DE102006032877A1

DE102006032877A1 - Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102006032877A1
Application number: DE200610032877
Authority: DE
Inventors: Toralf Dr. Gruner; Claus Zahlten; Jörg Dr. Tschischgale
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-07-15
Filing date: 2006-07-15
Publication date: 2008-01-17
Also published as: WO2008009356A1

Abstract

Eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zum Abbilden einer Maske auf eine lichtempfindliche Schicht weist ein Beleuchtungssystem zur Erzeugung von Projektionslicht, ein Projektionsobjektiv und eine Korrektureinrichtung zur Korrektur von Abbildungsfehlern des Projektionsobjektivs auf. Die Korrektureinrichtung weist ihrerseites eine Temperiereinrichtung auf, mit welcher die Temperatur einer innerhalb oder außerhalb des Projektionsobjektivs angeordneten und Projektionslicht durchtretenen Flüssigkeit auf einen Sollwert einstellbar ist. Ferner enthält die Korrektureinrichtung ein Barometer zur Messung des Drucks eines Gases, das von Projektionslicht durchtreten wird. Eine Steuerungseinheit bestimmt den Sollwert für die Temperatur der Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen, wie sie zur Herstellung hochintegrierter Schaltkreise und anderer mikrostrukturierter Bauteile verwendet werden. Die Erfindung betrifft insbesondere die Korrektur von optischen Abbildungsfehlern in Projektionsobjektiven solcher Projektionsbelichtungsanlagen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Integrierte elektrische Schaltkreise und andere mikrostrukturierte Bauelemente werden üblicherweise hergestellt, indem auf ein geeignetes Substrat, bei dem es sich beispielsweise um einen Silizium-Wafer handeln kann, mehrere strukturierte Schichten aufgebracht werden. Zur Strukturierung der Schichten werden diese zunächst mit einem Photolack bedeckt, der für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches, z.B. Licht im tiefen ultravioletten Spektralbereich (DUV, deep ultraviolet), empfindlich ist. Anschließend wird der so beschichtete Wafer in einer Projektionsbelichtungsanlage belichtet. Dabei wird ein Muster aus Strukturen, das sich auf einer Maske befindet, auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs abgebildet. Da der Abbildungsmaßstab dabei im allgemeinen kleiner als 1 ist, werden derartige Projektionsobjektive häufig auch als Reduktionsobjektive bezeichnet.
Nach dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer einem Ätzprozeß unterzogen, wodurch die Schicht entsprechend dem Muster auf der Maske strukturiert wird. Der noch verbliebene Photolack wird dann von den verbleibenden Teilen der Schicht entfernt. Dieser Prozeß wird so oft wiederholt, bis alle Schichten auf den Wafer aufgebracht sind.
Projektionsbelichtungsanlagen weisen neben dem Projektionsobjektiv noch andere wichtige Komponenten auf. Eine davon ist das Beleuchtungssystem, mit dem die Maske mit den zu projizierenden Strukturen beleuchtet wird. Ferner müssen sehr präzis arbeitende Verfahrtische vorhanden sein, mit denen sich die Maske und der Wafer verfahren und exakt positionieren lassen.
Eines der wesentlichen Ziele bei der Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen besteht darin, Strukturen mit zunehmend kleineren Abmessungen auf dem Wafer lithographisch erzeugen zu können. Kleine Strukturen führen zu hohen Integrationsdichten, was sich im allgemeinen günstig auf die Leistungsfähigkeit der mit Hilfe derartiger Anlagen hergestellten mikrostrukturierten Bauelemente auswirkt.
Die Größe der erzeugbaren Strukturen hängt vor allem von der Auflösung des verwendeten Projektionsobjektivs ab. Da die Auflösung der Projektionsobjektive proportional zu der Wellenlänge des Projektionslichts ist, besteht ein Ansatz zur Erhöhung der Auflösung darin, Projektionslicht mit immer kürzeren Wellenlängen einzusetzen. Die kürzesten zur Zeit verwendeten Wellenlängen liegen im ultravioletten Spektralbereich und betragen 248 nm, 193 nm oder 157 nm.
