NL194929C - Projectiebelichtingssysteem. - Google Patents

Description

1 194929

Projectbelichtingssysteem

De uitvinding heeft betrekking op een projectiebelichtingssysteem met een lichtbron, een facettenlens voor het ontvangen van licht vanuit de lichtbron om een masker te belichten, en transformatiemiddelen tussen de 5 lichtbron en de facettenlens voor het transformeren van de belichting. Het gaat daarbij in het bijzonder om een projectiebelichtingssysteem dat kan worden toegepast bij een fotolithografisch proces.

Een dergelijk projectiebelichtingssysteem is in wezen bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 5.237.367. Volgens genoemd octrooischrift is de lichtbron een laserbron, aangesloten op een optische integrator welke een instelbare vergroting heeft. Deze integrator heeft een eerste optische elementengroep 10 21 en een tweede optische elementengroep 22, elk bestaande uit een aantal staafvormige lenselementen, die gerangschikt zijn op parallelle wijze. Door de onderlinge afstand tussen de beide elementengroepen te variëren, kan de vergroting van deze optische integrator worden gewijzigd. Achter deze optische integrator vormt zich als het ware een planaire lichtbron, die met behulp van een eerste condensorlens omgezet wordt in een evenwijdige lichtbundel, die gericht is naar een tweede optische integrator, welke laatste een 15 facettenlens kan zijn. Het hieruit tredende licht wordt op gebruikelijke wijze via een tweede condensorlens gericht op een te belichten masker.

Voor het verkrijgen van fijne patronen voor vloeibaarkristalweergeefinrichtingen of halfgeleiderinrichtingen is de primaire techniek fotolithografie. Daarbij is de projectiebelichtingstechnologie van essentiële invloed op de pakkingsdichtheid en kwaliteit van de resulterende halfgeleiderinrichtingen.

20 Recentelijk is een excimerlaserstapeenheid ontwikkeld, waarbij de gebruikte golflengte van het licht aanzienlijk wordt gereduceerd, en waarbij een faseverschuivingsmasker en getransformeerde belichting wordt toegepast voor het verbeteren van de projectiebelichtingstechniek.

Volgens de uitvinding is gevonden, dat een aanzienlijke verbetering kan worden bereikt door het licht op de facettenlens zodanig te projecteren dat al het licht geconcentreerd wordt op het periferale gedeelte van 25 de facettenlens. Het licht, dat uittreedt uit de facettenlens, werkt dan optimaal voor het verkrijgen van een zeer scherpe doorlichting van het masker.

Het is nu het doel van de uitvinding een projectiebelichtingssysteem zodanig uit te voeren, dat dit een uiterst hoog lichtrendement heeft voor het belichten van maskers.

Daartoe voorziet de uitvinding in een projectiebelichtingssysteem, zoals omschreven in de aanhef, met 30 het kenmerk, dat genoemde transformatiemiddelen worden gevormd door een lichttransmitterend orgaan met een lichtintreepupil voor het ontvangen van licht vanuit de lichtbron, en een lichtuittreepupil, waarbij het in de lichtintreepupil invallende licht in het llcht-transmitterende orgaan naar opzij wordt afgebogen, zodat het uit de lichtuittreepupil komende licht wordt getransmitteerd naar de periferie van de facettenlens.

Volgens één uitvoeringsvorm van de uitvinding bestaat daarbij het licht-transmitterende orgaan uit een 35 lichtbuis met genoemde lichtintreepupil en lichtuittreepupil, en een kegelvormige reflectiespiegel welke concentrisch in genoemde lichtbuis is opgesteld en waarvan de apex is toegekeerd naar de lichtbron, en de diameter van de kegelbodem kleiner is dan de diameter van de lichtuittreepupil.

Op deze wijze kan met een minimum aan lichtverlies worden bereikt, dat al het licht van een lichtbron geconcentreerd wordt op het periferale gedeelte van de facettenlens, waardoor het lichtbenuttingsrendement 40 bij de projectering wordt gemaximaliseerd.

