, lediglich abhängig von dem Radius, kann die geeignete Größe der Phasenverzögerung, die an der richtigen Höhe in der kritischen Apertur eingeführt wird, vollständig alle Ordnungen der sphärischen Aberration korrigieren.
Alle Terme der Aberration des sphärischen Typs bei der Entwicklung des Polynoms werden von der Phasenplatte symmetrisch behandelt. Die Aufgabe des Linsengestalters ist es, die brechenden Elemente des Systems so zu wählen, daß die verbleibenden Terme vom komatischen Typ und der Terme vom astigmatischen Typ auf den Punkt reduziert werden, wo sie einander ausgleichen, und wobei ihr Rest die radial sich ändernde Verzögerung ausgleicht, die von der Phasenplatte eingeführt wird.
Den Fachleuten wird deutlich werden, daß, obwohl dieses Ausgleichen der Aberration normalerweise innerhalb eines ausgefeilten Linsen-Computerprogrammes stattfinden wird, es nichtsdestotrotz erfordert, daß die Ansammlung von Ausdrücken, die jede Komponentenpotenz von cos , getrennt auf Null oder nahe zu Null ausgeglichen wird. Die Tatsache, daß die Phasenplatte potentiell alle Ordnungen der sphärischen Aberration ausschaltet, vereinfacht den Rest des Vorgehens bei der Gestaltung sehr stark und macht eine Lösung mit beträchtlich weniger Elementen möglich.
Zusammengefaßt arbeitet dieses System, indem die Neuverteilung der Mikrostruktur einer sich zeitlich ändernden Sequenz von Wellen verwendet wird, die eine vorhersagbare Periodizität haben, jedoch eine räumliche Zufallsverteilung aufweisen. Indem aufeinanderfolgende Lichtpulse aus einem Excimer-Laser verwendet werden, erscheint gleichförmig verteiltes Licht auf dem holographischen Phasenplattenelement, über den Bereich einer Totalbelichtung, als eine Vielzahl von Quellen. An der Phasenplatte 60 werden die Phaseneinstellungen, die in Strahl-Wellenzügen vorgenommen werden, erreicht, wobei ebenso ein hoher Wirkungsgrad der Transmission beibehalten wird. Das System liefert eine Genauigkeit von mehr als 1/10 Wellen über die zusammengesetzte Wellenfront. Das System ermöglicht die Verringerung der Anzahl an sphärischen Quarzlinsenelementen im Vergleich zu dem, was zuvor verwendet worden ist, wobei die gegenwärtig vorliegenden Grenzen bei der Zeilenauflösung überwunden werden. Die begrenzte Bandbreite des Belichtungsstrahles zusammen mit den Eigenschaften der Phasenplatte ermöglicht es, daß sowohl die sphärische Aberration als auch der Chromatismus nahezu kompensiert werden.
Andere Wellenenergiequellen als Laser können verwendet werden, wenn sie die benötigten Eigenschaften haben. Die einzelnen Linien einiger Quecksilberbogenquellen, beispielsweise, erfüllen dieses Kriterium auf einfache Weise. Dies wird aus einem Artikel von Kevin Burns und Kennth B. Adams deutlich, veröffentlicht in dem Journal of the Optical Society of America, Band 32, Nr. 10, Oktober 1952, Seiten 717 - 718, mit dem Titel "Energy Levels and Wavelengths of the Isotopes of Mercury - 199 and -200 (Energieniveaus und Wellenlängen der Quecksilberisotope 199 und 200)". Tabelle 1a in dem Artikel, die die Linienauflösung für bestimmte Linien von Hg 199 darstellt, zeigt die benötigte zeitliche Kohärenz. Diese Linien zusammen bilden das 256 nm-Band der Lampenemission. Indem die Probleme des Achromatismus (betrachtet über das gesamte Band) durch herkömmliche Verfahren gelöst werden, stellt dann jede dieser Linienkomponenten eine Quelle ausreichender zeitlicher Kohärenz dar, die benutzt werden kann.
Als ein weiteres Beispiel zeigt die Tabelle 1b des Artikels die Einzelheiten des 365 nm-Bandes von Hg 199. Hier sind die Achromatismus-Probleme durch herkömmliche Verfahren gelöst worden, so daß die Phasenplatte so gestaltet werden kann, daß sie als eine herkömmliche, jedoch sehr flexible niederenergetische asphärische Linse benutzt werden kann. Ihre Verwendung in einer solchen Gestaltung führt zu einer Verringerung der Anzahl der notwendigen Glaselemente, ebenso wie zu verbesserter Leistungsfähigkeit. Die Phasenplatte wird als ein Bragg- Beugungsgitter berechnet, mit einer Mittelwellenlänge höchster Leistungsfähigkeit. Jedoch, durch Untersuchung der Tabellen 1a und 1b, kann man sehen, daß die totale Gesamtstreuung von oben nach unten eines gegebenen Hg-Emissionsbandes weniger als zwei Teile in 1000 beträgt. Somit ist die Abstimmung eine relativ wenig wichtige Betrachtung.
Angewandt auf die Ausgestaltung von Linsen in gebräuchlicheren Wellenlängenbereichen, beispielsweise 365 nm, 404 nm oder 438 nm, wo Quellen hoher zeitlicher Kohärenz erhalten werden können, führt die Phasenplatten-Technologie zu einer beträchtlichen Vereinfachung, da Asphärizitäten höherer Ordnung vorgeschrieben werden und genau konstruiert werden können, nicht nur wegen Anforderungen für die Gestaltung, sondern um die kleinen, jedoch reellen Abweichungen von der idealen Ausgestaltung des sphärischen Elementes selbst zu kompensieren.
Es wird wieder Bezug auf die Figuren 2 und 5 genommen, in denen die Phasenplatte 60, außerhalb des angezeichneten Transmissions-Beugungsgebietes, das durch die Ringe 68 definiert ist, eine Vielzahl getrennter, konzentrischer, durchlässiger Multi-Plateauringe 88 umfaßt. Diese Ringe 88 bestehen auch aus SiO&sub2; und sind durch Ablagerung oder durch Ätzen der Oberfläche des Substrates, das die Phasenlinse 60 definiert, gebildet. Die Breiten und Steigungen der Ringe 88 sind relativ zu einer längeren, roten, Wellenlänge ausgewählt, die für die Ausrichtung des Wafers 52 benutzt werden, auf dem das durch die Photomaske 40 definierte Bild gebildet werden soll. Somit sind die Breiten und Steigungen größer als diejenigen der Ringe 68, die für den Ultraviolettbereich benutzt werden, jedoch werden weiterhin acht Zunahmewerte der Höhe benutzt. Derselbe Prozeß der binären Akkumulation oder des Ätzens der Schichten wird verwendet, doch da größere Dicken eingesetzt werden, müssen die Ringe 88 üblicherweise getrennt von den Ringen 68 gebildet werden.
Der Zweck dieser Ringe 88 ist es, gleichzeitig, zusammen mit dem Satz des optischen Systems 58, 62, einen fokussierten Strahl auf den Wafer 52 zu geben, so daß Signale erzeugt werden können, die die genaue Position des Wafers 52 relativ zu der Photomaske 40, die Bezugszeichen trägt, angibt. Bezugszeichen auf dem Wafer 52 allein können auch abgetastet werden.
Die rote Wellenlänge beeinflußt die Photoresist-Schicht auf dem Wafer 52 nicht, so daß sie gleichzeitig mit der Ultraviolettbestrahlung benutzt werden kann. Es wird nun Bezug auf Figur 7 genommen, in der ein Ausrichtesystem 26 zum Liefern eines feinfokussierten Bezugsstrahles auf den Wafer 52 für Ausrichtezwecke gezeigt ist. Das System benutzt einen He-Ne- Laser 90 mit einer monochromatischen Wellenlänge von 633 nm, die in dem roten Bereich des Spektrums liegt. Der Laser 90 erzeugt einen engen Ausgabestrahl mit einer Gaußschen Verteilung, der durch einen Strahlaufweiter 91 in ein breiteres Muster aufgestreut wird. Dieser aufgeweitete Strahl wird durch ein erstes bzw. zweites versenktes asphärisches Element 93, 94, von denen das erste eine Ringverteilung erzeugt, wobei das Licht in konvergierende Strahlen umgebildet wird, die auf einem Ring mit gegebenem Radius fokussiert werden, während das zweite versenkte asphärische Element 94 im wesentlichen die Strahlen kollimiert, um das ringförmige Pupillenmuster zu bilden, in ein ringartiges Muster umgewandelt. Das ringförmige Pupillenmuster wird von einem ersten Eckreflektor 96 und einem zweiten Eckreflektor 97, der vom dichroitisch reflektierenden Typ ist, in den optischen Pfad des ultravioletten Strahles in dem System der Figur 1 wegreflektiert. Der ringförmige Strahl wird von der zweiten Feldlinse 29 zusammen mit den Linsen 95 auf die Photomasken- Ebene 42 fokussiert, wobei der Bereich eines Bezugsmusters auf der Photomaske 40 ausgeleuchtet wird. Der Strahl tritt dann in das optische System 56 ein, so daß er als eine ringförmige Pupille neu abgebildet wird, die den Bereich der Multi-Plateau-Ringe 88 auf der Phasenplatte 60 überdeckt, und, bewirkt durch die Linsensätze 58, 62, auf den Wafer 52 fokussiert und neu abgebildet und durch den optischen Weg zurückreflektiert wird. Das reflektierte Bezugsmuster des roten Lichts wird durch den dichroitischen Eckspiegel 97 auf den Ausrichtedetektor 99 zurückreflektiert, der das direkte und reflektierte Bezugsbild passend macht, um ein Ausrichtesignal zu erzeugen, das die Wafer-Abstufungseinheit 94 steuert, um den Wafer 52 auf bekannte Weise mit der erforderlichen Größenordnung der Genauigkeit zu positionieren.
