DE69605479T2

DE69605479T2 - Beleuchtungssystem mit räumlich getrennten Senkrechten und waagrechten Bildebenen für die Photolithographie

Info

Publication number: DE69605479T2
Application number: DE69605479T
Authority: DE
Inventors: Mark Oskotsky
Original assignee: SVG Lithography Systems Inc
Current assignee: SVG Lithography Systems Inc
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2016-05-16
Also published as: KR100411833B1; JPH097941A; EP0744663A1; KR960042908A; CA2177199A1; EP0744663B1; DE69605479D1; JP3913288B2; US5724122A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, das bei der Photolithographie nützlich ist. Insbesondere betrifft die Erfindung Beleuchtungssysteme, die an verschiedene, optische Projektionssystem anpaßbar sind und räumlich getrennte Zwischenbildebenen verwenden

Hintergrund der Erfindung

Bei dem Verfahren zur Halbleiterherstellung wird die Photolithographie typischerweise verwendet, Licht durch ein Fadenkreuz hindurchzuprojizieren, das einen mit einem lichtempfindlichen Resist beschichteten Siliciumwafer in ausgewählten Bereichen belichtet, um Schaltungselemente zu definieren. Ein Beleuchtungssystem wird in der Photolithographie zur Beleuchtung und Konzentration von Licht bei dem Fadenkreuz verwendet. Ein Beispiel eines Beleuchtungssystems ist in dem US Patent Nr. 4,516,832 beschrieben, das an Jain u. a. am 14. Mai 1985 erteilt wurde und den Titel "Apparatus for Transforming of a Collimated Beam into a Source of Required Shape and Numerical Aperture" trägt. Jain u. a. beschreiben eine Laserlichtquelle und eine optische Umwandlungsvorrichtung, um die Lichtquelle in eine selbstleuchtende, gekrümmte Linienquelle umzuwandeln. Eine andere Art Beleuchtungssystem ist in dem US Patent Nr. 4,619,508 beschrieben, das an Shibuya u. a. am 28. Oktober 1986 erteilt wurde und den Titel "Illumination Optical Arrangement" trägt. Shibuya beschreibt ein Beleuchtungssystem mit einer kohärenten Lichtquelle und einer Einrichtung, eine im wesentlichen inkohärente Lichtquelle davon zu bilden. Ein noch anderes Beleuchtungssystem ist in dem US Patent Nr. 4,918,583 beschrieben, das an Kudo u. a. am 17 April 1990 erteilt wurde und den Titel "Illuminating Optical Device" trägt. Kudo beschreibt ein Beleuchtungssystem mit einer reflektierenden Integrationseinrichtung und einer Fliegenaugen-Integrationseinrichtung.
Ein anderes Beleuchtungssystem ist in einer schrittweise abtastenden Photolithographieausrüstung verwendet worden, die unter dem Handelsnamen Micrascan II von SVG Lithography Systems, Inc. Wilton, Connecticut vertrieben wird. In dieser Ausrüstung bewegen sich das Fadenkreuz und der Wafer mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten weisen ein Verhältnis auf, das gleich der Vergrößerung der Projektionsoptik ist. Ein rechteckiges Feld, das durch das Belichtungssystem definiert ist, wird über das Fadenkreuz und über den Wafer abgetastet. Ein vertikaler Feldbegrenzer rahmt die vertikale Feldhöhe ein, und horizontale Rahmenlamellen rahmen die horizontale Feldweite ein. Um eine gleichförmige Belichtung von oben bis unten bei dem belichteten Feld zu erhalten, wird ein einstellbarer Schlitz verlangt.
Wie es in Fig. 1A in bezug auf die meridionale Ebene und in Fig. 1 B in bezug auf die sagittale Ebene gezeigt ist, umfaßt das Micrascan II Beleuchtungssystem eine Hochdruck-Xenon-Quecksilberlampe 1, einen Reflektor 2, einen zylindrischen Kondensor 3, eine zylindrische Linsenmehrfachanordnung 4, einen sphäro-zylindrischen Kondensor 5 und ein 1x Zwischensystem 6. In der vertikalen Ebene lenkt der Reflektor 2 Licht von der Lampe 1 auf den zylindrischen Kondensor 3, der das Licht kollimiert und es auf die Linsenmehrfachanordnung 4 richtet. Die Linsenmehrfachanordnung 4 stellt eine Vielzahl kleiner positiver Linsen mit der gleichen Brennweite und Blendenzahl dar, und erzeugt mehrere Punktquellen in ihrer Brennebene 7. In der vertikalen Ebene geht Licht von jeder der Punktquellen durch den sphäro-zylindrischen Kondensor 5 hindurch und beleuchtet jeden Punkt einer Bildzwischenebene 8. Die Brennebene der Linsenmehrfachanordnung 4 wird nach unendlich abgebildet, so daß es eine Beleuchtung vom Typ Koehler gibt. Unter Koehler-Beleuchtung versteht man ein zweistufiges Beleuchtungssystem, wodurch die Beleuchtungsfläche und die numerische Apertur des Beleuchtungsbündels gesteuert werden können.