Daarbij is het doelmatig, dat het binnenoppervlak van de lichtbuis en het buitenoppervlak van de kegelvormige reflectiespiegel hoog-reflecterende oppervlakken zijn.

Een dergelijk systeem kan variabel gemaakt worden doordat de kegelvormige reflectiespiegel verplaatsbaar is in de axiale richting daarvan.

45 Voor een doelmatige belichting verdient het verder de voorkeur dat de diameter van de kegelbodem van de kegelvormige reflectiespiegel tweederde van de binnendiameter van de lichtuittreepupil van de lichtbuis bedraagt.

Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding bestaat het licht-transmitterende orgaan uit een optische-vezelfluxie met een lichtintreepupil, bestaande uit een bundel van aaneengesloten afzonder-50 lijke eenheden, en een lichtuittreepupil, die gemodificeerd of verdeeld is in vooraf bepaalde vormen volgens patronen van getransformeerde verlichting. Doelmatig kan de uitvoering daarbij zodanig zijn, dat de lichtuittreepupil van de optische-vezelfluxie tot een aantal deelbundels van afzonderlijke eenheden is vertakt voor het geven van een vierpuntsbelichting.

In het geval een ringvormige belichting gewenst is, kan de uitvoering zodanig zijn de lichtuittreepupil van 55 de optische-vezelfluxie ringvormig is uitgevoerd voor het geven van ringvormige belichting.

In het bijzonder bij gebruik van een excimerlasersysteem verdient het daarbij de voorkeur, dat de optische-vezelfluxie van silicaglas gevormd is om diep-ultraviolet licht te transmitteren.

194929 2

Bovengenoemd doel en andere voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijker worden door het in detail beschrijven van een voorkeursuitvoeringsvorm daarvan onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen. Hierin toont figuur 1 schematisch een systeem van getransformeerde verlichting van een conventioneel projectie-5 belichtingssysteem; figuur 2 een ringvormige belichting voor de getransformeerde verlichting van het in figuur 1 afgebeelde projectiebelichtingssysteem; figuur 3 een vierpuntsbelichting voor de getransformeerde verlichting van het in figuur 1 afgebeelde projectiebelichtingssysteem; 10 figuur 4 een zijaanzicht dat een eerste uitvoeringsvorm van een getransformeerde verlichting van een projectiebelichtingsysteem van de onderhavige uitvinding; figuur 5 een aanzicht van een deel van het lichtdoorzendende orgaan dat in figuur 4 is afgebeeld; figuur 6 een zijaanzicht dat een tweede uitvoeringsvorm van een getransformeerde verlichting van een projectiebelichtingssysteem van de onderhavige uitvinding; 15 figuur 7 een zijaanzicht dat een derde uitvoeringsvorm van een getransformeerde verlichting van een projectiebelichtingssysteem van de onderhavige uitvinding; figuur 8 een ringvormige belichting van de in figuur 7 afgebeelde getransformeerde verlichting; en figuur 9 een vierpuntsbelichting van de in figuur 7 afgebeelde getransformeerde verlichting.

20 Zoals afgebeeld in figuur 1 bevat het projectiebelichtingssysteem dat gebruik maakt van het conventionele systeem van getransformeerde verlichting, een filter 3, dat bevestigd is aan de conventionele belichte bestaande uit een lichtbron 1, een facettenlens 2, een condensorlens 4 en een masker 5. Hierin is het filter opgebouwd zoals getoond in figuren 2 en 3, waarbij figuur 2 de ringvormige belichting laat zien en figuur 3 een vierpuntsbelichting toont. In figuren 2 en 3 geven de gearceerde gedeelten, de lichtblokkerende 25 gedeelten en de niet-gearceerde gedeelten, de lichtdooriatende gedeelten aan.

In de ringvormige belichting van de conventionele overhellende belichting is de licht-transmissiviteit (σ02σ2 )/σ02. Aangezien de meest toepasselijke waarde van σ, (2/3)σ0 is, wordt de transmissiviteit in dit geval gewoonlijk vijfnegende, en de belichtingsduur bedraagt ongeveer tweemaal die waarde wanneer de transmissiviteit één is, hetgeen resulteert in een aanzienlijk verlaagde productiviteit.

