DE2828530A1

DE2828530A1 - Achromatisches optisches system

Info

Publication number: DE2828530A1
Application number: DE19782828530
Authority: DE
Inventors: Frederick Hayes Dill; Raymond Eugene Tibbetts; Janusz Stanislaw Wilczynski
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1979-01-11
Also published as: FR2396319A1; CA1095760A; GB1559666A; FR2396319B1; JPS5413329A; US4171871A; DE2828530C2; JPS6055807B2

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk N.Y., 10504

pr/zi

Achromatisches optisches System

Die Erfindung betrifft ein optisches System nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Auf vielen Gebieten der Technik, insbesondere bei der Herstellung von miniaturisierten integrierten Schaltungen müssen bestimmte Muster, beispielsweise Masken auf eine mit einer strahlungsempfindlichen Schicht überzogene Fläche übertragen werden. Diese übertragung erfolgt entweder durch sogenannte Kontakt- oder Schattenwurfbelichtungen oder mit Hilfe von hochauflösenden und maßstabsgetreu übertragenden optischen abbildenden Systemen.

Bei der Herstellung von miniaturisierten integrierten Schaltungen wird ein Siliciumscheibchen, auch Wafer genannt, mit einer Photolackschicht überzogen, mit Hilfe einer oder mehrerer Masken mit einem Strahlungsmuster belichtet und verschiedenen Verarbeitungsschritten unterworfen. Diese Folge von Verfahrensschritten wird viele Male wiederholt, um auf dem Halbleiterplättchen eine integrierte Schaltung zu erzeugen. Derartige Halbleiterplättchen haben im allgemeinen einen Durchmesser von 75 bis 100 mm und werden mit vielen hunderten oder tausenden von jeweils miteinander gleichen Schaltungen versehen, die aus linienförmigen Bereichen mit einer Breite von 1 oder 2 um bestehen. Die für aufeinanderfolgende Belichtungen erforderlichen unterschiedlichen Masken müssen jnit einer Genauigkeit von Tausendstel Millimetern ausgerichtet sein. Die einzelne Schaltungen darstellenden Masken Werden im allgemeinen durch photographische Verkleinerung

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_;von größeren Vorlagen oder Meistermasken erzeugt. Masken, die eine in Matrixform angeordnete größere Anzahl von einander identischen Schaltungen enthalten, werden mit Hilfe einer nur eine einzige solche Schaltung enthaltenden Zeichnung oder Maske unter Anwendung sogenannter "Schrittschalt" oder '"Step-And-Repeat" Verfahren hergestellt.

Die abschließende übertragung des Musters auf ein Halbleiterplättchen erfolgt im allgemeinen durch Kontakt- oder Schattenwurfbelichtung. Masken zur Durchführung von Kontaktbelichitungen sind notwendigerweise sehr schwer auszurichten und können durch die Berührung mit den zu belichtenden Unterlagen leicht beschädigt werden. Deshalb wird eine zweite Übertra-'gungsart der zu belichtenden Muster, nämlich die Projektions-

!Übertragung bevorzugt, sofern optische Systeme mit genügend !hohem Auflösungsvermögen zur Verfügung stehen. Bei Verwendung der Projektionsbelichtung für die abschließende überjtragung der Muster auf die Halbleiterplättchen können auch I"Step-And-Repeat" Verfahren verwendet werden. Ihr Nachteil jbesteht jedoch darin, daß außerordentlich strenge optische !Anforderungen erfüllt werden müssen. Für eine gute übertragung der Linienbreite wird eine Mindestmodulation von etwa SO % erforderlich. Bei Linienbreiten von 1 pm erforjdert dies eine nummerische Apertur von 0,3 und ein bis zur !Beugungsbegrenzung aberrationskorrigiertes optisches System. Es ist weiterhin erwünscht, daß diese Korrektur über einen [weiten Spektralbereich vorliegt, so daß die Ausrichtung der JMasken mit im sichtbaren Bereich liegender Strahlung durch- !geführt werden kann, für die die meisten Photolacke unempjfindlich sind, während die eigentliche Belichtung mit einer !Strahlung kürzerer Wellenlänge, beispielsweise mit einer im U^traviolettbereich liegenden Strahlung durchgeführt jwird. Mit einer im kurzen Wellenbereich liegenden Strahlung jweräen schärfere Ränder und Ecken der übertragenen Muster !ersielt» Da es sehr schwer ist, mechanisch sicherzustellen,

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daß die Masken und die Halbleiterplättchen bei den aufeinanderfolgenden Belichtungen stets in den betreffenden Brennebenen liegen, ist es wünschenswert, daß die Korrektionssysteme sowohl im Bildraum als auch im Objektraum telezentrisch sind, d.h. sie sollten als im Maßstab 1:1 vergrößernde Teleskope ausgebildet sein.

