DE102016214610A1

DE102016214610A1 - Korrekturanordnung zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften

Info

Publication number: DE102016214610A1
Application number: DE102016214610.6A
Authority: DE
Inventors: Boris Bittner; Norbert Wabra; Sonja Schneider; Ricarda Schömer; Holger Schmidt
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2017-10-05

Abstract

Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie mit eine Mehrzahl an optischen Elementen, wobei äußere optische Elemente als in Lichtrichtung erstes optisches Element und in Lichtrichtung letztes optisches Element angeordnet sind. Die äußeren optischen Elemente besitzen eine Brechkraft von mindestens 0,25 dpt. Das Projektionsobjektiv hat eine numerische Apertur NA und beinhaltet eine optische Korrekturanordnung, die eines der äußeren optischen Elemente umfasst und so konfiguriert ist, dass bei einer Verschiebung in Lichtrichtung des äußeren optischen Elementes um 1 μm die Änderung der Verzeichnung (Z2/3) kleiner als 20 nm ist. Das Verhältnis aus Brechkraft·NA/Verzeichnungssensitivität für das Projektionsobjektiv ist größer als 0,2·10⁹/m².

Description

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie mit einer NA, mit einer Mehrzahl an optischen Elementen, wobei äußere optische Elemente als in Lichtrichtung erstes optisches Element und in Lichtrichtung letztes optisches Element angeordnet sind, und wobei die äußeren optischen Elemente eine Brechkraft von mindestens 0,25 dpt besitzen, und einer optischen Korrekturanordnung, die eines der äußeren optischen Elemente umfasst.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Design eines Projektionsobjektiv, insbesondere einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie.
Ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie und ein Verfahren zum Design eines solchen ist aus der DE 10 2007 046 419 A1 bereits 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 immer 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 Druckänderung der Umgebung des Projektionsobjektivs bedingt. Solche Druckänderungen werden langsam über einen Zeitraum von Minuten bis Tagen durch klimatische Veränderungen hervorgerufen oder aber durch das Öffnen von Türen in Produktionshallen.
Durch Sauberkeitsanforderungen in der Halbleiterherstellung sind die Produktionshallen mit Überdruck gegenüber der Umgebung beaufschlagt, um ein Eindringen von Partikeln in die Produktionshallen zu vermeiden. Das Öffnen einer Tür hat eine schnelle Druckänderung innerhalb weniger als einer Sekunde zur Folge, die zu einer Bewegung und/oder Deformation des ersten bzw. letzten optischen Elementes führt.
Das eingangs genannte Dokument DE 10 2007 046 419 A1 offenbart ein Projektionsobjektiv für eine Mikrolithographieanlage mit einer optischen Korrekturanordnung, die eine Mehrzahl von Korrekturelementen aufweist. Die optischen Korrekturelemente sind mit Asphären, d. h. mit rotationssymmetrischen Abweichungen von einer Sphäre, versehen, die sich insgesamt zumindest näherungsweise zu null addieren. Mindestens einem Korrekturelement ist ein Manipulator zugeordnet mit zumindest einer Richtungskomponente in Richtung der optischen Achse. Die zumindest eine Korrekturanordnung ist in der Nähe der Pupille des optischen Systems angeordnet.
Die DE 10 2008 042 926 A1 offenbart eine optische Vorrichtung für eine Mikrolithographieanlage mit einer Mehrzahl optischer Elemente entlang der Lichtausbreitungsrichtung der optischen Vorrichtung, wobei die optische Vorrichtung im Kaltzustand zumindest einen ersten Abbildungsfehler aufweist. Der erste Abbildungsfehler kompensiert einen zweiten, während des Betriebs durch Erwärmen zumindest einer der optischen Elemente verursachten Abbildungsfehler zumindest teilweise.
Die beiden beschriebenen Anmeldungen benötigen entweder einen Manipulator, um die im Betrieb vorkommenden Bildfehler durch geeignetes Verfahren der Korrekturelemente zu kompensieren, oder die optische Vorrichtung ist nur in einem Betriebszustand kompensiert und im Kaltzustand und in der Phase bis der Betriebszustand erreicht ist, nicht kompensiert.