Ein anderer Ansatz zur Erhöhung der Auflösung geht von der Überlegung aus, in einen Immersionsraum, der zwischen einer bildseitig letzten Linse des Projektionsobjektivs und dem Photolack oder einer anderen zu belichtenden lichtempfindlichen Schicht verbleibt, eine Immersionsflüssigkeit mit hoher Brechzahl einzubringen. Projektionsobjektive, die für den Immersionsbetrieb ausgelegt sind und deswegen auch als Immersionsobjektive bezeichnet werden, können numerische Aperturen von mehr als 1, z.B. 1.3 oder 1.4, erreichen.
Mit einer hohen Auflösung lassen sich jedoch nur dann hohe Integrationsdichten erzielen, wenn Abbildungsfehler im Projektionsobjektiv ausreichend korrigiert werden. Die Ursachen für Abbildungsfehler in Projektionsobjektiven sind vielfältig. Besonders schwierig zu korrigieren sind häufig solche Abbildungsfehler, die auf Material- oder Fertigungsfehler zurückgehen. Gleiches gilt für Abbildungsfehler, die durch erst während des Betriebes auftre tende Veränderungen der in dem Projektionsobjektiv enthaltenen optischen Elemente verursacht werden. Dabei kann es sich beispielsweise um vorübergehende Formveränderungen handeln, die aus einer lokalen Erwärmung durch das energiereiche Projektionslicht resultieren. Das Projektionslicht kann auch unmittelbar mit dem Material Wechselwirken, aus dem die optischen Elemente bestehen, und darin z.B. dauerhafte Veränderungen der Brechzahl bewirken.
Eine andere Ursache für Abbildungsfehler sind Veränderungen des Drucks von Gasen, die von Projektionslicht durchtreten werden. Die Brechung an einer Grenzfläche zwischen einem Gas und einem festem Medium, z.B. Quarzglas oder einem kristallinen Material wie etwa CaF₂, hängt von der Brechzahl des Gases und von der Brechzahl des festen Mediums ab. Ändert sich der Druck des Gases, so ändert sich gemäß der idealen Gasgleichung linear auch die Dichte und – zumindest in guter Nährung ebenfalls linear – die Brechzahl des Gases.
Da man beim Entwerfens des Projektionsobjektivs von bestimmten Brechzahlen der Gase und der festen Medien ausgeht, verschlechtern sich die optischen Eigenschaften des Projektionsobjektivs, wenn sich der Druck und damit der die Brechzahl der Gase verändern.
Die Ursache für Druckänderungen von Gasen sind vielfältig. Neben der Höhe über dem Meeresspiegel wirken sich wetterbedingte Schwankungen des barometrischen Außen drucks ebenso auf die Brechzahl der Gase aus wie Dichteänderungen, die durch eine Erwärmung der Gase hervorgerufen wird.
Zur Korrektur von Abbildungsfehlern, die durch Veränderungen des Gasdrucks hervorgerufen werden, ist es bekannt, die Wellenlänge des Projektionslichts zu verändern, das nach Beugung an der Maske das Projektionsobjektiv durchtritt. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß vor allem bei flüssigen und festen Medien die Brechzahl relativ stark von der Wellenlänge des Projektionslichts abhängt. Bei gängigen Linsenmaterialien für Projektionsobjektive, z.B. Quarzglas oder CaF₂, ist diese als Dispersion bezeichnete Abhängigkeit bei einer Wellenlänge von 193 nm so groß, daß man bereits durch kleine Veränderungen der Wellenlänge eine spürbare Veränderung der Brechzahl in den festen Medien erzielen kann. Dadurch wird es möglich, den für die Brechung an der Grenzfläche zwischen gasförmigen und festen Medien entscheidenden Brechzahlquotienten auch dann konstant zu halten, wenn sich die Brechzahl des gasförmigen Mediums verändert. Die Veränderung der Wellenlänge des Projektionslichts wird dabei im allgemeinen durch Verstellen des Resonators eines als Lichtquelle benutzten Lasers herbeigeführt.
