DE102007046419A1

DE102007046419A1 - Verfahren zum Verbessern der Abbildungseigenschaften eines optischen Systems sowie derartiges optisches System

Info

Publication number: DE102007046419A1
Application number: DE102007046419A
Authority: DE
Inventors: Aksel GÖHNERMEIER
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2008-04-03
Also published as: WO2008040494A1; JP2010506388A; US20090213352A1; TW200839455A

Abstract

Zum Verbessern der Abbildungseigenschaften eines optischen Systems (10), insbesondere eines Projektionsobjektivs (12) für die Mikrolithographie, wobei das optische System (10) zumindest eine optische Korrekturanordnung (34) aufweist, die eine Mehrzahl optischer Korrekturelemente (54, 56) aufweist, die zumindest lokal eine optische Achse (28) definieren, und die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, wird zumindest eines der Korrekturelemente (54, 56) relativ zu zumindest einem der übrigen optischen Korrekturelemente (54, 56) zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse (28) verfahren, um eine gewünschte Korrekturwirkung der Korrekturanordnung (34) einzustellen, wobei die zumindest eine Korrekturanordnung (34) zumindest in Nähe einer Pupillenebene (36) des optischen Systems (10) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern der Abbildungseigenschaften eines optischen Systems, insbesondere eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie, wobei das optische System zumindest eine optische Korrekturanordnung aufweist, die eine Mehrzahl optischer Korrekturelemente aufweist, die zumindest lokal eine optische Achse definieren, und die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, wobei das Verfahren den Schritt aufweist: Verfahren zumindest eines der Korrekturelemente relativ zu zumindest einem der übrigen Korrekturelemente zumindest in einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse, um eine gewünschte Korrekturwirkung der Korrekturanordnung einzustellen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein optisches System, insbesondere ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, mit zumindest einer optischen Korrekturanordnung, die eine Mehrzahl optischer Korrekturelemente aufweist, die zumindest lokal eine optische Achse definieren, und die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, wobei zumindest einem der Korrekturelemente zumindest ein Manipulator zum Verfahren des Korrekturelements relativ zu zumindest einem der übrigen Korrekturelemente zumindest in einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse zugeordnet ist.
Ein Verfahren und ein optisches System der zuvor genannten Arten ist aus dem Dokument JP k10-142555 A bekannt.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird das vorstehend genannte Verfahren bei einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie als optischem System beschrieben, ohne dass die vorliegende Erfindung jedoch hierauf beschränkt ist.
Ein Projektionsobjektiv ist ein Teil einer Projektionsbelichtungsanlage, die in der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet wird. Dazu wird ein in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Muster, das als Retikel bezeichnet wird, mittels des Projektionsobjektivs auf eine fotoempfindliche Schicht eines Substrats, das als Wafer bezeichnet wird, abgebildet.
Aufgrund der stets fortschreitenden Miniaturisierung der Strukturen der herzustellenden Halbleiterbauelemente werden an die Abbildungseigenschaften von Projektionsobjektiven immr höhere Anforderungen gestellt.
Daher ist es stets ein Ziel, Abbildungsfehler von Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie auf ein sehr geringes Niveau zu reduzieren.
Abbildungsfehler können bei einem Projektionsobjektiv produktionsbedingt, d.h. bereits nach Herstellung des Projektionsobjektivs, immanent vorhanden sein, die sich durch Nachbearbeitung, beispielsweise Asphärisierung einzelner Linsen des Projektionsobjektivs oder im Falle von katoptischen oder katadioptischen Projektionsobjektiven durch Asphärisierung einzelner Spiegel beheben lassen.
Abbildungsfehler können jedoch auch erst während des Betriebs oder im Laufe der Lebensdauer des Projektionsobjektivs auftreten.
Abbildungsfehler, die während des Betriebs des Projektionsobjektivs auftreten, sind beispielsweise durch die Erwärmung des Projektionsobjektivs durch das Abbildungslicht bedingt. Solche durch Erwärmung induzierten Abbildungsfehler können komplizierte Feldverläufe annehmen, insbesondere wenn, wie dies bei modernen Projektionsobjektiven der Fall ist, der Strahlengang durch das Projektionsobjektiv nicht rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse ist, und insbesondere einzelne optische Elemente vom Strahlengang nur in einem Teilbereich genutzt werden. Es ist wünschenswert, solche während des Betriebs auftretenden Abbildungsfehler daher während des Betriebs möglichst dynamisch korrigieren zu können.
Altersbedingte Abbildungsfehler entstehen beispielsweise durch Materialänderungen einzelner optischer Elemente, die beispielsweise durch eine Kompaktierung des Materials des optischen Elements hervorgerufen werden.
Das eingangs genannte Dokument JP 10-142555 A offenbart ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, das eine optische Korrekturanordnung zur Korrektur von Distorsion aufweist. Die Korrekturanordnung weist zumindest zwei optische Korrekturelemente auf, deren einander gegenüberliegende Oberflächen komplementär zueinander konturiert sind. Die beiden Korrekturelemente werden zur Korrektur von Distorsion in Richtung der optischen Achse relativ zueinander verschoben. Aus 3 und insbesondere der Beschreibung zu besagter Abbildung ist zu ent nehmen, dass die einzelnen Korrektur-Elemente über optische Brechkraft verfügen und nur in Summe keine optische Brechkraft besitzen.
In dem Dokument EP 0 851 304 B1 ist ein Projektionsobjektiv beschrieben, bei dem eine optische Korrekturanordnung vorgesehen ist, die eine Mehrzahl an asphärischen Elementen aufweist. Die asphärischen Elemente weisen Oberflächenkonturen auf, die in einer bestimmten Position der optischen Elemente zueinander (Nulllage) sich zu null addieren. Damit die asphärischen Elemente zur Korrektur von Abbildungsfehlern eine optische Wirkung entfalten, wird zumindest eines der asphärischen Elemente in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse relativ zu dem oder den anderen asphärischen Elementen verfahren. Mit einer solchen Korrekturanordnung kann auf während des Betriebs des Projektionsobjektivs auftretende feldkonstante Abbildungsfehler dynamisch reagiert werden. Mit den dort vorgeschlagenen asphärischen Elementen sollen insbesondere eine Feldkrümmung, axialer Astigmatismus und Distorsion korrigiert werden.
In dem Dokument US 5,311,362 wird ein Projektionsobjektiv beschrieben, bei dem zur Änderung der sphärischen Aberration eine Mehrzahl planparalleler Platten mit unterschiedlichen Dicken wahlweise in den Strahlengang des Projektionsobjektivs eingebracht werden. Alternativ werden dort keilförmige Prismen in Richtung quer zur optischen Achse gegeneinander verschoben, um die Mittendicke durch das Verschieben der Keile zu verändern. Als weitere Alternative wird anstelle der keilförmigen Prismen eine Mehrzahl an Linsen miteinander kombiniert, um eine Korrekturanordnung zur Änderung der sphärischen Aberration zu schaffen, wobei der Linsenabstand in Richtung der optischen Achse geringfügig verändert wird.
Die bislang bekannten Verfahren und optischen Systeme haben den Nachteil, dass die vorgeschlagenen Korrekturmechanismen insbesondere nicht geeignet sind, feldabhängige Abbildungsfehler, und insbesondere solche höherer Zernike-Ordnungen, gezielt kompensieren bzw. korrigieren zu können.
