DE4110296A1

DE4110296A1 - Optisches system zur katadioptrischen verkleinerungsprojektion

Info

Publication number: DE4110296A1
Application number: DE4110296A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Ichihara; Hideo Mizutani; Sumio Hashimoto; Yutaka Suenaga
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1991-03-28
Publication date: 1991-10-02
Also published as: JPH03282527A; JP2847883B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrichtung zur Verwen dung bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements, und insbesondere ein optisches System zur katadioptrischen Ver kleinerungsprojektion eines vergrößerten realen Elementmusters, auf ein Fadenkreuz beziehungsweise eine Strichplatte oder eine Netzstruktur.

Integrierte Halbleiterschaltkreise sind mit Bezug auf ihre Struktur zunehmend feiner und feiner geworden und eine Be lichtungsvorrichtung zur Herstellung eines entsprechenden Musters bedarf dementsprechend einer höheren Auflösung. Um diese Erfordernis zu erfüllen, ist es notwendig, die Wellen länge einer gegebenen Lichtquelle zu verkürzen und die Blenden zahl (Numerische Apertur) des optischen Systems zu erhöhen. Wenn die Wellenlänge jedoch verkürzt wird, so ist die Aus wahl an Glasmaterial, das praktisch eingesetzt werden kann, aufgrund der Lichtabsorption stark eingeschränkt.

Wenn die Wellenlänge kürzer ist als 300 nm, so kommen als praktisch einsetzbare Glasmaterialien lediglich syntheti siertes Quarz oder Flußspat (Calciumfluorid) in Betracht.

Flußspat ist jedoch durch eine unzulängliche Temperatur charakteristik gekennzeichnet, so daß dieses Material lediglich für einen kleinen Teil der optischen Elemente des optischen Systems eingesetzt werden kann, auf keinen Fall jedoch für die Mehrzahl dieser Elemente. Darüber hinaus ist es sehr schwierig, ein optisches Projektions system herzustellen, welches die vorstehend genannten An forderungen durch lediglich ein Refraktionssystem beziehungs weise Strahlenbrechungssystem erfüllt. Es ist nahezu unmöglich, ein optisches Projektionssystem mit einer großen Blendenzahl auf der Grundlage lediglich eines Reflexionssystems herzu stellen, und zwar aufgrund von Problemen mit der Aberrations korrektur.

Es sind in der Vergangenheit unterschiedliche Techniken vor geschlagen worden, um das optische Projektionssystem durch die Kombination eines Reflexionssystems mit einem Refraktions system auszubilden. Ein derartiges Beispiel ist in dem US-Patent 47 47 678 beschrieben, und zwar anhand eines optischen Systems auf der Grundlage eines ringförmigen Gesichtsfeldes. Bei diesem optischen System werden achsenferne Lichtstrahlen eingesetzt, um zwischen einem einfallenden und einem ausfallenden Licht Interferenz herzustellen, wobei ausschließlich außerachsige Ringbandabschnitte als Belichtungsbereiche eingesetzt werden. Aufgrund dieser Anordnung ist es schwierig, die Blendenzahl zu erhöhen. Da es ferner nicht möglich ist, einen vollständigen Wafer mit Licht zu belichten, wenn ein Muster auf einer Strichplatte oder einem Fadenkreuz oder einer Maske auf den Wafer übertragen werden soll, ist es erforderlich, die Belichtung durchzuführen, während die Strichplatte und der Wafer mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt werden, die festgelegt sind durch das Verkleinerungsverhältnis des optischen Systems. Aufgrund dieser Gegebenheit ist der mechanische Aufbau dieser Anordnung kompliziert und es ist ausgesprochen schwierig, die Übertragung eines hochfeinen Musters mit hoher Präzision vorzunehmen.

Die US-PS 36 98 808 offenbart eine Projektionsbelichtungs vorrichtung, die ein katadioptrisches System umfaßt, welches ein vollständiges Strichplatten- oder Fadenkreuzbild projiziert, und zwar mittels eines auf Achse liegenden Lichtstrahles unter Verwendung eines Strahlenteilers innerhalb des optischen Projektionssystems. Bei dieser bekannten Vorrichtung treten aufgrund einer Reflexion in der Refraktionsebene des optischen Systems vor dem Strahlenteiler viele Streulichtflecke auf, und die Eigenschaften des Strahlenteilers, wie beispielsweise die Unregelmäßigkeit des Reflexionsfaktors, der Absorption und der Phasenänderung finden keine Berücksichtigung. Deshalb ist die Auflösung bei dieser bekannten Vorrichtung gering, weshalb sich diese Vorrichtung nicht als Belichtungsvorrichtung bei der Herstellung eines Halbleiters eignet. Außerdem ist die Lichtausbeute aufgrund des Intensitätsverlustes durch den Strahlenteiler mit 25 bis 10% sehr niedrig.

Die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2-66 510, entsprechend der US-Patentanmeldung Serien-Nr. 2 23 968, ein gereicht am 15. Juli 1988, offenbart ein optisches System, welches ein katadioptrisches optisches System umfaßt, und zwar unter Verwendung eines Strahlenteilers innerhalb des optischen Projektionssystems. Bei diesem optischen System treten jedoch viele Streulichtflecke auf, und zwar ähnlich dem vorstehend genannten optischen System. Weiterhin ist der Lichtverlust groß und die Auflösung gering, und zwar aufgrund der Unregelmäßigkeit des Reflexionsfaktors an dem Strahlenteiler und der Unregelmäßigkeit der Phasenänderung an einem Einfallwinkel, verursacht durch die Absorptions charakteristik und den Mehrschichtenfilm. Dieses bekannte optische System weist also bei der praktischen Anwendung entscheidende Nachteile auf.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches Verkleinerungssystem zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Insbesondere besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein optisches Ver kleinerungssystem zu schaffen, das auf der Grundlage eines katadioptrischen Systems gute Fokussiereigenschaften aufweist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein optisches System zur katadioptrischen Verkleinerungsprojektion mit einer großen Blendenzahl zu schaffen, das im Betrieb wenig Streu licht beziehungsweise eine geringe Anzahl an Streulicht flecken erzeugt. Schließlich besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein optisches Verkleinerungssystem zu schaffen, das innerhalb des optischen Projektionssystems einen Strahlen teiler umfaßt, wobei die Herabsetzung der Auflösung verhindert wird, die herkömmlicherweise verursacht ist durch die Unregel mäßigkeit des Reflexionsfaktors am Strahlenteiler und die Unregelmäßigkeit der Phasenänderung. Endlich besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein optisches Verkleinerungsprojek tionssystem zu schaffen, bei dem Aberrationen korrigiert sind, einschließlich des Astigmatismus, der Verzerrung (Verzeichnung) und der chromatischen Aberration durch Kombination eines Reflexionssystems, eines Refraktionssystems, eines Polarisa tionsstrahlenteilers und eines Viertel-Wellenlängenplättchens, wobei die genannte Korrektur auch in einem Wellenlängenband erreicht wird, bei welchem das Projektionsobjektiv nicht aus schließlich als Refraktionssystem hergestellt werden kann.