In der horizontalen Ebene wird der Bogen der Lampe 1 durch den sphäro-zylindrischen Kondensor 5 auf die Bildzwischenebene 8 abgebildet. Ein telezentrisches Lichtmuster besteht in der Bildzwischenebene 8. Das 1x Zwischensystem 6, das aus zwei konzentrischen Spiegeln 9 und 11 besteht, bildet die Bildzwischenebene 8 auf das Fadenkreuz 13 und die Brennebene 7 der Linsenmehrfachanordnung 4 auf die Aperturblende 15 ab, die sich bei einem zweiten Spiegel 11 befindet. Es ist möglich, die Teilkohärenz, die optische Auflösung und die Schärfentiefe des Beleuchtungssystems zu ändern, indem unterschiedliche Blenden, einschließlich eines ringförmigen und quadrupolförmigen Typs und Phasenschiebemasken an der Aperturblende 15 angeordnet werden. Wegen der 1x Vergrößerung des Zwischensystems 6 liegt ein telezentrisches Lichtmuster an dem Fadenkreuz 13 vor.
Das Micrascan II Beleuchtungssystem weist nur eine einzige Bildzwischenebene 8 auf. Der vertikale Feldbegrenzer befindet sich in der Bildzwischenebene 8 und definiert die Höhe des Beleuchtungsfeldes bei dem Fadenkreuz 13. Die horizontalen Rahmenlamellen befinden sich nahe dem Fadenkreuz 13. Als Ergebnis ist das Bild der horizontale Rahmenlamellen auf dem Wafer nicht scharf. Dies verhindert eine wirksame Verwendung der Waferfläche. Die Verhältnisse zwischen dem Zwischenbild 8 und der Linsenmehrfachanordnung 4 bezüglich der vertikalen und horizontalen Größe sind 0,7 bzw. 0,4. Die Teilkohärenz und die Feldgröße des Micrascan II Beleuchtungssystems können nicht ohne Lichtverlust geändert werden. Lichtverlust verringert den Durchsatz. Die Gesamtlänge des Micrascan II Beleuchtungssystems für die Lampe 1 bis zu dem Fadenkreuz 13 ist ungefähr 2500 mm.
Im allgemeinen muß die Beleuchtung eines Fadenkreuzes ausreichend gleichförmig sein, um die lichtempfindliche Resistbeschichtung des Wafers gleichmäßig zu belichten. Zusätzlich muß die Beleuchtung eine vorbestimmte Feldgröße in der vertikalen und horizontalen Dimension aufweisen, wobei sich jedoch diese Abmessungen bei unterschiedlichen Photolithographieverfahren ändern. Jedoch ist es häufig ohne Lichtverlust schwierig, unabhängig die vertikale Feldhöhe und/oder die horizontale Feldweite eines Beleuchtungssystems für unterschiedliche Photolithographieverfahren zu ändern. Des weiteren ist erwünscht, daß die numerische Apertur des Beleuchtungssystems zu der Projektionsoptik paßt. Zusätzlich kann die Änderung der Teilkohärenz des Beleuchtungssystems, wie es bei unterschiedlichen Anwendungen verlangt wird, nicht ohne Lichtverlust durchgeführt werden, wodurch deshalb die verlangte Belichtungszeit erhöht und als Ergebnis der Durchsatz verringert wird. Deshalb gibt es ein Bedürfnis nach einem Beleuchtungssystem, das ohne weiteres an unterschiedliche Photolithographiesysteme und Verfahren anpaßbar ist und eine unabhängige Änderung der Beleuchtungsfeldgröße in zwei Dimensionen ohne Lichtverlust erlaubt, während eine scharte Abbildung des vertikalen Feldbegrenzers und der horizontalen Rahmenlamellen bei dem Wafer ermöglicht ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, das an unterschiedliche optische Projektionssysteme anpaßbar ist und eine räumlich getrennte Bildzwischenebene für ein horizontales und ein vertikales Feld aufweist. Bei einer Ausführungsform umfaßt die vorliegende Erfindung eine Strahlungsquelle, z. B. eine Lichtquelle, einen Zoom- Bündelauwreiter, dem eine änderbare Linsenmehrfachanordnung folgt, einen sphärozylindrischen Kondensor, der zwei räumlich getrennte Zwischenbildebenen in einer horizontalen und einer vertikalen Ebene aufweist, eine Einrichtung, um unabhängig die Feldgröße in der vertikalen und in der horizontalen Bildebene einzustellen, und eine afakole, sphäro-zylindrische Zwischenlinsengruppe, die die vertikale und die horizontale Zwischenbildebene zu dem Fadenkreuz konjugiert.
Entsprechend ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, gleichförmig ein Fadenkreuz zur Projektion auf ein Substrat zu beleuchten.
Es ist eine andere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem zu schaffen, das die Einstellung von Teilkohärenz ohne Lichtverlust erleichtert.
Es ist eine noch andere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, vorzusehen, die vertikale und die horizontale Feldgröße ohne Lichtverlust unabhängig zu ändern.
