DE19827602A1 - Verfahren zur Korrektur nicht-rotationssymmetrischer Bildfehler - Google Patents

Verfahren zur Korrektur nicht-rotationssymmetrischer Bildfehler

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Korrektur nichtrotationssymmetrischer Bildfehler bei einer Baugruppe, z. B. einem Objektiv (3) mit optischen Elementen, insbesondere Linsen (1), werden an mindestens einem der optischen Elemente (1) über dessen Umfang verteilt mehrere Peltierelemente (6) angeordnet, die zur Beeinflussung der Temperaturverteilung in dem optischen Element (1) unterschiedlich elektrisch angesteuert werden. Zwischen den Peltierelementen (6) und dem optischen Element (1) wird jeweils eine temperaturleitende Verbindung (4 bzw. 10) hergestellt. Die Erfindung betrifft auch ein Objektiv mit optischen Elementen, insbesondere Linsen (1), und mit Peltierelementen (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur nicht-rota­ tionssymmetrischer Bildfehler nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Objektiv mit opti­ schen Elementen, insbesondere Linsen, und mit einer Kühlein­ richtung. Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Pro­ jektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie.
Es ist bekannt, daß "Lens-Heating"-Effekte unter anderem zu nicht-rotationssymmetrischen Temperaturverteilungen in opti­ schen Elementen, insbesondere in Linsen von Halbleiterlithogra­ phie-Objektiven führen. Nicht-rotationssymmetrische Temperatur­ verteilungen ergeben jedoch optische Bildfehler, wie Astigma­ tismus in der Achse und Anamorphismus in der Verzeichnung (Δβ).
Durch geeignete geometrische Anordnungen von wärmeabführenden Kontaktstellen, insbesondere am Linsenumfang, könnte man einen statischen Zustand einer nicht-rotationssymmetrischen Tempera­ turverteilung korrigieren. Es wurde jedoch festgestellt, daß die Lens-Heating-Effekte ein sehr ausgeprägtes dynamisches Ver­ halten aufweisen. Insbesondere die Amplituden der Effekte sind sehr stark zeitabhängig, während die Zeitkonstanten relativ lang sind und zwar in der Größenordnung von mehreren Minuten liegen. Aus diesem Grunde ist es zur Beseitigung der vorstehend genannten optischen Bildfehler erforderlich eine dynamische bzw. variabel einstellbare Temperaturverteilung zu schaffen, die rasch und zuverlässig den nicht-rotationssymmetrischen Tem­ peraturverteilungen in dem optischen Element entgegenwirken kann.
Aus der EP 0 678 768 sind bereits Maßnahmen zur Korrektur rota­ tions-asymmetrischer optischer Effekte, die durch Bestrahlung verursacht werden, bekannt. Hierzu werden unter anderem Maßnah­ men zur Erzeugung rotationssymmetrischer Temperaturverteilungen genannt, wozu Kühl- und Heizeinrichtungen, z. B. Widerstands­ drähte und Gasströme, vorgeschlagen werden. Die Erzeugung rota­ tionssymmetrischer Temperaturverteilungen ist jedoch nicht un­ bedingt Voraussetzung um Lens-Heating-Effekte kompensieren zu können. Die vorbekannte Einrichtung ist jedoch zum einen rela­ tiv umständlich und aufwendig und zum anderen läßt sie keine ausreichende Dynamik bezüglich Änderungen einer Temperaturver­ teilung zu.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Korrektur nicht-rotationssymmetrischer Bild­ fehler bei einer Baugruppe, z. B. einem Objektiv mit optischen Elementen zu schaffen, wobei mit einfachen Maßnahmen dynamisch bzw. variabel einstellbare Temperaturverteilungen zur Kompensa­ tion der negativen Lens-Heating-Effekte in einem optischen Ele­ ment erzeugt werden können, wobei diese Temperaturverteilungen mit einfachen Maßnahmen rasch und zuverlässig erreicht werden sollen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Verfahrensschritte gelöst.
In überraschender Weise hat sich nämlich herausgestellt, daß Peltier-Elemente für die Lösung der gestellten Aufgabe beson­ ders geeignet sind, wenn sie entsprechend den erfindungsgemäßen Maßnahmen eingesetzt werden.