Es besteht daher der Bedarf nach einer optischen Vorrichtung bzw. einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, die ohne Manipulator und in jedem Betriebszustand eine nahezu bildfehlerfreie optische Abbildung besitzt, insbesondere wenn eine Störung durch Druckschwankungen in der Umgebung und/oder im Projektionsobjektiv verursacht werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Korrekturanordnung mit diesen Anforderungen bereitzustellen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch das Projektionsobjektiv der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In dem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv für Mikrolithographie werden Bildfehler korrigiert, die durch äußere Einflüsse, wie z. B. Druckänderungen in das System eingebracht werden.
Das Projektionsobjektiv, welches mit gerichtetem Licht beaufschlagbar ist, besitzt eine Mehrzahl von optischen Elementen, wobei die äußeren optischen Elemente als in Lichtrichtung erste und letzte optische Elemente zwischen dem Objekt und dem Bild angeordnet sind. Das erste und das letzte optische Element schließen das Projektionsobjektiv nach oben, d. h. zum Objekt gerichtet, und nach unten, d. h. zum Bild gerichtet, gegenüber der Umgebung ab, d. h. sie stehen jeweils an ihrer Innenseite mit einem Innenraum des Gehäuses und an ihrer Außenseite mit einem Außenraum außerhalb des Gehäuses in Kontakt Die Umgebungsatmosphäre ist von der im Objektiv unterschiedlich. Die äußeren optischen Elemente besitzen eine Brechkraft von mindestens 0,25 dpt. Ferner beinhaltet das Projektionsobjektiv eine Korrekturanordung, die ein äußeres optisches Element umfasst, welches auch als äußeres Korrekturelement bezeichnet werden kann. Die optische Korrekturanordnung ist so konfiguriert, dass bei einer Verschiebung des äußeren Korrekturelementes in Lichtrichtung um 1 μm eine Änderung der Verzeichnung im Projektionsobjektiv von kleiner als 20 nm auftritt. Diese von der Bewegung des Elementes abhängige Verzeichnung wird auch Verzeichnungssensitivität genannt.
Die Korrekturanordnung umfasst in einem Ausführungsbeispiel 2 oder mehr optische Korrekturelemente. Ein Vorteil der Korrekturanordnung mit 2 oder mehr Korrekturelementen ist es, dass die Asphäre auf dem äußeren Korrekturelement nicht zwingend an einem anderen optischen Element korrigiert werden muss, sondern die Korrektur auch an mehreren optischen Elementen realisiert werden kann. Dies hat zum Vorteil, dass man bei der Auswahl der zur Korrektur verwendeten Linsen mehr Freiheitsgrade im Designprozess besitzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv weist das äußere Korrekturelement eine Asphäre auf.
Die Asphäre ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass es sich um eine Freiformasphäre handelt. Der Designprozess wird durch die zusätzlichen Freiheitsgrade weiter vereinfacht. Asphären haben eine rotationssymmetrische Abweichung von der bestpassenden Sphäre. Die bestpassende Sphäre ist die Sphäre, gegenüber der die Quadrate der Abweichung der Asphäre in Summe am geringsten sind. Die Asphäre hat an jedem Radius der Linse oder des Spiegels eine konstante Abweichung von der bestpassenden Sphäre über den Winkel. Im Gegensatz dazu ist die Freiformasphäre über dem ganzen optischen Bereich frei von Rotationssymmetrie und kann beliebige Abweichungen von der bestpassenden Sphäre annehmen. Der Einfachheit halber ist im Folgenden nicht zwischen Asphäre und Freiformasphäre unterschieden, es ist aber in allen weiteren Ausführungsbeispielen eine Asphäre oder Freiformasphäre gemeint.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Asphären oder Freiformasphäre auf beiden optischen Flächen des Korrekturelementes liegen können. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der Freiheitsgrade im Design der Asphären größer ist.
