DE69132120T2

DE69132120T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Projektionsbelichtung

Info

Publication number: DE69132120T2
Application number: DE69132120T
Authority: DE
Inventors: Naomasa Shiraishi
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1991-11-15
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2011-11-16
Also published as: DE69132120D1; EP0967524A3; EP0486316A2; EP0486316A3; EP0486316B1; EP0967524A2

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Belichtungsverfahren (Anspruch 31) und eine Belichtungsvorrichtung (Ansprüche 1 und 26) und insbesondere eine Projektions-Belichtungsverfahren und eine Projektions-Belichtungsvorrichtung, die bei einem lithographischen Prozeß für Flüssigkristallelemente und Halbleiter-Speicherzellen mit gleichmäßigen hochfeinen Strukturen eingesetzt werden.

Verwandte Technik

Ein Verfahren, bei dem normalerweise mit dem photolithographischen Prozeß Maskenstrukturen auf ein Substrat übertragen werden, wird bei der Herstellung von Halbleiterspeichern und Flüssigkristallelementen eingesetzt. Dabei trifft das Beleuchtungslicht, wie beispielsweise Ultraviolettstrahlen, zur Belichtung auf das Substrat, dessen Oberfläche mit einer photoempfindlichen Resistschicht versehen ist, durch eine Maske auf, die mit den Maskenstrukturen versehen ist. Die Maskenstrukturen werden so durch Licht auf das Substrat übertragen.
Die typischen hochfeinen Maskenstrukturen des Halbleiterspeichers und des Flüssigkristallelementes kann man sich als gleichmäßige Gitterstrukturen vorstellen, die vertikal oder horizontal gleichmäßig beabstandet angeordnet sind. Das heißt, in dem dichtesten Strukturbereich bei dieser Art Maskenstrukturen sind die Gitterstrukturen, bei denen es sich um gleichmäßig beabstandete lichtdurchlässige Linien und lichtundurchlässige Linien handelt, die auf dem Substrat hergestellt werden können, um die minimale Linienbreite zu erzielen, abwechselnd in X- und/oder Y-Richtungen angeordnet. Hingegen sind die Strukturen, die einen vergleichsweise mäßigen Grad an Feinheit aufweisen, in anderen Bereichen ausgebildet. In jedem Fall stellen die schrägen Strukturen eine Ausnahme dar.
Des weiteren weist ein typisches Material für das photoempfindliche Resist ein nichtlineares photoempfindliches Verhalten auf. Eine chemische Veränderung desselben schreitet schnell voran und führt zu einer Aufnahmemenge, die über einem bestimmten Pegel liegt. Unter diesem Pegel allerdings schreitet keine chemische Veränderung voran. Unter bestimmten Umständen kann jedoch, wenn ein Unterschied bezüglich der Lichtmenge zwischen einem Lichtabschnitt und einem Schattenabschnitt in bezug auf ein Maskenstruktur-Projektionsbild auf dem Substrat ausreichend gewährleistet ist, ein gewünschtes Resistbild entsprechend den Maskenstrukturen auch dann hergestellt werden, wenn ein Grenzkontrast zwischen dem Lichtabschnitt und dem Schattenabschnitt relativ niedrig ist.
In den letzten Jahren ist häufig eine Projektions-Belichtungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Stepper usw., zum Übertragen der Maskenstruktur auf das Substrat durch Reduktions-Projektion bei einer hochfeinen Strukturkonstruktion des Halbleiterspeichers und des Flüssigkristallelementes eingesetzt worden. Spezielle ultraviolette Strahlen mit kürzerer Wellenlänge und einer schmaleren Wellenlängenverteilungsbreite werden als Beleuchtungslicht für die Belichtung eingesetzt. Die Wellenlängenverteilungsbreite wird dabei verringert, um eine Verringerung der Quantität des projizierten Bildes aufgrund einer chromatischen Aberration des optischen Projektionssystems der Projektions- Belichtungsvorrichtung auszuschließen. Die kürzere Wellenlänge wird ausgewählt, um den Kontrast des projizierten Bildes zu verbessern. Die Verkürzung der Wellenlänge des Beleuchtungslichtes bewirkt eine Grenze bezüglich der Einschränkungen der Objektivmaterialien und der Resistmaterialien zusätzlich zu der Tatsache, daß keine geeignete Lichtquelle für die erheblich feineren Maskenstrukturen, die erforderlich sind, vorhanden ist, so beispielsweise für die Projektionsbelichtung von Linienbreiten im Submikrometerbereich. Dies ist die aktuelle Lage.
Bei den hochfeinen Maskenstrukturen entspricht der Wert der Strukturauflösungs- Linienbreite ungefähr der Wellenlänge des Beleuchtungslichtes. Daher können Einflüsse von Beugungslicht nicht ignoriert werden, das entsteht, wenn das Beleuchtungslicht die Maskenstrukturen durchdringt. Es ist auch schwierig, einen ausreichenden Licht- Schatten-Kontrast des Maskenstrukturen-Projektionsbildes auf dem Substrat zu gewährleisten. Insbesondere der Licht-Schatten-Kontrast an den Strukturlinienrändern nimmt erheblich ab.
Das heißt, entsprechende Beugungslichtkomponenten einer Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung, (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten und diejenigen, die größer sind als (±)-Sekundär-Beugungslichtkomponenten, die an entsprechenden Punkten an den Maskenstrukturen aufgrund des auf die Maske von oben auftreffenden Beleuchtungslichtes erzeugt werden, treten durch das optische Projektionssystem hindurch. Diese Lichtkomponenten werden an den entsprechenden Punkten auf dem Substrat an diese Punkte angrenzend wieder konvergiert, so daß das Bild entsteht. Die (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten und die, die größer sind als die (±)-Sekundär-Beugungslichtkomponenten haben jedoch einen erheblich größeren Beugungswinkel als die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung in bezug auf die hochfeinen Maskenstrukturen und treffen daher in einem flacheren Winkel auf das Substrat auf Dadurch nimmt eine Brennweite des projizierten Bildes außerordentlich zu. So kann nur einigen Abschnitten, die einem Teil der Dicke der Resistschicht entsprechen, ausreichende Belichtungsenergie zugeführt werden.
Daher muß selektiv die Beleuchtungslichtquelle mit kürzerer Wellenlänge oder mit dem optischen Projektionssystem mit größerer numerischer Apertur eingesetzt werden, um die hochfeinen Strukturen zu übertragen. Natürlich kann auch das Streben nach Optimierung sowohl der Wellenlänge als auch der numerischen Apertur berücksichtigt werden. In der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62-50811 wurde eine sogenannte Phasenverschiebungs-Strichplatte eingesetzt, bei der eine Phase des durchgelassenen Lichtes von einem bestimmten Abschnitt aus den durchlässigen Abschnitten der Strichplatten-Schaltungsmuster um n von einer Phase des durchgelassenen Lichtes von anderen durchlässigen Abschnitten abweicht. Bei dieser Phasenverschiebungs- Strichplatte können Strukturen, die feiner sind als nach dem Stand der Technik, übertragen werden,
Bei der herkömmlichen Belichtungsvorrichtung ist es jedoch zur Zeit schwierig, die Beleuchtungslichtquelle mit einer kürzeren Wellenlänge (z. B. 200 nm oder weniger) als die gegenwärtige zu schaffen, weil kein geeignetes optisches Material vorhanden ist, das für das optische Durchlaßelement eingesetzt werden kann.
Die numerische Apertur des optischen Projektionssystems liegt gegenwärtig bereits an der theoretischen Grenze, und es ist wohl keine größere numerische Apertur zu erwarten.
Selbst wenn eine erheblich größere numerische Apertur als gegenwärtig hergestellt werden kann, wird eine Brennweite, die mit ± λ/2NA² ausgedrückt wird, bei zunehmender numerischer Apertur drastisch verringert. Auffällig ist das Problem, daß die Brennweite, die für einen tatsächlichen Einsatz erforderlich ist, immer kleiner wird. Des weiteren besteht noch keine Klarheit über eine ganze Reihe von Problemen, die die Phasenverschiebungs-Strichplatte aufweist, bei der die Kosten aufgrund komplizierterer Herstellungsschritte zunehmen, sowie über die Untersuchungs- und Modifizierungsverfahren.
Hingegen wird in dem US-Patent Nr. 4,947,413, das T. E. Jewell et al. erteilt wurde, das Projektions-Lithographieverfahren offenbart, bei dem ein Struktur-Projektionsbild mit hohem Kontrast mit hoher Auflösungskraft auf dem Substrat hergestellt wird, indem Interferenz der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung, die von den Maskenstrukturen kommt und nur einer der (+)- und (-)-Primär-Beugungslichtkomponenten ermöglicht wird, indem eine Raumfilterverarbeitung in der Fourier-Transformations-Fläche in dem optischen Projektionssystem durch Einsatz einer außeraxialen Beleuchtungslichtquelle eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren muß die Beleuchtungslichtquelle jedoch außeraxial schräg zu der Maske angeordnet sein. Des weiteren kommt es zur Interferenz der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung lediglich mit einer der (+)- und (-)-Primär- Beugungslichtkomponenten. Daher reicht der Licht-Schatten-Kontrast der Ränder des Strukturbildes nicht aus, da das Bild durch die Interferenz aufgrund der Unausgewogenheit einer Lichtmengendifferenz zwischen der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung und der Primär-Beugungslichtkomponente hergestellt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wäre vorteilhaft, Belichtung mit einer hohen Auflösungskraft und großer Brennweite auch dann zu erreichen, wenn eine gewöhnliche Strichplatte eingesetzt wird, indem das Beleuchtungslicht auf eine Maske in einem vorgegebenen Winkel geneigt zur optischen Achse eines Beleuchtungssystems oder eines optischen Projektionssystems auftrifft und ein Element vorhanden ist, durch das das Beleuchtungslicht schräg auf die Maske in dem optischen Beleuchtungssystem auftrifft und die Maske beleuchtet, ohne daß sich die Lichtmenge verringert.
Es wäre auch vorteilhaft, eine Anordnung zu schaffen, bei der Durchlaßpositionen einer Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung und (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten in einer Fourier-Transformations-Fläche für Maskenstrukturen in dem optischen Projektionssystem an beliebigen Positionen symmetrisch in bezug auf die optische Achse des optischen Projektionssystems angeordnet sind.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Projektions-Belichtungsvorrichtung mit einem optischen Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer mit feinen Strukturen versehenen Maske mit Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle und einem optischen Projektionssystem zum Projizieren der Strukturen auf ein Substrat geschaffen, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Beleuchtungssystem umfaßt:
eine Lichtstrom-Verteilungseinrichtung, die Lichtströme von der Lichtquelle auf wenigstens zwei Lichtströme verteilt, die sich in voneinander verschiedenen Richtungen bewegen, und Intensitätsverteilungen über einer Fläche auf einer Fourier-Transformations- Fläche für die feinen Strukturen oder in deren Nähe konzentriert, wobei die Verteilungen in wenigstens zwei von einer optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems beabstandeten Bereichen konzentriert wurde.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Projektions-Belichtungsvorrichtung mit einem optischen Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer mit feinen Strukturen versehenen Maske mit Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle, und einem optischen Projektionssystem zum Projizieren der Strukturen auf ein Substrat geschaffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektions-Belichtungsvorrichtung umfaßt:
ein bewegliches optisches Element, das bewirkt, daß ein Lichtstrom von der Lichtquelle auf wenigstens zwei von einer optischen Achse des optischen Projektionssystems beabstandeten Bereiche mit Zeitabweichungen voneinander auf eine Fourier- Transformations-Entsprechungsfläche für die feinen Strukturen oder in deren Nähe auftrifft.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einsatz einer Belichtungsvorrichtung zum Belichten eines belichteten Elementes mit Strukturen einer Maske über ein optisches Projektionssystem durch Bewegen eines beweglichen optischen Elementes zur Veränderung von Auftreifwinkeln von Beleuchtungs- Lichtströmen auf der Maske geschaffen, wobei das Belichtungsverfahren umfaßt:
einen ersten Schritt des Auslösens der Belichtung in einem Zustand, in dem das bewegliche optische Element in einer ersten Position eingestellt ist;
einen zweiten Schritt des Umstellens des beweglichen optischen Elementes aus der ersten Position an eine vorgegebene zweite Position, die sich von der ersten Position unterscheidet, nachdem die Maske mit einer vorgegebenen Quantität an Lichtströmen bzw. über einen vorgegebenen Zeitraum beleuchtet worden ist; und
einen Schritt des Beendens der Beleuchtung der Maske mit den Lichtströmen, wenn eine Belichtungsquantität, der das belichtete Element ausgesetzt worden ist, einen vorgegebenen Wert erreicht, nachdem das bewegliche optische Element in die erste und die zweite Position eingestellt wurde.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben spezielle Ausführungen der Erfindung.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Projektions-Belichtungsvorrichtung zu schaffen, die eine höhere Auflösungskraft und eine größere Fokustiefe besitzt als beim Stand der Technik, und das selbst beim Einsatz der gewöhnlichen Strichplatte. Des weiteren kann die herkömmliche Photomaske so wie sie ist eingesetzt werden, obwohl die Wirkung der Verbesserung der Auflösungskraft mit einem Phasenverschieber konkurriert. Es ist auch möglich, das herkömmliche Photomasken-Untersuchungsverfahren so wie es ist, einzusetzen. Des weiteren wird beim Einsatz des Phasenverschiebers die Fokustiefe vergrößert, es ist jedoch auch bei der vorliegenden Erfindung schwierig, den Einflüssen einer Wellenfrontaberration aufgrund von Defokussierung ausgesetzt zu sein. Aus diesem Grund wird eine große Fokustiefe (Fokustoleranz) erreicht.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Ansicht, die schematisch eine Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Ansicht, die ein lichtdurchlässiges Substrat (Lichtfluß-Verteilungselement) darstellt, das Strukturen mit periodischem Aufbau gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält;
Fig. 3 ist eine Ansicht, die ein Raumfilter zeigt, das den in Fig. 2 dargestellten Strukturen entspricht;
Fig. 4 und 6 sind Ansichten, die jeweils eine abgewandelte Form der periodischen Strukturen gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 5 ist eine Ansicht, die ein Raumfilter zeigt, das den in Fig. 4 dargestellten Strukturen entspricht;
Fig. 7 ist eine Ansicht, die ein Raumfilter zeigt, das den in Fig. 6 dargestellten Strukturen entspricht;
Fig. 8, 9, 10, 11 und 12
sind Ansichten, die jeweils eine Variante des Lichtfluß-Verteilungselementes gemäß der ersten Ausführung zeigen;
Fig. 13 ist eine Ansicht einer Antriebseinheit für das Lichtfluß-Verteilungselement in Figur12;
Fig. 14 ist eine Ansicht, die schematisch einen Lichtweg von der Fourier-Transformations-Fläche für die Strichplatte zu dem optischen Projektionssystem in der Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 15A und 15C
sind Draufsichten, die ein Beispiel für die Strichplattenstrukturen zeigen, die auf der Maske ausgebildet sind;
Fig. 15B und 15D
sind Ansichten zur Unterstützung beim Erläutern der Anordnung entsprechender Austrittsabschnitte (Oberflächenbeleuchtungsbild) auf der Fourier-Transformations-Fläche für die Strichplattenstrukturen, die Fig. 15A bzw. 15C entsprechen;
Fig. 16 ist eine Ansicht, die schematisch eine Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 17 und 18
sind Ansichten, die eine Variante des beweglichen optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 19A und 19B
sind Flußdiagramme, die ein Belichtungsverfahren gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 20 ist eine Ansicht, die schematisch eine Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 21, 22, 23, 24 und 25
sind Ansichten, die jeweils einen Teil eines optischen Eingangssystems zeigen;
Fig. 26 ist eine Ansicht, die ein Beleuchtungssystem zeigt, bei dem eine Strichplattenblende in die Belichtungsvorrichtung in Fig. 20 integriert ist;
Fig. 27 ist eine Ansicht, die eine Konstruktion um einen Wafer-Tisch der Projektions- Belichtungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 28A und 28B
sind graphische Darstellungen, die jeweils Geschwindigkeitskennlinien eines Z- Tischs und Häufigkeitswahrscheinlichkeiten der Belichtungsquantität bei der Ausführung eines kumulativen Brennpunkt-Belichtungsverfahrens unter Verwendung des Z-Tischs des Wafer-Tischs zeigen;
Fig. 29 ist eine Ansicht, die schematisch eine Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung zeigt;
Fig. 30, 31, 32, 33 und 34
sind Ansichten, die Varianten des optischen Eingabesystems zeigen;
Fig. 35 ist eine Draufsicht im wesentlichen in der Richtung der optischen Achse, die eine Anordnung von beweglichen Fliegenaugen-Objektivgruppen und einen Aufbau eines beweglichen Elementes derselben zeigen;
Fig. 36 ist eine Ansicht im wesentlichen in der Richtung vertikal zur optischen Achse, die die Konstruktion in Fig. 35 zeigt;
Fig. 37 ist eine Ansicht, die schematisch eine Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 38 ist eine Ansicht, die einen konkreten Aufbau des beweglichen Elementes (Umstellelement der vorliegenden Erfindung) zum Auswechseln von vier Teilen von Aufnahmeelementen zeigt, die aus einer Vielzahl von Fliegenaugen-Objektivgruppen bestehen;
Fig. 39 ist eine Ansicht, die eine Variante des beweglichen Elementes zum Auswechseln der Vielzahl von Aufnahmeelementen zeigt; und
Fig. 40 ist eine Ansicht, die schematisch einen Grundaufbau eines Lichtweges gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockschema, das eine Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung insgesamt zeigt. Ein Lichtstrom 1, der von einer Belichtungslichtquelle 1, wie beispielsweise einer Quecksilberdampflampe oder dergleichen, emittiert und von einem elliptischen Spiegel 2 konvergiert wird, wird von einem Spiegel 3 reflektiert. Der Lichtstrom, der von dem Spiegel 3 reflektiert wird, tritt durch eine Übertragungslinse 4 hindurch und wird von einem Wellenlängeneinstellelement 5 monochromatisiert. Ein monochromatisierter Lichtstrom 2 wird von einem Spiegel 6 gebrochen und trifft auf ein Fliegenaugenobjektiv 6 auf. In diesem Moment ist eine Auftrefffläche des Fliegenaugenobjektivs 7 an einer Position im wesentlichen an Strichplattenstrukturen 28 angrenzend vorhanden. Eine Austrittsfläche des Fliegenaugenobjektivs 7 ist an einer Fourier-Transformations-Entsprechungsfläche (Fourier-Transformations-Fläche) der Strichplattenstrukturen 28 oder in der Nähe dieser Fläche ausgebildet. Eine Aperturblende 8 ist nahe an der Austrittsfläche des Fliegenaugenobjektivs 7 vorhanden. Eine numerische Apertur des Beleuchtungslichtes L3 wird von einer Antriebseinheit 9 bestimmt, die eine Größe einer Öffnung der Aperturblende 8 verändert. Das Beleuchtungslicht L3 wird von einem Spiegel 10 reflektiert. Mit dem Beleuchtungslicht über eine Kondensorlinse 11 wird eine Beugungsgittersturkturplatte (lichtdurchlässige flache Platte) 12 beleuchtet, in die Beugungsgitterstrukturen 13a eingeschnitten sind. Diese Beugungsgitterstrukturplatte 12 wirkt als Lichtstrom-Verteilungselement bei der vorliegenden Erfindung. Diese Platte 12 kann angebracht/entfernt und ausgewechselt werden. Dabei ist die Beugungsgitterstrukturplatte 12 an einer Fläche im wesentlichen an die hochfeinen Strichplattenstrukturflächen 28 angrenzend angeordnet, die auf einer Strichplatte 27 ausgebildet sind. Die Strichplattenstrukturen 12 können dabei isolierte Strukturen oder Strukturen mit periodischem Aufbau sein.
Ein optischer Integrator, wie beispielsweise das Fliegenaugenobjektiv, und Lichtleitfasern werden, wie oben beschrieben, in einem optischen Beleuchtungssystem zur Beleuchtung der Strichplatte mit Licht eingesetzt. Eine Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichtes, mit dem die Strichplatte beleuchtet wird, wird vereinheitlicht. Wenn das Fliegenaugenobjektiv eingesetzt wird, um diesen Homogenisierungsvorgang auszuführen, sind eine Strichplatten-Fokusfläche und eine Strichplatte im wesentlichen über Fourier-Transformation miteinander verbunden. Die Strichplatten-Fokusfläche und eine Lichtquellen-Fokusfläche sind ebenfalls durch Fourier-Transformation verbunden. So sind die Strukturfläche der Strichplatte und die Lichtquellen-Fokusfläche (genauer gesagt, die Lichtquellen-Fokusfläche jedes einzelnen Linsenelementes des Fliegenaugenobjektivs) in Bilderzeugungsbeziehung (konjugierte Beziehung) verbunden. Aus diesem Grund werden auf der Strichplatte die Beleuchtungsstrahlen von den entsprechenden Elementen (sekundäres Beleuchtungsbild) des Fliegenaugenobjektivs addiert (überlappt) und dadurch gemittelt. So läßt sich die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung auf der Strichplatte verbessern.
Fig. 2 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für die Beugungsgitterstrukturplatte zeigt.
Die Beugungsgitterstrukturplatte 12 ist ein transparentes Substrat aus geschmolzenem Quarz oder dergleichen und ist mit der Beugungsgitterstruktur 13a versehen. Die Beugungsgitterstrukturen 13a kann man sich als Linie-Zwischenraum-Strukturen vorstellen, die auf einer flachen Metall-Dünnschicht aus Cr und dergleichen ausgebildet sind. Dabei ist anzumerken, daß ein Abstand Pg der Beugungsgitterstrukturen 13a im wesentlichen mit Pg = 2Pr x M (wobei m die Vergrößerung bei der Bilderzeugung zwischen der Beugungsgitterstruktur 13a und den Strichplattenstrukturen 28 ist) in bezug auf einen Abstand Pr der Strichplattenstrukturen 28 gegeben ist. Das Verhältnis beträgt nicht notwendigerweise 1 : 1, sondern kann beliebig sein.
(-)-Primär-Beugungslicht L4 und (+)-Primär-Beugungslicht L5 werden, um zur Beschreibung von Fig. 1 zurückzukehren, durch die Beugungsgitterstrukturplatte 12 hergestellt und durch eine Kondensorlinse 15 an einer Fourier-Transformations-Fläche 50 in dem optischen Beleuchtungssystem voneinander getrennt. Die Lichtstrahlen werden dann an einer Position exzentrisch zu der optischen Achse des optischen Belichtungssystems (oder eines optischen Projektionssystems (29)) konzentriert. Die Positionen, durch die die Strahlen von (±)-Primär-Beugungslicht L4, L5 über der Fourier-Transformations- Fläche hindurchgehen, sind in bezug auf eine optische Achse AX symmetrisch. Ein Raumfilter 16 ist an der Fourier-Transformations-Fläche oder an einer Fläche in der Nähe der Fourier-Transformations-Fläche vorhanden. Lichtdurchlässige Abschnitte (Öffnungen) sind so angeordnet, daß sie nur die Strahlen von Beugungslicht ((±)-Primär- Beugungslicht L4, L5 bei der vorliegenden Ausführung) der speziellen Ordnung unter den Strahlen von Beugungslicht durchlassen, das von den Beugungsgitterstrukturen 13a erzeugt wird. Es ist anzumerken, daß dieses Raumfilter 16 ein veränderliches Filter sein kann, d. h., daß eine Position und ein Aufbau des durchlässigen Abschnitts verändert werden kann, oder es kann ein Filter von dem Typ sein, bei dem das Raumfilter 16 selbst anbringbar/abnehmbar und auswechselbar ist. Das Raumfilter 16 ist vorzugsweise, wenn das Beugungslicht 0-ter Ordnung von der Beugungsgitterstruktur 13a erzeugt wird, eine Cr-Dünnschicht, die groß genug ist, um das Beugungslicht 0-ter Ordnung abzuschirmen. Strahlen von Licht nicht benötigter Ordnungen können ebenfalls abgeschirmt werden.
Fig. 3 zeigt ein Raumfilter 16a, das geeignet ist, wenn die Beugungsgitterstrukturen 13a, die in Fig. 2 dargestellt sind, eingesetzt werden. Ein Abschnitt mit schrägen Linien kennzeichnet einen Lichtabschirmabschnitt. Ein Radius des Raumfilters 16a ist größer als die numerische Gesamtapertur des optischen Beleuchtungssystems. Die zwei lichtdurchlässigen Abschnitte (Öffnungen) 16a1, 16a2 sind in Abschnitten symmetrisch zu dem Mittelpunkt des Raumfilters 16a angeordnet.
Eine Intensitätsverteilung (Positionen von Lichtströmen) an der Fourier-Transformations- Fläche des optischen Beleuchtungssystems muß sich je nach den Lichteigenschaften der Strichplattenstruktur 28 unterscheiden. Es ist jedoch wünschenswert, daß die Richteigenschaften der Beugungsgitterstrukturen 13a den Richteigenschaften der Strichplattenstrukturen 28 gleich sind. In diesem Fall müssen die Richteigenschaften nicht gleich sein. Die Richteigenschaften der Beugungsgitterstrukturen 13a, die auf die Strichplattenstruktur 28 projiziert werden, können mit einem großen Teil der Richteigenschaften der Strichplattenstrukturen 28 übereinstimmen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden Eigen-Beugungsgitterstrukturen, die für die entsprechenden Strichplattenstrukturen 28 bestimmt werden, in einzelne Beugungsgitterstrukturplatten eingeschnitten. Gleichzeitig mit dem Austausch einer Strichplatte 27 kann die Strichplatte 27 ausgetauscht werden und an die Beugungsgitterstrukturplatte angepaßt werden.
Die Beugungsgitterstrukturen 13 werden durch den Abstand bzw. die Linienbreite und die Richteigenschaften der Strichplattenstrukturen 28 bestimmt. Das heißt, die gleiche Beugungsgitterstrukturplatte kann zusammen mit einer Vielzahl von Strichplatten eingesetzt werden, die Strukturen aufweisen, bei denen die Abstände, die Linienbreiten und die Richteigenschaften im wesentlichen gleich sind.
Wenn die Richteigenschaften der Vielzahl von Strichplatten unterschiedlich sind, können sie mit den Richteigenschaften der Strukturen auf den entsprechenden Strichplatten in Übereinstimmung gebracht werden, indem die Beugungsgitterstrukturplatte 12 in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse gedreht werden. Des weiteren kann, wenn die Beugungsgitterstrukturplatte 12 gedreht werden kann (beispielsweise um 90º), dies einem Fall entsprechen, in dem sich die Richtungen der Linien-Zwischenraum-Struktur- Richtungen der Strichplattenstrukturen 13a von den Richtungen x, y unterscheiden.
Die Übertragungslinse 15 ist als ein Zoomobjektiv (afokaler Zoom-Dehner (expander) und dergleichen) ausgeführt, das aus einer Vielzahl von Linsenelementen besteht, wobei ein Kondensationsabstand durch Veränderung einer Brennweite verändert werden kann. In diesem Fall sollte jedoch die konjugierte Beziehung zwischen der Beugungs gitterstrukturplatte 12 und der Strichplatte 27 beibehalten werden. Des weiteren kann ein Bild der Struktur 13a mittels einer Bilddreheinrichtung gedreht werden.
So können die Beugungsgitterstrukturen 13a beispielsweise in einem um die optische Achse des optischen Beleuchtungssystems gedrehten Zustand eingesetzt werden, um einen beliebigen Winkel entsprechend der Richteigenschaften der Strichplattenstrukturen 28 zu erzielen.
Die Lichtströme L4, L5, die durch das Raumfilter 16 hindurchtreten, werden, wie in Fig. 1 dargestellt, zu einer Strichplattenblende 20 über eine Kondensorlinse 19 geleitet. Die Strichplattenblende 20 ist an einer Fläche im wesentlichen an die Strichplattenstrukturflächen 28 angrenzend vorhanden, und es handelt sich um eine Feldblende, die nur den speziellen Bereich der Strichplatte 27 mit dem Licht beleuchtet. Diese Strichplattenblende 20 weist eine Apertur auf, die geöffnet und geschlossen werden kann, und zwar mit Hilfe eines Antriebssystems 21, und mit der eine Größe des Beleuchtungsbereiches auf der Strichplatte 27 reguliert werden kann. Die Strichplatte 27 wird mit Lichtströmen L6, L7, die durch die Strichplattenblende 20 hindurchtreten, über Kondensorlinsen 22, 26 und einen Spiegel 24 beleuchtet, der im wesentlichen in der Nähe der Fourier-Transformations-Fläche angeordnet ist. Die Lichtströme L6, L7 treffen auf die Strichplattenstrukturen 28 auf Die Strahlen von gebeugtem Licht, die von den Strichplattenstrukturen 28 erzeugt werden, werden konzentriert, um ein Bild auf einem Wafer 30 mit einem optischen Projektionssystem 29 herzustellen. Der Wafer 30 kann in zwei Dimensionen in der Ebene vertikal zu der optischen Achse bewegt werden. Der Wafer 30 liegt auf einem Wafertisch 31 auf, der in der Richtung der optischen Achse bewegt werden kann.
Fig. 40 zeigt schematisch einen Grundaufbau von Lichtwegen für Beleuchtungsstrahlen in einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Der lichtdurchlässige Abschnitt (Öffnung) 16a des Raumfilters 16 ist, wie in Fig. 40 zu sehen ist, an einer Position exzentrisch zu der optischen Achse AX des optischen Projektionssystems bzw. des optischen Beleuchtungssystems an der Fourier-Transformations-Fläche angeordnet. Eine Koordinatenposition der Lichtströme, die durch die Fourier-Transformations- Fläche hindurchtreten, ist exzentrisch zu der optischen Achse AX.
Das Beleuchtungslicht L5, das über den Austrittsabschnitt 16a des Raumfilters 16 emit- tiert wird, trifft über die Kondensorlinse 26 auf der Strichplatte 27 auf Die Strichplattenstrukturen 28, die auf der Strichplatte (Maske) 27 dargestellt sind, enthalten normalerweise eine große Anzahl periodischer Strukturen. Daher werden eine Beugungslichtkomponente Do 0-ter Ordnung, (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten Dp, Dm und Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung in Richtungen, die dem Grad der Feinheit der Strukturen entsprechen, von den mit dem Licht beleuchteten Strichplattenstrukturen 28 erzeugt. Dabei treffen die Beleuchtungs-Lichtströme (Mittellinie) in einem geneigten Winkel auf die Strichplatte 27 auf. So werden auch die Beugungslichtkomponenten der entsprechenden Ordnungen von den Strichplattenstrukturen 28 mit einer Neigung (Winkelabweichung) im Vergleich zu der vertikalen Beleuchtung erzeugt. Das Beleuchtungslicht L6, das in Fig. 40 dargestellt ist, trifft mit einer Neigung 9 zu der optischen Achse auf.
Das Beleuchtungslicht L6 wird durch die Strichplattenstrukturen 28 gebeugt, so daß eine Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung Do entsteht, die sich in einer Richtung mit der Neigung cp zu der optischen Achse AX bewegt, eine (+ )-Primär-Beugungslichtkomponente Dp mit einer Neigung 6p zu der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung, und eine (-)-Primär-Beugungslichtkomponente Dm, die sich mit einer Neigung θm zu der Beugungslichtkomponente Do 0-ter Ordnung bewegt. Das Beleuchtungslicht L6 jedoch trifft in dem geneigten Winkel cp zu der optischen Achse AX des optischen Projektionssystems 29, dessen beide Seiten telezentrisch sind, auf die Strichplattenstrukturen auf. Aus diesem Grund bewegt sich die Beugungslichtkomponente Do 0-ter Ordnung auch in der Richtung im Winkel φ zur optischen Achse AX des optischen Projektionssystems geneigt.
Daher bewegt sich die (+)-Primär-Beugungslichtkomponente Dp in einer Richtung (6p + φ) zur optischen Achse AX, während sich die (-)-Primär-Beugungslichtkomponente Dm in einer Richtung (θm - φ) zur optischen Achse AX bewegt.
Dabei werden die Beugungswinkel θp, θm wie folgt ausgedrückt:
sin (θp + φ) - sin φ = λ/P... (1)
sin (θm + φ) - sin φ = λ/P... (2)
wobei angenommen wird, daß sowohl die (+)-Primär-Beugungslichtkomponente Dp als auch die (-)-Primär-Beugungslichtkomponente Dm eine Pupillenfläche (die Fourier- Transformations-Fläche der Strichplattenstrukturen) 51 des optischen Projektionssystems 29 durchdringen.
Wenn der Beugungswinkel mit den feineren Strichplattenstrukturen 28 zunimmt, kann zunächst die (+)-Primär-Beugungsüchtkomponente Dp, die sich in der Richtung im Winkel (θp + φ) geneigt bewegt, nicht in die Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems 29 eindringen. Das heißt, es ergibt sich eine Beziehung sin (θp + φ)> NAR. Ein Strahl Beleuchtungslicht L131 trifft mit einer Neigung zur optischen Achse AX auf, und so kann dis (-)-Primär-Beugungslichtkomponente Dm auch in dem Beugungswinkel, in diesem Fall auf das optische Projektionssystem 29, auftreffen. Das heißt, es ergibt sich eine Beziehung sin (θp + φ)> NAR.
Dadurch entstehen auf dem Wafer 30 Interferenzstreifen durch zwei Lichtströme, d. h. von der Beugungslichtkomponente Do 0-ter Ordnung und der (-)-Primär-Beugungslichtkomponente Dm. Die Interferenzstreifen kann man als Bild der Strichpfattenstrukturen 28 sehen. Ein Kontrast von ungefähr 90% wird erzielt, wenn die Strichplattenstrukturen 28 ein Linien-Zwischenraum-Verhältnis von 1 : 1 haben, und die Strukturierung des Bildes der Strichplattenstrukturen 28 kann auf einem auf den Wafer 30 aufgetragenen Resist vorgenommen werden.
Eine Auflösungsgrenze ist dabei gegeben durch:
sin (θm - φ) = NAR... (3)
Daher ist eine Strichplattenteilung der übertragbaren minimalen Struktur gegeben durch:
NAR + sinφ = λ/P
P = λ/(NAR + sinφ)... (4)
Wenn davon ausgegangen wird, daß sin φ beispielsweise ungefähr 0,5 · NAR beträgt, ist die minimale Teilung der Struktur auf der übertragbaren Strichplatte gegeben mit:
P = λ/(NAR + 0,5 NAR)
= 2λ/3NAR... (5)
Hingegen wird bei einer bekannten Projektions-Belichtungsvorrichtung, bei der eine Verteilung von Beleuchtungslicht auf der Pupillenfläche 51 der Fourier-Transformationsfläche in einen kreisförmigen Bereich (rechteckigen Bereich) um die optische Achse AX herum fällt, die Auflösungsgrenze durch sin θm = λ/P NAR ausgedrückt. Die minimale Teilung ist durch P &sim; λ/NAR gegeben. Es wird so verständlich, daß mit der Projektions- Belichtungsvorrichtung bei dieser Ausführung eine höhere Auflösungskraft erreicht wird als bei der bekannten Belichtungsvorrichtung.
