DE102015213323A1

DE102015213323A1 - Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, Projektionsbelichtungsanlage und Verfahren zum Korrigieren von Aberrationen

Info

Publication number: DE102015213323A1
Application number: DE102015213323.0A
Authority: DE
Inventors: Boris Bittner; Norbert Wabra; Sonja Schneider; Ricarda Schneider; Holger Schmidt
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2015-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv (5) für die Mikrolithographie, umfassend: ein Gehäuse (15) mit einem ersten äußeren optischen Element (16) und mit einem zweiten äußeren optischen Element (20), die jeweils an einer Innenseite (16a, 20a) mit einem Innenraum (21) in dem Gehäuse (15) und an einer Außenseite (16b, 20b) mit einem Außenraum (22) außerhalb des Gehäuses (15) in Kontakt stehen, sowie eine Sensoreinrichtung (25a, 25b) zur Bestimmung der Position (P1, P2) des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements (16, 20) relativ zu dem Gehäuse (15). Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage (1) mit einem solchen Projektionsobjektiv (5) sowie ein Verfahren zum Korrigieren von Aberrationen eines Projektionsobjektivs (5).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, umfassend: ein Gehäuse mit einem ersten äußeren optischen Element und mit einem zweiten äußeren optischen Element, die jeweils an einer Innenseite mit einem Innenraum des Gehäuses und an einer Außenseite mit einem Außenraum außerhalb des Gehäuses in Kontakt stehen, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Projektionsobjektiv, sowie ein Verfahren zum Korrigieren von Aberrationen eines Projektionsobjektivs.
An Projektionsobjektive insbesondere für die Mikrolithographie werden hohe Anforderungen bezüglich der Abbildungsqualität gestellt, d.h. die Abbildungsfehler bzw. die Aberrationen eines solchen Projektionsobjektivs sollen möglichst gering sein. Neben stationären Aberrationen, die über einen verhältnismäßig großen Zeitraum unverändert bleiben, treten beim Einsatz von Projektionsobjektiven beispielsweise in Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie auch kurzzeitige, instationäre Aberrationen auf, die auf Einflüsse in der Umgebung des Projektionsobjektivs zurückzuführen sind. Beispielsweise können kurzzeitige Druckschwankungen in der Umgebung des Projektionsobjektivs, genauer gesagt in einem Außenraum, der ein Gehäuse des Projektionsobjektivs umgibt, zur Bewegung, insbesondere zur Verschiebung sowie zur Deformation von äußeren optischen Elementen des Projektionsobjektivs führen. Unter einem äußeren optischen Element wird ein optisches Bauteil verstanden, welches den typischer Weise mit einem Spülgas gespülten Innenraum des Gehäuses gegenüber dem Außenraum abschließt. Bei den äußeren optischen Elementen kann es sich beispielsweise um Linsen, aber auch um andere transmittierende optische Elemente handeln. Die kurzzeitigen Druckschwankungen können beispielsweise zu Aberrationen in Form von Maßstabsfehlern führen, welche die Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs beispielsweise bezüglich der Überdeckungsgenauigkeit („Overlay“) bei aufeinander folgenden lithographischen Belichtungsschritten beeinträchtigen.
In der EP 1 857 882 A2 ist eine optische Abbildungseinrichtung beschrieben, bei der ein erster Teil eines optischen Elements der optischen Abbildungseinrichtung durch eine erste Atmosphäre beaufschlagt wird und bei der ein zweiter Teil des optischen Elements zumindest teilweise durch eine zweite Atmosphäre beaufschlagt wird. Zur Reduktion eines beim Abbilden auftretenden, durch Schwankungen in der Druckdifferenz zwischen der ersten Atmosphäre und der zweiten Atmosphäre bedingten Abbildungsfehlers erfolgt zumindest eine Reduktion der Schwankungen in der Druckdifferenz zwischen der ersten Atmosphäre und der zweiten Atmosphäre. Die Drücke in der ersten Atmosphäre und in der zweiten Atmosphäre werden hierbei mit Hilfe von zwei Druckerfassungseinrichtungen erfasst. Die Reduktion bzw. der Ausgleich der Schwankungen in der Druckdifferenz zwischen den beiden Atmosphären erfolgt typischer Weise über einen Zeitraum, der für den Ausgleich von sehr kurzen Störungen bzw. Schwankungen der Druckdifferenz ggf. nicht ausreichend klein ist, so dass ggf. ein Resteinfluss der Druckschwankungen auf die Abbildungsleistung bestehen bleibt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Projektionsobjektiv, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen optischen Projektionsobjektiv sowie ein Verfahren zur Korrektur von Aberrationen eines Projektionsobjektivs anzugeben, die eine schnelle Reaktion auf Druckschwankungen zwischen einem Innenraum und einem Außenraum des Projektionsobjektivs ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Projektionsobjektiv der eingangs genannten Art, weiter umfassend: eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung der Position des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements relativ zu dem Gehäuse. Wie weiter oben beschrieben wurde, können kurzzeitige Schwankungen einer Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und dem Außenraum der äußeren optischen Elemente zu einer Verschiebung sowie ggf. zu einer Deformation der äußeren optischen Elemente führen. Eine Bewegung, insbesondere eine Verschiebung, der äußeren optischen Elemente kann mit Hilfe der Sensoreinrichtung, die zur Bestimmung der Position(en) des bzw. der äußeren optischen Elemente ausgebildet ist, auf besonders einfache und schnelle Weise detektiert werden. Der Innenraum kann sich ohne eine Abdichtung innerhalb des gesamten Gehäuses erstrecken, es ist aber auch möglich, dass der Innenraum in zwei oder mehr Innenraum-Kammern unterteilt ist, die gegeneinander gasdicht oder mit der Möglichkeit eines Druckausgleichs abgedichtet sind.
Bei einer Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung mindestens einen ersten Sensor zur Bestimmung der Position des ersten äußeren optischen Elements relativ zu einer ersten ortsfesten Referenz in dem Gehäuse und/oder mindestens einen zweiten Sensor zur Bestimmung der Position des zweiten äußeren optischen Elements relativ zu einer zweiten ortsfesten Referenz in dem Gehäuse auf. Unter einer ortsfesten Referenz wird ein Bauelement verstanden, welches bei der Veränderung der Druckdifferenz zwischen dem Innendruck in dem Innenraum und dem Außendruck in dem Außenraum relativ zu dem Gehäuse ortsfest bleibt bzw. welches starr mit dem Gehäuse verbunden ist. Bei der ortsfesten Referenz kann es sich auch um einen Teilbereich des Gehäuses selbst handeln. Der erste und/oder der zweite Sensor können beispielsweise als optische Sensoren ausgebildet sein, z.B. in Form von Interferometern, welche den Abstand zwischen dem ersten und/oder dem zweiten äußeren optischen Element und der jeweiligen ortsfesten Referenz bestimmen.
Bei einer Weiterbildung ist/sind der erste Sensor und/oder der zweite Sensor zur Bestimmung der Position des ersten äußeren optischen Elements und/oder des zweiten äußeren optischen Elements in einer Richtung parallel zu einer optischen Achse des Projektionsobjektivs ausgebildet. Durch eine Veränderung der Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des jeweiligen äußeren optischen Elements wird dieses typischer Weise parallel zur optischen Achse des Projektionsobjektivs verschoben. Diese Verschiebung bzw. diese Veränderung der Position kann mittels der Sensoren gemessen werden. Für die Bestimmung der Position kann beispielsweise der Abstand zwischen einer Halterung des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements und einem weiteren Bauteil entlang der Richtung parallel zur optischen Achse des Projektionsobjektivs bestimmt werden.