Somit umfaßt das System der Figuren 1 - 7 integral ein nichtinterferrierendes Ausrichtesystem, das die genaue Einstellung ermöglicht, die in der Wafer-Position benötigt wird. Da die äußeren Ringe 88 mit Bezug auf dieselbe Mittenachse wie bei den ultravioletten konzentrischen Ringen 68 abgelegt werden können, wird die Konzentrizität gewährleistet.
Die Hauptelemente eines direkten Schreibesystems zum Definieren der genau lokalisierten konzentrischen Spuren auf der Phasenplatte 60 sind in Figur 8 gezeigt, auf die nun Bezug genommen wird. Hier ist die Phasenplatte 60 auf einer Hochpräzisions-Luftspindel 110 angebracht, die sich auf Luftlagerungsträgern in einer Ausnehmung 111 in einer stabilen Basis 112, beispielsweise aus Granit, dreht. Ein Luftspindel-Antrieb 114, der eine magnetische oder pneumatische Vorrichtung sein kann, ist so gekoppelt, daß er die Luftspindel 110 mit einer ausgewählten Drehzahl dreht, beispielsweise 25 Ups. Eine Phasenplatte 60, die auf der Oberfläche der Luftspindel 110 liegt, ist mit einem im wesentlichen, jedoch nicht vollständig genauen Genauigkeitsgrad entlang orthogonaler X- und Y-Achsen durch die Präzisions-Einstellschrauben 116 positionierbar, die sich durch Vorsprünge 117 am Umfang der Luftspindel 110 erstrecken. Eine Luftdruckquelle 118 liefert unter Druck stehende Luft durch Leitungen 119 in der Basis 112, um sowohl das vertikale Positionieren als auch das horizontale Zentrieren der Mittelachse der Luftspindel 110 auf dem Luftschlitten 120 festzuhalten. Wie es jedoch gesehen werden kann, wird keine Mittenwelle oder ein anderer Mechanismus verwendet, um die Phasenplatte 60 relativ zu einer Mittenachse zu lokalisieren. Ein Luftschlitten 120 benachbart dem oberen Abschnitte der Luftspindel 110 ist seitlich relativ zu der Spindel 110 auf luftgelagerten Fußkissen 121 bewegbar, die unterhalb des Luftschlittens 120 hervorragen, sowie auf luftgelagerten Seitenkissen 122, die in horizontaler Richtung hervorragen. Die Fußkissen 121 tragen den Luftschlitten 120 nach fließender Art oberhalb der oberen Referenzfläche der Granitbasis 112, während die Seitenkissen 122 eine kleine Trennung von einer Seiten-Bezugswand 125 in einer vertikalen Erstreckung 126 der Granitbasis 112 (oder eines getrennten Elementes in fester Beziehung zu der Basis 112) aufrechterhalten. Einrichtungen zum mechanischen Vorspannen des Luftschlittens 120 in der Richtung auf die vertikale Referenzfläche auf dem Block 126 hin sind nicht gezeigt, können jedoch eine pneumatische Quelle oder einen Servomechanismus umfassen. Dieser luftgelagerte Träger an der Seite erhält somit eine präzise Trennung von der Seitenwand 125, obwohl der Luftschlitten 120 in eine Richtung parallel zu der Wand 125 und radial relativ zu der Phasenplatte 60 bewegt werden kann. Innere Leitungen zum unter Druck setzen der Luftlager sind in Einzelheiten nicht gezeigt.
Der Luftschlitten 120 ist in der Richtung parallel zu der vertikalen Referenzfläche des Blocks 126 durch einen Antrieb 130 positionierbar, der an eine Stange 132 aus starrem, rostfreiem Stahl gekoppelt ist, eine Konstruktion, die an den Luftschlitten 120 gekoppelt ist. Die Bewegung der Stange 132 durch den Antrieb 130 entlang dieser Achse ändert die radiale Position der Phasenplatte 60 und eines Schreibstrahles von einem Ablenkungssystem, das auf dem Luftschlitten 120 angebracht ist, wie es in größeren Einzelheiten unten beschrieben ist. Für eine näherungsweise Positionierungssteuerung der Phasenplatte 60 wirft ein Retroreflektor 134 auf dem Luftschlitten 120 einen Laserstrahl zurück auf ein Interferometer 136, das ein Hewlett-Packard-Modell 5110 sein kann. Mit diesem Interferometer 136 und einem Führungspositionsservo 138 zum Steuern des Antriebs 130 können die Position des Luftschlittens 120 und der Luftspindel 110 gut innerhalb eines Mikrometers gehalten werden. Spurpositionen auf der Phasenplatte 60 sind durch einen Spurdatenspeicher und ein Sequenzierungssystem der Form eines Master-Spurschreibsystems für magnetische oder optische Datenscheiben definiert, einschließlich eines Computers 146 und eines Datenspeichers 148. Der Speicher 148 enthält die notwendige Information für genaue Spurpositionen, Spurbreiten und Spurmustermodulation. Unter der Steuerung des Computers 146 werden Spurmuster-Modulationssignale vom Datenspeicher 148 durch einen Modulatortreiber 150 zu einer Schreibstrahlsteuerung geschickt, wie sie in weiteren Einzelheiten unten beschrieben ist.
Es wird aus der bisherigen Beschreibung ersichtlich, daß der Luftschlitten 120 ungefähr mit beträchtlicher Präzision in jeder der beiden orthogonalen Richtungen positioniert ist, wobei eine dieser Positionen variabel unter der Steuerung des Antriebs 130 ist, um verschiedene Spuren auf der Phasenplatte 60 auszuwählen. Die Luftspindel 110 selbst ist um ihre nominale Achse innerhalb der Ausnehmung 111 luftzentriert, und die Phasenplatte 60 ist an irgendeiner näherungsweisen Zentrierung auf der Luftspindel 110 durch die peripheren Positionsschrauben 116 gesichert.
Zum endgültigen präzisen dynamischen Positionieren lenkt das System den Laserstrahl relativ zu den Bezugsringen 151 ab, die am Außenumfang der Phasenplatte 60 liegen. Diese Ringe 151 können aus Chrom oder anderem undurchsichtigem Material sein und auf der Phasenplatte 16 durch eine Ablagerung oder einen Ätzprozeß definiert sein, wobei Präzisionsringe auf einer Photomaske benutzt werden. Jedoch können sie auch getrennt durch eine direkte Schreibsequenz auf der Oberfläche des Umfangs der Phasenplatte 60 definiert werden, wenn sie zunächst auf der Luftspindel 110 zentriert wird. Diese Prozedur wird bei dem vorliegenden Beispiel benutzt. Ungefähr 20 dieser Ringe 151 werden mit spezifizierten Breiten und Abständen, die sich von 1,5 bis 4,0 Mikrometer ändern, eingebracht, indem die Platte 60 um ihre zufällig zentrierte Position gedreht wird und die Ringe durch photolithographische oder Präzisions-Schneidtechniken definiert werden. Die Ringe 151 werden dann als Zentrierungsreferenzen für jedes nachfolgende Neupositionieren der Phasenplatte 60 während der manuellen Einstellung und nachfolgend für die dynamische Steuerung des Schreib-Laserstrahls benutzt, um kleine Exzentrizitäten zu berücksichtigen. Somit wird eine Präzision erreicht, die durch mechanische Mittel im allgemeinen nicht erhalten werden kann.
Ein Sicht- und Abfühlsystem, das auf der Granitbasis 112 angebracht ist, wird sowohl für die anfängliche als auch für dynamische Einstellungen benutzt. Eine Säule 152 umfaßt einen Arm 154 der in einer festen Position über der Phasenplatte 60 gegenüber den Bezugsringen 151 hängt. Eine herkömmliche Lichtquelle und ein Schwingspulen-Antriebssystem für die automatische Fokussierung sind im Interesse der Einfachheit nicht gezeigt, werden jedoch oft benutzt. Eine Linse 156 benachbart der Phasenplatte 60 reflektiert das Bild einer Lichtquelle 157 von einem Strahlteilerspiegel 158 durch einen zweiten Strahlteiler 160 zu einem Okular 162. Die Lichtquelle 157 hat eine unterschiedliche Wellenlänge von der, auf die das Photoresist-Material auf der Platte 60 empfindlich ist. Ein Bediener kann durch das Okular 162 die relative Position der Bezugsringe 151 anschauen und die Positionierschrauben 116 einstellen, um näherungsweise Konzentrizität zu erreichen (z.B. auf etwa 1 Mikrometer), für die Phasenplatte 60 auf der Luftspindel 110.
Während der Schreibeoperation danach wird eine Anzeige einer Zahl (z.B. 20) der Bezugsringe 151 abgebildet, gerichtet durch den Strahlteiler 160 auf einen Spiegel 161 und durch eine Linse 164 auf ein Strichmuster 166. Das Strichmuster 166 weist ein Muster undurchsichtiger Linien 168 auf, das den spezifizierten Breiten und Abständen der Bezugsringe 151 entspricht, auf die das Bild der reflektierten Ringe von der Phasenplatte 60 fällt. Ein maximales Signal wird geliefert, wenn die freien Abstände zwischen den reflektierenden Bezugsringen 151 auf der Phasenplatte 60 genau ausgerichtet mit den undurchsichtigen Streifen 168 auf dem Strichmuster 166 sind, und ein minimales Signal ergibt sich, wenn das reflektierte Bild der Ringe 151 auf die durchlässigen Linienabschnitte des Strichmusters 166 fallen. Wenn es irgendeine Exzentrizität in dem Muster gibt, liefert ein Photodetektor 170 hinter dem Strichmuster 166 ein Signal durch einen Vorverstärker 172, das auf sinusartige Weise mit der Änderung der Exzentrizität variiert. Die Periodizität dieser sinusartigen Änderung ist relativ lang, wobei sie durch die Drehzahl bestimmt ist. Alternativ kann ein Strichmuster 166 benutzt werden, das weniger oder mehr Linien innerhalb eines bestimmten Winkels enthält, als der, der ihm durch das Bild der Bezugsringe gegenüberliegt. Dies erzeugt ein Muster, das mit dem Muster der Bezugsringe auf eine vorbestimmte Weise kreuzkorreliert ist, und ein wechselndes Signal wird erzeugt, dessen Amplitude zu der dezentrierenden Verlagerung in Bezug steht.
