WO2005031425A1 - Systeme optique a haute ouverture numerique pour micro-lithographie - Google Patents

Systeme optique a haute ouverture numerique pour micro-lithographie Download PDF

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WO2005031425A1
WO2005031425A1 PCT/FR2004/002417 FR2004002417W WO2005031425A1 WO 2005031425 A1 WO2005031425 A1 WO 2005031425A1 FR 2004002417 W FR2004002417 W FR 2004002417W WO 2005031425 A1 WO2005031425 A1 WO 2005031425A1
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WO
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module
optical system
total reflection
optical
light signal
Prior art date
Application number
PCT/FR2004/002417
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Inventor
Roland Geyl
Original Assignee
Sagem Defense Securite
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    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/0892—Catadioptric systems specially adapted for the UV
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    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G02B13/143—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation for use with ultraviolet radiation
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70225—Optical aspects of catadioptric systems, i.e. comprising reflective and refractive elements

Definitions

  • the present invention relates to optical systems with high digital aperture. More specifically, it relates in particular to optical systems with high digital aperture for high resolution photolithography applications in the field of ultraviolet radiation.
  • STATE OF THE ART For the manufacture of integrated circuits or microelectronics chips, a method of printing the patterns of the circuits is used on a wafer of silicon (or “wafer” according to the English terminology generally used by the man of the trade) generally comprising a step according to which certain parts of the wafer are exposed or not to ultraviolet radiation through a mask reproducing a diagram of the tracks.
  • the same principle of exposure or not of exposure of a wafer to ultraviolet radiation is used using a mask reduction optic on the wafer.
  • the control of the residual curvature of the image surface is one of the points difficult to obtain for these optics which then comprise a large number of components. To this problem is added that of the correction of chromatic aberrations which is also difficult to obtain in this wavelength range.
  • a first type of objective uses the optical property according to which it is possible to significantly reduce the field curvature and chromatic aberrations by placing a large number of lenses in the objective. It is then possible to obtain purely dioptric objectives online, an example of which is illustrated diagrammatically in FIG. 1. It can be seen that the objective 2, placed between a mask 1 and a wafer 3, comprises a large number of lenses 4.
  • a second type of objective uses the optical property according to which the introduction of a concave mirror inside the optical formula makes it possible to reduce the number of lenses and their diameter, while also making it possible to reduce the field curvature and chromatic aberrations.
  • One of the additional constraints to be satisfied for objectives of the second type, compared to an objective in line according to FIG. 1, is however to separate the incident beam from the reflected beam.
  • FIG. 2 thus shows an example of an objective 2 between the mask 1 and the wafer 3 comprising a concave mirror 5 making it possible to satisfy this condition of separation of the incident and reflected beams.
  • a semi-transparent separator cube 6 is used. Practically, it is a cube 6 polarizer which transmits or reflects light according to the polarization of this one.
  • FIG. 3 shows the distribution of the fields at the level of the intermediate image plane of a lens according to this alternative solution.
  • FIG. 4 shows an example of a first arrangement of a lens 2 making it possible to pass optically in line on the way to the mirror 5, the beams being separated on the return by means of the deflection mirror 7 placed in the vicinity of an intermediate image plane of the lenses 4.
  • FIG. 5 represents an example of a second arrangement making it possible to have an objective in line, since the mask 1 and the section 3 are aligned, which is favorable for moving the objective 2 during the exposure of a wafer.
  • the beam can be directed towards the concave mirror 5 as soon as it enters the objective.
  • the return journey takes place as for the device according to FIG. 4.
  • the objective of FIG. 5 if we want to use an objective in line with mirrors, these must necessarily be in even number, in order that the slice 3 is not on the side of the mask 1. But in such objectives, there is necessarily a concealment of part of the optical beam. This occultation must be minimal so as not to disturb the complex processes implemented in lithography.
  • FIG. 6 shows an example of an objective according to which one tries to minimize the occultation by considerably dilating the section of the beam transmitted by the first dioptric group 10 towards the first mirror 5. It is thus realized that the techniques exposed previously present disadvantages.
  • the objectives of the first type are long and cumbersome. Typically, such objectives have total lengths between 1000 and 1500 mm, and include between 20 and 30 lenses, the diameter of the largest of which often exceeds 300 mm. They are also very expensive to produce.
  • the lenses of the second type using a mirror are not entirely ideal either.