Es besteht weiterhin ein Bedürfnis an einem Verfahren zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften eines optischen Systems sowie an einem derartigen optischen System, mit dem bzw. bei dem insbesondere Abbildungsfehler höherer Zernike-Ordnung, insbesondere Zernike-Ordnungen höher als Z5/6, korrigiert werden können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren und optisches System mit konstruktiv vergleichsweise einfachen Mitteln bereitzustellen.
Hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens und des eingangs genannten optischen Systems wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zumindest eine Korrekturanordnung zumindest in Nähe einer Pupillenebene des optischen Systems angeordnet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen optischen System wird mittels zumindest eines Manipulators eines der asphärischen Korrekturelemente der zumindest einen Korrekturanordnung in Richtung der optischen Achse verfahren. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht es insbesondere, feldabhängige Abbildungsfehler zu korrigieren, da die zumindest eine Korrekturanordnung pupillennah oder in einer Pupille angeordnet ist. Durch Verfahren zumindest eines der asphärischen Korrekturelemente in Richtung der optischen Achse können feldabhängige Abbildungsfehler korrigiert werden, beispielsweise Abbildungsfehler mit einem linearen Feldverlauf. Dies beruht auf der Tatsache, dass Orte im Feld des optischen Systems Winkeln in der Pupille des optischen Systems entsprechen. Strahlen, die von einem Feldpunkt auf der optischen Achse ausgehen, verlaufen durch die optische Korrekturanordnung parallel oder im Wesentlichen parallel zur optischen Achse und werden von einer Verschiebung des zumindest einen Korrekturelements in Richtung der optischen Achse nicht beeinflusst. Strahlen, die jedoch von einem Feldpunkt außerhalb der optischen Achse ausgehen, treten durch die Korrekturanordnung schräg zur optischen Achse hindurch, so dass diese Strahlen bei einer Verschiebung des zumindest einen Korrekturelements in Richtung der optischen Achse beeinflusst werden, wobei der Grad dieser optischen Wirkung für Feld punkte mit zunehmendem Abstand von der optischen Achse zunimmt. Auf diese Weise ergibt sich eine Feldabhängigkeit der optischen Wirkung der Korrekturanordnung beim Verfahren des zumindest einen Korrekturelements in Richtung der optischen Achse.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße optische System ermöglichen es, Abbildungsfehler in höheren Zernike-Ordnungen während des Betriebs dynamisch zu korrigieren, indem nach entsprechender Messung eines Abbildungsfehlers das zumindest eine Korrekturelement relativ zu dem oder den übrigen Korrekturelement bzw. Korrekturelementen in Richtung der optischen Achse verfahren wird, bis der gemessene Abbildungsfehler vollständig oder weitestgehend korrigiert ist. Es können selbstverständlich eine Mehrzahl an optischen Korrekturanordnungen vorgesehen sein, deren einzelne Korrekturelemente mit Oberflächenkonturen versehen sind, die sich von Korrekturanordnung zu Korrekturanordnung unterscheiden, um verschiedene Abbildungsfehler und auch eine Überlagerung verschiedener Abbildungsfehler korrigieren zu können.
Es kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, zumindest eine Korrekturanordnung außerhalb einer Pupillenebene des optischen Systems anzuordnen, wobei mit zunehmendem Abstand der Korrekturanordnung von der Pupillenebene die feldabhängige Korrekturwirkung abnimmt und die feldkonstante Korrekturwirkung zunimmt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die zumindest eine Korrekturanordnung zwei Korrekturelemente auf, deren jeweilige Oberflächenkontur auf den einander zugewandten Oberflächen der beiden Korrekturelemente vorgesehen ist.
Diese Ausgestaltung der zumindest einen Korrekturanordnung hat den Vorteil eines konstruktiv einfachen Aufbaus. Wenn nur zwei Korrekturelemente vorgesehen sind, sind deren Oberflächenkonturen zueinander komplementär, so dass sie sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn die beiden Korrekturelemente unmittelbar benachbart angeordnet sind.
In Verbindung mit der zuvor genannten Ausgestaltung, wonach die beiden Korrekturelemente die jeweilige Oberflächenkontur auf den einander zugewandten Oberflächen aufweisen, hat diese Maßnahme den Vorteil, dass die beiden Korrekturelemente in einer Position, in der die beiden Korrekturelemente unmittelbar oder nahezu aneinander liegen, trotz ihrer asphärischen Oberflächenkontur keinerlei optische Wirkung entfalten. Eine solche Ausgestaltung der Korrekturanordnung ermöglicht somit eine Nullage der Korrekturelemente. Erst nach Feststellen eines Abbildungsfehlers wird zumindest eines oder werden beide Korrekturelemente in Richtung der optischen Achse verfahren, um den Abstand zwischen den beiden Korrekturelementen zu vergrößern, um eine optische Wirkung zu erzielen, die den erfassten Abbildungsfehler kompensiert.
Alternativ zu den zuvor genannten Ausgestaltungen kann die zumindest eine Korrekturanordnung zwei Korrekturelemente aufweisen, deren jeweilige Oberflächenkontur auf den einander abgewandten Oberflächen der beiden Korrekturelemente vorgesehen ist.
Auch hier ergibt sich wiederum eine konstruktiv einfache Korrekturanordnung, wobei jedoch aufgrund der Anordnung der asphärischen Oberflächenkonturen auf den einander abgewandten Oberflächen keine Nulllage der beiden Korrekturelemente zueinander existiert, in der die Korrekturanordnung keine optische Wirkung entfaltet, wenn diese in einer Pupillenebene angeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann jedoch ein systemimmanenter Abbildungsfehler, der beispielsweise nach Fertigung des optischen Systems vorhanden ist, kompensiert werden, und bei Auftreten von betriebsbedingten Abbildungsfehlern, beispielsweise durch Erwärmung einzelner optischer Elemente des Systems, wird dann der Abstand zwischen den beiden Korrekturelementen entsprechend verändert, um eine zusätzliche optische Wirkung zur Kompensation des festgestellten Abbildungsfehlers zu erhalten.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die zumindest eine Korrekturanordnung vier Korrekturelemente auf, von denen zwei jeweils eine gleiche erste Oberflächenkontur und die anderen zwei jeweils eine gleiche zweite Oberflächenkontur aufweisen, die komplementär zur ersten Oberflächenkontur ist, und wobei die beiden Korrekturelemente mit der zweiten Oberflächenkontur zwischen den beiden Korrekturelementen mit der ersten Oberflächenkontur angeordnet sind.