Die Asphäre ist so ausgelegt, dass sie den Bildfehler, der durch die Bewegung und/oder Deformation des äußeren Korrekturelementes durch die Brechkraft der Linse verursacht wird, ihrerseits durch die gleiche Bewegung der Asphäre korrigiert. Eine Bewegung und/oder Deformation des äußeren Korrekturelementes wird z. B. auf Grund einer schnellen Druckänderung, wie sie z. B. durch das Öffnen einer Tür hervorgerufen wird, hervorgerufen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die optische Wirkung der Asphäre des äußeren Korrekturelementes durch eine zweite Asphäre auf einem zweiten Korrekturelement korrigiert. Die optische Korrektur der ersten Asphäre durch die zweite Asphäre soll nach der Korrektur einen RMS-Wert haben, der nicht mehr als 15% größer bevorzugt nicht größer als 5% als der RMS-Wert des Designs ist, den das Design vor Anbringung der ersten und zweiten Asphäre hatte. Der RMS-Wert bezeichnet hierbei die Summe der Quadrate der Abweichung der Wellenfront des Designs bzw. des Designs mit Korrekturelement von der Referenzkugel bei idealer Abbildung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Korrekturanordnung, wobei die Asphäre des ersten äußeren Korrekturelementes und die zweite Asphäre des weiteren Korrekturelementes in unmittelbarer Nähe zueinander liegen. Desweiteren kann das zweite Korrekturelement mit der zweiten Asphäre in einer optisch äquivalenten Ebene liegen, die von der Ebene des ersten äußeren Korrekturelementes räumlich getrennt ist und wobei deren Verhältnis von Hauptstrahlhöhe zu Randstrahlhöhe der Feldebenen mindestens weniger als 10%, bevorzugt weniger als 5% und weiter bevorzugt weniger als 1% voneinander abweicht. Dies hat zum Vorteil, dass die Kompensation der ersten Asphäre mit nur einer zweiten Asphäre mit ausreichend geringen Bildfehlern möglich ist.
Um die gewünschte Korrekturwirkung mit der Asphäre zu erzielen ist es vorteilhaft, dass die Asphäre von der bestpassenden Sphäre eine Abweichung von der höchsten bis zur tiefsten Stelle von mehr als 1000 nm, bevorzugt von mehr als 5000 nm hat.
In Verbindung mit der Auswahl der optischen Elemente als Korrekturelemente ist auch das Verhältnis von maximaler Pfeilhöhe und Brechkraft in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel größer als 10, bevorzugt größer als 100.
Das Projektionsobjektiv hat in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine numerische Apertur von mehr als 1,1.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren bei dem ein Design des Projektionsobjektivs mit einer NA und äußeren optischen Korrekturelementen mit einer Brechkraft von mindestens 0,25 dpt vorliegt. Die Auslegung des Ausgangsdesigns beruht auf normierten Zuständen und berücksichtigt keine durch Änderungen der Umgebung und/oder des Betriebes hervorgerufenen Einflüsse. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Korrekturanordnung in der Art ausgelegt, dass auf das äußere Korrekturelement eine Asphäre dergestalt aufgebracht wird, dass die Veränderung der Verzeichnung durch eine Verschiebung des äußeren Korrekturelementes parallel zur optischen Achse um 1 μm kleiner als 20 nm ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Bewegung und/oder Deformation des äußeren Korrekturelementes, wie sie durch schnelle Druckänderungen verursacht wird, keinen signifikanten Einfluss auf die Abbildungsqualität des Projektionsobjektives hat und eine aufwändige Messung des Einflusses einer Druckänderung auf die Abbildungsqualität des Projektionsobjektives wegfallen kann. In einem dritten Verfahrensschritt werden die durch die Aufbringung einer Asphäre auf das äußere Korrekturelement im Design verursachten Abbildungsfehler durch Aufbringen einer oder mehrerer weiterer Asphären auf einer oder mehreren weiteren Korrekturelementen kompensiert, sodass durch die Korrekturanordnung keine optische Wirkung im Design des Projektionsobjektivs resultiert. Keine optische Wirkung ist dabei so zu verstehen, dass das Projektionsobjektiv nach dem Aufbringen der weiteren Asphären einen RMS-Wert von weniger als 15%, bevorzugt weniger als 5% größer als derjenige des Ausgangsdesigns ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von speziellen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben.
Dabei zeigen die Figuren in:
1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem und einem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv
2 Projektionsobjektiv erster Art für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
3 Projektionsobjektiv zweiter Art für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
4 Projektionsobjektiv dritter Art für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
5 Projektionsobjektiv vierter Art für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
6 Beispielhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Freiformasphäre
7 erfindungsgemäßer Verfahrensablauf
Die folgende Beschreibung der Figuren beinhaltet beispielhafte Ausführungsformen, die zur Beschreibung der Prinzipien der allgemeinen Erfindung dienen und nicht als begrenzend auszulegen sind.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch Ausführungen, die durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen aus den beschriebenen bevorzugten Ausführungen der Erfindung und/oder aus den folgenden Ausführungsbeispiele hervorgehen.
In 1 ist ein Projektionsobjektiv 3 einer Projektionsbelichtungsanlage 1 abgebildet.
Das Projektionsobjektiv 3 der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird beispielsweise in der Halbleitermikrolithographie verwendet, um feinstrukturierte Bauelemente herzustellen.