Im folgenden wird erläutert, warum eine Foukustiefe bei einem Verfahren zur Herstellung von Bilderzeugungsstrukturen auf dem Wafer unter Einsatz der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung und der Primär-Beugungslichtkomponente vergrößert wird, wenn die Strichplattenstrukturen mit dem Belichtungslicht in einer bestimmten Auftreifrichtung in einem bestimmten Auftreifwinkel beleuchtet werden.
Wenn sich der Wafer 30, wie in Fig. 40 dargestellt, an der Fokusposition (die beste Bilderzeugungsfläche) des optischen Projektionssystems 29 befindet, haben alle einzelnen Beugungslichtkomponenten, die von einem Punkt der Strichplattenstrukturen 28 ausgehen und einen Punkt auf dem Wafer 30 erreichen, selbst dann, wenn sie durch einen beliebigen Teil des optischen Projektionssystems 29 hindurchtreten, einen Lichtweg mit gleicher Länge. Aus diesem Grund haben, selbst dann, wenn die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung im wesentlichen die Mitte (in der Nähe der optischen Achse) der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems 29 durchdringt, die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung und die anderen Beugungslichtkomponenten gleiche Länge der Lichtwege, und eine gegenseitige Wellenfront-Aberration beträgt Null. Wenn sich der Wafer 30 in einem Defokussierungszustand befindet (d. h., der Wafer 30 befindet sich nicht an der Fokusposition des optischen Projektionssystems 29), liegen die Längen der Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung, die schräg darauf fallen, im Ver gleich zu der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung, die in der Nähe der optischen Achse hindurchtritt, vor dem Brennpunkt. Hingegen nehmen die Längen hinter dem Brennpunkt (näher an dem optischen Projektionssystem 29) zu. Eine Differenz dazwischen entspricht einer Differenz zwischen den Auftreffwinkeln. So erzeugen die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung und die Primär- sowie die weiteren Beugungslichtkomponenten gegenseitig die Wellenfront-Aberration, so daß es vor und hinter der Position des Brennpunktes zu Unschärfe kommt.
Die Wellenfront-Aberration, die durch die Defokussierung verursacht wird, die oben beschrieben ist, ist als durch ΔFr²/2 gegebene Quantität definiert, wobei ΔF der Betrag der Abweichung von der Brennpunktposition des Wafers 30 ist, und r (r = sin θw) der Sinus eines Auftreifwinkels θw beim (-)-Auftreffen der einzelnen Beugungslichtkomponenten ist. (Dabei steht r für einen Abstand zu der optischen Achse AX an der Pupillenfläche 51.) Bei der herkömmlichen Projektions-Belichtungsvorrichtung tritt die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung Do in der Nähe der optischen Achse AX hindurch, und daher gilt r (0-te Ordnung) = 0. Bei den (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten Dp, Dm gilt jedoch r (primär) = M. λ/P (M ist die Vergrößerung des optischen Projektionssystems).
Daher ist die Wellenfront-Aberration aufgrund der Defokussierung der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung Do und der (+)-Primär-Beugungslichtkomponenten Dp, Dm gegeben durch:
ΔF·M²(λ/P)²/2
Bei der Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch, wie in Fig. 30 dargestellt, die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung Do in der in dem Winkel q zur optischen Achse AX geneigten Richtung erzeugt. So wird der Abstand der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung zu der optischen Achse AX auf der Pupillenfläche 51 ausgedrückt durch r (0-te Ordnung) = M · sin φ.
Des weiteren wird der Abstand der (-)-Primär-Beugungslichtkomponente Dm zu der optischen Achse auf der Pupillenfläche durch r ((-)-primär) = M · sinφ(θm - φ). Dabei wird, wenn sin φ = sin(θm - φ) wird, eine relative Wellenfront-Aberration aufgrund der Defo kussierung der Beugungslichtkomponente Do 0-ter Ordnung und der (-)-Primär-Beugungslichtkomponente Dm gleich Null. Selbst wenn der Wafer 30 in der Richtung der optischen Achse leicht von der Position des Brennpunktes abweicht, ergibt sich, daß das unscharfe Bild der Strukturen 28 nicht größer wird als beim Stand der Technik. Das heißt, die Fokustiefe nimmt zu. Wie in der Formel (2) dargestellt, gilt sin (θm - + sin φ = λ/P, und damit ist es möglich, die Fokustiefe erheblich zu vergrößern, wenn der Auftreffwinkel φ des Beleuchtungs-Lichtstroms L6 auf der Strichplatte 27 eine Beziehung sinφ = λ/2P zu den Strukturen mit der Teilung P hat.
Dabei trifft, wie oben erläutert, jeder der Lichtströme L6, L7 auf der Strichplatte 28 in dem geneigten Winkel 9 symmetrisch zur optischen Achse des optischen Projektionssystems bzw. des optischen Beleuchtungssystems auf. Von den Strukturen 28 werden die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung Do, eine (-)-Primär-Lichtkomponente Dm und eine (+)-Primär-Lichtkomponente Dp erzeugt.
Der Auftreifwinkel φ wird durch eine numerische Apertur NA des optischen Projektionssystems sowie von den Strichplattenstrukturen 28 vorgegeben. Dieser Auftreifwinkel wird, wie in der Formel (4) ausgedrückt, wahlweise auf einen Auftreffwinkel eingestellt, der dem Minimalwert der Strichpfattenstrukturteilung entspricht. Die Auftreifrichtung wird vorzugsweise auf eine Teilungsanordnungsrichtung der Strichplattenstrukturen eingestellt. Die optimalen Bedingungen für den Auftreffwinkel werden weiter unten erläutert.
Die Beugungsgitterstrukturplatte 12 ist, wie oben beschrieben, an der Position im wesentlichen an die Strichplattenstrukturen 28 angrenzend angeordnet. Die Beugungsgitterstrukturen 13a werden daher über das optische Beleuchtungssystem auf die Strichplattenstrukturen 28 projiziert. Aus diesem Grund wird ein Licht-Schatten-Bild, das die Form des Beugungsgitters hat, auf den Strichplattenstrukturen 28 hergestellt, und die Einheitlichkeit der Menge an Beleuchtungslicht nimmt so ab. Die Beugungsgitterstrukturplatte 12, in die die Beugungsgitterstrukturen 13a eingeschnitten sind, wird jedoch von einem Antriebselement 14, wie beispielsweise einem Motor, einem Piezoelement und dergleichen, um eine Teilung der Beugungsgitterstrukturen 13a oder um ungefähr ein ganzzahliges Vielfaches oder während einer Belichtungszeit (wenn ein nicht dargestellter Schluß geöffnet ist) pro Belichtung oszilliert bzw. verschoben. So wird das Licht- Schatten-Bild dadurch um ungefähr eine Teilung oder mehr während der Belichtungszeit pro Belichtung verschoben. Die Leuchtdichte wird über die Zeit gemittelt (homogenisiert), so daß die Einheitlichkeit der Menge des Beleuchtungslichtes beibehalten wird. Die Richtung, in der das Licht-Schatten-Bild verschoben bzw. oszilliert wird, wird vorzugsweise so festgelegt, daß eine geringere Korrelation zur Richtung der Beugungsgitterstrukturen 13a vorliegt. So kann das Bild beispielsweise eine Kreisbewegung (synthetisiert zu den Schwingungen in der Richtung x und y), deren Durchmesser auf einen Wert festgelegt ist, der die Teilung Pg der Strukturen 13a übersteigt, in der Ebene vertikal zur optischen Achse ausführen.
Dabei können eines oder mehrere optische Elemente, die näher an der Strichplatte 27 liegen als die Beugungsgitterstrukturplatte 12 anstelle der Beugungsgitterstrukturplatte 12 in dem optischen Beleuchtungssystem unter den gleichen Bedingungen verschoben, oszilliert oder in Kreisbewegung versetzt werden, Fig. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem Antriebselemente 23, 25 an der Kondensorlinse 22 und dem Spiegel 24 angebracht sind. Das Licht-Schatten-Bild wird innerhalb des Belichtungszeitraums gemittelt, in dem die oben beschriebene Verschiebung, Schwingung oder Kreisbewegung ausgeführt wird. Die Beleuchtungslichtmenge auf den Strichplattenstrukturen 28 kann einheitlich gehalten werden.
Es besteht jedoch die Möglichkeit, daß es zu Ungleichmäßigkeit bezüglich der Lichtmenge auf den Strichplattenstrukturflächen 28 aufgrund einer Streuung des Beugungswirkungsgrades oder der Lichtdurchlässigkeit in der Strukturebene kommt, die auf einen Herstellungsfehler bei den Beugungsgitterstrukturen 13a zurückzuführen ist. Um diese Erscheinung zu verhindern, kann ein Lichtstreuelement 17, wie beispielsweise eine Diffusionsplatte einer Zitronenschale (lemon skin) und dergleichen nahe an der Fourier- Transformations-Fläche 50 angeordnet sein.
Das Licht, das von einem Punkt an den Beugungsgitterstrukturen 13a ausgeht, wird durch das Lichtstreuelement 17 gestreut und beleuchtet somit einen größeren Bereich der Strichplattenstrukturflächen 28. Das heißt, das Licht von dem großen Bereich der Beugungsgitterstrukturen 13a gelangt zu einem Punkt auf den Strichplattenstrukturflä chen 28. So wird ein lokaler Herstellungsfehler der Beugungsgitterstrukturen 13a ausgeglichen. Dabei wird das Lichtstreuelement 17 von einem Motor 18 während der Belichtungszeit pro Belichtung verschoben, oszilliert oder gedreht, so daß ein Zeitmittlungseffekt erzeugt wird. So kann die Streuung bezüglich der Menge des Beleuchtungslichtes leichter ausgeglichen werden.
Es ist anzumerken, daß beim Verschieben, Oszillieren oder Drehen des Lichtstreuelementes 17, die optischen Elemente, wie beispielsweise die Beugungsgitterstrukturplatte 12 oder die Kondensorlinse 22 und der Spiegel 24 möglicherweise nicht verschoben, oszilliert oder gedreht werden.
Dieses Lichtstreuelement 17, das in der Nähe der Fourier-Transformationsfläche vorhanden ist, beeinträchtigt zwar das Bild der Beugungsgitterstrukturen 13a, führt jedoch nicht zu starken Schwankungen im Winkelbereich der Auftreifwinkel des Beleuchtungslichtes, das auf die Strichplattenstrukturfläche 28 auftrifft.
Des weiteren können Lichtleitfaserbündel, die wenigstens größer sind als die Punktstrahlen, an der Fourier-Transformations-Fläche oder über die gesamte Fourier- Transformations-Fläche statt des Lichtstreuelementes 17 verlegt werden, um die Lichtströme zu verringern. Des weiteren kann die Wirkung zur Abschwächung des Bildes durch eine Kombination mit dem Lichtstreuelement 17 verstärkt werden.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält darüber hinaus: ein Hauptsteuerungssystem 58, mit dem die Vorrichtung generalisiert/gesteuert wird, einen Strichcodeleser 61, der Strichcodes BC, die die Namen darstellen, die neben den Strichplattenstrukturen 28 ausgebildet sind, beim Transport der Strichplatte 27 unmittelbar über dem optischen Projektionssystem 29 liest, sowie eine Tastatur 62 zur Eingabe von Befehlen und Daten durch die Bedienungsperson. Im voraus werden in dem Hauptsteuersystem 58 die Namen einer Vielzahl von Strichplatten registriert, die von diesem Stepper verarbeitet werden, sowie Stepper-Funktionsparameter, die den jeweiligen Namen entsprechen. Das Hauptsteuerungssystem 58 gibt, wenn der Strichcodeleser 61 den Strichplatten- Strichcode BC liest, die zuvor registrierten Informationen über die Verschiebung und die Drehung der Beugungsgitterstrukturplatte 12 an das Antriebselement 14 als einen der Funktionsparameter aus, der diesem Namen entspricht. Die optimale Verteilung der Lichtmenge kann so auf der Fourier-Transformations-Fläche 50 entsprechend den Strichplattenstrukturen auf der Strichplatte ausgeführt werden. Als einer der Parameter, der den Namen der Strichplatten entspricht, wird die Information über das Austauschen der Beugungsgitterstrukturplatte 12 einem Strichplatten-Austauschelement 62 zugeführt. Die Beugungsgitterstrukturplatte 12, die optimal zu den Strichplattenstrukturen 28 paßt, die auf der Strichplatte ausgebildet sind, kann so ausgewählt werden. Die oben erläuterten Vorgänge können ausgeführt werden, indem die Bedienungsperson die Befehle und Daten über die Tastatur 63 direkt in das Hauptsteuerungssystem 58 eingibt.
Der Effekt der Verbesserung der Auflösungskraft bei dieser Ausführung, vorzugsweise auf σ = 0,1 bis 0,3, wird die numerische Apertur 8 des Beleuchtungssystems verstärkt. Das liegt daran, daß die Verbesserungen der Auflösungskraft und der Fokustiefe nicht erreicht werden können, wenn der Wert σ zu groß ist, während, wenn er zu klein ist, eine Wiedergabegenauigkeit abnimmt. Wenn ein Austrittsbereich des Fliegenaugenobjektivs 7 des oben beschriebenen optischen Beleuchtungssystems 1 beträgt, ist es im Unterschied zu diesem Wert vorteilhaft; ein Fliegenaugenobjektiv mit einem Austrittsbereich von beispielsweise 0,3 herzustellen. Das optische Beleuchtungssystem von dem elliptischen Spiegel 2 bis zu dem Fliegenaugenobjektiv 7 kann beispielsweise so aufgebaut sein, daß die Lichtmenge in bezug auf σ etwa 0,3 erhöht wird. Des weiteren kann der Wert σ verändert werden, indem die Breite der auf das Fliegenaugenobjektiv 7 auftreffenden Lichtströme verändert wird, wobei das Objektivsystem 4 aus einem Zoomobjektiv (afokales Zoomobjektiv) besteht.
Die genannten Positionen des jeweiligen Spiegels sind nicht auf die obengenannte beschränkt. So kann der Spiegel 24, der an dem Antriebselement 25 angebracht ist, beispielsweise näher an dem Raumfilter 16 angeordnet sein als die Strichplattenblende 20. Im folgenden wird der Fall erläutert, daß die Strichplattenstrukturen 28 nicht gleichmäßig über die gesamte Fläche der Strichplatte ausgerichtet sind, sondern teilweise in verschiedener Richtung ausgerichtet sind.
So wird beispielsweise der Fall beschrieben, daß die Strichplattenstrukturen 28 den periodischen Aufbau in zwei Richtungen x, y haben. Wenn die Strichplattenstrukturen 28 den periodischen Aufbau in den zwei Richtungen x, y haben, kann die Beugungsgitterstrukturplatte 12 mit Beugungsgitterstrukturen 13b versehen sein, die teilweise in verschiedenen Richtungen angeordnet sind, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. In Fig. 4 ist zu sehen, daß Beugungsgitterstrukturen 13b1, 13b3 den Strichplattenstrukturen 28 mit dem periodischen Aufbau in der Richtung y entsprechen. Beugungsgitterstrukturen 13b2, 13b4 entsprechen den Strichplattenstrukturen 28 mit dem periodischen Aufbau in der Richtung X. Dabei wird die Teilungsanordungsrichtung der Beugungsgitterstrukturen 13b1,13b3 an die Teilungsanordnungsrichtung der Strichplattenstrukturen 28 mit der periodischen Struktur in der Richtung y angeglichen. Die Teilungsanordnungsrichtung der Beugungsgitterstrukturen 13b2, 13b4 wird an die Teilungsanordnungsrichtung der Strichplattenstrukturen 28 mit der periodischen Struktur in der Richtung y angeglichen.
Fig. 5 ist ein Schema, das ein Raumfilter 16b darstellt, das der Beugungsgitterstruktur 13b, die in Fig. 4 dargestellt ist, entspricht. Das Raumfilter 16b enthält lichtdurchlässige Abschnitte (Öffnungen) 160a, 160b, 160c, 160d. Der mit schrägen Linien dargestellte Abschnitt stellt einen Lichtabschirmabschnitt dar. Die lichtdurchlässigen Abschnitte 160a, 160c lassen das von den Beugungsgitterstrukturen 13b1, 13b3 erzeugte gebeugte Licht durch. Ein Abstand zwischen den lichtdurchlässigen Abschnitten 160a, 160b wird durch eine Teilung der Beugungsgitterstrukturen 13b1, 13b3 bestimmt. Eine Richtung und ein Winkel des gebeugten Lichtes, das auf die Strichplattenstrukturen auftrifft, werden durch die Positionen der Strahlen gebeugten Lichtes an dem Raumfilter 16 bestimmt, d. h. durch Positionen der lichtdurchlässigen Abschnitte 160a, 160c.
Desgleichen lassen die lichtdurchlässigen Abschnitte 160b, 160d das gebeugte Licht von den Beugungsgitterstrukturen 13b2, 13b4 durch. Eine Richtung und ein Winkel des Lichtstroms, der auf die Strichplattenstrukturen 28 auftrifft, werden durch die Position des gebeugten Lichtes an dem Raumfilter 16 bestimmt, die von der Teilung der Beugungsgitterstrukturen 13b2, 13b4 abhängt.
Ein Aufbau der Beugungsgitterstruktur 13b ist nicht auf die Linien-Zwischenraum- Anordnung in Fig. 4 beschränkt, sondern es kann sich um eine Schachbrett-Beugungs struktur 13c handeln, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Die Teilungsanordnungsrichtung wird vorteilhafterweise an die Anordnungsrichtung der Strichplattenstrukturen 28 angepaßt. Wenn die periodischen Strukturen auf der Strichplatte in den zwei Richtungen x, y angeordnet sind, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, können die Teilungen der Schachbrett- Gitterstruktur 13c, wie oben erläutert, in den Richtungen x, y ausgerichtet sein. Ein Verhältnis derselben ist nicht auf 1 : 1 beschränkt.
Fig. 7 zeigt ein Raumfilter 16c für die Schachbrett-Gitterstruktur 13c, die in Fig. 6 dargestellt ist. Das Raumfilter 16c enthält lichtdurchlässige Abschnitte 161a, 161b, 161c, 161d. Der mit schrägen Linien dargestellte Abschnitt stellt den Lichtabschirmungsabschnitt dar.
Die Zwischenräume zwischen den lichtdurchlässigen Abschnitten 161a, 161b sowie 161d, 161c werden durch die Teilung der Beugungsgitterstruktur 13c, die in Fig. 6 dargestellt ist, in x-Richtung bestimmt. Zwischenräume zwischen den lichtdurchlässigen Abschnitten 161a, 161d sowie 161b, 161c werden durch die Teilung der in Fig. 6 dargestellten Beugungsgitterstruktur 13c in y-Richtung bestimmt. Wenn die Strichplattenstrukturen 28 den periodischen Aufbau in den beiden Richtungen x, y haben, trifft das Beleuchtungslicht, das die lichtdurchlässigen Abschnitte 161a, 161d durchdringt, auf die Strichplattenstrukturen 28 mit dem periodischen Aufbau in der x-Richtung auf, so daß die (+)-Primär-Beugungslichtkomponente erzeugt wird. Diese Beugungslichtkomponente tritt im wesentlichen durch die gleiche Position hindurch wie die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung des Beleuchtungslichtes, das durch die lichtdurchlässigen Abschnitte 161b bzw. 161c an der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems 29 hindurchgetreten ist. Umgekehrt trifft das Beleuchtungslicht, das durch die lichtdurchlässigen Abschnitte 161b, 161c hindurchtritt, auf die Strichplattenstrukturen 28 mit dem periodischen Aufbau in der x-Richtung auf, so daß die (-)-Primär- Beugungslichtkomponente erzeugt wird. Diese Beugungslichtkomponente tritt im wesentlichen durch die gleiche Position hindurch wie das Beleuchtungslicht, das durch die lichtdurchlässigen Abschnitte 161a bzw. 161d auf der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems hindurchgetreten ist. Die Abstände der entsprechenden lichtdurchlässigen Abschnitte 161a, 161b, 161c, 161d von der optischen Achse sind einander gleich. Daher treten die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung sowie die (+)-Primär- Beugungslichtkomponente bzw. die (-)-Primär-Beugungslichtkomponente durch die Position mit im wesentlichen gleichen Abstand zu der optischen Achse an der Pupillenfläche des optischen Projektionssystems hindurch. Vier Strahlen Beleuchtungslicht, die durch die lichtdurchlässigen Abschnitte 161a bis 161d hindurchtreten, treffen auf die Strichplattenstrukturen 28 auf, so daß die (+)- bzw. (-)-Primär-Beugungslichtkomponente erzeugt wird. Kombinierte Lichtkomponenten aus einer beliebigen dieser Primär- Beugungslichtkomponenten und der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung erreichen zusammen den Wafer 30, so daß ein Bild, das, wie oben beschrieben, einen Kontrast von ungefähr 90% hat, hergestellt wird. Des weiteren bewegen sich die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung sowie die Primär-Beugungslichtkomponenten durch Positionen hindurch, die im wesentlichen den gleichen Abstand zu der optischen Achse AX auf der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems 29 haben, so daß auch die Fokustiefe erheblich ist.
Bisher wurde der Fall beschrieben, daß die Strukturen Periodizität in der Richtung x aufweisen. Es sind jedoch auch Strukturen mit der Periodizität in der Richtung y möglich. Die Richtungen der Gitter sind nicht auf die oben beschriebenen beschränkt, sondern entsprechend den Strichplattenstrukturen kann es sich auch um eine schräge Richtung handeln. Zwei Teile lichtdurchlässiger Substrate, die mit den sich wiederholenden Beugungsgitterstrukturen 13a versehen sind, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, sind so angeordnet, daß die Strukturflächen einander zugewandt sind. Zwei flache Platten werden zueinander um die optische Achse des optischen Beleuchtungssystems gedreht, und beliebige Strukturen können hergestellt werden, indem die Positionen der entsprechenden Strukturen zueinander eingestellt werden. Des weiteren sind auch sich wiederholende Strukturen mit anderem beliebigen Aufbau möglich. Die Beugungsgitterstrukturen 13 können nicht nur die geradlinigen Strukturen sein, sondern auch Strukturen, die periodischen Aufbau haben, zum Beispiel homozentrische Gitterstrukturen (Fresnel- Zonenplatte usw.) sowie homozentrische elliptische Strukturen. Des weiteren können die Strukturen mit beliebigen Licht-Schatten-Abschnitten in den beiden Richtungen mittels Flüssigkristall und dergleichen hergestellt werden. Auch in diesem Fall kann das Raumfilter 16, dessen durchlässige Abschnitte auf der Grundlage der Positionen des Beugungslichtes bestimmt werden, eingesetzt werden.
Die Beugungsgitterstrukturplatte 12 kann von dem Typ sein, bei dem ein Lichtabschirmungsfilm aus Cr und dergleichen auf der Oberfläche eines durchlässigen Substrats, beispielsweise eines Glassubstrats, strukturiert wird. Als Alternative dazu kann die Platte 12 von dem Typ sein, der mit sogenannten Phasengittern versehen ist und bei dem ein dielektrischer Film aus SiO&sub2; oder dergleichen Strukturierung unterzogen wird. Die Phasengitter weisen den Vorteil auf, daß die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung beschränkt werden kann, das Raumfilter 16 ebenfalls weggelassen werden kann und der Verlust der Lichtmenge gering ist.
Die Auftreifrichtungen und die Auftreifwinkel der (Vielzahl von) Beleuchtungs-Licht- ströme, die auf die Strichplattenstrukturen 28 auftreffen, werden entsprechend den Strichplattenstrukturen 28 beschrieben. Die Auftreifrichtungen und -winkel können beliebig verändert werden, indem die Richteigenschaften und die Teilung der Beugungsgitterstrukturen 13a verändert werden. So wird die Beugungsgitterstrukturplatte 12, wie bereits erläutert, beispielsweise gegen eine mit anderer Teilung ausgetauscht, so daß die Positionen der Lichtströme verändert werden können, die auf die Fourier-Transformations-Fläche auftreffen. Es ist daher möglich, eine beliebige Verteilung der Beleuchtungslichtmenge auf der Fourier-Transformations-Fläche zu erzielen, ohne daß es zu erheblicher Verringerung der Beleuchgungslichtmenge kommt. Die Durchlaßpositionen der Lichtströme auf der Fourier-Transformations-Fläche sind, wie bereits erläutert, veränderbar, wobei der Auftreffwinkel des Beleuchtungslichts auf den Strichplattenstrukturen 28 ebenfalls veränderbar ist (der Winkel der Lichtströme, die auf das optische Projektionsystem auftreffen, kann auf einen gewünschten Winkel eingestellt werden). Aus diesem Grund kann die Projektions-Belichtungsvorrichtung mit hoher Auflösungskraft und geringerem Verlust an Lichtmenge hergestellt werden. Das Lichtstrom- Transformationselement dient dazu, die Lichtmengenverteilung bei Annahme eines beliebigen Aufbaus entsprechend dem Auftreffwinkel auf die Strichplattenstrukturen 28 auf der Fourier-Transformations-Fläche oder in der Umgebung dieser Fourier- Transformations-Fläche zu erzeugen. Die Einstellung der relativen Positionsbeziehung zu den Strichplattenstrukturen fällt weg.
Es ist anzumerken, daß die Bestimmung der Positionen (an denen sich die Lichtmengenverteilungen auf der gesamten Fourier-Transformations-Fläche konzentrieren) der Lichtströme, die auf die Fourier-Transformations-Fläche 50 auftreffen, ausführlich erläutert wird.
Es folgt die Erläuterung eines Verfahrens zum Abschwächen des Bildes durch das Anordnen von optischen Elementen in den lichtdurchlässigen Abschnitten des Raumfilters 16 als Beispiel einer Abwandlungsform der Einrichtung zum Abschwächen des Bildes.
Durchlässige flache Platten mit unterschiedlicher Dicke und unterschiedlichem Brechungsindex werden an den entsprechenden lichtdurchlässigen Abschnitten des Raumfilters 16 angeklebt. Die Lichtstrahlen, die durch die einzelnen lichtdurchlässigen Abschnitte dringen, bewegen sich auf den Lichtwegen, die jeweils um einen Wert (Dicke der Beugungsgitterstrukturplatte x Brechungsindex) länger sind. Wenn eine Differenz zwischen den Längen der Lichtwege der Lichtströme, die durch die entsprechenden lichtdurchlässigen Abschnitte hindurchdringen, größer ist als eine Kohärenzlänge des Beleuchtungslichtes, kommt es nicht zur Interferenz der Lichtstrahlen, die durch die entsprechenden lichtdurchlässigen Abschnitte dringen, an den Strichplattenstrukturflächen. Das heißt, es wird kein Bild der Beugungsgitterstrukturen hergestellt. Wenn das Licht beispielsweise ein i-Strahl (Wellenlänge = 0,365 um, Wellenlängenbreite = 0,005 um) der Quecksilberdampflampe ist, beträgt die Kohärenzlänge des Beleuchtungslichtes ungefähr 27 um. Wenn das Glas mit einem Brechungsindex von 1,5 als die oben beschriebene Beugungsgitterstrukturplatte eingesetzt wird, wird eine Differenz (At) zwischen den Dicken der flachen Platten, die an die entsprechenden Öffnungen angeklebt werden, wie folgt ausgedrückt:
Δtx(1,5 - 1) 27 um
wobei der Brechungsindex der Luft 1 beträgt. Die Differenz, die durch Δt 54 um definiert wird, kann ausreichen.
Wenn die einzelnen Gläser jedoch einen Brechungsindex von beispielsweise 1,5 haben und Dicken von 1000 um, 1060 um (Dickendifferenz beträgt 60 um) aufweisen und an den entsprechenden Öffnungen des Raumfilters angeklebt werden, der beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, verschwinden die Inferfernzstreifen an den Strichplattenstrukturflächen, d. h., das Bild der Beugungsgitterstrukturen (Abschwächung).
Wenn die lichtdurchlässigen flachen Platten mit unterschiedlicher Dicke und unterschiedlichem Brechungsindex an den Öffnungen des Raumfilters 16 auf diese Weise angeklebt werden, können die Beugungsgitterstrukturen 13 und das optische Element des Lichtstreuelementes 17 nicht oszilliert, verschoben oder gedreht werden.
Wenn eine Kohärenzlänge des Beleuchtungslichtes groß ist und wenn beispielsweise eine Laserstrahlquelle eingesetzt wird, kann ein optisches Drehelement, wie beispielsweise ein Kristall, an einer Öffnung des Raumfilters 16 angebracht werden, um eine Polarisierungsrichtung des durchgelassenen Lichtes um ungefähr 90º zu drehen. An den anderen Öffnungen werden die lichtdurchlässigen flachen Platten aus Glas und dergleichen mit im wesentlichen gleicher Länge des Lichtweges wie das optische Drehelement angebracht. Wenn das oben beschriebene Raumfilter eingesetzt wird, ist ungefähr eine Hälfte der Lichtströme, mit denen die Strichplattenstrukturflächen bestrahlt werden, senkrecht (als Alternative dazu zirkular polarisiertes Licht in der umgekehrten Richtung) zueinander bezüglich ihrer Polarisierungsrichtung. Daher werden die Interferenzstreifen, d. h., das Bild der Beugungsgitterstrukturen, abgeschwächt. Die Beugungsgitterstrukturen 13 sind mit geringfügigen Abweichungen in Richtung der optischen Achse von der konjugierten Position zu den Strichplattenstrukturen 28 angeordnet, so daß das Bild der Beugungsgitterstrukturen 13, das auf die Strichplattenstrukturen 28 projiziert wird, abgeschwächt (defokussiert) werden kann.
Abgeschwächt (homogenisiert) von der Bildabschwächungseinrichtung entsprechend der oben beschriebenen Konstruktion werden die nicht benötigten Licht-Schatten- Streifen (das Bild der Beugungsgitterstrukturen), die hergestellt werden, indem die Beugungsgitterstrukturen (die als das Lichstrom-Verteilungselement dienen) über das optische Beleuchtungssystem auf die Strichplattenstrukturflächen projiziert werden (Bildherstellung). Als Alternative dazu werden die Streifen zeitgemittelt und dann bezüglich der Verteilung der Bildflächen-Lichtmenge homogenisiert. Es kann verhindert werden, daß eine Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung auf den Strichplattenstrukturflächen abgeschwächt wird. Des weiteren lassen sich die Herstellungskosten für die Lichtstrom- Transformationselemente erheblich verringern, ohne daß sich die Fehler bei der Herstellung der Lichtstrom-Verteilungselemente auswirken.
Die Beugungsgitterstrukturplatte 12 kann nicht nur die Platte mit durchlässigen Strukturen sein, sondern auch die Platte mit reflektiven Strukturen, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist. Das oben beschriebene optische Element zum Transformieren des Beleuchtungslichtes in eine Vielzahl von Lichtströmen und zur Herstellung einer beliebigen Lichtmengenverteilung auf der Fourier-Transformations-Fläche 50 ist nicht auf die Beugungsgitterstrukturplatte 12 bzw. 12A beschränkt.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung, die eine Anordnung zeigt, bei der ein Prisma 33, das mit einer Vielzahl von Brechungsflächen versehen ist, als ein Element (Lichtstrom-Verteilungselement) eingesetzt wird, das eine Vielzahl von Lichtströmen auf die Fourier-Transformations-Fläche 50 leitet und eine beliebige Lichtmengenverteilug auf der Fourier-Transformations-Fläche herstellt. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von einer Übertragungslinse 11 aus und in Richtung der Strichplatte von einer Übertragungslinse 15 aus ist der gleiche wie der in Fig. 1 dargestellte. Das Prisma 33 in Fig. 9 ist in zwei Brechungsflächen unterteilt, wobei die optische Achse AX als Grenze dient. Das Beleuchtungslicht, das oben auf die optische Achse AX auftrifft, wird nach oben gebrochen, während das Beleuchtungslicht, das unten auf die optische Achse AX auftrifft, nach unten gebrochen wird. So können die Beleuchtungslichtströme entsprechend einem Brechungswinkel des Prismas 33 auf die Fourier-Transformations-Fläche auftreffen. Die Teilungszahl (dividing number) der Brechungsflächen ist nicht auf zwei beschränkt, sondern sie kann entsprechend einer gewünschten Lichtmengenverteilung auf der Fourier-Transformations-Fläche jede beliebige Zahl sein. Die Teilungspositionen sind nicht unbedingt symmetrisch in bezug auf die optische Achse AX.
Die Auftreffpositionen der Beleuchtungs-Lichtströme, die auf die Fourier-Transformations-Fläche 50 auftreffen, können durch Auswechseln des Prismas 30 verändert werden.
Des weiteren kann es sich bei dem Prisma 33 dabei um einen Polarisations-Strahlteiler handeln, so beispielsweise ein Wollaston-Prisma usw.. In diesem Fall unterscheiden sich jedoch die Polarisierungsrichtung der gespaltenen Lichtströme voneinander, und so können die Polarisationseigenschaften in einer Richtung angeordnet werden, wenn die Polarisationseigenschaften des Resists des Wafers 30 berücksichtigt werden. Die Vorrichtung weist natürlich eine Funktion zum Austauschen des Prismas und dergleichen auf.
Fig. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Vielzahl von Spiegeln 34a, 34b, 34c, 34d als Lichtstrom-Verteilungselemente eingesetzt werden. Das Beleuchtungslicht, das durch das Übertragungslinsensystem 11 hindurchtritt, wird so reflektiert, daß es durch die Primärspiegel 34b, 34c in zwei Richtungen getrennt wird und durch die Sekundärspiegel 34a, 34d geleitet wird. Das Beleuchtungslicht wird erneut reflektiert und trifft auf die Fourier-Transformations-Fläche auf. Jeder der Spiegel 34a, 34b, 34c, 34d ist mit einem Positionseinstellmechanismus und einem Mechanismus zum Einstellen eines Drehwinkels um die optische Achse AX herum versehen. Mit diesen Mechanismen kann die auf die Fourier-Transformations-Fläche 50 auftreffende Lichtmenge beliebig verändert werden. Des weiteren können die Spiegel 34a, 34b, 34c, 34d plan, konvex oder konkav sein. Es wird, wie in Fig. 10 dargestellt, zugelassen, daß einige Lichtströme nicht von den Spiegeln reflektiert werden, sondern direkt von der Übertragungslinse 4 aus auf die Fourier- Transformations-Fläche 50 auftreffen. Des weiteren können die Linsen zwischen den Sekundärspiegeln 34a, 34d und der Fourier-Transformations-Fläche angeordnet sein.
In Fig. 10 sind die Primärspiegel 34b, 34c und die Sekundärspiegel 34a, 34d in Zweiergruppen angeordnet. Die numerische Anzahl ist nicht auf diesen Wert beschränkt. Die Spiegel können entsprechend dem gewünschten Beleuchtungslicht, das auf die Fourier- Transformations-Fläche entsprechend den Strichplattenstrukturen 28 auftreffen soll, angeordnet werden. Alle Spiegel sind, wenn dies erforderlich ist, so aufgebaut, daß sie sich wieder an Positionen bewegen, an denen die Beleuchtungslichtströme auf die Spiegel auftreffen.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Strahlteiler als ein Lichtstrom-Verteilungselement eingesetzt wird. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von der Übertragungslinse 11 aus und auf die Strichplatte zu von dem Raumfilter 16 aus entsprechen dem in Fig. 1. Das Beleuchtungslicht, das sich durch die Übertragungslinse 11 bewegt, wird, wie in Fig. 11 dargestellt, mit einem Strahlteiler 38, der in dem optischen Beleuchtungssystem vorhanden ist, in zwei Lichtströme LA1, LA2 gespalten. Die Lichtströme LA1, LA2 werden als die mit einem bestimmten Betrag (Dicke) auf der Fourier-Transformations-Fläche 50 über Linsensystem 39, 40 und Planparallelen 41, 42 verteilt. Die Linsensysteme 39, 40 werden so ausgewählt, daß ein Betrag der Beleuchtungslichtmengenverteilung auf der Fourier-Transformations-Fläche 50 nach Wunsch eingestellt werden kann. Die Planparalellen 41, 42 können mit Antriebssystemen 43, 44 geringfügig bewegt (geneigt) werden. Die Verteilungspositionen der Lichtströme, die auf der Fourier-Transformations- Fläche 50 verteilt werden, können geringfügig verstellt werden. Die Antriebssysteme 43, 44 bestehen aus Motoren, Getrieben oder Piezoelementen usw..