Diese Ausgestaltung der zumindest einen Korrekturanordnung führt zwar zu einem Aufbau der Korrekturanordnung mit mehr Korrekturelementen, jedoch hat diese Ausgestaltung gegenüber der zuvor beschriebenen Korrekturanordnung mit nur zwei Korrekturelementen den Vorteil, dass Feldverläufe von Abbildungsfehlern in zwei Richtungen kompensiert werden können. Bei der oben beschriebenen Korrekturanordnung mit zwei Korrekturelementen, die auf ihren einander zugewandten Oberflächen die asphärischen Oberflächenkonturen aufweisen, gibt es zwar eine Nulllage, in der sich die Oberflächenkonturen hinsichtlich ihrer optischen Wirkung gegeneinander kompensieren. Dies ist jedoch eine Stellung, in der sich die beiden Korrekturelemente berühren oder nahezu berühren. Beim Auseinanderfahren der beiden Korrekturelemente ergibt sich eine optische Korrekturwirkung, die stets mit den gleichen Vorzeichen behaftet ist. Bei der vorliegenden Ausgestaltung sind dagegen zwei Paare von Korrekturelementen vorhanden, bei denen die Reihenfolge der Oberflächenkonturen vom ersten Paar zum zweiten Paar gerade umgekehrt ist. Hierdurch existiert eine Nulllage der Korrekturanordnung, in der keine optische Wirkung vorliegt, in der sich die einzelnen Korrekturelemente aber in einem Abstand zueinander befinden, und durch unterschiedliches Verkleinern oder Vergrößern der Abstände der einzelnen Korrekturelemente von Paar zu Paar kann dann die gewünschte Korrekturwirkung eingestellt werden. Des Weiteren kann die optische Korrekturwirkung durch die Nulllage hindurch in beiden Richtungen eingestellt werden, was mit einer zweikomponentigen Korrekturanordnung nicht möglich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Zusammenhang mit dieser Ausgestaltung zumindest eines der Korrekturelemente verfahren.
Die beiden inneren Korrekturelemente können z.B. stationär, d.h. fest eingebaut werden, während vorzugsweise zumindest einem der beiden äußeren Korrekturelemente ein Manipulator zum Verfahren in Richtung der optischen Achse zugeordnet wird.
In einer bevorzugten Abwandlung der zuvor genannten Ausgestaltung, die ebenfalls geeignet ist, feldabhängige Abbildungsfehler in zwei Richtungen zu korrigieren, weist die zumindest eine Korrekturanordnung drei Korrekturelemente auf, von denen zwei jeweils eine gleiche erste Oberflächenkontur und das dritte eine zweite Oberflächenkontur aufweist, die zumindest näherungsweise komplementär zur Summe der ersten Oberflächenkontur der zwei anderen Korrekturelemente ist, und wobei das dritte Korrekturelement zwischen den beiden Korrekturelementen mit der ersten Oberflächenkontur angeordnet ist.
Im Unterschied zu der zuvor genannten Ausgestaltung sind somit die beiden mittleren Korrekturelemente zu einem einzigen Korrekturelement zusammengefasst, wobei die Amplitude der Oberflächenkontur des mittleren Korrekturelements doppelt so groß ist wie die einzelnen Amplituden der Oberflächenkonturen der beiden äußeren Korrekturelemente. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht gegenüber einer vierkomponentigen Korrekturanordnung in einem konstruktiv geringeren Aufwand, insbesondere weil nur drei optische Korrekturelemente mit einer Oberflächenkontur versehen werden müssen.
In einer noch weiteren bevorzugten Vereinfachung der vorgenannten Ausgestaltung ist eines der Korrekturelemente mit der ersten Oberflächenkontur mit dem mittleren dritten Korrekturelement von diesem beabstandet verbunden.
Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass mit dieser Anordnung wiederum eine bidirektionale Korrektur von Abbildungsfehlern ermöglicht wird, wozu bei dieser Ausgestaltung insgesamt nur zwei Korrekturelemente erforderlich sind.
Dabei kann das eine der Korrekturelemente mit der ersten Oberflächenkorrektur mit dem mittleren dritten Korrekturelement in einem Stück gefertigt sein.
Für die zuvor genannte Ausgestaltung ist ebenfalls nur ein Manipulator erforderlich, der beispielsweise dem Korrekturelement mit der ersten Oberflächenkontur zugeordnet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest eine der Oberflächenkonturen proportional zu der Funktion ∫Z_n(x, y), wobei Z_n(x, y) ein Zernike-Koeffizient n-ter Ordnung ist.
Abbildungsfehler werden bekanntermaßen in einer Reihenentwicklung nach Zernike-Koeffizienten klassifiziert. Ein Abbildungsfehler in der Ordnung Z_n kann am genauesten korrigiert werden, wenn die asphärische Oberflächenkontur in eine Beziehung zu Z_n gebracht wird. Die optische Korrekturwirkung der Korrekturanordnung ist jedoch nicht unmittelbar zu der Funktion Z_n(x, y) proportional, sondern zu der aufintegrierten Funktion ∫Z_n. Dies ist darin begründet, dass bei einem schrägen Strahldurchtritt durch die Korrekturanordnung die optische Wirkung dem Gradienten der Oberflächenkonturen entspricht. Durch die vorliegende Ausgestaltung wird es somit ermöglicht, einen in der Ordnung Z_n festgestellten Abbildungsfehler durch eine entsprechende Ausgestaltung der asphärischen Oberflächenkontur gezielt zu korrigieren.
Wie bereits oben erwähnt, wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise so durchgeführt, dass das zumindest eine Korrekturelement aus einer ersten Position, in der sich die optischen Wirkungen der einzelnen Oberflächenkonturen gegeneinander aufheben, in eine zweite Position verfahren wird, in der die gewünschte Korrekturwirkung erreicht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist für die zumindest eine Korrekturanordnung eine Austauschkorrekturanordnung vorgesehen, bzw. wird eine solche bereitgehalten, die eine Mehrzahl von Austauschkorrekturelementen aufweist, die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, die sich jedoch einzeln von den Oberflächenkonturen der zumindest einen Korrekturanordnung unterscheiden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zumindest eine Korrekturanordnung gegen die Austauschkorrekturanordnung ausgetauscht, um durch Verfahren zumindest eines der Austauschkorrekturelemente relativ zu zumindest einem der übrigen optischen Austauschkorrekturelemente zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse eine gewünschte Korrekturwirkung der Austauschkorrekturanordnung einzustellen.
Hierbei ist von Vorteil, dass bei entsprechender Auslegung der Austauschkorrekturanordnung nach Ersatz der zuvor eingesetzten Korrekturanordnung ein anderer Abbildungsfehler, der sich beispielsweise erst während des Betriebs des optischen Systems einstellt, korrigiert werden kann. Durch Bereithalten einer entsprechenden Anzahl unterschiedlicher Austauschkorrekturanordnungen kann dann während des Betriebs des optischen Systems gezielt auf Änderungen der optischen Eigenschaften des optischen Systems reagiert werden, indem beispielsweise die Austauschkorrekturanordnungen jeweils auf spezielle Abbildungsfehler ausgelegt sind, die bei einem bestimmten Betriebsmodus des optischen Systems aufgrund entsprechender Vorhersagen wahrscheinlich auftreten werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das optische System zumindest eine zweite Korrekturanordnung auf, die eine Mehrzahl zweiter optischer Korrekturelemente aufweist, die zumindest lokal eine optische Achse definieren, und die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, die sich jedoch einzeln von den Oberflächenkonturen der zumindest einen Korrekturanordnung unterscheiden, wobei zumindest einem der zweiten Korrekturelemente zumindest ein zweiter Manipulator zum Verfahren dieses Korrekturelements relativ zu zumindest einem der übrigen zweiten Korrekturelemente zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse zugeordnet ist.