Optisch wiedergegebene Masken haben bei Linienbreiten von 1 um wegen des Verlusts der höheren Harmonischen bereits abgerundete Kanten und Ecken. Dieser Nachteil kann bei optischen Systemen durch Vergrößerung der nummerischen Apertur auf beispielsweise 0,7 kompensiert werden. In diesem Fall würde aber das Gesichtsfeld dieser Systeme so klein sein, daß eine Anwendung praktisch ausgeschlossen ist. Mit Hilfe von Elektronenstrahlen hergestellte Masken haben eine bessere Qualität und genügend scharfe Kanten und Ecken. Ihre Verwendung für Zwecke der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen. Konventionelle dioptrische Systeme können Auflösungsvermögen bis zu 1 um erreichen, jedoch nur bei einer einzigen Wellenlänge und erfordern, wenn ein größeres Bilckfeld gewünscht wird, einen sehr hohen Aufwand. Ein übliches hochauflösendes Linsensystem mit einer Vergrößerung von beispielsweise 1:5 besteht bei einem Bildfeld von 10 χ 10 mm aus 11 Elementen mit Durchmessern von 60 bis 90 mm. Ein ähnliches Linsensystem für eine Vergrößerung von 1:1 wäre praktisch nicht herstellbar, da es sowohl bildseitig als auch objektseitig die gleichen nummerischen Aperturen haben müßte, was 20 bis 22 Glaselemente erforderlich macht. Ein weiterer Nachteil der konventionellen dioptrischen Systeme ist, daß Änderungen mit der Frequenz von Seidelaberrationen und höhere Ordnungen von Aberrationen nicht korrigiert werden können, was zu einem beträchtlichen ISekundärspektrum führt. Katoptrische Systeme haben dagegen keine chromatischen Aberrationen und kein Sekundärspektrum. ,In der US-Patentschrift 3 748 015 wird ein hochauflösendes

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katcptrisches System mit einem Maßstab von 1:1 beschrieben. Derartige im Handel befindliche Systeme haben jedoch nummerische Aperturen von etwa 0,167, wodurch ein Auflösungsvermögen bedingt ist, das Linienbreiten von höchstens 2,5 bis 3 jam erzeugen kann. Das Auflösungsvermögen derartiger Systeme kann geringfügig verbessert werden, so daß Linienbreiten bis unter 2 pm übertragen werden können. Die dabei erforderliche Genauigkeit der mechanischen Verstellung, der Schärfentiefe, der Spiegelstabilität und der Spiegelqualität kann jedoch mit den nach dem heutigen Stande der Technik zur Verfügung stehenden Mitteln nicht verwirklicht werden.

Katadioptrische Systeme mit einer Vergrößerung von 1:1 wurden auch schon vorgeschlagen. Das einfachste dieser Systeme, ein 1:1 Plachfeldteleskop wurde von Dyson 1959 in J. Opt. Soc. Amer. 49, 713 beschrieben und besteht aus einer mit einem sphärischen Spiegel konzentrischen plan-konvexen Linse. Die ebene Fläche der Linse schneidet den Krümmungsmittelpunkt und wird daher invertiert auf sich selbst abgebildet. Bei der von Dyson beschriebenen Vorrichtung wird die eine Hälfte der ebenen Fläche zur Abbildung auf die ^andere Fläche benutzt. In der US-Patentschrift 3 536 380 !wird zu einer derartigen Vorrichtung eine strahlenteilende ,halbreflektierende Fläche hinzugefügt, um die Objekt- und ^;die Bildebenen voneinander ohne Opfer an Feldgröße trennen j zu können. Das Dyson-System und verschiedene Verbesserungen iwerden in der Literaturstelle "A Unit-Power Telescope for !Projection Copying" von C. G. Wynne in "Optical Instruments jand Techniques", Seiten 429 - 434, Oriel Press Limited, !herausgegeben von J. H. Dickson (1970) beschrieben. In !dieser Literaturstelle wird vorgeschlagen, eine plan-konjvexe Linse mit einem Plan-Meniskus und einer plan-konvexen ιLinse zu verbinden, um die Aberrationen des Systems zu !korrigieren. Der Verfasser stellt fest, daß durch geeignete

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Wahl der Gläser und der Dispersionen entweder die Änderung der Petzvalsumme mit der Frequenz oder der sphärischen Seidelaberrationen, aber nicht beide gleichzeitig korrigiert werden können. Es wird daher vorgeschlagen, die sphärischen Seidelaberrationen nicht vollständig zu korrigieren und sie stattdessen über das ganze Feld durch eine Abweichung von der exakten Petzvalbedingung auszugleichen.