  • the objective according to FIG. 2 shows, for example, its limits in the case of high performance objectives, because of the great difficulties in producing the separating cube 6 and the absorption of part of the light by this component. Indeed, the size of the cube 6 and the large thickness of glass passed through are drawbacks of this type of solution. It is also necessary to satisfy a very tight specification of uniformity of the separating treatment and to solve the problems of homogeneity of the material of the cube.
  • the invention provides an optical system comprising a first dioptric module capable of directing a light signal to a second optical module for correcting field curvature, said second module being capable of directing the corrected signal to a third dioptric module, characterized in that the second module is quasi afocal and comprises two aspherical concave mirrors associated with a total reflection element placed in the vicinity of the intermediate image between said first and second mirrors.
  • the invention is advantageously supplemented by the following characteristics, taken alone or in any one of their technically possible combination: - the optical axes of the two aspherical mirrors are placed at 90 ° relative to each other, so that the second aspherical mirror receives the light signal reflected by the total reflection element in the intermediate image plane of the first mirror and returns it to the third module in a direction perpendicular to the direction of incidence of the light signal on the second module;
  • At least one of the aspherical mirrors is completed by a dioptric element placed in its vicinity;
  • At least one of the aspherical mirrors comprises on its front face a metallized glass slide on its rear face, the reflection of the light signal then taking place on said rear face;
  • the total reflection element is a plane mirror;
  • the plane mirror comprises on its front face a metallized glass slide on its rear face, the reflection of the light signal then taking place on said rear face;
  • the total reflection element is a prism of total reflection
  • the total reflection element is mobile and can pivot around an axis of rotation perpendicular to its optical axis;
  • the third module has a numerical aperture greater than about 0.5;
  • the third module comprises a majority of positive optical lenses
  • the first module has a digital aperture of less than about 0.5;
  • the first module and / or the third module includes (s) at least one lens comprising an aspherical surface;
  • the first module includes a total reflection element capable of returning the light signal to the second module in a direction perpendicular to the direction of incidence of the light signal on the first module;
  • Said total reflection element is a plane mirror or a prism of total reflection
  • FIG. 3 shows schematically the distribution of fields at the intermediate image plane of a lens according to the prior art
  • - Figure 7 shows schematically the general structure of modules of an optical system according to the invention.
  • FIG. 8 shows schematically an example of an embodiment of an optical system according to the invention.
  • FIG. 7 schematically represents the principle of an optical system 2 according to the invention.
  • Such an optical system mainly comprises three optical modules referenced by 10, 20 and 30.
  • the optical system 2 is placed for example between an object 1 and an image 3.
  • the optical system 2 is advantageously used in the field of optical photolithography. Note that this is a non-limiting example of the use of such an optical system.
  • the object in the case of applications of the optical system in the field of optical photolithography, the object
  • the first optical module 10 is a dioptric group capable of directing a light signal 11 coming from the object 1, for example an integrated circuit mask, towards the second optical module 20.
  • the second optical module 20 is mainly a correction module for field curvature. Thus, preferably, it has no optical power and does not generate any enlargement or reduction.
  • the second module 20 is itself able to direct the corrected signal to a third dioptric module 30 forming an image 3 on a wafer for example.
  • the first module 10 and the third module 30 are mainly modules for correcting geometric and chromatic aberrations as well as optical distortion.
  • the light signal is preferably of wavelength less than 200 nm, that is to say in the ultraviolet range.
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of an optical system according to the invention.
  • the optical system 2 thus comprises the first dioptric module 10 comprising a series of lenses 4. The association of the lenses 4 makes it possible to send the light signal 11 coming from the object 1 to the second module 20.
  • the first module has a digital aperture - defined as a first approximation as the ratio of the optical diameter of said module 10 to its focal distance - less than about 0.5.
  • the first module makes it possible to form an image at a long distance, preferably greater than 10 times the diameter of the light beam at the input or output of the module 20, which is directed towards the second module 20.
  • the number and the characteristics of the lenses 4 are chosen and optimized with the computer-aided design tools available to those skilled in the art so that the correction of geometric and chromatic aberrations is satisfactory for the chosen application, for example optical photolithography.
  • the second module 20 mainly comprises two concave mirrors 21 and 22 in a quasi afocal configuration with an intermediate image plane 23.
  • the second module 20 As the second module 20 is quasi afocal, it sends back to the module 30 an image always at long distance, preferably greater than 10 times the diameter of the light beam at the input or output of the module 20.
  • the mirrors 21 and 22 contribute mainly to the correction of the field curvature generated by the modules 10 and 30 made up of a number of lenses 4 of positive power.