Gegebenenfalls kann die Position eines jeweiligen äußeren optischen Elements an mehreren Orten senkrecht zur optischen Achse des Projektionsobjektivs bestimmt werden, um beispielsweise eine Verkippung des äußeren optischen Elements relativ zur optischen Achse zu ermitteln. In diesem Fall werden typischer Weise zwei, drei oder mehr Sensoren benötigt, welche die dreidimensionale Lage bzw. Position des jeweiligen äußeren optischen Elements im Raum bestimmen. Da die Veränderung der Druckdifferenz im Wesentlichen eine Verschiebung parallel zur optischen Achse zur Folge hat, wird für die nachfolgenden Betrachtungen zur Vereinfachung davon ausgegangen, dass lediglich die Position in der Richtung parallel zur optischen Achse bestimmt wird. Gegebenenfalls können anhand der an zwei oder mehr Orten gemessenen Position eines jeweiligen optischen Elements auch Deformationen des optischen Elements erkannt und ggf. korrigiert werden.
Bei einer weiteren Weiterbildung ist die erste und/oder zweite ortsfeste Referenz durch eine Halterung eines weiteren (typischer Weise zum äußeren optischen Element benachbarten) optischen Elements in dem Gehäuse oder durch eine in dem Gehäuse angebrachte Blende gebildet. Erfolgt die Bestimmung der Position des jeweiligen äußeren optischen Elements parallel zur optischen Achse des Projektionsobjektivs, ist es vorteilhaft, wenn sich die ortsfeste Referenz in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse parallel zur Halterung des jeweiligen äußeren optischen Elements erstreckt. Auf diese Weise kann die Bestimmung der Position durch eine Abstandsmessung zwischen der Halterung des jeweiligen äußeren optischen Elements und der ortsfesten Referenz, z.B. einer Halterung, insbesondere einem Außenteil einer Fassung, des weiteren optischen Elements bzw. der Blende erfolgen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Innenraum des Gehäuses eine erste Innenraum-Kammer auf, die zwischen der Innenseite des ersten oder des zweiten äußeren optischen Elements und einem weiteren optischen Element des Projektionsobjektivs gebildet ist, und der Innenraum des Gehäuses weist mindestens eine zweite Innenraum-Kammer auf, die gegen die erste Innenraum-Kammer abgedichtet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenraum des Gehäuses in mindestens zwei Innenraum-Kammern unterteilt, die gegeneinander durch Dichtungen abgedichtet sind. Die Abdichtung der Innenraum-Kammern kann gasdicht erfolgen, in der Regel ist es aber günstig, wenn ein Druckausgleich zwischen den Innenraum-Kammern erfolgen kann, d.h. ein unterschiedlicher Druck bzw. Schwankungen des Drucks in den beiden Innenraum-Kammern können über eine Reduktionseinrichtung, wie sie beispielsweise in der EP 1 857 882 A2 beschrieben ist, ausgeglichen werden. Die unterschiedlichen Innenraum-Kammern ermöglichen insbesondere einen Druckausgleich auf unterschiedlichen Zeitskalen: Beispielsweise kann ein Druckausgleich zwischen der ersten Innenraum-Kammer und dem Außenraum schneller erfolgen als ein Druckausgleich zwischen der ersten Innenraum-Kammer und der zweiten Innenraum-Kammer.
Ein solches Vorgehen ist insbesondere günstig, wenn es sich bei dem äußeren optischen Element um ein letztes Linsenelement eines Projektionsobjektivs für die Immersionslithographie handelt, da dieses eine hohe Brechkraft aufweist, so dass es nachteilig ist, wenn dieses aufgrund von Druckschwankungen in dem Außenraum seine Position verändert. In diesem Fall ist es günstig, wenn zwischen dem Außenraum und der ersten Innenraum-Kammer, die zwischen dem letzten optischen Element und dem vorletzten optischen Element gebildet ist, ein schneller Druckausgleich erfolgt. Zwischen der ersten und der zweiten Innenraum-Kammer, die ggf. den restlichen Innenraum des Projektionsobjektivs bilden kann, kann hingegen ein langsamerer Druckausgleich erfolgen, so dass zeitweise große Druckdifferenzen zum Außenraum auftreten. Die erste Innenraum-Kammer kann wie oben beschrieben zwischen dem ersten oder dem zweiten äußeren optischen Element und einem benachbarten optischen Element, genauer gesagt einer dem äußeren optischen Element zugewandten Seite des benachbarten optischen Elements, gebildet sein. Die zweite Innenraum-Kammer ist entweder zwischen der dem äußeren optischen Element abgewandten Seite des weiteren optischen Elements und dem anderen äußeren optischen Element oder einem weiteren optischen Element des Projektionsobjektivs gebildet. Es ist auch möglich, dass die erste Innenraum-Kammer zwischen einem der beiden äußeren optischen Elemente und einem nicht unmittelbar benachbarten optischen Element des Projektionsobjektivs gebildet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Projektionsobjektiv zusätzlich mindestens einen ersten Aktuator zur Bewegung des ersten äußeren optischen Elements relativ zu dem Gehäuse und/oder mindestens einen zweiten Aktuator zur Bewegung des zweiten äußeren optischen Elements relativ zu dem Gehäuse, sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung des ersten und/oder des zweiten Aktuators in Abhängigkeit von der mittels der Sensoreinrichtung bestimmten Position des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements relativ zu dem Gehäuse. Bei dieser Ausführungsform erfolgt zur Korrektur der durch Druckschwankungen hervorgerufenen Änderung der Position(en) des ersten bzw. des zweiten äußeren optischen Elements eine direkte Einwirkung auf das erste und/oder auf das zweite äußere optische Element mit Hilfe des jeweiligen Aktuators. Der bzw. die Aktuatoren können insbesondere ausgebildet sein, das erste bzw. das zweite äußere optische Element parallel zur optischen Achse des Projektionsobjektivs zu verschieben, um die durch die Veränderung der Druckdifferenz hervorgerufene Positionsänderung zu kompensieren. Auf diese Weise kann ein aktiver, schneller Eingriff zum Ausgleich der durch die Druckschwankungen bedingten Positionsänderung(en) erfolgen. Die Steuereinrichtung wird im Sinne dieser Anmeldung als ein Teil des Projektionsobjektivs angesehen, auch wenn diese ggf. zumindest teilweise räumlich getrennt von dem Projektionsobjektiv angeordnet sein kann, beispielsweise in einer zentralen Steuerungseinrichtung einer Projektionsbelichtungsanlage, in welche das Projektionsobjektiv integriert ist.
Bei einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet, das erste und/oder das zweite äußere optische Element an eine jeweils fest vorgegebene Soll-Position relativ zu dem Gehäuse, genauer gesagt relativ zu der ortsfesten Referenz, zu bewegen. Bei dieser Ausführungsform wird eine jeweilige Soll-Position des ersten bzw. zweiten äußeren optischen Elements fest vorgegeben. In diesem Fall wird anhand der von der Sensoreinrichtung bestimmten Ist-Position des jeweiligen äußeren optischen Elements eine Abweichung zu der fest vorgegebenen Soll-Position bestimmt und die Steuereinrichtung wirkt über den jeweiligen Aktuator auf das jeweilige äußere optische Element ein, um die Abweichung zwischen der Ist-Position und der fest vorgegebenen Soll-Position zu minimieren.
Bei einer Weiterbildung weist die Steuereinrichtung eine erste Steuereinheit zur Steuerung des ersten Aktuators und eine zweite Steuereinheit zur Steuerung des zweiten Aktuators auf. Die Steuerung des ersten und des zweiten äußeren optischen Elements können in diesem Fall insbesondere unabhängig voneinander erfolgen, d.h. die erste und zweite Steuereinheit sind unabhängig voneinander, d.h. diese stehen nicht in signaltechnischer Verbindung. In diesem Fall kann die jeweilige Steuereinheit z.B. dazu dienen, das erste oder das zweite äußere optische Element an eine fest vorgegebene Soll-Position zu bewegen.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Projektionsobjektiv mindestens einen Manipulator zur Bewegung mindestens eines weiteren optischen Elements, welches in dem Gehäuse angeordnet ist, relativ zu dem Gehäuse, sowie eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, den Manipulator in Abhängigkeit von der Position des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements relativ zu dem Gehäuse zu steuern.