Bei der entsprechenden Ausgestaltung des Verfahrens wird das zumindest eine der zweiten Korrekturelemente relativ zu zumindest einem der übrigen zweiten Korrekturelemente zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse verfahren, um eine gewünschte Korrekturwirkung der zweiten Korrekturanordnung einzustellen.
Bei dieser Ausgestaltung besteht der Vorteil darin, dass in dem optischen System mehrere Abbildungsfehler, insbesondere unabhängig voneinander, gleichzeitig korrigiert werden können. Durch das Vorsehen zumindest zweier Korrekturanordnungen ist es außerdem möglich, eine Überlagerung der Korrekturwirkungen zu nutzen, um Abbildungsfehler, die sich als Überlagerung zweier elementarer Abbildungsfehler darstellen lassen, zu korrigieren. Mit dieser Ausgestaltung wird das Korrekturpotential des erfindungsgemäßen optischen Systems vorteilhaft weiter erhöht.
Vorzugsweise ist die zumindest zweite Korrekturanordnung oder eine noch weitere Korrekturanordnung in oder in Nähe einer Feldebene des optischen Systems angeordnet, um feldkonstante Abbildungsfehler zusätzlich zu feldabhängigen Abbildungsfehlern korrigieren zu können.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest einem der Korrekturelemente ein Manipulator zum Verfahren des Korrekturelements zusätzlich oder ausschließlich mit einer Richtungskomponente in Richtung quer zur optischen Achse zugeordnet. Bei der entsprechenden Ausgestaltung des Verfahrens wird zumindest eines der Korrekturelemente zusätzlich oder ausschließlich mit einer Richtungskomponente in Richtung quer zur optischen Achse verfahren.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass durch eine Überlagerung einer Verschiebung zumindest eines Korrekturelements oder der Verschiebung eines Korrekturelements in Richtung der optischen Achse und eines anderen Korrekturelements in Richtung quer zur optischen Achse der Verfahrweg in Richtung der optischen Achse zur Erzielung derselben optischen Wirkung geringer gehalten werden kann, was unter Umständen aus Platzgründen innerhalb des optischen Systems von Vorteil ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Korrekturelemente in zueinander optisch konjugierten Ebenen des optischen Systems angeordnet.
Hierbei ist im Vorteil, dass die Wirkungen der einzelnen Korrekturelemente auf das Bild zumindest annähernd gleich sind. Beispielsweise kann ein erstes Korrekturelement in einer ersten Pupillenebene, und ein zweites Korrekturelement in einer zweiten Pupillenebene des optischen Systems angeordnet werden.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems am Beispiel eines Projektionsobjektivs einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie;
2 eine schematische Darstellung des Strahlengangs in einem optischen System in oder in Nähe einer Pupillenebene;
3 eine Prinzipdarstellung einer Korrekturanordnung in oder in Nähe einer Pupillenebene des optischen Systems in 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ein einzelnes Korrekturelement der Korrekturanordnung in 3 zur Korrektur eines Abbildungsfehlers der Ordnung Z₁₀;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Korrekturanordnung, die anstelle der Korrekturanordnung in 3 in dem optischen System in 1 verwendet werden kann;
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Korrekturanordnung, die in dem optischen System in 1 verwendet werden kann;
7 eine noch weitere Korrekturanordnung, die in dem optischen System in 1 verwendet werden kann; und
8 eine Prinzipdarstellung einer Korrekturanordnung, die in oder in Nähe einer Feldebene angeordnet ist.
In 1 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes optisches System in Form eines Projektionsobjektivs 12 dargestellt, das in der Mikrolithographie zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen verwendet wird. Das Projektionsobjektiv 12 dient zur Abbildung eines in einer Objektebene 14 angeordneten Retikels 16, das ein Muster aufweist, auf ein in einer Bildebene 18 angeordnetes Substrat 20 (Wafer). Das Projektionsobjektiv 12 ist Teil einer Projektionsbelichtungsanlage 22, die außer dem Projektionsobjektiv 12 eine Lichtquelle 24, üblicherweise einen Laser, und ein Beleuchtungssystem 26 umfasst.
Bei der folgenden Beschreibung des optischen Systems 10 in Form des Projektionsobjektivs 12 wird zur Vereinfachung der Beschreibung und ohne Beschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass das Projektionsobjektiv 12 nur eine optische Achse 28 aufweist.
Das Projektionsobjektiv 12 weist eine Mehrzahl optischer Elemente auf, von denen in 1 beispielhaft zwei optische Bauelemente 30 und 32 in Form von Linsen gezeigt sind. Es versteht sich jedoch, dass das Projektionsobjektiv 12 außer den beiden optischen Elementen 30 und 32 weitere optische Elemente in Form von Linsen und/oder Spiegeln aufweist.
An das Projektionsobjektiv 12 wird die Anforderung gestellt, dass das Muster des Retikels 16 möglichst ohne Abbildungsfehler auf das Substrat 20 abgebildet wird. Selbst wenn das Projektionsobjektiv 12 fertigungstechnisch so hergestellt werden kann, dass es vor Inbetriebnahme keine immanenten Abbildungsfehler zeigt, können sich während des Betriebs des Projektionsobjektivs 12 Abbildungsfehler einstellen, die die Strukturgenauigkeit der Abbildung des Musters des Retikels 16 auf das Substrat 20 verschlechtern. Eine Ursache für solche im Betrieb auftretenden Abbildungsfehler kann insbesondere eine Erwärmung der einzelnen optischen Elemente 30, 32 sein, die zu Änderungen in der Oberflächengeometrie dieser Elemente, einer Änderung der Materialeigenschaften, insbesondere der Brechungsindices dieser Elemente, etc. führen können. Insbesondere können derartige durch Erwärmung verursachten Abbildungsfehler nicht-rotationssymmetrisch zur optischen Achse 28 sein, insbesondere wenn die Beleuchtung des Projektionsobjektivs 12 mittels des Beleuchtungssystems 26 nicht-rotationssymmetrisch ist. Beispielsweise bei einer Dipol- oder Quadropol-Beleuchtung, bei der das Abbildungslicht, das durch das Projektionsobjektiv 12 hindurchtritt, in mehrere einzelne voneinander getrennte Strahlbündel aufgeteilt ist, oder bei einem außeraxialen Lichtdurchtritt durch das Projektionsobjektiv 12, wie es insbesondere bei katadioptischen Projektionsobjektiven der Fall ist, die aus Linsen und Spiegeln aufgebaut sind, können nicht-rotationssymmetrische erwärmungsbedingte Abbildungsfehler auftreten.
Um während des Betriebs auf derartige sich einstellende Abbildungsfehler in kurzer Zeit dynamisch reagieren zu können, weist das Projektionsobjektiv 12 zumindest eine Korrekturanordnung 34 auf, die nachfolgend näher beschrieben wird.
Die Korrekturanordnung 34 ist in einer Pupillenebene 36 des Projektionsobjektivs 12 angeordnet, oder befindet sich zumindest in Nähe dieser Pupillenebene 36.
Bevor auf die Ausgestaltung der Korrekturanordnung 36 näher eingegangen wird, wird zunächst mit Bezug auf 2 der Strahlenverlauf des Abbildungslichts im Bereich der Pupillenebene 36 erläutert.
