NL9301973A

NL9301973A - Belichtingssysteem voor een projectiebelichtingsapparaat.

Info

Publication number: NL9301973A
Application number: NL9301973A
Authority: NL
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 1994-06-16
Also published as: US5387961A; JPH0774085A

Description

Belichtingssysteem voor een projectiebelichtingsapparaat.

Achtergrond van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een projectiebelichtingsapparaat voor toepassing bij de vervaardiging van halfgeleiderinrichtingen, en meer in het bijzonder op een belichtingssysteem voor een projectie-belichtingsapparaat met een verbeterde facettenlens (vliegenooglens) die gebruikt wordt voor het verkrijgen van uniforme belichting.

Fig. 1 toont schematisch een gebruikelijk belichtingssysteem voor een projectiebelichtingsapparaat voor gebruik bij de vervaardiging van halfgeleiderinrichtingen. Het systeem heeft een reflectiespiegel 2, geplaatst vóór een lichtbron 1, en een facettenlens 3 en een condensorlens 4, die achtereenvolgens zijn gelegen aan de achterzijde van de lichtbron 1. Hierbij wordt de facettenlens 3 gewoonlijk gebruikt voor het verkrijgen van een uniforme belichting in het belichtingssysteem, waarin tientallen kleine lensjes, waarvan elk een diameter heeft kleiner dan enkele millimeters, compact bij elkaar geplaatst zijn.

Bij een dergelijk belichtingssysteem van een projectiebelichtingsapparaat valt het licht van lichtbron l in op de facettenlens 3 via de reflectiespiegel 2. Voordat het licht invalt op de facettenlens, is de lichtintensiteit ervan in ruime mate gevarieerd in afhankelijkheid van de plaats.

Nadat het licht is gegaan door de facettenlens 3, wordt een uniforme belichting verkregen op een beeldvormend oppervlak met behulp van tientallen lensjes van de facettenlens.

Dankzij de recente ontwikkelingen van de belichtings-technologie wordt evenwel, aangezien de grootte van facettenlens wordt gevarieerd, het belichtingsgebied kleiner, of het aantal lensjes wordt gereduceerd, en het is dan moeilijk om een uniforme belichting tot stand te brengen. In het bijzonder bij een faseverschuivingsmasker-techniek of ringvormige belichtingstechniek, die recentelijk is ontwikkeld en in dit technische gebied wordt gebruikt om een schuine belichting, die een hoge resolutie geeft, te verkrijgen, wordt het centrale licht, dat gaat door de facettenlens, geblokkeerd door een filter, en slechts 20-50 % van het licht wordt gebruikt. Dit doet afbreuk aan de belichtingsuniformiteit. Verder zijn, zelfs indien het aantal lensjes kan worden vergroot door de afmeting van afzonderlijke lensjes te verkleinen, totdat de facettenlens 50-100 afzonderlijke lensjes bevat, de fabrikagekosten van de afzonderlijke lensjes hoog en het bewerken van kleine lensjes is te moeilijk om praktisch te zijn.

Ter vervanging van de gebruikelijke facettenlens met kleine lensjes zou er een genomen kunnen worden met zoneplaten, hetwelk lenzen zijn, die gebruikmaken van lichtdiffraktie. Zoals getoond in de fig. 2A en 2B vertoont een zoneplaat een concentrisch cirkelvormig patroon, zodat licht afwisselend wordt doorgelaten of geblokkeerd. Met een dergelijk patroon kan de grootte van afzonderlijke lensjes worden verkleind en een groter aantal lensjes worden gevormd, waardoor de uniformiteit van de belichting wordt verbeterd. Aangezien evenwel het licht geblokkeerd wordt in de helft van de lensjes, is het totale lichttransmissie-rendement verminderd tot beneden 50 %. Als gevolg van deze omstandigheden werd tot nog toe de zoneplaat niet toegepast, het eenvoudige fabrikageproces ervan ten spijt.

Samenvatting van de uitvinding

Het is nu het doel van de onderhavige uitvinding een belichtingssysteem voor een projectiebelichtingsapparaat te verschaffen met een verbeterde facettenlens, waarbij de afmeting van de afzonderlijke lensjes sterk is verkleind en een groot aantal daarvan gevormd is, teneinde een uniforme belichting te verkrijgen en het lichttransmissierendement te verhogen.