Das erfindungsgemäße optische Verkleinerungssystem umfaßt ein optisches System in Gestalt einer Kombination eines Reflexions systems und eines Refraktionssystems, und das System ist aus gelegt zur Verkleinerungsprojektion eines vorbestimmten Musters, das auf einer ersten Ebene vorliegt, auf eine zweite Ebene.

Grundsätzlich weist dieses System einen Aufbau auf, der in dem US-Patent 36 98 808 offenbart ist.

Um eine Belichtung über einen ausgedehnten weiten Bereich zu ermöglichen, wird ein auf Achse liegender Lichtstrahl verwendet, und ein Polarisationsstrahlenteiler sowie ein Viertel-Wellenlängenplättchen sind vorgesehen, um einfallendes Licht von reflektiertem Licht zu trennen. Der Lichtstrahl, mit welchem der Polarisationsstrahlenteiler beaufschlagt wird, wird durch eine erste Linsengruppe mit positiver Strahlenbrechung oder positiver Refraktion in einen im wesent lichen kollimierten Lichtstrahl umgewandelt. Eine zweite Linsengruppe zum Umleiten des Lichtstrahls ist zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler und einem konkaven Reflexions spiegel angeordnet. Das durch den konkaven Spiegel reflektierte Licht wird durch die zweite Linsengruppe in nahezu kollimiertem Zustand an den Polarisationsstrahlenteiler zurückgeführt. Der von der zweiten Linsengruppe über den Polarisationsstrahlen teiler geführte Lichtstrahl wird durch eine dritte Linsen gruppe fokussiert, die eine positive Brechkraft aufweist, um ein verkleinertes Bild zu erzeugen.

Die vorliegende Erfindung soll nunmehr im einzelnen anhand der in Fig. 1 gezeigten schematischen Anordnung näher be schrieben werden. Das erfindungsgemäße optische System umfaßt eine erste Linsengruppe G₁ positiver Brechkraft, mit welcher ein Lichtstrahl von einer ersten Ebene (entsprechend einer Netz- oder Fadenkreuzebene) 10 in einen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl umgewandelt wird, einen Polarisations strahlenteiler 11 zum Teilen des Lichtstrahls von der ersten Linsengruppe G₁ in Reflexions- und Transmissionsanteile ent sprechend dem Polarisationszustand, eine zweite Linsengruppe G₂, die eine negative Brechkraft aufweist und in einem Licht strahl angeordnet ist, der durch den Polarisationsstrahlen teiler 11 aufgeteilt ist, um den von dem Polarisationsstrahlen teiler 11 abgegebenen Lichtstrahl zu divergieren oder zu verbreitern, einen konkaven Reflexionsspiegel 13 zum Fokussieren des verbreiterten Lichtstrahls von der zweiten Linsengruppe G₂ und zum Zurückführen dieses Lichtstrahls zu dem Polarisations strahlenteiler 11 über die zweite Linsengruppe G₂, eine dritte Linsengruppe G₃, die eine positive Brechkraft aufweist, um den von dem konkaven Reflexionsspiegel 13 reflektierten sowie von dem Polarisationsstrahlenteiler 11 emittierten Lichtstrahl zu bündeln, und zum Erzeugen eines verkleinerten Bildes des Musters der ersten Ebene 10 auf eine zweite Ebene (entsprechend einem Wafer) 20, und ein Viertel-Wellenlängenplättchen 12, das zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler und dem konkaven Reflexionsspiegel angeordnet ist.

Vorzugsweise ist der Polarisationsstrahlenteiler so aufgebaut, daß er den Lichtstrahl durchläßt, welcher den konkaven Reflexions spiegel 13 von der ersten Ebene erreicht sowie so, daß er den Lichtstrahl reflektiert, der von dem konkaven Reflexions spiegel reflektiert worden ist und die zweite Ebene erreicht. Der von der ersten Linsengruppe G₁ gebündelte und auf den Polarisationsstrahlenteiler gerichtete Lichtstrahl ist vor zugsweise im wesentlichen parallel zu einer optischen Achse AX1 ausgerichtet und der durch den konkaven Reflexionsspiegel reflektierte und daraufhin durch den Polarisationsstrahlenteiler reflektierte und auf die dritte Linsengruppe G₃ gerichtete Licht strahl verläuft ebenfalls im wesentlichen parallel zu einer optischen Achse AX2.

Die Polarisationsebene beziehungsweise die Polarisationsauf teilungsebene des Polarisationsstrahlenteilers kann auf einer abgeschrägten Ebene vorgesehen sein, mit Bezug auf welche zwei rechteckige Prismen miteinander verbunden sind, oder sie kann auf einer dünnen planparallelen Platte ausgebildet sein, die mit Bezug auf die optische Achse geneigt angeordnet ist. Vorzugsweise wird für den erfindungsgemäßen Polarisations strahlenteiler ein Strahlenteilerkubus eingesetzt, der eine Polarisationsteilungsebene oder eine Polarisierebene eines dielektrischen Mehrschichtenfilms aufweist, der auf einer abgeschrägten Ebene ausgebildet ist, mit Bezug auf welche die beiden Prismen miteinander verbunden sind.

Bevor näher auf die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile eingegangen wird, soll das Ergebnis einer Untersuchung mit Bezug auf schädliches Streulicht und Lichtverlust darge stellt werden, das für die Anordnung ermittelt worden ist, die in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2-66 510 beschrieben ist.

Die Fig. 2 zeigt schematisch das in der japanischen offen gelegten Patentanmeldung Nr. 2-66 510 beschriebene optische System. Ein Lichtstrahl von einer Vorlage oder einer Strich platte 1, auf welcher ein zu verkleinerndes Muster dargestellt ist, passiert eine Linse 2 positiver Brechkraft, einen Strahlen teiler 3 und eine Korrekturlinse 4 und wird durch einen konkaven Spiegel 5 reflektiert. Der von dem konkaven Spiegel 5 reflek tierte Lichtstrahl passiert erneut die Korrekturlinse 4 und wird durch den Strahlenteiler 3 reflektiert sowie durch eine Linse 6 positiver Brechkraft fokussiert, um ein verkleinertes Bild des Vorlagenmusters auf dem Wafer 7 zu erzeugen.

Wenn der Lichtstrahl von der Vorlage 1 den Strahlenteiler 3 durchsetzt, wird das einfallende Licht durch einen transparenten Film in einen reflektierten Lichtanteil und einen transmittierten Lichtanteil aufgeteilt, wobei jedoch die Hälfte des Lichts re flektiert wird, und wobei das Licht durch die Absorption durch den transparenten Film weitgehend (mit Bezug auf seine Intensität) verlorengeht. Da nahezu die Hälfte des reflektierten Lichts reflektiert und gestreut wird durch die umgebende Linsen und Strahlenteilerfassung, entsteht Streulicht (flare). Wenn das von dem konkaven Spiegel 5 reflektierte Licht an den Strahlen teiler 3 zurückgeführt und dabei reflektiert wird, so wird nahezu die Hälfte des Lichts durchgelassen. Das transmittierte oder durchgelassene Licht erzeugt einen Lichtverlust, und es wird durch die Vorlage 1 reflektiert und passiert denselben Lichtweg wie das fokussierte Licht und erreicht den Wafer 7. Dementsprechend wird ein sehr starkes Geisterbild und zusätzlich Streulicht erzeugt. Da außerdem das von der Oberfläche der Linse 6 positiver Brechkraft sowie dem Wafer reflektierte Licht durch den Strahlenteiler 3 und den konkaven Spiegel 5 reflektiert wird und erneut den Wafer erreicht, erzeugt auch dieses reflektierte Licht Streulicht.