Bei dieser Ausführungsform kann ggf. auf das Vorsehen des ersten und/oder des zweiten Aktuators verzichtet werden. In diesem Fall erfolgt keine direkte Kompensation der durch die Veränderung der Druckdifferenz hervorgerufenen Veränderung der Position des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements durch Einwirken auf das jeweilige äußere optische Element selbst. Vielmehr wird Aberrationen, die aus der Veränderung der Druckdifferenz resultieren, durch die Einwirkung des Manipulators auf das mindestens eine weitere optische Element des Projektionsobjektivs entgegen gewirkt, d.h. es erfolgt eine optische Abschwächung der durch die Positionsänderung hervorgerufenen Aberrationen. Bei dem weiteren optischen Element kann es sich beispielsweise um eine Linse handeln, an der ohnehin bereits ein Manipulator vorgesehen ist, um durch eine Bewegung der Linse z.B. stationäre Abbildungsfehler bzw. Aberrationen in dem Projektionsobjektiv zu korrigieren. Gegebenenfalls kann es sich bei dem weiteren optischen Element um ein optisches Korrekturelement handeln, des speziell für die Korrektur von Abbildungsfehlern in dem Projektionsobjektiv vorgesehen ist. Bei dem optischen Korrekturelement kann es sich beispielsweise um ein refraktives oder diffraktives optisches Element handeln.
Bei der obigen Ausführungsform können alternativ das erste und das zweite äußere optische Element mit Hilfe des ersten und zweiten Aktuators bewegt werden. In diesem Fall können die erste und die zweite Steuereinheit mit einer dritten, zentralen Steuereinheit in signaltechnischer Verbindung stehen, die beispielsweise dazu dient, über den Manipulator auf das mindestens eine weitere optische Element einzuwirken.
Bei einer Weiterbildung ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den ersten Aktuator, den zweiten Aktuator und/oder den Manipulator in Abhängigkeit von den Positionen des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements relativ zu dem Gehäuse zu steuern. In diesem Fall können beispielsweise einer zentralen Steuereinheit Sensorsignale des ersten und zweiten Sensors zugeführt werden, anhand derer die zentrale Steuereinheit geeignete Steuersignale erzeugt und an die erste Steuereinheit, an die zweite Steuereinheit sowie direkt an den Manipulator übermittelt. Es ist aber auch möglich, dass nur ein Sensor zur Bestimmung der Position eines der beiden äußeren optischen Elemente vorgesehen ist, anhand von dessen Sensorsignal geeignete Steuersignale erzeugt werden. Die an den ersten Aktuator, den zweiten Aktuator und/oder an den Manipulator übermittelten Steuersignale, welche die Bewegung des ersten und des zweiten äußeren optischen Elements sowie des weiteren optischen Elements steuern, können in der zentralen Steuereinheit unmittelbar aus dem bzw. aus den Sensorsignalen errechnet bzw. bestimmt werden, indem auf dort gespeicherte Kennlinien oder Tabellen zurückgegriffen wird. Derartige Kennlinien oder Tabellen können beispielsweise auf Kennwerten beruhen, die anhand von vorab durchgeführten Simulationen oder Messungen bestimmt wurden.
Bei einer Weiterbildung ist die Steuereinrichtung ausgebildet, für die Steuerung des ersten Aktuators, des zweiten Aktuators und/oder des Manipulators anhand der Positionen des ersten und des zweiten äußeren optischen Elements sowie anhand von weiteren Kenndaten über die Eigenschaften des Projektionsobjektivs eine Berechnung durchzuführen. Bei dieser Weiterbildung werden zusätzlich zu den Sensordaten über die Positionen des ersten und des zweiten äußeren optischen Elements weitere Kenndaten über die Eigenschaften, insbesondere über die optischen Eigenschaften des Projektionsobjektivs für eine Berechnung berücksichtigt. Die weiteren Kenndaten können beispielsweise Messdaten enthalten, welche von Sensoren erzeugt werden, die die Positionen von weiteren, mit Hilfe von Manipulatoren bewegten optischen Elementen in dem Projektionsobjektiv messen, oder um weitere Messdaten, die von den zugehörigen Sensoren typischer Weise in Echtzeit bereitgestellt werden. Die weiteren Kenndaten können auch (im Wesentlichen) statische Eigenschaften von optischen Elementen des Projektionsobjektivs enthalten, die gemessen wurden oder die auf Simulationen beruhen. In der Steuereinrichtung können die weiteren Kenndaten gemeinsam mit den Messdaten hinsichtlich der Positionen der beiden äußeren optischen Elemente dazu verwendet werden, um die Steuersignale für den ersten und/oder zweiten Aktuator sowie um ein Steuersignal für das bzw. für die Manipulatoren zur Bewegung des bzw. der weiteren optischen Elemente zu bestimmen bzw. zu errechnen.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Projektionsobjektiv eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Druckdifferenz zwischen einem Innendruck in dem Innenraum und einem Außendruck in dem Außenraum anhand der mittels der Sensoreinrichtung bestimmten Position des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements. Weist der Innenraum mehrere Innenraum-Kammern auf (s.o.), so handelt es sich bei dem Innendruck, der für die Bestimmung der Druckdifferenz verwendet wird, typischer Weise um den Innendruck in der ersten, dem äußeren optischen Element benachbarten Innenraum-Kammer. Hat ein Druckausgleich stattgefunden, weist typischer Weise der Innendruck in den Innenraum-Kammern den gleichen Wert auf. Die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und dem Außenraum führt typischer Weise zu einer Verschiebung des optischen Elements parallel zur optischen Achse des Projektionsobjektivs. Anhand der Richtung der Verschiebung (auf den Außenraum zu bzw. von diesem weg) kann auf das Vorzeichen einer Veränderung der Druckdifferenz geschlossen werden und anhand der Strecke, die bei der Verschiebung zurückgelegt wird, kann auf die Stärke der Veränderung der Druckdifferenz geschlossen werden. Dies setzt voraus, dass die Veränderung der Position aufgrund der Druckschwankungen von Positionsänderungen unterschieden werden kann, die von anderen äußeren Einflüssen ausgelöst werden. Steht nur an einem der beiden äußeren optischen Elemente ein Sensor zur Bestimmung der Position zur Verfügung, kann anhand der Geschwindigkeit der Veränderung der Position eine Unterscheidung zwischen druckbedingten und anderen Einflüssen erfolgen, welche die Position des äußeren optischen Elements beeinflussen. Die Veränderung der Position, die auf eine Veränderung der Druckdifferenz zurückzuführen ist, erfolgt typischer Weise auf einer Zeitskala von z.B. einer Sekunde oder weniger, während andere Einflüsse, die beispielsweise durch geringfügige alterungsbedingte Verschiebungen der Halterung des jeweiligen äußeren optischen Elements erzeugt werden, typischer Weise auf einer Zeitskala von Tagen oder Wochen erfolgen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Bestimmungseinrichtung ausgebildet, zur Bestimmung der Druckdifferenz die Positionen des ersten äußeren optischen Elements und des zweiten äußeren optischen Elements miteinander zu vergleichen. In der Regel ist der Innendruck im Innenraum bzw. in den Innenraum-Kammern des Projektionsobjektivs im Wesentlichen konstant, d.h. es liegt der gleiche Innendruck an erstem und zweitem äußeren optischen Element an. Geht man davon aus, dass eine Veränderung des Außendrucks auf die beiden äußeren optischen Elemente im Wesentlichen gleich, insbesondere gleichzeitig, einwirkt, kann anhand eines Vergleichs der beiden Positionen der äußeren optischen Elemente zwischen auf eine Druckänderung zurückzuführenden Veränderungen der beiden Positionen und auf andere äußere Einflüsse zurückzuführenden Veränderungen der beiden Positionen unterschieden werden. Geht man weiterhin davon aus, dass die beiden äußeren optischen Elemente bei einer identischen Veränderung des Außendrucks eine jeweils unterschiedliche Verschiebung erfahren, kann eine auf einer Druckänderung basierende Positionsänderung insbesondere anhand eines zugehörigen (passenden) Verhältnisses des jeweiligen Betrags der Positionsänderungen der beiden äußeren optischen Elemente erkannt werden. Eine unterschiedlich starke Positionsänderung kann beispielsweise aufgrund eines unterschiedlichen Gewichts der beiden äußeren optischen Elemente erfolgen, oder durch unterschiedliche mechanische Steifigkeit der Anbindung an das Gehäuse, oder dadurch, dass eines der äußeren optischen Elemente zumindest teilweise mit einer Immersionsflüssigkeit in Kontakt steht.