Eine auf diese Weise durchgeführte Korrektur von Abbildungsfehlern, die durch Druckschwankungen umgebender Gase hervorgerufen werden, gelingt allerdings nur dann sehr gut, wenn alle festen brechenden Medien in dem Projekti onsobjektiv aus dem gleichen Material, z.B. Quarzglas, hergestellt sind. Werden unterschiedliche Materialien, z.B. neben Quarzglas noch CaF₂, BaF₂ oder Lutetiumgranat (LuAG), eingesetzt, so läßt sich nicht mehr für alle brechenden Flächen der Brechzahlquotient konstant halten, wenn sich der Gasdruck verändert, da die Materialien im allgemeinen eine unterschiedliche Dispersion haben.
Aus der WO 2004/053596 A2 ist eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage bekannt, bei der zur Korrektur von Abbildungsfehlern, und zwar insbesondere der sphärischen Aberration, die Temperatur einer Immersionsflüssigkeit gezielt eingestellt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, mit der sich Abbildungsfehler, die durch Schwankungen eines Gasdrucks hervorgerufen sind, besser korrigieren lassen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zum Abbilden einer Maske auf eine lichtempfindliche Schicht, mit:

a) einem Beleuchtungssystem zur Erzeugung von Projektionslicht,
b) einem Projektionsobjektiv,
c) einer Korrektureinrichtung zur Korrektur von Abbildungsfehlern des Projektionsobjektivs, die aufweist: – eine Temperiereinrichtung, mit welcher die Temperatur einer innerhalb oder außerhalb des Projektionsobjektivs angeordneten und von Projektionslicht durchtretenen Flüssigkeit auf einen Sollwert einstellbar ist, – ein Barometer zur Messung des Drucks eines Gases, das von Projektionslicht durchtreten wird, und – eine Steuerungseinheit, welche den Sollwert für die Temperatur der Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck bestimmt.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß sich durch Temperaturveränderung einer Flüssigkeit eine Veränderung des Brechzahiquotienten an Grenzflächen zwischen dem Gas und einem festen oder flüssigen optischen Material sehr weitgehend kompensieren läßt. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß für kurzwelliges Licht transparente Flüssigkeiten eine Brechzahl haben, die relativ stark (in der Größenordnung von etwa –0,0001/K) von der Temperatur abhängt. Wegen dieser Temperaturabhängigkeit muß die Temperatur von Flüssigkeiten, die als optische Medien verwendet werden, ohnehin sehr genau auf einen beim Entwurf des Projektionsobjektivs veranschlagten Sollwert eingestellt werden.
Wird dieser Sollwert geringfügig verändert, so lassen sich mit Hilfe der Flüssigkeit sehr gut Abbildungsfehler korrigieren, die durch Schwankungen des Gasdrucks hervorgerufen werden.
Die Flüssigkeit kann sich beispielsweise in einem Hohlraum des Projektionsobjektivs finden, dessen Grenzflächen plan oder gekrümmt sind. Die Flüssigkeit bildet dann eine Flüssiglinse, wie man sie aus anderen Gründen bereits für Projektionsobjektive vorgeschlagen hat. Eine solche Flüssiglinse kann aber auch eigens für den Zweck vorgesehen sein, die hier beschriebene Korrektur von Abbildungsfehlern zu ermöglichen.
Bei Immersionsobjektiven steht mit der Immersionsflüssigkeit eine Flüssigkeit außerhalb des Projektionsobjektivs zur Verfügung, deren Temperatur gezielt verändert werden kann, um durch Schwankungen des Gasdrucks hervorgerufene Abbildungsfehler zu korrigieren. Die Immersionsflüssigkeit kann dabei objektseitig an eine plane oder an eine gekrümmte brechende Fläche angrenzen.
Als Barometer zur Messung des Drucks des Gases kommt jede Einrichtung in Betracht, mit der sich mittelbar oder unmittelbar der Gasdruck bestimmen läßt. Am einfachsten ist die Verwendung von Barometern üblicher Bauart, deren Meßsignal unmittelbar den Gasdruck angibt. Unter mittelbarer Messung wird dabei verstanden, daß sich der Gasdruck zumindest prinzipiell aus der gemessenen Größe ableiten läßt. Der Bestimmung des Temperatursollwerts in Abhängigkeit vom gemessenen Gasdruck steht es deswegen gleich, wenn der Sollwert in Abhängigkeit von einer anderen Größe bestimmt wird, die aber mittelbar mit dem Gasdruck korreliert ist. Als Barometer in diesem Sinne wird deswegen z.B. auch ein Gerät bezeichnet, das die Brechzahl des Gases mißt.