30 In het geval van vierpuntsbelichting is de transmissiviteit 4σ2/σ0 2. Hierin wordt de transmissiviteit éénvierde, aangezien σ, = (1/4)σοι en de belichtingsduur wordt ongeveer verviervoudigd, waarvoor de productiviteit verder wordt verslechterd.

Onder verwijzing naar figuur 4 wordt nu een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding besproken. Deze uitvoering bevat een lichtbron 10, een facettenlens 30, welke licht ontvangt vanuit lichtbron 10 om een 35 masker 60 te belichten, en een condensorlens 40 die zich tussen de facettenlens 30 en het masker 60 in bevindt voor het condenseren van het licht in een gewenste richting. Ze zijn opgesteld in de baan van voortplanting van het licht. In deze uitvoeringsvorm is de getransformeerde verlichting, dat wil zeggen: de overhellende belichting, gevormd van een lichtbuis 20 en een kegelvormige reflectiespiegel 50. Volgens de kenmerken van de onderhavige uitvinding zijn de lichtbuis en de kegelvormige reflectiespiegel gevormd om 40 het meest aan het zij-invallende licht te ontvangen en het ontvangen invallende licht door te geven aan gedeelten die licht nodig hebben. De configuraties van de lichtbuis en de kegelvormige reflectiespiegel zullen hiernavolgend worden beschreven.

Lichtbuis 20 is opgesteld tussen lichtbron 10 en facettenlens 30 in op de baan van voortplanting van het licht, en wordt gevormd om licht erdoor heen te voeren. De lichtintreepupil 23 van lichtbuis 20 aan de kant 45 van de lichtbron 10 moet slechts zo groot gevormd worden als nodig is voor de ontvangst van het meeste licht dat vanuit lichtbron 10 is geëmitteerd.

Kegelvormige reflectiespiegel 50 is concentrisch opgesteld binnen lichtbuis 20. Hierin moet de apex van de kegelvormige reflectiespiegel 50 naar de lichtbron toe zijn gericht, en de diameter van het ondervlak van de spiegel moet kleiner zijn dan de binnendiameter van lichtbuis 20.

50 Verkieslijk zijn het binnenvlak van lichtbuis 20 en de flanken van kegelvormige reflectiespiegel 50 gevormd van een hoog-reflecterend oppervlak. Bijvoorbeeld wordt een aluminiumfilm, welke een hoog-reflecterende metaalfilm is, naar wens verdampt op de oppervlakken teneinde het meest aan het invallende licht te weerkaatsen. Aangezien het binnenvlak van lichtbuis 20 overgeheld is om evenwijdig te zijn aan de flanken van kegelvormige reflectiespiegel 50, wordt het licht loodrecht weerkaatst.

55 De diameters van lichtintreepupil 23 en lichtuittreepupil 24 van de lichtbron 20 en de diameter van de onderkant van kegelvormige reflectiespiegel 50 kunnen worden gemodificeerd overeenkomstig het patroon van de getransformeerde verlichting. In het conventionele projectiebelichtingssysteem is het toepasselijk dat 3 194929 de binnendiameter van de lichtbuis ongeveer 40-50 mm bedraagt en dat de lengte daarvan ongeveer 150 mm bedraagt. Voorts is het toepasselijk dat de diameter van de onderkant van de kegelvormige reflectie-spiegel ongeveer tweederde van de binnendiameter van de lichtuittreepupil van de lichtbuis bedraagt

Zoals getoond in figuur 5 is het wenselijk dat de kegelvormige reflectiespiegel 50 geïnstalleerd wordt om 5 in de axiale richting verplaatsbaar te zijn en dan het apertuuroppervlak van een lichtdoorlatend gat te regelen, daarbij een licht-bestralingsgebied fijnregelende.

Hiernavolgend zal de werking van de eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding worden beschreven.