Das Lichtstrom-Verteilungselement kann den Einsatz eines Wellenleiterelementes, wie beispielsweise von Lichtleitfasern und dergleichen, beinhalten. Fig. 12 ist eine schematische Darstellung für den Fall, daß ein Lichtleitfaserbündel 35 als Lichtstrom-Verteilungselement eingesetzt wird. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von der Übertragungslinse 11A aus und in Richtung der Strichplatte von dem Raumfilter 16 aus ist der gleiche wie der in Fig. 1 dargestellte. Das Beleuchtungslicht, das aus der Lichtquelle austritt und durch die Übertragungslinse 11A hindurchtritt, trifft über einen Auftreffabschnitt 351 an dem Lichtleitfaserbündel 35 auf, wobei es auf eine vorgegebene numerische Apertur (NA) eingestellt wird. Die Beleuchtungslichtströme, die über den Auftreffabschnitt 351 auf das Lichtleitfaserbündel 35 auftreffen, werden in eine Vielzahl von Lichtströmen aufgespalten und treffen an einer Vielzahl von Austrittsabschnitten 35a, 35b aus. Die Vielzahl von Austrittsabschnitten 35a, 35b sind an Positionen exzentrisch zu der optischen Achse AX an der Fourier-Transformations-Fläche (Pupillenfläche des optischen Beleuchtungssystems) 50 angeordnet. Nur die Lichtströme, die nur aus den Austrittsabschnitten 35a, 35b austreten, sind nahe an der Fourier-Transformations-Fläche ausgebildet.
Es ist daher möglich, eine beliebige Verteilung der Beleuchtungslichtmenge in der Nähe der Fourier-Transformations-Fläche auch unter Einsatz des Lichtleitfaserbündels 35 auf die gleiche Weise wie mit der oben beschriebenen Beugungsgitterstrukturplatte 12 herzustellen.
Dabei können Linsen (beispielsweise Feldlinsen) zwischen den Austrittsabschnitten 35a, 35b des Lichtleitfaserbündels 35 und dem Raumfilter 16 angeordnet sein.
Die Auftreffwinkel des Beleuchtungslichtes, das auf die Strichplatte 27 und die Strichplattenstrukturen 28 auftrifft, werden durch die Positionen (exzentrisch zu der optischen Achse AX) der Austrittsabschnitte 35a, 35b in der Ebene vertikal zur optischen Achse AX bestimmt. Aus diesem Grund können die Austrittsabschnitte 35a, 35b unabhängig voneinander mit Hilfe beweglicher Elemente 36a, 36b bewegt werden, um die Positionen der Austrittsabschnitte 35a, 35b innerhalb der Fourier-Transformations-Fläche einzustellen.
Im folgenden wird eine Ausführung der beweglichen Abschnitte, die an den Faseraustrittsabschnitten bewegt werden können, unter Bezugnahme auf Fig. 12 und 13 erläutert. Fig. 12 ist eine Schnittansicht wie in Fig. 1 im wesentlichen in Richtung der optischen Achse. Fig. 13 ist eine Draufsicht im wesentlichen in Richtung der optischen Achse.
Hierbei werden vier Teile von Faseraustrittsabschnitten 35a, 35b, 35c, 35d als Einrichtungen zum Erzeugen einer beliebigen Lichtmengenverteilung auf der Fourier-Transformations-Fläche 50 eingesetzt. Die entsprechenden Faseraustrittsabschnitte befinden sich an einzelnen Positionen exzentrisch zu der optischen Achse AX und sind in im wesentlichen gleichen Abstand zur optischen Achse AX angeordnet. Die Faseraustrittsabschnitte 35a, 35b, 35c, 35d können, wie in Fig. 12 und 13 dargestellt, in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse mit Antriebselementen, wie beispielsweise Motoren und Getrieben, die in die beweglichen Elemente 36a, 36b, 36c, 36d integriert sind, über Haltestangen 37a, 37b, 37c, 37d gedehnt und zusammengeschoben werden. Die beweglichen Elemente 36a, 36b, 36c, 36d können ebenfalls in der Umfangsrichtung um die optische Achse herum entlang einer stationären Führung 36e bewegt werden. Daher können die einzelnen Faseraustrittsabschnitte 35a, 35b, 35c, 35d unabhängig in der Richtung in der Ebene vertikal zu der optischen Achse bewegt werden. Das heißt, diese Austrittsabschnitte können unabhängig voneinander an beliebige Positionen bewegt werden (so daß sie einander nicht überlappen). Die entsprechenden Positionen (in der Ebene vertikal zu der optischen Achse AX) der Faseraustrittsabschnitte 35a, 35b, 35c, 35d, die in Fig. 12 und 13 dargestellt sind, werden vorzugsweise entsprechend den zu übertragenden Strichplattenstrukturen verändert. Austrittsflächen der Austrittsabschnitte 35a, 35b können mit den Lichtstreuelementen, wie beispielsweise Diffusionsplatten, und mit Aperturblenden zur Regulierung der Aperturen versehen sein.
Das Lichtstrom-Verteilungselement kann durch das Raumfilter 16 ersetzt werden, das in der Nähe der Fourier-Transformations-Fläche vorhanden ist. In diesem Fall nimmt jedoch der Verlust der Lichtmenge zu.
Es ist anzumerken, daß die obenstehenden Lichtstrom-Verteilungseinrichtungen (wie die optischen Fasern und der Strahlteiler), die in Fig. 9 bis 12 dargestellt sind, dazu dienen, die Lichtmengenverteilung der Strichplattenstrukturen nahe an der Fourier- Transformations-Fläche zu bewirken. Die Positionen (konjugierte Beziehung) der Austrittsabschnitte der Lichtstrom-Verteilungseinrichtungen können beliebig festgelegt werden.
Es ist der Fall gegeben, daß die vielen Strahlen des Beleuchtungslichtes aus dem Lichtstrom-Verteilungselement austreten. Jedoch kann ein Lichtstrom auf die Position an der Fourier-Transformations-Fläche auftreffen, die um einen vorgegebenen Betrag exzentrisch zu der optischen Achse AX ist. So kann beispielsweise ein Lichtstrom auf die Fourier-Transformations-Fläche auftreffen, indem ein Austrittsabschnitt der Faser 35, wie in Fig. 12 dargestellt, angeordnet wird.
Die Auftreffpositionen des Lichtstrom-Verteilungselementes auf die Fourier-Transformations-Fläche werden vorzugsweise entsprechend den zu übertragenden Strichplattenstrukturen bestimmt (verändert). Ein Verfahren zum Bestimmen der Positionen besteht in diesem Fall, wie unter Bezugnahme auf Fig. 40 erläutert, darin, daß die Auftreffposition (Auftreffwinkel p) der Beleuchtungs-Lichtströme von den Austrittsabschnitten auf die Strichplattenstrukturen so festgelegt wird, daß die Auflösungskraft und die Fokustiefe so verbessert werden, daß sie optimal an den Grad der Feinheit (Teilung) der zu übertragenden Strukturen angepaßt sind.
Im folgenden wird anhand eines Falls, bei dem die Lichtleitfasern als Lichtstrom-Transformationselement eingesetzt werden, ein konkretes Beispiel zum Bestimmen der Position (Schwergewichtsposition der Lichtmengenverteilung, die durch einen Lichtstrom erzeugt wird, der auf die Fourier-Transformations-Fläche auftrifft) des Lichtstroms erläutert, der über die Fourier-Transformations-Fläche tritt. Die Erläuterung erfolgt unter Bezugnahme auf Fig. 15A bis 15D. Fig. 15A bis 15D sind schematische Darstellungen, die schematisch die Austrittsflächen der Elemente von den Austrittsabschnitten 35A, 25B zu den Strichplattenstrukturen 28 darstellen. Die Austrittsflächen fallen mit der Fourier- Transformations-Fläche 50 zusammen. Dabei sind die Linsen bzw. eine Linsengruppe, die beide in eine Fourier-Transformations-Beziehung zueinander bringen, als eine einzelne Linse 26 dargestellt. Des weiteren wird davon ausgegangen, daß f der Abstand von dem Hauptpunkt auf der Seite des Fliegenaugenobjektivs zu der Austrittsfläche und von dem Hauptpunkt auf der Seite der Strichplatte der Linse 26 zu den Strichplattenstrukturen 28 ist.
Fig. 15A und 15C sind schematische Darstellungen, die jeweils ein Beispiel einiger Strukturen zeigen, die in den Strichplattenstrukturen 28 ausgebildet sind. Fig. 15B zeigt die Mittelposition (die optimale Position eines Spitzenwertes der Lichtmengenverteilung auf der Fourier-Transformations-Fläche) auf der Fourier-Transformations-Fläche (bzw. der Pupillenfläche des optischen Projektionssystems), die optimal für die Strichplattenstrukturen in Fig. 15A ist. Fig. 15D ist eine schematische Darstellung, die die Mittelposition (Schwergewichtsposition der Lichtmengenverteilung zeigt, die durch einen Lichtstrom erzeugt wird, der auf die Fourier-Transformations-Fläche auftrifft) der Austrittsabschnitte, die optimal für die Strichplattenstrukturen in Fig. 15C ist. Fig. 15A zeigt sogenannte eindimensionale Linien-Zwischenraum-Strukturen, wobei die lichtdurchlässigen Abschnitte und die lichtabschirmenden Abschnitte mit gleicher Breite ausgeführt sind, so daß eine Streifenform in der Richtung Y entsteht, und auch mit Abständen P in der Richtung X gleichmäßig angeordnet sind. Dabei liegt die Mittelposition eines Austrittsabschnitts (Oberflächenbeleuchtung), wie in Fig. 15B dargestellt, an einer beliebigen Position auf einem Liniensegment Lα bzw. Lβ, in der Richtung Y, die in der Fourier-Transformations-Fläche angenommen wird. Fig. 15B ist eine schematische Darstellung, die eine Fourier-Transformations-Fläche 50A zeigt, die zu den Strichplattenstrukturen 28 gehört, im wesentlichen in der Richtung der optischen Achse AX gesehen. Koordinaten systeme X, Y in der Fourier-Transformations-Fläche 50A sind identisch mit denen in Fig. 15, wobei die Strichplattenstrukturen 2&sub8; in der gleichen Richtung gesehen werden. Die Abstände α, β zum Mittelpunkt C, durch den die optische Achse AX zu den entsprechenden Liniensegmenten Lα, Lß hindurchtritt, haben eine Beziehung α = β. Diese Abstände sind gleich, d. h. es gilt: α = β = f · (1/2) · (λ/P), wobei X die Belichtungswellenlänge ist. Wenn die Abstände α, β als f·sinφ ausgedrückt werden, gilt sinφ = λ/2P. Dies ist identisch mit dem numerischen Wert, der in Fig. 40 dargestellt ist. Dadurch ist die Vielzahl von Austrittsabschnitten vorhanden, und die entsprechenden mittigen Abschnitte der einzelnen Austrittsabschnitte liegen auf den gleichen Liniensegmenten Lα, Lβ. Unter dieser Voraussetzung folgt, daß die beiden Beugungslichtkomponenten, d. h. die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung, die aus dem aus den entsprechenden Austrittsabschnitten austretendem Beleuchtungslicht erzeugt wird, und eine beliebige der (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten durch die Position hindurchtreten, die nahezu gleiche Abstände zu der optischen Achse AX auf der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems in bezug auf die Linien-Zwischenraum-Strukturen hat. Daher kann, wie oben erläutert, die Fokustiefe in bezug auf die Linien-Zwischenraum-Strukturen (Fig. 15A) auf ein Maximum vergrößert werden, und des weiteren kann hohe Auflösungskraft erreicht werden. Es ist anzumerken, daß ein Austrittsabschnitt (Oberflächenbeleuchtung), der auf den Liniensegmenten Lα, Lβ ausgebildet wird, ausreichen kann, wenn eine Positionsabweichung, die mit der Defokussierung des Wafers 30 einhergeht, ignoriert wird.
Fig. 15C zeigt den Fall, in dem die Strichplattenstrukturen sogenannte isolierte Raumstrukturen sind, wobei Px die Teilung der Strukturen in X-Richtung (quer) ist, und PY die Teilung in der Y-Richtung (vertikal) ist. Fig. 15D ist eine schematische Darstellung, die die optimale Position des Austrittsabschnitts für diesen Fall darstellt. Die Positions-/ Dreh-Beziehung, die zu Fig. 15C gehört, ist die gleiche wie die in Fig. 15A und 15B. Wenn das Beleuchtungslicht auf die zweidimensionalen Strukturen fällt, werden, wie in Fig. 15C dargestellt, die Beugungslichtkomponenten in den zweidimensionalen Richtungen entsprechend der Periodizität (X: Px, Y: Py) in den zweidimensionalen Richtungen der Strukturen erzeugt. Selbst bei den in Fig. 15C dargestellten zweidimensionalen Strukturen kann die Fokustiefe auf ein Maximum vergrößert werden, wenn die Beu gungslichtkomponente 0-ter Ordnung und eine beliebige der (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten des Beugungslichtes nahezu den gleichen Abstand zu der optischen Achse auf der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems haben. Bei den Strukturen in 15C ist die Teilung in der X-Richtung Px. Daher kann, wie in Fig. 15 dargestellt, die Fokustiefe in bezug auf die Elemente der Strukturen in der X-Richtung auf ein Maximum vergrößert werden, wenn die Mittelpunkte der entsprechenden Austrittsabschnitte auf den Liniensegmenten Lα, Lβ liegen, die mit α = β = f · (1/2) · (λ/Px) definiert sind. Desgleichen kann die Fokustiefe in bezug auf die Elemente der Strukturen in der Y-Richtung auf ein Maximum erhöht werden, wenn die Mittelpunkte der entsprechenden Austrittsabschnitte auf Liniensegmenten Lγ, L&epsi; liegen, die mit γ = &epsi; = f · (1/2). (λ/Py) definiert sind.
Wenn die Beleuchtungslichtströme an den Austrittsabschnitten, die an entsprechenden, in Fig. 15B und 15D dargestellten Positionen angeordnet sind, auf die Strichplattenstrukturen 28 auftreffen, treten die Beugungslichtkomponente Do 0-ter Ordnung und eine beliebige der (+)-Primär-Beugungslichtkomponente Dp und der (-)-Primär- Beugungslichtkomponente Dm durch die Lichtwege hindurch, die den gleichen Abstand zu der optischen Achse AX auf der Pupillenfläche 51 in dem optischen Projektionssystem 29 haben. Dadurch ist es, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert, möglich, eine Projektions-Belichtungsvorrichtung mit hoher Auflösungskraft und großer Fokustiefe herzustellen. Bisher sind nur zwei Beispiele der Strichplattenstrukturen 28, die in Fig. 15A und 15B dargestellt sind, berücksichtigt worden. Auch bei anderen Strukturen jedoch wird die Periodizität (Grad der Feinheit) berücksichtigt. Die entsprechenden Austrittsabschnitte können so angeordnet sein, daß zwei Lichtströme, d. h., die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung und eine beliebige der (+ )-Primär-Beugungslichtkomponente und der (-)-Primär-Beugungslichtkomponente, sich über die Lichtwege bewegen, die im wesentlichen den gleichem Abstand zu der optischen Achse auf der Pupillenfläche 51 in dem optischen Projektionssystem haben. In den Strukturbeispielen in Fig. 15A und 15C sind die Strukturen mit einem Verhältnis von 1 : 1 des Linienabschnitts zu den Zwischenraumabschnitten vorhanden. Daher werden (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten in dem erzeugten Beugungslicht intensiv. Aus diesem Grund wird besonderes Augenmerk auf die Positionsbeziehung zwischen einer der (±)-Primär-Beugungslicht komponenten und der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung gelegt. Wenn das Verhältnis von 1 : 1 nicht vorliegt, kann jedoch die Positionsbeziehung zwischen anderen Beugungslichtkomponenten, z. B. einer von (±)-Sekundär-Beugungslichtkomoponenten und der Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung, so festgelegt werden, daß im wesentlichen gleicher Abstand zu der optischen Achse AX des optischen Projektionssystems vorliegt.
Wenn die Strichplattenstrukturen 28, wie in Fig. 15D zu sehen, zweidimensionale periodische Strukturen enthalten, und wenn besonderes Gewicht auf eine spezielle Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung gelegt wird, gibt es möglicherweise Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung als die Primär-Lichtkomponenten, die in der X- Richtung (der ersten Richtung) und in der Y-Richtung (der zweiten Richtung) um die einzelne Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung auf der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems verteilt sind. Wenn davon ausgegangen wird, daß das Bild der zweidimensionalen Strukturen bezüglich einer speziellen Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung gut hergestellt wird, kann die Position der speziellen Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung so eingestellt werden, daß drei Lichtkomponenten, d. h. eine der Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung, die in der ersten Richtung verteilt sind; eine der Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung und eine spezielle Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung in im wesentlichen gleichen Abständen zu der optischen Achse AX auf der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems verteilt sind. So ist beispielsweise der mittige Abschnitt des Austrittsabschnitts in Fig. 15D so angeordnet, daß er mit einem beliebigen der Punkte P~, Pro, Px, Pu zusammenfällt. Die Punkte P , Pη, Pκ, Pu sind sämtlich Schnittpunkte des Liniensegments Lα bzw. Lβ (die optimale Position zu der Periodizität in der X-Richtung, d. h. die Position, in der die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung und eine der (±)-Primär- Beugungslichtkomponenten in der X-Richtung den gleichen Abstand zu der optischen Achse auf der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems haben) und Liniensegmenten Lγ, L&epsi; (die optimalen Positionen bezüglich der Periodizität in der Y- Richtung). Daher sind diese Positionen die Lichtquellenpositionen, die sowohl für die Strukturrichtung X als auch die Strukturrichtung Y optimal sind.
Bei der oben beschriebenen Anordnung wird von den Strukturen als zweidimensionalen Strukturen mit den zweidimensionalen Richteigenschaften an der gleichen Position auf der Strichplatte ausgegangen. Das beschriebene Verfahren kann bei einem Fall eingesetzt werden, bei dem eine Vielzahl von Strukturen mit unterschiedlichen Richteigenschaften an unterschiedlichen Positionen in den gleichen Strichplattenstrukturen vorhanden sind.
Wenn die Strukturen auf der Strichplatte die Vielzahl von Richteigenschaften und Graden von Feinheit aufweisen, entspricht die optimale Position des sekundären Beleuchtungsbildes, wie bereits erläutert, den entsprechenden Richteigenschaften und Graden der Feinheit der Strukturen. Als Alternative dazu kann sich das sekundäre Beleuchtungsbild jedoch in der gemittelten Position der entsprechenden optimalen Position befinden. Des weiteren kann die gemittelte Position auch Lastmittlung (load averaging) unterzogen werden, bei der ein Gewicht, das der Signifikanz und dem Grad der Feinheit der Struktur entspricht, hinzugefügt wird.
Ein Lichtstrom (oder eine Vielzahl davon), mit denen die Strichplatte 27 bestrahlt wird, treffen mit einer Neigung zur optischen Achse AX des optischen Projektionssystems 29 auf die Strichplatte 27 auf. Dabei tritt, wenn die Richtung des Lichtmengen-Schwergewichtes dieser Beleuchtungs-Lichtströme in bezug auf die optische Achse AX geneigt ist, das Problem auf, daß die Position eines übertragenen Bildes innerhalb der Waferoberfläche bei geringfügiger Defokussierung des Wafers 30 verschoben wird. Um dies zu verhindern, wird die Richtung des Lichtmengen-Schwergewichtes der Beleuchtungs- Lichtströme, die auf der Fourier-Transformations-Fläche verteilt werden, senkrecht zu den Strichplattenstrukturen 28 ausgerichtet, d. h. parallel zu der optischen Achse AX. Wenn beispielsweise die Lichtleitfasern als ein Lichtstrom-Transformationselement eingesetzt werden, bewirkt die Anordnung, daß eine Vektorsumme (Integration) eines Produktes der Position des Austrittsabschnitts (Positionsvektor innerhalb der Fourier- Transformations-Fläche von der optischen Achse AX des Schwergewichtes der Lichtmengenverteilung, die durch die Austrittsabschnitte bewirkt wird) und der Durchlaßlichtmenge Null ist. Es ist anzumerken, daß, wenn die Beugungsgitterstrukturplatte 12 als ein Element zum Erzeugen der Lichtmengenverteilung auf der Fourier-Transformations- Fläche eingesetzt wird, diese Bedingung automatisch erfüllt wird. Es folgt ein konkretes Beispiel für die oben beschriebene Verteilung der Beleuchtungslichtmenge. Die Anzahl von Lichtströmen wird auf 2 m (m ist die natürliche Zahl) festgelegt, und Positionen der m Lichtströme werden beliebig festgelegt, wobei die Positionen der verbleibenden mzahligen Lichtströme symmetrisch in bezug auf die optische Achse festgelegt werden können, was auch für die erstgenannten m-zahligen Lichströme zutrifft.
Des weiteren können die Austrittsflächen der Austrittsabschnitte 35a, 35b mit Apterturblenden versehen sein, um die Aperturen zu regulieren, sowie mit Lichtstreuelementen, wie beispielsweise Diffusionsplatten usw..
Die Anzahl der Austrittsabschnitte ist nicht auf 4 beschränkt, sondern kann entsprechend den Strichplattenstrukturen 28 beliebig festgelegt werden. So stehen beispielsweise drei Austrittsabschnitte zur Verfügung. Die Mitte eines einzelnen sekundären Beleuchtungsbildes, das in einem Austrittsabschnitt erzeugt wird, wird an einer Position um einen Betrag, der den Strichplattenstrukturen 28 entspricht, exzentrisch zu der optischen Achse angeordnet. Das sekundäre Beleuchtungsbild kann in Abhängigkeit von der Zeit verändert werden.
Des weiteren kann die Strichplatte 27, wenn erforderlich, so angeordnet sein, daß sie nicht mit dem Belichtungslicht von einem speziellen der Austrittsabschnitte beleuchtet wird. Wenn beispielsweise ein mit unterbrochener Linie in Fig. 13 dargestellter Kreis 50A entsprechend der Größe der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems 29 ausgebildet ist, ist das Lichtabschirmungselement außerhalb dieses mit unterbrochener Linie dargestellten Kreises 50A in Kombination mit der Fourier-Transformations-Fläche 50 (Fig. 1) des Beleuchtungssystems vorhanden. Wenn die nicht erforderlichen Austrittsabschnitte an diesen Lichtabschirmungsabschnitt zurückgezogen werden (außerhalb des in Fig. 13 mit unterbrochener Linie dargestellten Kreises 50A), ist es möglich, eine gewünschte Anzahl von Austrittsabschnitten herzustellen.
Ein Durchmesser (numerische Apertur eines Strahls von Belichtungslicht auf der Fourier-Transformations-Oberfläche des Beleuchtungssystems) der Öffnung jedes Austrittsabschnitts wird vorzugsweise so festgelegt, daß ein sogenannter σ-Wert (ein Verhältnis der numerischen Apertur des optischen Beleuchtungssystems, der in dem optischen Projektionssystem anhand der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems geschätzt wird) ungefähr 0,1 bis 0,3 pro Lichtstrom beträgt. Wenn der σ-Wert 0,1 oder weniger beträgt, nimmt die Wiedergabegenauigkeit ab, während, wenn der Wert 0,3 oder mehr beträgt, der Effekt der Zunahme der Fokustiefe abnimmt.
Fig. 16 ist eine schematische Darstellung, die einen Aufbau der Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Grundaufbau des Ausrichters (aligner) ist der gleiche wie in Fig. 1. Die gleichen Elemente wie die in Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei dieser Ausführung beinhaltet die Einrichtung zum Herstellen einer beliebigen Lichtmengenverteilung auf der Fourier-Transformations-Fläche den Einsatz eines beweglichen optischen Elementes, wie beispielsweise eines Reflexionsspiegels und dergleichen, statt des Lichtstrom-Verteilungselementes, das bei der ersten Ausführung eingesetzt wird.
Das Linsensystem 5 wird mit einem Lichtstrom L1, der von der Lichtquelle 1 emittiert wird, über den elliptischen Spiegel 2 beleuchtet. Der Lichtstrom L1 wird mit dem Linsensystem 4 zu einem im wesentlichen kollimierten Lichtstrom L2 geformt und wird durch das Fliegenaugenobjektiv 7 und die Aperturblende 8 zu einem Lichtstrom L3. Ein Reflektor 54 wird mit dem Lichtstrom L3 über das Linsensystem 11 beleuchtet. Eine Feldblende 20 wird mit einem Lichtstrom L4, der von dem Reflektor 54 reflektiert wird, über die Linsensysteme 15 und 19 beleuchtet. Des weiteren wird ein Halbspiegel (half-miror) 24A mit einem Lichtstrom L5, der durch die Feldblende 20A hindurchtritt, über ein Linsensystem 22A beleuchtet. Der Lichtstrom L5, der von dem Halbspiegel 24A reflektiert wird, trifft dann in einem vorgegebenen Auftreifwinkel über ein Linsensystem (Hauptkondensorlinse) 26 auf die Strichplatte 27 auf. Der Aufbau in Richtung des Wafers von dem Linsensystem 26 aus ist der gleiche wie in Fig. 1 (erste Ausführung), und auf die Beschreibung wird hier verzichtet. Es ist anzumerken, daß die Aperturblende 8 eine Blende ist, die einen Kohärenzfaktor σ des Beleuchtungs-Lichtstroms bestimmt, wie dies auch bei der ersten Ausführung der Fall ist.
Der Lichtstrom, der durch den Halbspiegel 24A hindurchtritt, wird mit einem Linsensystem 56 konzentriert und wird in einem Lichtmengenmesser 57, wie beispielsweise einem Halbleiter und dergleichen, einer photoelektrischen Umwandlung unterzogen. Ein Licht mengensignal S. das der Lichtmengenmesser 57 erzeugt, wird als ein elektrisches Signal zu einer Steuerschaltung 58 übertragen. Aufgrund des Lichtmengensignals S erteilt die Steuerschaltung 58 einer Verschlußantriebseinheit 53 Befehle zum Antreiben eines Verschlusses 52 und zum Antreiben von Elementen 55A, 558, die den Reflektor 54 antreiben. Wenn die Verschlußantriebseinheit 53 betätigt wird, wird der Lichtstrom 2 von dem Verschluß 52 abgeschnitten, so daß die Belichtung unterbrochen wird. Es ist anzumerken, daß diese Ausführung eine Konstruktion zur Steuerung der Verschlußantriebseinheit 53 und der Antriebselemente 55A, 55B mittels des Lichtmengenmessers 57 aufweist. Die Effekte der vorliegenden Erfindung werden jedoch durch die Konstruktion, bei der die Steuerung einfach entsprechend der Belichtungszeit ohne das Vorhandensein des Lichtmengenmessers 57 ausgeführt wird, nicht verändert.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion sind die Auftrefffläche des Fliegenaugenobjektivs 7, die Feldblende 20, die Strichplattenstrukturen 28 (Strichplattenflächen) der Strichplatte 27 und der Wafer 30 konjugiert zueinander angeordnet. Des weiteren sind die Austrittsfläche des Fliegenaugenobjektivs 7, die Fourier-Transformations-Fläche 50 der Strichplatte 27 und die Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems 29 konjugiert angeordnet.
Es ist anzumerken, daß, um die Strichplattenfläche 27 gleichmäßig zu beleuchten, die Auftrefffläche der Fliegenaugenlinse 7 so angeordnet ist, daß sie eine Bilderzeugungsbeziehung zu der Strichplatte 27 aufweist. Des weiteren ist die Austrittsfläche der Fliegenaugenlinse 7 in bezug auf die Fourier-Fläche (Pupillenfläche) so angeordnet, daß die Strichplattenstrukturen 28 der Strichplatte 27 als Objektflächen dienen.
Der Reflektor 54 befindet sich, wie oben beschrieben, an der Position im wesentlichen konjugiert zu der Strichplatte 27 und kann um zwei Achsen senkrecht zueinander, beispielsweise an einer Reflexionsfläche, gedreht werden. Der Reflektor 54 wird von den Antriebselementen 55A, 55B, wie beispielsweise Motoren, Piezoelementen und dergleichen, gedreht.
In Fig. 16 ist das reflektierte Licht L4, das sich auf den Lichtstrom L4a zubewegt, mit einer durchgehenden Linie dargestellt. Der reflektierte Lichtstrom L4a kann sich bei spielsweise in der Richtung eines Lichtstroms L4b bewegen, indem ein Drehwinkel des Reflektors 54 verändert wird. Das heißt, ein sekundäres Beleuchtungsbild am Austrittsende der Fliegenaugenlinse 7 wird auf der Fourier-Transformations-Fläche 50 verschoben. Es natürlich auch möglich, ein Bauteil beweglich in der Richtung senkrecht zu dem Blatt in Fig. 16 anzuordnen.
Bei der so aufgebauten Belichtungsvorrichtung wird der Reflektor 54 von den Antriebselementen 55A, 55B angetrieben und an vorgegebene Positionen gebracht. Daraufhin wird der Lichtstrom L4, dessen Hauptstrahl koaxial zu der optischen Achse AX des optischen Beleuchtungssystems ist, in die Lichtströme L4a, L4b verwandelt, deren Hauptstrahlen zu der optischen Achse AX geneigt sind. Diese Lichtströme L4a, L4b werden jeweils an von der optischen Achse AX verschiedenen Positionen in der Nähe der Fourier-Transformations-Fläche 50 der Strichplatte 27 konzentriert. Aus diesem Grund trifft ein Lichtstrom L5 (der dem Lichtstrom L4a entspricht), mit dem die Strichplatte 27 beleuchtet wird, schräg auf die Strichplatte 27 auf. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 40 erläutert, können die hohe Auflösungskraft und die große Fokustiefe erzielt werden. Wenn davon ausgegangen wird, daß ein Beleuchtungs-Lichtstrom L5a zum Beleuchten der Strichplatte 27 stets in einem konstanten Auftreffwinkel auf die Strichplatte 27 auftrifft; nimmt jedoch das Lichtmengen-Schwergewicht (d. h., der Hauptstrahl des Lichtstroms L5a) in der Auftreifrichtung des Lichtstroms L5a, durch den das Bild auf dem Wafer 30 hergestellt wird, einen geneigten Zustand (nicht telezentrischen Zustand) zu dem Wafer 30 ein. Das heißt, es kommt dazu, daß die Bildposition seitlich innerhalb der Waferfläche bei einer geringfügigen Abweichung (Defokussierung) des Wafers 30 in der Richtung der optischen Achse AX abweicht. Bei der vorliegenden Ausführung wird eine Maßnahme ergriffen, um diese seitliche Abweichung zu verhindern, indem der Auftreifwinkel des Beleuchtungs-Lichtstroms auf die Strichplatte 27 mit dem Reflektor 54 verändert wird. So wird der Reflektor 54 bewegt, nachdem die Beleuchtung mit einem vorgegebenen Belichtungsbetrag mittels des Lichtstroms L5a ausgeführt wurde, der in einem bestimmten Auftreifwinkel φ auftrifft. Die Beleuchtung wird dabei so ausgeführt, daß sie den gleichen Belichtungsbetrag wie obenerwähnt aufweist, und zwar unter Verwendung des Lichtstroms L5b, der in einem Auftreifwinkel -φ auftrifft. Die seitliche Abweichung des Lichtmengen-Schwergewichtes, das auf den Wafer auftrifft, gegenüber einer normalen Linie der Waferfläche wird so durch die Belichtung in einem Auftreffwinkel +φ und die Belichtung in dem Auftreffwinkel -φ ausgeglichen. Die Projektions- Belichtungsvorrichtung gemäß dieser Ausführung ist mit dem Lichtmengenmesser 57 zum Messen der Lichtmenge versehen, mit der die Strichplatte beleuchtet wird. Daher können die Belichtungsmenge in dem Auftreffwinkel +φ und die Belichtungsmenge in dem Auftreifwinkel -φ konstant gehalten werden und können diese Werte weiter ausgeglichen werden. Selbst wenn die Belichtungszeit gesteuert wird und kein Lichtmengenmesser vorhanden ist, ist es gleichfalls möglich, die entsprechenden Belichtungsmengen konstant zu halten und diese Werte auszugleichen. Eine beliebige Lichtmengenverteilung auf der Fourier-Transformations-Fläche 50 kann auf diese Weise mit dem beweglichen Reflektor erzeugt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführung wird der Reflektor 54, der als bewegliches optisches Element definiert ist, das an der Position im wesentlichen konjugiert zu der Strichplatte 27 vorhanden ist, bewegt. Daher kann davon ausgegangen werden, daß, wenn die Feldblende 20 näher an der Lichtquelle ist als der Reflektor 54, eine Positionsbeziehung zwischen der Strichplatte 27 und der Feldblende 20, selbst wenn sie klein ist, mit der Bewegung des Reflektors 54 abweicht. Dadurch wird die Feldblende 20 vorteilhafterweise näher an die Strichplatte 27 gebracht als der Reflektor 54.
Wenn die chromatische Aberration der optischen Elemente in dem optischen Projektionssystem 29 und dem optischen Beleuchtungssystem (von dem Linsensystem 26 zu der Lichtquelle 1 in der Figur) unzureichend ausgeglichen wird, wird ein Wellenlängen- Auswahlelement, wie beispielsweise ein Bandpaßfilter, in den Beleuchtungs-Lichtstrom, d. h. den Lichtstrom L2 eingesetzt. Als Alternative dazu kann das Reflexionselement, wie beispielsweise der elliptische Spiegel 2, den Einsatz eines dielektrischen Mehrschichtspiegels beinhalten, um den Reflexionsgrad nur der speziellen Wellenlänge zu verstärken.
Es ist anzumerken, daß auch bei der Übertragung von Schaltungsstrukturen mit der Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß dieser Ausführung wie bei der ersten Ausführung das Verhältnis, d. h. ein sogenannter Kohärenzfaktor σ, der numerischen Apertur des Beleuchtungs-Lichtstroms zu der numerischen Apertur an dem Teil der Photomaske des optischen Projektionssystems vorzugsweise 0,1 bis 0,3 beträgt. Die Fliegenaugenlinse 7 und die Aperturblende 8 werden daher so gewählt, daß gilt σ = 0,1 bis 0,3.
Fig. 17 ist ein Schema, das einen Aufbau einer abgewandelten Form 1 der Projektions- Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführung zeigt. Bei dieser abgewandelten Form wird ein Linsensystem als bewegliches optisches Element eingesetzt. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von der Fliegenaugenlinse 7 und in Richtung der Strichplatte von der Fourier-Transformations-Fläche (Pupillenfläche des optischen Beleuchtungssystems) 50 ist jedoch der gleiche wie in Fig. 16, und auf die Beschreibung wird verzichtet. Der Lichtstrom, der aus der Fliegenaugenlinse austritt, trifft über das Linsensystem 11 auf ein Linsensystem 59a mit positiver Kraft und auf ein Linsensystem 59b mit negativer Kraft. Die Linsensysteme 59a, 59b sind nahe an der Fläche konjugiert zu der Strichplatte 27 angeordnet. Eine Summe der Kräfte der Linsensysteme 59a, 59b beträgt 0. Die Linsensysteme 59a, 59b können jeweils mit den Linsenantriebselementen 55c, 55d innerhalb der Fläche vertikal zu der optischen Achse AX bewegt werden. Der Lichtstrom, der die Linsensysteme 59a, 59b durchdringt, die von den Antriebselementen 55c, 55d bewegt werden können, wird zu einem Lichtstrom, dessen Hauptstrahl sich von der optischen Achse AX des optischen Beleuchtungssystems unterscheidet. Die Lichtströme werden an einer nicht auf der optischen Achse AX liegenden Position an der Fourier-Transformations-Fläche 50 konzentriert.