Abbildungslicht 11, das von einem Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 ausgeht, wird durch ein Muster einer Struktur 4 hindurchgeleitet, die in einer Objektebene O des Projektionsobjektivs 3 angeordnet ist. Das Abbildungslicht 11 trifft nach Durchtreten des Projektionsobjektivs 3 auf ein Substrat 7, das in einer Bildebene B des Projektionsobjektivs 3 angeordnet und mit einer fotosensitiven Schicht versehen ist. Die Struktur 4 und das Substrat 7 sind jeweils auf einer Halterung 5 in der Objektebene O und einer Halterung 8 in der Bildebene B angeordnet. Nach eventuellem mehrfachen Belichten wird das Substrat 7 entwickelt, wodurch das abgebildete Muster der Struktur 4 in der Schicht des Substrats 7 sichtbar wird.
Das Beleuchtungssystem 2 weist eine Lichtquelle (nicht dargestellt) und eine Beleuchtungsoptik (nicht dargestellt) auf, die optische Eigenschaften des Abbildungslichts 11, beispielsweise Polarisation, Wellenlänge, Kohärenz und dergleichen, einstellen bzw. gezielt modulieren kann. Die Lichtquelle kann beispielsweise als ArF-Laser mit einer Wellenlänge von ca. 193 nm, als KrF-Laser mit einer Wellenlänge von ca. 248 nm oder als Quecksilberlampe mit einer Wellenlänge von ca. 436 nm (g-Linie), ca. 404 nm (h-Linie) oder ca. 365 nm (i-Linie) ausgestaltet sein. Das Beleuchtungssystem 2 kann ebenfalls Gitter oder Schlitze zur Erzeugung einer nicht-rotationssymmetrischen Beleuchtungsweise (Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung) aufweisen. Im Fall der Herstellung von Flachbildschirmen wird Licht geeigneter Wellenlänge verwendet.
Das Projektionsobjektiv 3 weist eine Mehrzahl optischer Elemente 6, wobei hier exemplarisch nur sechs optische Elemente 6 dargestellt sind, die entlang einer optischen Achse OA in Lichtausbreitungsrichtung des Abbildungslichts 11 angeordnet sind. Die äußeren optischen Elemente sind als in Lichtrichtung erstes optisches Element 6a und in Lichtrichtung letztes optisches Element 6z angeordnet und besitzen eine Brechkraft von mindestens 0,25 dpt. Die optischen Elemente 6 können als Linsen, Spiegel und/oder Planparallelplatten ausgebildet sein.
Das Abbildungsverhalten des Projektionsobjektivs 3 wird u. a. durch seine in der Bildebene B auftretenden, reversiblen Abbildungsfehler bestimmt, die aus den Abbildungsfehlern zumindest eines optischen Elements 6 (a, z), oftmals aus überlagerten Abbildungsfehlern verschiedener optischer Elemente 6 (a, z) resultieren. Zu solchen Abbildungsfehlern zählen beispielsweise Verzeichnung, feldabhängiger oder feldkonstanter Astigmatismus, Koma oder Bildfeldwölbung.
Die kurzfristig auftretenden, reversiblen Abbildungsfehler beruhen auf Druckänderungen und der dadurch für die Abbildung relevante Veränderung der optischen Parameter, wie z. B. Deformation oder einer resultierenden Bewegung zumindest eines äußeren optischen Elements 6 (a, z).
Im Folgenden wird ein Projektionsobjektiv 3 beschrieben, mittels dem die über Druckänderungen induzierten, reversiblen Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs 3 zumindest teilweise kompensiert werden und somit das Abbildungsverhalten des Projektionsobjektivs 3 der Projektionsbelichtungsanlage 1 signifikant verbessert wird.
Weiterhin zeigt die 1 eine optische Korrekturanordnung, die ein äußeres Korrekturelement (10) umfasst und so ausgelegt ist, dass bei einer Verschiebung in Lichtrichtung des äußeren optischen Elementes (6a, z) um 1 μm die Änderung der Verzeichnung (Z2/3) kleiner als 20 nm ist.
Die erfindungsgemäße Korrekturanordnung hat neben einem äußeren optischen Element (6a, z), welches auch als äußeres Korrekturelemente 10 der Korrekturanordnung bezeichnet werden kann, noch ein oder mehr weitere Korrekturelemente 9, welche einem oder mehreren optischen Elementen aus der Mehrzahl der optischen Elemente 6 des erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs 3 entsprechen können.