Bei Projektionsobjektiven mit einem druckdichten Gehäuse, bei denen der Zwischenraum zwischen Linsen von einem Spülgas durchspült wird, wird im allgemeinen der Druck innerhalb des Gehäuses so in Abhängigkeit vom außerhalb wirkenden Druck geregelt, daß die Druckdifferenz sich nicht verändert. Auf diese Weise werden Verformungen des Gehäuses vermieden. Auch solche Projektionsobjektive haben jedoch zumindest an der Lichteintrittseite eine optische Fläche, die an ein umgebendes Gas angrenzt. Dieses Gas wird zwar in Reinräumen gereinigt, jedoch hängt der Druck des Gases dennoch von der Höhe des Reinraums im Meeresspiegel und im allgemeinen auch vom barometrischen Außendruck außerhalb des Reinraums ab. Je nach den gegebenen Verhältnissen ist deswegen das Barometer innerhalb des Projektionsobjektivs oder außerhalb des Projektionsobjektivs, jedoch vorzugsweise in der Nähe der betreffenden brechenden Flächen, anzuordnen. Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, mehrere Barometer vorzusehen, wenn beispielsweise auf Grund eines Temperaturgefälles an unterschiedlichen Orten unterschiedliche Gasdrücke herrschen.
Es hat sich gezeigt, daß sich Abbildungsfehler, die durch Schwankungen des Gasdrucks hervorgerufen werden, sogar ohne Abstimmung der Wellenlänge, d.h. alleine durch die Veränderung der Temperatur der Flüssigkeit, sehr wirksam korrigiert werden können. Am günstigsten ist es jedoch, wenn beide Maßnahmen kombiniert werden. Die Korrektoreinrichtung weist dann einen Wellenlängenmanipulator auf, mit dem die Wellenlänge des in das Projektionsobjektiv eintretenden Projektionslichts auf einen Sollwert einstellbar ist. Die Steuerungseinheit bestimmt den Sollwert für die Wellenlänge in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck.
Ist ein Wellenlängenmanipulator vorhanden, so können in der Steuerungseinheit für unterschiedliche Werte des Drucks die Sollwerte für die Temperatur der Flüssigkeit und die Sollwerte für die Wellenlänge des Projektionslichts in einem Datenspeicher hinterlegt oder nach einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang berechenbar sein.
Wegen der Linearität der hier relevanten physikalischen Zusammenhänge kann die Steuerungseinheit die Sollwerte für die Temperatur der Flüssigkeit und die Sollwerte für die Wellenlänge des Projektionslichts in einem festen Verhältnis derart bestimmen, daß für alle gemessenen Werte des Drucks das Verhältnis von Temperaturänderung der Flüssigkeit und Wellenlängenänderung des Projektionslichts konstant bleibt.
Eine weiter verbessere Korrektur der hier betrachteten Abbildungsfehler ist möglich, wenn die Korrektureinrichtung einen oder mehrere Manipulatoren aufweist, mit denen sich die Maske und/oder die lichtempfindliche Schicht und/oder ein optisches Element des Projektionsobjektivs entlang einer optischen Achse des Projektionsobjektivs verfahren lassen.
Wie Beispielrechnungen zeigen, läßt sich durch Kombination eines Wellenlängenmanipulators und einer Temperiereinrichtung für die Temperierung der Flüssigkeit eine so gute Korrektur erzielen, daß man auch Abbildungsfehler, die auf andere Ursachen, d.h. nicht auf Schwankungen des Gasdrucks, zurückgehen, sehr wirkungsvoll korrigieren kann. Die Steuerungseinheit ist dann vorzugsweise so ausgebildet, daß sie den Sollwert für die Wellenlänge des Projektionslichts und den Sollwert für die Temperatur der Flüssigkeit gemeinsam derart bestimmt, daß die Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs innerhalb vorgegebener Spezifikationen liegen. Diese Spezifikationen können sehr viel enger sein als solche, die man bislang erreichen kann, wenn man entweder nur die Wellenlänge des Projektionslichts oder alternativ nur die Temperatur der Flüssigkeit verändert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei spiels anhand der 1, die in stark schematisierter Darstellung eine erfindungsgemäße mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage in einem Meridionalschnitt zeigt.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die insgesamt mit 10 bezeichnete mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage weist ein Beleuchtungssystem 12 zur Erzeugung von Projektionslicht 13 auf. Das Beleuchtungssystem 12 enthält eine Lichtquelle 14, eine mit zwei Linsen 16, 17 schematisch angedeutete Beleuchtungsoptik und eine Feldblende 18.