Diese Änderung der Exzentrizität wird verwendet, um einen Schreibstrahl radial zu positionieren, der gegen die Phasenplatte 60 gerichtet ist, um die Konzentrizität innerhalb 0,1 Mikrometer zu halten. Zu diesem Zweck wird ein Laser 180 an der stabilen Granit-Bezugsbasis 112 angebracht, und der Laserstrahl wird von einem festen Reflektor 181 in ein Gehäuse 182 gerichtet, das auf dem Luftschlitten 120 angebracht ist. Der Strahl wird von dem Reflektor 181 durch einen akusto-optischen Modulator 184 abgelenkt. Der Laser 180 wird so gewählt, daß er eine Wellenlänge hat, die mit hohem Wirkungsgrad den Photoresist belichtet und ein festes Bild darauf entwickelt. Der Strahl nach der Modulation wird von einem Paar von Reflektoren 187, 187 zu weiteren Eckspiegeln 186, 186 durch einen akusto-optischen Ablenker 188 in einen seitlichen Arm 169 des Gehäuses 162 abgelenkt, bevor er nach unten von einem Spiegel 190 und durch eine Linse 192, um ihn auf die darunterliegende Fläche der Phasenplatte 60 zu fokussieren, abgelenkt wird. Wieder kann ein herkömmliches Autofokussierungssystem verwendet werden, dieses ist jedoch nicht gezeigt. Der akusto-optische Modulator 184 empfängt Modulationssignale von dem Modulatortreiber 150, während der akusto-optische Deflektor 188 Steuersignale von den Sensorschaltungen 170, 172 für die Exzentrizität empfängt. Der Ablenker 188 ändert die radiale Position des Laserstrahles, der auf die Spur auftrifft, relativ zu seiner nominalen Position, wie sie durch den Ort des Luftschlittens 120 bestimmt ist, um so die Rest-Exzentrizität auszulöschen, abhängig von dem Signal aus dem Photodetektor.
Spezielle Betrachtungen müssen für die Maschinenkalibrierung gemacht werden, wenn es gewünscht wird, eine Positionsgenauigkeit derart zu erreichen, daß Submikrometer-Auflösungen beim Einrichten der Plateaus relativ zu dem optischen System erreicht werden. Um die Maschine zu kalibrieren, wird die Phasenplatte 60 selbst als Referenz benutzt. Zusätzlich zu den äußeren reflektierenden Bezugsringen 151 wird ein zweiter Satz von Ringen 193 durch photolithographische Techniken oder Einritzen auf einer Chromfläche geschrieben, viel näher zu der Mitte der Phasenplatte 60 hin. Diese Ringe 193 sind im allgemeinen in den Figuren 2 und 5 gezeigt. Sowohl die äußeren als auch die inneren Bezugsringe 151 bzw. 153 werden konzentrisch relativ zu dem Anfangszentrum der Drehung geschrieben, die innerhalb bestimmter zufälliger Grenzen durch das Positionieren der Phasenplatte 60 auf der sich drehenden Luftspindel 110 bestimmt ist, die jedoch zu dem Zeitpunkt nicht genauer bekannt ist. Um die Positionen der Ringe zu Kalibrierungszwecken präzise zu lokalisieren, kann das System der Figur 8, das das Interferometer 136 und den Computer 146 umfaßt, vorteilhaft benutzt werden, obwohl die Abfolge von Messungen und Rechnungen auch durch einen Bediener ausgeführt werden kann. Der Luftschlitten 120 wird durch eine Spanne radialer Positionen bei eingeschaltetem Laserstrahl 180 bewegt, wobei ein Sensor (nicht gezeigt) in Figur 8 das reflektierte Signal erfaßt. Dieser Detektor liefert eine Signaländerung während des Laufens des fokussierten Strahls nach jedem Ring, und jeder derartige Puls wird als ein Trigger-Signal benutzt. Die Ablesungen des Interferometers 136 werden gleichzeitig vorgenommen und in einem Datenprozessor mit den Triggersignalen korreliert. Wenn jeder Ring, zunächst in dem äußeren Satz 151, auf diese Weise erfaßt wird, wird die Grenzzählung aus dem Interferometer 136 in den Computer 146 als eine präzise Angabe der radialen Position eingegeben. Das radiale Abtasten wird über den Satz innerer Ringe 193 auf beiden Seiten des Mittelpunktes durchgeführt, wobei eine Ablesung getriggert wird, wenn jeder einzelne Ring den Referenzpunkt durchläuft. Indem der Computer 146 benutzt wird, um eine lineare Regression durchzuführen, können präzise Mittelwerte berechnet werden, und das Drehzentrum kann dann mit großer Genauigkeit bestimmt werden. Der radiale Abstand des Satzes äußerer Ringe 151 kann auch in bezug auf dieses berechnete Zentrum bestimmt werden, wobei Messungen des Interferometers 136 benutzt werden. Die Berechnungen ermöglichen, daß präzise Kalibrierungen für die dann vorliegende Temperatur, den Druck und die Geschwindigkeit der Bedingungen für das Licht durchgeführt werden können. Standards werden für den Vergleich gegenüber späteren Kalibrierungen eingerichtet, und kleine, jedoch bedeutsame Kompensierungen können für alle bedeutenden Änderungen berechnet werden. Wenn somit die Multi-Plateaus radial positioniert sind, wobei Interferometer-Messungen verwendet werden, kann die Genauigkeit auf ± 1/10 Mikrometer gehalten werden, und die Phasenretardierung an unterschiedlichen Bereichen kann sichergestellt werden.
Im Betrieb brauchen daher die nominal zentrierte Luftspindel 110 und die Phasenplatte 60 anfänglich nicht genau gegenüber einer ausgewählten Referenz auf die hohe Präzisionsgrößenordnung ausgerichtet werden, die für das Schreiben aufeinanderfolgender Spuren auf der Phasenplatte 60 benötigt wird. Stattdessen kann, nachdem ein Photoresist-Material auf den Zwischenbereich der Phasenplatte 60 für den Beginn der mikrolithographischen Sequenz gebracht wird, der Bediener zunächst Näherungsweise die Platte 60 positionieren, wobei die Positionierungsschrauben 116 benutzt werden, aufgrund des Betrachtens der Bezugsringe 151. Wenn sich die Luftspindel 110 dreht, führt jegliche Exzentrizität relativ zu den Bezugsringen 151 zu der Erzeugung eines langdauernden sinusartigen Exzentrizitätssignales und einer dynamischen Korrektur der Exzentrizität durch den Ablenker 188. Es wird verstanden werden, daß die umgekehrte Anordnung auch benutzt werden kann, wobei der Exzentrizitätssensor auf dem Luftschlitten und der Laserstrahl fest ist. Jedoch gibt die gezeigte Konfiguration eine bessere Stabilität für die Luftspindel 110.
Die Spindelantriebs-Servoschleife kann auf inkrementale Positionen antreiben, die leicht unterschiedlich von der radialen Ringposition ist, welche gewünscht ist. Jedoch wird dieser Unterschied auch als eine Komponente der Strahlkorrektur kompensiert, die in den akusto-optischen Ablenker eingefügt wird.
Sowohl die äußeren als auch die inneren Bezugsringe können vorteilhaft angeordnet werden, indem ihre Ring-zu-Ring-Abstände und ihre Breiten in einer nicht regelmäßigen Weise angeordnet werden. Schemata zum Beabstanden der Ringe in den Bezugssätzen können von rein regelmäßig zu pseudo-zufällig, zufällig oder funktional angeordnet variieren, wie beispielsweise entsprechend einer mathematischen Reihe.
Somit wird die Identifikation jedes Ringes in einem Satz vieler Ringe durch die Kenntnis der Abstandkennlinie möglich gemacht, und Zufälligkeiten, die auftreten könnten, wenn ein Ring fälschlich als ein anderer Ring angesehen wird, werden vermieden. Ein weiterer Vorteil aus einer solchen nicht regelmäßigen Beabstandung der Ringe ist, daß das Kennlinien- Fehlersignal, das von dem Photodetektor in dem Exzentrizitätssensorsystem, das unten beschrieben ist, abgeleitet wird, so geformt werden kann, daß es in seiner Fehlerkurve wder Mehrdeutigkeiten noch Phasenumkehr enthält.
Eine typische direkte Schreibsequenz auf einer Phasenplatte 60 beginnt nach der anfänglichen Oberflächenvorbereitung der Phasenplatte 60 und dem Einbringen der äußeren Bezugschromringe 151, entweder durch eine getrennte photolithographische Sequenz oder durch Schneiden, wenn sie sich auf der Luftspindel 110 befindet. Die Phasenplatte 60 kann von dem Rückhaltesystem auf der Luftspindel 110 zu jedem Zeitpunkt genommen werden, um eine Photoresist-Schicht der gewünschten Tiefe aufzubringen. Diese Schicht wird über den gesamten Bereich gelegt, einschließlich der Bezugsringe 151, wobei innerhalb des Bereiches die Multi-Level-Plateaus gebildet werden sollen. Da der Photoresist im wesentlichen für rotes Licht durchlässig ist, können die Bezugsstellen durch den Exzentrizitätsdetektor gesehen werden.