Die Erfinder haben festgestellt, daß die oben beschriebene Anordnung nicht so weitgehend wie ursprünglich angenommen korrigiert werden kann. Selbst wenn mehrere Meniskuslinsen mit der Vorderseite der plan-konvexen Linse vereinigt werden, um mehrere Freiheitsgrade zu erhalten und eine bessere Korrektur zu ermöglichen, treten unzulässig große chromatische Änderungen des Astigmatismus und der Petzvalsumme auf.Die wichtigere Forderung, sphärische Seidelaberrationen zu korrigieren, führt notwendigerweise dazu, chromatische Änderungen im Astigmatismus und der Petzvalsumme in Kauf zu nehmen, die nicht in klassischer Weise durch Erhöhung der Anzahl der Freiheitsgrade der plan-konvexen Verbundlinsenanordnung korrigiert werden können. Es hat sich in unerwarteter Weise gezeigt, daß die Ursache dieser Schwierig- ; keiten in der Unterlassung einer Korrektur der seitlichen chromatischen Aberrationen begründet ist. Anscheinend muß diese Aberration gar nicht korrigiert werden, da die Symme- j trie des 1:1 Teleskops zur Folge hat, daß die in den Strahlen-i verlauf zum Spiegel eingeführten seitlichen chromatischen ' Aberrationen durch die in dem vom Spiegel wegführenden Strahlengang eingebrachten lateralen chromatischen Aberrationen vollständig kompensiert werden. Der Spiegel selbst verursacht keinerlei chromatische Aberrationen. Obwohl sich die lateralen chromatischen Aberrationen in einem symmetrischen System selbst auslöschen, ergibt sich trotzdem eine Änderung der Weglänge mit der Frequenz, durch die eine chromatische Variation des Astigmatismus und der Petzvalsumme entsteht.

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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein im Maßstab 1:1 vergrößerndes telezentrisches Projektionssystem mit einem beugungsbegrenzten Auflösungsvermögen über ein weites Frequenzband anzugeben. Als besonders wichtig wird die Eigenschaft dieses Projektionssystems angesehen, die sehr feinen Linien und Muster einer integrierten miniaturisierten Schaltung exakt wiederzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein telezentrisches Projektionssystem anzugeben, das über einen weiten Frequenzbereich für die longitudinalen und lateralen chromatischen Aberrationen und für die chromatische Variation des Astigmatismus und der Petzvalsumme korrigiert ist.

Weiterhin soll die laterale chromatische Aberration in einem symmetrischen optischen System zur Herabsetzung der chromatischen Veränderungen des Astigmatismus und der Petzvalsumme korrigiert werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen optischen Systems liegen jvor allem darin, daß aufgrund des zulässigen breiten Fre-■quenzbereich.es die Ausrichtung ohne Einwirkung auf die I zu belichtenden Schichten mit einer im sichtbaren Bereich liegenden Wellenlänge erfolgen kann, während die Belichtung !durch eine im UV-Bereich liegende Wellenlänge erfolgt, ohne !daß die Fokusierung geändert werden müßte. Ein weiterer !vorteil ist darin zu erblicken, daß eine Parität zwischen der Objekt- und der Bildebene besteht„

'Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren erläutert. :Es zeigen;

;Fig„ 1 die schematische Darstellung eines von Dyson vor- • geschlagenen optischen Systems.

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Fig. 2 die schematische Darstellung eines besonders einfachen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fign. 3A Seiten- und Vorderansichten des in Fig. 2 mit und 3B 50 bezeichneten Elements.

Fign. 4A, verschiedene Ansichten und Ausgestaltungsformen 4B - 4D des in Fig. 2 mit 50 bezeichneten Elements.

Fig. 5 die schematische Darstellung der Beleuchtungsund Ausrichtvorrichtungen.