Wenn man annimmt, daß das Reflexionsvermögen des Strahlenteilers 3 50% beträgt und das Reflexionsvermögen des Wafers 3%, so beläuft sich das Streulicht auf 4 bis 10% der Strahlungs intensität (Belichtungsstärke), mit welcher die Vorlage be aufschlagt wird. Da das für die Grenzauflösung zulässige Streulicht ungefähr 2% beträgt, ist die herkömmliche Anordnung entsprechend von Nachteil.

Für den herkömmlichen transparenten Strahlenteilerfilm wird ein dünner metallischer Film eingesetzt. Da der Metallfilm eine starke Lichtabsorption verursacht, ist der Lichtverlust groß. Außerdem verursacht er eine Änderung des Brechungsindex des optischen Systems sowie eine Änderung mit Bezug auf seine Gestalt aufgrund von durch die Lichtabsorption erzeugter Wärme, so daß dieses optische System eine merkliche Aberration aufweist. Aus diesem Grunde ist es notwendig, einen dielektrischen Mehr lagenfilm als hocheffizienten transparenten Film zu verwenden. Mit Bezug auf einen solchen transparenten Film in Gestalt eines dielektrischen Mehrlagen- oder Mehrschichtenfilms ist jedoch festgestellt worden, daß nicht nur die Winkelabhängigkeit der Reflexion unregelmäßig ist, sondern auch die Winkelabhängig keit der Phasenänderung, welche durch die Reflexionsänderungen in signifikanter Weise hervorgerufen wird.

Die Unregelmäßigkeit oder Ungleichförmigkeit der Reflexion und der Phasenänderung aufgrund des transparenten Films 3a des Strahlenteilers 3 werden nachfolgend näher erläutert. Der dielektrische Mehrschichtenfilm weist den Vorteil einer geringen Absorption auf. Dahingegen ist dieser Film gekenn zeichnet durch eine Winkelabhängikeit, weil die Durchlässig keit und die Reflexion und zusätzlich die Phase sich mit Winkeländerungen ändern. Wenn das auf den Strahlenteiler 3 gerichtete Licht kein kollimiertes Licht ist, sondern ein konvergierender oder breiter Lichtstrahl, so ändern sich die Durchlässigkeit und das Reflexionsvermögen von einem Ort zum andern der Wellenebene. Dadurch verringert sich die Lichtintensität an der Peripherie der Wellenebene ebenso wie die effektive Blendenzahl (N.A.), so daß sich insgesamt die Auflösung verringert. Da sich außerdem die Phase von einem Ort zum andern der Wellenebene ändert, wird eine Wellenebenen aberration erzeugt. Da mit dem herkömmlichen System also nicht nur eine Herabsetzung der Auflösung verbunden ist, sondern auch eine Verzerrung auftritt (Verzeichnungsfehler), ist dieses System weniger geeignet als Vorrichtung zur Herstellung feingemusterter Halbleiter.

Die Fig. 3A und 3B zeigen Beispiele des Reflexionsvermögens und der Durchlässigkeit sowie des Phasenänderungsverlaufs des Polarisationsstrahlenteilers. Bei der das Reflexionsvermögen und die Durchlässigkeit betreffenden Fig. 3A ist auf der Abszisse der Einfallswinkel und auf der Ordinate das Reflexions vermögen und die Durchlässigkeit dargestellt. Die durchgezogene Linie TA zeigt die Durchlässigkeit und die durchbrochene Linie RA das Reflexionsvermögen. In der die Phasenänderung betref fenden Fig. 3B ist auf der Abszisse der Einfallswinkel und auf der Ordinate die Phasenänderung dargestellt. Die durch gezogene Linie TA betrifft von dem transparenten Film durch gelassenes Licht und die durchbrochene Linie RA betrifft von dem transparenten Film reflektiertes Licht.

Nachfolgend soll näher dargestellt werden, in welcher Weise die Ungleichmäßigkeit der Phasenänderung die Auflösung be einträchtigt.

In Fig. 4 ist dargestellt, wie der von dem transparenten Film 30 reflektierte Lichtstrahl auf einer vorbestimmten Ebene durch die positive Linse 31 beziehungsweise die Linse 31 mit positiver Brechkraft fokussiert wird. Ein auf der Achse liegendes Licht wird auf den transparenten Film 30 mit einem Einfallwinkel R₀ gerichtet und mit einem Reflexions winkel R₀ reflektiert sowie auf die positive Linse 31 fokus siert, um ein Bild zu erzeugen. Unter der Annahme, daß ein Winkel zwischen einem Hauptlichtanteil des Lichtstrahls, der einen achsenfernen Lichtpunkt erreicht und der optischen Achse R₁ beträgt, und der Winkel zwischen dem achsenfernen Hauptlichtanteil und einem achsenfernen peripheren Lichtanteil R₂ beträgt, so liegt die Phasenänderung des Lichtstrahls, der zur Bildung des achsenfernen Lichtpunkts beiträgt, wie in Fig. 5 gezeigt, im Bereich von R₁ ± R₂. Fig. 5 zeigt die Phasenänderung beziehungsweise den Phasenänderungsverlauf des von dem transparenten Film reflektierten Lichts. Die Breite oder Verbreiterung der Phasenänderung des Lichtstrahls in diesem Bereich beträgt Δ Φ. Die Wellenebenenaberration auf der Pupillenebene des optischen Systems weist eine Breite oder Verbreiterung Δ Φ auf, welche der Breite der Phasenänderung entspricht (siehe Fig. 6). Sie weist einen Verlauf oder eine Charakeristik entsprechend dem Verlauf oder der Charakteristik der Phasenänderung auf.

Wie in Fig. 6 durch eine tangentiale Linie 1 dargestellt, gibt der Gradient im Zentrum der Pupillenebene an, daß ein aktueller Fokussierpunkt von einem theoretischen Bildpunkt auf der Bildebene versetzt ist. Da außerdem die Krümmung der Wellenebene in der Einfallsebene (Zeichnungsebene) liegt, findet die Defokussierung in dieser Ebene statt. Daraus folgt, daß die Krümmung der Wellenebene in einer Richtung senkrecht zu der Einfallsebene (Zeichnungsebene) gering ist und ein deutlicher Astigmatismus erzeugt wird. Aufgrund der in Fig. 6 dargestellten Wellenebenenaberration findet eine Versetzung des Bildes und ein Astigmatismus statt, so das die Bildqualität verschlechtert ist.