Als nächstes wird die Phasenplatte 60 auf der Luftspindel 110 repositioniert, wobei der Bediener zunächst manuelle Einstellungen vornimmt, während er durch das Okular 162 beobachtet, bis näherungsweise Konzentrizität erhalten wird. Dann wird die Luftspindel 110 mit der gewählten Drehzahl gedreht, wobei der Laser auf einer ausgewählten Spurposition fokussiert wird, und eine vorbestimmte Breite der Spur wird geschrieben. Jedem Schreiben einer Spur folgend wird der Luftschlitten 120 durch den Antrieb 130 unter der Steuerung des Computers 146 auf eine unterschiedliche radiale Spurposition neu positioniert. Weitere Spuren werden aufeinanderfolgend geschrieben, bis eine vollständige Belichtung für alle die Spuren durchgeführt worden ist, die den Plateau-Level nach dem folgenden Ablagerungs- oder Ätzschritt haben sollen.
Eine alternative Vorgehensweise ist es, den Luftschlitten 120 mit einer konstanten Geschwindigkeit von 0,1 Mikrometer Schrittweite pro Spindeldrehung anzutreiben. Das so erzeugte Spiralmuster wird im wesentlichen ununterscheidbar von einem kreisförmigen Muster, das von einem unterbrochenen Antrieb erzeugt wird.
Die Phasenplatte 60 wird dann von ihrem Ort auf der Luftspindel 110 entfernt, das belichtet Bild wird fixiert und unentwickeltes Material wird entfernt, um das vorbestimmte Bild zu hinterlassen. Dann werden Ablagerung oder Ätzen mit vorbestimmtem Grad vorgenommen, und die fixierte Resist-Schicht wird vollständig entfernt, so daß eine neue Resist-Schicht wiederum abgelagert werden kann, um das Muster für die nächste Gruppe von Spuren zu schreiben. Die Abfolge wird dann wiederholt, wobei der Photoresist belichtet wird, das nichtfixierte Material ausgewaschen wird, auf das nächste Plateau abgelagert oder geätzt wird und wiederum der fixierte Photoresist entfernt wird, so daß der Zyklus erneut wiederholt werden kann, falls dies gewünscht wird.
Durch dieses Verfahren des direkten Schreibens mit einer hohen Präzisison für eine konzentrische Spuren-Phasenplatte ist es möglich, das Herstellen und Anordnen einer separaten Maske für jeden Wert des Plateaus zu vermeiden, auf dem abgelagert oder das geätzt werden soll. Dies ist insbesondere wichtig für Systeme mit ultrahoher Auflösung, wobei die Phasenplatte durch Berechnung individualisiert werden kann, um die beste Korrektur für die tatsächliche Kennlinie für die endbearbeiteten Linsenbaukomponenten zu ergeben. Zu diesem Zweck werden zunächst die Linsenkomponenten gestaltet, geschliffen und poliert, auf die nächste Näherung der spezifizierten idealen Eigenschaften. Dann können die Komponenten auf den Grad und das Abfühlen der Änderung vom Idealen analysiert werden, und Korrekturen, die an den tatsächlichen Eingenschaften vorgenommen werden müssen, können berechnet werden. Diese Information wird berechnet und in den Spurdatenspeicher 148 gebracht, der ein Disk-File, ein Bandtransport- oder ein anderes Speichersystem sein kann. Die Inhalte des Spurdatenspeichers 148 können weiter gemäß der kalibrierten Werte modifiziert werden. Solche maßgeschneiderten Einstellungen ermöglichen, daß die Auflösung für jedes einzelne System maximiert wird.
Dieses vorteilhafte Verfahren schließt die Verwendung einzelner Masken für die Ablagerung oder für das Ätzen nicht aus, wobei die Verfahren in Figur 9 bzw. 10 gezeigt sind. Beide Figuren zeigen, wie eine regelmäßige Abfolge von acht Plateaus ausgewählter Höhe (übertrieben in den Figuren 9 und 10 aus Klarheitsgründen, jedoch typischerweise nicht mehr als 427 nm für eine UV-Wellenlänge) durch eine Stufensequenz gebildet werden. Die Positionen der Plateaus werden von 0 bis 7 bezeichnet, die vom niedrigsten Plateau bis zum höchsten reichen, und einige der Schritte sind aus Gründen der Kürze kombiniert.
Es wird zunächst auf die Figur 9 Bezug genommen, wobei eine erste Maske 200 hergestellt wird, und, wobei ein Kontaktdruckrahmen herkömmlicher Ausgestaltung benutzt wird, in Kontakt auf einer ersten Resist-Schicht 202 aufgebracht wird, die auf die Substratfläche 204 gelegt worden ist. Um acht unterschiedliche Schichten mit nur drei Ablagerungsschritten zu erreichen, wird die Ablagerung in binärer Weise mit Schichten ausgeführt, die sich in der Dicke durch Vielfache der kleinsten Zuwächse einer Wellenlänge ändern. Der verwendete Resist kann ein positiver oder negativer Resist sein, dahingehend, daß, nachdem eine Belichtung durch die erste Maske 200 durchgeführt worden ist, entweder der belichtete oder der unbelichtete Bereich weggewaschen werden kann. Auf ähnliche Weise kann das Bild auf der Maske positiv oder negativ sein. Hier wird negatives Resist-Material verwendet, und der Photoresist, der das Licht aufnimmt, wird nicht fixiert und kann abgewaschen werden, während derjenige, der nicht belichtet wird, fixiert wird. Nach dem Waschen entspricht das Muster des geschützten Materials auf dem Substrat den undurchsichtigen bezeichneten Flächen in der ersten Maske 200 der Figur 9A. Indem ein Aufdampfprozeß benutzt wird und die Dicke des dampfförmigen Siliziumoxides überwacht wird, wie es sich auf dem Substrat 204 sammelt, baut sich ein erstes Plateau an den Positionen 1, 3, 5 und 7 auf, wie es in Figur 9B zu sehen ist, wobei die Resist- Schicht 202 weggewaschen worden ist. Dann wird eine zweite Resist-Schicht 205 abgelagert und mit einer zweiten Maske 206 überdeckt, die Positionen 0, 1, 4 und 5 verdunkelt, wie es in Figur 9C gezeigt ist. Nach dem Belichten durch die Maske 206, des Entfernens der Maske 206 und des Waschens, wie es in Figur 9D zu sehen ist, wird ein zweites Plateau abgelagert, um eine Dicke, die das Zweifache der ersten beträgt, allen belichteten Flächen hinzuzufügen. Diese Prozedur hinterläßt das Substrat, wie es in Figur 9D gezeigt ist. Es wird bemerkt werden, daß es zwei Sequenzen mit vier Schritten gibt, beginnend mit der Null- Ebene an den Positionen 1 und 4. Figur 9E zeigt die Anwendung einer dritten Maske 207 auf der dritten Resist-Schicht 208, um die Positionen 0 - 3 so zu überdecken, daß das Hinzufügen einer viermal so hohen Schicht nach dem Entfernen des belichteten Photoresistes den regelmäßigen Anstieg der Plateaus von 0 - 7 hinterläßt (Figur 9F). Beim Aufbringen der aufeinanderfolgenden Masken 200, 206, 207 werden die Bezugsringe auf der Außenseite der Phasenplatte für die präzise Lokalisierung benutzt. Es ist auch machbar, dasselbe Ergebnis zu erzielen, indem die Reihenfolge umgekehrt wird, in der die Masken aufgebracht werden.
Figur 10 veranschaulicht die Sequenz, durch die eine Abfolge von Plateaus in das Substrat eingeätzt werden kann. Die hellen Bereiche einer Maske bezeichnen diejenigen Bereiche der Resist- Schicht, von denen das Material von dem Substrat entfernt werden soll. Dieselbe Abfolge mit drei Schritten für die Schichtbildung wird verwendet, jedoch wird die Reihenfolge der Plateau-Bildung umgekehrt, wobei das tiefste Ätzen zuerst stattfindet. Die erste Maske 210 (Figur 10A) überdeckt die Positionen 4 - 7 über einer ersten Resist-Schicht 211, so daß eine vierfachtiefe Schichtätzung dann verwendet wird, um ein niedrigeres Plateau an den Positionen 0 - 3 zu erzeugen (Figur 10B). Eine zweite Maske 212 über einer zweiten Resist- Schicht 213 schaltet die Positionen 2, 3, 6 und 7 aus, um die zweimal so hohen Zuwächse der Figur 10D zu hinterlassen. Dann überdeckt eine dritte Maske 214 über einer dritten Resist- Schicht 215 die Positionen 1, 3, 5 und 7, so daß die dritte Einzelschicht-Ätzung die regelmäßige Plateauabfolge der Figur 10F hinterläßt.
Obwohl die direkte Schreibtechniken bevorzugt ist, aus den gegebenen Gründen, können auch individuellen Photomasken erzeugt werden, wobei das Präzisions-Strahlschreibsystem der Figur 9 benutzt wird. Das photosensitive Material kann in einem Rahmen auf der Luftspindel zurückgehalten und in Position während des Schreibens der Bezugsmuster und der einzelnen Spuren gehalten werden.
Die Bezugsringe 151, 193 können in dem Chrom während des ersten Schreibprozesses abgelegt werden. Wegen der Positionsgenauigkeit der Spindel 110 sind sie sehr nahe kreisförmig, definieren den Mittelpunkt des Ringmusters und sind konzentrisch zur Mittelachse, so daß keine Exzentrizitätskorrektur gemacht werden muß. Ein Bruchstück einer Maske 220 für die äußeren Bezugsringe 151 ist in Figur 11 gezeigt, stark vergrößert, da die einzelnen Spuren so klein sind. Bezugsringe 222 sind in dem Außenbereich vorgesehen, zur Ausrichtung mit den äußeren Bezugs-Chromringen 151 nahe dem Außenumfang der Phasenplatte, um so die Zentrierung jeder individuellen Maske 220 sicherzustellen. Die Spuren, die individuellen Plateaus in dem Multi-Plateau-Muster definieren, sind als undurchsichtige Bereiche 224 und als durchlässige Bereiche 225 gezeigt.
