DE3447489C2

DE3447489C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Projektionsbelichtung

Info

Publication number: DE3447489C2
Application number: DE3447489A
Authority: DE
Inventors: Ryusho Hirose
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-12-28
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2004-12-28
Also published as: US4891663A; GB2153543B; DE3447489A1; GB8432300D0; US4977426A; GB2153543A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Ver fahren zur Projektionsbelichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 an gegebenen Art ist der EP 0-066-053 entnehmbar.

Eine ähnliche Vorrichtung ist auch der DE-OS 27 55 047 ent nehmbar, wobei dort jedoch die Verwendung eines Excimer- Lasers nicht angesprochen ist.

Schließlich ist noch aus dem Artikel "A simple tunable KrF laser system with narrow bandwidth and diffraction-limited divergence" aus J. Phys. D: Applied Physics, 15 (1982), Sei ten 767-773, ein Excimer-Laser mit einer sehr geringen Band breite bekannt, der sich insbesondere deshalb besonders für den Einsatz in der Photochemie eignet, da hierbei ausgesen dete Photonen sehr energiereich sind und sich ein Belich tungsvorgang somit rascher durchführen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art der art weiterzubilden, daß eine wirkungsvolle Vermeidung der chromatischen Aberration möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Patent anspruch 1 angegebenen Merkmalen auf besonders vorteilhafte Art und Weise gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs beispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzel nen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Aus führungsform einer erfindungsgemäß aus gebildeten Projektionsbelichtungsvor richtung;

Fig. 2 einen Schnitt durch das optische Ab bildungssystem der Vorrichtung der Fig. 1;

die Fig. 3-7 Diagramme, die Aberrationen der Bei spiele 1 bis 5 gemäß der Ausführungs form der Fig. 2 zeigen;

Fig. 8 einen Schnitt durch ein optisches Ab bildungssystem einer Projektionsbe lichtungsvorrichtung nach einer weite ren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

die Fig. 9-13 Diagramme, die Aberrationen der Beispiele 6-10 gemäß der Ausführungsform der Fig. 8 zeigen.

Fig. 1 zeigt eine Projektionsbelichtungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Projektionsbelichtungsvorrichtung umfaßt einen Excimer-Laser 1 als Lichtquelle. Ein vom Excimer-Laser 1 abgegebener Laserstrahl wird auf ein Beleuchtungssystem 2 gerichtet, um ein Original M gleichmäßig zu beleuchten. Das optische Beleuchtungssystem 2 umfaßt mindestens ein Linsen element aus Glas, das gegenüber dem Excimer-Laser- Strahl durchlässig ist und relativ zu diesem ein Brechungsvermögen besitzt. Bei dem Original M handelt es sich um eine Maske oder eine Strichplatte, die eine parallele ebene Glasplatte aus Quarzglas o. ä. umfaßt, welche gegenüber dem Excimer-Laser- Strahl durchlässig ist. Unter Verwendung eines nicht-transperenten metallischen Materiales, bei spielsweise von Chrom, wird ein Schaltungsmuster auf dem Original M erzeugt. Ein verkleinerndes Abbildungssystem 3 dient dazu, das auf dem Original M erzeugte Schaltungsmuster auf ein Plättchen W zu projizieren. Dieses Abbildungssystem 3 umfaßt eine Vielzahl von Linsenelementen, die jeweils aus Quarzglas bestehen, das gegenüber dem Excimer-Laser-Strahl durchlässig ist. Um eine Vielzahl von Schaltungs muster-Belichtungsvorgängen bei der Herstellung einer integrierten Schaltung durchzuführen, ist unter den verschiedenartigen optischen Aberrationen die Verzeichnung (Anorthoskopie) des Abbildungs systems 3 im wesentlichen perfekt korrigiert worden.

Da jedoch ein Excimer-Laser mit einer einzigen Wellen länge oder einem sehr engen Wellenlängenbereich als Lichtquelle zur Belichtung eingesetzt wird, umfaßt das Abbildungssystem 3 keine Linsen, die zusammen geklebt worden sind und unterschiedliche Brechungs indices oder Dispersionseigenschaften zur Korrektur von chromatischen Aberrationen aufweisen. Das Original M wird von einem Halter 4 gelagert, während das Plätt chen W durch eine Plättcheneinspannung 5 gelagert wird. Die Plättcheneinspannung 5 kann über einen X-Y-Schritt-Tisch 6 schrittweise bewegt werden.