Es ist ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß eine Koehler-Beleuchtung sowohl in der sagittalen als auch in der meridionalen Ebene vorgesehen ist.
Es ist ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß zwei räumlich getrennte Zwischenbildebenen, eine vertikale und eine horizontale, gebildet werden.
Es ist noch anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß ein Zoom-Bündelausweiter verwendet wird.
Die Zielsetzungen der Erfindung werden durch das Beleuchtungssystem gemäß dem Anspruch 1 erreicht. Die abhängigen Ansprüche überdecken bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Diese und andere Zielsetzungen, Vorteile und Merkmale werden im Hinblick auf die folgende ausführliche Beschreibung ohne weiteres offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A ist eine schematische Darstellung der meridionalen Ebene eines früheren Beleuchtungssystem.
Fig. 1B ist eine schematische Darstellung der sagittalen Ebene eines früheren Beleuchtungssystem.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des optischen Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine perspektivische, bildhafte Darstellung der räumlich getrennten horizontalen und vertikalen Zwischenbildebene.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine ausführliche Ausführungsform eines optischen Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung darstellt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform des optischen Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Excimerlaser 10 wird vorzugsweise als Beleuchtungs- oder Lichtquelle verwendet. Relativ stabile Excimerlaser, die für die Photolithographie geeignet sind, können von Cymer in San Diego, Kalifornien oder Lambda Psysic in Acton, Massachusetts bezogen werden.
Der Laser 10 richtet das Licht in einen Zoom-Bündelausweiter LGE, der bei einer Ausführungsform einer Linsengruppe aus einer positiven Linse 12, einer negativen Linse 14, einer negativen Linse 16 und einer positiven Linse 18 umfaßt. Andere Ausgestaltungen der Linsen können verwendet werden, solange die Linsengruppe die Funktion eines Zoom-Bündelausweiters durchführt. Der Zoom-Bündelausweiter LGE kann die Ausweitung des Bündels ändern, das von dem Laser 10 ausgesandt wird, und das Bündel in einer im wesentlichen kollimierten Form beibehalten. Der Zoom-Bündelausweiter LGE kann sphärische und/oder zylindrische Elemente enthalten. Dies ermöglicht, daß die ausgesandte Bündelform geändert werden kann. Eine Linsenmehrfachanordnung 20 folgt oder ist nahe dem Zoom-Bündelausweiter LGE angeordnet. Die Linsenmehrfachanordnung 20 kann eine Mikrolinsenmehrfachanordnung sein, kann aber auch eine herkömmliche Fliegenaugen-Mehrfachanordnung, eine binäre Linsenmehrfachanordnung oder eine Beugungsgitteranordnung sein. Hinter der Linsenmehrfachanordnung 20 oder ihr benachbart ist ein Kondensor 22. Der Kondensor 22 ist vorzugsweise ein sphäro-zylindrischer Kondensor. Der Kondensor 22 weist eine räumlich getrennte horizontale Bildebene 24 und vertikale Bildebene 26 auf. Das Licht in der horizontalen Bildebene 24 und in der vertikalen Bildebene 26 ist telezentrisch und bildet deshalb die Brennebene der Linsenmehrfachanordnung 20 nach unendlich ab. Die numerischen Aperturen der entsprechenden horizontalen und vertikalen Zwischenbildebenen 24 und 26 sind unterschiedlich. Den Zwischenbildebenen 24 und 26 benachbart oder ihnen folgend befindet sich ein System aus Zwischenlinsen 28. Die Zwischengruppe 28 ist vorzugsweise eine sphäro-zylindrische Zwischengruppe. Die Zwischengruppe 28 bildet die horizontale und die vertikale Zwischenbildebene 24 und 26 auf ein Fadenkreuz 32 ab. Die Zwischengruppe 28 kann unterschiedliche Vergrößerungen für die horizontale und die vertikale Zwischenbildebene 24 und 26 aufweisen. Deshalb wird ein rechteckiges Beleuchtungsfeld bei dem Fadenkreuz 32 mit einer vorbestimmten Abmessung erhalten.