Fign. 6A andere Darstellungsformen verschiedener Ausge- und 6B staltungen der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung.

Fig. 7 das longitudinale Restspektrum bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung.

Fign. 8A die Änderungen des Restastigmatismus für fünf bis 8E verschiedene Wellenlängen.

Fig. 9 eine Darstellung zur Veranschaulichung der optischen Parameter einer besonderen Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 wird der prinzipielle Aufbau eines von Dyson vorgeschlagenen optischen Systems wiedergegeben. Eine dicke plan-konvexe Linse 10 _r besteht aus einer dünnen plan-konvexen Linse 12, die mit einem Glasblock 14 verkittet ist und konzentrisch in bezug auf einen konkaven sphärischen Spiegel 16 angeordnet ist. Die rückwärtige Fläche 16 der Linse 10 liegt im effektiven Krümmungsmittelpunkt sowohl des Spiegels 16 als auch der dazu konzentri-

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sehen Vorderfläche 20 der Linse. Auf diese Weise wird die rückwärtige Fläche 20 in sich selbst invertiert abgebildet. Ein Objekt 22 und eine Hälfte dieser Fläche bildet ein invertiertes Bild 24 auf der anderen Hälfte der Fläche.

In Fig. 2 wird die Erfindung in einer zu der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ähnlichen Art wiedergegeben. Eine Spiegelfläche 26 definiert eine optische Achse, einen Brennpunkt 30 und einen Krümmungsmittelpunkt 32, der in unmittelbarer Nähe einer Fläche 52 liegt. Ein erstes, mit der Achse 28 optisch koaxiales brechendes Element 34 ist zwischen dem Brennpunkt 30 und dem Krümmungsmittelpunkt 32 angeordnet und besteht aus einem plan-konvexen Linsenelement 36 und Meniskuslinsenelementen 38 und 40. Ein zweites mit der Achse 28 optisch koaxiales brechendes Element 42 liegt zwischen dem Brennpunkt 30 und dem Scheitelpunkt 44 der Spiegelfläche 26 und besteht aus Meniskuslinsenelementen ^:46 und 48. Ein optischer Block 50 definiert eine rückwärtige JFläche 52, die parallel zu dem in ihrer Nähe liegenden ;Objekt- und Bildebenen ist. Die Objekt- und Bildebenen liegen !entlang einer Achse 44, so daß die Objekt- und Bildstrahlen |im wesentlichen symmetrisch in bezug aufeinander durch das jerste und das zweite brechende Element 34 bzw. 42 verlaufen. !Dieser Fall tritt jedoch nur dann ein, wenn die Vergrößerung jangenähert 1:1 ist, was der Fall ist, wenn die Fläche ^sehr nahe oder im Krümmungsmittelpunkt 32 liegt. Der Hauptjstrahl 54 ist der Strahl, der von einem Punkt am Rande des !Objektfeldes kommt und zum Scheitelpunkt 44 des Spiegels [verläuft. Ein Randstrahl 56 ist ein Strahl, der von einem auf der Achse 44 liegenden Punkt kommt und gerade noch durch eine die nummerische Apertur definierende Blende hindurchgeht. Die Blende ist an der Kante der Spiegelfläche 26 wirksam.

Durch geeignete Wahl der Gläser und der Radien der sphärischen Flächen der Elemente 36, 38, 40, 46 und 48 können

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die optischen Aberrationen so gut korrigiert werden, daß das System über ein breites Frequenzspektrum beugungsbegrenzt wird. Das brechende Element 34 kann theoretisch nur aus zwei Linsenelementen, aber auch aus mehr als den drei gezeigten Linsenelmenten bestehen. Die Linsenelemente des brechenden Elements 34 können sich, wie dargestellt, im ganzen Plächenbereich berühren oder, je nach den gestellten Anforderungen, nur im Bereich der Achse, der Kanten oder überhaupt nicht im Kontakt sein. Das brechende Element 42 muß außer der Spiegelfläche 26 mindestens noch eine sphärische Fläche aufweisen. Das kann theoretisch mit einer einzigen Meniskuslinse erreicht werden. Eine besonders einfache Lösung besteht darin, daß die Meniskuslinse vom Spiegel in einem bestimmten Abstand angeordnet ist, so daß die rückwärtige Fläche der Meniskuslinse einen anderen Krümmungsradius als die Spiegelfläche 26 haben kann. Vorzugsweise sollte das erste brechende Element so nahe wie möglich an den Objekt- und Bildebenen liegen, während das zweite brechende Element so nahe wie möglich am Spiegel angeordnet sein soll. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren für die Auswahl der geeigneten Gläser und Krümmungsradien wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 6 angegeben. Dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, die Linsenparameter des ersten brechenden Elementes so zu wählen, daß die longitudinale chromatische Aberration der Hauptstrahlen so stark wie möglich reduziert wird und die Linsenparameter des zweiten brechenden Elements so zu be- , stimmen, daß die longitudinalen chromatischen Restaberrationen! der Randstrahlen soweit wie möglich herabgesetzt werden. \