Das vom Excimer-Laser 1 abgegebene Licht beleuchtet das Original M durch das Beleuchtungssystem 2, so daß das auf dem Original M befindliche Muster in ver kleinerter Weise durch das Abbildungssystem 3 auf ei nen Abschnitt der Oberfläche des Plättchens W proji ziert wird. Nach der Beendigung des Belichtungsvor ganges wird das Plättchen W mit Hilfe des Tisches 6 um einen Schritt weiterbewegt, so daß ein anderer Abschnitt der Oberfläche des Plättchens zum Abbildungs system 3 ausgerichtet wird. Dieser Abschnitt der Plättchenoberfläche wird daraufhin mit dem Muster des Originales H belichtet. Auf diese Weise werden Be reiche auf der Plättchenoberfläche nacheinander be lichtet, bis der Belichtungsvorgang der gesamten Oberfläche des Plättchens beendet ist.

Es werden nunmehr Ausführungsformen des optischen Abbildungssystems 3 beschrieben. Jede dieser Aus führungsformen des optischen Abbildungssystems 3 ist so ausgebildet, daß sie zusammen mit einem Excimer- Laser verwendet werden kann, der ein Hauptemmissions spektrum einer Wellenlänge von 248,5 nm aufweist und injection-locked ist, so daß er einen Laserstrahl mit einem sehr engen Wellenlängenbereich von etwa 248.5 nm zur Verfügung stellt.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines derarti gen Abbildungssystems 3. Diese Ausführungsform umfaßt die folgenden Bestandteile von der Objektseite zur Bildebenen-Seite hin: Eine erste Linsengruppe I reit positivem Brechungsvermögen, eine zweite Linsen gruppe II mit negativem Brechungsvermögen und eine dritte Linsengruppe III mit positivem Brechungsvermögen. Die erste Linsengruppe I umfaßt eine erste Linsenunter gruppe I₁ mit negativem Brechungsvermögen und eine zweite Linsenuntergruppe I₂ mit positivem Brechungs vermögen. Die erste Linsenuntergruppe I₁ besitzt eine Linse L₁₁₁ mit negativem Brechungsvermögen und eine MeniskusLinse L₁₁₂ mit negativem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite hin gerichtete konvexe Oberfläche aufweist. Die zweite Linsenuntergruppe I₂ umfaßt ein Linsenelement L₁₂₁ eines biconvexen Typs und mindestens eine Meniskus-Linse L₁₂₂ mit einer zur Objektseite hin gerichteten konvexen Oberfläche. Die zweite Linsengruppe II besitzt eine Meniskus- Linse L₂₁ mit negativem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite hin gerichtete konvexe Oberfläche auf weist, eine Linse L₂₂ mit negativem Brechungsvermögen und eine Meniskus-Linse L₂₃ mit negativem Brechungs vermögen, die eine zur Bildebene hin gerichtete konvexe Oberfläche aufweist. Die dritte Linsengruppe III umfaßt eine Meniskus-Linse L₃₁ mit positivem Brechungsvermögen, die eine zur Bildebene hinweisende konvexe Oberfläche besitzt, eine bikonvexe Linse L₃₂, eine Linse L₃₃ mit positivem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite hinweisende konvexe Ober fläche aufweist, und eine Meniskus-Linse L₃₄ mit po sitivem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite hinweisende konvexe Oberfläche besitzt. Die Linse L₂₂ erfüllt die folgende Bedingung:

|R_2F| < |R_2R| (1)

wobei R_2F, R_2R die Krümmungsradien der Oberflächen der Linse L₂₂, die zur Objektseite und zur Seite der Bildebene weisen, darstellen.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung sind die Aberrationen in zufriedenstellender Weise korrigiert. Insbesondere mit einem Projektionsverhältnis von 1 : 5 und einem Sichtwinkel, der nicht größer ist als 14 × 14 mm, wird eine gute Abbildung erreicht.

Jede Komponente dieses Abbildungssystems wird nun mehr im einzelnen beschrieben.