Die Lichtquelle 14 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ArF-Laser ausgeführt, der Projektionslicht 13 mit einer Wellenlänge von etwa 193 nm emittiert. Durch Verstellen des Laserresonators ist es möglich, die Wellenlänge des Projektionslichts 13 innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs kontinuierlich zu verstimmen. Die für das Verstimmen des Laserresonators vorgesehenen Einrichtungen bilden einen Wellenlängenmanipulator 19.
Zur Projektionsbelichtungsanlage 10 gehört ferner ein Projektionsobjektiv 20, mit dem eine in seiner Objektebene 22 anordenbare Maske 24 verkleinert auf eine lichtempfindliche Schicht 26 abgebildet werden kann. Die lichtempfindliche Schicht 26 befindet sich in einer Bildebene 28 des Projektionsobjektivs 20. Das Projektionsobjektiv 20 enthält eine Vielzahl optischer Elemente, von denen in der 1 nur einige beispielhaft als Linsen angedeutet sind. Neben Linsen können z.B. auch plane oder gekrümmte Spiegel sowie andere optische Elemente wie Blenden oder polarisationsbeeinflussende Elemente in dem Projektionsobjektiv 20 enthalten sein.
Bei der lichtempfindlichen Schicht 26 kann es sich beispielsweise um einen Photolack handeln, der auf einen Träger 30, z.B. einen Siliziumwafer, aufgebracht ist. Der Träger 30 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel am Boden eines wannenartigen, nach oben offenen Behälters 32 befestigt, der mit Hilfe einer mit 36 bezeichneten ersten Verfahreinrichtung parallel zur Bildebene 28 und senkrecht dazu verfahrbar ist. Der Behälter 32 ist mit einer Immersionsflüssigkeit 38 so weit aufgefüllt, daß ein Zwischenraum 40 zwischen der lichtempfindlichen Schicht 26 und einer dieser Schicht 26 zugewandten bildseitig letzten optischen Fläche 42 des Projektionsobjektivs 20 zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig mit der Immersionsflüssigkeit 38 gefüllt ist. Es versteht sich, daß man die Immersionsflüssigkeit 38 auch auf andere Weise als mit dem Behälter 32 in dem Zwischenraum 40 halten kann, wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist.
In dem Behälter 32 ist außerdem eine Temperiereinrichtung 44 angeordnet, die als reine Heizeinrichtung, aber auch als kombinierte Heiz/Kühleinrichtung ausgeführt sein kann. Mit Hilfe der Temperiereinrichtung 44 ist es möglich, die sich in dem Zwischenraum 40 befindende Immersionsflüssigkeit 38 sehr genau auf einer vorgegebenen Solltemperatur zu halten. Die Temperiereinrichtung 44 ist in der 1 nur schematisch angedeutet. Mögliche Einzelheiten und Varianten für eine geeignete Temperiereinrichtung sind der WO 2005/071491 A2 entnehmbar, deren Offenbarungsgehalt vollständig zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Die Temperiereinrichtung 44 kann aber auch Bestandteil eines Kreislaufs sein, in dem die Immersionsflüssigkeit 38 umgewälzt, gereinigt und auf die Solltemperatur gebracht wird. Eine solche Temperiereinrichtung ist beispielsweise in der US 4 346 164 A beschrieben.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 weist ferner einen Temperaturfühler 46 auf, der die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 mit hoher Genauigkeit mißt.