  • the dioptric modules 10 and 30 can then remain simple and compact, because their contribution to the field curvature is offset by that of the concave mirrors 21 and 22.
  • the two concave mirrors 21 and 22 are aspherical, and preferably parabolic. They are associated with an element 24 of total reflection placed near the image plane and focal plane 23 intermediate respectively of the first mirror 21 and of the second mirror 22.
  • the optical axes of the two mirrors 21 and 22 are placed at 90 ° one by relative to the other, so that the second mirror 22 receives the light signal reflected by the element 24 of total reflection in the intermediate image plane 23 of the first mirror 21, and returns the light signal to the third module 30 in a direction perpendicular to the direction of incidence of the light signal 11 on the second module 20.
  • the first mirror 21 directly receives the light signal from the first module 10, and there is thus the formation of a real intermediate image at the focal plane 23
  • the element 24 is located in the plane 23, where the useful section of the light beams is as small as possible, the central occultation of the light beams caused by the presence of element 24 is thereby minimized.
  • the reflection element 24 is placed at 45 ° relative to the optical axes of the mirrors 21 and 22.
  • the total reflection element 24, for certain applications, can be mobile and pivot around an axis of rotation perpendicular to its optical axis.
  • the rear of the element 24 can work in total reflection also.
  • mirrors 21 and 22 are parabolic. Such parabolic mirrors allow, in addition to the contribution to the correction of the field curvature already given by their concave shape, an almost perfect correction of the geometric aberrations generated in this module 20 per se.
  • the module 20 is then a real afocal module. When the two mirrors 21 and 22 have the same radius of curvature, the magnification of said afocal module 20 becomes equal to -1.
  • the quasi afocal configuration has the advantage of making it possible to reduce the diameter of the lenses of the other modules 10 and 30.
  • the correction of the field curvature or of the geometric and chromatic aberrations of the module 20 can be refined by inserting a dioptric element near at least one of the aspherical mirrors 21 or
  • the third dioptric module 30 comprises a series of lenses 4.
  • the association of the lenses 4 makes it possible to take up the light signal sent over a long distance by the second module 20 and to send it on a slice 3 for example by forming there an image of the object 1 reduced by a factor of 3 to 10 preferentially.
  • the third module has a numerical aperture greater than about 0.5.
  • a majority of the optical lenses 4 of the third module 30 are positive.
  • the number and characteristics of the lenses are chosen and optimized with the means of digital design by a person skilled in the art so that the correction of the geometric and chromatic aberrations is satisfactory for the chosen application, for example optical photolithography.
  • the first module 10 and / or the third module 30 can comprise at least one lens with an aspherical surface in order to improve the corrections of chromatic, geometric and distortion aberrations.
  • the first module 10 may include a total reflection element placed in the series of lenses and capable of returning the light signal to the second module 20 in a direction perpendicular to the direction of incidence of the light signal on the first module.
  • the beam from object 1 and the beam from the third module 30 are parallel. This greatly facilitates the installation of the optical device object of the present invention in optical photolithography equipment such as a photorepeater or "stepper" according to the English terminology generally used by those skilled in the art.
  • the total reflection element acts only as a deflection mirror for bending the signal path 11 in the first module 10.
  • the total reflection element can be a plane mirror, with glass slide or not, or a prism of total reflection.
  • the optical system according to the invention has several advantages. There is independence of the modules with respect to each other. Thus, the second module 20 can be tested and aligned separately from the other modules 10 and 30. The compactness of the modules 10 and 30 - mainly due to the good correction of the field curvature effected by the second module 20 - is very favorable for the mechanical stability of the optical elements and therefore the consistency of the performance of the equipment in its operational environment. In addition, the modular structure of the optical device contributes to loosening the alignment and centering tolerances of the dioptric modules 10 and 30 relative to the afocal module 20.
  • each module 10, 20 and 30 are very reduced and can be controlled independently of each other.
  • the above developments advantageously apply to the field of optical photolithography.
  • the optical device according to the invention can however be used in other fields, such as microscopy in general, spectroscopy, optical telecommunications, etc.

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Abstract

L'invention concerne un système optique (2) comportant un premier module dioptrique (10) apte à diriger un signal lumineux (11) vers un deuxième module optique (20) de correction de courbure de champ, ledit deuxième module (20) étant apte à diriger le signal corrigé vers un troisième module dioptrique (30), caractérisé en ce que le deuxième module (20) est quasi afocal et comporte deux miroirs concaves asphériques (21, 22) associés à un élément de réflexion totale (24) placé au voisinage de l'image intermédiaire entre lesdits premier (21) et deuxième (22) miroirs.