Die erste Linsenuntergruppe I₁ setzt sich aus der Nega tivlinse L₁₁₁ und der als Meniskus-Linse ausgebildeten Negativlinse L₁₁₂, die eine zur Objektseite hin weisende konvexe Oberfläche aufweist, zusammen. Dadurch kann die Verzeichnung in zufriedenstellender Weise über die gesamte Bildebene korrigiert werden, so daß das Muster der Maske ohne Verzeichnung auf dem Plättchen geschrieben werden kann.

Darüberhinaus teilen diese beiden Linsen L₁₁₁ und L₁₁₂ das negative Brechungsvermögen der ersten Linsenuntergruppe I₁ in geeigneter Weise unter sich auf. Dadurch kann ein breiterer Sichtwinkel und somit eine Vergrößerung des Belichtungsbereiches erreicht werden, wodurch sich der Durchsatz ver bessern läßt.

Bei der Linse L₁₁₁ kann es sich um eine Meniskus- Linse mit einer zur Objektseite hinweisenden konvexen Oberfläche, wie die Linse L₁₁₂, oder um eine Linse vom bikonkaven Typ handeln. In jedem Fall können die Aberrationen in zufriedenstellender Weise korrigiert werden.

Die zweite Linsenuntergruppe I₂ wird durch die bikonvexe Linse L₁₂₁ und die als Meniskus-Linse ausgebildete po sitive Linse L₁₂₂ gebildet, die mindestens eine Komponente umfaßt und eine zur Objektseite hinweisende konvexe Oberfläche aufweist. Mit dieser Anordnung werden die von der ersten Linsenuntergruppe I₁ er zeugten einwärts orientierten Koma- und Halo- Erscheinungen korrigiert, so daß ein höheres Auf lösungsvermögen sichergestellt wird.

Die Linse L₁₂₂ kann durch eine einzige Komponente oder zwei oder mehr Komponenten gebildet werden. Wenn zwei oder mehrere Linsenkomponenten verwendet werden, können die Koma- und Halo-Erscheinungen in zufriedenstellender Weise korrigiert werden.

Die zweite Linsengruppe II wird durch die als Me niskus-Linse ausgebildete Negativlinse L₂₁, die eine zur Objektseite hinweisende konvexe Oberfläche auf weist, die Negativlinse L₂₂ und die als Meniskus- Linse ausgebildete Negativlinse L₂₃, die eine zur Seite der Bildebene weisende konvexe Oberfläche auf weist, gebildet. Mit dieser Anordnung werden negative sphärische Aberrationen und sagittale Lichtstreuungen in der Zone von einem mittleren Bereich zu einem Grenzbereich der Bildebene, die durch die zweite Linsenuntergruppe I₂ verursacht werden, zufrieden stellend korrigiert. Genauer gesagt, die negativen sphärischen Aberrationen und Halo-Erscheinungen, die von der zweiten Linsenuntergruppe I₂ verursacht werden, werden durch die Linse L₂₂ korrigiert, während die sagittale Lichtstreuung im Grenzbereich der Bild ebene durch die Linsen L₂₁ und L₂₃ korrigiert werden.

Die vorstehend beschriebene Anordnung der zweiten Linsengruppe II führt zu einer übermäßigen Korrektur relativ zu einem Teil der außerhalb der Achse befind lichen Strahlen, die über dem Hauptstrahl liegen. Dies kann zu einer auswärtsorientierten Koma- Erscheinung führen. Angesichts dieser Tatsache wird die dritte Linsengruppe III aus der als Meniskus- Linse ausgebildeten Positivlinse L₃₁, die eine zur Seite der Bildebene weisende konvexe Oberfläche auf weist, der bikonvexen Linse L₃₂ und den beiden Menis kus-Linsen L₃₃ und L₃₄ mit positivem Brechungsvermö gen gebildet. Dadurch wird eine ausgeglichene Korrektur der auswärtsorientierten Koma-Erscheinungen, der Verzeichnung und der Feldkrümmung, die in einer Zone vom mittleren Bereich zum Grenzbereich der Bild ebene auftritt, welche durch die zweite Linsengruppe verursacht werden, sichergestellt.

Die vorstehend erwähnte Gleichung (1) stellt eine Be dingung zur Erhöhung des Brechungsvermögens der zur Objektseite weisenden Oberfläche der Linse L₂₂ im Ver gleich zu der zur Seite der Bildebene weisenden Oberfläche der Linse dar. Hierdurch werden die sagit tale Lichtstreuung im Grenzbereich der Bildebene und die sphärische Aberration um eine numerische Öffnung 0,3 in zufriedenstellender Weise korrigiert. Wenn die Bedingung (1) nicht erfüllt ist, ist eine ausreichende Korrektur der sphärischen Aberration und der sagittale Lichtstreuung nur schwierig zu erreichen.