Die Temperiereinheit 44 und der Temperaturfühler 46 sind über Signalleitungen mit einer Steuerungseinheit 48 verbunden, mit der sich über einen Regelkreis eine Solltemperatur der Immersionsflüssigkeit 38 einstellen läßt. Die Steuerungseinheit 48 ist ferner mit der ersten Verfahreinrichtung 36 und mit einer zweiten Verfahreinrichtung 52 verbunden, die es ermöglicht, die Maske 24 nicht nur parallel zur Objektebene 22, sondern auch senkrecht dazu mit hoher Genauigkeit zu verfahren. Die erste und/oder die zweite Verfahreinrichtung 36 bzw. 52 kann so ausgebildet sein, daß auch Verkippungen der Maske 24 bzw. der lichtempfindlichen Schicht 26 um eine zu einer optischen Achse 50 senkrechte Achse erzeugt werden können. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Maske 24 mit einem außeraxialen Feld beleuchtet wird.
Ein mit 54 angedeuteter Z-Manipulator ist ebenfalls mit der Steuerungseinheit 48 verbunden und ermöglicht es, eine in dem Projektionsobjektiv 20 enthaltene Linse 56 entlang der optischen Achse 50 zu verfahren.
Außerdem weist die Projektionsbelichtungsanlage 10 ein als Meßgerät angedeutetes Barometer 58 auf, das ebenfalls mit der Steuerungseinheit 48 verbunden ist. Das Barometer 58 ermöglicht es, den Druck des Gases zu messen, welches das Projektionsobjektiv 20 umgibt oder u.U. auch die Zwischenräume zwischen den optischen Elementen des Projektionsobjektivs 20 füllt.
Der Wellenlängenmanipulator 19, die erste Verfahreinrichtung 36, die zweite Verfahreinrichtung 52, der Z-Manipulator 54 sowie das Barometer 58 bilden zusammen mit der Steuerungseinheit 48 eine Korrektureinrichtung, mit der sich Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs 10 korrigieren lassen. Die Korrektureinrichtung funktioniert dabei wie folgt:
Beim Entwurf des Projektionsobjektivs 20 wird von bestimmten Brechzahlen der von Projektionslicht 13 durchtretenden brechenden optischen Elemente und der umgebenden Gase ausgegangen. Die Brechung an den Grenzflächen zwischen den optischen Elementen und den Gasen wird dabei durch den Brechzahlquotienten der an der Grenzfläche aneinander angrenzenden Medien bestimmt.
Die Brechzahl der die brechenden optischen Elemente umgebenden Gase hängt vor allem von deren Dichte ab. Diese wird u.a. davon bestimmt, auf welcher Höhe über dem Meeresspiegel sich die Projektionsbelichtungsanlage 10 befindet. Darüber hinaus können Schwankungen des barometrischen Außendrucks oder eine Erwärmung der Gase dazu führen, daß sich deren Druck verändert.
Infolge der Druckveränderung ändert sich auch der Brechzahlquotient an den brechenden Grenzflächen zwischen den Gasen und den brechenden optischen Elementen. Weicht der Brechzahlquotient spürbar von demjenigen ab, der bei dem Entwurf des Projektionsobjektivs 20 zugrundegelegt wurde, so führt dies zu Abbildungsfehlern.

Bei der Projektionsbelichtungsanlage 10 wird der Druck der Gase vor oder auch während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage 10 mit Hilfe des Barometers 58 gemessen. Die Steuerungseinheit 48 ermittelt auf der Grundlage des gemessenen Drucks Sollwerte für die mit der Steuerungseinheit 48 verbundenen Manipulatoren. Im ein zelnen handelt es sich dabei um einen Sollwert für die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38, einen Sollwert für die Wellenlänge des Projektionslichts 13 sowie Sollwerte für die jeweilige Lage der Linse 56, der Maske 24 und der lichtempfindlichen Schicht 26 entlang der optischen Achse 50.

