DE4301716C2

DE4301716C2 - Projektionsbelichtungsgerät und -verfahren

Info

Publication number: DE4301716C2
Application number: DE4301716A
Authority: DE
Inventors: Yoshitada Oshida; Tutomu Tawa; Yukihiro Shibata; Shigemi Ishii; Minori Noguchi; Tsuneo Terasawa; Makoto Murayama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-02-04
Filing date: 1993-01-22
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2013-01-23
Also published as: DE4301716A1; US5302999A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsbelichtungsgerät mit einer Lichtquelle und mit einem optischen Ausleuchtungssystem und auf ein Projektionsbelichtungsverfahren, insbesondere zur Produktion von Halblei terchips und im speziellen auf ein Projektionsbelichtungsgerät, Ausleuchtungs verfahren und Ausleuchtungsgerät, das sowohl die Richtwirkung des aus leuchtenden Lichtes in Übereinstimmung mit der Größe und der Form eines zu beleuchtenden oder zu erkennenden Musters steuert, als auch die Art einer Maske, eines Gitters oder eines Wafers, um zu ermöglichen, das Muster unter geeigneten Bedingungen auszuleuchten oder zu erkennen.

Muster von integrierten Halbleiterschaltungen, die dazu tendieren, immer feiner zu werden, haben einen Bereich erreicht, bei dem die Musterbreite sich der Wellenlänge des Lichtes annähert. Obwohl Ausleuchtungsmethoden, die Röntgenstrahlen oder Elektronenstrahlen anstelle von Lichtstrahlen benut zen, entwickelt worden sind, nehmen diese Methoden einen geringeren Stellenwert in der Massenproduktion ein, verglichen mit der Lichtausleuch tungsmethode, die erlaubt, eine große Anzahl integrierter Schaltkreischips für eine kurze Zeit auszuleuchten, speziell bei der Produktion von Speichern usw., für die eine große Nachfrage besteht, und daher Schwierigkeiten bei der Massenproduktion billiger Speicher auftreten. Unter diesen Umständen wurden in den vergangenen Jahren Techniken entwickelt, um eine Maske oder ein Gitter bereitzustellen, das in einem konventionellen i-Linienreduk tions-Projektionsbelichtungsgerät (i-Linienschrittgeber) mit einem Phasenver schiebungsteil benutzt wird, um auf signifikante Weise die Auflösung des Musters verglichen mit einem konventionell benutzten normalen Gitter zu verbessern. Weiterhin wurde eine Technik entwickelt, wie sie in JP-A-61- 91662 beschrieben wurde, um die Auflösung der Muster zu verbessern, auch ohne Benutzung eines derartigen speziellen Gitters durch Formen eines ringförmigen Lichtstrahls zur Ausleuchtung eines Gitters an einer Eingangs pupille einer Reduktionsprojektionslinse, um ein hohes räumliches Frequenz spektrum des Lichtes, das das Gitter überträgt, zu veranlassen durch eine Eingangspupille der abbildenden Linse zur Belichtung zu laufen.

Wenn ein Verfahren zur Verbesserung der Auflösung von Mustern, wie es oben beschrieben wurde, angewandt wird, wenn ein konventionell benutztes Halbleiterbelichtungsgerät (i-Linienschrittgeber) benutzt wird, wie es getan wird, tritt ein Problem auf, daß ein sogenannter σ-Wert, der die Ausleuch tungsrichtwirkung eines das Gitter ausleuchtenden Lichtstrahles anzeigt (σ = das Verhältnis des Ausmaßes des ausleuchtenden Lichtes auf der Pupille einer abbildenden Belichtungslinse zum Durchmesser der Linsenpupille), nicht übereinstimmt mit dem σ-Wert, der die Ausleuchtungsrichtwirkung angibt, die optimal für das die Auflösung verbessernde Verfahren ist.

Um das o. g. Problem, das dem heutigen Stand der Technik eigen ist, zu lösen, ist es ein Zeil der vorliegenden Erfindung, ein Projektionsbelichtungs gerät und ein Projektionsbelichtungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, auszuleuchtendes Licht zu selektieren und zu steuern, das für jedes der verschiedenen, die Auflösung verbessernden Verfahren optimal ist, und Belichtungslicht zu benutzen, das von einer Belichtungsquelle ausgesandt wird, ohne es zu vergeuden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 1 bez. durch ein Projektionsbelichtungsverfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprü chen definiert.

DE 40 09 089 A1 offenbart einen Halter zum Einsatz mit einer Vielzahl von Lichtleitfasern, die ein Werkstück beleuchten, wobei der Halter eine zentrale Bohrung aufweist, durch die sich die Fasern erstrecken. Es werden Schrauben und Federn benutzt, um die Orientierung der Fasern zueinander einzustellen, um verschiedene Beleuchtungsmuster auf dem Werkstück zu erzielen. Des weiteren wird ein entsprechendes Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes offenbart. Dieser Stand der Technik findet Anwendung für einen Hochleistungs-Laser in der Metall-Materialbearbeitung, so daß dieser Stand der Technik keine Anleitung zu der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe bietet.

In JP-OS 60-247 643 wird eine optische Vorrichtung offenbart, welche zur Vermeidung von Speckles und zur Erhöhung der Ausbeute einer Vorrichtung die Kohärenz eines Lichtstrahles schwächt. Hierzu wird ein Laser-Lichtstrahl in seinem Durchmesser erweitert und mittels eines Glasfaser-Bündels in mehrere Teilstrahlen aufgezweigt und wieder zusammengeführt, wobei die Teilstrahlen unterschiedliche optische Weglängen durchlaufen. Aufgrund der optischen Wegdifferenzen zwischen den einzelnen Lichtstrahlen wird die Kohärenz-Weglänge der Lichtstrahlen überschritten, so daß lediglich die Lichtstrahlen einer einzigen Glasfaser miteinander interferieren können. Dieser Stand der Technik ist somit zur Lösung einer anderen Aufgabe be stimmt und gibt für die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung keine Anhaltspunkte.

Im speziellen stellt die vorliegende Erfindung ein Projektionsbelichtungsgerät bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine Lichtquelle zur Aus sendung eines Lichtstrahls zur Belichtung aufweist; daß es ein optisches Ausleuchtungssystem aufweist, das einen optischen Faserbündelabschnitt aufweist, der eine Vielzahl von gebündelten optischen Fasern einschließt mit einer Eingangsebene, auf die der von der Belichtungslichtquelle ausgesandte Lichtstrahl einfällt, sowie einen optischen Kleinfaserbündelabschnitt, der eine Vielzahl kleiner optischer Faserbündel mit jeweils einer Ausgangsebene einschließt; und daß es ein Projektionsbelichtungssystem aufweist, zum Projizieren eines Lichtstrahls, der ein optisches Ausleuchtungssystem durch läuft und eine Maske oder ein Gitter auf ein Zeilobjekt überträgt, das als Musterabbild der Maske oder des Gitters belichtet werden soll.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere ein Projektionsbelich tungsgerät bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist: eine Lichtquelle zur Aussendung eines Lichtstrahles zur Belichtung; ein optisches Ausleuchtungssystem, um eine Maske oder ein Gitter mit einem Lichtstrahl anzustrahlen, der von einer Belichtungslichtquelle ausgestrahlt wird, das eine optische Fasereinrichtung beinhaltet, die aus einem optischen Faserbündelabschnitt besteht, der eine Vielzahl optischer Fasern einschließt und eine Eingangsebene besitzt, von der der Lichtstrahl, der von der Be leuchtungslichtquelle ausgesandt wird, eintritt, sowie einen optischen Kleinfa serbündelabschnitt, der eine Vielzahl kleiner optischer Faserbündel ein schließt, die jeweils eine Ausgangsebene besitzen, sowie ein optisches Konvergierungs- und Divergierungssystem zum Konvergieren bestimmter Winkelkomponenten eines einfallenden Licht strahls, der von der optischen Fasereinrichtung austritt und zum Diver gieren der konvergierten Komponenten; und ein optisches Projektions system zum Projizieren eines Lichtstrahls, der ein optisches Ausleuch tungssystem durchläuft und eine Maske oder ein Gitter auf ein Ziel objekt überträgt, das als ein Musterabbild der Maske oder des Gitters belichtet werden soll.

Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Projektionsbelichtungsgerät zur Verfügung, das gekennzeichnet ist indem es aufweist: eine Lichtquelle zur Aussendung eines Lichtstrahls zur Belichtung; ein optisches Ausleuchtungssystem zur Bestrahlung einer Maske oder eines Gitters mit einem Lichtstrahl, der von der Belichtungs lichtquelle ausgesandt wird, die eine optische Fasereinrichtung beinhaltet, welche einen optischen Faserbündelabschnitt aufweist, der eine Vielzahl optischer Fasern einschließt und eine Eingangsebene besitzt, von der ein Lichtstrahl, der von der Belichtungslichtquelle ausgeht, eintritt, sowie einen optischen Kleinfaserbündelabschnitt, der eine Vielzahl kleiner optischer Faserbündel einschließt, die jeweils eine Ausgangsebene haben; und ein optisches Projektionssystem zum Projizieren eines Lichtstrahls, der durch ein optisches Ausleuchtungssystem durchgeht und eine Maske oder ein Gitter auf ein Zielobjekt übermittelt, das als ein Musterabbild der Maske oder des Gitters belichtet werden soll. Im speziellen ist das Projektionsbelichtungsgerät der vorliegenden Erfindung so konstruiert, daß ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle ausgesandt wird, konvergiert wird, um in eine Eingangsebene einer Seite des optischen Faserbündelabschnitt einzutreten, der eine Vielzahl von gebündelten optischen Fasern aufweist, und dieser optische Faserabschnitt ist mit einem optischen Kleinfaser bündelabschnitt verbunden, der eine Vielzahl kleiner optischer Faserbün del enthält. Weiterhin, wenn ein Zielobjekt, das belichtet werden soll, eine Maske oder ein Gitter, mit Lichtstrahlen beleuchtet wird, die aus der Vielzahl der kleinen optischen Faserbündeln austreten, sind die Vielzahl der kleinen optischen Faserbündel so konstruiert, daß relative Positionen der Ausgangsebenen davon steuerbar sind.

Durch Anordnen eines zylindrischen Spiegels mit einer Symmetrieachse parallel zur Normalen der Eingangsendebene des optischen Faserbündels und einer Spiegeloberfläche, die ein hohes Reflexionsvermögen bezüglich eines Lichtstrahles zur Belichtung in der Nähe der Eingangsebene auf weist, so daß die Symmetrieachse mit dem Zentrum der äußeren Form der Eingangsendebene übereinstimmt, kann ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle ausgesandt wird, in einer ringförmigen Form zur Eingangsend ebene des optischen Faserbündels geleitet werden. Alternativerweise kann, durch Anordnen in der Nähe der Eingangsendebene eines trans parenten Gliedes, das eine symmetrische Rotationsachse parallel zur Normalen dieser Eingangsendebene aufweist, sowie einen konkaven Querschnitt, geschnitten durch eine Ebene, die diese Normale einschließt, die im wesentlichen durch gerade Linien definiert ist, ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle ausgesandt wird, auch so gestaltet werden, daß er in einer ringförmigen Form in die Eingangsendebene des optischen Faser bündels eintritt. Dieses ringförmige ausleuchtende Licht kann von der Ausgangsebene der kleinen optischen Faserbündel erhalten werden, dadurch, daß verhindert wird, daß Lichtstrahlen in einen zentralen Ab schnitt der Eingangsebene des optischen Faserbündels eintreten. Weiter hin können dieser zylindrische Spiegel und das transparente Glied, das einen konkaven Querschnitt, der durch gerade Linien definiert ist, auf weist, automatisch in der Nähe der Eingangsendebene des optischen Faserbündels eingeführt und daraus entfernt werden.

In der obigen Struktur sind für eine Lichtquelle, wie z. B. ein Exzimerla ser, der einen Lichtstrahl von hoher Kohärenz und Richtwirkung aus sendet, die Längen der optischen Fasern, die das optische Faserbündel bilden, verschieden gemäß der Kohärenz zwischen jeweiligen Positionen des Querschnitts eines Laserstrahls, um die optischen Wege zu variieren, um die Kohärenz eines belichtenden Lichtstrahls, der vom Ausgangsende erhalten wird, zu reduzieren, und um einen einheitlichen beleuchtenden Lichtstrahl zu gewährleisten. Wenn ein Laserstrahl mit hoher Richt wirkung in die Eingangsendebene des optischen Faserbündels eintritt, wird diese Eingangsendebene aufgeteilt in eine Vielzahl von Segmenten, so daß jedes Segment einen verschiedenen Einfallswinkel bezüglich des einfallenden Laserstrahls aufweist, wodurch es ermöglicht wird, einen beleuchtenden Lichtstrahl, der vom Ausgangsende des optischen Faserbün dels austritt, mit einer gewünschten Richtwirkung zu gewährleisten, die für spezielle Beleuchtungen benötigt wird.