Description

SYSTEME CATADIOPTRIQUE A HAUTE OUVERTURE NUMERIQUE POUR MICRO-LITHOGRAPHIE
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne les systèmes optiques à haute ouverture numérique. Plus précisément, elle concerne notamment les systèmes optiques à haute ouverture numérique pour des applications de photolithographie à haute résolution dans le domaine des rayonnements ultraviolets. ETAT DE L'ART Pour la fabrication de circuits intégrés ou puces de microélectronique, on utilise un procédé d'impression des motifs des circuits sur une tranche de Silicium (ou « wafer » selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée par l'homme du métier) comportant généralement une étape selon laquelle on expose ou non certaines parties de la tranche à un rayonnement ultraviolet à travers un masque reproduisant un schéma des pistes. Dans le domaine de la fabrication de circuits intégrés à haute densité de composants, on utilise le même principe d'exposition ou non d'une tranche à un rayonnement ultraviolet via une optique de réduction du masque sur le wafer. On se situe alors dans le domaine de la photolithographie optique. Du fait de la petite taille des motifs et de l'étendue de champ à couvrir, les optiques utilisées doivent fonctionner dans le domaine de longueur d'onde ultraviolet et présenter une haute ouverture numérique, une bonne correction des aberrations et de la distorsion et une bonne planéité du champ image. La maîtrise de la courbure résiduelle de la surface image est l'un des points difficiles à obtenir pour ces optiques qui comprennent alors un grand nombre de composants. A ce problème s'ajoute celui de la correction des aberrations chromatiques qui est également difficile à obtenir dans ce domaine de longueurs d'onde. Ainsi, plusieurs types d'objectifs ont été proposés pour atténuer autant que possible l'aberration dite de « courbure du champ », ou courbure de Petzval, tout en assurant la correction des aberrations chromatiques, pour des applications dans le domaine des rayonnements ultraviolets. Un premier type d'objectifs utilise la propriété optique selon laquelle on peut réduire de façon importante la courbure de champ et les aberrations chromatiques en plaçant dans l'objectif un nombre important de lentilles. On peut alors obtenir des objectifs purement dioptriques en ligne, dont un exemple est illustré de façon schématique à la figure 1. On voit que l'objectif 2, placé entre un masque 1 et un wafer 3, comporte un nombre important de lentilles 4. Un deuxième type d'objectifs utilise la propriété optique selon laquelle l'introduction d'un miroir concave à l'intérieur de la formule optique permet de réduire le nombre de lentilles et leur diamètre, tout en permettant de réduire également la courbure de champ et les aberrations chromatiques. Une des contraintes supplémentaires à satisfaire pour des objectifs du second type, par rapport à un objectif en ligne selon la figure 1, est cependant de séparer le faisceau incident du faisceau réfléchi. La figure 2 montre ainsi un exemple d'un objectif 2 entre le masque 1 et la tranche 3 comportant un miroir 5 concave permettant de satisfaire cette condition de séparation des faisceaux incidents et réfléchis. On utilise pour cela un cube 6 séparateur semi-transparent. Pratiquement, c'est un cube 6 polariseur qui transmet ou réfléchit la lumière selon la polarisation de celle-ci. Une solution alternative pour la séparation des faisceaux incidents et réfléchis est d'utiliser un miroir de renvoi placé au voisinage d'un plan image intermédiaire. Cela suppose de n'utiliser qu'une partie du champ objet. La figure 3 montre ainsi la répartition des champs au niveau du plan image intermédiaire d'un objectif selon cette solution alternative. La figure 4 montre un exemple d'une première disposition d'un objectif 2 permettant de passer optiquement en ligne à l'aller vers le miroir 5, la séparation des faisceaux se faisant au retour grâce au miroir de renvoi 7 placé au voisinage d'un plan image intermédiaire des lentilles 4. La figure 5 représente quant à elle un exemple d'une deuxième disposition permettant d'avoir un objectif en ligne, puisque le masque 1 et la tranche 3 sont alignés, ce qui est favorable au déplacement de l'objectif 2 lors d'une exposition d'un wafer. Selon le montage de la figure 5, on peut diriger le faisceau vers le miroir concave 5 dès l'entrée dans l'objectif. Le trajet retour se passe comme pour le dispositif selon la figure 4. Dans le même esprit que l'objectif de la figure 5, si on veut utiliser un objectif en ligne avec des miroirs, ceux-ci doivent être nécessairement en nombre pair, afin que la tranche 3 ne soit pas du côté du masque 1. Mais dans de tels objectifs, il y a nécessairement une occultation d'une partie du faisceau optique. Cette occultation doit être minimale pour ne pas perturber les processus complexes mis en œuvre en lithographie. La figure 6 montre un exemple d'un objectif selon lequel on essaie de minimiser l'occultation en dilatant considérablement la section du faisceau transmis par le premier groupe dioptrique 10 vers le premier