In 2 ist ein Pupillenbereich 36' zum leichteren Verständnis auseinandergezogen dargestellt. Des Weiteren sind in 2 eine Feldebene 38 und eine Feldebene 40 gezeigt, wobei die Feldebene 38 die Bildebene 18 und die Feldebene 40 die Objektebene 14 sein kann. Es kann sich bei den Feldebenen 38 und 40 jedoch auch um Zwischenbildebenen des Projektionsobjektivs 12 handeln.
Betrachtet man einen Feldpunkt 42 auf der optischen Achse 28 und die von dem axialen Feldpunkt 42 ausgehenden Lichtstrahlen 42a, so gehen diese Lichtstrahlen durch den Pupillenbereich 36' parallel hindurch (Linien 42b) und laufen nach dem Pupillenbereich 36' auf einem axialen Feldpunkt 42c der Feldebene 40 zusammen.
Von einem außeraxialen Feldpunkt 44 ausgehende Lichtstrahlen 44a gehen hingegen schräg zur optischen Achse 28 durch den Pupillenbereich 36' hindurch (Linien 44b) und laufen auf einem außeraxialen Feldpunkt 44c in der Feldebene 40 wieder zusammen.
Daraus folgt, dass in der Pupillenebene 36 Strahlen unterschiedlicher Feldpunkte 42, 44 unterschiedliche Winkel zur optischen Achse aufweisen. Mit zunehmendem Abstand eines Feldpunkts von der optischen Achse 28 nimmt dieser Winkel zu.
Wird nun ein optisches Element 46, beispielsweise eine Platte, unmittelbar in der Pupillenebene 36 angeordnet, sind die Durchstoßpunkte 48 der Lichtstrahlen 42b und 44b, die von dem axialen Feldpunkt 42 bzw. von dem außeraxialen Feldpunkt 44 ausgehen, gleich. Wird das optische Element 46 in Richtung der optischen Achse 28 aus der Pupillenebene 36 in eine Position 46' verfahren, sind die Durchstoßpunkte 48' der Lichtstrahlen 44b gegenüber den Durchstoßpunkten 48'' der Lichtstrahlen 42b quer zur optischen Achse 28 gegeneinander versetzt, wie in 2 mit einem Doppelpfeil 50 angedeutet ist. Einem bestimmten Verfahrweg 52 des optischen Elements 46 in Richtung der optischen Achse entspricht somit ein bestimmter Versatz 50 der Durchstoßpunkte 48' und 48''. Mit anderen Worten sehen die Lichtstrahlen 44b nach einem Verfahrweg 52 des optischen Elements 46 einen anderen optisch wirksamen Bereich des optischen Elements 46 als die Lichtstrahlen 42b. Eine vom Verfahrweg 52 abhängige optische Wirkung kann nun erzielt werden, indem das optische Element 46, beispielsweise durch eine Asphärisierung, mit einer bestimmten Oberflächenkontur ausgebildet wird.
Der zuvor beschriebene Effekt wird nun erfindungsgemäß bei der Korrekturanordnung 34 in 1 genutzt, wie nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben ist.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3 weist die optische Korrekturanordnung 34 ein erstes optisches Korrekturelement 54 und ein zweites optisches Korrekturelement 56 auf. Das optische Korrekturelement 54 ist mit einer asphärischen Oberflächenkontur versehen, und zwar auf seiner dem Korrekturelement 56 zugewandten Oberfläche 58, und das zweite Korrekturelement 56 ist auf seiner dem Korrekturelement 54 zugewandten Oberfläche 60 mit einer asphärischen Oberflächenkontur versehen, die zu der Oberflächenkontur des Korrekturelements 54 komplementär ist. Die Summe der Oberflächenkonturen ist somit null.
Die Korrekturelemente 54 und 56 sind bis auf ihre asphärischen Oberflächenkonturen vorzugsweise als planparallele Platten ausgebildet. Die Korrekturelemente 54 und 56 sind einander unmittelbar benachbart angeordnet. Sind die Korrekturelemente 54 und 56, wie in 3 mit durchgezogenen Linien dargestellt, so angeordnet, dass sich die einander zugewandten Oberflächen 58 und 60 berühren oder nahezu berühren, weist die Korrekturanordnung 34 insgesamt die Form einer planparallelen Platte auf und besitzt (bis auf einen Strahlenversatz) keine optische Wirkung.
Werden nun die Korrekturelemente 54 und 56, wie in 3 mit unterbrochenen Linien dargestellt, in Richtung der optischen Achse 28 auseinander verfahren, so dass sie voneinander beabstandet sind, stellt sich aufgrund der Asphärisierung der Oberflächen 58 und 60 entsprechend der vorangegangenen Beschreibung in Bezug auf 2 eine optische Wirkung ein, mit der entsprechend der Kontur der Asphärisierung der Oberflächen 58 und 60 ein bestimmter Abbildungsfehler korrigiert werden kann, und zwar insbesondere ein Abbildungsfehler mit einem linearen Feldverlauf.
Gemäß 1 ist zum Verfahren zumindest eines der optischen Korrekturelemente 54 und/oder 56 in Richtung der optischen Achse 28 zumindest ein Manipulator 62 zugeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel in 3 ist beiden Korrekturelementen 54 und 56 jeweils ein Manipulator 62a und 62b zugeordnet, so dass beide Korrekturelemente 54 und 56 gemäß Doppelpfeilen 64a und 64b in Richtung der optischen Achse 28 verfahren werden können, um eine gewünschte Korrekturwirkung der Korrekturanordnung 34 einzustellen.
In der Ausgangslage, in der die Korrekturelemente 54 und 56 aneinander liegen oder nahezu aneinander liegen, befindet sich die Korrekturanordnung 34 vorzugsweise unmittelbar in der Pupillenebene 36.
Die asphärischen Oberflächenkonturen der optischen Korrekturelemente 54 und 56 sind proportional zu der Funktion ∫Z_n(x, y) gewählt, wobei Z_n(x, y) ein Zernike-Koeffizient n-ter Ordnung ist.
Wenn die asphärische Oberflächenkontur proportional zum Integral eines Abbildungsfehlers ist, entspricht die optische Wirkung dieser asphärischen Oberflächenkontur bei einem Verfahren der optischen Korrekturelemente 54 und 56 relativ zu einander gerade dem zu korrigierenden Abbildungsfehler, da die optische Wirkung der Oberflächenkontur proportional zum Gradienten der Oberflächenkontur ist.
Nachfolgend wird die Berechnung der asphärischen Oberflächenkontur am Beispiel einer Korrektur eines Abbildungsfehlers der Ordnung Z₁₀ beschrieben.
In Polarkoordinaten (r, ϑ) ist Z10 = r3 cos(3ϑ).
Eine Umrechung von Z₁₀ in kartesische Koordinaten ergibt Z10 = x3 – 3y2x.
Für die Berechnung der asphärischen Oberflächenkontur O(x, y) der Korrekturelemente 54 und 56 wird die vorstehend genannte Funktion nach x integriert:
Die Oberflächenfunktion O(x, y) wird nun einmal als O(x, y) auf die Oberfläche 58 des Korrekturelements 54 und einmal als -O(x, y) auf die Oberfläche 60 des Korrekturelements 56 aufgebracht bzw. umgekehrt.