Bei der Linse L₂₂ kann es sich um eine bikonkave Linse oder um eine Meniskus-Linse mit einer zur Seite der Bildebene weisenden konvexen Oberfläche handeln, solange wie die vorstehend erwähnte Bedingung (1) erfüllt wird.

Wenn es sich bei der Linse L₁₁₁ der ersten Linsen untergruppe I₁ um eine bikonkave Linse handelt, wird es in bezug auf die Korrektur von Aberrationen bevor zugt, als Linse L₂₂ eine Meniskus-Linse mit einer zur Seite der Bildebene weisenden konvexen Oberfläche einzusetzen.

Obwohl das Abbildungssystem ein zufriedenstellenes Betriebsverhalten aufweist, wenn die vorstehend er wähnten Bedingungen erfüllt sind, können bei Er füllen der nachfolgend aufgeführten Bedingungen noch bessere Ergebnisse erreicht werden:

0,85 < |f₁/f₂| < 2.2 (2)
0,75 < |f₃/f₂| < 1.4 (3)
1.4 < |f₁₁/f₁₂| < 2.5 (4)
1.2 < |f₁₁₁/f₁₁| < 2.1 (5)
|R_1F| < |R_1R

wobei f₁, f₂ und f₃ die Brennweiten der ersten, zweiten und dritten Linsengruppe I, II und III, f₁₁ und f₁₂ die Brennweiten der ersten und zweiten Linsenunter gruppe I₁ und I₂, f₁₁₁ die Brennweite der Linse L₁₁₁ und R_1F und R_1R die Krümmungsradien der zur Ob jektseite und zur Seite der Bildebene weisenden Ober flächen der Linse L₁₁₁ darstellen.

Die Ungleichungen (2) und (3) stellen Bedingungen für das geeignete Einstellen des jeweiligen Brechungsver mögens der Linsengruppen als Basislinsenfunktion dar, um auf diese Weise eine zufriedenstellende Korrektur der Feldkrümmung über die gesamte Bildebene zu erreichen. Wenn der untere Grenzwert überschritten ist, steigt die Petzval-Summe an, so daß die Korrektur dar Feldkrümmung unzureichend wird. Wenn andererseits der obere Grenzwert überschritten wird, findet eine übermäßige Korrektur der Feldkrümmung statt. In die sen Fällen ist daher eine zufriedenstellende Korrektur der Aberrationen über die gesamte Bildebene schwierig.

Die Ungleichung (4) stellt eine Bedingung dar, um bei dem entsprechenden Brechungsvermögen nach den Be dingen (2) und (3) eine Korrektur der durch die erste Linsenuntergruppe I₁ erzeugten Verzeichnung, eine Korrektur der von der zweiten Linsenuntergruppe I₂ verursachten einwärtsorientierten Koma- und Halo- Erscheinungen und eine Unterdrückung der Feldkrümmung über die gesamte Bildebene zu erreichen und dadurch das Auflösungsvermögen zu verbessern. Wenn der un tere Grenzwert der Bedingung (4) überschritten wird, wird die Korrektur der Feldkrümmung unzureichend. Wenn andererseits der obere Grenzwert überschritten wird, findet eine übermäßige Korrektur der Feld krümmung statt.

Die Ungleichung (5) stellt eine Bedingung zur geeig neten Einstellung der Aufteilung des negativen Brechungsvermögens auf die Linse L₁₁₁ relativ zu der ersten Linsenuntergruppe I₁ dar, um die Verzeichnung zufriedenstellend zu korrigieren. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung (5) überschritten wird, wird die Korrektur der Verzeichnung unzureichend, während eine übermäßige Korrektur der Verzeichnung statt findet, wenn der obere Grenzwert überschritten wird.

Die Ungleichung (6) stellt eine Bedingung zur Redu zierung des Brechungsvermögens der Oberfläche der Linse L₁₁₁, die zur Objektseite hinweist, im Vergleich zu der Oberfläche dieser Linse, die zur Seite der Bildebene hinweist, dar, um auf diese Weise die Ver zeichnung über die gesamte Bildebene noch besser korrigieren zu können. Wenn die Bedingung (6) nicht erfüllt ist, wird die Korrektur der Verzeichnung un zureichend.