Die Eintrittspupille, die zu der Brennebene der Linsenmehrfachanordnung 20 konjugiert ist, wird durch den Kondensor 22 und einen ersten Teil der Zwischeneinrichtung 28 auf eine gemeinsame Aperturblende 30 abgebildet, wodurch eine Koehler-Beleuchtung sowohl in der sagittalen als auch der meridionalen Ebene geschaffen wird. Somit sieht das zweistufige Beleuchtungssystem vor, daß die Beleuchtungsfläche und die numerische Apertur des Beleuchtungsbündels gesteuert werden können. Eine Aperturblende 30 be findet sich innerhalb der Zwischeneinrichtung 28. Die Aperturblende 30 wird durch einen zweiten Teil der Zwischeneinrichtung 28 nach unendlich abgebildet. Dies erzeugt ein telezentrisches Lichtmuster bei dem Fadenkreuz 32. Die numerische Apertur bei dem Fadenkreuz 32 kann in der horizontalen Ebene und in der vertikalen Ebene die gleiche oder eine verschiedene sein. Eine horizontale Rahmenlamelle oder Weiteneinstelleinrichtung 34 ist in der horizontalen Bildebene 24 vorgesehen. Die Weiteneinstelleinrichtung 34 kann auf irgendeinen vorbestimmten Ort entlang der vertikalen Höhe der horizontalen Bildebene 24 eingestellt werden. Weil die Weiteneinstelleinrichtung 34 in der horizontalen Bildebene 24 angeordnet ist, ist das Beleuchtungsfeld in der Weitenabmessung auf dem Wafer scharf.
Entsprechend kann das bei dem Fadenkreuz 32 erzeugte, rechteckige Beleuchtungsfeld parallel zu der Weite oder Querachse des rechteckigen Beleuchtungsfelds abgetastet werden. Dieses Merkmal bedeutet, daß das Bild des Fadenkreuzes 32 sequentiell belichtet, wenn immer das Fadenkreuz 32 größer als die Weite des beleuchteten, rechteckigen Feldes ist. Indem die horizontale oder seitliche Weite des rechteckigen Beleuchtungsfeldes eingestellt wird, kann die von dem Wafer empfangene Strahlungsdosis oder die Waferbelichtung in bezug auf eine konstante Geschwindigkeit der Abtastbewegung gesteuert werden. Ein vertikaler Begrenzer oder eine Höheneinstelleinrichtung 36 steuert bevorzugt die vertikale Längshöhe der vertikalen Bildebene 26. Die Höheneinstelleinrichtung 36 befindet sich in der vertikalen Bildebene 26. Bei einer Ausführungsform umfaßt die Höheneinstelleinrichtung 36 zwei bewegbare Backen mit scharffokussierten, horizontalen Kanten, die unabhängig auf der erwünschten vertikalen Höhe für das rechteckige Beleuchtungsfeld angeordnet werden können. Weil sich die Höheneinstellrichtung in der vertikalen Bildebene 26 befindet, werden die vertikalen Ränder des Beleuchtungsfeldes schart auf dem Wafer definiert. Eine Beleuchtungseinstelleinrichtung 38 befindet sich zwischen der horizontalen Zwischenbildebene 24 und der vertikalen Zwischenbildebene 26. Die Beleuchtungseinstelleinrichtung 38 kann ein rechteckiger Schlitz sein, der eine Mehrzahl unabhängig einstellbarer Längsränder aufweist. Die Längsränder werden eingeführt und herausbewegt, wie es verlangt wird, um ein gleichförmiges oder erwünschtes Beleuchtungsprofil zu erhalten. Weil die Beleuchtungseinstelleinrichtung 38 nicht in einer Bildebene angeordnet ist, werden die Längsränder nicht scharf in der Waferebene definiert. Dies ermöglicht geringe Korrekturen an dem Be leuchtungsintensitätsprofil oder der Dosis, wodurch das Erreichen einer größeren Beleuchtungsgleichförmigkeit möglich gemacht wird.
Der Zoom-Bündelausweiter LGE kann entweder aus sphärischen oder zylindrischen Linsen bestehen und ermöglichen, eine änderbare Teilkohärenz des Lichts unabhängig von der vertikalen und der horizontalen Ebene zu sammeln. Bei dieser Ausführungsform erlaubt die vorliegende Erfindung eine wirksame Abbildung unterschiedlicher Muster auf dem Fadenkreuz 32. Des weiteren ist die Linsenmehrfachanordnung 20 veränderbar und kann entweder eine sphärische oder eine zylindrische Form aufweisen. Dies ermöglicht, unterschiedliche, zweidimensionale Felder bei dem Fadenkreuz 32 zu erhalten. Somit kann das Beleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung ohne weiteres zur Verwendung bei unterschiedlichen, optischen Projektionssystemen angepaßt werden.
Die numerische Apertur bei dem Fadenkreuz 32 ist durch die zweidimensionale Größe des Bündels bestimmt, das von dem Zoom-Bündelausweiter LGE ausgesandt wird. Die numerische Apertur bei dem Fadenkreuz 32 kann ohne irgendeinen Lichtverlust geändert werden. Die Teilkohärenz des Lichts ist eine Funktion der numerischen Apertur der Projektionsoptik und der numerischen Apertur bei dem Fadenkreuz 32 des Beleuchtungssystems. Deshalb kann, indem die numerische Apertur bei dem Fadenkreuz 32 geändert wird, die Teilkohärenz des Lichts geändert werden. Das Ändern der Teilkohärenz des Lichts kann zum Drucken unterschiedlicher Schaltungsmuster wichtig sein. Wenn der Zoom-Bündelausweiter LGE zylindrisch ist, ist es möglich, eine unterschiedliche Teilkohärenz in der vertikalen und der horizontalen Ebene vorzusehen. Des weiteren kann, wenn die Linsenmehrfachanordnung 20 veränderbar und zylindrisch ist, und unterschiedliche numerische Aperturen in der vertikalen und horizontalen Ebene aufweist, ein zweidimensionales, unabhängig veränderbares Abtastfeld bei dem Fadenkreuz 32 ohne irgendwelchen Lichtverlust erzeugt werden. Deshalb ist das Beleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung sehr flexibel und weist eine Anzahl möglicher Anwendungen auf.