Die Präzisionszentrierung und Ausrichtung unterschiedlicher Linsenelemente in dem System durch herkömmliche Verfahren kann einen erheblichen Aufwand an Zeit und Arbeitseinsatz erfordern. Um diese Aufgabe zu vereinfachen, wird auch eine Anzahl von Zentrierungs- und Positionierungs-Beugungsgitterringen-Sätzen 228 (Figuren 2 und 5) anfänglich in das Chromsubstrat nahe dem Außenabschnitt der Phasenplatte 60 eingelegt. Somit sind diese Ringe 228 auch automatisch zentriert und an der kritischen Apertur, wenn die Phasenplatte 60 in ihrer Position ist. Eine Anzahl solcher Beugungsgitterringbänder ist zwischen den äußeren Bezugsringen 151 und dem Durchlaßgitter für rote Wellenlängen 88 angeordnet. Einzelne der Bänder werden mit wesentlichem Vorteil bei den anfänglichen Zusammenbau- und Ausrichteprozeduren verwendet, wie es in Figur 12 veranschaulicht ist, da sie die erforderliche Präzision beibehalten, sowohl im Winkel als auch im Elementeabstand. Die Phasenplatte 60 wird zunächst an der kritischen Apertur des Systems angeordnet, so daß alle Linsenelemente dann positioniert und relativ dazu zentriert werden können. Zu diesem Zweck, wie es in Figur 12A ersichtlich ist, wird kollimiertes Licht aus einer Quelle (nicht gezeigt) bevorzugt in einen Ring geformt, indem es durch eine Aperturplatte 230 geleitet wird, so daß es auf ein erstes Band von Zentrierungs- und Positionierungsgittern 232 (eine Untermenge der Beugungsringe 228) auf der Phasenplatte 60 fällt. Ein erstes Linsenelement 234 wird dann in bezug auf das Zentrum der optischen Achse eingestellt, so daß sich das Licht auf der optischen Achse an einem genauen Punkt 235 fokussiert, wobei dieser Punkt nachher als eine axiale Referenz benutzt wird. Eine Membran 236 mit einem sehr kleinen Loch darin wird an dieser Stelle angeordnet. Dieses Band 232 des Satzes von Zentrier- und Positionier-Beugungsringen 228 wird unter der Kenntnis der tatsächlichen Eigenschaften des ersten Linsenelementes 234 gestaltet, um bezüglich dieses speziellen Elementes allein zu fokussieren. Ein zweites Band 237 von Zentrier- und Positionierringen auf der Phasenplatte 60 wird dann durch eine zweite Aperturplatte 238 mit dem kollimierten Licht ausgeleuchtet. Hier wird das zweite Band 237 so ausgestaltet, daß Licht gemäß den kombinierten Eigenschaften des ersten Linsenelementes 234 und eines zweiten Elementes 240 gekrümmt wird. Wiederum wird das zweite Element 240 bewegt, bis am ausgewählten Punkt 235 auf der optischen Achse der Fokus erhalten wird.
Diese Abfolge mit mit unterschiedlischen optischen Elementen und Beugungsringen-Banden wiederholt, bis, wie es in Figur 12C zu sehen ist, alle zusätzlichen optischen Elemente auf derselben Seite der kritischen Aperturposition auf der Phasenplatte 60 eingerichtet sind. Dann wird das Loch in der Membran 236 von hinten durch einen Laser 250 und den Bildreduktions-Linsensatz 252 beleuchtet. Danach, wobei ein unterschiedlicher Bandensatz 245 auf der Phasenplatte benutzt wird, ausgeleuchtet durch die Linsenelemente 234, 240, 242 und 244 über eine geformte Aperturplatte 256, kann ein weiteres Linsenelement 248 auf der gegenüberliegenden Seite zentriert und axial positioniert werden, indem der axial konvergierende Lichtpunkt 259 erzeugt wird. Diese Schritte können danach mit irgendwelchen weiteren Linsenelementen wiederholt werden, bis die gesamte Linsenanordnung vollständig ist.
Es wird erkannt werden, daß herkömmliche Zentrier- und axiale Positioniertechniken benutzt werden können, jedoch, da Herstellungstoleranzen bei selbst den am präzisesten hergestellten Linsen vorliegen und da diese für die verschiedenen kummulativen Kombinationen der Linsenelemente festgelegt werden können, und weil die Phasenplatte 60 an der kritischen Apertur festgelegt ist, hat die Verwendung der Phasenplatte selbst spezielle Vorteile in dieser Hinsicht.
Es wird nun Bezug auf Figur 13 genommen, wobei die Hauptelemente eines Mikroskopes 260 gemäß der Erfindung eine Phasenplatte 260 an der kritischen Aperturposition innerhalb des Mikroskopes 260 umfassen. Der Gegenstand 264, der untersucht werden soll, wird auf ein transparentes Substrat 266 und unterhalb eines dünnen Abdeckglases 268 von typischerweise 0,18 mm Dicke angeordnet. Ein Illuminator 270 gemäß der Erfindung richtet einen Strahl räumlich zufälligen, zeitlich kohärenten Lichtes, das viele Quellen enthält, durch den Gegenstand 264 in Richtung auf das Objektiv des Mikroskopes 260. Die Ausgestaltung der Phasenplatte 262 korrigiert die sphärische Aberration in den Beugungslementen des optischen Systems, und die monochromatische Ausleuchtung vermeidet die Notwendigkeit der Korrektur seitlich abweichender Farben. Das Abdeckglas 268 fügt eine charakteristische sphärische Aberation zu dem auftreffenden Licht hinzu, die ebenso kompensiert werden kann. Es gibt weitere gesamte Vorteile bei dieser Anwendung auf Mikroskope, da spezielle Ebenfeld-Objektive oftmals für die Kameraarbeit erforderlich sind, und die Korrektur der sphärischen Aberration eine bessere Korrektur bezüglich des Astigmatismus und der Feldebenheit, die vorgenommen werden müssen, ermöglicht.
In einem Druckwerk mit dem Titel "The Axicon: A New Type Of Optical Element (Das Axicon: Ein neuer Typ eines optischen Elements)" von J. H. McLeod, Journal of the Optical Society of America, August 1954, Seiten 592 - 597, ist ein konisches Oberflächenlinsensystem beschrieben, das eine ebene Wellenfront in ein reelles oder virtuelles Linienbild umwandelt, das kollinear zu der optischen Achse ist. Der Vorteil dieses Typs eines Systems ist, daß eine sehr enge konische Lichtnadel wesentlicher Länge vorgesehen wird, was die Notwendigkeit eines Autofokussystems für viele moderne optische Systeme, so wie optische Speicher-Auslesevorrichtungen, ausschaltet. Der Effekt wird durch die Konvergenz und Verstärkung der ebenen Wellenfronten erreicht, die von der Axiconfläche nach unten gebrochen werden. Die axiale Position der Lichtlinie kann über die Apertur des sammelnden Axiconelementes gesteuert werden, und die Breite oder Abmessung der Lichtlinie kann durch die numerische Apertur oder den Konvergenzwinkel der Strahlen gesteuert werden. Da jedoch spezielle konische und andere asphärische Flächen benötigt werden, sind bisher die vollen Möglichkeiten dieses Typs eines optischen Systems nicht ausgenutzt worden.
Gemäß der Erfindung jedoch kann die Axiconwirkung erreicht werden, indem ein Illuminator 270 zusammen mit einer Phasenplatte 272 und einer sphärischen Linse 274 benutzt werden (mehr als ein brechendes Element kann verwendet werden, wenn dies gewünscht wird). Indem die vielfachen Plateaus in der Phasenplatte 272 so angeordnet werden, daß sie im wesentlichen gleiche Breite und Dicke haben, ungeachtet des Radius, wird die Wirkung einer konischen Linse im Zusammenhang mit der sphärischen Linse 274 verdoppelt. Die Lichtkrümmung an der Phasenplatte wird auf ungefähr 3º beschränkt. Wie es in Figur 14 zu sehen ist, geben die konvergierenden planaren Wellenfronten eine nutzbare Fokustiefe eines wesentlichen Ausmaßes. Es wird auch verstanden werden, daß die sphärische Aberration in der sphärischen Linse 274 korrigiert werden kann, falls gewünscht, in derselben Phasenplatte 272, indem Änderungen in den Multi-Plateau-Ringen eingebracht werden.
In den Figuren 15 und 16 ist die Anwendung der Konzepte gemäß der Erfindung auf ein zylindrisches Linsensystem gezeigt. Bei einer solchen Anwendung richtet der Illuminator 270 Licht mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften durch eine Phasenplatte 282 mit Multi-Plateau-Änderungen 284 in der Form paralleler Linien verschiedener Steigungen und Breiten. Die Steigungen und Breiten der Plateaus ändern sich nichtlinear realtiv zu der mittleren optischen Achse eines Satzes zylindrischer Linsen 286, 288, der auf demselben optischen Weg liegt. Kompensation durch Phasenverzögerung für Aberrationen in dem Satz zylindrischer Linsen 286, 288 wird durch die Phasenplatte 282 eingeführt, entsprechend der Position relativ zu der optischen Achse.
Es wird auch deutlich werden, daß Kombinationen aus Phasenplatten und zylindrischen Linsen hergestellt werden können, bei denen die Phasenplatte die Wirkung eines Schalenprismas oder eines Doppelprismas annähert, welche, in Kombination mit einem geeigneten Lichtprojektor, Lichtflächen erzeugen werden, die sich aus dem optischen System heraus erstrecken und in einer Ebene liegen, die die Achse des Zylinders enthält. Zusätzlich können diese und andere oben beschriebene Systeme gleichermaßen sowohl als Abbildesysteme als auch als Auslesesysteme innerhalb der Bildfelder, die so erzeugt worden sind, arbeiten.
Obwohl eine Anzahl von Hilfsmitteln und Abänderungen beschrieben worden sind, wird erkannt werden, daß die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, sondern alle Formen und Abänderungen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche umfaßt.