Wenn jede Linse L₃₃ und L₃₄ der dritten Linsengruppe III oder eine dieser Linsen durch zwei oder mehr Linsenkomponenten gebildet wird, um den Anteil des Brechungsvermögens eines jeden Linsenelementes zu unterdrücken, können die Feldkrümmung und Koma- Erscheinungen in zufriedenstellenderer Weise über die gesamte Bildebene korrigiert werden, so daß daher ein höheres Auflösungsvermögen erreicht wird.

Wie vorstehend erläutert, wird durch das Abbildungs system gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ein optisches Projektionssystem zum Einsatz in ei ner Projektionsbelichtungsvorrichtung verwirklicht, das ein hohes Auflösungsvermögen und ein besonders gutes Betriebsverhalten besitzt.

Numerische Beispiele dieses Abbildungssystems werden im nachfolgenden Teil dieser Beschreibung erläutert. Bei den folgenden numerischen Beispielen stellen Ri den Krümmungsradius der "i-ten" Linsenoberfläche in der Reihenfolge von der Objektseite her, Di die Linsendicke oder den Luftspalt des "i-ten" Elementes in der Reihenfolge von der Objektseite und Ni den Brechungsindex des Glasmateriales der "i-ten" Linse in der Reihenfolge von der Objektseite her dar.

Als Glasmaterial wurde Quarzglas (SiO₂) eingesetzt, das bei einer Wellenlänge von 248,5 nm einen Brechungs index von 1,521130 besaß.

Die folgenden numerischen Beispiele wurden mit einem Projektionsverhältnis von 1 : 5, einer numerischen Öffnungsgröße NA = 0,3 und einem Bildebenen-Bereich von 14 × 14 durchgeführt.

Zahlenbeispiel 1

Zahlenbeispiel 2

Zahlenbeispiel 3

Zahlenbeispiel 4

Zahlenbeispiel 5

Die Aberrationen der vorstehenden Zahlenbeispiele 1-5 sind in den Diagrammen der Fig. 3-7 ge zeigt. In diesen Diagrammen ist mit X die Bild höhe, mit M die meridionale Bildfläche und mit S die sagittale Bildfläche bezeichnet.

Eine andere Ausführungsform des verkleinernden Ab bildungssystems 3 wird nunmehr in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben.

Wie in Fig. 8 gezeigt, umfaßt das Abbildungssystem in der Reihenfolge von der Objektseite zur Seite der Bildebene eine erste Linsengruppe A mit positivem Brechungsvermögen, eine zweite Linsengruppe B mit negativem Brechungsvermögen und eine dritte Linsen gruppe C mit positivem Brechungsvermögen. Die erste Linsengruppe A umfaßt eine erste Linsenunter gruppe A₁ mit negativem Brechungsvermögen und eine zweite Linsenuntergruppe A₂ mit positivem Brechungs vermögen. Die erste Linsenuntergruppe A₁ umfaßt mindestens zwei Linsen L'₁₁₁ und L'₁₁₂, die jeweils negatives Brechungsvermögen und eine zur Seite der Bildebene weisende konkave Oberfläche besitzen. Die zweite Linsenuntergruppe A₂ besitzt eine bikonvexe Linse L'₁₂₁ und eine Linse L'₁₂₂ mit positivem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite weisende konvexe Oberfläche aufweist. Die zweite Linsengruppe B umfaßt eine Meniskus-Linse L'₂₁ mit negativem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite weisende konvexe Oberfläche aufweist, eine bikonkave Linse L'₂₂ und eine Meniskus-Linse L'₂₃, die ein negatives Brechungsvermögen besitzt und eine zur Seite der Bild ebene weisende konvexe Oberfläche aufweist. Die dritte Linsengruppe C umfaßt eine Meniskus-Linse L'₃₁ mit positivem Brechungsvermögen und einer zur Seite der Bildebene weisenden konvexen Oberfläche, eine bikonvexe Linse L'₃₂, eine Linse L'₃₃ mit positivem Brechungsvermögen und einer zur Objektseite weisenden konvexen Oberfläche und eine Meniskus-Linse L'₃₄ mit positivem Brechungsvermögen und einer zur Objekt seite weisenden konvexen Oberfläche.