Sind die beiden Oberflächen 58 und 60 unmittelbar oder nahezu unmittelbar aufeinanderliegend angeordnet, wie in 3 mit durchgezogenen Linien der Korrekturelemente 54 und 56 dargestellt ist, ergibt sich keine Korrekturwirkung durch die Korrekturanordnung 34. Werden jedoch die Korrekturelemente 54 und 56 in Richtung der optischen Achse 28 relativ zueinander verfahren, ergibt sich eine optische Korrekturwirkung, wie zuvor beschrieben.
Nachfolgend wird als Beispiel der Fall beschrieben, dass zur Korrektur eines Abbildungsfehlers aufgrund einer Erwärmung einzelner optischer Elemente eine Wellenfrontaberration mit einer Amplitude von etwa 10 nm des Abbildungsfehlers in Z₁₀ am Feldrand korrigiert werden soll. Angenommen wird ein Durchmesser der Korrekturelemente 54 und 56 von ca. 100 mm in der Pupillenebene 36 des Projektionsobjektivs 12, und die Verfahrwege entsprechend den Pfeilen 64a und 64b sollen bei etwa 100 μm in Richtung der optischen Achse 28 liegen. Des Weiteren wird ein maximaler Winkel α (vgl. 3) in der Pupillenebene 36 von etwa 25° angenommen.
Unter Annahme der vorstehend genannten Parameter lässt sich die Amplitude der asphärischen Oberflächenkontur O(x, y) wie folgt berechnen:
Zunächst wird die Funktion O(x, y) auf den Pupillenradius R normiert:
Anschließend wird eine Amplitude A₀ der asphärischen Oberflächenkontur eingeführt:
Ein Verfahren der optischen Korrekturelemente 54 und 56 um den Betrag Δ ergibt als optische Wirkung
wobei Δn die Brechzahldifferenz zwischen Luft und Glas bezeichnet.
Für die Oberflächenamplitude A₀ ergibt sich dann folgende Berechnung:
D_M ist der Gesamtverfahrweg in Z-Richtung von 100 μm. x = R ∧ y = 0 R = 50 mm Δn = 0,5
Daraus ergibt sich eine maximale Abtragshöhe A_MAX von
Für die gewählten Parameter ergibt sich somit eine asphärische Oberflächenkontur mit einer Abtragsform mit einer Amplitude von 6,4 μm.
In 4 ist die asphärische Oberflächenkontur, die sich für Z₁₀ mit den vorstehend genannten Parametern ergibt, für das Korrekturelement 54 dargestellt. Die unter schiedlichen Abtragshöhen bzw. -amplituden sind durch verschiedene Graustufen dargestellt, wobei die Abtragshöhe bzw. -amplitude mit zunehmenden Dunkelwerten zunimmt.
Die so ermittelten asphärischen Oberflächenkonturen werden auf das Korrekturelement 54 und auf das Korrekturelement 56 mit entgegengesetzten Vorzeichen aufgebracht.
Wenn die Korrekturelemente 54 und 56 einander unmittelbar benachbart angeordnet sind, wie in 3 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist, ergibt sich dann keine optische Korrekturwirkung der Korrekturanordnung 64. Aus dieser Position werden die Korrekturelemente 54 und 56 dann entsprechend den Pfeilen 64a und 64b in Richtung zur optischen Achse 28 relativ zueinander verfahren, um die gewünschte Korrekturwirkung einzustellen. Mit den vorstehend genannten Parametern ist dieser Gesamtverfahrweg etwa 100 μm, wie zuvor beschrieben.
Während zuvor beschrieben wurde, dass die asphärischen Oberflächenkonturen auf den einander zugewandten Oberflächen 58 und 60 der Korrekturelemente 54 und 56 vorgesehen sind, können die asphärischen Oberflächenkonturen auch auf den einander abgewandten Oberflächen 66 und 68 der Korrekturelemente 54 und 56 vorgesehen sein. In diesem Fall ergibt sich jedoch keine Nullposition der Korrekturanordnung 34, selbst wenn diese in der Pupillenebene 36 angeordnet ist, obwohl sich die einzelnen asphärischen Oberflächenkonturen insgesamt zu null addieren. Dies ist dadurch bedingt, dass die Korrekturelemente 54 und 56 eine endliche Dicke aufweisen, so dass die einander abgewandten Oberflächen 66 und 68 von den Lichtstrahlen 44b an unterschiedlichen Punkten durchstoßen werden.
Mit Bezug auf 5 wird nachfolgend eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel in 3 abgewandelte Ausgestaltung einer Korrekturanordnung 34' beschrieben, die insgesamt aus vier Korrekturelementen 54, 56; 54', 56' gebildet ist.
Während sich bei der Korrekturanordnung 34 in 3 die Korrekturelemente 34 und 56 in der Nulllage nahezu oder vollständig berühren müssen, damit die Korrekturanordnung 34 keine optische Korrekturwirkung entfaltet, und außerdem mit der Korrekturanordnung 34 nur Abbildungsfehler mit einem Feldverlauf mit einer Richtung kompensiert werden können, sind diese Eigenschaften bei der Korrekturanordnung 34' behoben.
Die Korrekturanordnung 34' weist neben den beiden Korrekturelementen 54 und 56, die wie bei dem Ausführungsbeispiel in 3 ausgestaltet sein können, ein weiteres Paar von Korrekturelementen 54' und 56' auf, wobei die asphärische Oberflächenkontur des Korrekturelements 54' mit der asphärischen Oberflächenkontur des Korrekturelements 54 zumindest näherungsweise identisch ist, und die asphärische Oberflächenkontur 56' mit der asphärischen Oberflächenkontur des Korrekturelements 56 zumindest näherungsweise identisch ist.
Die Reihenfolge der optischen Korrekturelemente 54' und 56' und damit der zugehörigen Oberflächenkonturen ist jedoch gerade umgekehrt zur Reihenfolge der optischen Korrekturelemente 54 und 56.
Durch die umgekehrte Reihenfolge der zueinander komplementären Oberflächenkonturen im Paar der Korrekturelemente 54 und 56 zur Reihenfolge im Paar der Korrekturelemente 54' und 56' ist die Nulllage dieser Korrekturanordnung 34', in der diese keine optische Korrekturwirkung aufweist, wie in 5 dargestellt, d.h. alle Korrekturelemente 54, 56, 54', 56' haben einen größeren Abstand voneinander als in der Korrekturanordnung 34. Indem ein Abstand 70 zwischen den Korrekturelementen 54 und 56 des ersten Paars durch Verfahren zumindest eines der optischen Korrekturelemente 54, 56, 54', 56' in Richtung der optischen Achse 28 anders eingestellt wird als ein Abstand 72 zwischen den Korrekturelementen 54' und 56' des zweiten Paares, kann eine gewünschte optische Korrekturwirkung der Korrekturanordnung 34' entsprechend der vorherigen Beschreibung eingestellt werden. Beispielsweise kann dem Korrekturelement 56 und dem Korrekturelement 56', d.h. den beiden äußeren Korrekturelementen, jeweils ein Manipulator 62a' und 62b' zugeord net werden. Durch entsprechendes Verändern des Abstands 70 relativ zum Abstand 72 lassen sich nun Abbildungsfehler mit Feldverläufen in beiden Richtungen (+/–) korrigieren, wobei sich ein größerer Abstand zwischen den einzelnen Korrekturelementen 54, 56, 54', 56' einhalten lässt.