miroir 5. On se rend compte ainsi que les techniques exposées précédemment présentent des inconvénients. Les objectifs du premier type sont longs et encombrants. Typiquement, de tels objectifs ont des longueurs totales comprises entre 1000 et 1500 mm, et comprennent entre 20 et 30 lentilles, dont le diamètre des plus grandes dépasse souvent 300 mm. Ils sont de plus très onéreux à réaliser. Les objectifs du second type utilisant un miroir ne sont pas tout à fait idéaux non plus. L'objectif selon la figure 2 montre par exemple ses limites dans le cas des objectifs de hautes performances, à cause des grandes difficultés de réalisation du cube séparateur 6 et de l'absorption d'une partie de la lumière par ce composant. En effet, la taille du cube 6 et l'importante épaisseur de verre traversé sont des inconvénients de ce type de solution. Il faut en outre satisfaire une spécification d'uniformité du traitement séparateur très serrée et résoudre les problèmes d'homogénéité de la matière du cube. Les objectifs alternatifs utilisant un miroir de renvoi sont encore très compliqués et comportent encore beaucoup de lentilles. Par exemple, la solution selon la figure 6 impose par exemple premièrement des angles d'incidence très élevés au niveau des lentilles 4. Un tel objectif comporte deuxièmement un nombre important de lentilles, dont certaines comprennent des surfaces asphériques s'écartant notablement de la forme sphérique. Troisièmement, un tel objectif nécessite l'utilisation de grands miroirs de pratiquement 750 mm de diamètre. En général, tous les objectifs de l'art antérieur sont difficiles à fabriquer et à assembler, et sont très onéreux. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier ces inconvénients. Un des buts de l'invention est de proposer un système optique de grande ouverture numérique permettant de réduire au maximum la courbure de champ, avec un nombre réduit de lentilles. Un des autres buts de l'invention est de proposer un système optique dont la fabrication et l'assemblage sont simplifiés pour encore en réduire les coûts de réalisation. A cet effet, l'invention propose un système optique comportant un premier module dioptrique apte à diriger un signal lumineux vers un deuxième module optique de correction de courbure de champ, ledit deuxième module étant apte à diriger le signal corrigé vers un troisième module dioptrique, caractérisé en ce que le deuxième module est quasi afocal et comporte deux miroirs concaves asphériques associés à un élément de réflexion totale placé au voisinage de l'image intermédiaire entre lesdits premier et deuxième miroirs. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - les axes optiques des deux miroirs asphériques sont placés à 90° l'un par rapport à l'autre, de sorte que le deuxième miroir asphérique reçoit le signal lumineux réfléchi par l'élément de réflexion totale dans le plan image intermédiaire du premier miroir et le renvoie vers le troisième module dans une direction perpendiculaire à la direction d'incidence du signal lumineux sur le deuxième module ;
- les miroirs asphériques sont paraboliques ;
- au moins un des miroirs asphériques est complété par un élément dioptrique placé à son voisinage ; - au moins un des miroirs asphériques comporte sur sa face avant une lame de verre métallisée sur sa face arrière, la réflexion du signal lumineux s'effectuant alors sur ladite face arrière ;
- l'élément de réflexion totale est un miroir plan ; - le miroir plan comporte sur sa face avant une lame de verre métallisée sur sa face arrière, la réflexion du signal lumineux s'effectuant alors sur ladite face arrière ;
- l'élément de réflexion totale est un prisme de réflexion totale ;
- l'élément de réflexion totale est mobile et peut pivoter autour d'un axe de rotation perpendiculaire à son axe optique ;
- le troisième module comporte une ouverture numérique supérieure à 0.5 environ ;
- le troisième module comporte une majorité de lentilles optiques positives ;
- le premier module comporte une ouverture numérique inférieure à 0.5 environ ;
- le premier module et/ou le troisième module çomporte(nt) au moins une lentille comportant une surface asphérique ;
- le premier module comporte un élément de réflexion totale apte à renvoyer le signal lumineux vers le deuxième module selon une direction perpendiculaire à la direction d'incidence du signal lumineux sur le premier module ;
- ledit élément de réflexion totale est un miroir plan ou un prisme de réflexion totale ; et
- la face arrière de l'élément de réflexion totale du deuxième module est réfléchissante sur sa face arrière pour permettre le transfert d'une partie du faisceau directement entre les premier et troisième modules sans passer par les deux miroirs. L'invention concerne également les dispositifs de photolithographie comportant un tel système optique. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 2 et 4 à 6 représentent schematiquement des objectifs selon l'art antérieur ;
- la figure 3 représente schematiquement la répartition des champs au niveau du plan image intermédiaire d'un objectif selon l'art antérieur ; - la figure 7 représente schematiquement la structure générale de modules d'un système optique selon l'invention ; et