Bekanntlich führt bei Peltier-Elementen ein Stromfluß durch eine Kontaktstelle zwischen zwei unterschiedlichen Materialien in einer Richtung zu einer Abkühlung der Kontaktstelle, eine Umpolung des Stromflusses führt dagegen zu einer Erwärmung der Kontaktstelle.
Zwar ist es bereits bekannt diesen Effekt von Peltier-Elementen zur Kühlung von Einrichtungen einzusetzen (siehe z. B. WO 97/14077 für Wafer-chucks), da aber die beim "Lens-Heating" aus einem optischen Element, insbesondere einer Linse, einer Pro­ jektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie abzuführende Wärmemenge sehr hoch ist, nämlich im Wattbereich, war man der Annahme, daß Peltier-Elemente für die Beseitigung derartiger Lens-Heating-Effekte nicht ausreichend geeignet wären. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei einer entsprechenden Anzahl von Peltier-Elementen in Verbindung mit einer spezifischen An­ steuerung eine derart dynamisch einstellbare Temperaturvertei­ lung in dem optischen Element rasch und zuverlässig eingestellt werden kann, daß die nachteiligen Wirkungen der Lens-Heating- Effekte beseitigt werden können. Auch die relativ hohe anfal­ lende Wärmemenge kann innerhalb kurzer Zeit abgeführt werden. Es wurde nämlich festgestellt, daß durch die spezifische Steu­ erbarkeit von Peltier-Elementen und deren Zwei-Richtungs-Eig­ nung, d. h. deren Umstellung zwischen Kühlen und Heizen, auf das zum Teil rasche dynamische Verhalten der Lens-Heating-Effekte optimal eingegangen werden kann. Peltier-Elemente lassen sich durch Umpolen der elektrischen Versorgung zwischen Kühlen und Heizen umschalten. Dies bedeutet, ohne ein Zwischenschalten von mechanisch beweglichen Komponenten kann sehr schnell und exakt auf Temperaturunterschiede und sich ändernde Temperaturvertei­ lungen reagiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die gewünschten Temperaturverteilungen mit einfachen Maßnahmen rasch und zuver­ lässig erreichen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn nur bestimmte Bildfehler, z. B. Bildfehler niederer Ordnung, korri­ giert werden sollen.
Ein weiterer sehr bedeutender Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im Bedarfsfalle auch "Überkompensierungen" und die zusätzliche Kompensation von Fertigungsfehlern möglich ist. Anstelle von einer Symmetriesierung von mehreren einzelnen Lin­ sen, wie es beim Stand der Technik der Fall ist, kann man auch einzelne Linsen "überkompensieren", d. h. die Temperaturvertei­ lung bzw. Deformation bewußt "in eine andere Richtung" unsymme­ trisch zu machen. Auf diese Weise ergibt sich dann insgesamt gesehen eine Kompensierung des ganzen Objektives oder der Be­ lichtungsanlage.
Bezüglich einer Kompensation von Fertigungsfehlern gibt es zwei Varianten, nämlich eine gleichzeitige Kompensation zufälliger Fertigungsfehler und ein absichtlicher Einbau eines festen Vor­ halts, um die benötigten Korrekturbeträge zu halbieren.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch eine gleichzeitige Kompensation von Lens Heating und von Compaction Effekten des optischen Elementes möglich.
Eine konstruktive Lösung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Baugruppe, z. B. einem Objektiv mit opti­ schen Elementen, insbesondere Linsen, ist in Anspruch 2 ge­ nannt.
Die Peltier-Elemente können dabei regelmäßig oder auch unregel­ mäßig über den Umfang des optischen Elementes angeordnet sein. Wesentlich ist, daß sie beliebig bzw. unterschiedlich elekt­ risch angesteuert werden, um die Temperaturverteilung in dem optischen Element in gewünschter Weise beeinflussen zu können. Dabei ist lediglich dafür zu sorgen, daß sehr gut wärmeleitende Verbindungsglieder zwischen den Peltier-Elementen und dem opti­ schen Element vorgesehen sind, damit eine gute Wärme- bzw. Käl­ teleitung zwischen den Peltier-Elementen und dem optischen Ele­ ment erreicht wird.