Claims

1. System zum Erzeugen eines Bildes, mit: einer Einrichtung (10) zum Liefern eines Ausleuchtstrahles von Licht, das über eine vorbestimmte minimale Zeitdauer zeitlich kohärent ist, entlang eines optischen Weges; einer Vielzahl von brechenden Linsenelementen (58, 62) in dem optischen Pfad, so angeordnet, daß sie das Bild mit einer vorbestimmten Aberration projizieren; und einer Durchlaß-Gittereinrichtung (60) in Reihe mit den brechenden Linsenelementen entlang des optischen Pfades zum Erzeugen lokal sich ändernden phasenverzögerter und neu orientierter Wellen in dem Strahl, um wenigstens teilweise die Aberration zu kompensieren; dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaß-Gittereinrichtung eine Vielzahl von Segmenten (68) aufweist, jedes mit einer Anzahl von Plateaus (70), wobei die optische Verzögerung jedes der Plateaus innerhalb jedes der Segmente durch einen bruchteilartigen Wellenlängenzuwachs in bezug auf die optische Verzögerung des vorangehenden Plateaus variiert und daß die Steigungen der Segmente, bestimmt durch die Verbundkontur, die durch die entsprechenden Sätze der Plateaus bestimmt ist, auf Winkel beschränkt sind, bei denen die Krümmung der lokalen Wellenfront, die durch die Durchlaß-Gittereinrichtung (60) läuft, ungefähr 5º nicht überschreitet.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die maximale Krümmung des Lichtes, verursacht durch die Durchlaß-Gittereinrichtung (60), ungefähr 3º beträgt.