- la figure 8 représente schematiquement un exemple d'un mode de réalisation d'un système optique selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE La figure 7 représente schematiquement le principe d'un système optique 2 selon l'invention. Un tel système optique comporte principalement trois modules optiques référencés par 10, 20 et 30. Le système optique 2 est placé par exemple entre un objet 1 et une image 3. Le système optique 2 est avantageusement utilisé dans le domaine de la photolithographie optique. On précise qu'il s'agit d'un exemple non limitatif d'utilisation d'un tel système optique. Dans le cas des applications du système optique dans le domaine de la photolithographie optique, l'objet
1 pourra être un masque de circuits intégrés, et dans ce cas l'image 3 vient se former sur une tranche de Silicium par exemple sur laquelle on veut imprimer le circuit. Le premier module optique 10 est un groupe dioptrique apte à diriger un signal lumineux 11 issu de l'objet 1 , par exemple un masque de circuit intégré, vers le deuxième module optique 20. Le deuxième module optique 20 est principalement un module de correction de courbure de champ. Ainsi, préférentiellement, il ne possède pas de puissance optique et n'engendre aucun grandissement ou réduction.
Le deuxième module 20 est quant à lui apte à diriger le signal corrigé vers un troisième module dioptrique 30 formant une image 3 sur une tranche par exemple. Le premier module 10 et le troisième module 30 sont principalement des modules de correction des aberrations géométriques et chromatiques ainsi que de la distorsion optique. Le signal lumineux est préférentiellement de longueur d'onde inférieure à 200 nm, c'est à dire dans le domaine des ultraviolets. La figure 8 montre un exemple de mode de réalisation d'un système optique selon l'invention. Le système optique 2 comporte ainsi le premier module dioptrique 10 comportant une série de lentilles 4. L'association des lentilles 4 permet d'envoyer le signal lumineux 11 issu de l'objet 1 vers le deuxième module 20. A cet effet, le premier module présente une ouverture numérique - définie en première approximation comme le rapport du diamètre optique dudit module 10 sur sa distance focale - inférieure à 0.5 environ. Ainsi, le premier module permet de former une image à grande distance, préférentiellement supérieure à 10 fois le diamètre du faisceau lumineux en entrée ou sortie du module 20, qui est dirigée vers le deuxième module 20. Le nombre et les caractéristiques des lentilles 4 sont choisis et optimisés avec les outils de conception assistée par ordinateur disponibles pour l'homme de l'art de sorte que la correction des aberrations géométriques et chromatiques soit satisfaisante pour l'application choisie, par exemple la photolithographie optique. Le deuxième module 20 comporte principalement deux miroirs concaves 21 et 22 en configuration quasi afocale avec un plan image intermédiaire 23. Comme le deuxième module 20 est quasi afocal, il renvoie vers le module 30 une image toujours à grande distance, préférentiellement supérieure à 10 fois le diamètre du faisceau lumineux en entrée ou sortie du module 20. Les miroirs 21 et 22 contribuent principalement à la correction de la courbure de champ engendrée par les modules 10 et 30 constitués d'un certain nombre de lentilles 4 de puissance positive. Les modules dioptriques 10 et 30 peuvent alors demeurer simples et compacts, car leur contribution à la courbure de champ est compensée par celle des miroirs concaves 21 et 22. Les deux miroirs concaves 21 et 22 sont asphériques, et de façon préférentielle paraboliques. Ils sont associés à un élément 24 de réflexion totale placé à proximité du plan image et plan foyer 23 intermédiaire respectivement du premier miroir 21 et du deuxième miroir 22. Les axes optiques des deux miroirs 21 et 22 sont placés à 90° l'un par rapport à l'autre, de sorte que le deuxième miroir 22 reçoit le signal lumineux réfléchi par l'élément 24 de réflexion totale dans le plan image intermédiaire 23 du premier miroir 21 , et renvoie le signal lumineux vers le troisième module 30 dans une direction perpendiculaire à la direction d'incidence du signal lumineux 11 sur le deuxième module 20. Le premier miroir 21 reçoit directement le signal lumineux issu du premier module 10, et il y a ainsi formation d'une image intermédiaire réelle au niveau du plan focal 23. Comme l'élément 24 se situe dans le plan 23, où la section utile des faisceaux lumineux est la plus réduite possible, l'occultation centrale des faisceaux lumineux causée par la présence de l'élément 24 s'en trouve minimisée. Dans la configuration de la figure 8, l'élément 24 de réflexion est placé à 45° par rapport aux axes optiques des miroirs 21 et 22. Cependant, l'élément 24 de réflexion totale, pour certaines applications, peut être mobile et pivoter autour d'un axe de rotation perpendiculaire à son axe optique. L'arrière de l'élément 24 peut travailler en réflexion totale également.