Die Korrekturelemente 9, 10 der Korrekturanordnung des erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs 3 weisen zur Korrektur der kurzfristig auftretenden reversiblen Abbildungsfehlern Asphären 12 auf. In 1 sind beispielhaft das erste 6a, letzte 6z und ein weiteres optisches Element 6 als Korrekturelement (9, 10) der Korrekturanordnung mit einer Asphäre 12 dargestellt.
Asphären 12 sind rotationssymmetrische Abweichungen von einer bestpassenden Sphäre 13, wie oben beschrieben. Zur Verbesserung der Korrekturwirkung ist es vorteilhaft, die Asphären 12 als Freiformasphären auszubilden, d. h. die Rotationssymmetrie aufzugeben und die Abweichungen von der bestpassenden Sphäre 13 beliebig zu gestalten. Es ist vorteilhaft, dass zumindest eine der in 1 gezeigten Asphären 12, vorzugsweise auf einem der äußeren Korrekturelement eine solche Freiformasphäre ist.
Die 1 zeigt die Asphären 12 lediglich auf einer Seite der Korrekturelemente. Es kann jedoch vorteilhaft sein, die Asphären 12 auch auf der anderen Seite des Korrektuelementes oder auf beiden optischen Flächen des Korrekturelementes aufzubringen. Die Asphären 12 können also nur auf einer der beiden optischen Flächen oder auf beiden optischen Flächen der Korrekturelemente liegen, unabhängig von der Position des Korrekturelementes. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung und Ausführung der Asphäre 12 auf einem der äußeren Korrekturelemente 6a, z ist es, dass der Bildfehler, der durch eine durch Umgebungseinflüsse verursachte Bewegung und/oder Deformation des äußeren optischen Elementes verursacht wird, durch die Asphäre 12 auf dem gleichen äußeren optischen Element 6a, z, welches gleichzeitig ein Korrekturelement 10 darstellt, korrigiert wird.
Ein Aufbringen der Asphäre 12 auf das äußere optische Element, um wie oben beschrieben die im Betrieb auftretenden Fehler durch Bewegung und/oder Deformation des zumindest einen äußeren optischen Elementes innerhalb des gleichen optischen Elementes zu korrigieren, führt im Design zu einem Abbildungsfehler. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dieser Abbildungsfehler im Design mit wenigstens einer weiteren Asphäre 12 auf einem anderen optischen Element 6 korrigiert. Die Korrektur mit der zweiten Asphäre ist bevorzugt so auszuführen, dass der RMS-Wert den das Projektionsobjektiv aufweist, weniger als 15% bevorzugt weniger als 5% größer als derjenige des Ausgangsdesigns ist.
2 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs 3, mit einer Mehrzahl von optischen Elementen 6 aus dem Stand der Technik. Das Design entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel aus der DE 10 2008 042 356 A1 . Es handelt sich um ein erfindungsgemäßes Objektiv für die Mikrolithographie mit einem rotationssymmetrischen Inline-Design und einer maximalen numerischen Apertur von 0.9. Es ist auf einem on-axis Objektfeld bis zu einer maximalen Feldhöhe von 56.08 mm bei einer Arbeitswellenlänge von 193 nm korrigiert. Der Abbildungsmaßstab beträgt –0.25.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs 3 ist das äußere Korrekturelement 10a mit einer ersten Asphäre 12 und einem zweiten Korrekturelement 9b mit einer zweiten Asphäre 12 so angeordnet, dass sie in unmittelbarer Nähe zueinander in einer Feldebene liegen. Das hat den Vorteil, dass die Asphäre 12 auf dem äußeren Korrekturelement 10a mit nur einer Asphäre auf einem zweiten Korrekturelement korrigiert werden kann. Die Indizes „b; b'” stehen für das zweite Korrekturelement 9b, b', 10b, 10b', d. h. das optische Element 6, welches eine zweite Asphäre zur Korrektur der ersten Asphäre auf dem ersten Korrekturelement 10a, a' aufweist, die im gezeigten Beispiel auch auf dem zweiten äußeren optischen Element 10a' liegen kann.