Zieht man die beiden außerhalb der Achse liegenden Licht strahlen (mit dem Einfallswinkel R₀ ± R₁) um die optische Achse in Betracht, so wird deutlich, daß der Gradient bei R₀-R₁ und der Gradient bei R₀+R₁ voneinander verschieden sind, und zwar aufgrund der Phasenänderungskurven von Fig. 5.

Das bedeutet, daß die Versetzungen des Bildpunkts ver schieden sind, wodurch eine Verschlechterung oder Verzerrung des Bildes erzeugt wird. Da es sich bei diesen Astigmatismus- und Verzerrungsaberrationen um nicht punktsymmetrische Aber rationen handelt, ist es schwierig, diese in einem normalen optischen System zu korrigieren.

Daraus folgt, daß, wie in Fig. 3B dargestellt, die Größe TA des durch den transparenten Film durchgelassenen Lichts sich in einem großen Umfang linear ändert und sich die Größe RA des reflektierten Lichts in großem Umfang krümmt. Aus diesem Grunde ist bei einem derartigen transparenten Film, unabhängig davon, ob oder wie weit die Fokussierqualität des Linsensystems erhöht wird, die Herabsetzung der Auflösung aufgrund der Phasenänderung in dem transparenten Film unvermeidbar. Das von dem transparenten Film reflektierte Licht erzeugt einen signi fikanten Astigmatismus, und außerdem ist die Verzerrungsaber ration unvermeidlich.

Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Anordnung werden bei dem in Fig. 1 dargestellten erfindungs gemäßen optischen System der Lichtverlust und das Streulicht durch Verwendung des Polarisationsstrahlenteilers reduziert und die Verschlechterung der Auflösung sowie die Verzerrungs aberration können verhindert werden.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben überraschender weise herausgefunden, daß die Polarisierebene beziehungs weise die Polarisationsteilungsebene in dem Polarisations strahlenteiler, obwohl dieser Teiler eine Mehrlagenfilm struktur aufweist, eine hinreichend stabile Phasenänderungs eigenschaft in dem transparenten Film aufweist. Wie in Fig. 7B gezeigt, wird die Phasenänderung Tp eines p-polarisierten Lichts, welches durch die Polarisationsebene hindurchgelassen wird, durch eine mäßig gekrümmte im wesentliche gerade Linie dargestellt, während die Phasenänderung Rs eines reflektierten s-polarisierten Lichts durch eine im wesentlichen horizontale gerade Linie dargestellt wird. Daraus ergibt sich, daß ein fokussiertes Bild durch das p-polarisierte Licht, welches durch die Polarisationsebene hindurchgelassen wird, eine Wellenebene aufweist, die auf der Pupillenebene geringfügig geneigt ist und eine geringfügige Versetzung des Bildpunktes auf der Bild ebene erzeugt, wohingegen ein fokussiertes Bild durch das s-polarisierte Licht, das durch die Polarisationsebene re flektiert worden ist, einen im wesentlichen konstanten Phasen änderungsverlauf über einen weiten Winkelbereich aufweist sowie keinen Gradienten der Wellenebene, so daß das optische System durch eine hochwertige Fokussierung gekennzeichnet ist. Fig. 7A zeigt den Verlauf des Reflexionsvermögens des Polarisations strahlenteilers.

Aufgrund dieses Phasenänderungsverlaufs in der Polarisations ebene, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsebene eine Eigenschaft aufweist, dem nach der von der ersten Ebene auf den konkaven Reflexions spiegel auftreffende Lichtstrahl als transmittierter oder durchgelassener Lichtstrahl dient, während der von dem konkaven Reflexionsspiegel reflektierte, die zweite Ebene erreichende Lichtstrahl als reflektierter Lichtstrahl dient.

Vom Standpunkt der Aberrationskorrektur ist es relativ einfach, den Lichtstrahl von der ersten Ebene durch die erste Linsen gruppe G₁ in einen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl zu überführen. Um ein gewünschtes Verkleinerungsverhältnis zu erreichen, ist es vom Standpunkt der Ausgewogenheit der Aberrationskorrektur erforderlich, den Lichtstrahl in einem gewissen Umfang zu konvergieren oder zu bündeln, der von dem konkaven Reflexionsspiegel reflektiert und durch die zweite Linsengruppe G₂ negativ gebrochen wird. Die Erfinder vor liegender Erfindung haben weiterhin herausgefunden, daß es von Vorteil ist, die Eigenschaft des Polarisationsstrahlen teilers auszunützen, die darin besteht, daß ein hohes Re flexionsvermögen in einem großen Winkelbereich vorhanden ist, wobei außerdem eine geringe Phasenänderung für den Lichtstrahl erfolgt, der von dem konkaven Reflexionsspiegel reflektiert und durch die zweite Linsengruppe G₂ negativer Brechkraft hindurchgelassen wird.

Wie in Fig. 7A gezeigt, ist der Polarisationsstrahlenteiler gekennzeichnet durch eine hervorragende Polarisiereigenschaft, demnach der Transmissionsfaktor Tp des p-polarisierten Lichts, das mit einem Einlaßwinkel von nicht weniger als 46° hin durchgelassen ist, nicht geringer ist als 90%, während das Reflexionsvermögen des s-polarisierten Lichts Rs, das mit einem Einfallswinkel von nicht mehr als 58° reflektiert wird, nicht geringer ist als 90%. Weiterhin ist die Phasenänderung im wesentlichen linear. Das gesamte Bild ist aufgrund der linearen Phasenänderung seitlich verschoben, es findet jedoch keine Aberrationsverzerrung statt. Da weiterhin der Gradient des Phasenänderungsverlaufs klein ist, ist der Astigmatismus gering und das Auflösungsvermögen ist nicht herabgesetzt. Das Viertel-Wellenlängenplättchen, das zwischen dem Polari sationsstrahlenteiler und dem konkaven Reflexionsspiegel an geordnet ist, dient dazu, den Lichtverlust zu vermindern und die Streustrahlung in der zweiten Ebene, in welcher der Wafer angeordnet ist, signifikant zu reduzieren.

Ausschließlich in dem zuvor dargestellten Winkelbereich weist der Polarisationsstrahlenteiler einen guten oder gutmütigen Winkelverlauf auf. Dementsprechend ist es wünschenswert, daß der auf den Polarisationsstrahlenteiler gerichtete Licht strahl so parallel wie möglich zu der optischen Achse AX1 ver läuft. Es ist außerdem wünschenswert, daß der von dem Polari sationsstrahlenteiler reflektierte und auf die dritte Linsengruppe gerichtete Lichtstrahl im wesentlichen parallel zu der optischen Achse AX2 verläuft.