Het meeste licht dat uit lichtbron 10 (bijvoorbeeld een kwiklamp) is geëmitteerd, wordt ontvangen aan de 10 lichtintreepupil 23 van lichtbuis 20 en weerkaatst vanaf de flanken van kegelvormige reflectiespiegel 50 en het binnenvlak van lichtbuis 20, om via lichtuittreepupil 24 in de facettenlens 30 te vallen. Het licht dat het midden van lichtbuis 20, waarin in kegelvormige reflectiespiegel 50 is voorzien, treft, wordt weerkaatst door kegelvormige reflectiespiegel 50 en lichtbuis 20, daarbij de periferie van de facettenlens 30 treffende. Het licht dat buiten de kegelvormige reflectiespiegel 50 voert, voert ongewijzigd door om de periferie van de 15 facettenlens 30 te treffen. Het licht dat door de periferie van facettenlens 30 voert, vormt een secundaire lichtbron om masker 60 via condensorlens 40 te belichten. Dit verwerkelijkt de overhellende belichting.

In een verwijzing naar figuur 6: op dezelfde wijze als die van de eerste uitvoeringsvorm wordt de overhellende belichting verwerkelijkt door lichtbuis 20' en kegelvormige reflectiespiegel 50' terwijl de licht-benuttingsefficiëntie wordt verhoogd, hetgeen de verwerkelijking is van de doelen van de onderhavige 20 uitvinding. Het verschil ten opzichte van de eerste uitvoeringsvorm is dat de lengte van kegelvormige reflectiespiegel 50' korter is dan die van lichtbuis 20' en dat het binnenoppervlak van de lichtbuis niet overhellend is. In deze uitvoeringsvorm bedraagt de lengte van de kegelvormige reflectiespiegel 90% van die van de lichtbuis. De werking van de tweede uitvoeringsvorm is dezelfde als die van de eerste uitvoeringsvorm.

25 De eerste en tweede uitvoeringsvormen zijn geschikt om de getransformeerde verlichting te verwerkelijken onder toepassing van de ringvormige belichting.

In een verwijzing naar figuur 7: op dezelfde wijze als die van de eerste en tweede uitvoeringsvormen behelst de derde uitvoeringsvorm een lichtbron 10, een facettenlens 30 welke licht vanuit lichtbron 10 ontvangt om een masker 60 te belichten, en een condensorlens 40 die zich tussen facettenlens 30 en 30 masker 60 in bevindt ter condensering van het licht in een gewenste richting. Ze zijn opgesteld in de baan van voortplanting van het licht. Het verschil ten opzichte van de eerste en tweede uitvoeringsvormen is dat het licht dat wordt doorgezonden, door optische-vezelfluxie 20" in de getransformeerde verlichting wordt gevoerd. De optische-vezelfluxie 20" ontvangt het meest van het invallende licht om het ontvangen licht door te zenden naar gedeelten die licht nodig hebben. De optische-vezelfluxie wordt hiernavolgend verder 35 toegelicht

De optische-vezelfluxie 20" heeft een lichtintreepupil bestaande uit een bundel van afzonderlijke eenheden, om het meest van de lichtbron te ontvangen, en een licht uittreepupil die gemodificeerd of verdeeld is in vooraf bepaalde vormen volgens de configuratie van de getransformeerde afbeelding. De lichtuittreepupil wordt geramificeerd tot een meervoudigheid aan afzonderlijke eenheden om een meerpunts-40 belichting, zoals een tweepuntsbelichting of vierpuntsbelichting, te vormen. De lichtuittreepupil kan zijn gevormd om ringvormig te zijn en om daarbij een ringvormige belichting uit te voeren. Figuur 8 beeldt de ringvormige belichting af. Figuur 9 toont de vierpuntsbelichting.

Het materiaal van de optische vezel van de optische-vezelfluxie moet worden gewijzigd overeenkomstig de lichtbronnen die worden toegepast Gewoonlijk worden de G-lijn (436 nm) en de l-lijn (365 nm) 45 toegepast. Ten aanzien van de excimeerlaser wordt zuiver-silica-glasvezel toegepast.