In Fig. 2 wird, wie in der von Dyson beschriebenen Anordnung, die rückwärtige Fläche 42 invertiert in sich selbst im Maßstab 1:1 abgebildet. Ein an einer Hälfte dieser Fläche liegendes Objekt wird invertiert auf der anderen Hälfte abgebildet.

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Der Block 50 kann, wie schon von Dyson beschrieben, eine strahlenteilende, diagonale halbreflektierende Fläche aufweisen, damit die Objekt- und Bildebenen voneinander getrennt werden können, ohne daß die Feldgröße herabgesetzt wird. Diese Maßnahmen werden unter anderem in der US-Patentschrift 3 536 380 und den oben besprochenen Artikel von Wynne beschrieben. Die Ausbildung mit einem Strahlenteiler wird nicht als optimal angesehen, da nur 33 % des Lichtes jeweils in der gewünschten Richtung verlaufen, so daß, unter Vernachlässigung aller anderen Verluste, nur 11 % des vom Objekt ausgehenden Lichts zur Erzeugung der Abbildung zur Verfügung stehen. Dielektrische Beläge würden die Transmission zwar verbessern, aber zusätzliche und schädliche chromatische Effekte einführen.

^!Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Trennung der •Objekt- und Bildebene wird im folgenden anhand der Figuren

,3 und 4 beschrieben. Ein Kreis 58 stellt das gesamte Feld ;dar, das normalerweise mit der gewählten nummerischen jApertur erreicht werden kann. Ohne einer strahlenteilenden !Fläche steht normalerweise eine Hälfte 60 des Kreises 58 als Objektfeld und eine Hälfte 62 als Bildfeld zur Verfügung. Ein nach oben zeigender Pfeil 64 stellt ein Objekt-, und ein nach unten weisender Pfeil 66 die entsprechende jAbbildung dar. Der Abstand zwischen der rückwärtigen Fläche =52 und dem Objekt bzw. der Abbildung ist übertrieben groß jdargestellt. In Fig. 4A wurde der Block 50 entlang der [unter 45° liegenden Diagonalflächen 68 und 70 geschnitten (Fig. 3B) und nach oben und unten erweitert, um zwei Prismen zu bilden, durch die zur Beibehaltung der optischen Korrektur gleiche Weglängen des Lichtes sichergestellt !werden. In der zweidimensionalen Darstellung der Fig. 4A jwurden die durch punktierte Linien dargestellten Teile ;entlang der Linien 68 und 70 nach oben bzw. nach unten gefaltet. Die oben definierten Halbfelder 60 und 62 erscheinen

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nun an der Oberseite (Fig. 4C) bzw. an der Unterseite (Fig. 4D). Wie in Fig. 4A dargestellt, ist der vom rückwärtigen Ende des Objektpfeiles 64 ausgehende Strahlenkonus nicht mehr vollständig. Ein vollständiger Strahlenkonus wird an der Fläche 68 der oberen Prismenstruktur nur für ein wesentlich schmaleres Objektfeld reflektiert, das nun in etwa der Pfeilspitze des Pfeiles 64 entspricht. Vollständige Strahlenkonusse werden reflektiert von Punkten im Halbfeld 60, die links von der Linie 72 liegen (Fig. 4C). Das somit noch zur Verfügung stehende Feld wird in Fig. 4C durch das Segment 74 wiedergegeben. Zur Durchführung einer Abtastung ist eine Blende 86 (Fig. 5) vorgesehen, durch die das Feld, wie in Fig. 4D dargestellt, auf ein Rechteck 76 mit hexagonalen Enden begrenzt wird. Die hexagonalen Endbereiche ermöglichen während einer Abtastung eine bessere Beleuchtung in den angrenzenden Bereichen. Um Parität zwischen der Objektebene und der Bildebene zu erreichen, kann eines der Prismen als Amiciprisma ausgebildet werden, wie das bei dem unteren in Fig. 4 dargestellten Prisma der Fall ist. Liegt bei diesem Zustand Parität vor, so können das Objekt und die Abbildung gemeinsam in der gleichen Richtung innerhalb ihrer Ebenen in bezug auf das optische System bewegt werden, wodurch eine Abtastung erleichtert wird. Auf diese Weise ist es möglich, durch eine Abtastbewegung des gesamten optischen Systems in bezug auf die Maske und das Halbleiterplättchen, die im bezug aufeinander fest angeordnet sind, ein wesentlich größeres Objektfeld 74 auf ein entsprechend großes Halbleiterplättchen zu projezieren.