Fig. 3 stellt genauer die horizontale Zwischenbildebene 24 und die vertikale Zwischenbildebene 26 dar. Die Weite der horizontalen Zwischenbildebene 24 wird durch Backen oder Lamellen 64 zur Weiteneinstellung gesteuert. Die Lamellen 64 werden durch einen Weiteneinstellantrieb 66 bewegt. Der Weiteneinstellantrieb 66 steuert die Bewegung der Lamellen 64 entlang der X Achse in der durch den Pfeil 72 angegebenen Richtung. Die Höhe der vertikalen Zwischenbildebene 26 wird durch Backen oder Lamellen 68 zur Höheneinstellung gesteuert. Die Lamellen 68 werden durch einen Höheneinstellantrieb 70 bewegt. Der Höheneinstellantrieb 70 steuert die Bewegung der Lamellen 68 entlang der Y Achse in der durch den Pfeil 74 angegebenen Richtung. Indem die Weiten- und Höheneinstellamellen 64 und 68 unabhängig eingestellt werden, kann der rechteckige Beleuchtungsschlitz oder Beleuchtungsfeld genau gesteuert werden. Die räumlich getrennte horizontale und vertikale Zwischenbildebene 24 und 26 erleichtert stark die Bildung eines vorbestimmten, rechteckigen Beleuchtungsschlitzes oder Feldes bei dem Fadenkreuz.
Fig. 4 stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die für eine Excimerlaserquelle optimiert ist, die bei der Wellenlänge von 248 Nanometern arbeitet. Der Einfachheit halber ist das Beleuchtungssystem dargestellt, als wenn es bei der Linsenmehrfachanordnung 20 beginnen würde. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt das System eine Linsengruppe LGc, einen sphäro-zylindrischen Kondensor mit fünf Linsenelementen. In Fig. 4 ist die Linsengruppe LGc dargestellt, als daß sie aus einer sphärischen Linse 40, einer zylindrischen Linse 42, einer zylindrischen Linse mit einer Parabolfläche 44, einer sphärischen Linse mit einer Parabolfläche 46 und einer zylindrischen Linse 48 besteht. Die Eintrittspupille des Kondensors befindet sich in der Brennebene der Linsenmehrfachanordnung 20. Die horizontale Bildebene 24 wird durch die positive, sphärische Linse 40 und eine konzentrische, zylindrische Linse 42, eine positive Einzellinse 44, eine positive, sphärische Linse 46 und eine negative, zylindrische Linse 48 gebildet. Eine erste afokale Linsengruppe besteht aus den Linsen 40 und 42. Eine zweite negative Linsengruppe besteht aus der Linse 46 und der Linse 48. Die Einzellinse 44 und die zweite negative Linsengruppe bilden ein Telephotosystem, das eine kurze Gesamtlänge verglichen mit der Brennweite des Kondensors oder der Linsengruppe LGc ermöglicht. Die erste Fläche der Linse 44 ist parabolisch und erzeugt ein telezentrisches Muster der Hauptstrahlen in der horizontalen Bildebene und eine Korrektur der sphärischen Aberration. Ein Brennweitenverhältnis der zweiten, negativen Linsengruppe 46, 48 zu der Einzellinse 44 von zwischen -0,9 und -1 wird bevorzugt verwendet, die äußere, horizontale Bildebenenposition zwischen ungefähr 0,035 und 0,050 der Länge des Kondensors LGc beizubehalten und die Petzval-Krümmung zu korrigieren.
Die vertikale Bildebene 26 wird durch die sphärischen Linsen 40 und 46 erzeugt. Die Feldlinse 40 befindet sich nahe der Brennebene der Linsenmehrfachanordnung 20, um die Einführung einer merklichen Koma und von Astigmatismus zu vermeiden. Die Linse 46 erzeugt ein telezentrisches Lichtmuster in der vertikalen Bildebene 26. Um irgendwelche axialen und außeraxialen Aberrationen auszugleichen sollten die Linsen 40 und 46 ein Brennweitenverhältnis von 1,4 bis 1,8 haben. Die Austrittspupille sowohl der horizontalen als auch der vertikalen Bildebene 24 und 26 befindet sich in unendlich. Die Feldbegrenzungen in den Zwischenbildebenen 24 und 26 sind Funktionen der numerischen Apertur der Linsenmehrfachanordnung 20 und der effektiven Brennweite der Kondensorlinsengruppe LG0.