On peut alors ainsi faire se propager un faisceau optique secondaire directement du premier module 10 vers le troisième module 30, dans un sens ou dans l'autre, sans passer par les deux miroirs concaves 21 et 22 du module 20. Dans une configuration avantageuse, les miroirs 21 et 22 sont paraboliques. De tels miroirs paraboliques permettent, outre la contribution à la correction de la courbure de champ déjà donnée par leur forme concave, une correction quasi parfaite des aberrations géométriques engendrées dans ce module 20 en soi. Le module 20 est alors un véritable module afocal. Lorsque les deux miroirs 21 et 22 sont de même rayon de courbure, le grandissement dudit module afocal 20 devient égal à -1. La configuration quasi afocale a quant à elle l'avantage de permettre de réduire le diamètre des lentilles des autres modules 10 et 30. On peut affiner la correction de la courbure de champ ou des aberrations géométriques et chromatiques du module 20 en insérant un élément dioptrique à proximité d'au moins un des miroirs asphériques 21 ou
22. Cet élément dioptrique sera alors traversé par le faisceau lumineux juste avant et juste après réflexion du faisceau lumineux sur le miroir 21 ou 22. Une variante possible consiste à poser un élément dioptrique directement sur la face avant d'au moins un des miroirs 21 ou 22 pour constituer un miroir du type Mangin tel que connu de l'homme de l'art. Le miroir Mangin est constitué d'une lentille de verre métallisée sur sa face arrière, la réflexion du signal lumineux s'effectuant alors sur ladite face arrière. On précise en outre que l'élément de réflexion totale 24 peut être un miroir plan. Il peut aussi comporter une lame de verre posée sur sa face avant. L'élément 24 peut également être un prisme de réflexion totale. Le troisième module dioptrique 30 comporte une série de lentilles 4.
L'association des lentilles 4 permet de reprendre le signal lumineux envoyé à grande distance par le deuxième module 20 et de l'envoyer sur une tranche 3 par exemple en y formant une image de l'objet 1 réduite par une facteur de 3 à 10 de façon préférentielle. A cet effet, le troisième module comporte une ouverture numérique supérieure à 0.5 environ. Ainsi, une majorité des lentilles optiques 4 du troisième module 30 sont positives. Le nombre et les caractéristiques des lentilles sont choisis et optimisés avec les moyens de conception numérique de l'homme de l'art de sorte que la correction des aberrations géométriques et chromatiques soit satisfaisante pour l'application choisie, par exemple la photolithographie optique. Ainsi, le premier module 10 et/ou le troisième module 30 peuvent comporter au moins une lentille avec une surface asphérique afin d'améliorer les corrections des aberrations chromatiques, géométriques et de distorsion. De plus, le premier module 10 peut comporter un élément de réflexion totale placé dans la série de lentilles et apte à renvoyer le signal lumineux vers le deuxième module 20 selon une direction perpendiculaire à la direction d'incidence du signal lumineux sur le premier module. Ainsi, le faisceau issu de l'objet 1 et le faisceau en sortie du troisième module 30 sont parallèles. Cela facilite grandement l'implantation du dispositif optique objet de la présente invention dans des équipements de photolithographie optique tels qu'un photorépéteur ou « stepper » selon la terminologie anglo- saxonne généralement utilisée par l'homme du métier. L'élément de réflexion totale n'agit qu'en tant que miroir de renvoi pour couder le chemin du signal 11 dans le premier module 10. Dans ce cas, l'élément de réflexion totale peut être un miroir plan, avec lame de verre ou non, ou un prisme de réflexion totale. Le système optique selon l'invention présente plusieurs avantages. II y a indépendance des modules les uns par rapport aux autres. Ainsi, le deuxième module 20 peut être testé et aligné séparément des autres modules 10 et 30. La compacité des modules 10 et 30 - principalement due à la bonne correction de la courbure de champ effectuée par le deuxième module 20 - est très favorable à la stabilité mécanique des éléments optiques et donc à la constance des performances des équipements dans leur environnement opérationnel. De plus, la structure modulaire du dispositif optique contribue à relâcher les tolérances d'alignement en centrage et inclinaison des modules dioptriques 10 et 30 par rapport au module afocal 20. Enfin, les aberrations intrinsèques de chaque module 10, 20 et 30 sont très réduites et peuvent être contrôlées indépendamment les unes des autres. Les développements qui précèdent s'appliquent avantageusement au domaine de la photolithographie optique. Le dispositif optique selon l'invention peut cependant être utilisé dans d'autres domaines, tels que la microscopie en général, la spectroscopie, les télécommunications optiques, etc.