	Z2/3 [nm]	Z4 [nm]	Z5/6 [nm]	Z7/8 [nm]	Z9 [nm]	210/11 [nm]	Z12/13 [nm]	Z16 [nm]
Fehler unkorrigiert	151.1	–1179.9	14.8	19.5	–272.0	4.3	1.0	–85.1
Korrektur mit Wellenlänge und Verlagerung von Wafer und Maske	0.9	–0.01	0.12	0.16	0.35	0.03	0.02	–1.41
Korrektur zusätzlich mit Temperatur der Immersionsflüssigkeit	0.07	–0.03	0.01	0.06	0.00	0.01	0.01	–0.02

Tabelle 1: Abbildungsfehler bei Druckänderung von 25 mbar

Die Tabelle 1 zeigt für ein konkretes Projektionsobjektiv 20, wie sich ein Druckunterschied von 25 mbar auf eine Reihe unterschiedlicher Abbildungsfehler auswirkt, die in der Tabelle 1 durch Zernike-Polynome angebende Kürzel bezeichnet sind. Die in der Zeile darunter angegebenen Zahlenwerte zeigen, wie sich die durch die Druckänderung hervorgerufenen Abbildungsfehler korrigieren lassen, wenn lediglich die Wellenlänge des Projektionslichts 13 mit dem Wellenlängenmanipulator 19 sowie die Lage der Maske 24 und der lichtempfindlichen Schicht 26 entlang der optischen Achse 50 geeignet verändert wird. In der Zeile darunter ist angegeben, wie sich die damit erzielten Feh ler nochmals erheblich verringern lassen, wenn zusätzlich auch die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 in geeigneter Weise verändert wird. Im angenommenen Beispielfall genügt eine Temperaturänderung von 0,056 k gegenüber einer Referenztemperatur bei Normaldruck, um die erhebliche Verringerung der Abbildungsfehler zu bewirken.
Die Tabelle 1 zeigt somit deutlich, wie sich durch die zusätzliche Veränderung der Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 eine deutliche Verbesserung der Korrektur solcher Abbildungsfehler erreichen läßt, die durch Änderungen des Drucks der umgebenden Gase hervorgerufen wird.
Um für jeden Druckwert, der von dem Barometer 58 gemessen wird, optimale Sollwerte für die Wellenlänge des Projektionslichts 13, die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 sowie der Lage entlang der optischen Achse 50 der Maske 24 und der lichtempfindlichen Schicht 26 auffinden zu können, kann die Steuerungseinheit 48 einen Speicher mit einer darin hinterlegten Tabelle enthalten, welche diese Sollwerte enthält. Zur Ermittlung der Sollwerte können entweder vorab entsprechende Versuche durchgeführt worden sein, bei denen die Abbildungsfehler in Abhängigkeit des Gasdrucks meßtechnisch ermittelt werden. Durch Simulation oder Versuche können dann für eine Vielzahl von Druckwerten Kombinationen der genannten Sollwerte ermittelt werden, welche eine optimale Korrektur der Abbildungsfehler herbeiführen.
Alternativ hierzu ist es z.B. auch möglich, die Abhängigkeit der einzelnen Sollwerte von dem gemessenen Gasdruck in Form von funktionalen Zusammenhängen zu erfassen, so daß die Steuerungseinheit 48 bei jedem Gasdruck die entsprechenden Sollwerte selbst errechnen kann.
Es hat sich im übrigen gezeigt, daß sich eine gute Korrektur von Abbildungsfehlern, die durch Druckschwankungen verursacht werden, auch allein mit einer Temperaturveränderung der Immersionsflüssigkeit 38 herbeigeführt werden kann. Da die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 ohnehin sehr genau festgelegt sein muß, kann dann u.U. der Aufwand entfallen, der für die übrigen Manipulatoren erforderlich ist. Insbesondere die ersten und zweiten Verfahreinrichtungen 36 bzw. 52 sind mechanisch relativ aufwendig und deswegen teuer. Können etwas größere Abbildungsfehler toleriert werden, so stellt eine solche Variante, bei der zur Korrektur der Abbildungsfehler lediglich die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 verändert wird, eine interessante und kostengünstige Alternative dar.
Ferner hat sich gezeigt, daß man sehr wirkungsvoll mit einer Kombination eines Wellenlängenmanipulators 19 und der Temperierung der Immersionsflüssigkeit 38 auch solche Abbildungsfehler korrigieren kann, die nicht durch Druckschwankungen hervorgerufen sind.