Spezieller ist die vorliegende Erfindung gekennzeichnet durch Konver gieren eines Lichtstrahls, der von einer Lichtquelle ausgesandt wird, um in eine Endebene eines optischen Faserbündels einzutreten, das durch eine Vielzahl gebündelter optischer Fasern gebildet ist, durch Steuern relativer Positionen der Endebenen einer Vielzahl kleiner optischer Faserbündel, die an der gegenüberliegenden Seite des optischen Faser bündels gebildet sind, und durch Bestrahlen eines Zielobjekts, das mit Lichtstrahlen, die aus der Vielzahl der kleinen optischen Faserbündel treten, beleuchtet werden soll. Die vorliegende Erfindung wird auch dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Vielzahl kleiner optischer Faserbündel zu fünf oder mehr gewählt wird, daß ihre Endebenen in der gewünschten Ebene positioniert sind, und daß eine Bewegung der End ebenen, die durch die Steuerung der relativen Positionen verursacht wird, längs der gewünschten Ebene durchgeführt wird. Die vorliegende Erfin dung ist auch gekennzeichnet durch eine simultane Steuerung der relati ven Positionen der Vielzahl kleiner optischer Faserbündel durch ein einzelnes Antriebssystem. Die vorliegende Erfindung ist auch gekenn zeichnet dadurch, data die relativen Positionen der Endebenen der klei nen optischen Faserbündel gleichermaßen durch die Steuerung der relati ven Positionen der Vielzahl der kleinen optischen Faserbündel geändert wird. Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Positionen der Endebenen der kleinen optischen Faserbün del radial um einen Punkt auf einer Ebene geändert werden, die durch die Endebenen der Vielzahl kleiner optischer Faserbündel gebildet wird, durch die Steuerung der relativen Positionen der Vielzahl kleiner opti scher Faserbündel. Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekenn zeichnet, daß die Eingangsendebene des optischen Faserbündels, die die eine Endebene dieses Bündels ist, eine kreisförmige oder polygonale Außenform aufweist, und daß ein zylindrischer Spiegel, der eine Symme trieachse parallel zur Normalen dieser Eingangsendebene aufweist sowie eine Spiegeloberfläche, die ein hohes Reflexionsvermögen bezüglich eines Lichtstrahls zur Belichtung aufweist, in der Nähe der Eingangsendebene so angeordnet ist, daß dessen Symmetrieachse im wesentlichen mit dem Zentrum der äußeren Form der Eingangsendebene des optischen Faser bündels übereinstimmt, wobei ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle ausgesandt wird, in einer ringförmigen Form ausgebildet wird und in die Eingangsendebene des optischen Faserbündels mit einer hohen Lichtaus beute eintritt. Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeich net, daß der zylindrische Spiegel automatisch in der Nähe der Eingangs endebene des optischen Faserbündels eingefügt und daraus entfernt werden kann. Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeich net, daß die Eingangsendebene, die die eine Endebene des optischen Faserbündels darstellt, eine kreisförmige oder polygonale Außenform aufweist und, daß ein transparentes Glied mit einer symmetrischen Rotationsachse parallel zur Normalen dieser Eingangsendebene und einem konkaven Querschnitt, geschnitten durch eine Ebene, die diese Normale enthält, und die im wesentlichen durch gerade Linien definiert wird, in der Nähe der Eingangsendebene angeordnet ist, wodurch ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle ausgesandt wird, in einer Ringform gebildet wird und in die Eingangsendebene des optischen Faserbündels mit hoher Lichtausbeute eintritt. Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Glied automatisch in der Nähe der Eingangsendebene des optischen Faserbündels eingefügt und daraus entfernt werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß an der Eingangsendebene, die die eine Endebene des optischen Faserbündels ist, ein Raum zwischen lichtübertragenden Abschnitten der optischen Fasern mit einem hochreflektierenden Material gefüllt ist, um die Hitzeentwick lung zu reduzieren, die durch die Absorption des anfallenden Lichtes auf die Eingangsendebene verursacht wird. Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsendebene, die die eine Endebene des optischen Faserbündels ist, die Form lichtübertragender Abschnitte der jeweiligen optischen Fasern hat, die unterschiedlich zu der Form lichtaussendender Abschnitte auf der Ausgangsendebene der jeweili gen optischen Fasern gemacht ist. Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß eine Laserlichtquelle als Lichtquelle benutzt wird, und ein Lichtstrahl, der von der Laserlichtquelle ausgesandt wird, nachdem er mit dem gewünschten Strahldurchmesser versehen wurde, in eine Endebene des optischen Faserbündels geführt wird, das durch eine Vielzahl optischer Faserbündel gebildet wird. Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der jeweiligen optischen Fasern, die das optische Faserbündel bilden, verschieden gemacht sind in Übereinstimmung mit der Kohärenz des Laserstrahles, der von der Laserlichtquelle an der Eingangsendebene des optischen Faserbündels ausgesandt wird, um die Kohärenz eines ausleuchtenden Lichtstrahles zu reduzieren, der vom Ausgangsende erhalten wird, um eine Gleichförmig keit der Beleuchtung zu erreichen. Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß nachdem die optischen Wege der jeweiligen Teile innerhalb des Strahlenquerschnittes geändert wurden in Überein stimmung mit der Kohärenz zwischen den jeweiligen Positionen auf dem Strahlenquerschnitt eines Laserstrahls, der von der Laserlichtquelle ausge sandt wird, die Lichtstrahlen von den jeweiligen Teilen in das optische Faserbündel geführt sind. Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Ausleuchtungsverfahren vor, bei dem, nachdem ein Laserstrahl von der Laserlichtquelle ausgesandt und mit dem gewünschten Strahldurchmesser versehen ist, die eine Endebene eines optischen Faserbündels, das durch eine Vielzahl gebündelter optischer Fasern gebildet wird, in den opti schen Weg eingeführt wird, und ein Laserstrahl, der von der entgegen gesetzten Endebene des optischen Faserbündels austritt, zur Ausleuchtung benutzt wird, was dadurch gekennzeichnet ist, daß die Eingangsendebene des optischen Faserbündels eine Vielzahl von Abschnitten aufweist, und daß die jeweiligen Abschnitte derart gestaltet sind, daß der Winkel, der durch die Normale der Eingangsendebene mit der Eingangsrichtung des Laserstrahls gebildet wird, z. B., der Einfallswinkel variiert in den jeweili gen Abschnitten, wobei der austretende Lichtstrahl von der Ausgangsend ebene mit einer gewünschten Lichtrichtwirkung zur Ausleuchtung versehen wird.

Des weiteren erzeugt die vorliegende Erfindung, in dem Projektionsbelichtungsgerät, eine optisch konjugierte Beziehung zwischen dem Ausgangsende der optischen Fasereinrichtungen in dem optischen Ausleuchtungssystem und der Eingangsebene des opti schen Konvergierungs- und Divergierungssystems.

Des weiteren, um die o. g. Ziele zu erreichen, versieht die vorliegende Erfindung das Projektionsbelichtungsgerät mit optisch verändernden Ein richtungen zum Modifizieren eines Lichtstrahls, der auf das optische Faserbündel im optischen Ausleuchtungssystem durch Brechung oder Reflexion einfällt.

Des weiteren, um die o. g. Ziele zu erreichen, versieht die vorliegende Erfindung das Projektionsbelichtungsgerät mit optisch modifizierenden Einrichtungen zum Modifizieren eines Lichtstrahls, der auf das optische Konvergierungs- und Divergierungssystem in dem optischen Ausleuch tungssystem durch Brechung oder Reflexion einfällt.

Des weiteren, um die o. g. Ziele zu erreichen, besitzt die optische Faser in dem Projektionsbelichtungsgerät eine derartige numerische Apertur (NA), daß ein ausleuchtender Lichtstrahl mit einer Neigung, die durch die optisch modifizierenden Einrichtungen modifiziert wird, ausreichend das optische Konvergierungs- und Divergierungssystem übertragen kann.

Des weiteren, um die o. g. Ziele zu erreichen, besitzt das optische Kon vergierungs- und Divergierungssystem im Projektionsbelichtungsgerät eine derartige numerische Apertur (NA), daß ein ausleuchtender Lichtstrahl mit einer durch die optisch modifizierenden Einrichtungen modifizierten Neigung, ausreichend das optische Konvergierungs- und Divergierungs system übertragen kann.

Des weiteren, um die o. g. Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung das Projektionsbelichtungsgerät bereit mit optischen Einrichtun gen zur Realisierung einer Köhler-Beleuchtung, also der optischen Unendlichkeit zwischen der Ausgangsebene der optischen Faser in dem optischen Ausleuchtungssystem und der Eingangsebene des opti schen Konvergierungs- und Divergierungssystems.

Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein Projektionsbelichtungsverfahren bereit, das die folgenden Schritte beinhaltet: Führen eines Lichtstrahles, der von einer Belich tungslichtquelle ausgesandt wird, auf eine Eingangsebene optischer Faser einrichtungen, die einen optischen Faserbündelabschnitt einschließen, der durch eine Vielzahl gebündelter optischer Fasern gebildet wird, die die Eingangsebenen aufweisen, sowie einen optischen Kleinfaserbündelab schnitt, der durch eine Vielzahl kleiner optischer Faserbündel gebildet wird, die von dem optischen Faserbündelabschnitt abgezweigt sind und jeweils eine Ausgangsebene haben; Konvergieren bestimmter Winkelkom ponenten von Lichtstrahlen, die von den Ausgangsebenen der optischen Fasereinrichtung austreten, und Divergieren der konvergierten Komponen ten durch ein optisches Konvergierungs- und Divergierungssystem, und Beleuchten einer Maske oder eines Gitters mit dem Lichtstrahl durch das optische Konvergierungs- und Divergierungssystem; und Projezieren des Lichtstrahls, der die Maske oder das Gitter überträgt, auf ein Ziel objekt, um ein Musterabbild der Maske oder des Gitters zu belichten.

Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein optisches Ausleuchtungsgerät bereit, das aufweist: eine Lichtquelle; optische Fasereinrichtungen, die einen optischen Faserbündel abschnitt einschließen, der durch eine Vielzahl optischer Faserbündel gebildet wird, die eine Eingangsebene haben, auf welcher ein Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle ausgesandt wird, einfällt, sowie einen optischen Kleinfaserbündelabschnitt, der durch eine Vielzahl kleiner optischer Faserbündel gebildet wird, die von dem optischen Faserbündelabschnitt abgezwiegt sind und jeweils eine Ausgangsebene haben; und ein Konver gierungs- und Divergierungssystem zum Konvergieren bestimmter Winkel komponenten eines Lichtstrahls, der von optischen Fasereinrichtungen austritt oder ausgesendet wird und dann eintritt und zum Divergieren der konvergierten Komponenten.

Die o. g. Einrichtung kann eine Ausleuchtung mit einer relativ hohen Richtwirkung bereitstellen, d. h., ein kleiner σ-Wert, der passend ist für ein Phasenverschiebungsgitter, ringförmige Ausleuchtungen, um hoch auflösende Muster zu bilden mit einem normalen Gitter, oder Ausleuch tungen mit konventioneller Richtwirkung. Die o. g. Einrichtung, wenn angewandt, erlaubt einem Lichtstrahl, der von der Lichtquelle ausgesandt wird, ein Zielobjekt zu bestrahlen, das mit einer hohen benutzbaren Lichtausbeute belichtet werden soll.

Wenn in Zukunft ein Exzimerlaser oder ähnliches angewandt wird, um Belichtungswellenlängen zu reduzieren, um Muster zu erreichen, die mit dünneren Linienbreiten gezeichnet sind, löst das o. g. Verfahren leicht Probleme ungleichmäßiger Ausleuchtung aufgrund der Kohärenz und Richtwirkung des Lasers, wodurch es ermöglicht wird, leicht eine Vielfalt von Ausleuchtungen mit kleiner Lichtvergeudung auch mit einem Exzi merlaserschrittgeber zu verwirklichen.

Daher kann die vorliegende Erfindung in ein Beleuchtungssystem zur Verwendung bei Belichtung, Tests, Anzeige usw. von Mustern eingebaut werden, um sowohl leicht eine optimale Ausleuchtung bezüglich Form und Größe eines einzelnen Musters, das belichtet, getestet oder angezeigt werden soll, und optischen Systemen, die für derartige Belichtungs-, Test- und Anzeigezwecke benutzt werden, bei einer relativ einfachen Struktur bereitzustellen, als auch, um die optimale Ausleuchtung in Übereinstim mung mit Änderungen in den optischen Systemen leicht zu modifizieren.

Auf diese Art und Weise muß das ausleuchtende Licht eines konventio nellen festen Ausleuchtungssystems nicht teilweise abgeschirmt werden, und eine gewünschte Ausleuchtungsrichtwirkung und Ausleuchtungslichtver teilung kann realisiert werden, ohne die Lichtausbeute zu vermindern, wobei ein Belichtungsgerät oder ein Testgerät mit einem verbesserten Durchsatz bereitgestellt wird. Auch kann bei einer Anzeigeeinheit eine klare Anzeige erreicht werden oder eine Lichtquelle mit geringerer Leistung ist ausreichend für die gleiche Helligkeit wie zuvor.

Die o. g. Einrichtung kann leicht eine Ausleuchtung mit relativ hoher Richtwirkung bereitstellen, d. h., ein kleiner σ-Wert, der passend ist für ein Phasenverschiebungsgitter, ringförmige Ausleuchtung zur Bildung eines Hochauflösungsmusters durch ein normales Gitter, oder Ausleuchtungen mit konventioneller Richtwirkung. Des weiteren erlaubt die o. g. Ein richtung, wenn sie angewandt wird, einen von einer Lichtquelle ausge sandten Lichtstrahl ein Zielobjekt zu bestrahlen, das mit einer hohen Lichtausbeute belichtet werden soll.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeich nung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, das ein beispielhaftes optisches System eines Belichtungsausleuchtungsgerätes, das eine Quecksilberdampf lampe als Lichtquelle benutzt, zeigt, zum Gebrauch in einem Projektionsbelichtungsgerät, entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Mechanismus zum Ändern relativer Positionen kleiner optischer Faserbündel eines Ausleuchtungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3A bis 3D Positionen kleiner optischer Faserbündel in dem Mechanis mus zum Ändern relativer Positionen kleiner optischer Faserbündel;

Fig. 4A und 4B wie eine Vielzahl von Ausleuchtungsverfahren realisiert werden durch ein Projektionsbelichtungsgerät, das ein opti sches Ausleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfin dung einsetzt;

Fig. 5A und 5B ein Projektionsbelichtungsgerät, das das optische Ausleuch tungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;

Fig. 6 ein erstes Beispiel zum Realisieren eines Ausleuchtungs strahls in einem Ring in einem Ausleuchtungsgerät zum Gebrauch in einem Projektionsbelichtungsgerät oder ähn lichem, basierend auf der ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 7A und 7B das Beispiel der Fig. 6 detaillierter;

Fig. 8 ein zweites Beispiel zum Realisieren eines Ausleuchtungs strahles in einem Ring in einem Ausleuchtungsgerät zum Gebrauch in einem Projektionsbelichtungsgerät, basierend auf der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9A und 9B das Beispiel der Fig. 8 detaillierter;

Fig. 10A und 10B eine Ausführungsform eines Ausleuchtungsgerätes zum Ge brauch in einem Projektionsbelichtungsgerät oder ähnlichem, basierend auf der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die optisch divergierende optische Teile an Aus gangsenden kleiner optischer Faserbündel aufweist;