Bei einer Weiterbildung umfasst das Projektionsobjektiv einen Drucksensor zur Bestimmung des Innendrucks in dem Innenraum oder zur Bestimmung des Außendrucks in dem Außenraum. Mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Bestimmungseinrichtung kann die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und dem Außenraum bestimmt werden. Sofern sowohl der Innendruck in dem Innenraum als auch der Außendruck in dem Außenraum absolut bestimmt werden sollen, ist es zusätzlich erforderlich, in dem Innenraum oder in dem Außenraum einen Drucksensor zur absoluten Druckbestimmung vorzusehen. Anhand des mittels der Bestimmungseinrichtung bestimmten Differenzdrucks kann in diesem Fall auf den Druck in dem jeweils anderen Raum, in dem kein Drucksensor vorgesehen ist, geschlossen werden. Die Kenntnis des absoluten Innendrucks sowie des absoluten Außendrucks kann insbesondere für die Korrektur von Aberrationen günstig sein, die aufgrund von Brechzahländerungen in einem in dem Innenraum und/oder in dem Außenraum vorhandenen gasförmigen Medium auftreten.
Bei einer Weiterbildung ist die Bestimmungseinrichtung ausgebildet, durch eine Veränderung der Druckdifferenz hervorgerufene Brechzahländerungen eines gasförmigen Mediums in dem Innenraum und/oder in dem Außenraum zu bestimmen und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, durch die Brechzahländerungen hervorgerufene Aberrationen des Projektionsobjektivs zu korrigieren. In dem Innenraum des Gehäuses des Projektionsobjektivs befindet sich in der Regel ein gasförmiges Spülmedium, beispielsweise Stickstoff. In dem Außenraum des Gehäuses kann sich beispielsweise Luft als gasförmiges Medium befinden. Wird das jeweilige gasförmige Medium von dem Projektionslicht des Projektionsobjektivs durchstrahlt, kann es durch die druckbedingte Veränderung der Brechzahl zu Aberrationen kommen, da sich die optische Weglänge in den gasförmigen Medien sowie die Strahlrichtungen an den Grenzflächen zu den jeweiligen gasförmigen Medien ändern. Anhand der absoluten Druckverhältnisse in dem Innenraum sowie in dem Außenraum kann die jeweilige Brechzahl bzw. deren Änderung bestimmt werden und in der Steuereinrichtung kann beispielsweise anhand eines Modells der optischen Eigenschaften des Projektionsobjektivs eine Korrektur der hierdurch bedingten Aberrationen des Projektionsobjektivs erfolgen. Bei der so genannten Immersionslithographie steht typischer Weise eines der beiden äußeren optischen Elemente an seiner Außenseite in Kontakt mit einem flüssigen Immersionsmedium, beispielsweise mit Wasser. In diesem Fall kommt das entsprechende äußere optische Element typischer Weise im durchstrahlten Bereich nur mit dem flüssigen Immersionsmedium, aber nicht mit dem gasförmigen Medium in Kontakt, so dass sich eine Änderung der Brechzahl bzw. des Brechungsindex des gasförmigen Mediums in diesem Fall nicht auf die optischen Eigenschaften des Projektionsobjektivs auswirkt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage, die ein Projektionsobjektiv umfasst, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Das Projektionsobjektiv dient zur Abbildung einer Struktur auf einer Maske, welche typischer Weise in einer Objektebene angeordnet ist, auf ein lichtempfindliches Substrat auf einem Wafer, welcher typischer Weise in einer Bildebene angeordnet ist. Bei dem ersten äußeren optischen Element kann es sich insbesondere um ein zur Maske bzw. zur Objektebene benachbartes optisches Element handeln, während es sich bei dem zweiten äußeren optischen Element insbesondere um ein zum Wafer benachbartes optisches Element handeln kann. Dem Projektionsobjektiv ist ein Beleuchtungssystem vorgeschaltet, welches zur Beleuchtung der Struktur auf der Maske dient.
Ist die Projektionsbelichtungsanlage für die Immersionslithographie ausgelegt, ist typischer Weise zwischen dem zweiten äußeren optischen Element und dem Wafer eine Immersionsflüssigkeit angeordnet, mit der das zweite äußere optische Element an seiner Außenseite zumindest teilweise in Kontakt steht. Bei dem zweiten äußeren optischen Element kann es sich beispielsweise um eine Linse handeln, es ist aber auch möglich, dass es sich bei dem zweiten optischen Element um eine Planplatte mit einem sich konisch verjüngenden Teilbereich handelt.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Korrigieren von Aberrationen eines Projektionsobjektivs, umfassend: Bestimmen einer Position eines ersten und/oder eines zweiten äußeren optischen Elements des Projektionsobjektivs, die jeweils an einer Innenseite mit einem Innenraum eines Gehäuses und an einer Außenseite mit einem Außenraum außerhalb des Gehäuses in Kontakt stehen, relativ zu dem Gehäuse, sowie Korrigieren von Aberrationen des Projektionsobjektivs durch Bewegen des ersten, des zweiten und/oder eines weiteren in dem Gehäuse angebrachten optischen Elements relativ zu dem Gehäuse in Abhängigkeit von der Position des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements. Wie weiter oben im Zusammenhang mit dem Projektionsobjektiv beschrieben wurde, können insbesondere durch eine Veränderung der Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und dem Außenraum hervorgerufene Aberrationen dadurch korrigiert werden, dass das erste, das zweite und/oder mindestens ein weiteres optisches Element geeignet bewegt, insbesondere verschoben werden.
Bei einer Variante werden zum Korrigieren der Aberrationen des Projektionsobjektivs das erste und/oder das zweite äußere optische Element an eine fest vorgegebene Soll-Position relativ zu dem Gehäuse bewegt. In diesem Fall wird die Auswirkung der Veränderung der Druckdifferenz unmittelbar an dem betroffenen äußeren optischen Element selbst korrigiert, welches aufgrund der Druckänderung eine Positionsänderung erfährt.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zusätzlich: Bestimmen einer Druckdifferenz zwischen einem Innendruck in dem Innenraum und einem Außendruck in dem Außenraum anhand der Position des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements, Bestimmen von Brechzahländerungen eines gasförmigen Mediums in dem Innenraum und/oder in dem Außenraum, welche durch die Veränderung der Druckdifferenz hervorgerufen werden, sowie Korrigieren der durch die Brechzahländerungen hervorgerufenen Aberrationen durch Bewegen des ersten, des zweiten und/oder des weiteren optischen Elements relativ zum Gehäuse. Auch bei dieser Variante können das erste und das zweite äußere optische Element ggf. auf die weiter oben beschriebene fest vorgegebene Soll-Position relativ zu dem Gehäuse bewegt werden; in diesem Fall erfolgt die Korrektur der Aberrationen bzw. der Abbildungsfehler durch eine Bewegung des mindestens einen weiteren optischen Elements, insbesondere durch eine Verschiebung des weiteren optischen Elements entlang der optischen Achse des Projektionsobjektivs.