Eine Vereinfachung der Korrekturanordnung 34' von 5 ist in 6 gezeigt, in der eine Korrekturanordnung 34'' nur drei Korrekturelemente 56, 56' und 54'' aufweist, wobei das Korrekturelement 54'' eine Zusammenfassung der Korrekturelemente 54 und 54' in 5 darstellt. Das Korrekturelement 54'' weist dabei eine asphärische Oberflächenkontur auf, die beispielsweise auf einer seiner Oberflächen vorgesehen ist, und die komplementär zur Summe der asphärischen Oberflächenkonturen der Korrekturelemente 56 und 56' ist, wobei die Oberflächenkonturen der Korrekturelemente 56 und 56' vorzugsweise gleich sind und das gleiche Vorzeichen haben.
In der Nulllage der Korrekturanordnung 34'', in der diese keine optische Korrekturwirkung entfaltet, ist das Korrekturelement 54'' mittig zwischen den Korrekturelementen 56 und 56' angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung ist es ausreichend, dass einem der Korrekturelemente 56 oder 56' ein Manipulator zum Verfahren dieses Korrekturelements in Richtung der optischen Achse 28 zugeordnet ist, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dem Korrekturelement 56' der Manipulator 62 zugeordnet ist. Durch Verfahren des Korrekturelements 56' in Richtung der optischen Achse 28 wird der relative Abstand 70 zwischen dem Korrekturelement 56 und dem Korrekturelement 54'' zu dem Abstand 72 zwischen dem Korrekturelement 54'' und 56' variiert, wodurch die gewünschte optische Korrekturwirkung eingestellt werden kann, und zwar in beiden Richtungen bezüglich der Nulllage.
In einer weiteren Vereinfachung der Korrekturanordnung 34'' ist gemäß dem Ausführungsbeispiel in 7 die Korrekturanordnung 34'' in einer Abwandlung gezeigt, in der das Korrekturelement 56 mit dem Korrekturelement 54'' in beabstandeter Anordnung fest verbunden ist, und zwar durch Zwischenschaltung eines optischen Elements 74, das keine asphärische Oberflächenkontur aufweist. Bei dieser Ausgestaltung ist der Abstand 70 zwischen dem Korrekturelement 54'' und dem Korrektur element 56 fest eingestellt, und der Abstand 72 zwischen dem Korrekturelement 56' und dem Korrekturelement 54'' wird zur Einstellung einer gewünschten Korrekturwirkung der Korrekturanordnung 34'' entsprechend variiert. Es versteht sich, dass das Korrekturelement 56, das Korrekturelement 54'' und das optische Element 74 in einem Stück gefertigt sein können, wobei die asphärische Oberflächenkontur des Korrekturelements 54'' auf dessen dem Korrekturelement 56' zugewandter Oberfläche und die asphärische Oberflächenkontur des Korrekturelements 56 auf dessen dem Korrekturelement 54'' abgewandter Oberfläche vorgesehen sind.
Wieder mit Bezug auf 1 eignet sich das zuvor beschriebene Konzept einer optischen Korrekturanordnung auch dazu, dass neben der in dem Projektionsobjektiv 12 eingebauten Korrekturanordnung 34 eine oder mehrere weitere Austauschkorrekturanordnungen 78 bereitgehalten werden, deren optische Korrekturwirkung sich von der optischen Korrekturwirkung der Korrekturanordnung 34 bzw. 34' oder 34'' unterscheidet, indem die Austauschkorrekturanordnung 78 zumindest zwei Austauschkorrekturelemente 80, 82 aufweist, deren asphärische Oberflächenkonturen sich von den asphärischen Oberflächenkonturen der Korrekturelemente 54, 56 unterscheiden. Wird beispielsweise während des Betriebs des Projektionsobjektivs 12 ein anderer Abbildungsfehler detektiert, wird die Austauschkorrekturanordnung 78 anstelle der Korrekturanordnung 34 in das Projektionsobjektiv 12 eingebaut, und es werden die Austauschkorrekturelemente 80 und 82 der Austauschkorrekturanordnung 78 in Richtung der optischen Achse 28 verfahren, um diesen detektierten Abbildungsfehler zu kompensieren.
Des Weiteren kann es vorgesehen sein, in dem Projektionsobjektiv 12 neben der Korrekturanordnung 34 permanent eine weitere Korrekturanordnung 86 mit Manipulator 88 vorzusehen, deren optische Korrekturwirkung sich von der optischen Korrekturwirkung der Korrekturanordnung 34 unterscheidet, insbesondere wenn die Korrekturanordnung 86 in einer weiteren Pupillenebene des Projektionsobjektivs 12 angeordnet ist. Die weitere optische Korrekturanordnung kann aber auch in oder in Nähe einer Feldebene angeordnet sein, um einen feldkonstanten Abbildungsfehler zu korrigieren. Allgemein sind die Korrekturelemente vorzugsweise in zueinander optisch konjugierten Ebenen angeordnet, bspw. wie zuvor erwähnt, in zwei oder mehreren Pupillenebenen.
Würde beispielsweise die Korrekturanordnung 34'' aus 7 in Nähe der Feldebene 38 (vgl. 2) angeordnet, wie dies in 8 dargestellt ist, so dass die Korrekturanordnung im konvergenten bzw. divergenten Strahlengang der Lichtstrahlen 42a bzw. 44a angeordnet ist, kann durch Verfahren beispielsweise des optischen Elements 56 ein feldkonstanter Anteil eines Abbildungsfehlers kompensiert werden, um beispielsweise einen Feld-Offset zu korrigieren.