Mit dieser Anordnung läßt sich durch das Abbildungs system dieser Ausführungsform eine Projektionslinse verwirklichen, bei der Aberrationen in zufrieden stelllender Weise korrigiert sind. Insbesondere mit einem Vergrößerungsverhältnis von 110 und einem Sichtwinkel, der nicht größer als 10 × 10 mm ist, läßt sich ein gutes Abbildungsverhalten erreichen.

Jede Komponente dieses Abbildungssystems wird nunmehr im einzelnen beschrieben.

Wie vorstehend erläutert, wird die erste Linsenunter gruppe A₁ durch mindestens zwei Negativlinsen ge bildet, die jeweils eine zur Seite der Bildebene weisende konkave Fläche aufweisen, und vorzugsweise durch mindestens zwei als Meniskus-Linsen ausge bildete Negativlinsen, wie beispielsweise L'₁₁₁ und L'₁₁₂, die jeweils eine zur Objektseite weisende konvexe Oberfläche aufweisen. Dadurch kann die Ver zeichnung in zufriedenstellender Weise über die ge samte Bildebene korrigiert werden. Somit kann das Maskenmuster ohne jegliche Verzeichnung geschrieben werden.

Darüberhinaus wird durch Aufteilen des negativen Brechungsvermögens der ersten Linsenuntergruppe A₁ zwischen diese beiden Linsen L'₁₁₁ und L'₁₁₂ ein breiterer Sichtwinkel erhalten. Somit wird der Belichtungsbereich vergrößert und dadurch der Durchsatz verbessert.

Die zweite Linsenuntergruppe A₂ wird durch die bi konvexe Linse L'₁₂₁ und die Linse L'₁₂₂ mit posi tivem Brechungsvermögen gebildet. Dadurch werden die in der ersten Linsenuntergruppe A₁ verursachten einwärtsorientierten Koma- und Halo-Erscheinungen korrigiert, wodurch ein höheres Auflösungsvermögen erreicht wird.

Die zweite Linsengruppe B wird durch die Meniskus- Linse L'₂₁ mit negativem Brechungsvermögen, die eine zur Objektseite weisende konvexe Oberfläche auf weist, die bikonkave Linse L'₂₂ und die Meniskus- Linse L'₂₃ mit negativem Brechungsvermögen, die eine zur Seite der Bildebene weisende konvexe Oberfläche aufweist, gebildet. Mit dieser Anordnung können ne gative sphärische Aberrationen und sagittale Licht streuungen, die in einer Zone von einem mittleren Bereich bis zu einem Grenzbereich der Bildebene auftreten und durch die zweite Linsenuntergruppe verursacht werden, korrigiert werden. Insbesondere werden die negative sphärische Aberration und die von der zweiten Linsenuntergruppe A₂ verursachten Halo-Erscheinungen durch die Linse L'₂₂ korrigiert, während die sagittale Lichtstreuung im Grenzbereich der Bildebene durch die Linsen L'₂₁ und L'₂₃ korrigiert wird.

Die vorstehend beschriebene Anordnung der zweiten Linsengruppe B führt zu einer übermäßigen Korrektur in bezug auf einen Teil der außerhalb der Achse an geordneten Strahlen, die über dem Hauptstrahl liegen. Dadurch können auswärtsorientierte Koma-Erscheinungen verursacht werden. Angesichts dieser Tatsache wird die dritte Linsengruppe C durch die Meniskus-Linse L'₃₁ mit positivem Brechungsvermögen, die eine zur Seite der Bildebene weisende konvexe Oberfläche auf weist, die bikonvexe Linse L'₃₂ und die beiden Me niskus-Linsen L'₃₃ und L'₃₄, die jeweils positives Brechungsvermögen besitzen, gebildet. Diese An ordnung stellt eine ausgeglichene Korrektur der aus wärtsorientierten Koma-Erscheinungen, Verzeichnungen und Feldkrümmung, die in der Zone von einem mittleren Abschnitt bis zu einem Grenzabschnitt der Bildebene auftritt, welche durch die zweite Linsengruppe ver ursacht werden, sicher.