Die Linsengruppe LGR ist vorzugsweise ein sphäro-zylindrisches System von Zwischenlinsen. Die Linsengruppe LGR bildet die horizontale Bildebene 24 und die vertikale Bildebene 26 ab, die ein rechteckiges Beleuchtungsfeld 62 bilden. Das rechteckige Beleuchtungsfeld 62 beleuchtet ein Fadenkreuz 32, das in Fig. 2 gezeigt ist. Die Linsengruppe LGR ist dargestellt, als daß sie aus sechs Elementen besteht: einem sphärischen Meniskus 50, einer Zylinderlinse 62, einer Zylinderlinse 54, einer sphärischen Linse 56 mit einer parabolischen Fläche, einer sphärischen Linse 58 mit einer elliptischen Fläche und einer sphärischen Linse 60. Alle sechs Elemente der Linsengruppe LGR tragen dazu bei, die horizontale Bildebene 24 zu dem rechteckigen Beleuchtungsfeld 62 zu konjugieren. Die zwei Linsen 50 und 52 bilden eine erste Korrekturlinsengruppe langer Brennweite. Die Linsen 54 und 56 bilden eine zweite, umgekehrte Telephotolinsengruppe. Die Linse 54 hat eine negative Brechkraft und die Linse 56 hat eine positive Brechkraft. Die Linse 58 ist eine Pupillenlinse und die Linse 60 ist eine Kollimatorlinse. Die Linsen 50 und 52 werden zur Korrektur von Koma und Bildfeldkrümmung verwendet. Die umgekehrte Telephotolinsengruppe erhält die notwendige Brennweite. Die Linsen 58 und 60 korrigieren restliche Verzerrung und Astigmatismus. Vorzugsweise sollte, um axiale und außeraxiale Aberrationen zu korrigieren, das Verhältnis zwischen den Brennweiten der Linsen 54 und 56 zwischen -1, 1 und -1,3 sein. Des weiteren sollte die Vergrößerung der Zwischenlinse in der horizontalen Ebene zwischen 0,7 und 1, 2 sein.
Mit der Zwischenlinsengruppe LGR wird die vertikale Ebene durch eine Meniskusfeldlinse 50, eine positive Linse 56, eine Pupillenlinse 58 und eine positive Kollimatorlinse 60 abgebildet. Die Feldlinse 50 korrigiert Koma und Bildfeldkrümmung. Die Linse 56 korri giert sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus durch ihre erste Parabolfläche und konjugiert die Eintrittspupille zu der Aperturblende 30. Die Pupillenlinse 58 korrigiert restliche Verzerrung und Astigmatismus mit ihrer elliptischen zweiten Fläche. Die Kollimatorlinse 11 kollimiert das Licht, wobei ein telezentrisches Muster der Hauptstrahlen bei dem Fadenkreuz erzeugt wird, und bildet die Austrittspupille nach unendlich ab. Vorzugsweise sollte zur besten Anordnung der optischen Brechkräfte zwischen den brechkraftstarken Linsen 56 und 60 und zum Ausgleich zwischen axialen und außeraxialen Aberrationen die Vergrößerung in der vertikalen Ebene zwischen 0,8 und 1,3 sein. Des weiteren sollte das Verhältnis zwischen den Brennweiten der Linse 56 und der Linse 60 zwischen 0,6 und 0,7 sein. Die Aperturblende 30 dient gemeinsam der horizontalen und der vertikalen Ebene und wird durch die Pupillenlinse 58 und die Kollimatorlinse 60 nach unendlich abgebildet. Die obige Konstruktion erlaubt, daß die Gesamtlänge der Linsengruppe LGc und der Linsengruppe LGR ungefähr 1,4 Meter ist.
Die Tabelle 1 enthält optische Konstruktionsdaten für den Kondensor bzw. die Zwischenlinse, die Linsengruppe LGc und die Linsengruppe LGR, die bei einer Wellenlänge von 248 Nanometern und einer spektralen Bandbreite von ungefähr 10 Nanometern optimiert sind, wobei ein solches Beleuchtungssystem für eine Excimerlaserquelle geeignet wäre. Tabelle 1
Die Tabelle 2 enthält optische Konstruktionsdaten für den Kondensor bzw. die Zwischenlinse, die Linsengruppe LGc und die Linsengruppe LGR, die für eine Wellenlänge 193 Nanometern optimiert sind. Tabelle 2
In den Tabellen ist RDX der Radius in der sagittalen Ebene, und K ist der Koeffizient zweiter Ordnung des Oberflächenprofils.
Aus dem Obigen sollte ohne weiteres erkennbar sein, daß die vorliegende Erfindung Beleuchtungssysteme fördert, wie sie bei der Photolithographie und der Halbleiterherstellung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist flexibel und an unterschiedliche Photolithographiesysteme anpaßbar und liefert eine gleichförmige, rechteckige Beleuchtung, die ohne Lichtverlust in der Weite und Höhe veränderbar ist. Des weiteren kann die numerische Apertur geändert werden, um die Verwendung mit unterschiedlichen Projektionsoptiken zu erleichtern, und es wird ermöglicht, die Teilkohärenz der Lichtbeleuchtung ohne Lichtverlust zu ändern. Obgleich die bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet auf der Hand, daß verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Bereich dieser Erfindung abzuweichen, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist.