Unter einer bestimmten Bedingung für den Lichtstrahl ist es bevorzugt, daß der Winkel zwischen dem periphären Lichtanteil von dem auf Achse liegenden Objektpunkt, welcher Anteil von dem Polarisationsstrahlenteiler auf die dritte Linsengruppe G₃ gerichtet wird, und der optischen Achse AX2 in dem Prisma 7° nicht übersteigt. Es ist außerdem bevorzugt, daß der Winkel zwischen dem Hauptlichtanteil von dem außerhalb der Achse liegenden Objektpunkt, welcher Anteil von dem Polari sationsstrahlenteiler auf die dritte Linsengruppe G₃ gerichtet ist, in dem Prisma 5° nicht übersteigt. Der von dem Polari sationsstrahlenteiler auf die dritte Linsengruppe G₃ gerich tete Lichtstrahl ist das s-polarisierte Licht, welches durch das Viertel-Wellenlängenplättchen umgewandelt worden ist. Wenn aus diesem Grunde der Winkel die vorstehend genannten Bereiche überschreitet, wird keine hinreichende Reflexion des s-polarisierten Lichts in dem Polarisationsstrahlenteiler er reicht und der Lichtverlust, der zum Fokussieren des Bildes beiträgt, nimmt zu, der Streulicht- und Fokussierverlauf wird herabgesetzt, und es ist nicht möglich, ein hochqualitativ fokussiertes Bild zu erzeugen.

Es ist außerdem bevorzugt, daß der Einfallswinkel des periphären Lichtanteils von dem auf Achse liegenden Objektpunkt und der Einfallswinkel des Hauptlichtanteils von dem außerhalb der Achse liegenden Objektpunkt, wenn das Licht von der ersten Linsengruppe G₁ auf den Polari sationsstrahlenteiler gerichtet wird, 4° nicht übersteigt. Wenn der Winkel zu groß ist, nimmt der Lichtverlust aufgrund des Verlaufs des Transmissionsfaktors des Polarisations strahlenteilers zu.

Vom Standpunkt einer dünnen Filmeigenschaft des Polarisations strahlenteilers ist es bevorzugt, daß das durch den Polari sationsstrahlenteiler hindurchgelassene, im wesentlichen kollimierte Licht nachfolgend durch die zweite Linsengruppe G₂ auf dem Weg über die Reflexion durch den konkaven Reflexions spiegel erneut kollimiert wird. Zu diesem Zweck ist die Brech kraft des konkaven Reflexionsspiegels ungefähr doppelt so groß wie die positive oder negative Brechkraft der zweiten Linsen gruppe G_2. Zur Erzielung einer guten Aberrationskorrektur ist es wünschenswert, daß das Konvergenzvermögen Pr des konvexen Reflexionsspiegels und die negative Brechkraft Pn der zweiten Linsengruppe G₂ die folgende Ungleichung erfüllt:
1,5|Pn|<Pr<4,0|Pn|.

Wenn die vorstehend genannte obere Grenze überschritten wird, so ist das positive Konvergenzvermögen des konkaven Reflexionsspiegels zu groß. Dies ist zwar von Vorteil für die Korrektur der chromatischen Aberration, jedoch nicht für den Lichtverlust, der zu stark ansteigt, weil die Dünnfilmeigenschaft des Polarisationsstrahlenteilers und die Beleuchtungseffizienz herabgesetzt werden. Wenn die untere Grenze unterschritten wird, wird das Konvergenz vermögen des Reflexionsspiegels relativ geschwächt, und es ist schwierig, das benötigte Verkleinerungsverhältnis des konkaven Reflexionsspiegels zu erzielen. Daraus folgt, daß die Zunahme der Brechkraft der ersten Linsengruppe G₁ und der dritten Linsengruppe G₃ notwendig sind und die Aberrationen dieser Linsen signifikant zunehmen. Bei der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung ist es von Vorteil, den Krümmungsradius des konkaven Reflexions spiegels so zu wählen, daß er den Durchmesser des effektiven Bereichs (Bildkreis) des auf der zweiten Ebene erzeugten Bildes um das Fünfzehn- bis Fünfundzwanzigfache überschreitet. Die Verwendung des konkaven Reflexionsspiegels verursacht das Verkleinerungsverhältnis bis zu einem gewissen Maße durch das Konvergenzvermögens des Spiegels, und dieser Spiegel erlaubt es außerdem, eine gute Aberrationsbalance mit Bezug auf das Refraktionssystem aufrechtzuerhalten, welches die erste Linsen gruppe G₁, die zweite Linsengruppe G₂ und die dritte Linsen gruppe G₃ umfaßt, weil dieser Spiegel die sogenannte Petzval summe, den Astigmatismus und die Verzerrungsaberration korri giert. Wenn der Krümmungsspiegel des konkaven Reflexionsspie gels kleiner ist als das Fünfzehnfache des Durchmessers des effektiven Bereichs des verkleinerten Bildes, so ist dies zwar von Vorteil für die Korrektur der Chrominanzaberration, die Petzvalsumme hingegen vergrößert sich auf einen positiven Wert und der Astigmatismus und die Verzerrungsaberration nehmen zu.

Um den den Polarisationsstrahlenteiler vor und nach der Reflexion durch den konkaven Reflexionsspiegel durchsetzenden Lichtstrahl im wesentlichen zu kollimieren, ist es notwendig, die Brech kraft der zweiten Linsengruppe G₂ zu erhöhen, wenn die Konver genzkraft des Reflexionsspiegels zunimmt. Es ist außerdem notwendig, die Brechkraft der dritten Linsengruppe G₃ zu er höhen, welche eine positive Brechkraft zur Korrektur der sphärischen Aberration aufweist. Da die dritte Linsengruppe G₃ nahe an der Waferebene angeordnet ist, also nahe an der Bildebene, benötigt diese eine größere Brechkraft als die negative Brechkraft der zweiten Linsengruppe zur Korrektur der Aberration. Infolge hiervon nimmt die Petzvalsumme er heblich zu.

Zur besseren Korrektur der Aberrationen ist es vorteilhafter weise vorgesehen, daß der Krümmungsradius des konkaven Spiegels nicht geringer ist als das Neunzehnfache des Durchmessers des effektiven Bereichs des verkleinerten Bildes. Wenn andererseits der Krümmungsradius des konkaven Spiegels über das Fünfundzwanzigfache des Durchmessers des effektiven Bereichs des verkleinerten Bildes hinausgeht, so ist dies zwar von Vorteil für die Korrektur des Astigmatismus und der Verzerrungsaberration, dahingegen ist es schwierig, das ge wünschte Verkleinerungsverhältnis zu erzielen, und die Korrek tur der chromatischen Aberration ist unzureichend.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Winkel R₀ zwischen der optischen Achse AX1 zur Korrektur der ersten Ebene und der Senkrechten auf die Polarisationsebene des Polarisationsstrahlenteilers nicht kleiner ist als 45°.

Insbesondere ist es vorteilhaft, daß der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel des Lichtstrahls (s-polarisiertes Licht) der von dem konkaven Spiegel und dem Strahlenteiler reflek tiert wird, mit Bezug auf die Ebene des Strahlenteilers größer ist als 45°. Diese Bedingung ist erforderlich, um den Polarisationsstrahlenteiler unter einer guten und stabilen Bedingung in dem Licht des Winkelverlaufs zu verwenden. Wenn der Winkel R₀ kleiner ist als 45°, ist der Winkelbereich, bei welchem ein guter Winkelverlauf erzielt wird, einge engt, und es ist notwendig, daß der Lichtstrahl, welcher den Polarisationsstrahlenteiler durchsetzt, stärker kol limiert wird. Auf diese Weise nimmt die Beschränkung der Korrektur der Aberration des optischen Systems zu, und es ist schwierig, eine gute Fokussierqualität aufrechtzuerhalten.