3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Einrichtung zum Liefern eines ausleuchtenden Strahles eine im wesentlichen monochromatische Lichtquelle (10) aufweist.

4. System nach Anspruch 3, bei dem das Licht im ultravioletten Bereich des Spektrums liegt und eine Bandbreite der Größenordnung von 0,03 mm hat.

5. System nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem Einrichtung zum Liefern eines ausleuchtenden Strahles eine gepulste Laserquelle (12) umfaßt.

6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Einrichtung (10) zum Liefern eines ausleuchtenden Strahles so angeordnet ist, daß sie die Ausleuchtung in Form einer Vielzahl unabhängiger Lichtquellen durch den Strahlbereich liefert.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Einrichtung (10) zum Liefern eines ausleuchtenden Strahles so angeordnet ist, daß sie Licht liefert, daß zeitlich kohärent, jedoch von begrenzter räumlicher Kohärenz ist.

8. System nach Anspruch 7, bei dem die maximale Phasenverzögerung, die von der Durchlaß-Gittereinrichtung (16) erzeugt wird, wesentlich kleiner als die Zahl der Kohärenzwellen des Lichtes ist.

9. System nach Anspruch 8, bei dem die kumulative sphärische Aberration der beugenden Linsenelemente (58, 62) nicht mehr als etwa 75 Wellenlängen des Lichtes beträgt und das Licht eine zeitliche Kohärenz der Größenordnung von 10.000 Wellen hat.

10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Lichtquelle (10) ein Quellenmittel für kohärentes Licht (12) und eine EInrichtung (18) zum steuerbaren Absenken der räumlichen Kohärenz im Licht aus dem Quellenmittel für kohärentes Licht aufweist.

11. System nach Anspruch 10, einschließlich einer Einrichtung (36), die auf das Licht anspricht, um den Grad der räumlichen Kohärenz zu erfühlen, einer Einrichtung (68), die auf den erfaßten Grad der räumlichen Kohärenz anspricht, zum Steuern der Einrichtung (24, 34) zum Absenken derselben, und wobei die Lichtquellenmittel eine Einrichtung (12) zum Liefern von Lichtpulssequenzen umfaßt.

12. System nach Anspruch 11, bei dem die Einrichtung (18) zum steuerbaren Absenken der räumlichen Kohärenz ein Paar von Flächen (19, 27) mit zufallsartigen phasen-durchlässigen Mustern in dem Weg des Lichtes und eine Einrichtung zum Bewegen einer der Flächen relativ zu der anderen während der Pulssequenzen umfaßt.

13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Lichtquelle (10) in der Größenordnung von 10² Quellpunkten des Lichtes auf jeden Punkt in der Bildebene liefert.

14. System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Ausleuchteeinrichtung (10) einen Excimerlaser (12), einen Etalon-Abstimmhohlraum (14) und eine Phasen-Zufallsgeneratoreinrichtung (18) mit einem Paar Quasi-Zufalls-Phasenplatten (19, 27) in dem Ausleuchtepfad und eine Einrichtung (24) zum Ändern der räumlichen Beziehung der Lichtquellen relativ dazu umfaßt.

15. System nach einem der Ansprüche 10 bis 14, welches eine Einrichtung (44) aufweist, die auf die Lichtenergie der Ausleuchteinrichtung (12) zum Steuern der Belichtungsdauer anspricht.

16. System nach einem der Ansprüche 3 bis 15, bei dem das Licht monochromatisches Licht einer Wellenlänge von etwa 248 nm ist und die Periodizität des Lichtes derart ist, daß die Wellen eine zeitliche Kohärenz haben, die wenigstens 50 mal größer als die maximale Phasenverzögerung ist.

17. System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, welches eine kritische Apertur hat und bei dem die Durchlaß-Gittereinrichtung (60) an der kritischen Apertur angeordnet ist.

18. System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem die Sätze (68) der Plateaus (70) zunehmende Beträge der Phasenverzögerung in der Lichtenergie bei der kritischen Apertur liefern und die Lichtquelleneinrichtung (10) eine Vielzahl von Lichtquellen, die über den Strahlbereich verteilt sind, schafft.

19. System nach Anspruch 18, bei dem die Sätze (68) der Plateaus (70) konzentrische kreisförmige Muster (80 - 85) aufweisen.

20. System nach Anspruch 19, bei dem die kreisförmigen Muster sich nichtlinear ändernde Breiten haben.

21. System nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, bei dem die Plateaus (70) Multi-Plateau-Ringe (68) mit im wesentlichen periodischer radialer Breite und Beabstandung sind.

22. System nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die Durchlaß-Gittereinrichtung (60) ein System konzentrischer Multi-Plateau-Ringe (68) mit unterschiedlichen Steigungen und Breiten aufweist und einen sich fortschreitend ändernden Betrag der Phasenverzögerung bei der Beleuchtung liefert, die hindurchläuft, in Zuwächsen bis zu einem ganzzahligen Maximum, um eine Größenordnung von 1/20 Wellen in der Genauigkeit durch die zusammengesetzte Wellenfront zu liefern.

23. System nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem das optische System (58, 62) eine Aberration vom sphärischen Typ hat und die nichtlinearen Muster der Gittereinrichtung (60) eine sich ändernde Phasenverzögerung als eine Funktion des Radius erzeugen, wobei die Phasenverzögerung der Aberration vom sphärischen Typ des optischen Systems in bezug auf eine Phasenreferenz entgegengesetzt ist und diese kompensiert.

24. System nach einem der Ansprüche 18 bis 23, bei dem die Durchlaß-Gittereinrichtung (60) einen inneren Abschnitt mit einer ersten Vielzahl von Ringen (68), jeder definiert durch eine Abfolge von Plateaus (70); einen Zwischenabschnitt mit einer zweiten Vielzahl von Ringen (88), jeder definiert durch eine Abfolge von Plateaus; und wenigstens einen Bezugssektor mit einer Vielzahl von Ringen (228) aus abwechselnd durchlässigem und nichtdurchlässigem Material, das ein Beugungsgitter definiert, aufweist; wobei alle Ringe zu einer Mittelachse konzentrisch sind.

25. System nach Anspruch 24, bei dem die erste Vielzahl von Ringen (68) bezüglich Dicken und Breiten für die selektive Phasenverzögerung lokaler Licht-Wellenfronten in dem ultravioletten Bereich mit einzelnen Plateaus (70) bemessen ist, sich ändernd durch regelmäßige Bruchteile der Wellenlänge des ultravioletten Lichtes; wobei die Dicken und Breiten der zweiten Vielzahl von Ringen (88) in dem durchlässigen Bereich so gewählt werden, daß die lokalen Wellenfronten des Lichtes in dem roten Bereich modifiziert werden; und wobei die oder wenigstens einer der Referenzsektoren (228) Bänder (232, 237) radial getrennter Ausrichte-Gitterringe mit ausgewählten Lichtkrümmleistungen, einen äußersten Satz von Bezugsringen (151) und einen innersten Satz von Bezugsringen (183) umfaßt.

26. System nach Anspruch 25, bei dem das Substrat (64) einen Basishöhenwert hat und Spuren innerhalb der Ringe (68) einzelne Plateaus (70) definieren, die sich durch Zuwächse von einem Achtel mit einer maximalen Höhe gleich etwa sieben Achteln der Wellenlänge des monochromatischen Lichtes geteilt durch den Unterschied zwischen den Brechungsindizies des Substrates und der umgebenden Luft ändern, so daß acht Plateaus pro nominalem Ring (68) vorliegen, und wenigstens einige Spuren teilweise undurchlässig sind, um eine Lichtblockierung der lokalen Wellenfronten zu schaffen, und wobei die Abfolgen der Plateaus in der Art der Phase (86) unterbrochen werden, um eine Pupillenfunktion zu liefern, die wenigstens drei Zonen in dem für ultraviolettes Licht durchlässigen Bereich hat.

27. System nach einem der Ansprüche 1 bis 26, bei dem das optische System (58, 62) eine bekannte chromatische Dispersion hat und die chromatische Dispersion in der Gittereinrichtung (60) der des optischen Systems entgegengesetzt ist.

28. System nach einem der Ansprüche 1 bis 27, bei dem die Sätze (68) der Plateaus mit wenigstens einer Phasenänderung (86) von 90º oder 180º bei einem Bruchteil der kritischen Apertur ausgebildet sind.

29. System nach einem der Ansprüche 1 bis 28, bei dem die Sätze (68) der Plateaus mit Phasenänderungen (86) an verschiedenen zunehmenden Radien ausgebildet sind, wobei eine Pupillenfunktion gebildet wird, die mehr als einen ringförmigen Bereich umfaßt.