Claims

REVENDICATIONS.
1. Système optique (2) comportant un premier module dioptrique (10) apte à diriger un signal lumineux (11) vers un deuxième module optique (20) de correction de courbure de champ, ledit deuxième module (20) étant apte à diriger le signal corrigé vers un troisième module dioptrique (30), caractérisé en ce que le deuxième module (20) est quasi afocal et comporte deux miroirs concaves asphériques (21 , 22) associés à un élément de réflexion totale (24) placé au voisinage de l'image intermédiaire entre lesdits premier (21) et deuxième (22) miroirs.
2. Système optique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les axes optiques des deux miroirs asphériques (21 , 22) sont placés à 90° l'un par rapport à l'autre, de sorte que le deuxième miroir (22) asphérique reçoit le signal lumineux réfléchi par l'élément de réflexion totale (24) dans le plan image intermédiaire du premier miroir (21) et le renvoie vers le troisième module (30) dans une direction perpendiculaire à la direction d'incidence du signal lumineux sur le deuxième module (20).
3. Système optique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les miroirs asphériques (21, 22) sont paraboliques.
4. Système optique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un des miroirs asphériques (21 , 22) est complété par un élément dioptrique placé à son voisinage.
5. Système optique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins un des miroirs asphériques (21 , 22) comporte sur sa face avant une lame de verre métallisée sur sa face arrière, la réflexion du signal lumineux s'effectuant alors sur ladite face arrière.
6. Système optique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément (24) de réflexion totale est un miroir plan.
7. Système optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le miroir plan (24) comporte sur sa face avant une lame de verre métallisée sur sa face arrière, la réflexion du signal lumineux s'effectuant alors sur ladite face arrière.
8. Système optique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément (24) de réflexion totale est un prisme de réflexion totale.
9. Système optique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément de réflexion totale (24) est mobile et peut pivoter autour d'un axe de rotation perpendiculaire à son axe optique.
10. Système optique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le troisième module (30) comporte une ouverture numérique supérieure à 0.5 environ.
11. Système optique selon la revendication 10, caractérisé en ce que le troisième module (30) comporte une majorité de lentilles optiques positives.
12. Système optique selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que le premier module (10) comporte une ouverture numérique inférieure à 0.5 environ.
13. Système optique selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le premier module (10) et/ou le troisième module (30) comporte(nt) au moins une lentille comportant une surface asphérique.
14. Système optique selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le premier module comporte un élément de réflexion totale apte à renvoyer le signal lumineux vers le deuxième module selon une direction perpendiculaire à la direction d'incidence du signal lumineux sur le premier module.
15. Système optique selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'élément de réflexion totale est un miroir plan.
16. Système optique selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'élément de réflexion totale est un prisme de réflexion totale.
17. Système optique selon les revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la face arrière de l'élément de réflexion totale (24) du deuxième module (20) est réfléchissante sur sa face arrière pour permettre le transfert d'une partie du faisceau directement entre les premier (10) et troisième (30) modules sans passer par les deux miroirs (21 , 22).
18. Dispositif de photolithographie optique, caractérisé en ce qu'il comporte un système optique selon l'une des revendications 1 à 17.
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