3 zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs 3, mit einer Mehrzahl von optischen Elementen 6 aus dem Stand der Technik. Das Design entspricht dem zweiten Ausführungsbeispiel aus DE 10 2008 042 356 A1 . Es handelt sich um ein erfindungsgemäßes Objektiv für die Mikrolithographie mit einem gefalteten Design und einer maximalen numerischen Apertur von 1.25. Es ist auf einem on-axis Objektfeld in den Dimensionen 26 × 4 mm bei einer Arbeitswellenlänge von 193 nm korrigiert. Der Abbildungsmaßstab beträgt –0.25. In 3 ist im Unterschied zu 2 eine Anordnung der Korrekturelemente 9, 10 dargestellt, in der die Position der Korrekturelemente 9, 10 der Korrekturanordnung in zwei räumlich getrennten, optisch äquivalenten Ebenen liegt, wobei deren Verhältnis von Hauptstrahlhöhe zu Randstrahlhöhe weniger als 10% bevorzugt weniger als 5% und weiter bevorzugt weniger als 1% voneinander abweicht.
Ist das erste äußere optische Element 6a mit einer Asphäre ausgestattet und wird so zum äußeren Korrekturelement 10a, so sind die in einer zweiten Feldebene liegenden mit einer zweiten Asphäre ausgestatteten optischen Elemente, die sich zur Korrektur der Wirkung der ersten Korrektursphäre eignen, mit 9b bezeichnet.
Ist das letzte äußere optische Element 6z mit einer Asphäre ausgestattet und wird so zum unteren äußeren Korrekturelement 10a', so sind die in einer zweiten Feldebene liegenden mit einer zweiten Asphäre ausgestatteten Linsen, die sich zur Korrektur der Wirkung der ersten Korrektursphäre eignen, mit 9b' bezeichnet. Auch hier bezieht sich der Index „b” auf die zweite Asphäre.
Das in 4 dargestellte Design entspricht dem dritten Ausführungsbeispiel aus der DE 10 2008 042 356 A1 . Es handelt sich um ein Objektiv für die Mikrolithographie mit einem rotationssymmetrischen Inline-Design, und es ist für den Immersionsbetrieb ausgelegt. Es ist auf einem off-axis Objektfeld mit einer maximalen Feldhöhe von 66 mm bei einer Arbeitswellenlänge von 193 nm und einer maximalen numerischen Apertur von 1.2 korrigiert. Der Abbildungsmaßstab beträgt –0.25 und das Objektfeld hat eine Ausdehnung von 26 mm beziehungsweise 5.5 mm in x- beziehungsweise y-Richtung.
Die Position der Korrekturelemente 9, 10 der Korrekturanordnung des erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs sind auch hier, wie schon im Ausführungsbeispiel der 3 in 2 unterschiedlichen Feldebenen angeordnet.
Zur Korrektur der Korrektursphäre 10a auf dem ersten äußeren Korrekturelement 6a eignen sich in dem gezeigten Design optische Elemente wie z. B der in Lichtrichtung zweite Faltspiegel 9b und/oder aber auch die Linse 9b als Korrekturelement.
Im Gegensatz dazu eignen sich zur Korrektur des letzten äußeren Korrekturelements 10a' die optischen Elemente wie z. B. der in Lichtrichtung erste Faltspiegel 9b' und/oder die Linse 9b' als Korrekturelement.
Bevorzugt wird die Asphäre zur Korrektur des äußeren Korrekturelementes immer auf nur einem optischen Element 6 aufgebracht, da dies die Fertigung durch weniger zu fertigende Asphären erleichtert und/oder eine zusätzliche Fläche für die Korrektur weitere Freiheitsgrade mit einer anderen Asphäre zur Verfügung stellt. Es können auch mehr als eine Asphäre auf ein oder mehrere Korrekturelemente zur Korrektur der optische Wirkung der Asphäre des äußeren Korrekturelements aufgebracht werden.
Das in der 5 dargestellte Design entspricht einem Ausführungsbeispiel aus der US 8289619 B2 . Es handelt sich um ein Objektiv für die Mikrolithographie mit einem rotationssymmetrischen Inline-Design, und es ist für den Immersionsbetrieb ausgelegt. Das Objektiv ist in einen ersten katadioptrischen und einen zweiten katadioptrischen Objektivteil unterteilt. Es ist auf ein off-axis Objektfeld mit einer Dezentrierung von 39 mm gegenüber der optischen Achse bei einer Arbeitswellenlänge von 193 nm und einer maximalen numerischen Apertur von 1.05 korrigiert. Der Abbildungsmaßstab beträgt –0.25 und das Objektfeld hat eine Ausdehnung von 22 mm beziehungsweise 4.5 mm in x- beziehungsweise y-Richtung.