Für die Ausgestaltung der wärmeleitenden Verbindungsglieder sind verschiedene Lösungen denkbar. In einfacher Weise kann man hierzu die Fassung oder Halterung des optischen Elementes ver­ wenden. Ebenso ist es jedoch auch möglich, die Peltier-Ele­ mente separat von einer Fassung oder Halterung anzuordnen und entsprechende wärmeleitende Verbindungsglieder zwischen den Peltier-Elementen und dem optischen Element vorzusehen.
Zur Ableitung der abgeführten Wärme wird man die Peltier-Ele­ mente zusätzlich mit entsprechenden Wärmekopplungsgliedern ver­ sehen, die die Wärme nach außen abführen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Linse als optisches Element eines Objektives, wobei Peltier-Elemente auf einer Fassung der Linse angeordnet sind (ohne Wärmekopplungsglieder);
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1;
Fig. 3 eine Linse als optisches Element eines Objektives, wobei Peltier-Elemente direkt an die Linse angekop­ pelt sind;
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
Eine Linse 1 als optisches Element ist über eine Fassung bzw. Halterung 2 in einem nicht näher dargestellten Objektiv 3, von dem nur ein Wandabschnitt dargestellt ist, in bekannter Weise angeordnet. Die Fassung 2 ist mit mehreren über deren Umfang verteilten und nach innen gerichteten Linsenauflagen 4 verse­ hen, durch die in Verbindung mit einem Kleber 5 die Linse 1 gehalten ist.
An bzw. auf der Fassung 2 sind über dem Umfang der Fassung 2 verteilt eine Vielzahl von Peltier-Elementen 6 angeordnet, wel­ che jeweils mit Stromanschlüssen 7 und 8 für + und - versehen sind. Auf der von der Fassung 2 abgewandten Seite der Peltier- Elemente 6 ist jeweils ein Wärmekopplungsglied 9 vorgesehen, durch das eine Wärmeabfuhr zur Außenseite erfolgt. Entsprechend der Höhe der jeweiligen Eingangsströme bzw. Spannung zu den Peltier-Elementen 6 ergibt sich auf der zu der Fassung 2 ge­ richteten Seite der Peltier-Elemente 6 ein Kühleffekt, der über die Linsenauflagen 4 in die Linse 1 eingeleitet wird. Da die Peltier-Elemente 6 jeweils einzeln oder auch in Gruppen mit unterschiedlichen Stromstärken bzw. Spannungen ansteuerbar sind, kann in optimaler Weise auf die Temperaturverteilung in der Linse 1 derart eingewirkt werden, daß die durch die Lens- Heating-Effekte erzeugten nicht-rotationssymmetrischen Tempera­ turverteilungen kompensiert werden können. Durch eine zusätzli­ che Umschaltmöglichkeit der Polung von einzelnen oder mehreren Peltier-Elementen 6 kann noch schneller auf sich ändernde Tem­ peraturverteilungen in der Linse 1 reagiert werden. Bei einer entsprechenden Umschaltung kann nämlich durch einzelne Peltier- Elemente 6 auch eine Heizwirkung über die Fassung 2 auf die da­ zugehörige Linsenauflage 4 in Richtung auf die Linse 1 erzeugt werden.
Aufgrund dieser hohen Variabilität der Peltier-Elemente 6 (Kühlen/Heizen über Polung der Spannung und der Stromstärke einstellbar) können beliebige Temperaturprofile, d. h. nicht nur rotationssymmetrische Profile, eingestellt werden, so daß die optische Wirkung des optischen Elementes, in diesem Falle der Linse 1, gemäß der aktuell eingestellten Temperaturverteilung variabel eingestellt werden kann; z. B. astigmatische Wirkung mit beliebiger Amplitude und Richtung, aber auch Kompensation oder Überkompensation eines - dynamischen - Astigmatismus.
Darüber hinaus können im Bedarfs falle auch asymmetrische Profi­ le - evtl. zum Vorhalt gegenüber anderer Linsenelemente im Ob­ jektiv, zur Kompensation von Off-Axis-Feldern oder zur Kompen­ sation von Fertigungs-Homogenitätsfehlern - eingestellt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2, wobei die Fassung 2 die zusätzliche Funktion eines wärmeleitenden Verbin­ dungsgliedes übernimmt, wird durch die Peltier-Elemente 6 zwar keine eventuell störende Kraft auf die Linse erzeugt, aller­ dings kann auf Temperaturdifferenzen nur langsamer und weniger sensitiv reagiert werden.