Es ist weiterhin wünschenswert, daß das Einfallslot der Reflexionsebene des Polarisationsstrahlenteilers nicht größer ist als 55°. Wenn der Winkel größer ist, so wird zwangsweise das Prisma des Polarisationsstrahlenteilers größer, der Abstand zwischen dem konkaven Reflexionsspiegel und der ersten Ebene nimmt zu, die Größe des gesamten optischen Systems nimmt zu, der Krümmungsradius des konkaven Reflexions spiegels nimmt zu und die Brechkraft nimmt ab und die Chrominanzaberration nimmt zu.

In der in Fig. 1 wiedergegebenen Prinzipdarstellung der Erfindung kreuzen sich die optische Achse AX2 des reflektier ten Lichtpfads in dem Strahlenteiler und die optische Achse AX1 des transmittierten Lichtpfads nicht orthogonal. Dem entsprechend ist ein zusätzliches Prisma 14 mit dem Strahlen teiler verbunden, um die Austrittsebene des reflektierten Licht strahls von dem Strahlenteiler in eine Stellung lotrecht zu der optischen Achse zu bringen, um die Symmetrie der wesent lichen Lichtpfade in dem Strahlenteilerkubus aufrechtzuerhalten, und um das Auftreten einer Unsymmetrie zu verhindern.

Vorteilhafterweise wird aus den vorstehend genannten Gründen für das Viertel-Wellenlängenplättchen ein einachsiger Kristall (Bergkristall) verwendet, der wesentlich dünner ist als übliche Kristalle. Wenn der das Viertel-Wellenlängen plättchen durchsetzende Lichtstrahl von dem kollimierten Licht abweicht, wird mit Bezug auf einen außerordentlichen Strahl ein Astigmatismus erzeugt. Dieser Astigmatismus kann nicht mittels eines Verfahrens korrigiert werden, das auf einem herkömmlichen Viertel-Wellenlängenplättchen basiert, bei dem zwei Kristalle mit ihren optischen Achsen um 90° zueinander verdreht miteinander verbunden werden. Der Grund liegt darin, daß der Astigmatismus sowohl für den normalen Strahl wie den außerordentlichen Strahl auftritt. Der Astigmatismus läßt sich darstellen als:
W = (n°-n^e)dR²,
wobei W eine Wellenebenenaberration, (n°-n^e) die Differenz zwischen der Brechkraft n° für den normalen Strahl und der Brechkraft n^e für den außerordentlichen Strahl, d die Stärke des aus miteinander verbundenen Kristallen bestehenden Viertel- Wellenlängenplättchens und R ein Divergenzwinkel (oder Konver genzwinkel) des Lichtstrahls in dem Kristall ist.

Wenn das Viertel-Wellenlängenplättchen gebildet wird durch Bergkristall und unter der Annahme, daß (n°-n^e) = 0,01 sowie unter der Annahme, daß der Divergenzwinkel (oder Konvergenzwinkel) R des Lichtstrahls ungefähr 7° beträgt, ist es notwendig, die Wellenebenenaberration W innerhalb eines Viertels der Wellenlänge einzustellen, das heißt, W<λ/4, um eine hinreichend hohe Fokussierqualität zu gewährleisten. Aus diesem Grunde ist es vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Dicke d des Viertel-Wellenlängenplätt chens folgender Ungleichung genügt:
d<200 µm.

Vorteilhafterweise ist das Viertel-Wellenlängenplättchen zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler und der zweiten Linsengruppe angeordnet. Durch diese Anordnung kommt das Viertel-Wellenlängenplättchen auf dem Weg des im wesentlichen kollimierten Lichtstrahls zu liegen, und die Charakteristik des Viertel-Wellenlängenplättchens wird verbessert.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden; in dieser zeigen:

Fig. 1 den Strahlengang eines Grundaufbaus des erfindungs gemäßen optischen Systems;

Fig. 2 den Strahlengang eines allgemeinen Aufbaus des herkömmlichen optischen Systems;

Fig. 3A eine Kurvendarstellung des Verlaufs des Reflexions-/ Durchlaßvermögens eines transparenten Films;

Fig. 3B eine Kurvendarstellung des Verlaufs der Phasenänderung des transparenten Films;

Fig. 4 den Fokussionsstrahlengang aufgrund einer Reflexion an dem transparenten Film unter Einsatz einer Linse mit positiver Brechkraft;

Fig. 5 eine Kurvendarstellung des Phasenänderungsverlaufs des durch den transparenten Film reflektierten Lichts;

Fig. 6 die Wellenebenenaberration in der Pupille des optischen Systems;

Fig. 7A eine Kurvendarstellung des Verlaufs des Reflexions-/ Durchlaßvermögens des erfindungsgemäßen Polarisations strahlenteilers;

Fig. 7B eine Kurvendarstellung des Phasenänderungsverlaufs des erfindungsgemäßen Polarisationsstrahlenteilers und

Fig. 8 den Strahlengang eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäß aufgebauten optischen Systems.

Die Fig. 1 bis 7 sind bereits einleitend näher beschrieben worden. Nachfolgend wird das in Fig. 8 gezeigte optische System bezüglich seines Aufbaus näher beschrieben.

Die erste Ebene oder Objektebene 10 wird durch ein linear polarisiertes Licht (p-polarisiertes Licht) beleuchtet, das von einem nicht dargestellten optischen Beleuchtungssystem abgegeben und in einer Richtung parallel zur Zeichnungsebene polarisiert ist. Ein Lichtstrahl vom Muster eines integrierten Schaltkreises oder einer Strichplatte, das oder die auf der ersten Ebene angebracht ist wird durch eine erste Linsengruppe G₁ positiver Brechkraft in einen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl umgewandelt, der auf den Polarisationsstrahlen teiler 11 gerichtet wird. Die erste Linsengruppe G₁ umfaßt in Aufeinanderfolge, beginnend mit der der ersten Ebene zuge wandten Seite eine Frontgruppe mit einer doppelt konvexen positiven Linse L₁₁ und einer doppelt konkaven negativen Linse L₁₂ sowie eine hintengelegenen Gruppe mit einer nega tiven Linse L₁₃, einer Meniskuslinse L₁₄, die eine der ersten Ebene zugewandte konkave Ebene aufweist, einer positiven Linse L₁₅, einer doppelt konkaven negativen Linse L₁₆ und einer doppelt konvexen positiven Linse L₁₇. Das Einfallslot auf eine Ebene 11a des polarisierenden Mehrlagenfilms des Polarisationsstrahlenteilers nimmt eine Neigung von 50° an einer beziehungsweise mit Bezug auf eine optische Achse eines Strahlengangs ein, der von der ersten Ebene 10 auf den konkaven Reflexionsspiegel 13 gerichtet ist.