Das erste äußere optische Element wird von Abbildungslicht durchtreten, dann wird das Licht am folgenden optischen Element gespiegelt und auf dem ersten optischen Element reflektiert. Dabei sind der refraktiv und reflektiv genutzte Bereich auf dem ersten äußeren optischen Element räumlich getrennt und liegen in optisch unterschiedlichen Ebenen. Zu einer Korrektur einer Verschiebung des ersten äußeren optischen Elements in z-Richtung wird im refraktiv genutzten Bereich eine Asphäre 10a, und im reflektiv genutzten Bereich eine Asphäre 10a'' aufgebracht. Die Asphäre 10a wird mittels Korrekturelementen 9b, die Asphäre 10a'' mittels Korrekturelementen 9b'' in räumlich getrennten, optisch äquivalenten Ebenen korrigiert. Der vierte Spiegel und die benachbarte, doppelt durchtretene Linse 9b', 9b'' sind als innere Korrekturelemente für das erste äußere Korrekturelement 10a'' und für das letzte äußere Korrekturelement 10a' geeignet.
6 zeigt eine beispielhafte Freiformasphäre 12 auf einem ersten äußeren Korrekturelement auf der Reticle 5 zugewandten Seite. Die Achsen bezeichnen dabei die X und die Y-Achse der Linse. Die durchgezogenen und gestrichelten Linien sind als Höhenlinien in Z-Richtung, die der Lichtrichtung entspricht, zu verstehen, wobei die durchgezogenen Linien eine Absenkung unter und die gestrichelten eine Erhöhung über die bestpassende Sphäre darstellen und bewusst ohne Werte dargestellt sind.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Abweichung der Asphäre gegenüber einer bestangepassten Sphäre von der höchsten Stelle bis zur tiefsten Stelle mehr als 1000 nm, weiter bevorzugt mehr als 5000 nm.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Korrekturelemente so ausgestaltet, dass auf den asphärisierten Flächen ein Verhältnis aus maximaler Pfeilhöhe und Brechkraft von größer als 10, bevorzugt größer als 100 ist.
In einer weiters bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs hat das erste äußere Korrekturelement, welches von der Korrekturanordnung umfasst wird, eine Brechkraft kleiner als 5 dpt, insbesondere kleiner als 1 dpt, insbesondere kleiner als 0,5 dpt.
Die Brechkraft wird dabei in Dioptrien angegeben, welches normalerweise durch die Abkürzung dpt beschrieben wird. Die 2–5 zeigen verschiedene Objektivdesigns für Projektionsobjektive in der Mikrolithographie, die neben der Anordnung der Linsen und der Verwendung von Spiegeln auch in der Größe der numerischen Apertur unterschiedlich sind. 2 zeigt ein Design mit einer Apertur von 0,9 und einem Luftraum zwischen dem letzten äußeren optischen Element und dem Wafer.
Das Erfindungsgemäße Verfahren wird in 7 beschrieben. Das Verfahren beschreibt die Auslegung des Projektionsobjektives, wobei folgende Verfahrensschritte durchlaufen werden:

– Design eines Projektionsobjektivs liegt vor (14)
– Aufbringen einer Asphäre auf ein äußeres Korrekturelement in dergestalt, dass die Veränderung der Verzeichnung durch eine Verschiebung des äußeren Korrekturelements um 1 μm kleiner als 20 nm ist (15)
– Die optische Wirkung dieser Asphäre durch aufbringen weiterer Asphären so korrigiert wird, dass das Design des Projektionsobjektivs sodann einen RMS-Wert aufweist, der weniger als 15%, bevorzugt weniger als 5% größer als derjenige des Ausgangsdesigns ist. (16)

Durch dieses Verfahren ist es vorteilhaft möglich ein bestehendes Design mit Hilfe einer Korrekturanordnung, die ein oder mehrere Korrekturelemente umfasst gegen Einflüsse durch Druckänderungen in der Umgebung und/oder im Projektionsobjektiv stark zu reduzieren, sodass Sie keinen Einfluss auf die optische Abbildungsqualität mehr haben und nicht durch zusätzliche Manipulatoren oder andere Hilfsmittel während des Betriebes korrigiert werden müssen.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsbelichtungsanlage
2: Beleuchtungssystem
3: Projektionsobjektiv
4: Struktur
5: Halterung
6: optisches Element
6a: erstes äußeres optisches Element
6z: letztes äußeres optisches Element
7: Substrat
8: Halterung
9: inneres Korrekturelement (b, b', b'')
10: äußeres Korrekturelement (a, a', a'', b, b')
11: Abbildungslicht
12: Asphäre
13: bestpassende Sphäre
14: Verfahrensschritt 1: Design eines Projektionsobjektivs liegt vor
15: Verfahrensschritt 2: Asphäre auf äußeres Korrekturelement aufbringen