Wie in Fig. 17 zu sehen ist, werden die Linsensysteme 59a, 59b nahezu über die gleiche Strecke in der Richtung entgegengesetzt zu der optischen Achse bewegt. Dadurch trifft der Lichtstrom, der die Linsensysteme 59a, 59b durchdringt, in einem bestimmten Winkel geneigt zur optischen Achse AX auf das Linsensystem 15 auf. Wenn die Positionen der Linsensysteme 59a, 59b mit den Linsenantriebselementen 55c, 55d verändert werden, kann der ausgetretene Lichtstrom in einer beliebiger Richtung ausgerichtet werden. Es ist anzumerken, daß die Linsenantriebselemente 55c, 55d von einer Steuerschaltung 58 gesteuert werden.
Ein neues Linsensystem mit einer positiven Kraft ist näher an der Strichplatte 27 angeordnet als das Linsensystem 59b und kann mit dem Linsenantriebselement bewegt werden. Des weiteren kann eine Gesamtsumme der Kräfte der Linsensysteme 59a, 59b und des neu hinzugefügten Linsensystems mit der positiven Kraft 0 betragen. Desgleichen ist ein Linsensystem mit einer negativen Kraft näher an der Lichtquelle angeordnet als das Linsensystem 59a. Eine Gesamtsumme der Kräfte der Linsensysteme 59a, 59b und des neue hinzugefügten Linsensystems mit der negativen Kraft kann ebenfalls 0 betragen. Es ist anzumerken, daß der Aufbau des Linsensystems, bei dem die Position verändert werden kann, nicht nur auf die oben angegebenen Kombinationen beschränkt ist. Eine mögliche Anordnung ist die, bei der die Linsengruppe, die aus einer Vielzahl von Linsenelementen besteht, eine Gesamtkraft von 0 hat, und der Beleuchtungs-Lichtstrom in einer beliebigen Richtung ausgerichtet werden kann, indem die entsprechenden Linsenelemente bewegt werden. Die anzutreibenden Linsenelemente sind nicht spezifiziert. Desgleichen sind die Linsenelemente, mit denen der Beleuchtungs-Lichtstrom in einer beliebigen Richtung ausgerichtet werden kann, ausreichend.
Fig. 18 ist ein Schema, das eine zweite abgewandelte Form der Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführung zeigt. Bei dieser abgewandelten Form beinhaltet das bewegliche optische Element den Einsatz einer Lichtübertragungseinrichtung, wie beispielsweise Lichtleitfasern. Eine beliebige Lichtmengenverteilung wird an der Fourier-Transformations-Fläche erzeugt. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von der Fliegenaugenlinse 7 und in Richtung der Strichplatte von dem Linsensystem 19 her sind die gleichen wie in Fig. 16, und daher wird auf die Beschreibung verzichtet. Die Fourier-Transformations-Fläche 50 ist über die Lichtübertragungseinrichtung, wie beispielsweise Lichtleitfasern 60, mit der Austrittsseite der Fliegenaugenlinse 7 verbunden. Daher befindet sich die Austrittsfläche der Fliegenaugenlinse 7 an der Fourier-Transformations-Fläche 50. Die Austrittsseite der Lichtleitfasern 60, d. h. der Abschnitt auf der Seite der Fourier-Transformations-Fläche 50, kann mit einem Antriebselement 55e bewegt werden. Der Beleuchtungs-Lichtstrom (Beleuchtungsbild) kann so an beliebigen Positionen innerhalb der Fourier-Transformations-Fläche 50 verteilt werden. Das Antriebselement 55e wird auf die gleiche Weise wie bei der abgewandelten Form 1 der vorliegenden Ausführung durch die Steuerschaltung 58 gesteuert.
Im folgenden wird ein Belichtungsverfahren unter Einsatz der Belichtungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführung unter Bezugnahme auf Fig. 19A und 19B beschrieben.
Fig. 19A und 19B sind Flußdiagramme, die jeweils das Belichtungsverfahren gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen. Fig. 19A und 19B unterscheiden sich bezüglich der Frage, ob die Belichtung unterbrochen wird oder nicht, wenn der Reflektor 54 angetrieben wird. Vor der Belichtung befindet sich der Verschluß 52 in einem Zustand, in dem der Lichtstrom L2 unterbrochen ist. Festgelegt werden hier die Anzahl der Positionsveränderungen des Reflektors 54, die Koordinaten der entsprechenden Positionen des Reflektors und die Belichtungsmengen für die entsprechenden Koordinaten (Schritt 101). Wenn jedoch ein sogenanntes Lichtmengen-Schwergewicht des Beleuchtungslichtes, wenn der Lichtstrom L5 entsprechend jeder Position des Reflektors 54 auf die Strichplatte 27 fällt, von den optischen Achsen AX des optischen Beleuchtungssystems und des optischen Projektionssystems 20 abweicht, kann es zu einer seitlichen Abweichung des übertragenen Bildes aufgrund einer äußerst geringen Defokussierung des Wafers 30 kommen. Daher müssen die entsprechenden Positionen des Reflektors 54 und die Beleuchtungslichtmengen (Belichtungsmengen) für die Beleuchtung entsprechend den jeweiligen Positionen des Reflektors 54 so bestimmt werden, daß das Lichtmengen-Schwergewicht mit der optischen Achse AX zusammenfällt. Dies kann getan werden, indem, wenn eine Strukturbelichtung abgeschlossen ist, indem 2mmal (m ist die natürliche Zahl) Belichtungsprozesse ausgeführt werden, die Koordinaten des Reflektors 54 bei der Ausführung der m-maligen Belichtungen bestimmt werden. Des weiteren können die Koordinaten des Reflektors zur Ausführung der m-maligen Belichtungen symmetrisch in bezug auf die optische Achse AX und den auftreffenden Lichtstrom festgelegt werden, wenn der auftreffende Lichtstrom mit den früheren mmaligen Belichtungen verbunden ist. Ein Verfahren zum Bestimmen der Koordinaten des Reflektors 54, der die Belichtungsvorgänge in entsprechenden Winkeln an einer Vielzahl von Positionen ausführt, kann so vorgegeben werden, daß die Lichtmengenverteilung (Positionskoordinaten der Lichtströme) auf der Fourier-Transformations- Fläche 50 die bei der ersten Ausführung unter Bezugnahme auf Fig. 14 und 15 erläuterten Bedingungen aufweist. Das heißt, die Position des Reflektors 54 kann bei der Übertragung der in Fig. 15A dargestellten Strukturen so bestimmt werden, daß die Mitte (Hauptstrahl) des Beleuchtungslichtflusses L4a oder L4b, der von dem Reflektor 54 reflektiert wird, auf das Liniensegment Lα bzw. Lβ auf der Fourier-Transformations-Fläche 50 fällt. Wenn die in Fig. 15B dargestellten Strukturen übertragen werden, kann die Mittelposition des Beleuchtungs-Lichtstroms, der von dem Reflektor 54 reflektiert wird, so festgelegt werden, daß sie auf das Liniensegment Lα bzw. Lβ und das Liniensegment Lγ bzw. L5 fällt. Die optimale Position schließt in diesem Fall vier Punkte p , pη, pκ, pu ein.
Anschließend werden von der Steuerschaltung 58 Funktionsbefehle an die Antriebselemente 55a, 55b ausgegeben, und der Reflektor 54 wird an eine vorgegebene erste Position gebracht (Schritt 102). Die Bedienungsperson gibt die erste Position mit einer Eingabeeinheit ein, die in die Steuerschaltung 58 integriert ist. Als Alternative dazu kann die Steuerschaltung 58 die erste Position des Reflektors 54 anhand der Informationen über die Schaltungsstrukturen 28 auf der Strichplatte 27 festlegen, wobei die Informationen von der Bedienungsperson über die Eingabeeinheit eingegeben werden. Eine erforderliche Gesamtbelichtungsmenge E wird gleichfalls von der Bedienungsperson über die Eingabeeinheit eingegeben. Die Steuerschaltung 58 kann auch bei Eingabe durch die Bedienungsperson bestimmte Grade der Belichtung festlegen, die an den entsprechenden Positionen des Reflektors ausgeführt werden. Wie bei der ersten Ausführung können die oben beschriebenen Informationen erfaßt werden, indem die Barcodes BC gelesen werden, die auf der Maske vorhanden sind.
Anschließend geht das Programm zu dem eigentlichen Belichtungsvorgang über. Der Reflektor 54 befindet sich nahezu stationär in der zuvor bestimmten ersten Position. In diesem Zustand gibt die Steuerschaltung 58 einen Befehlt "Verschluß öffnen" an die Verschlußantriebseinheit 53 aus. Ein Verschluß 52 wird geöffnet, und die Belichtung beginnt (Schritt 103). Die Strichplatte wird mit dem Beleuchtungs-Lichtstrom beleuchtet. Dadurch werden die Strichplattenstrukturen 28 auf den Wafer 30 übertragen. Dabei wird ein Teil der Beleuchtungs-Lichtströme, die durch den Halbspiegel 24A hindurchtreten, von dem Lichtmengenmesser 57 empfangen und photoelektrisch umgewandelt. Wenn ein integrierter Wert des Lichtmengensignals S desselben einen vorgegeben Wert erreicht, d. h. eine Belichtungsmenge, die der zuvor festgelegten ersten Position entspricht (Schritt 104), oder unmittelbar, bevor dieser Wert erreicht wird, gibt die Steuerschaltung 58 Funktionsbefehle an die Antriebselemente 55a, 55b aus. Die Position des Reflektors 54 wird so auf eine vorgegebene zweite Position verändert (Schritt 105). Es ist anzumerken, daß, wenn der integrierte Wert (integrierte Lichtmenge) des Lichtmengensignals S. wie in Fig. 19B dargestellt, den vorgegebenen Wert erreicht, der Verschluß 52 vorübergehend geschlossen wird (Schritt 105a). Der Reflektor 54 wird nach der Unter brechung der Belichtung bewegt. Der Reflektor 54 wird an der vorgegebenen Position im wesentlichen fixiert, und anschließend wird der Verschluß 52 geöffnet (Schritt 105b). Anschließend kann die Belichtung fortgesetzt werden.
Wenn der integrierte Wert des Lichtmengensignals S sich einem vorgegebenen Wert an der zweiten Position des Reflektors 54 nähert (Schritt 106), oder unmittelbar vor dem Erreichen dieses Wertes wird der Reflektor 54 auf die gleiche Weise wie zuvor bewegt. Der Reflektor 54 wird in einer dritten Position im wesentlichen fixiert, und die Belichtung wird fortgesetzt. Auch dann wird der Verschluß 52 wie bei dem vorhergehenden Fall vorübergehend geschlossen, und die Belichtung kann unterbrochen werden.
Anschließend wird die Position des Reflektors 54 auf gleiche Weise zu m-zahligen Positionen verändert, um so die Belichtungen auszuführen. Wenn der integrierte Wert des Lichtmengensignals S sich an der m-ten Position des Reflektors 54 der vorgegebenen Gesamtbelichtungsmenge E nähert (Schritt 107), wird der Verschluß 52 geschossen und so die Belichtung abgeschlossen.
Wenn E1, E2, ..., Em(ΣEi = E, 1 ≤ i ≤ m) die Belichtungsmengen an den jeweiligen Positionen sind, wird die Belichtung an der ersten Position beendet, wenn der integrierte Wert des Lichtmengensignals S E&sub1; erreicht, oder unmittelbar vor dem Erreichen dieses Wertes. Die Belichtung an der zweiten Position wird beendet, wenn der integrierte Wert (E&sub1; + E&sub2;) erreicht, oder unmittelbar bevor er diesen Wert erreicht. Das heißt, die Belichtung an der beliebigen n-ten Position der Belichtungen an der ersten bis m-ten Position wird beendet, wenn der integrierte Wert ΣEi(1 ≤ i ≤ n) erreicht.
Es wird ein Verfahren eingesetzt, bei dem die Belichtung unterbrochen wird, indem der Verschluß 52 während einer Bewegung des Reflektors 54 geschlossen wird. In diesem Fall wird der integrierte Wert während einer Unterbrechung der Belichtung auf 0 zurückgesetzt. Anschließend wird die Belichtung wieder aufgenommen, und wenn der integrierte Wert des Lichtmengensignals S den vorgegebenen Wert En erreicht, kann die Belichtung an der beliebigen n-ten Position abgeschlossen werden.
Die Belichtungen gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind damit abgeschlossen. Daher wird der Wafer 30 von einem Wafertisch 31 parallel innerhalb der Fläche vertikal zur optischen Achse AX transportiert. Die Belichtungen können in anderen Belichtungsbereichen des Wafers 30 erneut ausgeführt werden. Daneben können die Belichtungen in dem belichteten Bereich ausgeführt werden, indem die Strichplatte 27 ausgetauscht wird und andere Schaltungsstrukturen darüber gelegt werden. Es ist anzumerken, daß wenn die Belichtungen neu an anderen Positionen des Wafers 30 ausgeführt werden, die Abfolge der Positionen des Reflektors 54 umgekehrt werden kann, so daß mit der m-ten Position begonnen wird und die erste Position am Ende steht.
Bei dem oben beschriebenen Belichtungsverfahren wird der Reflektor 54 bewegt, und dabei wird die Belichtung fortgesetzt. In diesem Fall trifft das Beleuchtungslicht, das von anderen Richtungen als der vorgegebenen ausgeht, während der Bewegung des Reflektors 54 auf die Strichplatte 27 auf. Dadurch verringern sich möglicherweise die Effekte zur Erreichung der genannten hohen Auflösekraft und der großen Fokustiefe. Um dies zu verhindern, ist ein Raumfilter, das lediglich an vorgegebenen Positionen durchlässige Abschnitte aufweist, in der Nähe der Fourier-Transformations-Fläche 50 zwischen den Linsensystemen 15, 19 vorhanden, wie dies in Fig. 16 dargestellt ist. Bei diesem Raumfilter sind die durchlässigen Abschnitte an den vorgegebenen Positionen exzentrisch zu der optischen Achse AX an der Fourier-Transformations-Fläche 50 ausgebildet, während die Lichtabschirmabschnitte an anderen Positionen ausgebildet sind. Die vorgegebenen Positionen der lichtdurchlässigen Abschnitte sind die, durch die die Beleuchtungs-Lichtströme L4a, L4b, die von dem Reflektor 54 an den entsprechenden Positionen zur Erzielung der gewünschten Auflösungskraft und der Fokustiefe erzeugt werden, über der Fourier-Transformations-Fläche 50 hindurchtreten. Die Durchmesser der entsprechenden durchlässigen Abschnitte dienen zum Festlegen von σ-Werten der einzelnen Beleuchtungs-Lichtströme. Daher ist dieser Durchmesser äquivalent zu der Aperturblende 8 an der Fläche der Austrittsseite der Fliegenaugenlinse 7, die zuvor festgelegt wurde, d. h., der Durchmesser wird unter Berücksichtigung eines Verhältnisses der Vergrößerung zwischen der Fläche (konjugiert zu der Fourier-Transformations- Fläche 50) an der Austrittsseite der Fliegenaugenlinse 7 und der Fourier- Transformations-Fläche 50 festgelegt. Der Durchmesser des speziellen durchlässigen Abschnittes kann kleiner sein als der obengenannte (äquivalente) Durchmesser. Das heißt, der σ-Wert des speziellen Lichtstroms unter den Lichtströmen, die auf die Strichplatte 27 auftreffen, kann verringert werden.
Ein Lichtstreuelement, wie beispielsweise ein Zitronenschalenfilter und dergleichen, kann an der Fourier-Transformations-Fläche 50 vorhanden sein. Dieses Lichtstreuelement kann Unschärfedefekte und Staub auf dem beweglichen optischen Element ausgleichen. So kann die Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung an der Strichplatte 27 verhindert werden, die durch den Staub und die Fehler verursacht wird. Es ist anzumerken, daß eine Bilderzeugungsbeziehung zwischen der Strichplatte 27 und dem beweglichen optischen Element (Reflektor 54) aufgrund des Lichtstreuelementes unscharf wird, was jedoch keine nachteilige Auswirkung auf die Effekte der vorliegenden Erfindung hat.
Eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Bei der ersten und der zweiten Ausführung, die oben beschrieben sind, sind das Lichtstrom-Transformierungselement, das eine beliebige Lichtmengenverteilung auf der Fourier-Transformations-Fläche erzeugt, und das bewegliche optische Element zwischen die Strichplatte und den optischen Integrator der Fliegenaugenlinse oder dergleichen eingesetzt. Bei der vorliegenden Ausführung jedoch sind das Lichtstrom-Transformierungselement und das bewegliche optische Element zwischen den optischen Integrator und die Lichtquelle eingesetzt, wodurch sich die Beleuchtungs-Homogenisierungswirkung verbessert.
Fig. 20 zeigt ein Schema einer Projektions-Belichtungsvorrichtung (Stepper), die sich für die dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung eignet. Es ist eine Beugungsgitterstrukturplatte 12 als optisches Element (ein Teil eines optischen Eingangssystems der vorliegenden Erfindung) vorhanden, das das Beleuchtungslicht an einer Lichtquellen- Fokusfläche 72a einer Fliegenaugenlinse 72 konzentriert. Es ist anzumerken, daß die gleichen Elemente wie bei der ersten und der zweiten Ausführung mit den gleichen Symbolen gekennzeichnet sind.
Die Beleuchtungs-Lichtströme, die aus der Quecksilberdampflampe 1 austreten, werden an einem zweiten Brennpunkt des elliptischen Spiegels 2 konzentriert. Anschließend wird die Beugungsgitterstrukturplatte 12 mit dem konzentrierten Lichtstrom über einen Spiegel 6 und ein Linsensystem 71 eines Übertragungssystems beleuchtet. Bei dem Beleuchtungsverfahren kann es sich dabei um das Kohler-Beleuchtungsverfahren oder das kritische Beleuchtungsverfahren handeln. Das kritische Beleuchtungsverfahren ist jedoch vorteilhaft, da damit eine intensivere Lichtmenge erreicht wird. Das Beugungslicht, das von der Beugungsgitterstrukturplatte 12 erzeugt wird, trifft konzentriert auf die gegenüber der optischen Achse AX exzentrische Position der Lichtquellen-Fokusfläche 72a (Auftrefffläche) der Fliegenaugenlinse 72 auf, wobei dies über die Übertragungslinse 73 geschieht. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Beugungslichtkomponenten 0-ter Ordnung sowie die (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten erzeugt werden. Dabei haben die Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 und die Beugungsgitterstrukturplatte 12 über die Übertragungslinse 73 im wesentlichen eine Fourier- Transformations-Beziehung. Es ist anzumerken, daß das Beleuchtungslicht an der Beugungsgitterstrukturplatte 12 als kollimierte Lichtströme in Fig. 20 dargestellt ist, eigentlich handelt es sich jedoch um divergente Lichtströme. So hat der Lichtstrom, der auf die Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 auftrifft, eine bestimmte Größe (Dicke). Dementsprechend hat auch der Austritts-Lichtstrom von einer Strichplatten- Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 entsprechend dem auftreffenden Lichtstrom an der Lichtquellen-Fokusfläche 72a eine bestimmte Größe.
Die Strichplatten-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 ist des weiteren so angeordnet, daß sie im wesentlichen mit der Fourier-Transformations-Fläche (konjugierte Pupillenfläche) der Strichplattenstrukturen 28 zusammenfällt.
Die entsprechenden Linsenelemente der Fliegenaugenlinse 72, die in Fig. 20 dargestellt ist, sind doppelt konvexe Linsenelemente, wobei hier ein Fall dargestellt ist, in dem die Lichtquellen-Fokusfläche 72a mit der Auftrefffläche zusammenfällt und die Strichplatten- Fokusfläche 72b mit der Austrittsfläche zusammenfällt. Die Linsenelemente der Fliegenaugenlinse erfüllen diese Beziehung nicht genau. Bei den Linsenelementen kann es sich um plankonvexe Linsenelemente, konvexoplane Linsenelemente oder plankonkave Linsenelemente handeln. Die Fliegenaugenlinse besteht aus einem oder mehreren Linsenelementen.
Es ist anzumerken, daß die Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 und die Strichplatten-Fokusfläche 72b natürlich die Fourier-Transformations-Beziehung aufweisen. Daher hat bei dem Beispiel in Fig. 1 die Strichplatten-Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72, d. h. die Fliegenaugenlinsen-Austrittsfläche, die bilderzeugende (konjugierte) Beziehung zu der Beugungsgitterstrukturplatte 12.
Die Strichplatte 27 wird so beleuchtet, daß eine homogene Beleuchtungsverteilung besteht, wobei der Lichtstrom von der Strichplatten-Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 über die Kondensorlinsen 74, 75 und einen Spiegel 24 austritt. Gemäß der vorliegenden Ausführung besteht das Raumfilter 16 aus einer Metallplatte oder dergleichen, in die zwei Öffnungen gebohrt sind, die den (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten von der Beugungsgitterstrukturplatte 12 entsprechen, und ist in der Nähe der Strichplatten- Fokusfläche 72b (Austrittsseite) der Fliegenaugenlinse 72 angeordnet. Die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung von der Beugungsgitterstrukturplatte 12 wird daher abgeschirmt. Das Beleuchtungslicht, mit dem die Strichplattenstrukturen 28 beleuchtet werden, ist daher so beschränkt, daß es zwei Sekundär-Beleuchtungsbilder an den Positionen exzentrisch zur optischen Achse AX auf der Strichplatten-Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 aufweist. Die Beugungsgitterstrukturplatte 12 wird als ein optisches Element eingesetzt, das das Beleuchtungslicht auf der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 konzentriert. Es werden die zwei Sekundär-Beleuchtungsbilder symmetrisch zu der optischen Achse AX erzeugt. Dadurch ist das Beleuchtungslicht, mit dem die Strichplattenstrukturen 28 befeuchtet werden, lediglich auf die Lichtströme mit speziellen Auftreifwinkeln auf den Strichplattenstrukturen 28 beschränkt. Das Bild der Beugungsgitterstrukturplatte 12 wird, wie oben erläutert, auf der Strichplatten- Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 hergestellt. Die Strichplatten-Fokusfläche 72b und die Strichplattenstrukturflächen 28 weisen die Fourier-Transformations-Oberflächenbeziehung auf. Dadurch wird die Möglichkeit ausgeschlossen, daß das Bild der Beugungsgitterstrukturplatte 12 selbst auf der Strichplatte 27 erzeugt wird und die Beleuchtungshomogenität verschlechtert wird, und des weiteren die Ungleichmäßigkeit aufgrund von Staub und Fehlern der Beugungsgitterstrukturplatte 12 erzeugt wird. Es ist anzumerken, daß das Raumfilter 16 nahe an der Lichtquellen-Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 vorhanden ist, d. h. auf der Seite der Austrittsfläche der Fliegenau genlinse 72, dieses Filter kann jedoch auch an der Strichplatten-Fokusfläche 72 vorhanden sein, d. h. auf der Seite der Auftrefffläche.
Das Beugungslicht, das von den Strichplattenstrukturen 28 auf der so beleuchteten Strichplatte 27 hergestellt wird, wird auf die gleiche Weise wie unter Bezugnahme auf Fig. 40 erläutert, durch das telezentrische optische Projektionssystem 29 konzentriert und in Bildform gebracht. Das Bild der Strichplattenstrukturen 28 wird auf den Wafer 30 übertragen.
Die Beugungsgitterstrukturplatte 12 kann nicht nur die lichtdurchlässige Strukturplatte ähnlich wie bei der ersten Ausführung sein, sondern auch eine Reflexionsstrukturplatte. Wenn die Beugungsgitterstrukturplatte 12 reflektierende Eigenschaften aufweist, wird eine reflektierende Beugungsgitterstrukturplatte 12A, wie in Fig. 8 dargestellt, mit dem Beleuchtungs-Lichtstrom von der Übertragungslinse 71 beleuchtet. Das so reflektierte und gebeugte Beugungslicht kann auf die Fliegenaugenlinse 72 auftreffen. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von der Übertragungslinse 71 aus und in Richtung der Strichplatte von der Fliegenaugenlinse 72 aus entspricht dem in Fig. 20. Dabei werden wie bei der ersten Ausführung die Auftreifrichtungen und die Auftreifwinkel der Beleuchtungs-Lichtströme (Mehrzahl), die auf die Strichplattenstrukturen 28 der Strichplatte 27 auftreffen, in Abhängigkeit von den Strichplattenstrukturen 28 bestimmt. Die Auftreifrichtung und -winkel können beliebig verändert werden, indem die Richteigenschaften und die Teilungen der Beugungsgitterstrukturplatten 12, 12A verändert werden. So werden beispielsweise die Beugungsgitterstrukturen 5, 5a gegen die mit anderen Teilungen ausgetauscht, so daß das Beleuchtungslicht, das auf die Lichtquellen- Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 auftrifft, variiert werden kann und des weiteren ein Abstand des sekundären Beleuchtungbildes von der optischen Achse AX auf der Strichplatten-Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 verändert werden kann. Daher kann der Auftreifwinkel des Beleuchtungslichtes auf den Strichplattenstrukturen 28 der Strichplatte 27 verändert werden. Wie bei der ersten Ausführung ist es, wenn die Beugungsgitterstrukturplatten 12, 12A in einer beliebigen Richtung innerhalb der Fläche vertikal zu der optischen Achse gedreht werden können (z. B. um 90º), möglich, eine Übereinstimmung zu dem Fall herzustellen, in dem die Teilungsrichtung der Linien- Zwischenraum-Strukturen der Strichplattenstrukturen 28 sich von den Richtungen x, y unterscheidet. Des weiteren kann die Übertragungslinse 73 zu einem Zoom- Linsensystem (wie beispielsweise einem afokalen Zoomdehner usw.) gehören, das aus einer Vielzahl von Linsenelementen besteht, und die Konzentrierungsposition kann verändert werden, indem der Fokusabstand verändert wird. Dabei muß jedoch im wesentlichen die Fourier-Transformations-Beziehung zwischen der Beugungsgitterstrukturplatte 12 bzw. 12A und der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 beibehalten werden. Das oben beschriebene optische Element, das das Beleuchtungslicht auf der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 konzentriert, ist nicht auf die Beugungsgitterstrukturplatte 12 bzw. 12A beschränkt.
Das bewegliche optische Element, das bei der zweiten Ausführung dargestellt ist, so beispielsweise ein beweglicher Planspiegel 54, ist, wie in Fig. 22 dargestellt, statt der reflektierenden Beugungsgitterstrukturplatte 12A vorhanden, die in Fig. 21 dargestellt ist. Des weiteren ist ein Antriebselement 55a, wie beispielsweise ein Motor, vorhanden, mit dem der Planspiegel 54 gedreht werden kann. Der Planspiegel 54 wird durch das Antriebselement 55a gedreht oder oszilliert. Das Beleuchtungslicht trifft auf die Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 auf, wobei das sekundäre Beleuchtungsbild auf der Strichplatten-Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 entsprechend der Zeit verändert werden kann. Wenn der Planspiegel 54 an eine Vielzahl geeigneter Winkelpositionen beim Belichtungsverfahren gedreht wird, kann das sekundäre Beleuchtungsbild der Strichplatten-Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 in beliebiger Form erzeugt werden. Es ist anzumerken, daß beim Einsatz dieses Typs eines beweglichen Reflexionsspiegels 54 das Übertragungslinsensystem 73 weggelassen werden kann. Das Raumfilter 16, das in Fig. 22 dargestellt ist, ist übrigens auf der Seite der Auftrefflläche der Fliegenaugenlinse 72 vorhanden, es kann jedoch auf gleiche Weise wie in Fig. 20 an der Seite der Austrittsfläche vorhanden sein.
Das optische Element, das das Beleuchtungslicht an der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 konzentriert, kann den Einsatz des Strahlteilers, der in Fig. 11 dargestellt ist, der Lichtleitfasern in Fig. 12 und 19, des Prismas in Fig. 9, der Vielzahl von Spiegeln in Fig. 10 und des optischen Elementes in Fig. 17 einschließen.
Fig. 23 ist eine schematische Darstellung des Einsatzes eines Lichtleitfaserbündels. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von der Übertragungslinse 71 aus und in Richtung der Strichplatte von der Fliegenaugenlinse 72 aus entspricht dem in Fig. 20. Entsprechende Austrittsabschnitte 35a, 35b des Lichtleitfaserbündels 35 sind an Positionen entsprechend den Strichplattenstrukturen 28 in der Nähe der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse angeordnet. Dabei können Linsen (z. B. Feldlinsen) zwischen die entsprechenden Austrittsabschnitte 35a, 35b des Lichtleitfaserbündels 35 und die Fliegenaugenlinse 72 eingesetzt werden. Des weiteren kann die Fourier- Transformations-Beziehung zwischen der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse und den Lichtaustrittsflächen der Lichtleitfaser-Austrittsabschnitte 35a, 35b aufgrund der zwischen ihnen befindlichen Linsen gegeben sein. Wie bei der ersten Ausführung können die jeweiligen Austrittsabschnitte (bzw. die Linsen zwischen den Austrittsabschnitten 35a, 35b und den Fliegenaugenlinsen 72) eindimensional oder zweidimensional in der Fläche senkrecht zu der optischen Achse bewegt werden, und zwar mittels des Antriebselementes, wie beispielsweise eines Motors usw.. Das Beleuchtungslicht, das auf die Lichtquellen-Fokusfläche der Fliegenaugenlinse auftrifft, kann so verändert werden. Das sekundäre Beleuchtungslicht auf der Strichplatten- Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse kann ebenfalls verändert werden.
Fig. 24 zeigt ein Beispiel des Einsatzes eines Prismas 33 mit einer Vielzahl von Brechungsflächen als optisches Element zum Konzentrieren des Beleuchtungslichtes auf der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72. Die Beleuchtungs-Lichtströme können entsprechend den Brechungswinkeln des Prismas 33 auf die Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 auftreffen. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von der Übertragungslinse 71 aus und in Richtung der Strichplatte von der Fliegenaugenlinse 72 aus entspricht dem in Fig. 20. Die Auftreffposition des Beleuchtungs-Lichtstroms, der auf die Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse auftrifft, kann durch Austauschen des Prismas 33 verändert werden. Statt des Prismas 33 wird ein Reflexionsspiegel mit verschieden schrägen Reflexionsflächen eingesetzt und wie in Fig. 22 dargestellt angeordnet, so daß das Antriebselement 55a nicht erforderlich ist. Die Vorrichtung beinhaltet natürlich eine Funktion zum Austauschen des Prismas und dergleichen. Wenn diese Art Prisma eingesetzt wird, kann auch das Übertragungslinsensystem 73 weggelassen werden.
Fig. 25 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Vielzahl von Spiegeln 34a - 34d als optische Elemente zum Konzentrieren des Beleuchtungslichtes an der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 eingesetzt werden. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von der Übertragungslinse 71 aus und in Richtung der Strichplatte von der Fliegenaugenlinse 72 aus ist der gleiche wie in Fig. 20. In den entsprechenden Spiegeln 34a - 34d sind Positionseinstellmechanismen und Mechanismen zum Einstellen eines Drehwinkels um die optische Achse AX herum vorhanden, so daß eine Beleuchtungslichtmengenverteilung der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 beliebig verändert werden kann. Des weiteren kann das Prisma 33 mit dem beweglichen Planspiegel 54 oder mit den Spiegeln 34a - 34d kombiniert werden.
Weiterhin kann das optische Element zum Konzentrieren des Beleuchtungslichtes an der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 durch das Raumfilter 16 ersetzt werden, das in der Nähe der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse vorhanden ist. Die Bauteile bei den in Fig. 20 bis 25 dargestellten Ausführungen können mit dem Raumfilter 16 kombiniert werden. Dabei hat das Raumfilter 16 nicht nur eine Öffnung sondern es kann sich um eine beliebige Anzahl entsprechend den Strichplattenstrukturen 28 handeln.
Fig. 26 ist eine schematische Darstellung, die einen Aufbau der Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Spiegel 24, die Kondensorlinse 25, die Strichplatte 27 und das optische Projektionssystem 29 sind die gleichen wie in Fig. 20 dargestellt. Als ein Aufbau in Richtung der Lichtquelle von der Fliegenaugenlinse 72 aus kann ein beliebiges der in Fig. 20 bis 25 dargestellten Beispiele und das Beispiel, bei dem das Raumfilter 16 in der Nähe der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 vorhanden ist, eingesetzt werden. Ein Raumfilter 16A, das mit beliebigen Öffnungen (lichtdurchlässigen Abschnitten oder weiteren halb lichtdurchlässigen Abschnitten) versehen ist, ist nahe an der Strichplatten- Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 vorhanden. Der Beleuchtungs-Lichtstrom, der aus der Fliegenaugenlinse 72 austritt, wird so reguliert. Die Fourier-Transformations- Fläche einer Strichplatten-Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 in bezug auf eine Übertragungslinse 76A ist als eine konjugierte Fläche der Strichplattenstrukturen 28 de finiert, und damit ist eine veränderliche Feldblende (Strichplattenblende) 76 darin vorhanden. Der Beleuchtungs-Lichtstrom wird erneut durch die Übertragungslinse 76B Fourier-Transformation unterzogen und trifft auf eine konjugierte Fläche (Fourier-Fläche) 50B der Strichplatten-Fokusfläche 72B der Fliegenaugenlinse 72 auf. Das obengenannte Raumfilter 16A kann an der Fourier-Fläche 50B vorhanden sein. Der Beleuchtungs-Lichtstrom von der Fliegenaugenlinse 72 wird weiter mit Hilfe der Kondensorlinsen 76B, 75 und des Spiegels 24 zu der Strichplatte 27 geleitet. Es ist anzumerken, daß, wenn ein System zum Konzentrieren des Beleuchtungslichtes an der Position vorhanden ist, die um einen Betrag gegenüber der optischen Achse exzentrisch ist, der entsprechend den Strichplattenstrukturen 28 an der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 bestimmt wird, das Raumfilter nicht an der Position des optischen Elementes 16A bzw. 50B angeordnet sein kann.
Auch in diesem Fall kann die Feldblende (Strichplattenblende) 76 eingesetzt werden.
Es ist ein Beispiel dargestellt, bei dem mehrere Strahlen des Beleuchtungslichtes aus dem optischen Element zum Konzentrieren des Beleuchtungslichtes an der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72, die oben beschrieben ist, austreten. Jedoch kann ein Lichtstrom auch an der Position auftreffen, die um einen vorgegebenen Betrag exzentrisch zu der optischen Achse AX ist. Beispielsweise wird ein Austrittsabschnitt des Faserbündels 35, das in Fig. 23 dargestellt ist, hergestellt, wobei ein Lichtstrom auf die Lichtquellen-Fokusfläche 72A der Fliegenaugenlinse 72 auftreffen kann. Bei allen Ausführungen in Fig. 20 bis 26 wird ein Durchmesser einer Öffnung der Raumfilter 16, 16A vorteilhafterweise so festgelegt, daß ein Verhältnis, ein sogenannter σ- Wert, einer numerischen Apertur für die Strichplatte 27, der mit den Beleuchtungs- Lichtströmen verbunden ist, die die Öffnungen durchdringen, zu einer numerischen Apertur auf der Seite der Strichplatte NAR) des optischen Projektionssystems 29 ungefähr 0,1 bis 0,3 beträgt.