Die zweite Linsengruppe G₂ negativer Brechkraft umfaßt ledig lich eine negative Meniskuslinse L₂₀ mit einer dem konkaven Reflexionsspiegel 13 zugewandten konvexen Ebene. Die dritte Linsengruppe G₃ positiver Brechkraft zum Fokussieren des Lichtstrahls, welcher durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 auf die zweite Ebene 20 reflektiert wird, umfaßt, in der Reihenfolge ausgehend von dem Polarisationsstrahlenteiler 11 eine positive Linse L₃₁, eine doppelt konkave negative Linse L₃₂, eine doppelt konvexe positive Linse L₃₃, eine positive Linse L₃₄ mit einer dem Strahlenteiler zugewandten stark konvexen Ebene, eine negative Linse L₃₅ mit einer der zweiten Ebene 20 zugewandten stark konkaven Ebene und eine positive Linse L₃₆ mit einer dem Strahlenteiler 11 zuge wandten stark konvexen Ebene.

Das polarisierte Licht (p-polarisiertes Licht) das durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 hindurchfällt, durchsetzt das Viertel-Wellenlängenplättchen 11 und konvergiert in ein rechts- (oder links-) drehendes zirkular polarisiertes Licht, und dieses Licht wird durch die zweite Linsengruppe G₂ negativer Brechkraft abgelenkt und auf den konkaven Re flexionsspiegel 13 gerichtet. Die konvergierende Brech kraft Pr des konkaven Reflexionsspiegels steht in folgender Beziehung zu der Brechkraft Pn der zweiten Linsengruppe G₂ negativer Brechkraft:
Pr = 2,8|Pn|.

Vorzugsweise weist der Krümmungsradius des konkaven Spiegels 13 ungefähr die doppelte positive Brechkraft der zweiten Linsengruppe G₂ auf, und es ist wünschenswert, die Brechkraft in einem vorstehend beschriebenen Bereich einzustellen, um eine gute Aberrationskorrektur zu erreichen.

Das von dem konkaven Reflexionsspiegel 13 reflektierte Licht wird in ein zirkular polarisiertes Licht entgegengesetzter Richtung umgewandelt und durch die zweite Linsengruppe G₂ und das Viertel-Wellenlängenplättchen 12 geschickt und dadurch fokussiert und in ein s-polarisiertes Licht umgewandelt, das auf den Polarisationsstrahlenteiler 11 gerichtet wird. Der Winkel des Lichtes von dem auf Achse liegenden Objektpunkt mit Bezug auf die optische Achse AX1 beträgt ungefähr 4°, und der Winkel des Hauptlichtes relativ zu der optischen Achse beträgt ungefähr 3°. Der s-polarisierte Lichtstrahl wird durch den Polarisationsstrahlenteiler reflektiert und bildet ein verkleinertes Bild des Strich- oder Vorlagen musters auf der Waferebene ab, die in der zweiten Ebene 20 angeordnet ist, und zwar mittels der dritten Linsen gruppe G₃ positiver Brechkraft.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform beträgt die Bezugswellenlänge 248 nm, die fokussierende Verstärkung ist eine Verkleinerung um einen Faktor von 5 und die Blenden zahl beträgt 0,45. Der Durchmesser des effektiven Bereichs oder der effektiven Fläche (Bildkreis) des Verkleinerungs projektionsbildes beträgt 20 mm und der Krümmungsradius der konkaven Reflexionsebene ist ungefähr einundzwanzigmal größer als der Durchmesser.

Der Winkel zwischen dem peripheren Licht (sogenanntes Land licht) von dem durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 durchgelassenen auf der Achse liegenden Objektpunkt und der optischen Achse AX1 beträgt ungefähr 0° und ein maximaler Winkel zwischen der optischen Achse AX1 und dem Hauptlicht beträgt ungefähr 3°. Der Winkel zwischen dem Einfallslot auf die Reflexionsebene 11a des Polarisationsstrahlenteilers 11 und der optischen Achse beträgt 50°. Dementsprechend ist bei einer Betrachtung des Bereichs von 50° ± 3° der in den Figuren 7A und 7B dargestellten Kurvenverläufe der Transmissions faktor für das p-polarisierte Licht nicht kleiner als 95% und der Phasenwechsel ist mit Bezug auf den Einfallswinkel linear. Mit Bezug auf das von dem Polarisationsstrahlenteiler 11 reflektierte s-polarisierte Licht beträgt der Winkel zwischen dem peripheren Licht von dem auf der Achse liegenden Objekt punkt und der optischen Achse ungefähr 4° und ein maximaler Winkel relativ zu der optischen Achse des Hauptlichts beträgt ungefähr 3°. Dementsprechend ist unter Bezug auf die Kurven verläufe der Fig. 7A und 7B das Reflexionsvermögen des s-polarisierten Lichts nicht kleiner als 95% im Bereich von 50° ± 7° und die Phasenänderung ist für den Einfallswinkel im wesentlichen konstant.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Daten für ein Ausführungs beispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems dargestellt. In der Tabelle sind aufgeführt der Krümmungsradius, der Abstand von Ebene zu Ebene und das Glasmaterial in einer Abfolge, aus gehend von der ersten Ebene, welche die Objektebene darstellt und endend mit der zweiten Ebene, welche die Bildebene darstellt. In der Tabelle ist die Lichtausbreitungsrichtung in der Fig. 8 von rechts nach links als positiv festgelegt, und die Polaritäten des Krümmungsradius und der Brechungsindex jeder Ebene sind mit Bezug auf die Lichtausbreitungsrichtung defi niert.

Der Abstand von Ebene zu Ebene ist in demjenigen Medium als positiv definiert, welches die positive Lichtausbreitungs richtung aufweist sowie negativ in dem Medium, welches die negative Lichtausbreitungsrichtung aufweist.

Die Brechungsindizes von Quarzglas und Flußspat mit Bezug auf die Referenzwellenlänge (248 nm) sind folgende:
Quarzglas: 1,50855,
Flußspat: 1,46799.

In der Tabelle ist angenommen, daß das Viertel-Wellenlängen plättchen 12, welches auf dem Quarzglas angebracht ist, mit dem Polarisationsstrahlenteiler 11 verbunden ist, und die geringe Stärke des Plättchens ist vernachlässigt. Da das Viertel-Wellenlängenplättchen 12 sehr dünn ist, muß es mit dem Quarzglas verbunden oder mit diesem verklebt werden.

Tabelle

Die dünne Filmstruktur des Polarisationsstrahlenteilers, der bei dem zur Rede stehenden Ausführungsbeispiel ver wendet wird, umfaßt 21 Schichten oder Lagen, und Hafniumoxid HfO₂ wird als Material mit hohem Brechungsindex verwendet, während Siliciumoxid SiO₂ als Material niedrigen Brechungs indexes verwendet wird und der Einfallswinkel ist auf 50° festgelegt. Die Fig. 7A und 7B zeigen die Eigenschaften des derart aufgebauten Polarisationsstrahlenteilers. Wie aus dem Winkelverlauf der Kurven hervorgeht, ist das Reflexions vermögen des s-polarisierten Lichts nicht geringer als 95% in einem Bereich von 50° ± 7°, und der Transmissionsfaktor des p-polarisierten Lichts ist nicht kleiner als 95% in einem Bereich von 50° ± 3°. In diesem Bereich verläuft die Phasen änderung als geringfügig gekrümmte gerade Linie oder Konstante, und es tritt keine Verzerrungsaberration und keine Verschlechterung des Bildes auf, wie dies bei dem herkömmlichen System der Fall ist. Weitere vorliegend verwendbare Materialien mit hohem Brechungsindex sind Y₂O₃, Sc₂O₃, Al₂O₃ und MgO und weitere hier verwendbare Materialien mit niedrigem Brechungsindex sind YF₃, MgF₂, LaF₃, SiO₂ und LiF.