In Fig. 5 werden die optischen Systeme zur Beleuchtung und zur Ausrichtung dargestellt. Eine Kapillarbogenlampe 78 wird durch einen Kondensor 80 auf eine Maske 82 abgebildet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einer Glasplatte 84 gelagert ist. Die Beleuchtung erfolgt durch eine kritische Beleuchtung mit einer in der Nähe der Maske angeordneten

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und das Objektfeld bestimmenden Leuchtfeldblende 86. Wie schon oben dargestellt, wird ein rechteckiges Feld mit hexagonalen Enden, wie in Fig. 4D dargestellt, bevorzugt. Der Beleuchtungsstrahlengang durchsetzt eine halbreflektierende Fläche 88, so daß das optische System gleichzeitig von einem Auge 90 durch einen gefalteten Mikroskop 92 beobachtet werden kann. Für die Belichtung ist ein im nahen UV-Bereich durchlässiges Filter 94 vorgesehen. Bei der Ausrichtung wird das UV-Filter durch ein gründurchlässiges Filter 96 ersetzt. Während der Belichtung wird eine undurchlässige Blende 98 in den Beobachtungsstrahlengang eingeführt, um den Eintritt von Streulicht zu vermeiden.

Die das Objekt, beispielsweise eine Maske 80 tragende Deckplatte 84 stellt ein optisches Element des optischen Systems dar. Zur Beibehaltung der gleichen Weglängen ist ein Prisma 100 um einen der optischen Weglänge in der Platte 84 gleichen Betrag verkürzt. Gleichzeitig werden die Luftspalte 102 und 104 gleich groß gehalten, um die optische Symmetrie und die chromatische Korrektur der Aberrationen beizubehalten. Die Flächen 106 und 108 liegen auf diese Weise außerhalb der Brennebenen, so daß Verschmutzungen und Kratzer auf diesen !Ebenen nicht auf einer Maske 110 scharf abgebildet werden.

In Fig. 6A wird die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zur !Erläuterung der bevorzugten Methode der Farbkorrektur im ausgeklappten Zustand wiedergegeben. Besonders hervorgehoben jLst ein Hauptstrahl 54, ein Randstrahl 56 und eine Blende 112. Wie ersichtlich, verläuft der Hauptstrahl symmetrisch (zur kälfte oberhalb der Achse und zur Hälfte unterhalb der Achse) Während dies beim Randstrahl nicht der Fall ist. Das hat zur

frolge, daß die im linken Teil des Systems in den Hauptstrahl Eingeführte chromatische Aberration automatisch durch die JLn diesem Strahl im rechten Teil des Systems eingeführte chromatische Aberration kompensiert wird. Die in den Rand-

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strahl eingeführten chromatischen Aberrationen addieren sich, da Randstrahlen das System nicht symmetrisch durchsetzen. Wie aus Fig. 6A ersichtlich, verläuft der Randstrahl auf beiden Wegen oberhalb der Achse. Üblicherweise wird die chromatische Aberration der Randstrahlen, die gemäß Definition eine longitudinale chromatische Aberration ist, durch ein brechendes Element 34 korrigiert, während bezüglich der chromatischen Aberration des Hauptstrahls keine Maßnahmen getroffen werden, da, wie oben dargelegt, diese Störungen sich beim Hin- und Rücklauf gegenseitig aufheben.