Um die Bedingung des σ-Wertes zu erfüllen, der durch einen Beleuchtungs-Lichtstrom bestimmt wird, der auf die Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 auftrifft, kann einem optischen Element, das das Beleuchtungslicht an der Lichtquellen- Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse konzentriert, eine Funktion zum Verändern des σ-Wertes verliehen werden, und eine Lichtmengenverteilung in der Nähe der Fokusfläche 72a statt des Raumfilters 16A, der in der Nähe der Strichplatten-Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72 angeordnet ist, damit variiert werden. So ist das Raumfilter 16 beispielsweise an der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse angeordnet, und der σ-Wert pro Lichtstrom kann durch den Durchmesser der Öffnung desselben bestimmt werden. Dabei ist es gleichzeitig möglich, den σ-Wert und NA in Form des Projektionssystems weiter zu optimieren, indem eine veränderliche Aperturblende (NA- Regulierblende) in der Nähe der Pupille (Auftreffpupille oder Austrittspupille) 51 in dem optischen Projektionssystem 29 angeordnet wird. Das Raumfilter 16 bewirkt weiterhin, daß unnötige Lichtströme von den durch das optische Element zum Konzentrieren des Beleuchtungslichtes an der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 erzeugten Lichtströme abgeschirmt werden. Dieses Filter bewirkt des weiteren eine Verringerung der Lichtmenge, die den Wafer erreicht, indem eine Durchlässigkeit der Öffnung in bezug auf bestimmte Lichtströme verringert wird.
Die Auftreffposition (Position des sekundären Beleuchtungslichtes auf der Lichtquellen- Fokusfläche 72b der Fliegenaugenlinse 72) (einer oder mehrerer) Beleuchtungs-Lichtströme an der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 wird vorzugsweise entsprechend den zu übertragenden Strichplattenmustern bestimmt (verändert). In diesem Fall besteht das Verfahren der Bestimmung der Position darin, daß, wie bereits erläutert, die Auftreffposition (Auftreffwinkel p) des Beleuchtungs-Lichtstroms von der Fliegenaugenlinse 72 auf den Strichplattenstrukturen so festgelegt wird, daß der Effekt der Verbesserung der Auflösungskraft und der Fokustiefe erzielt wird, die optimal für den Grad an Feinheit (Teilung) der zu übertragenden Strukturen ist. Ein konkretes Beispiel für die Positionsbestimmung des sekundären Beleuchtungsbildes (Oberflächenbeleuchtungsbild) ist das gleiche wie das für die erste Ausführung unter Bezugnahme auf Fig. 14 und 15 erläuterte Bestimmungsverfahren. Es wird davon ausgegangen, daß die Mittelposition (die optimale Position des Schwergewichtes der Lichtmengenverteilung, die durch ein sekundäres Beleuchtungsbild erzeugt wird) eines sekundären Beleuchtungsbildes, wie in Fig. 15B dargestellt, auf dem Liniensegment Lα in der Y-Richtung liegt, das in der Fourier-Transformations-Fläche angenommen wird. Als Alternative dazu wird angenommen, daß die Mittelpunkte der entsprechenden sekundären Beleuchtungsbilder an beliebigen Positionen auf dem Liniensegment Lβ liegen, oder, wie in Fig. 15D, auf den Liniensegmenten Lα, Lβ, die definiert sind durch α = β = f · (1/2). (λ/Px), oder auf den Linsensegmenten Lγ, L&epsi;, die definiert sind durch γ = &epsi; = f · (1/2) · (λ/Py). Auf der Grundlage dieser Annahmen kann die Fokustiefe maximiert werden. Wie bei der ersten Ausführung können die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung Do, die von den Strichplattenstrukturen 28 kommt, und die (+)-Primär-Beugungslichtkomponente Dp oder die (-)-Primär-Beugungslichtkomponente Dm durch die Lichtwege hindurchtreten, die gleichen Abstand zu der optischen Achse AX auf der Pupillenfläche 51 innerhalb des optischen Projektionssystems 29 haben. Wenn die Strichplattenstrukturen 28, wie in Fig. 15D dargestellt, die zweidimensionalen periodischen Strukturen enthalten, und wenn eine spezielle Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung beachtet wird, gibt es möglicherweise Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung als die Primärlichtkomponenten, die in der X-Richtung (der ersten Richtung) und in der Y-Richtung (der zweiten Richtung) um die einzelne Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung an der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems verteilt sind. Wenn davon ausgegangen wird, daß das Bild der zweidimensionalen Strukturen in bezug auf eine spezielle Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung gut erzeugt wird, kann die Position der speziellen Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung so eingestellt werden, daß drei Lichtkomponenten, d. h. eine der Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung, die in der ersten Richtung verteilt sind, eine der Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung, die in der zweiten Richtung verteilt sind, und eine spezielle Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung in im wesentlichen gleichen Abständen zu der optischen AX an der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems verteilt sind. So fällt beispielsweise die Mittelposition des Austrittsabschnitts in Fig. 15D mit einem der Punkte P , Pη, Pκ, Pu zusammen.
Die Punkte P~, Pro, Pic, Pu sind sämtlich Schnittlinien des Liniensegments Lα bzw. Lβ (die optimale Position für die Periodizität in der X-Richtung, d. h., die Position, in der die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung und eine der (±)-Primär- Beugungslichtkomponenten in der X-Richtung im wesentlichen den gleichen Abstand zu der optischen Achse auf der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems haben) und der Liniensegmente Lγ, L&epsi; (die optimalen Positionen für die Periodizität in der Y- Richtung). Daher sind diese Positionen die Lichtquellenpositionen, die entweder für die Strukturrichtung X oder die Strukturrichtung Y optimal sind.
Es ist anzumerken, daß bei dieser Ausführung eine beliebige Lichtmengenverteilung wie bei der ersten Ausführung an der Fourier-Transformations-Fläche hergestellt werden kann, indem das Lichtstrom-Transformationselement und das bewegliche optische Element auf der Grundlage der Informationen von Strichcodes und dergleichen gesteuert werden.
Ein Lichtstreuelement, wie beispielsweise eine Diffusionsplatte oder ein Lichtleitfaserbündel, sind in der Nähe der Lichtquellen-Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 11 angeordnet und homogenisieren das Beleuchtungslicht. Als Alternative dazu kann das Beleuchtungslicht homogenisiert werden, indem ein optischer Integrator, wie beispielsweise eine weitere Fliegenaugenlinse (im folgenden als die andere Fliegenaugenlinse bezeichnet) separat von der Fliegenaugenlinse 72 eingesetzt wird, die bei den Ausführungen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Dabei ist die andere Fliegenaugenlinse vorzugsweise näher an der Lichtquelle (Lampe) 1 angeordnet als das optische Element, z. B. die Beugungsgitterstrukturplatte 12 bzw. 12A, die in Fig. 20 und 21 dargestellt ist, um die Beleuchtungslichtmengenverteilung in der Nähe der Lichtquellen- Fokusfläche 72a der Fliegenaugenlinse 72 zu verändern. Eine Schnittform jedes Linsenelementes der anderen Fliegenaugenlinse ist vorzugsweise die eines regelmäßigen Sechsecks und nicht die eines Quadrats (Rechteck).
Fig. 27 zeigt eine Konstruktion um einen Wafertisch der Projektions-Belichtungsvorrichtung herum, die bei den jeweiligen Ausführungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Ein Strahl 80A trifft schräg auf das Innere eines Projektionsfeldbereiches auf dem Wafer 30 in dem optischen Projektionssystem 29 auf Es ist ein Autofokussensor eines Schrägauftreffsystems vorhanden, der einen reflektierten Strahl 80B empfängt. Dieser Fokussensor erfaßt eine Abweichung der Richtung der optischen Achse AX zwischen der Oberfläche des Wafers 30 und der besten Bilderzeugungsfläche des optischen Projektionssystems 29. Ein Motor 82 eines Z-Tisches 81, auf dem der Wafer 30 angebracht ist, wird so servogesteuert, daß die Abweichung Null wird. Der Z-Tisch 81 wird dazu leicht in der vertikalen Richtung (Richtung der optischen Achse) in bezug auf einen XY-Tisch 83 bewegt, wobei die Belichtung unverändert im besten Fokuszustand ausgeführt wird. Bei der Belichtungsvorrichtung, die diesen Fokussteuervorgang ausführen kann, wird der Z-Tisch 81 mit einer solchen Geschwindigkeitskennlinie bewegt, daß er beim Belichtungsvorgang in Richtung der optischen Achse eingestellt wird. Eine vorhandene Fokustiefe kann so weiter vergrößert werden. Dieses Verfahren kann mit jedem beliebigen Typ von Stepper ausgeführt werden, wenn die Bildseite (Waferseite) des optischen Projektionssystems 29 telezentrisch ist.
Fig. 28 zeigt Lichtmengen (Dosierungs)-Verteilungen in der Richtung der optischen Achse, die in den Resistschichten bei einer Bewegung des Z-Tischs 81 während der Belichtung erzielt werden, bzw. Häufigkeitswahrscheinlichkeiten. Fig. 28B zeigt Geschwindigkeitskennlinien des Z-Tischs 81 zum Erzielen der in Fig. 28A dargestellten Verteilung. In Fig. 28A und 28B kennzeichnet die Ordinatenachse Waferpositionen in Z- Richtung (Richtung der optischen Achse). Die Abszissenachse in Fig. 28A kennzeichnet die Häufigkeitswahrscheinlichkeit. Die Abszissenachse in Fig. 28B kennzeichnet eine Geschwindigkeit des Z-Tischs 81. In den gleichen Figuren ist eine Position Zo die beste Fokusposition.
Die Häufigkeitswahrscheinlichkeiten sind hier so angeordnet, daß sie im wesentlichen gleiche Maximalwerte an zwei Positionen +Z1, -Z1 haben, die von der Position 20 um eine theoretische Fokustiefe ±ΔDof des optischen Projektionssystems 29 vertikal beabstandet sind. In einem Bereich von +Z3 bis -Z3 dazwischen sind die Häufigkeitswahrscheinlichkeiten auf geringe Werte beschränkt. Zu diesem Zweck bewegt sich der Z-Tisch 81 mit einer geringen Geschwindigkeit V1 gleichmäßig nach oben und nach unten an der Position -Z2, wenn der Verschluß in dem Beleuchtungssystem ausgelöst wird. Unmittelbar nach dem vollständigen Öffnen des Verschlusses wird der Z-Tisch auf eine hohe Geschwindigkeit V2 beschleunigt. Wenn sich der Z-Tisch 81 mit der Geschwindigkeit V2 nach oben und nach unten bewegt, werden die Häufigkeitswahrscheinlichkeiten auf die geringen Werte beschränkt. Wenn die Position +23 erreicht wird, beginnt das Abbremsen des Z-Tischs 81 auf die geringe Geschwindigkeit V1. Die Häufigkeitswahrscheinlichkeit erreicht an der Position +21 den Maximalwert. In diesem Augenblick wird nahezu gleichzeitig ein Schließbefehl für den Verschluß erteilt. An der Position +Z2 ist der Verschluß vollständig geschlossen.
Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Z-Tischs 81 so gesteuert, daß die Lichtmengenverteilungen in Richtung der optischen Achse (Häufigkeitswahrscheinlichkeiten) der Belichtungsmengen, die auf die Resistschichten des Wafers 30 wirken, Maximalwerte an den zwei Punkten erreichen, die ungefähr um eine Breite (2 · ΔDof) der Fokustiefe beabstandet angeordnet sind. Obwohl ein Kontrast der auf den Resistschichten erzeugten Strukturen geringfügig verringert wird, kann die einheitliche Auflösekraft über einen breiten Bereich in der Richtung der optischen Achse erzielt werden.
Das oben beschriebene kumulative Brennpunktbelichtungsverfahren kann auf nahezu die gleiche Weise bei der Projektions-Belichtungsvorrichtung eingesetzt werden, bei der das für die vorliegende Ausführung dargestellte spezielle Beleuchtungsverfahren verwendet wird. Die vorhandene Fokustiefe wird um einen Betrag vergrößert, der im wesentlichen einem Produkt aus einem Vergrößerungsabschnitt, der sich durch das Beleuchtungsverfahren der vorliegenden Erfindung ergibt, und einem vergrößerten Abschnitt, der mit dem kumulativen Brennpunkt-Belichtungsverfahren erzielt wird, entspricht. Des weiteren steigt auch die Auflösungskraft selbst an, da das spezielle Beleuchtungsverfahren eingesetzt wird. Die minimale Linienbreite, die belichtet werden kann, indem ein i-Strahl-Stepper (NA 0,42 des Projektionsobjektivs) der gegenüber dem Stand der Technik um ein Fünftel verkürzt ist, mit einer Phasenverschiebungs- Strichplatte kombiniert wird, beträgt ungefähr 0,3 bis 0,35 um. Ein Vergrößerungsverhältnis der Fokustiefe beträgt maximal ungefähr 40%. Im Unterschied dazu wird das spezielle Beleuchtungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in den i-Strahl- Stepper integriert, und ein Versuch wird mit der gewöhnlichen Strichplatte ausgeführt. Damit wurde eine minimale Linienbreite von 0,24 bis 0,3 um erzielt. Es wird ungefähr das gleiche Vergrößerungsverhältnis für die Fokustiefe erzielt wie beim Einsatz der Phasenverschiebungs-Strichplatte.
Im folgenden wird eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 29 zeigt eine Projektions-Belichtungsvorrichtung (Stepper) gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Fliegenaugenlinse ist in eine Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen unterteilt. Die Lichtmengenverteilung wird auf jede der Fliegenaugenlinsengruppen fokussiert. Die Beugungsgitterstrukturplatte 12 ist als ein optisches Element (ein Teil des optischen Eingangssytems der vorliegenden Erfindung) zum Fokussieren der Lichtmengenverteilung des Beleuchtungslichtes auf jede der Lichtquellen- Fokusflächen 91a der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B vorhanden. Es ist anzumerken, daß der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von dem Übertragungslinsensystem 71 aus und in Richtung des Wafers 30 von dem Raumfilter 16 aus der gleiche ist wie der in Fig. 20 und daß die gleichen Elemente mit den gleichen Zeichen gekennzeichnet sind.
Das Beugungslicht, das von der Beugungsgitterstrukturplatte 12 erzeugt wird, trifft konzentriert auf jede der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B über die Übertragungslinse 73 auf. Dabei stehen die Lichtquellen-Fokusflächen 91a der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B über die Übertragungslinse 73 im wesentlichen in der Fourier-Transformations-Beziehung zu der Beugungsgitterstrukturplatte 12.
Des weiteren sind Strichplatten-Fokusflächen 91b der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B in einer Innenflächenrichtung senkrecht zur optischen Achse AX angeordnet, so daß sie im wesentlichen mit der Fourier-Transformations-Fläche (konjugierte Pupillenfläche) der Strichplattenstrukturen 28 zusammenfallen. Jede der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B kann unabhängig in der Innenflächenrichtung vertikal zur optischen Achse AX bewegt werden und von einem beweglichen Element (bei der vorliegenden Erfindung Positionseinstellelement) gehalten werden, so daß die Linsengruppe beweglich ist. Eine ausführliche Erläuterung dazu folgt weiter unten.
Die einzelnen Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B haben vorteilhafterweise den gleichen Aufbau und bestehen aus dem gleichen Material (Brechungsindex). Entsprechende Linsenelemente der einzelnen Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B sind wie bei der dritten Ausführung doppeltkonvexe Linsen. Hier ist das Beispiel angeführt, bei dem die Lichtquellen-Fokusfläche 91a mit der Auftrefffläche zusammenfällt und die Strichplatten- Fokusfläche 91b mit der Austrittsfläche zusammenfällt. Die Fliegenaugenlinsenelemente müssen diese Beziehung nicht genau erfüllen, sondern es kann sich um plankonvexe Linsen, konvexplane Linsen oder plankonkave Linsen handeln. Es ist anzumerken, daß die Lichtquellen-Fokusflächen 91a der Fliegenaugenlinsengruppen und die Strichplatten-Fokusflächen derselben natürlich in Fourier-Transformations-Beziehung stehen. So stehen bei dem Beispiel in Fig. 29 die Strichplatten-Fokusflächen 91 B der Fliegenaugenlinsengruppen, d. h. die Austrittsflächen der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B, in Bilderzeugungs(konjugierter)-Beziehung zu der Beugungsgitterstrukturplatte 12.
Die Strichplatte 27 wird in homogener Beleuchtungsverteilung mit den Lichtströmen, die von den Strichplatten-Fokusflächen 91b der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B emittiert werden, über die Kondensorlinsen 74, 75 und den Spiegel 24 beleuchtet. Bei dieser Ausführung ist das Raumfilter 16 an der Austrittsseite der Fliegenaugelinsengruppen 91A, 91 B angeordnet und schirmt so die Beugungslichtkomponenten der 0-ten Ordnung von der Beugungsgitterstrukturplatte 12 ab. Die Öffnungen des Raumfilters 16 entsprechen den jeweiligen Positionen der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B. Aus diesem Grund können die Beleuchtungslichtmengenverteilungen in der Nähe der Strichplatten- Fokusflächen 91b der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B in Abschnitten, die außerhalb der Positionen der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B liegen, auf Null verringert werden. Daher ist das Beleuchtungslicht, mit dem die Strichplattenstrukturen 28 beleuchtet werden, auf die Lichtströme (von den sekundären Beleuchtungsbildern) beschränkt, die von den entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B emittiert werden. Dadurch sind die Lichtströme, die auf die Strichplattenstrukturen auftreffen, auf die beschränkt, die spezielle Auftreifwinkel (mehrere) aufweisen.
Es ist anzumerken, daß bei der Ausführung jede der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B bewegt werden kann und die Öffnungen des Raumfilters 16 ebenfalls beweglich sind, oder als Alternative dazu das Raumfilter 16 auswechselbar sein muß (das Raumfilter 16 wird weiter unten behandelt). Die Beleuchtungslichtströme werden mit der obengenannten Beugungsgitterstrukturplatte 12 gebeugt. Die Beugungslichtkomponenten werden auf die speziellen Abschnitte (Fliegenaugenlinsengruppen) innerhalb der Lichtquellen-Fokusflächen der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B konzentriert. Dabei variieren die Konzentrationspositionen je nach der Teilung und den Richteigenschaften der Beugungsgitterstrukturplatte 12. So werden die Teilung und die Richteigenschaften der Beugungsgitterstrukturplatte 12 so festgelegt, daß das Beleuchtungslicht auf die Positionen der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B konzentriert wird.
Das Bild der Beugungsgitterstrukturplatte 12 wird, wie oben erwähnt, auf der Strichplatten-Fokusfläche 91b der Fliegenaugenlinse 91 hergestellt. Wie bei der oben beschriebenen dritten Ausführung jedoch stehen die Strichplattenstrukturflächen 28 und die Strichplatten-Fokusflächen 91b der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B in Fourier- Transformations-Beziehung zueinander. Die Beleuchtungsintensitätsverteilung auf der Strichplatte 27 ist in keinem Fall unausgeglichen, und die Einheitlichkeit der Beleuchtung wird nicht verschlechtert.
Die Beugungsgitterstrukturplatte 12 kann, wie im Zusammenhang mit der dritten Ausführung unter Bezugnahme auf Fig. 21 erwähnt, nicht nur die Platte mit lichtdurchlässigen Strukturen sein, sondern auch die Platte mit reflektierenden Strukturen.
Wenn die Beugungsgitterstrukturplatte 12 reflektierend ist, wie dies in Fig. 30 dargestellt ist, werden die gebeugten Lichtkomponenten, die von der reflektierenden Beugungsgitterstrukturplatte 12A reflektiert werden, in der Nähe der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B über die Übertragungslinse 73 konzentriert. Dabei kann die Beugungsgitterstrukturplatte 12 bzw. 12A gegen eine Platte mit einer anderen Teilung ausgewechselt werden, so daß das Beleuchtungslicht in der Nähe der entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B konzentriert werden kann, und zwar auch dann, wenn sich die einzelnen Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B bewegen. Die Beugungsgitterstrukturplatte 12 bzw. 12A kann an eine beliebige Richtung innerhalb der Fläche vertikal zur optischen Achse AX gedreht werden. In diesem Fall sollte jedoch die Fourier-Transformations-Beziehung zwischen der Beugungsgitterstrukturplatte 12 bzw. 12A und den Lichtquellen-Fokusflächen 91a der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B beibehalten werden.
Es sind, wie unter Bezugnahme auf Fig. 29 zu sehen ist, wie bei der ersten Ausführung ein Hauptsteuerungssystem 58 zum Generalisieren und Steuern der Vorrichtung, ein Strichcodeleser 61, eine Tastatur 63 und ein Antriebssystem (Motor, Räderzug, usw.) wie beispielsweise bewegliche Elemente zum Bewegen der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91B vorhanden im voraus werden in dem Hauptsteuerungssystem 58 die Namen einer Vielzahl von Strichplatten registriert, die von dem Stepper verarbeitet werden, sowie Funktionsparameter des Steppers, die diesen Namen entsprechen. Wenn der Strichcodeleser 61 Strichplatten-Strichcodes BC liest, gibt das Hauptsteuerungssystem 58 an das Antriebssystem 92 die zuvor registrierten Informationen über die Bewegungspositionen (innerhalb der Fourier-Transformations-Fläche) der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B als einen der Funktionsparameter aus, die den Namen entsprechen. Die Positionen der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B werden so eingestellt, daß die optimalen Lichtmengenverteilungen entstehen, wie sie in der ersten Ausführung beschrieben sind. Die oben aufgeführten Funktionen können auch ausgeführt werden, indem die Befehle und Daten direkt über die Tastatur 63 eingegeben werden.
Die optischen Elemente (optisches Eingangssystem) sind nicht auf die Beugungsgitterstrukturplatten 12, 12A beschränkt, wobei diese optischen Elemente dazu dienen, die Lichtmengenverteilungen auf den Lichtquellen-Fokusflächen der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B auf die Abschnitte in der Nähe der einzelnen Fliegenaugenlinsenpositionen zu konzentrieren. Wie bei den in Fig. 22-25 dargestellten Fällen gemäß der dritten Ausführung stehen ein beweglicher Planspiegel, die Lichtleitfasern, das Prisma und der Reflexionsspiegel zur Verfügung.
Fig. 31 zeigt den Fall, in dem der bewegliche Planspiegel 54 als optisches Eingangssystem eingesetzt wird. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von dem Übertragungslinsensystem 71 aus und in Richtung der Strichplatte von der Fliegenaugenlinsengruppe 91 aus entspricht dem in Fig. 29. Der Planspiegel 54 wird während der Belichtung an eine Vielzahl von Winkelpositionen gedreht, so daß die Lichtmengenverteilungen über die Lichtquellen-Fokusflächen 91a der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B nur auf den Abschnitt in der Nähe der Position einer Fliegenaugenlinsengruppe der Vielzahl der Fliegenaugenlinsengruppen konzentriert wird. Es ist anzumerken, daß wenn dieser Typ beweglicher Planspiegel 54 eingesetzt wird, das Übertragungslinsensystem 73 weggelassen werden kann. Des weiteren werden, wenn sich jede der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B bewegt, Winkelkoordinaten der Vielzahl von Winkelpositionen des Planspiegels 54 verändert, und die reflektierten Lichtströme können in der Nähe der Position der Fliegenaugenlinsengruppe an einer neuen Position konzentriert werden. Dabei ist das Raumfilter 16, das in Fig. 31 dargestellt ist, an der Seite der Auftrefffläche der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B vorhanden, es kann jedoch auch an der Seite der Austrittsflächen vorhanden sein, wie dies in Fig. 29 dargestellt ist.
Fig. 32 zeigt einen Fall, in dem die Lichtleitfasern des optischen Eingangssystems eingesetzt werden. Die Austrittsabschnitte 35A, 35B, die entsprechend der Anzahl der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B vorhanden sind, sind integral mit den entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen nahe an den Lichtquellen-Fokusflächen 91a der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B angeordnet.
Die Austrittsabschnitte 35A, 35B (bzw. die Linsen zwischen den Austrittsabschnitten 35 und den Fliegenaugenlinsengruppen 91) können eindimensional oder zweidimensional innerhalb der Fläche vertikal zur optischen Achse mit den Antriebselementen, wie beispielsweise Motoren, gedreht werden. Selbst wenn die einzelnen Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B zusammengefaßt werden, können die Beleuchtungs-Lichtströme in der Nähe der Position jeder der Fliegenaugenlinsengruppen konzentriert werden, nachdem sie bewegt wurden.
Fig. 33 zeigt den Fall, bei dem das Prisma 33, das mit einer Vielzahl von Brechungsflächen versehen ist, als ein optisches Eingangssystem eingesetzt wird. Das Beleuchtungslicht kann in der Nähe jeder der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B entsprechend einem Brechungswinkel des Prismas 33 an den Lichtquellen-Fokusflächen 91a der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B konzentriert werden. Selbst wenn sich die entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91B bewegen, kann das Beleuchtungslicht durch Auswechseln des Prismas 33 genau auf die Position jeder Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B konzentriert werden. Die Vorrichtung beinhaltet natürlich eine Funktion zum Auswechseln des Prismas oder dergleichen. Wenn dieser Typ Prisma eingesetzt wird, kann das Übertragungslinsensystem 73 weggelassen werden.
Fig. 34 zeigt einen Fall, bei dem eine Vielzahl von Spiegeln als optisches Eingangssystem eingesetzt werden. Wenn jeder der Spiegel 34A - 34D mit einem Positionseinstellmechanismus und einem Mechanismus zum Einstellen eines Drehwinkels um die optische Achse AX herum versehen ist, und selbst dann, wenn sich die einzelnen Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B bewegt haben, können die Beleuchtungs-Lichtströme in der Nähe der entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B fokussiert werden. Hinsichtlich des numerischen Wertes des Spiegels gibt es keine Beschränkung. Die Spiegel können je nach einem numerischen Wert der Fliegenaugenlinsengruppen angeordnet sein.
Zwei Gruppen der Fliegenaugenlinsengruppen werden in der gesamten oben beschriebenen vierten Ausführung hergestellt, es können jedoch natürlich drei oder mehr Gruppen der Fliegenaugenlinsengruppen hergestellt werden. Aufgeführt ist auch das optische Element, das das Beleuchtungslicht hauptsächlich auf die zwei Abschnitte der einzelnen Fliegenaugenlinsengruppen konzentriert. Das Beleuchtungslicht wird natürlich entsprechend der Anzahl der Fliegenaugenlinsengruppen auf eine Vielzahl von Positionen konzentriert. Bei allen oben aufgeführten Ausführungen kann das Beleuchtungslicht auf beliebige Positionen (entsprechend den Positionen der Fliegenaugenlinsengruppen) konzentriert werden. Das optische Element zum Konzentrieren des Beleuchtungslichtes auf die jeweiligen Fliegenaugenlinsengruppen ist nicht auf die in den Ausführungen aufgeführten Typen beschränkt, sondern kann von jedem beliebigen anderen Typ sein.
Des weiteren kann das Raumfilter 16, das nahe an den Lichtquellen-Fokusflächen 91a der Fliegenaugenlinsen angeordnet ist, in Kombination mit den entsprechenden Ausführungen eingesetzt werden, die in Fig. 29 bis 34 dargestellt sind. Raumfilter 210, 16 können, obwohl sie nicht auf die Strichplatten-Fokusflächen 91b und die Lichtquellen- Fokusflächen 91a der Fliegenaugenlinsengruppen beschränkt sind, an beliebigen Positionen angeordnet sein. So ist das Raumfilter beispielsweise geeigneterweise zwischen den oben beschriebenen zwei Fokusflächen 91a, 91b angeordnet.
Das optische Element zum Konzentrieren des Beleuchtungslichtes lediglich auf die Nähe der einzelnen Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B dient dazu, zu verhindern, daß sich die Menge an Beleuchtungslicht verringert, mit dem die Strichplatte 27 beleuchtet wird. Das optische Element ist nicht direkt mit dem Aufbau verbunden, mit dem die Effekte der hohen Auflösungskraft und der großen Fokustiefe erzielt werden sollen, die charakteristisch für die Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind. So kann das optische Element lediglich ein Linsensystem mit einem Durchmesser sein, der so groß ist, daß das Beleuchtungslicht als Flutlicht auf jede der Fliegenaugenlinsengruppen auftrifft, nachdem die Position eingestellt wurde.
Bei der in Fig. 26 dargestellten Konstruktion der dritten Ausführung kann das Raumfilter 16A vorhanden sein, oder es kann auch eine veränderliche Feldblende 76 wie bei der dritten Ausführung vorhanden sein. Das Raumfilter 16A wird an der Strichplatten-Fokusfläche 91b der Fliegenaugenlinsengruppe 91 oder in der Nähe der konjugierten Fläche derselben angeordnet, um so die Beleuchtungs-Lichtströme zu regulieren, die aus den Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B austreten. Es ist anzumerken, daß wenn ein System vorhanden ist, mit dem die Beleuchtungs-Lichtströme effektiv nur auf die Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B konzentriert werden können, das Raumfilter 16 nicht an der Strichplatten-Fokusfläche 91b bzw. in der Nähe der konjugierten Fläche derselben vorhanden sein muß.
Um die Bedingung bezüglich des a-Wertes (0,1 ≤ σ ≤ 0,3) zu erfüllen, der durch eine der Fliegenaugenlinsengruppen bestimmt wird, kann eine Größe (in der Flächeninnenrichtung vertikal zu der optischen Achse) der Austrittsendbereiche jeder der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B so bestimmt werden, daß sie den Beleuchtungs-Lichtströmen (Austrittslichtströmen) entspricht.
Eine veränderliche Aperturblende (äquivalent zu dem Raumfilter 16) ist in der Nähe der Strichplatten-Fokusfläche 91b jeder der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B vorhanden, und die numerische Apertur des Lichtstroms von jeder der Fliegenaugenlinsengruppen ist veränderlich, wodurch sich der σ-Wert ändert. Dementsprechend ist die veränderliche Aperturblende (NA-Regelblende) in der Nähe der Pupille (Auftreffpupille oder Austrittspupille) 51 des optischen Projektionssystems 29 angeordnet, wodurch der σ-Wert in bezug auf NA in dem Projektionssystem weiter optimiert wird.
Die Beleuchtung der Lichtströme, die auf die entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen auftreffen, erstreckt sich in gewissem Maße außerhalb der Auftreffendflächen der Fliegenaugenlinsengrüppen. Des weiteren kann, wenn die Mengenverteilungen des Lichtes, das auf die jeweiligen Fliegenaugenlinsengruppen auftrifft, einheitlich sind, die Einheitlichkeit der Beleuchtung an den Strichplattenstrukturflächen vorzugsweise weiter verbessert werden.
Im folgenden wird eine Ausführung der beweglichen Abschnitte, durch die die Fliegenaugenlinsengruppen bewegt werden können, im Zusammenhang mit Fig. 35 und 36 beschrieben.
Fig. 35 ist ein Schema, das die beweglichen Abschnitte aus der Richtung der optischen Achse gesehen zeigt. Fig. 36 ist ein Schema, das das gleiche aus der Richtung vertikal zur optischen Achse zeigt.
Eine Vielzahl, d. h. vier Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B, 91 C, 91 D sind in im wesentlichen gleichen Abständen zu der optischen Achse in Fig. 35 angeordnet. Jede der Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B, 91 C, 91 D besteht, wie in Fig. 35 dargestellt, aus 32 einzelnen Linsenelementen, obwohl dies keine Einschränkung darstellt. In einem Extremfall kann die Fliegenaugenlinsengruppe aus einem Linsenelement bestehen. Die Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B, 91 C, 91 D werden, wie in Fig. 35 und 36 zu sehen ist, von Vorrichtungen 103a, 103b, 103c, 103d getragen. Diese Vorrichtungen 103a, 103b, 103c, 103d ihrerseits werden von beweglichen Elementen 101a, 101b, 101c, 101d über Tragstangen 100a, 100b, 100c, 100d getragen. Diese Tragestangen 100a, 100b, 100c, 100d können in Richtung der optischen Achse mit Hilfe von Antriebselementen, wie beispielsweise Motoren und Zahnrädern, die in die beweglichen Elemente 101a, 101b, 101c, 101d integriert sind, ein- und ausgefahren werden. Die beweglichen Elemente 101a, 101b, 101c, 101d selbst können an stationären Führungen 102a, 102b, 102c, 102d entlang bewegt werden. Die einzelnen Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B, 91 C, 91 D werden daher unabhängig voneinander in der Flächeninnenrichtung senkrecht zu der optischen Achse bewegt.
Entsprechende Positionen (innerhalb der Fläche vertikal zur optischen Achse) der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B, 91 C, 91 D, die in Fig. 36 dargestellt sind, werden vorzugshalber je nach den zu übertragenden Strichplattenmustern festgelegt (verändert).
Die optimalen Positionen der entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen werden unter den gleichen Bedingungen wie die unter Bezugnahme auf Fig. 14 und 15 bei der ersten Ausführung erläuterten festgelegt.