Obwohl das vorstehend beschriebene Abbildungssystem bei Einhaltung der vorstehend wiedergegebenen Be dingungen ein besonders gutes Betriebsverhalten auf weist, können noch bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn die nachfolgend aufgeführten Bedingungen einge halten werden:

1.9 < |f₁/f₂| < 3.7 (7)
0.8 < |f₂/f₃| < 1.2 (8)
1.1 < |f₁₁/f₁₂| < 2.3 (9)
1.4 < f₁₁₁/f₁₁ < 2.2 (10)

wobei f₁, f₂ und f₃ die Brennweiten der ersten, zweiten und dritten Linsengruppe A, B und C, f₁₁ und f₁₂ die Brennweiten der ersten und zweiten Linsenuntergruppe A₁ und A₂ und F₁₁₁ die Brennweite der Linse L₁₁₁ dar stellen.

Die Ungleichungen (7) und (8) stellen Bedingungen zum geeigneten Einstellen des Brechungsvermögens der Linsengruppen als Basislinsenfunktion dar, um auf diese Weise die Feldkrümmung in zufriedenstellender Weise über die gesamte Bildebene zu korrigieren. Wenn der untere Grenzwert einer jeden Bedingung überschritten wird, steigt die Petzval-Summe an, so daß eine unzu reichende Korrektur der Feldkrümmung erhalten wird. Wenn andererseits der obere Grenzwert überschritten wird, findet eine übermäßige Korrektur der Feld krümmung statt. In diesen Fällen ist daher eine zu friedenstellende Korrektur der Aberrationen über die gesamte Bildebene nur schwierig zu erreichen.

Die Ungleichung (9) stellt unter Einstellung des Brechungsvermögens nach den Bedingungen (7) und (8) eine Bedingung zur Korrektur der durch die erste Linsenuntergruppe A₁ verursachten Verzeichnung, für die Korrektur der durch die zweite Linsenuntergruppe A₂ verursachten einwärtsorientierten Koma- und Halo- Erscheinungen und für die Unterdrückung der Feld krümmung über die gesamte Bildebene dar, um auf diese Weise das Auflösungsvermögen zu verbessern. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung (9) überschritten wird, wird eine unzureichende Korrektur der Feld krümmung erhalten. Wenn andererseits der obere Grenzwert überschritten wird, findet eine über mäßige Korrektur der Feldkrümmung statt.

Die Ungleichung (10) stellt eine Bedingung zur ge eigneten Einstellung des Anteils des negativen Brechungsvermögens der Linse L'₁₁₁ relativ zur ersten Linsenuntergruppe A₁ dar, um die Verzeichnung in zu friedenstellender Weise zu korrigieren. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung (10) überschritten wird, findet eine unzureichende Verzeichnungs korrektur statt. Wenn der obere Grenzwert über schritten wird, ist die Verzeichnungskorrektur zu stark.

Bei dem Abbildungssystem dieser Ausführungsform kann es sich bei der Linse L'₁₂₂ um eine bikonvexe Linse oder um eine Meniskus-Linse mit einer zur Objektseite weisenden konvexen Oberfläche handeln.

Wenn die erste Linsenuntergruppe A₁ durch drei oder mehr Meniskus-Linsen gebildet wird, die jeweils ein negatives Brechungsvermögen besitzen und eine zur Objektseite weisende konvexe Ober fläche aufweisen, wird der Anteil des Brechungs vermögens einer jeden Linse unterdrückt. Dies wird bevorzugt, da auf diese Weise das Auftreten von Koma-Erscheinungen minimal gehalten und die Auswirkungen der anderen Aberrationen verringert werden können.

Wenn jede Linse L'₃₃ und L'₃₄ der der dritten Linsen gruppe C oder eine dieser Linsen durch zwei oder mehr Komponenten gebildet wird, um den Anteil des Brechungsvermögens zu unterdrücken, können Koma- Erscheinungen und Bildkrümmung besser über die gesamte Bildebene korrigiert werden. Auf diese Weise läßt sich ein höheres Auflösungsvermögen erzielen.

Wie vorstehend erläutert, läßt sich durch das Ab bildungssystem gemäß dieser zweiten Ausführungs form der Erfindung ein optisches Projektionssystem zur Verwendung in einer Projektionsbelichtungs vorrichtung verwirklichen, das ein hohes Auflösungs vermögen und ein besonders gutes Betriebsverhalten besitzt.