Fig. 11A und 11B beispielhaft, wie der Durchmesser einer optischen Faser geändert wird;

Fig. 12A und 12B Grundrißansichten von optischen Fasereingangsenden, wobei ein hochreflektierendes Material benutzt wird zwischen angrenzenden optischen Fasern;

Fig. 13A und 13B die erste Ausführungsform, die einen Laser als Lichtquelle einsetzt;

Fig. 14A bis 14E die Beziehung zwischen einem Eingangsende und einem Ausgangsende optischer Fasern in der Ausführungsform, die einen Laser als Lichtquelle einsetzt;

Fig. 15 die Ausführungsform, die zwei optische Faserbündel einsetzt;

Fig. 16A bis 16D Schnittansichten optischer Wege in der Ausführungsform der Fig. 15;

Fig. 17A bis 17D wie Ausgangsenden kleiner optischer Faserbündel der vor liegenden Erfindung geändert werden durch den Mechanis mus zum Ändern relativer Positionen kleiner optischer Faserbündel;

Fig. 18A bis 18C wie Ausgangsenden anderer kleiner optischer Faserbündel der vorliegenden Erfindung geändert werden durch den Mechanismus zum Ändern relativer Positionen kleiner opti scher Faserbündel;

Fig. 19 einen zweiten Fall der Ausführungsform, die einen Laser als Lichtquelle einsetzt;

Fig. 20A bis 20C Schnittansichten von Lichtwegen in der Ausführungsform von Fig. 19;

Fig. 21 einen dritten Fall der Ausführungsform eines Ausleuchtungs gerätes, das einen Laser als Lichtquelle einsetzt;

Fig. 22A bis 22F Schnittansichten von Lichtwegen in der Ausführungsform von Fig. 21;

Fig. 23A bis 23F Einfallswinkel eines Lichtstrahls, der in eine optische Faser eintritt und Ausgangswinkel (Bedingungen des divergieren den Lichtstrahls), um die Prinzipien der Ausführungsform, die in den Fig. 21, 22A und 22F gezeigt sind, zu zeigen;

Fig. 24A und 24B eine Ausführungsform eines Reduktionsprojektionsbelich tungsgerätes, das auf der ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung basiert, wobei ein variables Filter in der Position der Eingangspupille einer Reduktionsbelich tungslinse montiert ist;

Fig. 25 eine Ausführungsform eines Mustertestgerätes, bei welchem ein Ausleuchtungsgerät der vorliegenden Erfindung ange wandt wird;

Fig. 26 ein Projektionsbelichtungsgerät, das das Belichtungsausleuch tungssystem, basierend auf einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, aufweist;

Fig. 27A bis 27D Diagramme zur Erklärung einiger Fälle, bei denen die relativen Positionen der kleinen optischen Faserbündel, gezeigt in Fig. 26, geändert werden;

Fig. 28 ein Projektionsbelichtungsgerät, das das Belichtungsausleuch tungssystem, basierend auf der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, aufweist;

Fig. 29 ein Projektionsbelichtungsgerät, das Ausleuchtungsmodifizie rungseinrichtungen, basierend auf der zweiten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung, aufweist;

Fig. 30A bis 30F Beispiele von ausleuchtungsmodifizierenden Einrichtungen, die Reflexion gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzen;

Fig. 31A bis 31F Beispiele von ausleuchtungsmodifizierenden Einrichtungen, die Brechung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzen;

Fig. 32A und 32B erklärende Diagramme, um die Rationalisierung einer Sta blinse gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu zeigen; und

Fig. 33 ein Projektionsbelichtungsgerät, das ausleuchtungsmodifizie rende Einrichtungen aufweist, die auf der zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung beruhen;

Fig. 34 ein Projektionsbelichtungsgerät, das ausleuchtungsmodifizie rende Einrichtungen aufweist, die auf der zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung basieren;

Fig. 35A und 35B ausleuchtungsmodifizierende Einrichtungen, die eine Linse benutzen, basierend auf der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 36 ein Projektionsbelichtungsgerät, das die ausleuchtungsmodifi zierenden Einrichtungen, basierend auf der zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung, aufweist.

Die vorliegende Erfindung wird hier im Detail beschrieben, basierend auf der begleitenden Zeichnung.

Um zu beginnen, soll eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 1-25 erklärt werden.

Fig. 4A zeigt ein optisches Belichtungsausleuchtungssystem in einem Projektionsbelichtungsgerät. Ein i-Linien-Strahl, ausgesandt von einer Quecksilberdampflampe 24, wird an einem elliptischen Spiegel 25 reflek tiert und konvergiert in eine Stablinse 28 durch einen chromatischen Spiegel 26 zum Auswählen eines Wellenbandes sowie in eine Eingangs linse 27. Der Lichtstrahl durch die Stablinse 28 wird konvergiert durch eine Ausgangslinse 29, reflektiert durch einen Spiegel 26', und bestrahlt ein Gitter 3, nachdem er durch eine Kondensorlinse 23 gelaufen ist. Der Lichtstrahl, der durch ein Muster, das auf dem Gitter 3 gezeichnet ist, läuft, formt, durch eine Reduktionslinse 4, ein um ein Fünftel redu ziertes Bild des Musters auf dem Gitter auf einem Wafer 5, der in einem Waferspannfutter fixiert ist, das von einer Waferbühne 6 getragen wird, und dadurch wird der Wafer 5 belichtet. Bei einer einzelnen Belichtung wird eine quadratische Fläche mit Seiten zwischen 20 mm und 25 mm belichtet, um gleichzeitig 2 oder 3 Chips zu produzieren. Die Waferbühne ist präzise durch einen Laserstrahl 60 von einem Laser maßstab (nicht gezeigt) und einem flachen Spiegel 61 eingerichtet, so daß die ganze Oberfläche des Wafers dem Chipmuster ausgesetzt ist.

Wenn das vorhergehende Phasenverschiebungsgitter im Frojektionsbelich tungsgerät benutzt wird, als Beispiel, muß die Richtwirkung hoch sein, d. h. der σ-Wert muß klein sein, so daß eine lichtabschirmende Platte zur Abschirmung eines äußeren peripheren Anteils des Lichtstrahls zur Belichtung eingefügt werden muß, an einer Stelle, die mit der Eingangs pupille der Abbildungslinse zur Belichtung im Belichtungsausleuchtungs system konjugiert bzw paarweise zugeordnet ist. Daher ist eine licht abschirmende Platte 19, mit einer Öffnung, wie in Fig. 4B gezeigt, vor der Eingangslinse 27 angeordnet oder in hinter der Ausgangslinse 29, um einen i-Linien-Anteil zu benutzen, der durch die relativ kleine Öffnung 192 durchgeht.

Die obige ringförmige Ausleuchtung erfordert auch eine Scheibe, die an einem Ort einzufügen ist, der dieser Eingangspupille zugeordnet ist, um einen zentralen Anteil des i-Strahls zur Beleuchtung abzuschirmen. In diesem Falle wird eine lichtabschirmende Platte 19 mit einer ringförmi gen Öffnung 193, wie in Abb. 4B gezeigt, angewandt. Weiterhin ist bei dieser ringförmigen Ausleuchtung vorzuziehen, daß der Lichtstrahl zur Belichtung an dem Ort, der der Eingangspupille des Ausleuchtungsstrahls zugeordnet ist, ausgeweitet wird, durch einen Faktor von 1,2-1,6 ver glichen mit einem Lichtstrahl, der für eine Belichtung in dem konventio nellen Halbleiterbelichtungsgerät benutzt wird.

Wenn die Vielzahl der Verfahren zur Verbesserung der Auflösung durch ein einzelnes Halbleiterbelichtungsgerät realisiert werden soll, muß die lichtabschirmende Platte durch eine andere ersetzt werden, jedesmal, wenn eine andere Methode angewandt wird, und zusätzlich wird ein Anteil des Lichtsstrahls zur Belichtung abgeschirmt, d. h., das belichtende Licht wird vergeudet, was in einer längeren Zeit resultiert, die zum Belichten eines Wafers eines integrierten Chip-Schaltkreismusters benötigt wird und verschlechtert um einiges den Belichtungsdurchsatz. Wird beispielsweise der σ-Wert von 0,6 zu 0,4 geändert, um ein Phasenver schiebungsgitter anzuwenden, dann wird eine Belichtungszeitperiode um ein 2,25-faches länger benötigt, da die Belichtungsenergie reziprok pro portional zu einem Quadrat des Verhältnisses σ ist.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obengenannten Proble me zu lösen und wird detaillierter in bezug auf die begleitende Zeich nung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Belichtungsausleuchtungsgerätes 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Lichtstrahl, ausgesandt von einer Quecksilberlampe 23, wird von einem elliptischen Spiegel 25 reflek tiert, weiterhin reflektiert durch einen chromatischen Spiegel 26, um ein Wellenband auszuwählen, um selektiv ein gewünschtes belichtendes Licht wellenband zu reflektieren, z. B., i-Linie, und durchläuft dann eine Linse 21, um in eine A-A'-Ebene einer Endoberfläche eines optischen Faser bündels 1 einzutreten. Die Eingangsendebene A-A' schließt eine große Anzahl von gebündelten optischen Fasern ein, wobei der Durchmesser jeder optischen Faser zu 0,2 mm gewählt wurde und das Bündel einen Durchmesser von ungefähr 30 mm besitzt. Die gebündelten optischen Fasern werden in eine Vielzahl kleiner Bündel 11 optischer Fasern an einer Stelle aufgezweigt, die einer vorhergegebenen Distanz weg von dessen Eingangsebene entspricht. Durch einen Mechanismus 10 zum Ändern relativer Positionen der Bündel optischer Fasern, der eine Funk tion zur Regelung der relativen Position der jeweiligen Endebenen der verzweigten kleinen Bündel 11 der optischen Faser besitzt, können die Ausgangsebenen der kleinen optischen Faserbündel 11 in ihren relativen Positionen in einer Ebene B-B' geändert werden.

Da die Ausgangsenden der kleinen optischen Faserbündel, die sich auf der B-B'-Ebene befinden, als sogenannte Sekundärlichtquelle dienen, kann die Größe und Form der Sekundärlichtquelle geändert werden durch Bedienung des Mechanismus 10 zum Ändern der relativen Position der kleinen optischen Faserbündel. Belichtendes Licht, das aus den jeweili gen Endebenen der kleinen optischen Faserbündel der B-B'-Ebene aus tritt oder ausgesendet wird, fällt durch eine Ausgangslinse 22 und dann durch eine Kondensorlinse 23, um ein zu belichtendes Zielobjekt auszu leuchten, d. h., ein Gitter 3 auf dieselbe Art und Weise, wie das Aus leuchtungssystem, das in dem normalen Halbleiterbelichtungsgerät oder ähnlichem benutzt wird.

In dem Halbleiterbelichtungsgerät ist das Ausgangsende der sogenannten Stablinse eine Sekundärlichtquelle der Quecksilberdampflampe im kon ventionellen belichteten Lichtausleuchtungssystem 2', und dieses Ausgangs ende entspricht den Ausgangsenden der optischen Kleinfaserbündel 11 auf der B-B'-Ebene der Fig. 1. Der Lichtstrahl, der von dieser Sekundär lichtquelle ausgesendet wird, bestrahlt das Gitter 3 durch die Ausgangs linse 22 und die Kondensorlinse 23. Der Lichtstrahl, der ein Muster, das auf dem Gitter 3 gezeichnet ist, überträgt, formt, durch eine Reduk tionsprojektionsbelichtungslinse 4, ein um ein Fünftel reduziertes Abbild des Musters auf dem Gitter 3 auf der Oberfläche eines Wafers 5, der in einem Waferspannfutter 51 eingespannt ist, das von einer Waferbühne 6 getragen wird, welche grob und fein bewegbar in den drei Dimensions richtungen x, y, z ist und der Wafer 5 wird somit belichtet. Wie oben erklärt, wird in einem konventionellen Halbleiterbelichtungsgerät das Verhältnis des Durchmessers d eines Abbildes 200 auf einer Pupille 41 einer Reduktionsbelichtungslinse einer Sekundärlichtquelle in einem Belichtungsausleuchtungssystem zu dem Durchmesser D der Pupille, z. B., die partielle Kohärenz σ, festgelegt. Jedoch durch Ausrüstung eines Halbleiterbelichtungsgerätes mit dem Belichtungsausleuchtungssystem 2 der vorliegenden Erfindung wird die Größe eines Abbildes, das durch die Sekundärlichtquelle auf der Pupille 41 der Reduktionsbelichtungslinse geformt wird, variabel gemacht durch Betätigung des Mechanismus zum Ändern relativer Positionen der kleinen optischen Faserbündel. Zum Beispiel wird der Mechanismus 10 zum Ändern der relativen Positionen der kleinen optischen Faserbündel durch ein Steuerungssystem 7 angetrie ben, das einen Antriebssteuerkreis einschließt, um den σ-Wert auf unge fähr 0,6 für ein konventionelles Gitter zu setzen, das Musterinformation repräsentiert dadurch, daß Licht durchläuft, oder jenes abschirmt, oder auf mindestens 0,4 zu setzen bei Anwendung eines Phasenverschiebungs gitters.

Fig. 2 zeigt im Detail den Mechanismus 10 zum Ändern relativer Posi tionen der kleinen optischen Faserbündel entsprechend der ersten Aus führungsform der Erfindung. Das optische Faserbündel 1 besteht aus einem verzweigten flexiblen Abschnitt 11' und einem hierzu nachfolgen den Abschnitt 11", der durch eine feste metallische Röhre umgeben ist. Eine Endoberfläche dieses Abschnitts 11", der von einer festen Metall röhre umgebenen wird, dient als Ausgangsende, das auf der Ebene B-B' erscheint. Der Abschnitt 11", der von einer Metallröhre umgeben ist, ist im wesentlichen symmetrisch bezüglich einem Zwischenpunkt in der Längsrichtung und weist senkrecht zur Lichtfortschreitungsrichtung Ab schnitte 111, 111' und schiefe Abschnitte 112, 112' auf. Die schiefen Abschnitte 112, 112' haben glatte Oberflächen, so daß sie verschiebbar bezüglich der Richtung der schiefen Führungslöcher sind, die in dem Gleitmechanismus 12, 12' mit schiefen Führungslöchern ausgebildet sind.