Claims

1. Beleuchtungssystem für die Photolithographie, das umfaßt:

eine Beleuchtungsquelle (10);

einen Bündelausweiter (LGE), der der Beleuchtungsquelle folgt;

eine Linsenmehrfachanordnung (20), die dem Bündelausweiter (LGE) folgt;

einen Kondensor (22) nach der Linsenmehrfachanordnung (20), wobei der Kondensor eine horizontale Bildebene (24) und eine vertikale Bildebene (26) an unterschiedlichen, räumlichen Orten aufweist; und

eine Zwischenlinsengruppe (28), die dem Kondensor (22) folgt, wodurch Licht, das in den Bündelausweiter eintritt, zu der Linsenmehrfachanordnung gerichtet wird, durch den Kondensor in zwei räumlich getrennte Ebenen abgebildet wird und in eine einzige Ebene bei einem Fadenkreuz (32) durch das Zwischenlinsensystem erneut abgebildet wird.

2. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei die Beleuchtungsquelle (10) ein Laser ist.

3. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 2, wobei der Laser ein Excimerlaser ist.

4. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei der Bündelausweiter (LGE) ein Zoom-Bündelausweiter ist.

5. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei der Bündelausweiter (LGE) ein sphärischer Zoom-Bündelausweiter ist.

6. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei der Bündelausweiter (LGE) ein zylindrischer Zoom-Bündelausweiter ist.

7. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei dis Linsenmehrfachanordnung (20) eine Mikrolinsenmehrfachanordnung ist.

8. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei die Linsenmehrfachanordnung (20) eine Beugungsgitter-Mehrtachanordnung ist.

9. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei die Linsenmehrfachanordnung (20) eine binäre Mehrfachanordnung ist.

10. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei die Linsenmehrfachanordnung (20) sphärisch ist.

11. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei die Linsenmehrfachanordnung (20) zylindrisch ist.

12. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei der Kondensor (22) aus einer sphärischen und einer zylindrischen Linse besteht.

13. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, wobei das Zwischenlinsensystem (28) aus einer sphärischen und einer zylindrischen Linse besteht.

14. Ein Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 1, das des weiteren umfaßt:

eine Weiteneinstelleinrichtung (64), die sich in der horizontalen Bildebene (24) zur Einstellung der Weite eines beleuchteten Feldes bei dem Fadenkreuz (32) befindet;

eine Höheneinstelleinrichtung (68), die sich in der vertikalen Bildebene zur Einstellung der Höhe des beleuchteten Feldes bei dem Fadenkreuz (32) befindet;

15. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 14, das des weiteren eine Beleuchtungseinstelleinrichtung (38), die nahe einer Bildebene angeordnet ist, zur Einstellung der Belichtungsdosis umfaßt.

16. Beleuchtungssystem für die Photolithographie, wie in Anspruch 1 oder 14, wobei der Bündelausweiter (LGE) ein Zoom-Bündelausweiter ist;

die Kondensorlinsengruppe (22) von einem Ende zu dem anderen eine erste, sphärische Linse, eine erste Zylinderlinse, eine zweite Zylinderlinse mit einer Parabolfläche, eine zweite, sphärische Linse mit einer Parabolfläche und eine dritte Zylinderlinse umfaßt, wobei die Kondensorlinsengruppe eine horizontale Bildebene (24) und eine vertikale Bildebene (26) an unterschiedlichen, räumlichen Orten aufweist; und

die Zwischenlinsengruppe von einem Ende zu dem anderen eine dritte, sphärische Linse, eine vierte Zylinderlinse, eine fünfte Zylinderlinse, eine vierte, sphärische Linse mit einer Parabolfläche, eine fünfte, sphärische Linse mit einer elliptischen Fläche und eine sechste, sphärische Linse umfaßt, wodurch Licht, das in den Zoom-Bündelausweiter eintritt, zu der Linsenmehrfachanordnung (20) gelenkt und in zwei räumlich getrennte Ebenen (24, 26) durch den Kondensor (22) abgebildet und in eine einzige Ebene bei einem Fadenkreuz (32) durch die Zwischenlinsengruppe (28) wieder abgebildet wird.

17. Bleuchtungssystem für die Photolithographie, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei der Bündelausweiter (LGE) ein Zoom-Ausweiter (22) ist; und

wobei der Kondensor (22) und die Zwischenlinsengruppen, die der Linsenmehrfachanordnung folgen, gemäß der optischen Konstruktionsdaten der Tabelle 1 konstruiert sind.

18. Bleuchtungssystem für die Photolithographie, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei der Bündelausweiter (LGE) ein Zoom-Ausweiter (22) ist; und

wobei der Kondensor (22) und die Zwischenlinsengruppen (28), die der Linsenmehrfachanordnung folgen, gemäß der optischen Konstruktionsdaten der Tabelle 2 konstruiert sind.

19. Beleuchtungssytem für die Photolithographie, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei:

der Bündelausweiter (LGe) und die Linsenmehrfachanordnung (20) eine vorbestimmte erste, numerische Apertur in einer horizontalen Ebene und zweite, numerische Apertur in einer vertikalen Ebene bereitstellen; und

die Zwischenlinsengruppe die horizontale Bildebene und die vertikale Bildebene zu einer einzigen Bildebene bei einem Fadenkreuz konjugiert, wobei die Zwischenlinsengruppe eine erste Vergrößerung in einer horizontalen Ebene und eine zweite Vergrößerung in einer vertikalen Ebene aufweist.

20. Ein Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 19, wobei die erste Vergrößerung und die zweite Vergrößerung verschieden sind.

21. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 19, wobei die erste, numerische Apertur und die zweite, numerische Apertur verschieden sind.

22. Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 15, das des weiteren umfaßt:

eine Weiteneinstelleinrichtung (64), die mit der horizontalen Bildebene verbunden ist, um die Weite der horizontalen Bildebene (24) einzustellen; und

eine Höheneinstelleinrichtung (68), die mit der vertikalen Bildebene (26) verbunden ist, um die Höhe der horizontalen Bildebene einzustellen, wodurch ein vorbestimmtes rechteckiges Beleuchtungsfeld bei dem Fadenkreuz gebildet wird.

23. Ein Beleuchtungssystem, wie in Anspruch 19, wobei die erste Vergrößerung im Bereich zwischen 0,7 und 1, 2 ist, und die zweite Vergrößerung im Bereich zwischen 0,8 und 1,3 ist.