Zahlenbeispiele dieses Bildsystems werden im folgenden Teil der Beschreibung erläutert. Bei den folgenden Zahlenbeispielen stellen Ri den Krümmungsradius der "i-ten" Linsenfläche in der Reihenfolge von der Objektseite her, Di die Linsendicke oder den Luft spalt des "i-ten" Elementes in der Reihenfolge von der Objektseite her und Ni den Brechungsindex des Glasmateriales der "i-ten" Linse in dieser Reihenfolge von der Objektseite dar.

Als Glasmaterial wurde Quarzglas (SiO₂) eingesetzt, das bei einer Wellenlänge von 248,5 nm einen Brechungsindex von 1,521130 besaß.

Die folgenden Beispiele wurden bei einem Projektions verhältnis von 1 : 10, einer numerischen Öffnungs größe von NA = 0,35 und einem Bildeben-Bereich von 10 × 10 durchgeführt.

Zahlenbeispiel 6

Zahlenbeispiel 7

Zahlenbeispiel 8

Zahlenbeispiel 9

Zahlenbeispiel 10

Die Aberrationen der vorstehend wiedergegebenen Zahlenbeispiele 6-10 sind in den Diagrammen der Fig. 9-13 dargestellt. In diesen Dia grammen ist mit Y die Bildhöhe, mit M die meridionale Bildfläche und mit S die sagittale Bildfläche bezeichnet.

Die Zahlenbeispiele 1-10 besitzen das gemeinsame Merkmal, daß irgendeine verbundene Linse zur Korrektur der chromatischen Aberration nicht vor handen ist. Da die Excimer-Linse eine einzige Wellenlänge oder einen sehr engen Wellenlängenbe reich zur Verfügung stellt, ist es zur Korrektur einer axialen chromatischen Aberration nicht er forderlich, irgendein Paar von miteinander verbun denen Linsen oder Paare dieser Linsen in der Nachbar schaft der Ebene einer Blende 50 (siehe die Fig. 2 und 8), in der der Hauptstrahl die optische Achse schneidet, in einer symmetrischen Anordnung relativ zur Ebene der Blende anzuordnen. Mit anderen Worten, bei jeder der Linsen L₂₁ und L₂₃, die in Fig. 2 gezeigt sind, und der Linsen L'₂₁ und L'₂₃, die in Fig. 3 gezeigt sind, handelt es sich in der Tat um nicht-verbundene Linsen.

Natürlich muß es sich bei der in Fig. 2 oder Fig. 8 gezeigten Blende 50 nicht um ein echtes Blenden element handeln.

Erfindungsgemäß wird somit eine Projektionsbelichtungs vorrichtung zur Verfügung gestellt, mit der über ein optisches Brechungssystem ein auf einem Original, beispielsweise einer Maske oder einer Strichplatte, ausgebildetes Muster auf ein Plättchen projiziert wird. Die Projektionsbelichtungsvorrichtung umfaßt eine Lichtquelle, die einen Excimer-Laser-Strahl zum Belichten des Originales zur Verfügung stellt. Das optische Brechungssystem umfaßt eine Vielzahl von Linsen, von denen jede aus Quarzglas (SiO₂) besteht.

Claims

1. Projektionsbelichtungsvorrichtung, mit

a) einer Lichtquelle in Form eines Excimer-Lasers (1)
b) einer Vorrichtung (4) zum Lagern eines Originals (M), auf dem ein Schaltungsmuster ausgebildet ist und das mittels eines Laserstrahlenbündels beleuchtbar ist,
c) einer Vorrichtung (5) zum Lagern eines Wafers (W), auf dem das Schaltungsmuster zu reproduzieren ist, sowie mit
d) einem optischen Abbildungssystem (3), welches das Schaltungsmuster auf den Wafer projiziert,

gekennzeichnet durch

a) eine Vorrichtung zur Einengung der Bandbreite, mittels der ein Laserstrahlenbündel mit einer sehr engen Bandbreite erzeugt wird,

wobei das optische Abbildungssystem eine Mehrzahl von Linsenelementen umfaßt, die alle aus einem einzigen Linsenma terial, nämlich SiO₂ bestehen.

2. Verfahren, bei dem ein Schaltungsmuster mittels eines Geräts nach Anspruch 1 auf einen Wafer übertragen wird.