De derde uitvoeringsvorm is toepasbaar voor belichtingsinrichtingen die gebruik maken van tweepunts-, vierpunts- en ringvormige lichtbronnen.

Zoals hierboven in detail beschreven geldt, aangezien het projectiebelichtingssysteem van de onderhavige uitvinding de overhellende belichting uitvoert, dat de onderhavige uitvinding met het toepassen van een 50 lichtdoorzendende orgaan voor het ontvangen van het meest aan het licht dat door een lichtbron wordt geëmitteerd, en het doorzenden van het licht naar gedeelten waar dat nodig is een licht-benuttingsefficiëntie heeft die beduidend hoger is dan die van de overhellende belichting welke door het conventionele filter wordt verwerkelijkt. Derhalve verkort de onderhavige uitvinding de belichtingsduur aanzienlijk, om daarbij de productiviteit in grote mate te verhogen.

55 Het projectiebelichtingssysteem van de onderhavige uitvinding is niet afgebakend tot het vakgebied van de vervaardiging van halfgeleiderinrichtingen, maar kan worden toegepast voor de vervaardiging van verschillende inrichtingen die gebruik maken van projectielicht.

Claims (10)

194929 4

1. Projectiebelichtingssysteem met een lichtbron, een facettenlens voor het ontvangen van licht vanuit de lichtbron om een masker te belichten, en transformatiemiddelen tussen de lichtbron en de facettenlens voor 5 het transformeren van de belichting, met het kenmerk, dat genoemde transformatiemiddelen worden gevormd door een licht-transmitterend orgaan met een lichtintreepupil voor het ontvangen van licht vanuit de lichtbron, en een lichtuittreepupil, waarbij het in de lichtintreepupil invallende licht in het licht-transmitterende orgaan naar opzij wordt afgebogen, zodat het uit de lichtuittreepupil komende licht wordt getransmitteeerd naar de periferie van de facettenlens.

2. Projectiebelichtingssysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het licht-transmitterende orgaan bestaat uit een lichtbuis met genoemde lichtintreepupil en lichtuittreepupil, en een kegelvormige reflectie-spiegel welke concentrisch in genoemde lichtbuis is opgesteld en waarvan de apex is toegekeerd naar de lichtbron, en de diameter van de kegelbodem kleiner is dan de diameter van de lichtuittreepupil.

3. Projectiebelichtingssysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het binnenoppervlak van de 15 lichtbuis en het buitenoppervlak van de kegelvormige reflectiespiegel hoogreflecterende oppervlakken zijn.

4. Projectiebelichtingssysteem volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het binnenoppervlak van de lichtbuis en het buitenoppervlak van de kegelvormige reflectiespiegel zodanig geheld zijn, dat invallend licht loodrecht wordt gereflecteerd.

5. Projectiebelichtingssysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de kegelvormige reflectiespiegel 20 verplaatsbaar is in de axiale richting daarvan.

6. Projectiebelichtingssysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de diameter van de kegelbodem van de kegelvormige reflectiespiegel tweederde van de binnendiameter van de lichtuittreepupil van de lichtbuis bedraagt

7. Projectiebelichtingssysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het licht-transmitterende orgaan 25 bestaat uit een optische-vezelfiuxie met een lichtintreepupil, bestaande uit een bundel van aaneengesloten afzonderlijke eenheden, en een lichtuittreepupil, die gemodificeerd of verdeeld is in vooraf bepaalde vormen volgens patronen van getransformeerde verlichting.

8. Projectiebelichtingssysteem volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de lichtuittreepupil van de optische-vezelfiuxie tot een aantal deelbundels van afzonderlijke eenheden is vertakt voor het geven van 30 een vierpuntsbelichting.

9. Projectiebelichtingssysteem volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de lichtuittreepupil van de optische-vezelfiuxie ringvormig is uitgevoerd voor het geven van ringvormige belichting.

10. Projectiebelichtingssysteem volgens één der conclusies 7-9, met het kenmerk, dat de optische-vezelfiuxie van silicaglas gevormd is om diep-ultraviolet licht te transmitteren. Hierbij 3 bladen tekening