16: Verfahrensschritt 3: optische Wirkung der Asphäre durch Aufbringen weiterer Asphären korrigieren
B: Bildebene
OA: optischen Achse
O: Objektebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007046419 A1 [0003, 0012]
DE 102008042926 A1 [0013]
DE 102008042356 A1 [0055, 0057, 0060]
US 8289619 B2 [0065]

Claims

Projektionsobjektiv (1) für die Mikrolithographie, das mit gerichtetem Licht beaufschlagbar ist und mit – einer Mehrzahl optischer Elemente (6), wobei äußere optische Elemente als in Lichtrichtung erstes optisches Element und in Lichtrichtung letztes optisches Element angeordnet sind, die jeweils an ihrer Innenseite mit einem Innenraum des Gehäuses und an ihrer Außenseite mit einem Außenraum außerhalb des Gehäuses in Kontakt stehen, und wobei die äußeren optischen Elemente eine Brechkraft von mindestens 0,25 dpt besitzen, und mit – einer numerischen Apertur NA und – einer optischen Korrekturanordnung (10), die eines der äußeren optischen Elemente umfasst, und so konfiguriert ist, dass das äußere optische Element eine Verzeichnungssensitivität, die durch die Änderung der Verzeichnung (Z2/3) bei einer Verschiebung in Lichtrichtung des äußeren optischen Elements um 1 μm definiert ist, von kleiner als 20 nm besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Brechkraft·NA/Verzeichnungssensitivität größer als 0,2·10⁹/m² ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturanordnung (10) 2 oder mehr optische Elemente als Korrekturelemente umfasst.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Korrekturelemente (6) eine Asphäre (12) aufweist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Asphäre (12) auf einem der äußeren Korrekturelemente eine Freiformasphäre ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Asphäre (12) auf beiden optischen Flächen des Korrekturelementes liegen kann.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Asphäre (12) auf dem äußeren Korrekturelement so ausgebildet ist, dass Sie einen Bildfehler, der durch eine durch einen Umgebungseinfluss verursachte Bewegung und/oder Deformation des äußeren Korrekturelementes verursacht wird, korrigiert.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wirkung der Asphäre (12) auf dem äußeren Korrekturelement durch das Aufbringen einer zweiten Asphäre (12) auf einem zweiten Korrekturelement so korrigiert wird, dass das Design des Projektionsobjektivs sodann einen RMS-Wert aufweist, der weniger als 15%, bevorzugt weniger als 5% größer als derjenige des Ausgangsdesigns ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Korrekturelement (6) mit einer ersten Asphäre (12) und ein zweites Korrekturelement (6) mit einer zweiten Asphäre in unmittelbarer Nähe zueinander liegen.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Korrekturelement (6) mit einer ersten Asphäre (12) und ein zweites Korrekturelement (6) mit einer zweiten Asphäre (12) in 2 optisch äquivalenten, räumlich getrennten Ebenen liegen, wobei deren Verhältnis von Hauptstrahlhöhe zu Randstrahlhöhe weniger als 10% bevorzugt weniger als 5% und weiter bevorzugt weniger als 1% voneinander abweichen.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Asphäre (12) gegenüber einer bestangepassten Sphäre eine Abweichung von der höchsten Stelle bis zur tiefsten Stelle von mehr als 1000 nm, bevorzugt von mehr als 5000 nm hat.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den asphärisierten Flächen das Verhältnis aus maximaler Pfeilhöhe und Brechkaft größer als 10, bevorzugt größer als 100 ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv eine numerische Apertur von mehr als 1,1 hat.
Verfahren zum Design eines Projektionsobjektiv, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Design eines Projektionsobjektivs mit einer NA und äußeren optischen Elementen, die eine Brechkraft von mindestens 0,25 dpt besitzen vorliegt, – eine Asphäre auf ein äußeres Korrekturelement dergestalt aufgebracht wird, dass – die Verzeichnungssensitivität kleiner als 20 nm ist, und – die optische Wirkung dieser Asphäre durch aufbringen weiterer Asphären so korrigiert wird, dass – das Design des Projektionsobjektivs sodann einen RMS-Wert aufweist, der weniger als 15%, bevorzugt weniger als 5% größer als derjenige des Ausgangsdesign ist.