Daartoe voorziet de uitvinding in een belichtingssysteem voor een projectiebelichtingsapparaat met een lichtbron en een facettenlens, waarin een hoeveelheid afzonderlijke lensjes dicht opeen geplaatst zijn zodanig, dat het licht van de lichtbron wordt ontvangen om een uniforme belichting te geven, met het kenmerk, dat de afzonderlijke lensjes van de facettenlens een patroongedeelte hebben met een aantal ringen met hetzelfde middelpunt maar verschillende diameters, en een etsgedeelte, gelegen afwisselend met het patroongedeelte, teneinde invallend licht door te laten direkt of door diffraktie. Bij de onderhavige uitvinding is het etsgedeelte zodanig gevormd, dat dit een faseverschil heeft van 180° ten opzichte van het patroongedeelte.

Korte beschrijving van de tekening

De uitvinding zal nader worden toegelicht door een beschrijving in detail van een voorkeursuitvoering daarvan onder verwijzing naar de tekening, waarin: fig. 1 schematisch een belichtingssysteem toont voor een projectiebelichtingsapparaat, dat kan worden gebruikt zowel in de bekende techniek als bij de onderhavige uitvinding, fig. 2 een vooraanzicht is van een afzonderlijk lensje, uitgevoerd als zoneplaat onder gebruikmaking van lichtdiffraktie, fig. 2B een dwarsdoorsnee is van het afzonderlijke lensje, getoond in fig. 2A, fig. 3 een vooraanzicht is van een afzonderlijk lensje van een verbeterde facettenlens volgens de onderhavige uitvinding, corresponderende met dat van de fig. 2A en 2B, fig. 3B een dwarsdoorsnede is van het afzonderlijke lensje, getoond in fig. 3A, fig. 4 de gebruikelijke facettenlens toont, en fig. 5 de verbeterde facettenlens volgens de uitvinding toont.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding

In dezelfde configuratie als de gebruikelijke omdat het illuminatiesysteem voor een projectiebelichtingsapparaat van de onderhavige uitvinding een lichtbron 1, en reflectiespiegel 2, geplaatst aan de voorzijde van lichtbron 1 voor het reflecteren en condenseren van het licht, geëmitteerd van de lichtbron, en een facettenlens 3 en condensorlens 4, opeenvolgend geïnstalleerd langs een licht-voortplantingsweg naar achteren vanaf lichtbron 1.

De facettenlens 3, waarin een groot aantal kleine lensjes dicht opeen geplaatst zijn, vormt het aspect van de onderhavige uitvinding. Zoals getoond in de fig. 3A en 3B heeft elk afzonderlijk lensje 5 in de facettenlens een patroongedeelte 6 met hetzelfde middelpunt maar verschillende diameters, en een etsgedeelte 7, dat is geplaatst afwisselend met patroongedeelt 6. Het etsgedeelte 7 is zodanig gevormd, dat dit een faseverschil van 180° heeft ten opzichte van het patroongedeelte 6. Bij een gegeven golflengte X en een brekingsindex n is, om het faseverschil van 180° te creëren, de etsdiepte van etsgedeelte 7 bij voorkeur X/2(n-l). Door zo te doen, wordt het in-faselicht doorgelaten, en het ui't-faselicht geïnverteerd over 180°, wanneer het licht passeert door afzonderlijke lensjes 5, waardoor hetzelfde effekt verkregen wordt.

De afzonderlijke lensjes 5 kunnen worden vervaardigd volgens een welbekende fotolithografische techniek. Indien afzonderlijke lensjes worden gerangschikt in hun dichtste patroon, is de facettenlens volgens de uitvinding gevormd.