Die Gleitmechanismen 12, 12' mit schiefen Führungslöchern haben eine Vielzahl von Gleitlöchern in den jeweiligen peripheren Abschnitten, durch welche sich eine Vielzahl von Führungsstäben erstreckt. Die Mechanis men 12, 12', um sie einander anzunähern oder um sie voneinander zu trennen, werden durch Drehen, nach links oder rechts, eines Rotations schaftes 14, der einen Bolzen aufweist, der nach rechts oder links rotier bar ist und der durch einen Motor 19 über die Übersetzung 15, 15' angetrieben wird, angetrieben. Folglich, wenn die Mechanismen 12, 12' sich annähern, nähern sich die jeweiligen optischen Faserenden 110 ebenfalls, wobei die partielle Kohärenz σ der Ausleuchtung kleiner wird. Demgegenüber, wenn die Mechanismen 12, 12' sich trennen, wird die partielle Kohärenz σ größer. Die Fig. 3A-3D zeigen, wie die partielle Kohärenz σ aufgrund der Änderung der Distanz zwischen den Gleitme chanismen 12 und 12' variieren. Im speziellen zeigt die Fig. 3A die Ausrichtung der kleinen optischen Faserbündel 11 auf der Ausgangs endebene B-B', wenn die Gleitmechanismen 12, 12' mit schiefen Füh rungslöchern am nächsten zueinander sind. Die Fig. 3B-3D zeigen die Ausrichtungen, wenn die Gleitmechanismen 12, 12' mit schiefen Füh rungslöchern allmählich voneinander getrennt werden. Durch Antreiben des Motors 19, basierend auf einem Anweisungssignal des Steuerungs systems 7, kann eine gewünschte Ausleuchtungsrichtwirkung eingestellt werden, innerhalb einer kurzen Zeit, ohne Licht, das von einer Licht quelle erzeugt wird, zu vergeuden.

Im folgenden soll ein Beispiel der vorliegenden Erfindung zur Realisie rung einer ringförmigen Ausleuchtung beschrieben werden mit Bezugnah me auf Fig. 6. Wenn die Bezugszeichen, die Bauteile in Fig. 6 bezeich nen, die gleichen sind wie in Fig. 1, repräsentieren sie die gleichen Bauteile. Ein Lichtstrahl, ausgesandt von einer Quecksilberdampflampe 24, wird in eine Eingangsendebene eines optischen Faserbündels 1 kon vergiert. Diese Eingangsendebene hat eine kreisförmige oder im wesent lichen polygonale äußere Form. Ein zylindrischer Spiegel, der eine Symmetrieachse parallel zur Normalen dieser Eingangsendebene besitzt und eine Spiegeloberfläche mit einem hohen Reflexionsvermögen be züglich eines Lichtstrahls zur Belichtung, wird so positioniert, daß die Symmetrieachse davon im wesentlichen mit dem Zentrum der äußeren Form der Eingangsendebene des optischen Faserbündels 1 übereinstimmt, wodurch ein Lichtstrahl, ausgesandt von der Lichtquelle, in einer Ring form ist und in die Eingangsendebene des optischen Faserbündels mit einer hohen Lichtausbeute eintritt. In dieser Struktur wird ein Lichtstrahl, der auf einen zentralen Abschnitt des optischen Faserbündels einfallen würde, wenn dieser zylindrische Spiegel 17 nicht benutzt werden würde, durch die Oberfläche des zylindrischen Spiegels 17 reflektiert, wie in Fig. 7A gezeigt, und tritt in einen Abschnitt innerhalb der äußeren Bregren zung des optischen Faserbündels 1 ein sowie in die Nähe dieser äußeren Begrenzung, wie es durch Schraffierung in Fig. 7B angezeigt wird. Da der Einfallswinkel dieses Lichtstrahles im wesentlichen gleich jenem eines Lichtstrahls ist, der auf die Eingangsendebene des optischen Faserbündels einfallen würde, wenn der zylindrische Spiegel nicht benutzt werden würde, fällt der Lichtstrahl in das optische Faserbündel ohne Vergeudung des Lichtstrahls, und ein ringförmiger belichtungsausleuchtender Strahl tritt aus den kleinen optischen Faserbündeln 11 am anderen Ende des optischen Faserbündels 1 aus. In diesem Falle versteht es sich von selbst, daß die Lagebeziehung zwischen den optischen Fasern an der Eingangsendebene und den gleichen Fasern an der Ausgangsendebene nicht willkürlich ist, sondern daß Fasern in einem peripheren Abschnitt des Eingangsendes, ähnlich in einem peripheren Abschnitt auf der ausge henden Endebene, positioniert sind.

Ein anderes Beispiel der Erfindung zur Realisierung ringförmiger Aus leuchtung wird mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben. Falls Bezugszeichen, die Bauteile in Fig. 8 beschreiben, die gleichen sind wie in Fig. 1, stellen sie die gleichen Bauteile dar. Ein Lichtstrahl, ausgesandt von einer Quecksilberdampflampe 24, wird in die Eingangsendebene eines optischen Faserbündels 1 konvergiert. Diese Eingangsendebene hat eine kreisförmige oder im wesentlichen polygonale äußere Form. Vor der Eingangsendebene ist ein transparentes Glied angeordnet, dessen rotatori sche Symmetrieachse parallel zur Normalen dieser Eingangsendebene ist, und dessen konkaver Querschnitt, geschnitten durch eine Ebene, die diese Normale beinhaltet, im wesentlichen durch gerade Linien definiert ist. Da Lichtstrahlen, die dieses transparente konkave Glied durchlaufen, außerhalb der optischen Achse divergieren, wenn eine konvexe Linse benutzt wird, um Hauptstrahlen von Lichtstrahlen, die auf die jeweiligen optischen Fasern einfallen, parallel zu machen, kann der Lichtstrahl, der von der Lichtquelle ausgesandt wird, in die Eingangsendebene des opti schen Faserbündels in einer Ringform mit hoher Lichtausbeute eintreten. Auf diese Art und Weise erreichen Lichtstrahlen nicht einen zentralen Abschnitt der Eingangsendebene des optischen Faserbündels, sondern treten nur in einen Abschnitt innerhalb der äußeren Begrenzung des optischen Faserbündels und nahe dieser äußeren Begrenzung, wie in Fig. 9A gezeigt, ein, und als Konsequenz tritt ein ringförmiger Belichtungsaus leuchtungslichtstrahl von den kleinen optischen Faserbündeln 11 am anderen Ende, wie durch Schraffierung in Fig. 9B angezeigt, aus. Es versteht sich von selbst auch in diesem Fall, daß die Lagebeziehung zwischen den optischen Fasern auf der Eingangsendebene und den gleichen optischen Fasern auf der Ausgangsendebene nicht willkürlich ist, sondern daß Fasern in einem peripheren Abschnitt am Eingangsende ähnlich in einem peripheren Abschnitt am Ausgangsende positioniert.

Fig. 10A und 10B zeigen ein Beispiel einer Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtstrahls, der von dem optischen Faserbündel 1 mit einem gewünschten Divergenzwinkel austritt. Wie in Fig. 10A gezeigt, ist jedes der kleinen optischen Faserbündel 11 am Ausgangsende mit einer winzi gen Konkavlinse 122 versehen, die vor dem Ganzen so positioniert ist, um den Strahlungswinkel (Divergenzwinkel) θ jedes kleinen optischen Faserbündels 11 zu einem Winkel Θ zu erweitern. Obwohl dieses Beispiel Konkavlinsen anwendet, die vor dem Ausgangsende der kleinen optischen Faserbündel positioniert sind, wird es offensichtlich sein, daß das Ziel der vorliegenden Erfindung auch durch Anwendung von Kon vexlinsen erreicht werden kann.

Fig. 11A und 11B zeigen ein Beispiel einer Einrichtung zur Bereitstel lung eines Lichtstrahls, der aus einem optischen Faserbündel 1 austritt mit einem gewünschten Divergenzwinkel. Wenn der Durchmesser jeder optischen Faser allmählich geändert wird, so daß der Durchmesser D auch an der Eingangsendebene des optischen Faserbündels unterschiedlich zu dem Durchmesser d an der Ausgangsendebene ist, kann ein Strah lungswinkel θ an der Eingangsendseite unterschiedlich zu einem Strah lungswinkel Θ an der Ausgangsendseite gemacht werden. Wenn der Strahlungswinkel Θ an der Ausgangsendseite so gemacht ist, daß er einen gewünschten Winkel darstellt, kann ein gewünschter Divergenzwinkel ohne Anwendung konkaver Linsen, wie im Beispiel in Fig. 10A gezeigt, ge währleistet werden.

Fig. 12A und 12B zeigen jeweils eine vergrößerte Ansicht der Struktur der Eingangsendebene des optischen Faserbündels 1. Fig. 12A zeigt, daß das optische Faserbündel 1 optische Fasern aufweist, deren Eingangsende kreisförmig ist, und wobei ein Raum zwischen den jeweiligen optischen Fasern mit einem Material gefüllt ist, das ein hohes Reflexionsvermögen aufweist, oder so strukturiert ist, um ein hohes Reflexionsvermögen aufzuweisen. Im speziellen, wenn eine ultraviolette Quecksilberdampf lampe zur Erzeugung einer i-Linie oder ein KrF- oder ArF-Exzimerlaser zur Erzeugung hochultravioletter Strahlen als Lichtquelle benutzt werden, könnte ein Material, das eine hohe Reflexion in diesem Wellenlängen band aufweist, wie Aluminium, benutzt werden, um deren Oberfläche zu schützen und ein dünner Film Silikonoxid, mit einem reflexionsverbes sernden Effekt, könnte darauf zum Schutz überzogen werden. Auf diese Weise, auch wenn eine Energie des belichtenden Lichts hoch wird, wird solch eine optische Energie auf der Eingangsendebene des optischen Faserbündels absorbiert, um die Eingangsendebene jeder optischen Faser vor Schaden durch die optische Energie zu bewahren, wodurch es mög lich wird, ein optisches Faserbündel zu realisieren, das eine hohe Beleuchtungsstärke und eine lange Lebensdauer gewährleistet. Übrigens wird, wie es auch aus den Fig. 12A und 12B verstanden werden kann, die Lichtausbeute höher, je kleiner der Bereich des Raumes zwischen den jeweiligen optischen Fasern ist. Im einzelnen ist es vorzuziehen, eine Form einer Eingangsendebene der Fasern anzuwenden, wie sie in Fig. 12B gezeigt wird, um den Raum zwischen den Fasern im Prinzip zu eliminieren. Augenscheinlich ist es ausreichend um das Ziel der vor liegenden Erfindung zu erreichen, das hochreflektierende Material, das den Raum ausfüllt, nur in der Nähe der Eingangsendebene des optischen Faserbündels bereitzustellen. Auch kann die Oberfläche dieses hoch reflektierenden Materials, das den Raum ausfüllt, als eben, konkav oder ähnlich ausgewählt werden, so daß Licht, reflektiert durch diese Refle xionsebene, zusammenpaßt mit dem Ziel des Ausleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung.

Fig. 13A und 13B zeigen eine Ausführungsform eines Ausleuchtungs gerätes entsprechend der vorliegenden Erfindung, das einen KrF- oder ArF-Exzimerlaser als Lichtquelle einsetzt. Bezugszeichen in Fig. 13A, identisch zu denen in Fig. 5A, repräsentieren die gleichen Bauteile. Ein Laserlichtstrahl, ausgesandt von einer Lichtquelle 24', hat einen recht winkligen Strahlquerschnitt und wird, ohne die Form zu ändern, in ein optisches Faserbündel 1' eingeführt, das eine identische rechtwinklige Eingangsendebene besitzt. Jedes der kleinen optischen Faserbündel 11 an der Ausgangsendebene ist mit einer kleinen Linse versehen, ähnlich dem in Fig. 10A gezeigten Beispiel, um ausgesandtes Licht mit einem gewünschten Divergenzwinkel bereitzustellen. Durch Versehen des Projektionsbelichtungsgerätes von Fig. 5A mit diesem Ausleuchtungssy stem, wird ein Projektionsbelichtungsgerät mit einer hohen Laserlicht ausbeute realisiert. Dieses Ausleuchtungssystem, das einen Laserstrahl einsetzt, kann nicht nur auf Projektionsbelichtungsgeräte angewendet werden, sondern auch für eine Vielfalt von Geräten, die einen Laser strahl zum gleichförmigen Ausleuchten erfordern, wobei es möglich wird Ausleuchtung zu realisieren, die eine hohe Lichtausbeute und eine variable Lichtrichtwirkung oder einen variablen Ausleuchtungsbereich hat.

Fig. 14A bis 14E zeigen eine Ausführungsform eines Projektionsbelich tungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Bezugszeichen in den Fig. 14A bis 14E, die identisch zu denen in Fig. 5A und 5B sind, repräsentieren die gleichen Bauteile. Eine positionierende Lichtquelle wird durch einen KrF- oder ArF-Exzimerlaser implementiert. Da eine Reduktionsprojektionslinse zum Gebrauch in einem Reduktionsbelichtungs gerät ausschließlich aus synthetischem Quartz hergestellt ist, wird die Spektrumsbreite des Laserlichtes, z. B. ungefähr 1 µm, eine Verschlechte rung der Auflösung aufgrund chromatischer Aberration, verursacht durch ein zerstreutes Reflexionsvermögen des Quartzglases, vermeiden, was es möglich macht einen Wafer einem feineren Gitter auszusetzen. Jedoch, wenn die Spektrumsbreite enger ist, tendiert die Anzahl der Moden im allgemeinen dazu abzunehmen. Als Ergebnis, angenommen, daß die Längen der jeweiligen optischen Fasern, die in dem optischen Faser bündel der Fig. 13A enthalten sind, alle im wesentlichen gleich sind, wenn Lichtstrahlen, die aus den jeweiligen kleinen optischen Faserbün deln 11 austreten, divergiert werden und einander überlappen, wird Interferenz auftreten und eine Ungleichmäßigkeit im ausleuchtenden Licht auf dem Gitter hervorrufen. In dieser Ausführungsform, wie in den Fig. 14A bis 14E gezeigt, besitzt die Eingangsendebene A-A' im wesentlichen eine identische Form wie die Strahlenform eines Laserlichtstrahls und ist aufgeteilt in fünf Segmente 1100 bis 1500 in der longitudinalen Richtung der Strahlenform, wie es in Fig. 14B erkannt werden kann. Jedes Segment ist weiterhin aufgeteilt in eine Matrixform wie es in Fig. 14C gezeigt wird. Da aneinander anstoßende Abschnitte dieser Matrizen eine starke Kohärenz aufweisen, haben optische Fasern die in jeder Matrix enthalten sind die gleiche Länge, wohingegen die Längen optischer Fasern in einander berührenden Matrizen unterschiedlich gemacht sind. Der Unterschied in der Länge optischer Fasern sollte nicht kleiner als eine kohärente Länge sein. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß, obwohl der Unterschied unterhalb einer derartigen gewünschten Länge liegt, ausreichend Effekte produziert werden können. In jedem der fünf aufgeteilten Segmente weisen Stellen, die einander entsprechen, zum Beispiel 1111 und 1211; 1151 und 1251; und 1114 und 1214, wie in Fig. 14C gezeigt, optische Fasern der gleichen Länge auf, und diese Stellen mit den optischen Fasern der gleichen Länge sind zu identischen opti schen Fasern wie z. B. 1111', 1211' usw. verbunden mit dem gleichen kleinen optischen Faserbündel 110.