Bei den oben beschriebenen Varianten können anhand der Positionen beider äußerer optischer Elemente die beiden äußeren optischen Elemente gemeinsam oder einzeln gesteuert bewegt werden. Auch kann ggf. nur die Position eines der beiden äußeren optischen Elemente bestimmt werden und ausgehend davon dieses sowie ggf. das andere äußere optische Element gesteuert bewegt werden. Darüber hinaus kann das bzw. können die Sensorsignale der beiden äußeren optischen Elemente allein oder in Kombination mit weiteren Messsignalen oder rechnerischen Vorhalten, zum Beispiel einer Aberrationsmessung oder einer Aberrationsvorhersage aufgrund eines Thermalmodells der Linsenerwärmung zur Ansteuerung aller verfügbarer Manipulatoren für weitere optische Elemente des Projektionsobjektivs z.B. im Rahmen eines „Feed Forward“ Modells verwendet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Immersionslithographie mit zwei äußeren optischen Elementen, die in einem Gehäuse eines Projektionsobjektivs untergebracht sind, sowie mit zwei Sensoren zur Bestimmung von deren Position relativ zu dem Gehäuse, sowie
2 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage analog 1 mit einer Steuereinrichtung, die eine zentrale Steuereinheit aufweist.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist schematisch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 1 gezeigt, die zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen mittels Immersionslithographie vorgesehen ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 2 mit einer Arbeitswellenlänge von 193 nm. Alternativ könnten auch Lichtquellen anderer Arbeitswellenlängen, beispielsweise 248 nm oder 157 nm verwendet werden. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 3 erzeugt in seiner Austrittsebene oder Objektebene 4 ein großes, an die Telezentrie-Erfordernisse eines nachgeschalteten Projektionsobjektivs 5 angepasstes Beleuchtungsfeld. Das Beleuchtungssystem 3 weist Einrichtungen zur Steuerung der Pupillenausleuchtung und zum Einstellen eines vorgegebenen Polarisationszustands des Beleuchtungslichts auf. Im Strahlengang hinter dem Beleuchtungssystem 3 ist eine Einrichtung (Reticle-Stage) zum Halten und Bewegen einer Maske 6 so angeordnet, dass diese in der Objektebene 4 des Projektionsobjektivs 5 liegt und in dieser Ebene zum Scanbetrieb in einer Abfahrrichtung 7 bewegbar ist.
Hinter der auch als Maskenebene bezeichneten Objektebene 4 folgt das Projektionsobjektiv 5, das ein Bild der Maske 6 mit reduziertem Maßstab auf ein mit einem Photolack, auch Resist 8 genannt, belegtes Substrat 9, beispielsweise einen Silizium-Wafer, abbildet. Das Substrat 9 ist so angeordnet, dass die ebene Substratoberfläche mit dem Resist 8 im Wesentlichen mit der Bildebene 10 des Projektionsobjektivs 5 zusammenfällt. Das Substrat 9 wird durch eine Einrichtung 11 gehalten, die einen Antrieb umfasst, um das Substrat 9 synchron mit der Maske 6 zu bewegen. Die Einrichtung 11 umfasst auch mechanische Antriebe, um das Substrat 9 sowohl in z-Richtung parallel zur optischen Achse 12 des Projektionsobjektivs 5 als auch in x- und y-Richtung senkrecht zur optischen Achse 12 zu verfahren.
Die zum Halten des Substrats 9 vorgesehene Einrichtung 11 (Wafer-Stage) ist für die Verwendung bei der Immersionslithographie konstruiert. Sie umfasst eine von einem Scannerantrieb bewegbare Aufnahmeeinrichtung 13, deren Boden eine flache Ausnehmung zur Aufnahme des Substrats 9 aufweist. Durch einen umlaufenden Rand wird eine flache, nach oben offene Aufnahme für eine Immersionsflüssigkeit 14 gebildet. Die Höhe des Rands ist so bemessen, dass die eingefüllte Immersionsflüssigkeit 14 die Substratoberfläche mit dem Resist 8 vollständig bedecken und der austrittsseitige Endbereich des Projektionsobjektivs 5 bei richtig eingestelltem Arbeitsabstand zwischen Objektivaustritt und Substratoberfläche in die Immersionsflüssigkeit 14 eintauchen kann.
Das Projektionsobjektiv 5 weist ein Gehäuse 15 auf, in dem ein erstes, zur Objektebene 4 benachbartes äußeres optisches Element 16 in Form einer Linse untergebracht ist. Im Strahlengang auf das erste äußere optische Element 16 folgt eine Blende 17 sowie zwei weitere optische Elemente 18, 19 in Form von Linsen, welche ebenfalls in dem Gehäuse 15 untergebracht sind. Ein zur Bildebene 10 benachbart angeordnetes zweites äußeres optisches Element 20 ist ebenfalls in dem Gehäuse 15 untergebracht und bildet den Abschluss des Projektionsobjektivs 5 zum Substrat 9 hin.
Das linsenförmige erste äußere optische Element 16 steht an seiner Innenseite 16a (innere Linsenfläche) mit einem Innenraum 21 des Gehäuses 15 und an seiner der Objektebene 4 zugewandten Außenseite 16b (äußere Linsenfläche) mit einem Außenraum 22 in Kontakt, in dem das Projektionsobjektiv 5 bzw. die Projektionsbelichtungsanlage 1 untergebracht ist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel weist das Gehäuse 15 des Projektionsobjektivs 5 einen Innenraum 21 auf, der in eine erste Innenraum-Kammer 21a und in eine zweite Innenraum-Kammer 21b unterteilt ist. Die erste Innenraum-Kammer 21a ist zwischen der Innenseite 20a des zweiten optischen Elements 20 und dem weiteren optischen Element 19 gebildet, das benachbart zum zweiten optischen Element 20 angeordnet ist. Der Rest des Innenraums 21 des Gehäuses 15 wird von der zweiten Innenraum-Kammer 21b eingenommen, welche das weitere optische Element 18 enthält und mit dem ersten äußeren optischen Element 16 in Kontakt steht. Die erste und zweite Innenraum-Kammer 21a, 21b sind gegeneinander abgedichtet, es kann aber ein Druckausgleich auf einer vergleichsweise langsamen Zeitskala erfolgen. Der Druckausgleich zwischen der ersten und der zweiten Innenraum-Kammer 21a, 21b ist langsamer als ein ggf. erfolgender Druckausgleich bzw. ein Ausgleich von Schwankungen einer Druckdifferenz (s.u.) zwischen der ersten Innenraum-Kammer 21a und dem Außenraum 22.
In dem Innenraum 21 des Gehäuses 15 befindet sich im gezeigten Beispiel ein gasförmiges Medium in Form eines Spülgases 23 und dort herrscht ein Innendruck p_i. In dem Außenraum 22 befindet sich im gezeigten Beispiel ein gasförmiges Medium in Form von (Umgebungs-)Luft 24 und dort herrscht ein Außendruck p_a. Im Folgenden wird zur Vereinfachung davon ausgegangen, dass sowohl das erste äußere optische Element 16 als auch das zweite äußere optische Element 20 an ihrer Innenseite 16a, 20a demselben Innendruck p_i und an ihrer Außenseite 16b, 20b demselben Außendruck p_a ausgesetzt sind. Bezüglich des Innendrucks p_i ist dies der Fall, wenn ein Druckausgleich zwischen den beiden Innenraum-Kammern 21a, 21b erfolgt. Das Gehäuse 15 ist im gezeigten Beispiel derart ausgebildet, dass dieses den Innenraum 21 entweder gasdicht oder über eine Reduktionseinrichtung zum Ausgleich von Schwankungen der Druckdifferenz vom Außenraum 22 trennt, so dass eine Druckdifferenz p_D = p_i – p_a zwischen dem Innendruck p_i in dem Innenraum 21 und dem Außendruck p_a in dem Außenraum 22 besteht.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 5 bzw. die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Sensoreinrichtung 25a, 25b auf, die einen ersten Sensor 25a zur Bestimmung einer (ersten) Position P1 des ersten äußeren optischen Elements 16 relativ zu der Blende 17 als erster ortsfester Referenz sowie einen zweiten Sensor 25b zur Bestimmung einer (zweiten) Position P2 des zweiten äußeren optischen Elements 20 relativ zu einer Fassung 19a, genauer gesagt zu einem Außenteil der Fassung des benachbarten weiteren optischen Elements 19 als zweiter ortsfester Referenz aufweist. Die Blende 17 bzw. die Fassung 19a des weiteren optischen Elements 19 sind mit dem Gehäuse 15 so fest verbunden, dass sich deren Position relativ zu dem Gehäuse 15 auch bei Schwankungen des Innendrucks p_i praktisch nicht verändert.