In het bijzonder door gebruik te maken van een patroon-vormende inrichting, gebruikt bij het vervaardigen van een fotomasker, wordt een ringvormig patroon concentrisch met een centrale cirkel gevormd op een substraat door aanbrengen van een fotoresist daarop. Daarna wordt dit substraat geëtst tot een diepte zodanig, dat het faseverschil van 180° is gecreëerd ten opzichte van het patroongedeelte, en daarna wordt de fotoresist verwijderd. Dit is hetzelfde patroon als dat van de gebruikelijke zoneplaat, getoond in de fig. 2A en 2B. Het verschil is evenwel, dat het etsgedeelte is geëtst tot een diepte zodanig, dat het faseverschil van 180° is gecreëerd ten opzichte van het patroongedeelte, zodat het ringvormige lichtblokkeringsgedeelte van de zoneplaat is veranderd in een lichtdoorlatend gedeelte. Fig. 5 toont het zeer dichte arrangement van afzonderlijke lensjes 5, gevormd op de bovengenoemde wijze. Wanneer de facettenlens volgens de onderhavige uitvinding wordt vergeleken met de gebruikelijke facettenlens, getoond in fig. 4, zijn de afzonderlijke lensjes van de facettenlens volgens de uitvinding verkleind tot minder dan een vierde in diameter en het totale aantal van de afzonderlijke lensjes is meer dan zestien maal vergroot. Als gevolg is de belichtings-uniformiteit, hetgeen het uiteindelijke doel is van de uitvinding, verbeterd met een faktor van meer dan vier. Bij de gebruikelijke facettenlens, wanneer bijvoorbeeld de brandpuntslengte 20 mm bedraagt, de totale diameter van 50 mm is en de diameter van de afzonderlijke lensjes 5 mm, het aanbrengbare aantal afzonderlijke lensjes beperkt tot 100. Bij de facettenlens volgens de uitvinding, kunnen daarentegen, indien de brandpuntsafstand 20 mm is, de golflengte 0,365 μιη, de diameter van de centrale cirkel 85 μπι en 50 concentrische cirkels gevormd zijn, aangezien de diameter van de buitenste cirkel 1,204 μπι bedraagt, ongeveer 1600 afzonderlijke lensjes worden aangebracht.

Bij het belichtingssysteem voor een projectie-belichtingsapparaat volgens de uitvinding met de bovenbeschreven configuratie valt het licht, geëmitteerd vanaf lichtbron 1 in op de facettenlens 3 via de reflectiespiegel 2. Zelfs indien de intensiteit van het licht, alvorens dit invalt op de facettenlens, in grote mate varieert in afhankelijkheid van de plaats, wordt een uniforme belichting tot stand gebracht op een beeldvormend oppervlak door tientallen van de afzonderlijke lensjes van de facettenlens, nadat het licht gegaan is door de facettenlens 3. Dit komt, omdat de facettenlens een secundaire lichtbron is voor het belichten van het masker, waarop een voorbepaald patroon gevormd is, en een veelvoud van de afzonderlijke lensjes van de facettenlens een uniforme belichting mogelijk maken. In het bijzonder in vergelijking met de gebruikelijke facettenlens kan, omdat de facettenlens volgens de uitvinding veel meer afzonderlijke lensjes bezit, een veel meer uniforme belichting worden verkregen. Aangezien verder het merendeel van het licht, dat invalt op de facettenlens, wordt doorgelaten, is het licht-benuttingsrendement sterk verhoogd.

- conclusies -

Claims

1. Belichtingssysteem voor een projectiebelichtings-apparaat met een lichtbron en een facettenlens, waarin een hoeveelheid afzonderlijke lensjes dicht opeen geplaatst zijn, zodat het licht van een lichtbron wordt ontvangen voor het uitgeven van een uniforme belichting, met het kenmerk, dat de afzonderlijke lensjes van de facettenlens een patroongedeelte hebben met een aantal ringen met hetzelfde middelpunt maar verschillende diameters, en een etsgedeelte, aangebracht afwisselend met het patroongedeelte, teneinde invalslicht direkt of door diffraktie door te laten.

2. Belichtingssysteem voor een projectiebelichtings-apparaat volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het etsgedeelte is gevormd met een faseverschil van 180° ten opzichte van het patroongedeelte.

3. Belichtingssysteem voor een projectiebelichtings-apparaat volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat bij een gegeven golflengte \ en een gegeven brekingsindex n de etsdiepte van het etsgedeelte X/2(n-l) bedraagt.