Auf diese Art und Weise werden Laserlichtstrahlen, die von den jeweili gen kleinen optischen Faserbündeln ausgehen, nicht miteinander inter venieren, so daß im wesentlichen keine Variation der Intensität der Ausleuchtung vorhanden ist auf dem Gitter, wobei es möglich ist Belich tungsausleuchtung zu realisieren, die eine gleichförmige Lichtstärke, eine hohe Lichtausbeute und eine gewünschte Richtwirkung haben. In dieser Ausführungsform ist die Querschnittsfläche des optischen Faserbündels gleich der Querschnittsfläche eines Laserstrahls, der von dem Exzimerla ser erzeugt wurde. Im speziellen, da ein Querschnitt von ungefähr 4 × 20 mm ausreicht, kann das Ziel der vorliegenden Erfindung wirtschaftlich erreicht werden mit einer reduzierten Anzahl optischer Fasern, verglichen mit dem Fall, bei dem eine Hochleistungsquecksilberdampflampe als Lichtquelle (20 bis 30 mm Durchmesser) benutzt wird.

Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Abschnitt mit Funktionen zur Reduktion der Kohärenz des Laserlich tes und zur Reduktion der Richtwirkung, die ursprünglich dem Laser eigen waren, getrennt ist von einem Abschnitt mit einer Funktion zur Bereitstellung einer gewünschten Richtwirkung der Ausleuchtung. Im einzelnen besitzt ein optisches Faserbündel 1A' einen Eingangsquerschnitt mit einer rechtwinkligen Form, die im wesentlichen identisch der Quer schnittsform eines Laserstrahles ist, der durch den vorigen, in Fig. 15A gezeigten Exzimerlaser erzeugt wird sowie eine Ausgangsendebene mit einer kreisförmigen Form wie in Fig. 15B gezeigt. Die Länge der optischen Fasern in dem Bündel ist nicht kleiner gemacht als die kohä rente Länge, um zu vermeiden, daß Laserstrahlen, die davon austreten, miteinander intervenieren. Eine Gruppe kleiner Linsen ist gegenüber dem ausgehenden Ende des optischen Faserbündels 1A' positioniert, um eine hohe Richtwirkung des Laserstrahls zu beseitigen. Das dermaßen produzierte gestreute Licht wird konvergiert durch eine Linse in einer Eingangsendebene eines zweiten optischen Faserbündels 1B', wie in Fig. 16C gezeigt. Die Ausgangsendebene B₂-B₂' des optischen Faserbündels 1B' kann ausgedehnt werden, wie in Fig. 16D gezeigt, durch einen Mechanismus 10 zum Ändern relativer Positionen der kleinen optischen Faserbündel, wie gewünscht. Ein optischer Weg nachfolgend den Aus gangsendebenen der kleinen optischen Faserbündel ist identisch in der Struktur zur Ausführungsform, die in Fig. 1 gezeigt ist.

Die Fig. 17A bis 17E zeigen ein Beispiel eines Belichtungsausleuchtungs systems in einem Projektionsbelichtungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Lichtquelle kann entweder eine Quecksilberdampflampe oder ein Exzimerlaser sein. Zum Beispiel ist das Belichtungsgerät von Fig. 5A mit einem Ausleuchtungssystem versehen, das die gleiche Struk tur hat, wie das in der Nähe des Eingangsendes des optischen Faserbün dels, das in Fig. 6 gezeigt wurde. Das Ausgangsende eines optischen Faserbündels 1" wird getrennt in fünf kleine optische Faserbündel 11, wie in den Fig. 17A bis 17D gezeigt. Im speziellen wird eines dieser klei nen optischen Faserbündel 11 in einem zentralen Abschnitt positioniert und die anderen vier in einen peripheren Abschnitt. Das zentral positio nierte kleine optische Faserbündel ist fest, während die vier peripheren Bündel sicher auf radial gleitbare Mechanismen montiert sind. Wenn ein normales Gitter mit einer relativ breiten Musterbreite zur Belichtung benutzt wird, werden die vier peripheren kleinen optischen Faserbündel relativ nach innen gebracht auf eine Weise, daß Lichtstrahlen zur Belich tung von allen fünf kleinen Faserbündeln 11 zur Belichtung benutzt werden. Wenn ein normales Gitter mit einer relativ engen Musterbreite zur Belichtung benutzt wird, wird ein zylindrischer Spiegel 17 durch Anweisung eines Steuerungssystems 7 vor der Eingangsendebene des optischen Faserbündels 1" eingefügt, um an den Seitenoberflächen des zylindrischen Spiegels 17 einen Lichtstrahl zu reflektieren, gerichtet auf ein optisches Faserbündel, das sich in dem zentralen Abschnitt der Ausgangsendebene des optischen Faserbündels 1" befindet, um zum Eingangsende der optischen Fasern vorzulaufen, die wiederum den Licht strahl zu den vier peripheren kleinen optischen Faserbündeln führen. Im weiteren werden die vier peripheren kleinen optischen Faserbündel durch einen Mechanismus 10 zum Ändern relativer Positionen der kleinen optischen Faserbündel nach außen bewegt. Auf diese Weise wird ein ringförmiger Ausleuchtungsstrahl gewährleistet zum Belichten eines Wafers mit einem relativ engen Muster ohne Lichtstrahlvergeudung. Wenn ein Wafer belichtet wird mit einem sehr engen zu belichtenden Muster, werden die vier peripher positionierten kleinen optischen Faserbündel zu den inneren Grenzen auf Befehl des Steuersystems 7 gebracht, so daß Lichtstrahlen für die Belichtung aller fünf kleinen optischen Faserbündel 11 zur Belichtung benutzt werden. Es wird Gefallen enden, daß dieses Beispiel in einer einfachen Struktur erlaubt, die Ausleuchtungsrichtwir kung leicht zu ändern in Übereinstimmung mit der Größe und Form des zu belichtenden Musters, und die Belichtung ohne Lichtstrahlvergeudung durchzuführen.

Fig. 18A bis 18C zeigen ein Beispiel eines Belichtungsausleuchtungs systems in dem Projektionsbelichtungsgerät entsprechend der vorliegenden Erfindung. Das Ausgangsende eines optischen Faserbündels 1" ist aufge teilt in neun kleine optische Faserbündel 11, wie dargestellt, wobei eines davon in einem zentralen Abschnitt plaziert ist, vier davon sind um das kleine optische Faserbündel plaziert, und die restlichen vier davon sind um diese vier kleinen optischen Faserbündel angeordnet. Das zentrale kleine optische Faserbündel ist fest, während die acht peripheren sicher auf einem radial gleitbaren Mechanismus befestigt sind. Die acht klei nen optischen Faserbündel werden, wie in den Fig. 18A, 18B und 18C gezeigt, bewegt. Bei einem ringförmigen Ausleuchtungsschema, gezeigt in Fig. 18B, wird ein zylindrischer Spiegel 17 eingefügt, wie vorher in Verbindung mit Fig. 6 erklärt, um die Ausführungsform der gewünschten Richtwirkung der Belichtungsausleuchtung zu ermöglichen sowie eine maximale Lichtausbeute in Übereinstimmung mit der Auflösung und der Art eines benutzten Gitters.

Fig. 19 stellt ein anderes Beispiel eines Belichtungsausleuchtungssystems in dem Projektionsbelichtungsgerät entsprechend der vorliegenden Erfin dung dar. Ein Laserstrahl, ausgesandt von einer Laserlichtquelle 24', zeigt einen Querschnitt A₃-A₃', welcher lang in Richtung senkrecht zum Blatt der Fig. 19 und kurz längs der Richtung des Blattes ist, wie in Fig. 20A gezeigt. Da es in Richtung längs des Blattes eine kleine Anzahl von Moden gibt, ist die Kohärenz stark. Stablinsen 261, 262 werden benutzt um die Strahlenbreite auszuweiten in Richtung längs des Blattes der Fig. 19, wie Querschnitt A₄-A₄' in Fig. 20B zeigt. Der erweiterte Strahl wird durch ein Prisma 250 aufgeteilt, um eine optische Wegdifferenz in sechs Strahlen mit verschiedenen optischen Weglängen zu erzeugen. Die jeweiligen aufgeteilten Strahlen werden in ein opti sches Faserbündel 1C' geleitet, das eine Eingangsendebene besitzt, die in sechs Segmente aufgeteilt ist. Diese Eingangsendebene A₅-A₅' besitzt eine Intensitätsverteilung wie in Fig. 20C gezeigt. Die Eingangsendebene des optischen Faserbündels 1C' besteht aus sechs getrennten rechtwink ligen Ebenen, wie in Fig. 20C gezeigt, wobei zwei Faserenden nahe dem Zentrum der Ebene in den Richtungen, die durch Pfeile in der Figur angezeigt sind, bewegbar sind. Unter der Gesamtheit der vier beweg baren Faserenden sind Faserenden 101" und 101', gezeigt in den Fig. 19 und 20, jeweils verbunden mit einem zentralen Abschnitt und einem peripheren Abschnitt der Ausgangsenden 122 der Fasern. Der Rest der festen Eingangsenden 101 ist nur zu peripher liegenden Ausgangsenden 122 verbunden. Auf diese Weise wird eine normale Ausleuchtung mit dem variablen Wert s realisiert, wenn die Eingangsendebene in einem Zustand (Position) sich befindet, in dem ein Lichtstrahl auf das Faseren de 101" einfällt, und ringförmige Ausleuchtung ist realisiert, wenn die Eingangsendebene in einem Zustand (Position) sich befindet, bei dem ein Lichtstrahl auf das Faserende 101' einfällt.

Fig. 21 zeigt ein Beispiel eines Belichtungsausleuchtungssystems des Projektionsbelichtungsgerätes entsprechend der vorliegenden Erfindung. Ein Laserlichtstrahl, ausgesandt von einer Laserlichtquelle 24', wird zu einer gewünschten Größe aufgeweitet durch Stablinsen 261, 262, ähnlich dem Beispiel, das in Fig. 19 gezeigt wurde, und wird dann in sechs Strahlen mit verschiedenen optischen Weglängen durch ein Prisma 250', um eine optische Wegdifferenz zu machen, aufgeteilt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem Beispiel der Fig. 19 dadurch, daß die Grö ßen der jeweiligen aufgeteilten Strahlen unterschiedlich zueinander sind. Im speziellen ist die Größe der Strahlen in einem peripheren Abschnitt größer als die der Strahlen im zentralen Abschnitt. Die Strahlen, die aus diesem Prisma 250' zur optischen Wegdifferenzherstellung austreten, erreichen ein optisches wegauswählendes Prisma 120, dessen Querschnitt in Fig. 22C, 22D und 22E gezeigt wird. Dieses Prisma 120 besteht aus zwei Prismen 120A, 120B, die in einem vorbestimmten Abstand befestigt sind und einstückig bewegbar in die linke und rechte Richtung auf dem Blatt von Fig. 22C bis 22E sind. Die Lichtstrahlen, die dieses optische wegauswählende Prisma 120 durchfallen, treten in die Eingangsenden eines optischen Faserbündels 1D' ein, diese Eingangsenden werden in Übereinstimmung mit den Größen der Strahlen geformt, so daß diejeni gen die die peripheren Strahlen empfangen breit sind und diejenigen, die die zentralen Strahlen empfangen, eng sind. Wie in den Fig. 21 und 22A gezeigt wird, ist die Normalenrichtung der Endebenen dieser Faser bündel bezüglich den einfallenden Lichtstrahlen in dem peripheren Abschnitt geneigt und parallel zu den einfallenden Lichtstrahlen im zentralen Abschnitt. Die Beziehung zwischen einem Einfallswinkel des optischen Faserendes und einem Winkel eines ausgehenden Lichtstrahls bezüglich der Normalen der Ausgangsendebene wird mit Referenz zu den Fig. 23A bis 23F erklärt werden. Lichtstrahlen, die auf optische Fasern 101a und 101f, die sich in einem peripheren Abschnitt befinden und die um einen Winkel θ₁ bezüglich des einfallenden Lichtstrahles geneigt sind, einfallen, wie in Fig. 23A gezeigt wird, treten von Ausgangsenden 101a' und 101f' mit einer Richtungwirkung aus, die einen konstanten Winkel bereich bezüglich der Normalen zur Ausgangsendebene, wie in Fig. 23B gezeigt, besitzt. Im einzelnen ist ein Winkel θ, der durch den austreten den Lichtstrahl mit der Normalen der Ausgangsendebene gebildet wird, gegeben durch:

θ₁ - Δθ ≦ θ ≦ θ₁ + Δθ

Auf der anderen Seite treten Lichtstrahlen, die senkrecht in zentrale optischen Fasern 101c und 101d eintreten, vom Ausgangsende aus, wobei ihr Hauptstrahl leicht aufgeweitet ist im wesentlichen vertikal zum Aus gangsende, wie in Fig. 23E gezeigt. Auch treten Lichtstrahlen, die in die optischen Fasern 101b und 101e einfallen, die sich an einer Zwi schenposition zwischen dem peripheren Abschnitt und dem zentralen Abschnitt befinden, aus, wobei ihre Breiten geringer aufgeweitet sind als bei dem Strahl, wie er in Fig. 23A gezeigt wird, aber mehr aufgeweitet sind als der Strahl, der in Fig. 23E gezeigt wird, wie in Fig. 23C darge stellt. Da eine derartige Beziehung zwischen dem einfallenden Winkel einer optischen Faser und der Richtwirkung eines ausgesandten Licht strahls besteht, wenn das Eingangsende mit dem Ausgangsende so ver bunden ist, wie es unten gezeigt wird, erhält man im Durchschnitt einen gewünschten Lichtstrahl mit einer gleichförmigen Richtwirkung von jedem Ort auf der Ausgangsendebene, wodurch es möglich wird, ein Gitter gleichförmig auszuleuchten. Im speziellen ist jedes Eingangsende des optischen Faserbündels 1D', z. B. 101a, aufgeteilt in drei Segmente 101aA, 101aB und 101aC, wie in Fig. 22A gezeigt. Dann ist das Segment 101aA mit einem Abschnitt 110A verbunden, der an einem Ort zwischen dem zentralen und dem peripheren Abschnitt an dem Ausgangsende 110 der optischen Faser plaziert ist, wie in Fig. 22F gezeigt. Entsprechend ist das Segment 101aB verbunden mit einem Abschnitt 110B und das Segment 101aC mit einem Abschnitt 110C. Ein Eingangsende 101b optischer Fasern besitzt entsprechend ein Segment 101bA verbunden mit dem Abschnitt 110A; ein Segment 101bB mit dem Abschnitt 110B; und ein Segment 101aC mit dem Abschnitt 110C. Wenn sich das optische wegauswählende Prisma 120 in einem Zustand, wie er in Fig. 22C gezeigt ist, befindet, treten Lichtstrahlen, die von dem Prisma 250' zur Erzeugung optischer Weglängendifferenzen austreten, in Segmente 101aB, 101bB, 101cB, 101dB, 101eB und 101fB an der Eingangsendebene des optischen Faserbündels ein und treten nur von dem Ausgangsende 101B der optischen Fasern aus. Wie in Verbindung mit den Fig. 23A bis 23F erklärt wurde, ist es möglich, obwohl ein Lichtstrahl, der auf das Ein gangsende eines optischen Faserbündels einfällt, eine hohe Richtwirkung zeigt, diesen Lichtstrahl, der vom ausgehenden Ende austritt, mit einer gewünschten Richtwirkung zu versehen. Außerdem, da der Lichtstrahl nur am Ausgangsende 101B der optischen Fasern austritt, wird ein Pha senverschiebungsgitter 3 durch einen Lichtstrahl zur Belichtung mit hoher Richtwirkung, d. h. mit kleinem σ-Wert, ausgeleuchtet.

Wenn das Gitter durch eines mit einer normalen Linienbreite ersetzt wird, wird das den optischen Weg auswählende Prisma 120 so bewegt, daß das Prisma 120A wie in Fig. 22B gezeigt positioniert wird. Durch ein derartiges Positionieren des Prismas 120A treten Lichtstrahlen gleich zeitig in die Eingangsendsegmente 101aA und 101aB des optischen Faserbündels ein. Lichtstrahlen treten ähnlich in zwei Segmente am anderen Eingangsende der optischen Faserbündel ein. Da diese zwei Segmente verbunden sind mit den Ausgangsenden 110A und 110B, wird ausleuchtendes Licht mit einer moderaten Richtwirkung gewährleistet. Daher kann eine optimale Belichtung für dieses linienbreite Muster realisiert werden, wenn der Mechanismus 10 zum Ändern relativer Positionen der kleinen optischen Faserbündel angetrieben wird, um eine optimale Ausrichtung für das obige Gitter mit normaler Linienbreite zu erreichen.

Wenn ein Gitter 3, das kein Phasenverschiebungsgitter ist, aber eines, das ein Muster nahe der Auflösungsgrenze einer Reduktionsprojektions linse einschließt, in den Belichtungsapparat montiert wird, wird das den optischen Weg auswählende Prisma 120, wie in Fig. 22E gezeigt, bewegt, so daß das Prisma 120B innerhalb des optischen Weges positioniert ist und Lichtstrahlen in das Eingangsendsegment 101aC usw. des optischen Faserbündels eintreten. Auf diese Weise treten Lichtstrahlen, die von dem jeweiligen Eingangsendsegment des optischen Faserbündels eintreten, von dem Ausgangsendabschnitt 110C aus, der in dem äußeren peripheren Abschnitt an der Ausgangsendebene der optischen Fasern angeordnet ist, ein, was zur Folge hat, daß die ringförmige Ausleuchtung realisiert wird und ermöglicht wird, ein Muster nahe der Auflösungsgrenze in einer zu friedenstellenden Musterform abzubilden.

Fig. 24A zeigt ein Reduktionsprojektionsbelichtungsgerät, bei dem die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Bezugszeichen bei dieser Figur, die identisch denen in den Fig. 5A, 5B und 6 sind, bezeichnen die gleichen Bauelemente. Ein Ausleuchtungs system 2 kann eine der beiden vorhergehenden Ausführungsformen sein. In einer Reduktionsprojektionslinse 4' wird ein variables Filter 400 eingefügt am Eingang der Pupille 41', um teilweise einen durchtretenden Lichtbetrag von Licht, das dadurch hindurchtritt abzuschirmen oder zu reduzieren und zwar nur in einer gewünschten Region. Das variable Filter 400 besteht aus drei Teilen 401, 402 und 403, z. B. wie in Fig. 23B gezeigt, und ist bewegbar, um jedes Teil auf der Pupille der Reduk tionsprojektionslinse 4' zu positionieren, wie in Fig. 24A gezeigt. Bei einem Gitter, auf welches ein Muster mit normaler Linienbreite gezeich net ist, wird der Mechanismus 10 zum Ändern relativer Positionen kleiner optischer Faserbündel angetrieben, um den σ-Wert auf 0,5 (σ = 0,5) zu setzen, und das variable Filter 400 wird bewegt, um den Teil 401 auf die Pupille zu positionieren. Wenn bei Belichtung ein Gitter mit einer dünnen Musterlinienbreite benutzt wird, wird ein zylindrischer Spiegel 17, der nahe dem Eingangsende eines optischen Faserbündels 1 angeordnet ist, in einen optischen Weg eingeführt, während der Mecha nismus 10 zum Ändern relativer Positionen kleiner optischer Faserbündel angetrieben wird, um die Ausgangsenden der kleinen optischen Faserbün del aufzuweiten, um ringförmige Ausleuchtung zu gewährleisten. Des weiteren wird das variable Filter 403 bewegt, um den Teil 403 auf die Pupille zu positionieren. Da der Teil 403 Form und Größe besitzt, die im wesentlichen identisch derer eines Sekundärlichtquellenbildes auf der Pupille der ringförmigen Ausleuchtung ist, wird dieser Teil benutzt für ein Schaltkreismuster, bei welchem dünne Musterlinien mit fetten Muster linien gemischt sind, um beide Musterlinien mit einer relativ hohen Auflösung zu belichten. Daher kann durch Vorsehen des variablen Filters auf der Pupille zur Reduktionsprojektionslinse der Belichtungsgerät eine breitere Anzahl von Mustern bedienen.

Fig. 25 zeigt, daß das Ausleuchtungssystem entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf ein Mustertestgerät angewandt wird. Bezugszeichen in dieser Figur, die identisch denen in den Fig. 5A, 5B, 6 und 24 sind, kennzeichnen die gleichen Bauelemen te. Lichtstrahlen, die von Ausgangsenden kleiner optischer Faserbündel austreten, passieren durch eine Kondensorlinse 12", werden reflektiert durch einen halbdurchlässigen Spiegel 91 und bilden dann ein Abbild auf den Ausgangsenden der kleinen optischen Faserbündel an einer Pupille 41" einer Objektivlinse 4". Das Verhältnis σ dieses Abbilds zum äußeren Durchmesser der Pupille 41 ist die partielle Kohärenz der Ausleuchtung bei Mustererkennung. Wenn der Bereich der Ausgangsenden der kleinen optischen Faserbündel geändert wird durch Antreiben des Mechanismus 10 zum Ändern relativer Positionen kleiner optischer Faserbündel, kann der σ-Wert geändert werden. Zum Beispiel wird der Wert σ zu unge fähr Eins gesetzt, wenn ein Muster eine körnige Oberfläche besitzt, um die Richtwirkung des ausleuchtenden Lichtstrahles herabzusetzen, wodurch es möglich wird, Muster mit geringerem Rauschen zu erkennen. Ent gegengesetzt, für ein Muster mit geringerer Ungleichmäßigkeit, könnte der Wert σ so gesetzt werden, daß er klein ist um einen niedrigen Kontrast zu erreichen, wodurch ein Signal ohne weiteres entdeckt werden kann. Weiterhin, wenn es erwünscht ist, ein Muster mit hervorgehobe nen Ecken zu erkennen, kann der zylindrische Spiegel 17 in den opti schen Weg eingeführt werden, um ringförmige Ausleuchtung zu erhalten, wodurch die Eckabschnitte hervorgehoben werden. Des weiteren, obwohl nicht in der Figur gezeigt, wenn ein ringförmiger Anschlag, wie durch 403 in Fig. 24B gezeigt, bei der Position der Pupille der Objektivlinse 4" eingeführt wird, wird, ähnlich dem Belichtungsgerät, das in Fig. 24A gezeigt wird, bei welchem die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird, eine sogenannte Dunkelfeldausleuchtung bereitgestellt, wodurch man ein Dunkelfeldabbild erhält, bei dem die Mustereckabschnitte allein hell sind. Auf diese Weise, wenn das Aus leuchtungsgerät der vorliegenden Erfindung bei einem Mustererkennungs system angewandt wird, kann ohne weiteres eine optimale Ausleuchtung durch Anweisung eines Steuersystems 7' in Übereinstimmung mit der Art des zu erkennenden Musters bereitgestellt werden, wobei die Vergeudung des Lichtstrahls reduziert wird.

Es sollte angemerkt werden, daß der Mechanismus 10 zum Ändern relativer Positionen kleiner optischer Faserbündel sich nicht auf das Bei spiel in Fig. 2 beschränkt, sondern auch zur Ausführungsform einer gewünschten Ausleuchtungsrichtwirkung in jedem Fall angetrieben werden kann nur durch die Einrichtung dieses Mechanismus 10 ohne Anwendung der optischen Teile zur ringförmigen Ausleuchtung, wie in den Fig. 6 und 8 gezeigt. Es ist ebenso offensichtlich, daß die Positionsänderung der kleinen optischen Faserbündel sich nicht nur auf die radiale Rich tung beschränken, wie in den vorausgehenden Ausführungsformen gezeigt wurde, sondern auch in spiral oder nichtlinearer Form sein können.

Wie oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben, ist die vorliegende Erfindung in ein Ausleuchtungssystem zur Belichtung, Test, Anzeigen usw. von Mustern eingebaut, um ohne weiteres eine optimale Ausleuchtung bezüglich der Form und Größe eines einzelnen Musters, das belichtet, getestet oder angezeigt werden soll und optischen Systemen, die für eine derartige Belichtung, Test und Anzeige benutzt werden, mit einer relativ einfachen Struktur bereitgestellt, als auch um die optimale Ausleuchtung in Übereinstimmung mit Änderungen in den optischen Systemen leicht zu modifizieren. Daher muß ausleuchtendes Licht eines konventionellen festen Ausleuchtungssystems nicht teilweise abgeschirmt werden, und eine gewünschte Ausleuchtungsrichtwirkung und Ausleuchtungslichtverteilung kann ohne Verminderung der Lichtausbeute realisiert werden, wodurch ein Belichtungsgerät oder ein Testgerät bereit gestellt wird, das einen breiten Durchsatz aufweist. Auch kann eine Anzeigeeinheit eine klare Anzeige bereitstellen und erfordert eine Licht quelle mit kleinerer Leistung für die gleiche Helligkeit wie zuvor.

Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung mit Bezug auf die Fig. 26 bis 36 beschrieben werden.

Fig. 26 zeigt ein Belichtungsausleuchtungsgerät 2 entsprechend der zwei ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Lichtstrahl, der von einer Quecksilberdampflampe 24 ausgeht, wird an einem elliptischen Spiegel 25 reflektiert, weiterhin reflektiert an einem chromatischen Spiegel 26 zur Auswahl des Wellenlängenbandes, um selektiv ein ge wünschtes Wellenband des belichtenden Lichtes zu reflektieren, z. B. eine i-Linie, und tritt dann in eine Eingangsebene A-A' eines optischen Faserbündels 1 ein. Das optische Faserbündel 1 weist eine Vielzahl von gebündelten optischen Fasern auf und ist in eine Vielzahl kleiner opti scher Faserzweige 11 an einem Ort mit vorbestimmter Distanz vor dem Eingangsende davon verzweigt. Der Durchmesser einer einzelnen opti schen Faser, z. B., beträgt ungefähr 0,2 mm und der Durchmesser des Bündels 1 beträgt ungefähr 30 mm. Die Ausgangsendebenen der Viel zahl der verzweigten kleinen optischen Faserbündel 11 ändern ihre relative Position in einer Ausgangsebene B-B' der kleinen optischen Faserbündel durch einen Mechanismus 10 zum Ändern relativer Positio nen kleiner optischer Faserbündel. Lichtstrahlen, die von den jeweiligen kleinen optischen Faserbündeln 11 ausgehen, treten in eine Stablinsen gruppe 500 ein, die als optisches Konvergierungs- und Divergierungs system dient. Da der Durchmesser eines Lichstrahls, der auf die Stablin sengruppe 500 einfällt, variiert werden kann durch die kleinen optischen Faserbündel 11, ist es möglich willkürlich Form und Größe einer Sekun därlichtquelle vorzugeben, die in der Nähe einer Ausgangsebene der Stablinsengruppe 500 gebildet ist, was ohne weiteres zu einer Änderung der partiellen Kohärenz σ der Ausleuchtung ohne eine Verminderung der Lichtausbeute führt. Ein Lichtstrahl, der von der Stablinsengruppe 500 ausgeht, tritt durch eine Ausgangslinse 22, ähnlich einem Ausleuchtungs system, wie es in einem normalen Halbleiterbelichtungsgerät benutzt wird, und beleuchtet dann ein Gitter 3 oder ein zu belichtendes Zielobjekt durch eine Kondensorlinse 23 aus.