Die Positionen P1, P2 des ersten und des zweiten äußeren optischen Elements 16, 20 verändern sich aufgrund von Druckschwankungen, bei denen die Druckdifferenz p_D zwischen dem Innendruck p_i und dem Außendruck p_a verhältnismäßig schnell, d.h. auf einer Zeitskala von einer Sekunde oder weniger, variiert. Die Druckschwankungen wirken sich typischer Weise in einer Verschiebung des ersten bzw. des zweiten äußeren optischen Elements 16, 20 in Z-Richtung, d.h. parallel zur optischen Achse 12 des Projektionsobjektivs 5 aus. Im gezeigten Beispiel wird die jeweilige Position P1, P2 des ersten und zweiten äußeren optischen Elements 16, 20 daher in Z-Richtung, d.h. parallel zur optischen Achse 12 des Projektionsobjektivs 5, bestimmt.
Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem ersten Positions-Sensor 25a und bei dem zweiten Positions-Sensor 25b der Sensoreinrichtung um optische Sensoren, welche zur Bestimmung der jeweiligen Position P1, P2 durch die Bestimmung des Abstands zwischen dem ersten bzw. dem zweiten äußeren optischen Element 16, 20 und der jeweiligen ortsfesten Referenz in Form der Blende 17 bzw. in Form des weiteren optischen Elements 19 mit Hilfe einer interferometrischen Messung ausgebildet sind.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 5 bzw. die Projektionsbelichtungsanlage 1 einen ersten Aktuator 26a zur Bewegung des ersten äußeren optischen Elements 16 sowie einen zweiten Aktuator 26b zur Bewegung des zweiten äußeren optischen Elements 20 jeweils in Z-Richtung auf. Der erste Aktuator 26a ist als Piezo-Aktuator ausgebildet und weist drei unter einem Winkel von jeweils 120° zueinander in Umfangsrichtung um die optische Achse 12 verteilte Piezokristalle auf, die an der Fassung angreifen, um diese in Z-Richtung zu verschieben. Der zweite Aktuator 26b zur Verschiebung des zweiten äußeren optischen Elements 20 ist entsprechend, d.h. ebenfalls als Piezo-Aktuator, ausgebildet.
Das Projektionsobjektiv 5 bzw. die Projektionsbelichtungsanlage 1 weist bei dem in 1 gezeigten Beispiel eine Steuereinrichtung 27 auf, die eine erste Steuereinheit 27a und eine zweite Steuereinheit 27b umfasst, die unabhängig voneinander betrieben werden, d.h. die nicht in signaltechnischer Verbindung miteinander stehen. Die erste Steuereinheit 27a empfängt Sensorsignale über die Position P1 des ersten äußeren optischen Elements 16 von dem ersten Sensor 25a und überträgt Steuersignale an den ersten Aktuator 26a. Entsprechend empfängt die zweite Steuereinheit 27b Sensorsignale über die Position P2 des zweiten äußeren optischen Elements 20 von dem zweiten Sensor 25b und überträgt Steuersignale an den zweiten Aktuator 26b.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel erfolgt die Steuerung des ersten Aktuators 26a in einer solchen Weise, dass das erste äußere optische Element 16 stets, d.h. insbesondere bei Druckschwankungen, an eine fest vorgegebene Soll-Position P1S verschoben wird. Entsprechend erfolgt auch die Steuerung des zweiten Aktuators 26b mittels der zweiten Steuereinheit 27b in einer solchen Weise, dass das zweite äußere optische Element 20 an eine fest vorgegebene Soll-Position PS2 verschoben wird. Die Verschiebung der beiden äußeren optischen Elemente 16, 20 zurück an die jeweiligen fest vorgegebenen Soll-Positionen PS1, PS2 verhindert das Auftreten von Aberrationen, z.B. von Maßstabsfehlern, bei der Abbildung durch das Projektionsobjektiv 5.
2 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage 1, die ein Projektionsobjektiv 5 mit einem Gehäuse 15 mit durchgehendem Innenraum 21 aufweist, die ansonsten wie in 1 ausgebildet ist und bei der die Steuereinrichtung 27 zusätzlich zu den in 1 gezeigten beiden Steuereinheiten 27a, 27b eine zentrale Steuereinheit 27c aufweist. Die zentrale Steuereinheit 27c dient zur Steuerung von Manipulatoren, die zur Bewegung der weiteren optischen Elemente 18, 19 sowie der Blende 17 dienen. In 2 ist beispielhaft ein Manipulator 28 zur Bewegung des zentral in dem Projektionsobjektiv 5 angeordneten weiteren optischen Elements 18 dargestellt. Wie in 2 angedeutet ist, wird ein Sensorsignal des ersten Sensors 25a von der ersten Steuereinheit 27a an die zentrale Steuereinheit 27c übermittelt und entsprechend wird auch ein Sensorsignal des zweiten Sensors 25b an die zentrale Steuereinheit 27c übermittelt.
Für die Steuerung der beiden Aktuatoren 26a, 26b mit Hilfe der zentralen Steuereinheit 27c bestehen mehrere Möglichkeiten: Die zentrale Steuereinheit 27c kann beispielsweise anhand der Sensorsignale jeweils ein Steuersignal für die erste Steuereinheit 27a sowie für die zweite Steuereinheit 27b erzeugen, die von diesen an den ersten bzw. zweiten Aktuator 26a, 26b übermittelt werden. Zur Erzeugung von geeigneten Steuersignalen aufgrund der von den beiden Sensoren 25a, 25b erzeugten Sensorsignalen kann die zentrale Steuereinheit 27c beispielsweise auf Tabellen, Kennlinien oder dergleichen zurückgreifen, die anhand von Messungen und/oder anhand von Simulationen erstellt wurden. Gegebenenfalls kann auch ein Steuersignal an den Manipulator 28 zur Bewegung des weiteren optischen Elements 18 bzw. aller Manipulatoren des Projektionsobjektivs 5 in Abhängigkeit von den Sensorsignalen geeignet modifiziert werden.
Die Steuereinrichtung 27 kann für die Steuerung des ersten Aktuators 26a, des zweiten Aktuators 26b und/oder des Manipulators 28 zusätzlich zu den Positionen P1, P2 des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements 16, 18 weitere Kenndaten 29 über die Eigenschaften des Projektionsobjektivs 5 berücksichtigen bzw. für eine Berechnung heranziehen, wie dies in 2 angedeutet ist. Bei den weiteren Kenndaten 29 kann es sich beispielsweise um aktuelle Messdaten von weiteren Sensoren und/oder um bei vorausgegangenen Simulationen und/oder Messungen bestimmte Werte handeln. In diesem Fall errechnet und übermittelt die zentrale Steuereinheit 27c anhand der Positionen P1, P2 des ersten und des zweiten äußeren optischen Elements 16, 20 sowie anhand der weiteren Kenndaten 29 Steuersignale für alle Manipulatoren 28 sowie für die beiden Aktuatoren 26a, 26b des Projektionsobjektivs 5.