Claims

Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zum Abbilden einer Maske auf eine lichtempfindliche Schicht, mit: a) einem Beleuchtungssystem zur Erzeugung von Projektionslicht, b) einem Projektionsobjektiv und c) einer Korrektureinrichtung zur Korrektur von Abbildungsfehlern des Projektionsobjektivs, die aufweist: – eine Temperiereinrichtung, mit welcher die Temperatur einer innerhalb oder außerhalb des Projektionsobjektivs angeordneten und von Projektionslicht durchtretenen Flüssigkeit auf einen Sollwert einstellbar ist, – ein Barometer zur Messung des Drucks eines Gases, das von Projektionslicht durchtreten wird, und – eine Steuerungseinheit, welche den Sollwert für die Temperatur der Flüs sigkeit in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck bestimmt.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, wobei das Projektionsobjektiv mindestens zwei feste brechende optische Elemente enthält, deren Brechzahlen sich voneinander unterscheiden.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrektureinrichtung einen Wellenlängenmanipulator aufweist, mit dem die Wellenlänge des in das Projektionsobjektiv eintretenden Projektionslichts auf einen Sollwert einstellbar ist, und wobei die Steuerungseinheit den Sollwert für die Wellenlänge in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck bestimmt.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3, wobei in der Steuerungseinheit für unterschiedliche Werte des Drucks die Sollwerte für die Temperatur der Flüssigkeit und die Sollwerte für die Wellenlänge des Projektionslichts in einem Datenspeicher hinterlegt oder nach einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang berechenbar sind.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuerungseinheit die Sollwerte für die Temperatur der Flüssigkeit und die Sollwerte für die Wellenlänge des Projektionslichts in einem festen Verhältnis derart bestimmt, daß für alle gemessenen Werte des Drucks das Verhältnis von Temperaturänderung der Flüssigkeit und Wellenlängenänderung des Projektionslichts konstant bleibt.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korrektureinrichtung mindestens einen Manipulator aufweist zum Verfahren der Maske, der lichtempfindlichen Schicht oder eines optischen Elements des Projektionsobjektivs entlang einer optischen Achse des Projektionsobjektivs.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zum Abbilden einer Maske auf eine lichtempfindliche Schicht, mit: a) einem Beleuchtungssystem zur Erzeugung von Projektionslicht, b) einem Projektionsobjektiv und c) einer Korrektureinrichtung zur Korrektur von Abbildungsfehlern des Projektionsobjektivs, die aufweist: – eine Temperiereinrichtung, mit welcher die Temperatur einer innerhalb oder außerhalb des Projektionsobjektivs ange ordneten und von Projektionslicht durchtretenen Flüssigkeit auf einen Sollwert einstellbar ist, – einen Wellenlängenmanipulator, mit dem die Wellenlänge des in das Projektionsobjektiv eintretenden Projektionslichts auf einen Sollwert einstellbar ist, und – eine Steuerungseinheit, welche den Sollwert für die Temperatur der Flüssigkeit und den Sollwert für die Wellenlänge bestimmt.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 7, wobei die Steuerungseinheit den Sollwert für die Wellenlänge des Projektionslichts und den Sollwert für die Temperatur der Flüssigkeit gemeinsam derart bestimmt, daß die Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs innerhalb vorgegebener Spezifikationen liegen.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Korrektureinrichtung ferner ein Barometer aufweist zur Messung des Drucks eines Gases, das von Projektionslicht durchtreten wird.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Korrektureinrichtung ferner mindestens einen Manipulator zum Verfahren der Maske, der lichtempfindlichen Schicht oder eines optischen Elements des Projektionsobjektivs entlang einer optischen Achse des Projektionsobjektivs aufweist.
Verfahren zur Korrektur von Abbildungsfehlern in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit der eine Maske auf eine lichtempfindliche Schicht abbildbar ist, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Projektionsobjektivs; b) Bereitstellen einer Flüssigkeit, die von Projektionslicht durchtreten wird; c) Bestimmen des Drucks eines Gases, das von Projektionslicht durchtreten wird; d) Verändern der Temperatur der Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem in Schritt c) bestimmten Druck.
Verfahren zur Korrektur von Abbildungsfehlern in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit der eine Maske auf eine lichtempfindliche Schicht abbildbar ist, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Projektionsobjektivs; b) das eine von Projektionslicht durchtretene Flüssigkeit aufweist; c) Bereitstellen einer Flüssigkeit, die von Projektionslicht durchtreten wird; d) Verändern der Wellenlänge von Projektionslicht, welches in das Projektionsobjektiv eintritt, und der Temperatur der Flüssigkeit derart, daß die Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs innerhalb vorgegebener Spezifikationen liegen.
Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 und b) Projizieren der Maske auf die lichtempfindliche Schicht.