Fig. 27 zeigt einen Zustand der Ausgangsebene, wenn die relativen Positionen der kleinen optischen Faserbündel 11 geändert werden, durch Benutzung des Mechanismus 10 zum Ändern der relativen Positionen der kleinen optischen Faserbündel in dem Belichtungsausleuchtungsgerät, wie in Fig. 27 gezeigt. Derart die relativen Positionen der kleinen optischen Faserbündel 11 ändernd, kann der Durchmesser eines Lichtstrahls, der auf die Stablinsengruppe 500 einfällt, als Antwort geändert werden. In Übereinstimmung damit kann die Größe der Sekundärlichtquelle, die in der Nähe der Ausgangsebene der Stablinsengruppe 500 gebildet, will kürlich geändert werden, was ermöglicht die partielle Kohärenz σ der Ausleuchtung frei festzulegen, was weiterhin in der Bereitstellung eines optischen Ausleuchtungssystems mit einem hohen Ausleuchtungswirkungs grad aufgrund der geringen Verschwendung des Belichtungslichtes, resul tiert. Folglich wird der Mechanismus 10 zum Ändern der relativen Positionen kleiner optischer Faserbündel, angetrieben, um die relativen Positionen der Ausgangsebene B-B' der kleinen optischen Faserbündel dermaßen zu ändern, um die partielle Kohärenz σ, z. B. auf ungefähr 0,6 zu setzen, wenn ein normales Gitter benutzt wird, und auf ungefähr 0,4, wenn ein Phasenverschiebungsgitter benutzt wird.

Fig. 28 zeigt das Belichtungsausleuchtungsgerät 2, wie in Fig. 26 gezeigt, bei dem sich die Ausgangsebene der kleinen optischen Faserbündel 11 an der Vorderseitenfokusposition einer optischen Linse 517 befindet, und die Eingangsebene der Stablinsengruppe 500 an die Rückseitenfokusposi tion der gleichen Linse gesetzt ist, um die Ausgangsebene B-B' der kleinen optischen Faserbündel 11 und die Eingangsebene der Stablinsen gruppe 500 als ein optisches Konvergierungs- und Divergierungssystem bei unendlich entfernten Positionen festzulegen. Anders dargestellt, die Ausgangsebene B-B' der kleinen optischen Faserbündel 11 und die Eingangsebene der Stablinsengruppe 500 als optisches Konvergierungs- und Divergierungssystem können in unendlicher Positionbeziehung plaziert werden. Der Rest der Struktur ist ähnlich derer von Fig. 26. Auf diese Weise wird die Intensität des Lichtstrahls, der auf die Stablinsengruppe 500 einfällt gleichförmig, so daß das Gitter 3 oder das zu belichtende Zielobjekt gleichförmig ausgeleuchtet werden können.

Fig. 29 zeigt, daß das Belichtungsausleuchtungsgerät 2, wie in Fig. 26 gezeigt, mit einem Reflexionsänderungsmechanismus 510 versehen ist, der die Reflexion eines Lichtstrahles zum Ändern des Durchmessers des Lichtstrahles benutzt, wenn er in die Eingangsebene A-A' des optischen Faserbündels 1 eintritt. Ein Lichtstrahl, der von der Quecksilberdampf lampe 24 ausgesandt wird, wird von dem elliptischen Spiegel 25 reflek tiert, um in das optische Faserbündel 1 einzutreten. Zu dieser Zeit wird ein Spiegel, der mit einem konischen Loch versehen ist und dessen innere Oberfläche ein hohes Reflexionsvermögen aufweist, an der Ein gangsebene des optischen Faserbündels plaziert, um Lichtstrahlen, die ansonsten in einen peripheren Abschnitt des optischen Faserbündels 1 eintreten würden, zu ermöglichen, in einen zentralen Abschnitt desselben einzutreten, wodurch die ausgehenden Lichtstrahlen nur von zentral liegenden kleinen optischen Faserbündeln 11 austreten und demgemäß nur diese ausgehenden Lichtstrahlen von dem Zentralabschnitt in die Stablinsengruppe 500 eintreten. Dazu wird eine Sekundärlichtquelle, die in der Nähe der Ausgangsebene der Stablinsengruppe 500 gebildet ist und die als ein optisches Konvergierungs- und Divergierungssystem dient, nur in einem zentralen Abschnitt der Stablinsengruppe 500 gebildet, wodurch es möglich wird, die partielle Kohärenz σ ohne Vergeudung des ausleuchtenden Lichtstrahles zu ändern. Auch ist es durch Plazierung eines Brechungsänderungsmechanismus 520, der die Brechung eines Licht strahles zum Ändern des Durchmessers des Lichtstrahles benutzt, wenn dieser in die Eingangsebene A-A' des optischen Faserbündels 1 eintritt, möglich die partielle Kohärenz σ zu ändern, ohne den ausleuchtenden Lichtstrahl zu vergeuden.

Fig. 30 zeigt, daß in dem Belichtungsausleuchtungsgerät 2 ein Reflexions änderungsmechanismus 510 angewandt wird, um den Durchmesser eines Lichtstrahles, der auf das optische Faserbündel 1 (511) einfällt, zu modifizieren. Zum Beispiel, wie in den Fig. 30A und 30D gezeigt, ist ein optisches System auf eine Weise entworfen, daß ein Lichtstrahl in die vollständige Eingangsebene des optischen Faserbündels 1 eintreten würde, wenn der Reflexionsänderungsmechanismus 510 nicht plaziert wäre. Dann wird ein Lichtstrahl-reflexionsändernder Spiegel 512 mit einer zentral konischen Form in diesem optischen System angeordnet, wie in den Fig. 30B und 30E gezeigt, um Lichtstrahlen zu reflektieren, die anders in einen zentralen Abschnitt konvergieren würden, gegen einen peripheren Abschnitt, so daß ein ringförmiger Lichtstrahl in das optische Faserbündel 1 (511) eintritt. Alternativ hierzu, wenn ein Lichtstrahl reflexionsändernder Spiegel 513 mit einer peripher konischen Form in dem optischen System, wie in Fig. 30C und 30F gezeigt, angeordnet wird, werden die Strahlen, die sonst in einen peripheren Abschnitt konver gieren würden, in das optische Faserbündel 1 (511) als ein kreisförmiger Lichtstrahl eintreten. Weiterhin, um willkürlich den Durchmesser eines Lichtstrahles, der auf das optische Faserbündel 1 einfällt, zu ändern, können die Grade der Verjüngung der reflexionsändernden Spiegel 512, 513 auf passende Werte gesetzt werden.

Fig. 31A bis 31F zeigen, daß der Brechungsänderungsmechanismus 520 angewandt wird, um den Durchmesser eines Lichtstrahles zu ändern, der in das optische Faserbündel 1 des Belichtungsausleuchtungsgerätes 2 einfällt, wie in Fig. 26 gezeigt. Beispielsweise, wie in den Fig. 31A und 31D gezeigt, ist ein optisches System derartig entworfen, daß ein Licht strahl in die vollständige Eingangsebene des optischen Faserbündels 1 eintreten würde, wenn der Brechungsänderungsmechanismus 520 nicht angeordnet wäre. Darm, we 13314 00070 552 001000280000000200012000285911320300040 0002004301716 00004 13195nn ein Prisma 521 vor der Eingangsebene des optischen Faserbündels 1 in diesem optischen System angeordnet wird, wie in den Fig. 31B und 31E gezeigt, werden Lichtstrahlen, die anders in einen zentralen Abschnitt der Eingangsebene konvergieren würden, gegen einen peripheren Abschnitt der gleichen Ebene gebrochen und treten in das optische Faserbündel 1 durch eine Linse zum Par allelrichten von Lichtstrahlen, die bezüglich der optischen Achse geneigt sind, ein. Auf diese Weise werden die Lichtstrahlen gezwungen, nur in den peripheren Abschnitt des optischen Faserbündels einzutreten, wodurch ein ringförmiger Lichtstrahl erzeugt wird, ohne den ausleuchtenden Lichtstrahl zu vergeuden. Alternativ hierzu, wenn eine Linse 522, die Lichtstrahlen komprimiert, anstelle des Prismas 521, wie in den Fig. 31C und 31F gezeigt, angeordnet wird, können Lichtstrahlen, die ansonsten in einen peripheren Abschnitt konvergieren würden, gebrochen werden, um in einen zentralen Abschnitt des optischen Faserbündels 1 als ein kreis förmiger Lichtstrahl einzutreten. Nebenbei bemerkt, um willkürlich den Durchmesser eines Lichtstrahles, der auf das optische Faserbündel 1 einfällt, zu ändern, kann die Brennweite der Linse 522 auf einen passen den Wert gesetzt werden.

Obwohl die oben dargestellten reflektionsändernden Spiegel 512, 513 und die Prismen 521, 522, die als Einrichtung zum Ändern der Lichtstrahlen dienen, am effektivsten sind, wenn sie vor der Eingangsebene des opti schen Faserbündels 1 angeordnet sind, können ähnliche Effekte erzeugt werden, wenn sie vor der Eingangsebene der Stablinsengruppe 500, die als ein optisches Konvergierungs- und Divergierungssystem dient, angeord net werden. Folglich können sie vor der Eingangsebene entweder der optischen Faserbündel 1 oder der Stablinsengruppe 500 angeordnet werden.

Bei der Ausführungsform, die in Fig. 29 gezeigt ist, wird, wenn der Reflektionsänderungsmechanismus 510 oder der Brechungsänderungsmecha nismus 520 angeordnet ist, die Neigung des Lichtstrahles größer, um eine Neigungsgrenze zu überschreiten, bis zu der der Lichtstrahl die Stablin sengruppe durchlaufen kann, wodurch die Möglichkeit der Lichtstrahlver geudung erhöht wird. Um dieses Problem zu lösen, können Einrichtun gen, wie sie in Fig. 32 gezeigt werden, eingesetzt werden. Im einzelnen wie in Fig. 32A gezeigt, wenn der Reflektionsänderungsmechanismus 510 oder der Brechungsänderungsmechanismus 520 nicht angeordnet ist, beträgt der maximale Einfallswinkel eines Lichtstrahles α₁. Normalerwei se ist eine Stablinse 501 entworfen, die eine numerische Apertur (NA) benutzt, die durch NA = sin α₁ gegeben ist. Jedoch, wenn der Reflek tionsänderungsmechanismus 510 oder der Brechungsänderungsmechanismus 520 angeordnet ist, wird die Neigung des Lichtstrahles größer, so daß ein maximaler Einfallswinkel α₂ in diesem Falle weiter ist als der maximale Einfallswinkel α₁, wobei die Anwendung der normalen Stablinse 501 Lichtvergeudung verursachen wird, z. B. aufgrund der Reflexion von Lichtstrahlen an der Eingangsebene der Linse, und wird demgemäß in einer geringeren Lichtausbeute resultieren. Um dieses Problem zu lösen, können individuelle Stablinsen 502, die die Stablinsengruppe 500 bilden, entworfen werden, mit der numerischen Apertur, die durch NA = sin α₂, gegeben ist, um eine derartige Lichtstrahlenvergeudung zu vermeiden. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß, wenn die numerische Apertur der Stablinsengruppe 500 geändert wird, der Aufbau der Ausgangslinse 22 und der Kondensorlinse 23 auch geändert werden muß.

Fig. 33 zeigt einen ersten Fall, bei dem die ausleuchtungsändernde Einrichtung entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für ein Projektionsbelichtungsgerät angewandt ist. Ein Licht strahl, z. B. eine i-Linie, der von einer Quecksilberdampflampe 24 aus gesandt wird, tritt in ein optisches Faserbündel 1 ein, tritt von einer Ausgangsendebene derselben aus, und wird durch eine Linse 516 gebro chen, um in eine Stablinsengruppe 500 einzutreten. Die Linse 516 dient dazu eine konjugierte Ortsbeziehung zwischen der Ausgangsebene des optischen Faserbündels 1 und der Eingangsebene der Stablinsengruppe 500 zu definieren. Ein Reflexionsänderungsmechanismus 510 oder ein Brechungsänderungsmechanismus 520 ist vor der Eingangsebene der Stablinsengruppe 500 angeordnet, um die Form einer Sekundärlichtquelle, die in der Nähe der Ausgangsebene der Stablinsengruppe 500 gebildet ist, zu modifizieren. Ein Lichtstrahl, der von der Sekundärlichtquelle divergiert, durchläuft eine Kondensorlinse 23 und leuchtet nach Keller ein Gitter 3 gleichförmig aus, um eine Sekundärlichtquellenabbildung 200 am Ort einer Eingangspupille einer Reduktionsprojektionslinse 4 zu bilden. Folglich ist es möglich, willkürlich die partielle Kohärenz σ der Ausleuchtung, die durch das Verhältnis des Durchmessers d des Sekun därlichtquellenabbildes 200, das am Ort der Eingangspupille 41 gebildet wird, zu dem Durchmesser D der Eingangspupille 41 der Reduktions projektionslinse 4, zu setzen. Nach Setzen des Belichtungsausleuchtungs systems 2 auf passende optische Bedingungen, wird ein Schaltkreismuster, das auf dem Gitter 3 ausgebildet ist, mit einem Muster ausgerichtet, das auf ein Wafer 5 bei dem vorhergehenden Belichtungsprozeß transferiert wurde, so daß ein Laserstrahl 60 für Meßzwecke und eine Waferfahr bühne 6 benutzt werden, um den Wafer 5 zu fahren, der aufnahmefähig in einem Waferspannfutter 51 befestigt ist.