In der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist eine Ausge­ staltung dargestellt, wobei die Peltier-Elemente 6 direkt an die Linse 1 angekoppelt sind, womit sehr schnell und sensitiv auch auf kleine Temperaturdifferenzen reagiert werden kann.
Wie ersichtlich, sind dabei die Peltier-Elemente 6 unabhängig von der Fassung 2 und den Linsenauflagen 4 angeordnet. Aus die­ sem Grunde sind separate wärmeleitende Verbindungsglieder 10 zwischen den über den Umfang der Linse 1 verteilt angeordneten Peltier-Elementen 6 und der Linse 1 vorzusehen, die einen ent­ sprechend guten Kontakt zwischen diesen beiden Teilen herstel­ len. Auf den von den wärmeleitenden Verbindungsgliedern 10 ab­ gewandten Seiten der Peltier-Elemente 6 ist jeweils ein Wärme­ kopplungsglied 9 vorgesehen, das dem Wärmekopplungsglied 9 nach dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 entspricht und über das die Wärme nach außen abgeleitet wird.
Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, können die Verbindungsglie­ der 10 auf ihren von den Linsenauflagen 4 abgewandten Seiten mit zur Linse 1 gerichteten Nasen 11 versehen sein, womit zum einen die Wärme- bzw. Kälteübergangsfläche vergrößert wird und zum anderen eine zusätzliche Einfassung für die Linse 1 ge­ schaffen wird.

Claims (12)

1. Verfahren zur Korrektur nicht-rotationssymmetrischer Bild­ fehler bei einer Baugruppe mit optischen Elementen, insbe­ sondere Linsen, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem der optischen Elemente (1) über dessen Umfang ver­ teilt mehrere Peltier-Elemente (6) angeordnet werden, die zur Beeinflussung der Temperaturverteilung in dem optischen Element unterschiedlich elektrisch angesteuert werden kön­ nen, und daß zwischen den Peltier-Elementen (6) und dem op­ tischen Element (1) wärmeleitende Verbindungen hergestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (6) wahlweise ein optisches Element (1) kühlen oder heizen.
3. Baugruppe mit optischen Elementen, insbesondere Linsen, und mit einer Temperiereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem der optischen Elemente (1) über dessen Umfang verteilt mehrere Peltier-Elemente (6) angeordnet sind, die unterschiedlich ansteuerbar sind, und daß zwi­ schen den Peltier-Elementen (6) und dem optischen Element (1) wärmeleitende Verbindungsglieder (4, 10) angeordnet sind.
4. Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (6) mit nach außen gerichteten Wärmekopp­ lungsgliedern (9) versehen sind.
5. Baugruppe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (6) auf einer Fassung oder Halte­ rung (2) des optischen Elementes (1) angeordnet sind.
6. Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung oder Halterung (2) als wärmeleitendes Verbindungs­ glied ausgebildet ist.
7. Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung oder Halterung (2) jeweils im Bereich eines Pel­ tier-Elementes (6) mit einer Linsenauflage (4) versehen ist, die das wärmeleitende Verbindungsglied bildet.
8. Baugruppe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (6) über Wärmekopplungsglieder (10), die jeweils zwischen einem Peltier-Element (6) und dem optischen Element (1) angeordnet sind, direkt an das optische Element (1) angekoppelt sind.
9. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (6) jeweils auf ihrer von dem optischen Element (1) abgewandten Seite mit einem nach außen gerich­ teten Wärmekopplungsglied (9) versehen sind.
10. Baugruppe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekopplungsglieder (10) mit zu dem optischen Element (1) gerichteten Nasen (11) versehen sind.
11. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Objektiv, insbesondere ein Projektionsobjektiv der Mikrolithographie, ist.
12. Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie mit ei­ ner Baugruppe (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 11 mit mindestens einem mit Piezo-Elementen (6) versehenen opti­ schen Element (1).
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