In Fig. 6B ist das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel in komplementärer Form dargestellt und dann ausgeklappt. In diesem Fall wird der Spiegel anstatt der rückwärtigen Fläche des Glasblocks Objekt und der Spiegel wird an der rechten Seite des gleichen, in komplementärer Weise funktionierenden Systems abgebildet. Die Blende 112 wird nun vom Spiegel zur rückwärtigen Fläche des Glasblockes verschoben. Durch diesen Kunstgriff entspricht der neue Hauptstrahl 114 dem Randstrahl 56 und der neue Randstrahl 116 dem Hauptstrahl 54 der Fig. 6A. In diesem Fall werden die in den ursprünglich symmetrisch verlaufenden Strahl 116 durch das brechende Element eingeführten chromatischen Aberrationen additiv» Die Parameter des Elements 34 werden jetzt so ausgewählt und in klassischer Weise so berechnet, daß die chromatischen Aberrationen des Strahls 116 gemäß Fig. 6B korrigiert werden. Da der Strahl 114 symmetrisch verläuft, werden keine Korrekturen für chromatische Aberrationen durchgeführt. Unter Bezugnahme auf Fig. 6B ist die durch das brechende Element 34 eingeführte chromatische Korrektion eine longitudinale chromatische Korrektion und wird bezüglich des Strahls 116 durchgeführt, der dem ursprünglichen Hauptstrahl ent-' spricht. Wenn die klassischen Berechnungen durchgeführt und idie Auswahl der Gläser und der Radien für das brechende !Element 34 so durchgeführt wurden, daß eine chromatische

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Korrektion und eine Korrektion der sphärischen Aberrationen erfolgt, wird zur weiteren Erläuterung und Berechnungen der Parameter für das brechende Element 42 auf Fig. 6A Bezug genommen. Anschließend werden die Parameter für das Element 32 ausgewählt und in an sich üblicher klassischer Weise berechnet, um die chromatische Aberration des Strahls 56 zu korrigieren. Da der Strahl 54 symmetrisch verläuft, werden keine Maßnahmen zur Korrektur der chromatischen Aberration dieses Strahl durchgeführt. Unter Bezugnahme auf Fig. 6A .ist die durch das brechende Element 42 bewirkte chromatische Korrektur wieder eine longitudinale chromatische Korrektur und wird bezüglich des Randstrahles durchgeführt. Erforderlichenfalls kann das oben beschriebene Verfahren wiederholt werden, um eine feinere Korrektur zu erhalten. D.h., die Parameter des Elements 34 können unter Bezugnahme auf Fig. 6B, in der die vorher bestimmten Parameter für das Element 42 verwendet werden, erneut ausgewählt und erneut berechnet werden. Auch die Parameter für das Element 42 können in ähnlicher Weise erneut ausgewählt und berechnet werden.

Ein in dieser Weise entworfenes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 7 bis 9 er- :läutert. In Fig. 8 werden die Variationen des Restastigmatismus :für fünf verschiedne Wellenlängen wiedergegeben. Fig. 7 ;zeigt das longitudinale Restspektrum. Beide Residuellen istellen einen Bruchteil der Rayleighgrenze dar. In Fig. 9 ;sind die optischen Elemente 1 bis 6 mit den Radien R₁. bis ■R„ und den Dimensionen D₁ bis Do wiedergegeben, wobei Dg die Dicke des Luftspaltes zwischen den Prismen und der Maske i
oder dem Halbleiterplättchen ist. In der folgenden Tabelle werden die Werte für diese Dimensionen sowie die entsprechenden Brechungsindizes N , die reziproken Dispersionswerte |V und die Glasarten aufgelistet.

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TABELLE

Radien	= piano	Dicken	= 20,0	Linse	^ND	V	Glasa
(mm)	= piano	(mm)	= 5,0
^R1	= 20,41	^D1	= 4,3	1	1.55663	58,6	BaK-5
R₂	= 37,74	^D2	= 6,8	2	1,52241	59,4	K-5
R₃	= 37,88	^D3	= 70,2	3	1,60328	38,0	F-5
^R4	= 108,57	^D4	- 8,0	4	1,58304	59,4	SK-12
^R5	= 125,73	^D5	= 10,4	5	1,55663	58,6	BaK-5
^R6	= 125,05	^D6	,39	6	1,61989	36,3	F-2
R₇	^D7
R₀

In Fig. 10 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die optische Achse 44 der reflektierenden Fläche 26 zwischen dem ersten und dem zweiten brechenden Element 34 bzw. 42 durch einen ebenen Spiegel 118 mit einer ebenen reflektierenden Fläche nach oben gefaltet wird. Durch die dargestellte Faltung der optischen Achse kann sich ein Halbleiterplättchen 110 bis in Bereiche erstrecken, die sonst vom optischen System selbst eingenommen werden. Diese Ausführungsform ist insbesondere für die Fälle besonders vorteilhaft, in denen die Maske klein und das Halbleiterplättchen sehr groß ist, was beispielsweise bei der Verwendung von "Step-And-Repeat" Kameras der Fall sein wird. Ansonsten wird ein großes Halbleiterplättchen immer dann mit dem optischen System kollidieren, wenn die nummerische Apertur genügend groß, beispielsweise gleich 0,4 gewählt wurde.