Fig. 34 zeigt einen zweiten Fall, bei dem die ausleuchtungsändernden Einrichtungen gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt werden für ein Projektionsbelichtungsgerät. Ein Lichtstrahl, z. B. eine i-Linie, die von einer Quecksilberdampflampe 24 ausgesandt wird, tritt in ein optisches Faserbündel 1 ein und tritt an der Ausgangsebene desselben aus, und wird dann durch eine Linse 516 gebrochen, um in die Stablinsengruppe 500 einzufallen. Die Linse 516 dient dazu, eine konjungierte Ortsbeziehung zwischen der Ausgangsebene des optischen Faserbündels 1 und der Eingangsebene der Stablinsen gruppe 500 zu definieren. Ein Reflexionsänderungsmechanismus 510 oder ein Brechungsänderungsmechanismus 520 ist vor der Eingangsebene der Stablinsengruppe 500 angeordnet, um die Form einer Sekundärlichtquelle zu modifizieren, die in der Nähe der Ausgangslinse der Stablinsengruppe 500 gebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, willkürlich die partielle Kohärenz σ der Ausleuchtung, die durch das Verhältnis des Durchmes sers d eines Sekundärlichtquellenabbildes 200, das sich am Ort der Eingangspupille 41 bildet, zu dem Durchmesser D der Eingangspupille 41 einer Reduktionsprojektionslinse 4, darstellt, zu setzen.

Fig. 35A und 35B zeigen ein Beispiel, bei dem drei Linsen in einem optischen Weg von der Ausgangsebene des optischen Faserbündels 1 zur Eingangsebene der Stablinsengruppe 500 des Belichtungsausleuchtungs gerätes 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind, um einen Zoomlinsenmechanismus 53 zur willkürlichen Änderung des Durchmessers eines Lichtstrahles, der auf die Stablinsen gruppe 500 einfällt, bereitzustellen. Angenommen, daß die Brennweiten einer ersten Linse, einer zweiten Linse und einer dritten Linse, die in dieser Reihenfolge vom optischen Faserbündel 1 positioniert sind, jeweils durch f₁, f₂ und f₃ dargestellt werden; der Durchmesser der Ausgangs ebene des optischen Faserbündels 1 durch d₁ dargestellt wird; und der Durchmesser eines Lichtstrahls, der in die Stablinsengruppe 500 einfällt, durch d₂ dargestellt wird, kann der Durchmesser eines Lichtstrahls, der auf die Stablinsengruppe 500 einfällt, willkürlich geändert werden, wenn die Linsen, die die Brennweiten f₁ und f₂ haben, parallel zur optischen Achse verschoben werden, um eine Gleichung zu erfüllen, die in den Fig. 35A und 35B gezeigt wird. Auf diese Weise kann die partielle Kohärenz σ der Ausleuchtung willkürlich geändert werden ohne Licht zu vergeuden. Zusätzlich kann in diesem optischen System ein Gitter, z. B. ein zu belichtendes Zielobjekt, gleichmäßiger ausgeleuchtet werden, da die Eingangsebene der Stablinsengruppe 500 mit der Position der Keller- Ausleuchtung zur gleichmäßigen Ausleuchtung der Eingangsebene der Stablinsengruppe 500 zusammenfällt.

Fig. 36 zeigt eine Ausführungsform eines Projektionsbelichtungsgerätes, das mit dem Zoomlinsenmechanismus 530 versehen ist, der darin mon tiert ist. Ein Lichtstrahl, z. B. eine i-Linie, die von einer Quecksilber dampflampe 24 ausgesandt wird, tritt in ein optisches Faserbündel 1 ein, tritt von einer Ausgangsebene desselben aus, wird gebrochen durch einen Zoomlinsenmechanismus 530, um auf die Stablinsengruppe 500 einzufal len. Der Zoomlinsenmechanismus 530 dient dazu, die Form einer Sekundärlichtquelle, die in der Nähe der Ausgangsebene der Stablinsen gruppe 500 gebildet ist, zu modifizieren. Durch Betreiben des Zoom linsenmechanismus 530 ist es möglich, willkürlich die partielle Kohärenz σ der Ausleuchtung, die durch das Verhältnis des Durchmessers d eines Sekundärlichtquellenabbildes 200, das am Ort der Eingangspupille 41 einer Reduktionsprojektionslinse 4 gebildet wird, zu dem Durchmesser D der Eingangspupille 41 dargestellt wird, festzulegen.

Nebenbei bemerkt, obwohl die vorhergehenden Ausführungsformen gezeigt haben, daß ein Lichtstrahl, der von einer Quecksilberdampflampe 24 als Lichtquelle ausgesandt wird, reflektiert wird durch einen elliptischen Spiegel 25, und eine gewünschte Belichtungslichtwellenlänge, z. B. die von einer i-Linie, reflektiert wird durch einen chromatischen Spiegel 26 zur Auswahl eines Wellenbandes, ist die vorliegende Erfindung nicht begrenzt durch eine derartige Lichtquelle, sondern kann z. B. auch eine Exzimerla serlichtquelle aufweisen.

Bei den vorhergehenden Ausführungsformen wurde ein Reduktionsbelich tungsgerät erklärt, bei welchem das Ausleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung angewandt wird, jedoch ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht begrenzt auf diese Art von Gerät. Im speziellen kann die vorliegende Erfindung weitläufig angewandt werden, z. B. für Belich tungsgeräte für Großbildschirm-Flüssigkristall-Fernsehanzeigen, Mustertest geräte, oder eine Vielfalt von Anzeigegeräten, die eine passende Aus leuchtungsrichtwirkung oder eine passende Lichtstärkenverteilung durch Änderung einer Sekundärlichtquelle eines Ausleuchtungsstrahles erhalten, um Belichtung, Test, Anzeige usw. durchzuführen. Auch kann es in einigen Fällen für Geräte angewandt werden, die kein Abbildungssystem zur Durchführung von Belichtung (Nahbelichtung), Erfassung, Anzeige usw. haben.

Wie oben beschrieben erzeugt die vorliegende Erfindung Effekte zur Ausführungsform einer gewünschten Ausleuchtungsrichtwirkung oder Aus leuchtungslichtverteilung ohne die Lichtausbeute zu vermindern.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch die Änderung der Richt wirkung eines Lichtstrahles ohne Licht zu vergeuden, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Beleuchtungsverteilung, wodurch eine passende Ausleuchtung effizient realisiert werden kann für eine Vielfalt von Mustern, die von einem Einzelbelichtungsgerät, einem Test gerät oder einem Anzeigegerät, verarbeitet werden sollen. Dies führt zu einer breiten Verbesserung der Auflösungsleistung eines derartigen Belich tungsgerätes, eines Testgerätes oder eines Anzeigegerätes genauso wie zur Reduktion der Leistung einer Lichtquelle, die in diesen Geräten benutzt wird und zur Steigerung eines hohen Durchsatzes in dem Belichtungs gerät und dem Testgerät.

Claims

1. Projektionsbelichtungsgerät mit einer Lichtquelle (24) zum Erzeugen eines Lichtstrahls zur Belichtung und mit einem optischen Ausleuch tungssystem, welches aufweist:
einen optischen Faserbündelabschnitt (1) mit einer Vielzahl von gebün delten optischen Fasern, die eine Eingangsstirnfläche (A-A') haben, auf die der Lichtstrahl einfällt,
einen optischen Kleinfaserbündelabschnitt, der eine Vielzahl kleiner optischer Faserbündel (11) aufweist, die aus dem optischen Faserbündel abschnitt (1) aufgezweigt sind und jeweils eine Ausgangsstirnfläche haben,
eine Steuereinrichtung (10) zum Steuern relativer Positionen der Aus gangsstirnflächen der kleinen optischen Faserbündel (11) in einer Aus gangsebene (B-B') mit Separierungsmitteln (12, 12') zur Separierung der kleinen optischen Faserbündel (11) voneinander derart, daß die relativen Positionen der Ausgangsstirnflächen der kleinen optischen Faserbündel (11) zur Veränderung des Querschnitts des Ausleuchtungstrahles ohne Strahlungsverlust einstellbar sind, und
ein Projektionsbelichtungssystem (22, 23) zum Projizieren des Licht strahls durch eine Maske oder ein Gitter (3) auf ein zu belichtendes Zielobjekt (5).

2. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 1, das weiterhin ein opti sches Konvergierungssystem (21) zum Konvergieren eines Lichtstrahls, der von der Belichtungsquelle ausgesandt wird auf die Eingangsseite der optischen Fasern im optischen Ausleuchtungssystem, aufweist.

3. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 1, das weiterhin einen Spiegel (17) an der Eingangsseite der optischen Fasern im optischen Ausleuchtungssystem aufweist.

4. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 3, bei dem der Spiegel (17) von einem zylindrischen Spiegel gebildet wird.

5. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 1, bei dem das optische Konvergierungssystem des optischen Ausleuchtungssystems ein optisches Element (19) hat, um einen ringförmigen Lichtstrahl an der Eingangs ebene des optischen Faserbündelabschnitts einzugeben.

6. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 1, bei dem die belichtende Lichtquelle (24) eine Laserlichtquelle aufweist.

7. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 1, bei dem mindestens ein Teil der Eingangsstirnfläche (A-A') des optischen Faserbündelabschnittes im optischen Ausleuchtungssystem eine Vielzahl von Segmenten (101a, b, c, d, e, f) aufweist, bei dem die Einfallswinkel der jeweiligen Seg mente verschieden voneinander sind bezüglich der Einfallsrichtung eines Lichtstrahles, wodurch eine gewünschte Richtwirkung der Lichtstrahlen, die von den Ausgangsstirnflächen der kleinen optischen Faserbündel aus treten, gewährleistet wird.

8. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 1 oder 6, bei dem optische Weglängen der optischen Fasern im optischen Ausleuchtungssystem unterschiedlich gemacht sind, um die Kohärenz eines ausleuchtenden Lichtstrahles zu reduzieren.

9. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Separierungsmittel (12, 12') erste und zweite Separierungsmittel (12, 12') aufweisen, die längs einer einzigen Achse verschiebbar sind und längs dieser Achse voneinander beabstandet sind, und daß die Ab stände aller Ausgangsstirnflächen der optischen Faserbündel (11) vonein ander durch Änderung des Abstandes der ersten und zweiten Separie rungsmittel (12, 12') längs dieser Achse veränderbar sind.

10. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Separierungsmittel (12, 12') schräg zur Achse angeordnete Durchgänge zur Führung jeweils eines kleinen optischen Faserbündels (11) aufweisen.

11. Projektionsbelichtungsverfahren, das die Schritte aufweist:
Durchführen eines Lichtstrahles durch einen optischen Faserbündelab schnitt (1) mit einer Vielzahl von gebündelten optischen Fasern, die eine Eingangsstirnfläche (A-A') haben,
Verzweigen des Lichtstrahles und Durchlaufen der verzweigten Licht strahlen durch eine Vielzahl verzweigter kleiner optischer Faserbündel (11), die aus dem optischen Faserbündelabschnitt aufgezweigt sind und jeweils eine Ausgangsstirnfläche haben;
Aussenden der Lichtstrahlen von den jeweiligen Ausgangsstirnflächen der Vielzahl kleiner optischer Faserbündel, wobei die relativen Positionen der Ausgangsstirnflächen der kleinen optischen Faserbündel (11) zur Veränderung des Querschnitts des Ausleuchtungstrahles ohne Strahlungs verlust einstellbar sind, und
Führen des Lichtstrahls durch eine Maske oder ein Gitter (3) auf ein zu belichtendes Objekt.

12. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 1, das weiterhin aufweist: ein optisches Konvergierungs- und Divergierungssystem (500) zum Konvergieren bestimmter Winkelkomponenten eines einfallenden Licht strahles, der aus den optischen Fasereinrichtungen austritt, und zum Divergieren der konvergierten Komponenten.

13. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 12, bei dem die Ausgangs ebene (B-B') der optischen Fasereinrichtungen im optischen Ausleuch tungssystem in einer optisch konjugierten Beziehung mit der Eingangs ebene des optischen Konvergierungs- und Divergierungssystems steht.

14. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 12, das weiterhin optisch modifizierende Einrichtungen (510, 520) aufweist zum Modifizieren eines Lichtstrahles, der durch Brechung oder Reflexion auf die opti schen Fasereinrichtungen (1) im optischen Ausleuchtungssystem einfällt.

15. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 12, das weiterhin optisch modifizierende Einrichtungen (510, 520) zum Modifizieren eines Licht strahles aufweist, der durch Brechung oder Reflexion in das optische Konvergierungs- und Divergierungssystem im optischen Ausleuchtungs system einfällt.

16. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 14, bei dem die optischen Fasereinrichtungen (1) eine derartige numerische Apertur (NA) haben, daß ein ausleuchtender Lichtstrahl, der eine Neigung aufweist, die durch die optisch modifizierenden Einrichtungen modifiziert wurde, ausreichend das optische Konvergierungs- und Divergierungssystem durchläuft.

17. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 15, bei dem das optische Konvergierungs- und Divergierungssystem eine derartige numerische Apertur (NA) hat, daß ein ausleuchtender Lichtstrahl, der eine Neigung aufweist, die durch die optisch modifizierenden Einrichtungen modifiziert wurde, ausreichend das optische Konvergierungs- und Divergierungs system durchläuft.

18. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 12, das weiterhin optische Einrichtungen (516) aufweist zur Realisierung eines gleichförmigen Lichteinfalls auf das optische Konvergierungs- und Divergierungssystem (500), wobei die Ausgangsebene der kleinen optischen Faserbündel (11) sich an der vorderen Fokusposition der optischen Einrichtung (516) und die Eingangsebene des optischen Konvergierungs- und Divergierungs systems (500) sich an der hinteren Fokusposition der optischen Einrichtung (516) befindet.

19. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 18, das weiterhin modifizierende Einrichtungen (510, 520) aufweist zum Modifizieren des Durchmessers von Lichtstrahlen, die von den kleinen optischen Faserbündeln (11) im optischen Ausleuchtungssystem austreten, um den Lichtstrahl in das optische Konvergierungs- und Divergierungssystem zu führen.

20. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 18, das weiterhin optisch modifizierende Einrichtungen (510, 520) aufweist zum Modifizieren eines Lichtstrahles, der in das optische Konvergierungs- und Divergierungs system im optischen Ausleuchtungssystem durch Brechung oder Reflexion einfällt.

21. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Ansprüchen 12, 13, 14, 16, 18, 19 oder 20, bei dem das optische. Konvergierungs- und Divergierungssystem (500) durch eine Stablinse gebildet wird.