Ein konkretes Beispiel der Positionsbestimmung jeder der Fliegenaugenlinsengruppen entspricht dem Festlegungsverfahren, das für die erste Ausführung unter Bezugnahme auf Fig. 14 und 15 erläutert wurde. Es wird davon ausgegangen, daß die Mittelposition (die optimale Position des Schwergewichts der Lichtmengenverteilung des sekundären Beleuchtungsbildes, das von jeder Fliegenaugenlinsengruppe erzeugt wird) jeder der Fliegenaugenlinsengruppen, wie in Fig. 15B dargestellt, auf dem Liniensegment Lα in der Y-Richtung liegt, das in der Fourier-Transformations-Fläche angenommen wird. Als Alternative dazu wird davon ausgegangen, daß die Mitte jeder der Fliegenaugenlinsengruppen an einer beliebigen Position auf dem Liniensegment Lβ liegt, oder wie in Fig. 15D dargestellt, auf den Linensegmenten Lα, Lβ, die definiert sind durch α = β = f · (1/2). (λ/Px), oder auf den Liniensegmenten Lγ, L&epsi;, die definiert sind durch γ = f · (1/2) · (γ/Py). Auf der Grundlage dieser Annahmen kann die Fokustiefe auf ein Maximum vergrößert werden. Wie bei der ersten Ausführung können die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung Do von den Strichplattenstrukturen 28 und entweder die (+)-Primär-Beugungslichtkomponente Dp oder die (-)-Primär-Beugungslichtkomponente Dm so angeordnet sein, daß sie durch die Lichtwege hindurchtreten, die in gleichem Abstand zu der optischen Achse AX auf der Pupillenfläche 51 in dem optischen Projektionssystem 29 angeordnet sind. Wenn die Strichplattenstrukturen 28, wie in Fig. 15D zu sehen, die zweidimensionalen periodischen Strukturen enthalten, und wenn das Gewicht auf eine spezielle Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung gelegt wird, sind wahrscheinlich Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung als die Primär- Lichtkomponenten vorhanden, die in der X-Richtung (der ersten Richtung) und in der Y- Richtung (der zweiten Richtung) um die einzelne Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung an der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems verteilt sind. Wenn davon ausgegangen wird, daß das Bild der zweidimensionalen Strukturen in bezug auf die eine spezielle Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung gut ausgebildet ist, kann die Position der speziellen Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung so reguliert werden, daß drei Lichtkomponenten, d. h. eine der Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung, die in der ersten Richtung verteilt sind, eine der Beugungslichtkomponenten höherer Ordnung, die in der zweiten Richtung verteilt sind, und eine spezielle Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung im wesentlichen in gleichem Abstand zu der optischen Ach se AX an der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems verteilt sind. So ist beispielsweise die Mittelposition des Austrittsabschnitts in Fig. 15D so angeordnet, daß sie mit jedem der Punkte P , Pη, Pκ, Pu zusammenfällt. Die Punkte P , Pη, Pκ, Pu sind sämtlich Schnittpunkte des Liniensegments Lα bzw. Lβ (die optimale Position der Periodizität in der X-Richtung, d. h., die Position, an der die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung und eine der (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten in der X-Richtung den gleichen Abstand zur optischen Achse auf der Pupillenfläche 51 des optischen Projektionssystems haben) und der Liniensegmente Lγ, L&epsi; (die optimalen Positionen für die Periodizität der Y-Richtung). Daher sind diese Positionen die Lichtquellenpositionen, die entweder für die Strukturrichtung X oder die Strukturrichtung Y optimal sind.
Es ist anzumerken, daß bei dieser Ausführung eine beliebige Lichtmengenverteilung wie bei der ersten Ausführung an der Fourier-Transformations-Fläche hergestellt werden kann, indem das Lichtstrom-Transformationselement und das bewegliche optische Element auf der Grundlage der Informationen der Strichcodes und dergleichen gesteuert werden. In diesem Fall sind die Fliegenaugenlinsengruppen 91A bis 91 D nicht nur getrennt, sondern auch integral um die optische Achse herum angeordnet, so daß eine Veränderung der gewöhnlichen Beleuchtung ausgeführt werden kann.
Ein Lichtstreuelement, wie beispielsweise eine Diffusionsplatte, und ein Lichtleitfaserbündel sind nahe an der Lichtquellen-Fokusfläche 91a der Fliegenaugenlinse 91 angeordnet und gleichen das Beleuchtungslicht aus. Als Alternative dazu kann das Beleuchtungslicht ausgeglichen werden, indem ein optischer Integrator, wie beispielsweise eine weitere Fliegenaugenlinse (im folgenden als die andere Fliegenaugenlinse), separat zu der Fliegenaugenlinse 72 eingesetzt wird, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung Verwendung findet. Dabei ist die andere Fliegenaugenlinse vorzugsweise näher an der Lichtquelle (Lampe) 1 angeordnet als das optische Element, d. h., die Beugungsgitterstrukturplatte 12 bzw. 12A, die in Fig. 29 und 30 dargestellt sind, um die Beleuchtungslichtmengenverteilung in der Nähe der Lichtquellen-Fokusfläche 91a der Fliegenaugenlinse 91 zu verändern. Eine Querschnittsform jedes Linsenelementes der anderen Fliegenaugenlinse ist vorzugsweise die eines regelmäßigen Sechsecks und nicht die eines Quadrates (Rechteck). In diesem Fall kann der σ-Wert verändert werden, indem die numerische Apertur des Beleuchtungssystems verändert wird, wobei eine Aperturblende an der Strichplatten-Fokusfläche der anderen Fliegenaugenlinse vorhanden ist. Des weiteren kann der σ-Wert auch verändert werden, indem ein Betrag des Lichtstroms verändert wird, der auf die andere Fliegenaugenlinse auftrifft, wobei ein Zoomobjektiv (afokales Zoomobjektiv) auf dem Lichtweg angeordnet wird, der von der Lichtquelle bis zu der anderen Fliegenaugenlinse führt.
Oben ist das Beispiel aufgeführt, bei dem die Positionen der Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen bestimmt wird. Die Beleuchtungs-Lichtströme werden entsprechend den Bewegungspositionen der jeweiligen Fliegenaugenlinsengruppen mit den genannten optischen Elementen (der Beugungsgitterstrukturplatte, den beweglichen Spiegel, dem Prisma oder den Fasern) konzentriert. Das optische Element für diesen Konzentrationsvorgang muß nicht vorhanden sein.
Die Lichtströme, die von den Fliegenaugenlinsengruppen emittiert werden, treffen schräg auf die Strichplatte auf. Wenn eine Richtung des Lichtmengen-Schwergewichts der (vielen) auftreffenden Lichtströme schräg dazu nicht senkrecht zu der Strichplatte ist, tritt dahingehend ein Problem auf, daß eine Position des übertragenen Bildes in der Flächeninnenrichtung des Wafers bei geringfügiger Defokussierung des Wafers 30 verschoben wird. Um diese Verschiebung zu verhindern, wird die Richtung des Lichtmengen-Schwergewichtes der (mehreren) Beleuchtungs-Lichtströme von den Fliegenaugenlinsengruppen vertikal zu den Strichplattenstrukturen gehalten, d. h., parallel zu der optischen Achse AX.
Das heißt, wenn man davon ausgeht, daß die optische Achse (Mittellinie) in den entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen festgelegt ist, kann es ausreichen, eine Vektorsumme eines Produktes des Positionsvektor der optischen Achse (Mittellinie) in der Fourier-Transformations-Fläche auf der Basis der optischen Achse AX des optischen Projektionssystems 29 und einer Menge an Licht, die von jeder der Fliegenaugenlinsengruppen emittiert wird, auf Null zu verringern. Einfacher ist es, wenn 2 m Gruppen (m ist die natürliche Zahl) von Fliegenaugenlinsen vorhanden sind, Positionen von m Gruppen der Fliegenaugenlinsen durch das oben beschriebene Optimierungsverfahren bestimmt werden und die restlichen m Gruppen und die ersteren m Gruppen von Fliegenaugenlinsen symmetrisch zu der optischen Achse AX angeordnet werden.
Wenn die Vorrichtung des weiteren n Gruppen (n ist die natürlich Zahl) enthält, und wenn die Anzahl der Gruppen der Fliegenaugenlinsen so festgelegt wird, daß m kleiner ist als n, müssen die restlichen (n - m) Gruppen von Fliegenaugenlinsen nicht eingesetzt werden. Um den Einsatz der (n - m) Gruppen der Fliegenaugenlinsen überflüssig zu machen, können die Raumfilter 210 oder 16 an den Positionen der (n - m) Gruppen von Fliegenaugenlinsen vorhanden sein. Dabei konzentriert das optische Element zum Konzentrieren des Beleuchtungslichtes auf die Positionen von (n - m) Gruppen von Fliegenaugenlinsen vorzugsweise das Licht nicht auf die (n - m) Gruppen von Fliegenaugenlinsen.
Die Positionen der Öffnungen des Raumfilters 210 bzw. 16 können vorzugsweise entsprechend den Bewegungen der Fliegenaugenlinsengruppen verändert werden. Als Alternative dazu ist ein Mechanismus zum Auswechseln der Raumfilter 210, 16 entsprechend den Positionen der jeweiligen Fliegenaugenlinsen vorhanden. Die Vorrichtung kann einige Typen von Lichtabschirmelementen enthalten.
Jede der Vorrichtungen 103a, 103b, 103c, 103d, die die entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen 91 A, 91 B, 91 C, 91 D halten, weist, wie in Fig. 36 dargestellt, Lichtabschirmflügel 104a, 104b auf. Dabei kann die Öffnung des Raumfilters 16 erheblich größer sein als der Durchmesser der Fliegenaugenlinse. So kann ein Raumfilter 16 den Positionen einer Vielzahl von Fliegenaugenlinsen entsprechen. Wenn die Lichtabschirmflügel 194a, 194b leicht in der Richtung der optischen Achse abweichen, wird eine Einschränkung bezüglich des Bewegungsbereiches der Fliegenaugenlinsengruppen verringert.
Lichtabschirmelemente, wie beispielsweise Diffusionsplatten und Lichtleitfasern, werden in der Nähe der Lichtquellen-Fokusflächen 91a der Fliegenaugenlinsengruppen 91A, 91 B, 91 D, 91 D eingesetzt, um das Beleuchtungslicht zu homogenisieren.
Im folgenden wird eine fünfte Ausführung erläutert. Bei dieser Ausführung ist ein Aufnahmeelement, das die Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen integral aufnimmt, vorhanden. Die Fliegenaugenlinsengruppen, die an der optimalen Position aufgenommen sind, können ausgewählt werden, indem das Aufnahmeelement bewegt wird.
Fig. 37 zeigt einen Aufbau der Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Beugungsgitterstrukturplatte 12 ist als optisches Element (ein Teil des optischen Eingangssystems) vorhanden, mit der die Lichtmengenverteilungen des Beleuchtungslichtes an den Lichtquellen-Fokusflächen der Fliegenaugenlinsengruppen konzentriert werden. Es ist anzumerken, daß die gleichen Elemente wie die in Fig. 29 mit den gleichen Zeichen gekennzeichnet sind.
Ein Aufnahmeelement 111 nimmt integral Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B so auf, daß der Mittelpunkt (d. h., das Schwergewicht jeder der Lichtmengenverteilungen, die von den sekundären Beleuchtungsbildern in den entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B erzeugt werden) jeder der Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B an einer separaten Position liegt, die zu der optischen Achse AX um einen Betrag exzentrisch ist, der in Abhängigkeit von der Periodizität der Strichplattenstrukturen bestimmt wird. An einem beweglichen Element 112 (bei dieser Ausführung Umschaltelement) ist zusammen mit dem Aufnahmeelement 111 integral eine Vielzahl von Aufnahmeelementen (nicht dargestellt) befestigt, die die Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen aufnehmen und bewirken, daß ihre exzentrischen Positionen in bezug auf die optische Achse AX entsprechend einem Unterschied bezüglich der Periodizität der Strichplattenstrukturen 28 sich voneinander unterscheiden. Dieses bewegliche Element 112 wird angetrieben, und so kann die Vielzahl von Aufnahmeelementen so auf dem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems angeordnet werden, daß sie einzeln ausgetauscht werden können. Dies wird weiter unten ausführlich beschrieben.
Jede der Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen (111 A, 111 B), die von dem gleichen Aufnahmeelement befestigt werden, hat vorteilhafterweise den gleichen Aufbau und besteht aus dem gleichen Material (Brechungsindex). Bei dieser Ausführung können die Aufnahmeelemente (Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B) ausgetauscht werden, und daher müssen auch die Öffnungen der Raumfilter 16 veränderlich sein, oder als Alternative dazu muß das Raumfilter 16 auswechselbar sein. So ist beispielsweise das Raumfilter 16 zusammen mit der Fliegenaugenlinsengruppe 111A, 111 B an dem Aufnahmeelement befestigt, und vorteilhafterweise können sie als Einheit ausgewechselt werden. Es ist anzumerken, daß die Größe (Dicke) des Lichtstroms, der auf jede der Fliegenaugenlinsengruppen 111 A, 111 B auftrifft, genauso groß ist wie ein Betrag jeder der Lichtquellen-Fokusflächen 111a der Fliegenaugenlinsengruppen 111 A, 111 B oder kleiner als dieser in diesem Fall ist das Lichtfilter 16 natürlich nicht speziell in dem optischen Beleuchtungssystem (in der Nähe der Fliegenaugenlinsengruppen) angeordnet.
Die Beugungsgitterstrukturplatte 5 bzw. 5A kann in einer beliebigen Richtung in der Fläche vertikal zu der optischen Achse AX gedreht werden. Diese Anordnung kann einem Fall entsprechen, bei dem sich die Teilungsrichtung der Linien-Zwischenraum- Strukturen der Strichplattenstrukturen 28 von den Richtungen X, Y unterscheidet (d. h., die Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B bewegen sich in der Teilungsrichtung (drehen sich um die optische Achse AX)).
Gemäß der vorliegenden Ausführung sind wie bei der vierten Ausführung das Hauptsteuerungssystem 58 zum Generalisieren und Steuern der Vorrichtung, der Barcodeleser 61, die Tastatur 63 und das Antriebselement (Motor, Rädergetriebe usw.) 92 der beweglichen Elemente zum Bewegen der Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B vorhanden. In dem Hauptsteuerungssystem 58 werden im voraus die Namen einer Vielzahl von Strichplatten registriert, die von dem Stepper verarbeitet werden, sowie Stepper-Funktionsparameter entsprechend den Namen. Dann gibt das Hauptsteuerungssystem 58, wenn der Strichcodeleser 61 die Strichplatten-Strichcodes-BC liest, durch Auswahl eines der Vielzahl von Aufnahmeelementen, das am besten der zuvor registrierten Information (entsprechend der Periodizität der Strichplattenstrukturen) entspricht, an das Antriebssystem 113 einen vorgegebenen Antriebsbefehl bezüglich der Positionen (in der konjugierten Pupillenfläche) der Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B als einen der Funktionsparameter entsprechend den Namen derselben aus. Die Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B, die von dem zuvor ausgewählten Aufnahmeelement aufgenommen werden, werden so an die in Fig. 14 und 15 für die erste Ausführung dargestellten Positionen gebracht. Die oben beschriebenen Funktionen können auch aus geführt werden, indem die Bedienungsperson die Befehle und die Daten über die Tastatur 63 direkt in das Hauptsteuerungssystem 58 eingibt.
Das optische Element (optisches Eingangssystem) ist nicht auf die lichtdurchlässige Beugungsgitterstrukturplatte 12 beschränkt, wobei dieses optische Element dazu dient, die Lichtmengenverteilungen über die Lichtquellen-Fokusflächen der Fliegenaugenlinsengruppen in der Nähe der Positionen der einzelnen Fliegenaugenlinsen zu konzentrieren. Wie für die vierte Ausführung unter Bezugnahme auf Fig. 30-34 erläutert, können die reflektierende Beugungsgitterstrukturplatte 12A, der bewegliche Planspiegel 54, die Lichtleitfasern 35, das Prisma 33 und die Vielzahl von Reflexionsspiegeln 34 statt der Beugungsgitterstrukturplatte 12 vorhanden sein. Des weiteren werden die Beugungsgitterstrukturplatten 12, 12A und das Prisma 33 ausgetauscht, oder eine Vielzahl von Winkelpositionskoordinaten des beweglichen Planspiegels 54 werden verändert, oder die Austrittsabschnitte der Lichtleitfasern sind beweglich ausgeführt, oder jeder der Reflexionsspiegel ist mit dem Positionseinstellmechanismus und dem Mechanismus zum Einstellen des Drehwinkels um die optische Achse AX herum versehen. Bei diesen Anordnungen können die Beleuchtungs-Lichtströme, wenn die Fliegenaugenlinsengruppen sich mit dem Ersatz für das Aufnahmeelement bewegen, in der Nähe der Positionen der entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen konzentriert werden, nachdem diese bewegt wurden.
Wie bei der vierten Ausführung kann das Raumfilter 16 gegen das in Fig. 12 dargestellte Raumfilter 10 ausgetauscht werden oder in Kombination mit dem oben beschriebenen optischen Eingangssystem eingesetzt werden. Die Anordnung der Raumfilter 10, 16 ist nicht auf die Lichtquellen-Fokusflächen 111a und die Strichplatten-Fokusflächen 111a der Fliegenaugenlinsengruppen beschränkt, sondern kann an beliebigen Positionen liegen. Des weiteren kann es sich bei dem optischen Element (optisches Eingangssystem) zum Konzentrieren des Lichtes nur in der Nähe der einzelnen Fliegenaugenlinsengruppen 111 A, 111 B lediglich um eine Linse mit einem Durchmesser handeln, der groß genug ist, um jede der Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen mit Flutlicht zu beleuchten.
Wie für die vierte Ausführung im Zusammenhang mit Fig. 26 erläutert, können das Raumfilter 16A und die Feldblende vorhanden sein.
Im folgenden wird ein Aufbau des beweglichen Elementes 1112 (Umschaltelement bei der vorliegenden Erfindung) zum Auswechseln des Aufnahmeelementes unter Bezugnahme auf Fig. 38 und 39 beschrieben.
Fig. 38 zeigt einen konkreten Aufbau des beweglichen Elementes. Vier Aufnahmeelemente 111, 114, 115, 116 sind dabei in Zwischenräumen von ungefähr 90 Grad an dem beweglichen Element (Revolverplatte) 112 um eine Drehachse 112a herum drehbar angeordnet. Fig. 38 zeigt eine Situation, in der Beleuchtungs-Lichtströme ILa, ILb (unterbrochene Linien) auf die entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B auftreffen, und das Aufnahmeelement 111 in dem optischen Beleuchtungssystem angeordnet ist. Dabei ist das Aufnahmeelement 111 so in dem optischen Beleuchtungssystem angeordnet, daß der Mittelpunkt dieses Elementes im wesentlichen mit der optischen Achse AX zusammenfällt. Die Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B wird von dem Aufnahmeelement 111 integral aufgenommen, und zwar so, daß die Mittelpunkte dieser Linsengruppen an separaten Positionen liegen, die zu der optischen Achse AX des optischen Beleuchtungssystems um einen Betrag exzentrisch sind, der in Abhängigkeit von der Periodizität der Strichplättenstrukturen bestimmt wird. Diese Linsengruppen sind im wesentlichen symmetrisch in bezug auf den Mittelpunkt (optische Achse AX) des Aufnahmeelementes 111 angeordnet.
Jedes der vier Aufnahmeelemente 111, 114, 115, 116 nimmt die Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen auf und bewirkt, daß ihre exzentrischen Positionen (d. h., die Positionen in der Fläche im wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse AX) zu der optischen Achse AX (Mittelpunkt des Aufnahmeelementes) sich voneinander je nach der Periodizität der Strichplattenstrukturen 28 um eine Differenz unterscheiden. Beide Aufnahmeelemente 111, 114 weisen je zwei Fliegenaugenlinsengruppen (111 A, 111 B) und (114A, 114B) auf. Diese Fliegenaugenlinsengruppen sind, wenn sie in dem optischen Beleuchtungssystem angeordnet sind, so befestigt, daß ihre Strukturanordnungen im wesentlichen rechtwinklig zueinander sind. Das Aufnahmeelement 115 positioniert und fixiert die vier Fliegenaugenlinsengruppen 115A - 115D im wesentlichen in gleichem Ab stand zu der Mitte 115 cA (optische Achse AX). Bei der vorliegenden Ausführung dient das Aufnahmeelement 116, das eine Fliegenaugenlinsengruppe 116A im wesentlichen in der Mitte fixiert, dazu, die Belichtung mit einem bekannten Verfahren auszuführen. Wie aus Fig. 38 ersichtlich ist, wird die Revolverplatte 112 von dem Antriebselement 117, das aus einem Motor und einem Zahnrad besteht, wie bereits erwähnt, entsprechend den Informationen der Strichplatten-Strichcodes BC gedreht. Die vier Aufnahmeelemente 111, 114, 115, 116 werden so ausgetauscht, und das gewünschte Aufnahmeelement, das der Periodizität (Teilung, Strukturrichtung usw.) der Strichplattenstrukturen entspricht, kann in dem optischen Beleuchtungssystem angeordnet werden.
Entsprechend den Informationen der Strichplatten-Strichcodes BC wird, wie oben erläutert, entschieden, ob entweder die bekannte Belichtung zum Erzeugen der Lichtmengenverteilungen im wesentlichen um die optische Achse auf der Fourier-Transformations-Fläche oder die Belichtung mit dem schrägen Beleuchtungslicht ausgeführt wird, wie sie bei der vorliegenden Ausführung erläutert ist. Wenn die bekannte Belichtung ausgeführt wird, wird das Aufnahmeelement 116 ausgewählt. Wenn die Belichtung mit dem schrägen Beleuchtungslicht ausgeführt wird, kann eines der Aufnahmeelemente 111, 114, 115 ausgewählt werden. Wenn die bekannte Belichtung ausgeführt wird, und wenn das Aufnahmeelement 116 ausgewählt wird, muß das optische Eingangssystem ausgetauscht werden, um die Beleuchtung so auszuführen, wie dies vorher getan wurde. Wenn das Beleuchtungslicht durch die Linse 71 auf die Fliegenaugenlinsengruppe 116A konzentriert werden kann, kann es ausreichen, das optische Eingangssystem, wie beispielsweise Lichtleitfasern, aus dem Lichtweg zurückzusetzen.
In jedem der vier Aufnahmeelemente ist die Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen an einer vorgegebenen Positionsbeziehung fixiert, und daher muß die Positionseinstellung der Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen zueinander nicht ausgeführt werden, wenn das Aufnahmeelement ausgetauscht wird. Daher kann die Positionierung des Aufnahmeelementes insgesamt in bezug auf die optische Achse des optischen Beleuchtungssystems ausgeführt werden. Daher wird vorteilhafterweise kein genauer Positioniermechanismus benötigt. Dabei wird das Antriebselement 113 für den Positioniervorgang benutzt, und es ist daher vorteilhaft, wenn ein Drehwirikel-Meßelement vorhanden ist, wie beispielsweise ein Drehcodierer. Es ist anzumerken, daß jede der Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen, die die Aufnahmeelemente bilden, wie in Fig. 38 dargestellt, 16 Linsenelemente umfaßt (nur die Fliegenaugenlinsengruppe 116A besteht aus 36 Linsenelementen). Die numerische Anzahl ist nicht darauf beschränkt. Im Extremfall kann auch eine Fliegenaugenlinsengruppe, die aus einem Linsenelement besteht, vorhanden sein.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 37 zu sehen ist, ist das Raumfilter 16 im hinteren Teil (Strichplattenseite) des Aufnahmeelementes 111 angeordnet. Nicht bei jedem der Aufnahmeelemente ist das Raumfilter 16 einzeln vorhanden, wenn andere Abschnitte als die Fliegenaugenlinsengruppen als Lichtabschirmabschnitte vorhanden sind. Dabei kann die Revolverplatte 112 ein lichtdurchlässiger Abschnitt oder ein Lichtabschirmabschnitt sein. Die Anzahl der Aufnahmeelemente, die an der Revolverplatte 112 befestigt werden, und die exzentrischen Zustände (Positionen) der Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen sind nicht auf die in Fig. 38 dargestellten beschränkt, sondern können entsprechend der Periodizität der Strichplattenstrukturen, die übertragen werden sollen, beliebig festgelegt werden. Wenn die Auftreffwinkel und dergleichen der Beleuchtungslichtströme auf den Strichplattenstrukturen genau festgelegt werden müssen, kann jede der Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen so aufgebaut sein, daß sie geringfügig in den radialen Richtungen (Bestrahlungsrichtungen) um die optische Achse AX in dem Aufnahmeelement bewegt wird. Des weiteren können die Aufnahmeelemente (Fliegenaugenlinsengruppen 111A, 111 B) so aufgebaut sein, daß sie um die optische Achse AX gedreht werden können. Dabei sind, insbesondere, wenn das Lichtleitfaserbündel 35 als ein optisches Element (optisches Eingangssystem) zum Konzentrieren der Beleuchtungslichtströme in der Nähe jeder der Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen eingesetzt wird, die Austrittsenden 35A, 35B desselben so angeordnet, daß sie sich mit den Bewegungen der Fliegenaugenlinsengruppen bewegen. So können beispielsweise die Austrittsenden 35A, 35B und die Fliegenaugenlinsengruppen integral befestigt sein. Des weiteren werden die rechteckigen Fliegenaugenlinsengruppen mit der Drehung des Aufnahmeelementes zueinander geneigt. Jedoch werden, wenn das Aufnahmeelement gedreht wird, vorteilhafterweise nur die Positionen der Fliegenaugenlinsengruppen bewegt, ohne daß es zu der genannten Neigung kommt.
Wenn das Aufnahmeelement ausgetauscht wird, muß auch das optische Eingangssystem ausgetauscht werden, so beispielsweise die Beugungsgitterstrukturplatte 12, die Übertragungslinse 73 (Fig. 37) und das Lichtleitfaserbündel 35. Vorteilhafterweise sind die optischen Eingangssysteme entsprechend den exzentrischen Zuständen der Vielzahl von Fliegenaugenlinsengruppen integral für jedes Aufnahmeelement aufgebaut und an dem beweglichen Element 112 fixiert.
Fig. 39 ist eine schematische Darstellung, die eine abgewandelte Form des beweglichen Elementes zum Austauschen des Aufnahmeelementes zeigt. Das optische Eingangssystem (Lichtleitfaserbündel 117, 118) und die Aufnahmeelemente (12, 124) sind integral an dem beweglichen Element befestigt (Trageschiene 125). Es ist auch möglich, daß die oben beschriebenen anderen optischen Systeme als ein optisches Eingangssystem eingesetzt werden, auch wenn hier das Lichtleitfaserbündel dargestellt ist. Der Grundaufbau (das Beispiel, bei dem das Lichtleitfaserbündel als ein optisches Eingangssystem verwendet wird) ist bereits bei der vierten Ausführung (Fig. 32) erläutert worden, und wird daher hier nur kurz gestreift.
Wie in Fig. 39 zu sehen ist, werden die beiden Fliegenaugenlinsengruppen 119A, 119B integral von dem Aufnahmeelement 122 aufgenommen, wobei ein Auftreffabschnitt 117a und ein Austrittsabschnitt 117b des Lichtleitfaserbündels 117 beide von einer Befestigungsvorrichtung 123 gehalten werden. Gleichzeitig ist das Aufnahmeelement 122 integral an der Befestigungsvorrichtung 123 befestigt. Bis auf die Fliegenaugenlinsengruppen 119A, 119B nehmen die Lichtabschirmabschnitte (die dargestellten schrägen Linienabschnitte, die beispielsweise dem Raumfilter 16 in Fig. 37 entsprechen) den Innenraum des Aufnahmeelementes ein. Andererseits werden die Fliegenaugenlinsengruppen 121A, 1218 zum Austauschen integral von dem Aufnahmeelement 124 aufgenommen. Ein Auftreffabschnitt 118a und ein Austrittsabschnitt 118b eines Lichtleitfaserbündels 118 werden von einer Befestigungsvorrichtung 125 gehalten. Gleichzeitig ist das Aufnahmeelement 124 integral an der Befestigungsvorrichtung 125 befestigt. Auf die gleiche Weise wie oben beschrieben, ist das Innere des Aufnahmeelementes 124 mit den Lichtabschirmabschnitten versehen. Des weiteren sind die Befestigungsvorrichtungen 123, 125 über ein Verbindungselement 127 fest miteinander verbunden. Daher können die Aufnahmeelemente für jede Befestigungsvorrichtung ausgetauscht wer den. Es ist anzumerken, daß in Fig. 39 die Befestigungsvorrichtung 123 (Aufnahmeelement 122) in dem optischen Beleuchtungssystem vorhanden ist, während die Befestigungsvorrichtung 125 zum Austauschen an einer Position eingestellt ist, die von dem optischen Beleuchtungssystem abweicht. Der Aufbau in Richtung der Lichtquelle von dem Übertragungslinsensystem 71 aus und in Richtung der Strichplatte von der Kondensorlinse 74 aus entspricht dem in Fig. 37 dargestellten.
Das Aufnahmeelement wird ausgetauscht, indem die Trageschiene 129 mit Hilfe des Antriebselementes 128 geschoben oder gezogen wird. Daher sind die Fliegenaugenlinsengruppen und das Lichtleitfaserbündel, wie in Fig. 39 dargestellt, beim Austauschen des Aufnahmeelementes so angeordnet, daß sie integral ausgetauscht werden können. Aufgrund dieses Aufbaus kann es ausreichen, daß die Position der genannten integralen Elementgruppen (Befestigungsvorrichtungen) an die des optischen Beleuchtungssystems als Ganzes angepaßt werden. Dadurch entsteht der Vorteil, daß die Positionseinstellung der entsprechenden Elemente (Fliegenaugenlinsengruppen, Lichtleitfaserbündel usw.) zueinander pro Austauschvorgang nicht vorgenommen werden muß. Dabei wird das Antriebselement 128 auch zum Positionieren eingesetzt. Daher ist es vorteilhaft, wenn ein Positionsmeßelement, wie beispielsweise ein Linearcodierer, ein Potentiometer usw. vorhanden ist.
Es ist anzumerken, daß die Anzahl der Fliegenaugenlinsengruppen pro Aufnahmeelement, wie sie in Fig. 38 und 39 dargestellt sind, und die Anzahl der Linsenelemente, die die Fliegenaugenlinsengruppen bilden, beliebig festgelegt werden kann. Des weiteren ist der Aufbau der Fliegenaugenlinsengruppen und der Auftreff- bzw. der Austrittsfläche des Linsenelementes nicht auf das Rechteck beschränkt.
Die jeweiligen Positionen der Vielzahl der Fliegenaugenlinsengruppen, die in Fig. 38 und 39 dargestellt sind, d. h., das auszuwählende Aufnahmeelement, werden vorzugsweise je nach den zu übertragenden Strichplattenstrukturen bestimmt (verändert). Ein Verfahren zum Bestimmen (Auswählen) der Positionen der entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen ist das gleiche wie bei der vierten Ausführung (wobei das Verfahren identisch mit dem für die erste Ausführung erläuterten ist). Das heißt, das Aufnahmeelement einschließlich der Fliegenaugenlinsengruppe kann an der Auftreffposition (Auftreffwin kel) oder in der Nähe derselben an den Strichplattenstrukturen angeordnet sein, um die Effekte, die durch die verbesserte optimale Auflösungskraft und die Fokustiefe gegeben sind, bezüglich des Grades der Feinheit (Teilung) der zu übertragenden Strukturen unter Verwendung der Beleuchtungs-Lichtströme, die aus den entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen austreten, zu erzielen.
Es ist anzumerken, daß die Öffnungen des Raumfilters 210 bzw. 16 vorteilhafterweise je nach den Bewegungen der entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen beim Austausch des Aufnahmeelementes verändert werden können. Als Alternative dazu ist ein Mechanismus zum Austauschen der Raumfilter 210, 12 entsprechend den Positionen der einzelnen Fliegenaugenlinsen vorhanden. Des weiteren kann die Vorrichtung bestimmte Lichtabschirmelemente enthalten.
Bei der oben erläuterten Ausführung ist die Voraussetzung die, daß die Vielzahl von Aufnahmeelementen (Fliegenaugenlinsengruppen) so aufgebaut ist, daß sie ausgetauscht werden können. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Aufnahmeelemente natürlich nicht notwendigerweise so aufgebaut, daß sie ausgetauscht werden können. So ist beispielsweise nur das Aufnahmeelement 111, das in Fig. 38 dargestellt ist, in dem optischen Beleuchtungssystem angeordnet. Bei dieser Anordnung lassen sich natürlich die Effekte der vorliegenden Erfindung erzielen (um die Projektions- Belichtungsvorrichtung mit der hohen Auflösungskraft und großer Fokustiefe herzustellen). Dabei ist, wenn ein gewisser Verlust hinsichtlich der Beleuchtungslichtmenge von der Lichtquelle zugelassen wird, das optische Element (optisches Eingangssystem) für die Beleuchtungs-Lichtströme nicht speziell an den Fliegenaugenlinsengruppen angeordnet.
Auch bei dieser Anordnung kann die andere Fliegenaugenlinse vorhanden sein. Der σ- Wert, der durch eine der entsprechenden Fliegenaugenlinsengruppen bestimmt wird, wird vorzugsweise auf 0,1 bis 0,3 festgelegt.
Das kumulative Brennpunkt-Belichtungsverfahren, das für die dritte Ausführung beschrieben ist, kann, obwohl bisher die erste bis fünfte Ausführung beschrieben wurden, bei der ersten, der zweiten, der vierten und der fünften Ausführung eingesetzt werden.
Bei der ersten bis fünften Ausführung, die oben beschrieben sind, bezogen sich die Erläuterungen auf die Quecksilberdampfiampe 1 als Lichtquelle. Die Lichtquelle kann jedoch andere Hellichtlampen (bright-line lamps) und Laser (excimer usw.) enthalten, oder es kann eine Lichtquelle mit kontinuierlichem Spektrum vorhanden sein. Ein großer Teil der optischen Elemente in dem optischen Beleuchtungssystem besteht aus den Linsen. Es sind jedoch auch die Spiegel (konkave und konvexe Spiegel) vorhanden. Das optische Projektionssystem kann ein brechendes System oder ein reflektierendes oder ein reflektierendes/brechendes System sein. Bei den Ausführungen wird das zweiseitige telezentrische System eingesetzt. Jedoch kann auch ein einseitiges telezentrisches System oder ein nichttelezentrisches System vorhanden sein. Wenn die Korrektur der chromatischen Aberration jedes optischen Systems nicht ausreicht, greifen ein Bandpaßfilter und ein dichroitischer Spiegel in den Lichtweg des Beleuchtungssystems ein, um nur das monochromatische Licht zu nutzen.
Obwohl nur die veranschaulichenden Ausführungen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden sind, versteht sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungen beschränkt ist. Verschiedene Veränderungen bzw. Abwandlungen können daran vom Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Projektions-Belichtungsvorrichtung mit einem optischen Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer mit feinen Strukturen (28) versehenen Maske (27) mit Beleuchtungslicht (L1) von einer Lichtquelle und einem optischen Projektionssystem (29) zum Projizieren der Strukturen auf ein Substrat (30), dadurch gekennzeichnet, daß das optische Beleuchtungssystem umfaßt:

eine Lichtstrom-Verteilungseinrichtung (12, 33, 34, 35, 38), die Lichtströme von der Lichtquelle auf wenigstens zwei Lichtströme verteilt, die sich in voneinander verschiedenen Richtungen bewegen, und Intensitätsverteilungen über eine Fläche auf einer Fourier-Transformations-Fläche (51) für die feinen Strukturen oder in deren Nähe konzentriert, wobei die Verteilungen in wenigstens zwei von einer optischen Achse (AX) des optischen Beleuchtungssystems beabstandeten Bereichen konzentriert werden.

2. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei Positionen, auf die die Intensitätsverteilungen konzentriert werden, und die Anzahl der Bereiche, auf die die Intensitätsverteilungen konzentriert werden, entsprechend einem Grad (P) der Feinheit der feinen Strukturen (28) festgelegt werden.

3. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtstrom- Verteilungseinrichtung wenigstens eine Beugungsgitterstrukturplatte (12, 12A), ein Prisma (33), das den Lichtstrom in eine Vielzahl von Strahlen aufspalten kann, einen Spiegel (34), der den Lichtstrom in eine Vielzahl von Strahlen aufspalten kann, Fasern (35), die den Lichtstrom in eine Vielzahl von Strahlen aufspalten können sowie einen Strahlteiler (38) enthält, der den Lichtstrom in eine Vielzahl von Strahlen aufspalten kann.

4. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, die des weiteren umfaßt:

eine Bildabschwächungseinrichtung (17), die ein Bild der Lichtstrom-Verteilungseinrichtung, das auf der Maske aufgrund des optischen Beleuchtungssystems hergestellt wird, unscharf macht.

5. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die des weiteren umfaßt:

einen optischen Integrator (7), der in dem optischen Beleuchtungssystem vorhanden ist und die Maske mit einer homogenen Beleuchtungsverteilung beleuchtet,

wobei die Lichtstrom-Verteilungseinrichtung zwischen den optischen Integrator (7) und die Maske (27) eingesetzt ist.

6. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 5, die des weiteren umfaßt:

einen zweiten optischen Integrator, der in dem optischen Beleuchtungssystem zwischen der Lichtquelle und der Lichtstrom-Verteilungseinrichtung vorhanden ist.

7. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die des weiteren umfaßt:

einen optischen Integrator (72), der in dem optischen Beleuchtungssystem vorhanden ist und die Maske mit einer homogenen Beleuchtungsverteilung beleuchtet,

wobei die Lichtstrom-Verteilungseinrichtung zwischen die Lichtquelle (1) und den optischen Integrator (72) eingesetzt ist.

8. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, die des weiteren umfaßt:

ein Raumfilter (16), das an einer Auftrefffläche oder einer Austrittsfläche des optischen Integrators oder in deren Nähe angeordnet ist, und dessen lichtdurchlässige Abschnitte in den Bereichen ausgebildet sind, in denen die Lichtströme von der Lichtstrom-Verteilungseinrichtung konzentriert werden, und dessen Lichtabschirmabschnitte in anderen Bereichen ausgebildet sind.

9. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der lichtdurchlässige Abschnitt des Raumfilters mit einer Glasscheibe versehen ist, die eine vorgegebene Dicke hat.

10. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, die des weiteren umfaßt:

eine Vielzahl optischer Integratoren (91A, 91 B), die in dem optischen Beleuchtungssystem vorhanden sind und sekundäre Beleuchtungsbilder separat voneinander auf einer Fläche auf der Fourier-Transformations-Entsprechungsfläche für die feinen Strukturen oder in deren Nähe erzeugen; und

ein Positionseinstellelement (100-102, 129), mit dem entsprechende Mittelpunkte der Vielzahl optischer Integratoren an voneinander getrennten Positionen exzentrisch zu einer optischen Achse (AX) des optischen Beleuchtungssystems eingestellt werden,

wobei die Lichtstrom-Verteilungseinrichtung das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle nach dem Einstellen mit dem Positionseinstellelement auf die Vielzahl optischer Integratoren auftreffen läßt.

11. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei Positionen und Anzahl von Mittelpunkten der Vielzahl optischer Integratoren entsprechend einem Grad (P) der Feinheit der feinen Strukturen (28) festgelegt werden.

12. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, die des weiteren umfaßt:

ein Raumfilter (16), das an einer Auftrefffläche oder einer Austrittsfläche des optischen Integrators oder in deren Nähe angeordnet ist, und dessen lichtdurchlässige Abschnitte in den Abschnitten ausgebildet sind, auf die die Lichtströme von der Lichtstrom-Verteilungseinrichtung konzentriert werden, und dessen Lichtabschirmungsabschnitte in anderen Abschnitten ausgebildet sind.

13. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Lichtdurchlässigkeit eines der lichtdurchlässigen Abschnitte des Raumfilters sich von der Lichtdurchlässigkeit anderer lichtdurchlässiger Abschnitte unterscheidet.

14. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vielzahl optischer Integratoren aus 2m -zahligen (wobei jedoch gilt m ≥ 1) optischen Integratoren besteht, entsprechende Mittelpunkte m-zahliger optischer Integratoren von den 2mzahligen optischen Integratoren so angeordnet sind, daß eine Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung, die von den feinen Strukturen erzeugt wird, und wenigstens eine von (±)-Primär-Beugungslichtkomponenten, die sich in einem Winkel entsprechend einem Grad der Feinheit der feinen Strukturen in bezug auf die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung ausdehnen, in im wesentlichen gleichen Abständen zu der optischen Achse über die Fläche auf der Fourier-Transformationsfläche (51) in dem optischen Projektionssystem oder in deren Nähe verteilt werden, und die Mittelpunkte der verbleibenden m-zahligen optischen Integratoren und die Mittelpunkte der ersteren m-zahligen optischen Integratoren im wesentlichen symmetrisch zu der optischen Achse angeordnet sind.

15. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Maske zweidimensionale Strukturen umfaßt, und ein Mittelpunkt eines der optischen Integratoren exzentrisch zu der optischen Achse angeordnet ist, so daß drei Beugungslichtkomponenten, d. h. die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung, die über der Fläche auf der Fourier-Transformationsfläche (51) in dem optischen Projektionssystem oder in deren Nähe verteilt wird, eine der Beugungslichtkomponenten, die höherer Ordnung sind als die Primär-Beugungsüchtkomponente, und die in einer ersten Richtung über die Fläche auf der Fourier-Transformationsfläche in dem optischen Projektionssystem oder in deren Nähe um die Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung herum verteilt werden, und eine der Beugungslichtkomponenten, die höherer Ordnung sind als die Primär-Beugungslichtkomponente, und die in einer zweiten Richtung verteilt werden, die die erste Richtung schneidet, in im wesentlichen gleichen Abständen zu der optischen Achse über die Fläche auf der Fourier- Transformationsfläche oder in deren Nähe verteilt werden.

16. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Verhältnis einer numerischen Apertur des Lichtstroms von jeder der Vielzahl optischer Integratoren zu einer numerischen Apertur auf der Maskenseite des optischen Projektionssystems 0,1 bis 0,3 beträgt.

17. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, die des weiteren umfaßt:

eine Vielzahl optischer Integratoren (111A, 111 B), die in dem optischen Beleuchtungssystem vorhanden sind und sekundäre Beleuchtungsbilder separat voneinander auf einer Fläche auf einer Fourier-Transformations-Entsprechungsfläche für die feinen Strukturen oder in deren Nähe oder einer Fläche in deren Nähe erzeugen; und

ein erstes Aufnahmeelement (111), das die Vielzahl optischer Integratoren integral so aufnimmt, daß die jeweiligen Mittelpunkte der Vielzahl von Integratoren an voneinander getrennten Positionen exzentrisch zu der optischen Achse (AX) des optischen Belichtungssystems eingestellt werden;

wobei die Lichtstrom-Verteilungseinrichtung das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle auf wenigstens zwei der Vielzahl optischer Integratoren auftreffen läßt.

18. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Lichtstrom- Verteilungseinrichtung das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle jeweils auf die wenigstens zwei optischen Integratoren konzentriert.

19. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei das erste Aufnahmeelement die Lichtstrom-Verteilungseinrichtung integral mit den wenigstens zwei optischen Integratoren aufnimmt.

20. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, die des weiteren umfaßt:

ein zweites Aufnahmeelement (111), das die Vielzahl optischer Integratoren integral so aufnimmt, daß die jeweiligen Mittelpunkte der Vielzahl von Integratoren an voneinander getrennten Positionen exzentrisch zu der optischen Achse (AX) des optischen Beleuchtungssystems eingestellt werden; und

ein Umstellelement (112, 113) zum auswechselbaren Anordnen des ersten und des zweiten Aufnahmeelementes in einem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems,

wobei ein Betrag der Exzentrizität der Vielzahl optischer Integratoren, die von dem ersten Aufnahmeelement aufgenommen werden, zu der optischen Achse sich von einem Betrag der Exzentrizität der Vielzahl optischer Integratoren, die von dem zweiten Aufnahmeelement aufgenommen werden, zu der optischen Achse unterscheidet.

21. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, die des weiteren umfaßt:

einen einzelnen optischen Integrator (116A), der in dem optischen Beleuchtungssystem vorhanden ist und sekundäre Beleuchtungsbilder um die optische Achse (AX) des optischen Beleuchtungssystems herum auf einer Fläche auf der Fourier- Transformations-Entsprechungsfläche oder in deren Nähe für die feinen Strukturen erzeugt;

wenigstens ein Paar optischer Integratoren (111A, 111 B), die sekundäre Beleuchtungsbilder separat voneinander auf einer Fläche auf der Fourier-Transformations- Entsprechungsfläche für die feinen Strukturen oder in deren Nähe erzeugen;

eine erste Aufnahmeeinrichtung (116), die den einzelnen optischen Integrator aufnimmt;

ein zweites Aufnahmeelement (111), das das Paar optischer Integratoren integral so aufnimmt, daß die jeweiligen Mittelpunkte des Paars optischer Integratoren an voneinander getrennten Positionen exzentrisch zu der optischen Achse (AX) des optischen Beleuchtungssystems eingestellt werden; und

ein Umstellelement (112, 113), zum auswechselbaren Anordnen der ersten Aufnahmeeinrichtung und des zweiten Aufnahmeelementes in einem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems,

wobei die Lichtstrom-Verteilungseinrichtung das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle auf den einzelnen optischen Integrator und das Paar optischer Integratoren in Reaktion auf ein Austauschen der ersten Aufnahmeeinrichtung und des zweiten Aufnahmeelementes durch das Umstellelement auftreffen läßt.

22. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, die des weiteren umfaßt:

eine Einstelleinrichtung (36, 37, 41, 42, 100, 101, 112, 113, 1120, 128, 129) zum Einstellen einer Positionsbeziehung zwischen den zwei Bereichen (35, 91, 111).

23. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Einstelleinrichtung das Lichtstrom-Verteilungselement entsprechend den feinen Strukturen antreibt.

24. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Einstelleinrichtung die Lichtstrom-Verteilungseinrichtung entsprechend den feinen Strukturen austauscht.

25. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, die des weiteren umfaßt:

ein optisches Element (116A), das Intensitätsverteilungen auf einer Fläche auf einer Fourier-Transformations-Entsprechungsfläche für die feinen Strukturen oder in deren Nähe innerhalb eines vorgegebenen Bereiches, der die optische Achse (AX) des optischen Beleuchtungssystems einschließt, beschränkt, und eine Antriebseinrichtung (112), die die Lichtstrom-Verteilungseinrichtung und das optische Element umstellt.

26. Projektions-Belichtungsvorrichtung mit einem optischen Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer mit feinen Strukturen (28) versehenen Maske (27) mit Beleuchtungslicht (L1) von einer Lichtquelle (1), und einem optischen Projektionssystem (29) zum Projizieren der Strukturen auf ein Substrat (30), dadurch gekennzeichnet, daß die Projektions-Belichtungsvorrichtung umfaßt:

ein bewegliches optisches Element (54, 59, 60), das bewirkt, daß der Lichtstrom von der Lichtquelle auf wenigstens zwei von einer optischen Achse des optischen Projektionssystems beabstandete Bereiche mit Zeitabweichungen voneinander auf eine Fourier-Transformations-Entsprechungsfläche für die feinen Strukturen oder in deren Nähe auftrifft.

27. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 26, die des weiteren umfaßt:

einen optischen Integrator (7), der zwischen der Lichtquelle und dem beweglichen Element vorhanden ist und die Maske mit einer homogenen Beleuchtungsverteilung beleuchtet,

wobei das bewegliche optische Element den Lichtstrom auf den optischen Integrator konzentriert.

28. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 26, die des weiteren umfaßt:

einen optischen Integrator (7), der zwischen der Maske und dem beweglichen optischen Element vorhanden ist und die Maske mit einer homogenen Beleuchtungsverteilung beleuchtet; und

ein Raumfilter (16), das in der Nähe einer Auftrefffläche oder einer Austrittsfläche des optischen Integrators vorhanden ist, und dessen lichtdurchlässige Abschnitte in wenigstens zwei von der optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems beabstandeten Bereichen ausgebildet sind.

29. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei Positionen, auf die die Lichtströme konzentriert werden, und die Anzahl der Bereiche, auf die die Lichtströme konzentriert werden, entsprechend einem Grad der Feinheit der feinen Strukturen eingestellt werden.

30. Projektions-Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei das bewegliche optische Element wenigstens einen Spiegel (54), eine Lichtleitfaser (60) oder eine Linse (59) enthält.

31. Verfahren zum Einsatz einer Belichtungsvorrichtung zum Belichten eines belichteten Elementes mit Strukturen einer Maske über ein optisches Projektionssystem durch Bewegen eines beweglichen optischen Elementes zur Veränderung von Auftreffwinkeln von Beleuchtungs-Lichtströmen auf die Maske, wobei das Belichtungsverfahren umfaßt:

einen ersten Schritt (S102-S104) des Auslösens der Belichtung in einem Zustand, in dem das bewegliche optische Element in einer ersten Position eingestellt ist;

einen zweiten Schritt (S105) des Umstellens des beweglichen optischen Elementes aus der ersten Position an eine vorgegebene zweite Position, die sich von der ersten Position unterscheidet, nachdem die Maske mit einer vorgegebenen Quantität an Lichtströmen bzw. über einen vorgegebenen Zeitraum beleuchtet worden ist; und

einen Schritt (S106) des Beendens der Beleuchtung der Maske mit den Lichtströmen, wenn eine Belichtungsquantität, der das belichtete Element ausgesetzt worden ist, einen vorgegebenen Wert erreicht, nachdem das bewegliche optische Element in die erste und die zweite Position eingestellt wurde.

32. Belichtungsverfahren nach Anspruch 31, wobei eine Vielzahl von Vorgängen zum Umstellen des beweglichen optischen Elementes in die erste und die zweite Position immer dann ausgeführt werden, wenn die Maske mit den Lichtströmen beleuchtet wird.

33. Belichtungsverfahren nach Anspruch 31 oder 32, wobei die Vielzahl vorgegebener Positionen des beweglichen optischen Elementes so bestimmt werden, daß eine Beugungslichtkomponente 0-ter Ordnung, die von den Strukturen beim Beleuchten mit den Lichtströmen erzeugt wird, und Primär-Beugungslichtkomponenten durch Positionen hindurchtreten, die im wesentlichen gleiche Abstände zu einer optischen Achse des optischen Projektionssystems auf einer Fläche auf einer Fourier- Transformationsfläche für die Maskensturkturen in dem optischen Projektionssystem oder in deren Nähe aufweisen.

34. Belichtungsverfahren nach Anspruch 31 oder 32, wobei die Strukturen Periodizität in zweidimensionaler Richtung aufweisen und die Vielzahl vorgegebener Positionen des beweglichen optischen Elementes so bestimmt werden, daß eine Beu gungslichtkomponente 0-ter Ordnung, die von den Strukturen beim Beleuchten mit den Lichtströmen erzeugt wird, und zwei Primär-Beugungslichtkomponenten, die in voneinander verschiedenen Richtungen erzeugt werden, durch Positionen hindurchtreten, die im wesentlichen gleiche Abstände zu einer optischen Achse des optischen Projektionssystems auf einer Fourier-Transformationsfläche für die Maskenstrukturen in dem optischen Projektionssystem oder auf einer Fläche in deren Nähe aufweisen.

35. Belichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 34, das des weiteren umfaßt:

entweder das Abschirmen des Beleuchtungslichtes während des zweiten Schrittes des Umstellens des beweglichen optischen Elementes aus der ersten Position in eine vorgegebene zweite Position, die sich von der ersten Position unterscheidet; oder

das Abblenden des Beleuchtungslichtes während des zweiten Schritts des Umstellens des beweglichen optischen Elementes aus der ersten Position in eine vorgegebene zweite Position, die sich von der ersten Position unterscheidet.