Bei dem in 2 gezeigten Beispiel weist die zentrale Steuereinheit 27c zusätzlich eine Bestimmungseinrichtung 30 zur Bestimmung der Druckdifferenz p_D zwischen dem Innendruck p_i in dem Innenraum 21 und dem Außendruck p_a in dem Außenraum 22 anhand der mittels der Sensoren 25a, 25b bestimmten Positionen P1, P2 des ersten und des zweiten äußeren optischen Elements 16, 20 auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die Änderung der Position P1, P2 des ersten und zweiten äußeren optischen Elements 16, 20 insbesondere auf einer kurzen Zeitskala auf Druckschwankungen, d.h. auf eine schnelle Veränderung der Differenz p_D zwischen dem Innendruck p_i und dem Außendruck p_a, zurückzuführen. Anhand der Position P1, P2, genauer gesagt anhand der Veränderung der Positionen P1, P2 des ersten sowie des zweiten äußeren optischen Elements 16, 20 kann daher die Druckdifferenz p_D bestimmt werden. Eine Unterscheidung zwischen druckbedingten Änderungen der Positionen P1, P2 der beiden äußeren optischen Elemente 16, 20 und anderen Ursachen für Positionsänderungen kann aufgrund der typischer Weise deutlich größeren Geschwindigkeit der druckbedingten Positionsänderungen erfolgen.
Sind wie im in 2 gezeigten Beispiel sowohl die Position P1 des ersten äußeren optischen Elements 16 als auch die Position P2 des zweiten äußeren optischen Elements 20 bekannt, so können die beiden Positionen P1, P2 miteinander verglichen werden, um die Druckdifferenz p_D zu bestimmen, bzw. um genauer zwischen druckbedingten und anderen Schwankungen der Positionen P1, P2 der beiden äußeren optischen Elemente 16, 20 zu unterscheiden. Hierbei wird ausgenutzt, dass die beiden äußeren optischen Elemente 16, 20 z.B. aufgrund ihres typischer Weise unterschiedlichen Gewichts bei einer identischen Änderung der Druckdifferenz p_D um eine unterschiedliche Strecke in Z-Richtung verschoben werden. Das Verhältnis zwischen den Verschiebewegen der beiden äußeren optischen Elemente 16, 20, die bei einer vorgegebenen Änderung der Druckdifferenz p_D erzeugt werden, ist typischer Weise im Wesentlichen konstant, d.h. dieses weist einen festen Wert auf. Liegt bei den von den Sensoren 25a, 25b gelieferten Sensorsignalen ein im Wesentlichen konstantes Verhältnis der Änderung der Positionen P1, P2 vor, welcher mit diesem Wert übereinstimmt, deutet dies darauf hin, dass die Positionsänderung auf einer Veränderung der Druckdifferenz p_D beruht.
Eine unterschiedlich große Änderung der Position P2 des zweiten äußeren optischen Elements 20 im Vergleich zur Änderung der Position P1 des ersten äußeren optischen Elements 16 kann neben einem unterschiedlichen Gewicht auch darauf zurückzuführen sein, dass das zweite äußere optische Element 20 bei der in 1 und in 2 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage 1 teilweise mit der Immersionsflüssigkeit 14 in Kontakt steht. Das zweite äußere optische Element 20 ist hierbei als plankonvexe Linse ausgebildet, welche einen konischen Linsenteil aufweist, dessen plane Endfläche vollständig in die Immersionsflüssigkeit 14 eintaucht. Die Außenseite 22b des zweiten äußeren optischen Elements 20 steht somit teilweise mit der Umgebungsluft 24 und teilweise mit der Immersionsflüssigkeit 14 in Kontakt.
Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist in dem Innenraum 21 ein Drucksensor 31 zur Bestimmung des Innendrucks p_i in dem Innenraum 21 angeordnet. Anhand der auf die weiter oben beschriebene Weise bestimmten Druckdifferenz p_D kann in diesem Fall der Außendruck p_a bestimmt werden, ohne dass zu diesem Zweck ein weiterer Drucksensor in dem Außenraum 22 angeordnet werden muss. Es versteht sich aber, dass zur absoluten Druckmessung sowohl in dem Innenraum 21 als auch in dem Außenraum 22 ein Drucksensor angeordnet werden kann.
Die Kenntnis des absoluten Innendrucks p_i sowie des absoluten Außendrucks p_a kann für die Korrektur von Aberrationen des Projektionsobjektivs 5 genutzt werden, die aufgrund von Brechzahländerungen Δn_i des in dem Innenraum 21 vorhandenen Spülgases 23 bzw. aufgrund von Brechzahländerungen Δn_a der in dem Außenraum 22 vorhandenen Umgebungsluft 24 erzeugt werden, die auf Druckveränderungen des Innendrucks p_i bzw. des Außendrucks p_a beruhen. Die Brechzahländerungen Δn_i, Δn_a führen zu einer ungewollten Veränderung des Abbildungsstrahlengangs des Projektionsobjektivs 5 und somit zu Aberrationen, d.h. zu Abbildungsfehlern.
Ist die Brechzahländerung Δn_i in dem Innenraum 21 bzw. die Brechzahländerung Δn_a in dem Außenraum 22 bekannt, kann die Steuereinrichtung 27, genauer gesagt die zentrale Steuereinheit 27c, anhand eines Modells des optischen Eigenschaften des Projektionsobjektivs 5 und/oder anhand von in der Steuereinrichtung 27c gespeicherten Tabellen bzw. Kennlinien den durch die Brechzahländerungen Δn_i, Δn_a erzeugten Aberrationen entgegen wirken, indem auf die Aktuatoren 26a, 26b bzw. auf den bzw. die Manipulatoren 28 geeignet eingewirkt wird. Gegebenenfalls wirkt sich die Brechzahländerung Δn_a in dem Außenraum 22 auf das zweite äußere optische Element 20 nicht bzw. nur geringfügig aus, da dieses an seiner planen Endfläche mit der Immersionsflüssigkeit 14 in Kontakt steht, so dass sich eine Brechzahländerung Δn_a der Umgebungsluft 24 nicht bzw. nur geringfügig auf die Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs 5 auswirkt. Es versteht sich, dass Aberrationen auch entgegen gewirkt werden kann, wenn der Innenaum 21 wie bei dem in 1 gezeigten Beispiel in zwei oder mehr Innenraum-Kammern 21a, 21b unterteilt ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn zwischen den Innenraum-Kammern 21a, 21b ein (ggf. langsamer) Druckausgleich erfolgen kann, so dass diese denselben Innendruck p_i aufweisen.
Anders als in den beiden in 1 und 2 gezeigten Beispielen kann ggf. auf das Vorsehen des ersten und/oder des zweiten Aktuators 26a, 26b verzichtet werden. In diesem Fall erfolgt die Kompensation der durch die Druckschwankungen hervorgerufenen Aberrationen an einem oder mehreren der weiteren optischen Elemente 17, 18, 19 in dem Projektionsobjektiv 5, indem auf diese mit Hilfe von Manipulatoren geeignet eingewirkt wird. Auch kann ggf. auf einen der beiden Sensoren 25a, 25b verzichtet werden. Auch in diesem Fall können ggf. beide äußeren optischen Elemente 16, 20 gemeinsam gesteuert bewegt werden, um durch Druckschwankungen bedingte Bewegungen auszugleichen. Weist z.B. nur das erste äußere optische Element 16 einen Sensor 25a auf, kann ggf. anhand des weiter oben beschriebenen (bekannten) Verhältnisses zwischen den durch eine Druckveränderung erzeugten Verschiebewegen der beiden äußeren optischen Elemente 16, 20 nicht nur das erste, sondern auch das zweite äußere optische Element 20 um eine geeignete Strecke verschoben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1857882 A2 [0003, 0010]

Claims

Projektionsobjektiv (5) für die Mikrolithographie, umfassend: ein Gehäuse (15) mit einem ersten äußeren optischen Element (16) und mit einem zweiten äußeren optischen Element (20), die jeweils an einer Innenseite (16a, 20a) mit einem Innenraum (21) in dem Gehäuse (15) und an einer Außenseite (16b, 20b) mit einem Außenraum (22) außerhalb des Gehäuses (15) in Kontakt stehen, gekennzeichnet durch eine Sensoreinrichtung (25a, 25b) zur Bestimmung der Position (P1, P2) des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements (16, 20) relativ zu dem Gehäuse (15).