30. System nach einem der Ansprüche 1 bis 29, bei dem ausgewählte der Plateaus (70) teilweise durchlässig oder undurchlässig sind, entsprechend einer ausgewählten Pupillenfunktion.

31. System nach einem der Ansprüche 1 bis 30, bei dem das optische System (58, 62) und die Phasendurchlaß-Gittereinrichtung (60) so ausgebildet sind, daß das Licht in konvergierende ebene Wellenfronten gekrümmt wird, welche eine enge langgestreckte Ausleuchtung entlang einer Mittelachse erzeugen.

32. System nach einem der Ansprüche 1 bis 31, bei dem das optische System eine zylindrische Linseneinrichtung aufweist und das Phasendurchlaß-Gitter eine Vielzahl im wesentlichen paralleler Multi-Plateau-Spuren aufweist, im wesentlichen parallel zu der Achse, um die sich die Zylinderlinseneinrichtung krümmt.

33. System nach einem der Ansprüche 1 bis 32, das ein Mikroskop zum Betrachten eines Gegenstandes aufweist, wobei das Mikroskop beugende Element mit einem Grad der tolerierten Aberration vom sphärischen Typ umfaßt und die Gittereinrichtung die Aberration vom sphärischen Typ kompensiert.

34. System nach einem der Ansprüche 1 bis 33, bei dem das optische System transparente Abdeckeinrichtungen umfaßt und die Gittereinrichtung die sphärische Aberration der Abdeckeinrichtung kompensiert.

35. System nach einem der Ansprüche 1 bis 34, bei dem die brechenden Linsenelemente (58, 62) zusammen die Lichtabbildung liefern, welche einen hohen Grad der Korrektur der Aberrationskomponenten besitzt, welche sich mit der Bildhöhe oder mit der Winkelrichtung des Strahlenmeridians bei der kritischen Apertur ändern; und die Durchlaß-Gittereinrichtung (60) an der kritischen Apertur in dem Weg der Strahlausleuchtung ist und mit den brechenden Linsenelementen für die Phasenverzögerung und Neuausrichtung der Beleuchtung gemäß einer zweiten vorbestimmten Funktion der Strahlhöhe an der kritischen Apertur zusammenwirkt.

36. System nach einem der Ansprüche 1 bis 35, bei dem die Durchlaß-Gittereinrichtung (60) eine markierte Gitterleuchtplatte mit einem mikrolithographischen Muster von sich zunehmend ändernden engen Spuren (70) ist, wobei die differentielle Höhe der Spuren auf der Platte auf einem Maximalwert ist, abgestuft auf das Verhältnis einer Wellenlänge des einfallenden monochromatischen Lichtes bei einer ausgewählten Wellenlänge, dividiert durch den Brechungsindex der Platte (60), wobei die Breite der Spuren so abgestuft ist, daß eine lokale Phasenverzögerung der Wellenfront entsprechend einer vorbestimmten Funktion bis innerhalb etwa 1/20 Wellenlängen des monochromatischen Lichtes über die Apertur geliefert wird, um die Neuverteilung der Mikrostruktur der Wellenfront zu bewirken.

37. System nach Anspruch 36, bei dem das monochromatische Licht in dem ultravioletten Bereich liegt, bei dem die Spuren (70) konzentrisch und in periodischen Abfolgen angeordnet sind, bei denen die Höhen sich progressiv ändern, und bei dem die Spurbreiten im Minimum in der Größenordnung von einem Mikrometer sind.

38. System nach einem der Ansprüche 1 bis 37, bei dem es eine Pupillenfunktion mit sechs ringförmigen Zonen (80 - 85) für die Zunahme der Fokustiefe gibt und bei dem die Spuren oder Plateaus (28) in Ringen (70) mit acht Spuren pro nominalem Ring angeordnet sind, wobei sie inkremental mit 1/8 Wellenlängen optischer Verzögerungsschritte von 0 bis 7/8 Wellenhöhen variieren und die maximale Höhenänderung der Spuren etwa 0,427 Mikrometer beträgt.

39. System nach einem der Ansprüche 1 bis 38, bei dem die Plateaus (70) durch lichtdurchlässige Siliziumoxidschichten definiert sind, die auf einem lichtdurchlässigen Substrat (84) abgelagert sind.

40. System nach Anspruch 39, bei dem die Plateaus (70) durch Schichten sich ändernder Tiefen definiert sind, die von der nominalen Fläche eines lichtdurchlässigen Substrates (201) entfernt werden.

41. System nach einem der Ansprüche 1 bis 40, bei dem die Durchlaß-Gittereinrichtung (60) wenigstens eine Phasenplatte aufweist, welche ein holographisches Element enthält, das in einem Bragg-Bereich arbeitet und auch als ein asphärisches Element wirkt, aufweist, um die Rest-Aberration der brechenden Elemente zu kompensieren.

42. System nach einem der Ansprüche 1 bis 41, bei dem wenigstens eine Phasenplatte (60) eine Einrichtung aufweist, welche ein flächenmäßig aufgeteiltes durchlässiges Element definiert, das die Aberration vom sphärischen Typ und die nicht-sphärische Aberration kompensiert.

43. System nach Anspruch 42, bei dem die nicht-sphärische Aberration die chromatische Aberration umfaßt.

44. System nach Anspruch 42, bei dem die kumulative chromatische Aberration der brechenden Elemente (58, 62) positiv ist und die der Durchlaß-Gittereinrichtung (60) negativ ist, wenigstens bei einer ausgewählten Wellenlänge.

45. System nach Anspruch 43, bei dem die Vielzahl der brechenden Linsen (58, 62) in Kombination eine negative chromatische Dispersion haben und die Durchlaß-Gittereinrichtung (60) eine positive Basisleistungskrümmung hat, entgegengesetzt, jedoch im wesentlichen angepaßt an die chromatische Dispersion der brechenden Linsen.

46. System nach einem der Ansprüche 43 bis 45, bei dem die monochromatische Ausleuchteinrichtung (10) einen Excimerlaser (12) aufweist, mit einer chromatischen Steuerung, die durch die korrigierende Phasenplatte (60) kompensiert wird.

47. System nach einem der Ansprüche 1 bis 46, das wenigstens zwei Phasenplatten (60) aufweist, die in Reihe entlang des optischen Systems angeordnet sind.

48. System nach einem der Ansprüche 1 bis 47, einschließlich einer ersten Durchlaß-Gitterstruktur (68), definiert durch die Durchlaß-Gittereinrichtung (60); eine zweite Durchlaß-Gitterstruktur (88), von der erstgenannten Durchlaß-Gitterstruktur abgesetzt; und einer zweiten monochromatischen Lichtquelleneinrichtung (90) einer zweiten Wellenlänge, die die zweite Durchlaß-Gitterstruktur zum Ausrichten des Objektes (52), das ausgeleuchtet werden soll, ausleuchtet.

49. System nach Anspruch 48, bei dem das erste Durchlaß- Gittermuster (68) durch eine Vielzahl konzentrischer Spuren (70) in einem Innenbereich der Durchlaß-Gittereinrichtung (60) definiert ist und bei dem die zweite Durchlaß-Gitterstruktur (88) ein ringförmiges Muster ist, daß um den Innenbereich angeordnet ist.

50. System nach Anspruch 49, bei dem die erste und zweite Durchlaß-Gitterstruktur jeweils eine Vielzahl konzentrischer Ringe (68, 88) aufweist, jede definiert durch eine Stufenfolge von Plateaus sich ändernder Höhe (70) auf einem durchlässigen Substrat (64).

51. System nach Anspruch 50, bei dem der erste ausleuchtende Strahl im ultravioletten Bereich liegt und bei dem die zweite monochromatische Lichtquelleneinrichtung (90) in dem roten Bereich arbeitet und bei dem die zweite monochromatische Lichtquelleneinrichtung und die zweite Durchlaß- Gitterstruktur (88) einen feinfokussierten Referenzstrahl in einer Objektebene für das Bild, das durch den ersten ausleuchtenden Strahl und die erste Durchlaß-Gitterstruktur (68) definiert ist, liefern.

52. System nach Anspruch 51, mit asphärischen Einrichtungen (93, 94), die entlang dem optischen Weg angeordnet sind, um das Licht aus der zweiten Lichtquelle (90) in eine ringförmige Pupille eines Durchmessers zu formen, der dem der zweiten Durchlaß-Gitterstruktur (88) entspricht.