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Claims

2P28530 - 1 - PATENTANSPRÜCHE

1. Im Maßstab 1:1 vergrößerndes achromatisches optisches System mit einer sphärischen, konkaven, reflektierenden, eine optische Achse definierenden Fläche sowie einem ersten und einem zweiten, koaxial zur reflektierenden Fläche angeordneten brechenden Element, dadurch gekennzeichnet, daß das erste brechende Element (34) zwischen dem Brennpunkt (30) und dem Krümmungsmittelpunkt (32) der reflektierenden Fläche (26) und das zweite brechende Element (42) zwischen der reflektierenden Fläche (26) und ihrem Brennpunkt (30) angeordnet ist, daß eine Objektebene und eine Bildebene definierende Mittel

(50) vorgesehen sind, so daß die Objektstrahlen und die Bildstrahlen symmetrisch in bezug aufeinander das erste und das zweite brechende Element unter Bildung eines im Maßstab 1:1 vergrößernden optischen Systems durchsetzen, wobei das erste brechende Element die longitudinalen sphärischen Aberrationen der Hauptstrahlen und das zweite brechende Element die longitudinalen chromatischen Restaberrationen der Randstrahlen korrigiert.

2. Optisches Systern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß das erste brechende Element (34) aus einem ersten

plan-konvexen Linsenelement (36), einem zweiten Meniskus- [ linsenelement (38), das koaxial zum ersten Linsenelement angeordnet ist und mit diesem einen gemeinsamen Mittelflächenbereich aufweist und aus einem dritten Meniskuslinsenelement (40) besteht, das koaxial zum zweiten Linsenelement angeordnet ist und mit diesem einen gemeinsamen Mittelflächenbereich aufweist.

3„ Optisches System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

ein viertes Meniskuslinsenelement (46) , das koaxial zur '. reflektierenden Fläche (26) angeordnet ist, wobei ein : zentraler konvexer Flächenbereich des besagten vierten

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Elements mit einem zentralen Flächenbereich der reflektierenden Fläche übereinstimmt und durch ein fünftes Meniskuslinsenelement (48), das koaxial mit dem vierten Linsenelement angeordnet ist, wobei ein zentraler konvexer Flächenbereich des fünften Linsenelements mit einem zentralen konkaven Flächenbereich des vierten Linsenelements zusammenfällt.

4. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Objektebene und eine Bildebene definierenden Mittel aus einem keine gekrümmten optischen Flächen aufweisenden optischen Element (50) bestehen.

5. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Objektebene und Bildebene definierende optische Mittel aus einem Block (50) aus optisch durchsichtigem Material besteht, der einen ersten ebenen Flächenbereich aufweist welcher mit einem zentralen ebenen Flächenbereich des besagten plan-konvexen Linsenelements (36) zusammenfällt, und der einen zweiten ebenen Flächenbereich (52) aufweist, der parallel zum ersten ebenen Flächenbereich liegt, wobei der zweite ebene Flächenbereich in unmittelbarer Nachbarschaft des Krümmungsmittelpunktes (32) der reflektierenden Fläche (26) liegt.

6. Optisches System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Objektebene und die Bildebene definierende optische Element (50) aus ersten und zweiten, Objekt- und Bildebenen definierenden Prismenelementen (68.70) mit einer gmeinsamen optischen Achse besteht, die senkrecht zur geometrischen Achse der reflektierenden Fläche liegt.

YO 975 060

7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines der besagten Prismenelemente aus einem Amiciprisma besteht, so daß Parität zwischen den Objekt- und Bildebenen besteht.

8. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines der besagten Prismenelemente (100) eine optische Weglänge hat, die kleiner ist als die optische Weglänge des anderen Prismenelements, und durch einen plattenförmigen optisch transparenten Objektträger (24), dessen Dicke gleich der Differenz der besagten optischen Weglängen ist.

^YO976O6° 809882/0980