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, bei dem die Sensoreinrichtung (25a, 25b) mindestens einen ersten Sensor (25a) zur Bestimmung der Position (P1) des ersten äußeren optischen Elements (16) relativ zu einer ersten ortsfesten Referenz (17) in dem Gehäuse (15) und/oder mindestens einen zweiten Sensor (25b) zur Bestimmung der Position (P2) des zweiten äußeren optischen Elements (20) relativ zu einer zweiten ortsfesten Referenz (19) in dem Gehäuse (15) aufweist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 2, bei dem der erste Sensor (25a) und/oder der zweite Sensor (25b) zur Bestimmung der Position (P1, P2) des ersten äußeren optischen Elements (16) und/oder des zweiten äußeren optischen Elements (20) in einer Richtung (Z) parallel zu einer optischen Achse (12) des Projektionsobjektivs (5) ausgebildet ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die erste und/oder die zweite ortsfeste Referenz durch eine Halterung (19a) eines weiteren optischen Elements (19) in dem Gehäuse (15) oder durch eine in dem Gehäuse (15) angebrachte Blende (17) gebildet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: mindestens einen ersten Aktuator (26a) zur Bewegung des ersten äußeren optischen Elements (16) relativ zu dem Gehäuse (15) und/oder mindestens einen zweiten Aktuator (26b) zur Bewegung des zweiten äußeren optischen Elements (20) relativ zu dem Gehäuse (15), sowie eine Steuereinrichtung (27) zur Steuerung des ersten und/oder des zweiten Aktuators (26a, 26b) in Abhängigkeit von der mittels der Sensoreinrichtung (25a, 25b) bestimmten Position (P1, P2) des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements (16, 20) relativ zu dem Gehäuse (15).
Projektionsobjektiv nach Anspruch 5, bei dem die Steuereinrichtung (27) ausgebildet ist, das erste und/oder das zweite äußere optische Element (16, 20) an eine jeweils fest vorgegebene Soll-Position (P1S, P2S) relativ zu dem Gehäuse (15) zu bewegen.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Steuereinrichtung (27) eine erste Steuereinheit (27a) zur Steuerung des ersten Aktuators (26a) und eine zweite Steuereinheit (27b) zur Steuerung des zweiten Aktuators (26b) aufweist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Innenraum (21) des Gehäuses (15) eine erste Innenraum-Kammer (21a) aufweist, die zwischen der Innenseite (16a, 20a) des ersten oder des zweiten äußeren optischen Elements (16, 20) und einem weiteren optischen Element (19) des Projektionsobjektivs (5) gebildet ist, und bei dem der Innenraum (21) des Gehäuses (15) mindestens eine zweite Innenraum-Kammer (21b) aufweist, die gegen die erste Innenraum-Kammer (21a) abgedichtet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: mindestens einen Manipulator (28) zur Bewegung mindestens eines weiteren optischen Elements (18), welches in dem Gehäuse (15) angeordnet ist, relativ zu dem Gehäuse (15), sowie eine Steuereinrichtung (27), die ausgebildet ist, den Manipulator (28) in Abhängigkeit von der Position (P1, P2) des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements (16, 20) relativ zu dem Gehäuse (15) zu steuern.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 9, bei dem die Steuereinrichtung (27) ausgebildet ist, den ersten Aktuator (26a), den zweiten Aktuator (26b) und/oder den Manipulator (28) in Abhängigkeit von den Positionen (P1, P2) des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements (16, 20) relativ zu dem Gehäuse (15) steuern.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 10, bei dem die Steuereinrichtung (27) ausgebildet ist, für die Steuerung des ersten Aktuators (26a), des zweiten Aktuators (26b) und/oder des Manipulators (28) anhand der Positionen (P1, P2) des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements (16, 18) sowie anhand von weiteren Kenndaten (29) über die Eigenschaften des Projektionsobjektivs (5) eine Berechnung vorzunehmen.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Bestimmungseinrichtung (30) zur Bestimmung einer Druckdifferenz (p_D) zwischen einem Innendruck (p_i) in dem Innenraum (21) und einem Außendruck (p_a) in dem Außenraum (22) anhand der mittels der Sensoreinrichtung (25a, 25b) bestimmten Position (P1, P2) des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements (16, 20).
Projektionsobjektiv nach Anspruch 12, bei dem die Bestimmungseinrichtung (30) ausgebildet ist, zur Bestimmung der Druckdifferenz (p_D) die Positionen (P1, P2) des ersten äußeren optischen Elements (16) und des zweiten äußeren optischen Elements (20) miteinander zu vergleichen.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: einen Drucksensor (31) zur Bestimmung des Innendrucks (p_i) in dem Innenraum (21) oder zur Bestimmung des Außendrucks (p_a) in dem Außenraum (22).
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Bestimmungseinrichtung (30) ausgebildet ist, durch eine Veränderung der Druckdifferenz (p_D) hervorgerufene Brechzahländerungen (Δn_i , Δn_a) eines gasförmigen Mediums (23, 24) in dem Innenraum (21) und/oder in dem Außenraum (22) zu bestimmen und bei dem die Steuerungseinrichtung (27) ausgebildet ist, durch die Brechzahländerungen (Δn_i , Δn_a) hervorgerufene Aberrationen des Projektionsobjektivs (5) zu korrigieren.
Projektionsbelichtungsanlage (1), umfassend: ein Projektionsobjektiv (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Korrigieren von Aberrationen eines Projektionsobjektivs (5), umfassend: Bestimmen einer Position (P1, P2) eines ersten und/oder eines zweiten äußeren optischen Elements (16, 20) des Projektionsobjektivs (5), die jeweils an einer Innenseite (16a, 20a) mit einem Innenraum (21) eines Gehäuses (15) des Projektionsobjektivs (5) und an einer Außenseite (16b, 20b) mit einem Außenraum (22) außerhalb des Gehäuses (15) in Kontakt stehen, relativ zu dem Gehäuse (15), sowie Korrigieren von Aberrationen des Projektionsobjektivs (5) durch Bewegen des ersten, des zweiten und/oder eines weiteren in dem Gehäuse angebrachten optischen Elements (26a, 26b, 18) relativ zu dem Gehäuse (15) in Abhängigkeit von der Position (P1, P2) des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements (16, 20).
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem zum Korrigieren der Aberrationen des Projektionsobjektivs (5) das erste und/oder das zweite äußere optische Element (16, 20) an eine fest vorgegebene Soll-Position (PS1, PS2) relativ zu dem Gehäuse (15) bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, weiter umfassend: Bestimmen einer Druckdifferenz (p_D) zwischen einem Innendruck (p_i) in dem Innenraum (21) und einem Außendruck (p_a) in dem Außenraum (22) anhand der Position (P1, P2) des ersten und/oder des zweiten äußeren optischen Elements (16, 20), sowie Bestimmen von Brechzahländerungen (Δn_i , Δn_a) eines gasförmigen Mediums (23, 24) in dem Innenraum (21) und/oder in dem Außenraum (22), welche durch die Veränderung der Druckdifferenz (p_D) hervorgerufen werden, sowie Korrigieren der durch die Brechzahländerungen (Δn_i , Δn_a) hervorgerufenen Aberrationen durch Bewegen des ersten, des zweiten und/oder des weiteren optischen Elements (16, 20, 18) relativ zum Gehäuse (15).