Claims

Verfahren zum Verbessern der Abbildungseigenschaften eines optischen Systems (10), insbesondere eines Projektionsobjektivs (12) für die Mikrolithographie, wobei das optische System (10) zumindest eine optische Korrekturanordnung (34) aufweist, die eine Mehrzahl optischer Korrekturelemente (54, 56) aufweist, die zumindest lokal eine optische Achse (28) definieren, und die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, wobei das Verfahren den Schritt aufweist: Verfahren zumindest eines der Korrekturelemente (54, 56) relativ zu zumindest einem der übrigen optischen Korrekturelemente (54, 56) zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse (28), um eine gewünschte Korrekturwirkung der Korrekturanordnung (34) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34) zumindest in Nähe einer Pupillenebene (36) des optischen Systems (10) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34) zwei Korrekturelemente (54, 56) aufweist, deren jeweilige Oberflächenkontur auf den einander zugewandten Oberflächen (58, 60) der beiden Korrekturelemente (54, 56) vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Korrekturelemente (54, 56) unmittelbar benachbart sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34) zwei Korrekturelemente (54, 56) aufweist, deren je weilige Oberflächenkontur auf den einander abgewandten Oberflächen (66, 68) der beiden Korrekturelemente (54, 56) vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34') vier Korrekturelemente (54, 54', 56, 56') aufweist, von denen zwei (56, 56') jeweils eine gleiche erste Oberflächenkontur und die anderen zwei (54, 54') jeweils eine gleiche zweite Oberflächenkontur aufweisen, die komplementär zur ersten Oberflächenkontur ist, und wobei die beiden Korrekturelemente (54, 54') mit der zweiten Oberflächenkontur zwischen den beiden Korrekturelementen (56, 56') mit der ersten Oberflächenkontur angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Korrekturelemente (54, 54', 56, 56') verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34'') drei Korrekturelemente (54'', 56, 56') aufweist, von denen zwei (56, 56') jeweils eine gleiche erste Oberflächenkontur und das dritte (54'') eine zweite Oberflächenkontur aufweisen, die zumindest näherungsweise komplementär zur Summe der ersten Oberflächenkontur der zwei anderen Korrekturelemente (56, 56') ist, und wobei das dritte Korrekturelement (54'') zwischen den beiden Korrekturelementen (56, 56') mit der ersten Oberflächenkontur angeordnet ist, und wobei zumindest eines der Korrekturelemente (56, 56') mit der ersten Oberflächenkontur verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Oberflächenkonturen proportional zu der Funktion ∫Z_n(x, y) ist, wobei Z_n(x, y) ein Zernike-Koeffizient n-ter Ordnung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Korrekturelement (54, 56) aus einer ersten Position, in der sich die optischen Wirkungen der einzelnen Oberflächenkonturen gegeneinander aufheben, in eine zweite Position verfahren wird, in der die gewünschte Korrekturwirkung erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die zumindest eine Korrekturanordnung (34) eine Austauschkorrekturanordnung (78) bereitgehalten wird, die eine Mehrzahl von Austauschkorrekturelementen (80, 82) aufweist, die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, die sich jedoch einzeln von den Oberflächenkonturen der zumindest einen Korrekturanordnung (34) unterscheiden, und dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34) gegen die Austauschkorrekturanordnung (78) ausgetauscht wird, um durch Verfahren zumindest eines der Austauschkorrekturelemente (80, 82) relativ zu zumindest einem der übrigen optischen Austauschkorrekturelemente (80, 82) zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse (28) eine gewünschte Korrekturwirkung der Austauschkorrekturanordnung (78) einzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (10) zumindest eine zweite Korrekturanordnung (86) aufweist, die eine Mehrzahl zweiter optischer Korrekturelemente aufweist, die zumindest lokal eine optische Achse (28) definieren, und die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, die sich jedoch einzeln von den Oberflächenkonturen der zumindest einen Korrekturanordnung (34) unterscheiden, und dass zumindest eines der zweiten Korrekturelemente relativ zu zumindest einem der übrigen zweiten Korrekturelemente zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse verfahren wird, um eine gewünschte Korrekturwirkung der zweiten Korrekturanordnung einzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Korrekturelemente (54, 56) zusätzlich oder ausschließlich mit einer Richtungskomponente in Richtung quer zur optischen Achse (28) verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Korrekturanordnung (86) zumindest in Nähe einer Feldebene angeordnet ist, und dass zumindest ein Korrekturelement dieser weiteren Korrekturanordnung zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse verfahren wird.
Optisches System, insbesondere Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, mit zumindest einer optischen Korrekturanordnung (34), die eine Mehrzahl optischer Korrekturelemente (54, 56) aufweist, die zumindest lokal eine optische Achse (28) definieren, und die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, wobei zumindest einem der Korrekturelemente (54, 56) zumindest ein Manipulator (62) zum Verfahren des Korrekturelements (54, 56) relativ zu zumindest einem der übrigen Korrekturelemente (54, 56) zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse (28) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34) zumindest in Nähe einer Pupillenebene (36) des optischen Systems (10) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34) zwei Korrekturelemente (54, 56) aufweist, deren jeweilige Oberflächenkontur auf den einander zugewandten Oberflächen (58, 60) der beiden Korrekturelemente (54, 56) vorgesehen ist.
Optisches System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Korrekturelemente (54, 56) unmittelbar benachbart angeordnet sind.
Optisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34) zwei Korrekturelemente (54, 56) aufweist, deren jeweilige Oberflächenkontur auf den einander abgewandten Oberflächen (66, 68) der beiden Korrekturelemente (54, 56) vorgesehen ist.
Optisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34') vier Korrekturelemente (54, 54', 56, 56') aufweist, von denen zwei (56, 56') jeweils eine gleiche erste Oberflächenkontur und die anderen zwei (54, 54') jeweils eine gleiche zweite Oberflächenkontur aufweisen, die komplementär zur ersten Oberflächenkontur ist, und wobei die beiden Korrekturelemente (54, 54') mit der zweiten Oberflächenkontur zwischen den beiden Korrekturelementen (56, 56') mit der ersten Oberflächenkontur angeordnet sind.
Optisches System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Manipulator (62a, 62b) zumindest einem der äußeren Korrekturelemente (56, 56') zugeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Manipulator (62') zumindest einem der inneren Korrekturelemente (54, 54') zugeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34') drei Korrekturelemente (54'', 56, 56') aufweist, von denen zwei (56, 56') jeweils eine gleiche erste Oberflächenkontur und das dritte (54'') eine zweite Oberflächenkontur aufweisen, die zumindest näherungsweise komplementär zur Summe der ersten Oberflächenkontur der zwei anderen Korrekturelemente (56, 56') ist, und wobei das dritte Korrekturelement (54'') zwischen den beiden Korrekturelementen (56, 56') mit der ersten Oberflächenkontur angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Korrekturelemente (56, 56') mit der ersten Oberflächenkontur mit dem mittleren dritten Korrekturelement (54'') von diesem beabstandet verbunden ist.
Optisches System nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Korrekturelemente (56, 56') mit der ersten Oberflächenkontur der zumindest eine Manipulator (62) zugeordnet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Oberflächenkonturen proportional zu der Funktion ∫Z_n(x, y) ist, wobei Z_n(x, y) ein Zernike-Koeffizient n-ter Ordnung ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass für die zumindest eine Korrekturanordnung (34) eine Austauschkorrekturanordnung (78) vorgesehen ist, die eine Mehrzahl von Austauschkorrekturelementen (80, 82) aufweist, die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, die sich jedoch einzeln von den Oberflächenkonturen der zumindest einen Korrekturanordnung (34) unterscheiden, und dass die zumindest eine Korrekturanordnung (34) gegen die Austauschkorrekturanordnung (78) austauschbar ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Korrekturanordnung (86) vorhanden ist, die eine Mehrzahl zweiter optischer Korrekturelemente aufweist, die zumindest lokal eine optische Achse (28) definieren, und die mit asphärischen Oberflächenkonturen versehen sind, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren, die sich jedoch einzeln von den Oberflächenkonturen der zumindest einen Korrekturanordnung (34) unterscheiden, und dass zumindest einem der zweiten Korrekturelemente zumindest ein zweiter Manipulator (88) zum Verfahren dieses Korrekturelements relativ zu zumindest einem der übri gen zweiten Korrekturelemente zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse (28) zugeordnet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Korrekturelemente (54, 56) ein Manipulator (62) zum Verfahren des Korrekturelements zusätzlich oder ausschließlich mit einer Richtungskomponente in Richtung quer zur optischen Achse (28) zugeordnet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Korrekturanordnung (86), zumindest in Nähe einer Feldebene angeordnet ist, und dass zumindest einem Korrekturelement dieser weiteren Korrekturanordnung (86) zumindest ein Manipulator (88) zum Verfahren des Korrekturelements zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse (28) zugeordnet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 14 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturelemente in zueinander optisch konjugierten Ebenen des optischen Systems (10) angeordnet sind.