Die in den Fig. 3A und 3B gezeigten Kurvenverläufe in Abhängigkeit des Winkels sind ermittelt worden unter Verwen dung von Aluminiumoxid Al₂O₃ als Material mit hohem Brechungs index und Siliciumoxid SiO₂ als Material mit niedrigem Brechungs index unter Ausbildung von 31 Schichten oder Lagen sowie mit einem Einfallswinkel von 45°.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel des optischen Systems umfaßt die zweite Linsengruppe G₂ negativer Brechkraft eine einzige negative Meniskuslinse. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel be schränkt. Vielmehr können auch eine Vielzahl von Linsen zur Verwendung gelangen. Durch Verwendung der konkaven Reflexions fläche als hintere Reflexionsfläche der negativen Linse ist es möglich, die zweite Linsengruppe G₂ und die konkave Reflexionsebene integral auszubilden.

Claims

1. Optisches System zur Verkleinerungsprojektion mit

- einer ersten Linsengruppe positiver Brechkraft zum Umwandeln eines Lichtstrahls aus einer ersten Ebene, in welcher ein Objekt angebracht ist, in einen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl,
- einem Polarisationsstrahlenteiler zum Aufteilen des Licht strahls der ersten Linsengruppe in einen reflektierten Lichtanteil und einen durchgelassenen Lichtanteil in Überein stimmung mit einem Polarisationszustand,
- einer zweiten Linsengruppe negativer Brechkraft, die in einem der Strahlengänge angeordnet ist, welche durch den Polarisations strahlenteiler aufgeteilt worden sind zum Aufweiten des von dem Polarisationsstrahlenteiler emittierten Lichtstrahls,
- einem konkaven Reflexionsspiegel zum Bündeln des Lichtstrahls von der zweiten Linsengruppe sowie zum Zurückrichten dieses Lichtstrahls auf den Polarisationsstrahlenteiler über die zweite Linsengruppe,
- einer dritten Linsengruppe positiver Brechkraft zum Bündeln des Lichtstrahls, der von dem konkaven Reflexions spiegel reflektiert und durch den Polarisations strahlenteiler hindurchgelassen worden ist, um ein verkleinertes Bild des Objekts in der ersten Ebene auf einer zweiten Ebene abzubilden, und
- einem Viertel-Wellenlängenplättchen, das zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler und dem konkaven Reflexions spiegel angeordnet ist.

2. Optisches System zur Verkleinerungsprojektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsstrahlenteiler den von der ersten Ebene eintreffenden Lichtstrahl zu dem konkaven Reflexionsspiegel durchläßt und Licht, welches von dem konkaven Reflexions spiegel reflektiert worden ist und die Abbildungsebene erreicht, reflektiert.

3. Optisches System zur Verkleinerungsprojektion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsstrahlenteiler einen Strahlenteilungskubus umfaßt, der eine Mehrzahl Prismen aufweist sowie Polarisier ebenen, welche zwischen den Ebenen ausgebildet sind, wobei der Winkel zwischen einem peripheren Licht von einem außer Achse liegenden Objektpunkt, das von dem Strahlenteilerkubus auf die dritte Linsengruppe gerichtet ist und der optischen Achse des optischen Systems 7° in dem Prisma nicht übersteigt.

4. Optisches System zur Verkleinerungsprojektion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsstrahlenteiler einen Strahlenteilerkubus umfaßt, der eine Mehrzahl Prismen aufweist sowie eine Polarisationsebene, die zwischen den Prismen ausgebildet ist, wobei ein Winkel zwischen dem Hauptlicht von einem außer Achse gelegenem Objektpunkt, das von dem Strahlen teilerkubus auf die dritte Linsengruppe gerichtet ist und der optischen Achse des optischen Systems 5° nicht übersteigt.

5. Optisches System zur Verkleinerungsprojektion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft Pr des konkaven Reflexionsspiegels und eine negative Brechungskraft Pn der zweiten Linsengruppe G₂ folgende Bedingung erfüllt:
1,5|Pn|<Pr<4,0|Pn|.

6. Optisches System zur Verkleinerungsprojektion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius des konkaven Reflexionsspiegels das Fünfzehn- bis Fünfundzwanzigfache des Durchmessers eines effektiven Bereichs oder einer effektiven Fläche des Bildes des Objekts beträgt, welches auf der zweiten Ebene abgebildet wird.

7. Optisches System zur Verkleinerungsprojektion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsstrahlenteiler eine Polarisierebene auf weist, wobei ein Winkel zwischen der optischen Achse eines Strahlengangs von der ersten Ebene zu dem konkaven Reflexions spiegel und einem Einfallslot auf die Polarisationsebene nicht kleiner als 45° ist.

8. Optisches System zur Verkleinerungsprojektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Viertel-Wellenlängenplättchen aus einem Bergkristall besteht und eine Stärke von nicht mehr als 200 µm aufweist.

9. Optisches System zur Verkleinerungsprojektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Viertel-Wellenlängenplättchen zwischen dem Polari sationsstrahlenteiler und der zweiten Linsengruppe ange ordnet ist.

10. Optisches System zur Verkleinerungsprojektion mit

- einer ersten Linsengruppe positiver Brechkraft zum Umwandeln eines Lichtstrahls aus einer ersten Ebene, in welcher ein Objekt angebracht ist, in einen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl,
- einem Strahlenteiler zum Aufteilen des Lichtstrahls von der ersten Linsengruppe,
- einer zweiten Linsengruppe negativer Brechkraft, die in einem der Strahlengänge angeordnet ist, welche durch den Strahlenteiler aufgeteilt sind, um den von dem Strahlenteiler emittierten Lichtstrahl aufzuweiten oder zu divergieren,
- einem konkaven Reflexionsspiegel zum Bündeln des Licht strahls von der zweiten Linsengruppe sowie zum Zurück richten dieses Strahls auf den Strahlenteiler über die zweite Linsengruppe, wobei der konkave Reflexionsspiegel folgende Bedingung erfüllt:
1,5|Pn|<Pr<4,0|Pn|,
wobei Pr die Brechkraft des konkaven Reflexionsspiegels und Pn die negative Brechkraft der zweiten Linsengruppe G₂ ist, und
- einer dritten Linsengruppe positiver Brechkraft zum Bündeln des Lichtstrahls, der von dem konkaven Reflexions spiegel reflektiert wird und durch den Polarisations strahlenteiler hindurchgelassen worden ist, um ein verkleinertes Bild des Objekts in der ersten Ebene auf einer zweiten Ebene abzubilden.