DE19827603A1 - Optisches System, insbesondere Projektions-Belichtungsanlage der Mikrolithographie - Google Patents

Optisches System, insbesondere Projektions-Belichtungsanlage der Mikrolithographie

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Abstract

Ein optisches System, insbesondere Projektions-Belichtungsanlage der Mikrolithographie, insbesondere mit schlitzförmigem Bildfeld oder nichtrotationssymmetrischer Beleuchtung, weist ein optisches Element (1), insbesondere eine Linse oder einen Spiegel, das in einer Fassung (2) angeordnet ist, und Aktuatoren (3) auf, die an dem optischen Element (1) wenigstens annähernd senkrecht zur optischen Achse angreifen. Die Aktuatoren (3) bewirken nichtrotationssymmetrische und von der Radialen abweichende Kräfte und/oder Momente an dem optischen Element (1) zur Erzeugung von im wesentlichen ohne Dickenänderungen sich ergebende Verbiegungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere Pro­ jektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie, insbesondere mit schlitzförmigem Bildfeld oder nicht rotationssymmetrischer Beleuchtung, das ein optisches Element, insbesondere eine Linse oder einen Spiegel, das in einer Fassung angeordnet ist, und Aktuatoren aufweist, die an einem Teil der Fassung und/oder an dem optischen Element angreifen.
Ein optisches System der eingangs erwähnten Art ist in der EP 0 678 768 A2 beschrieben. Dabei werden Step und Scan Prozesse eingesetzt, bei denen von einer Maske nur ein schmaler, schlitzförmiger Streifen auf einen Wafer übertragen wird. Um das gesamte Feld zu belichten, werden dabei ein Reticle und der Wafer seitlich verschoben (Scanning).
Nachteilig dabei ist jedoch, daß durch diese Schlitzgeometrie vor allem auf den wafernahen Linsen ein rotationsunsymmetri­ scher Beleuchtungsabdruck entsteht. Dies bedeutet, daß die durch die zwangsläufige Linsenerwärmung entstehende Temperatur­ verteilung auf der Linse ebenfalls rotationsunsymmetrisch ist und deshalb über den linearen Zusammenhang Brechzahl-Temperatur und thermische Ausdehnung zu Bildfehlern, wie z. B. Astigmatis­ mus, auf der optischen Achse führt.
In der 193 nm Lithographie führt die Durchsetzung der Quarzglas- Linsen mit dem 193 nm Licht zu einer Volumenabnahme des Quarz­ glases, die monoton wachsend mit NI2 geht. Hierbei ist N die Anzahl der Laserpulse und I die Pulsdosis. Des weiteren kommt es zu einer Brechzahlerhöhung. Da die Brechzahlzunahme die Ab­ nahme der optischen Weglänge durch die Schrumpfung überkompen­ siert, ist die Folge dieses Compaction genannten Effekts eine Störung der Wellenfront. Diese führt ebenso wie eine Linsener­ wärmung (Lens-Heating) zu Bildfehlern wie Astigmatismus auf der optischen Achse.
Im Gegensatz zu einer Kompensation der Linsenerwärmung gibt es für den Compaction Effekt keine passive Kompensation. Hier müß­ te aktiv durch Verändern eines Linsenelements die Änderung der Wellenfront kompensiert werden. Da es in einem refraktiven De­ sign nicht die Möglichkeit gibt, einen aktiven Spiegel einzu­ setzen (der Aufwand, einen zusätzlichen Spiegel zur Bildfehler­ kompensation einzuführen, scheidet im allgemeinen aus) müssen eine oder mehrere Linsen als "Stellglieder" verwendet werden. Um Astigmatismus auf der Achse zu korrigieren, scheiden Bewe­ gungen entlang der optischen Achse sowie Dezentrierungen aus. Hiermit fallen alle translatorischen Freiheitsgrade als Mög­ lichkeit zu einer Korrektur aus.
In der EP 0 678 768 A2 ist nun vorgeschlagen worden, eine Linse als "Stellglied" zu verwenden, um den durch eine ungleichmäßige Erwärmung der Linse erzeugten Bildfehler zu korrigieren. Hierzu ist gemäß Fig. 11 vorgesehen in radialer Richtung wirkende Kräfte auf die Linse einwirken zu lassen. Durch die auf diese Weise erzeugten Druckkräfte wird jedoch nur eine asymmetrische Dickenänderung erzeugt.
In der EP 0 660 169 A1 ist eine Projektions-Belichtungsanlage der Mikrolithographie beschrieben, bei der die Objektive mit Korrekturelementen versehen sind. Hierzu ist unter anderem ein Linsenpaar vorgesehen, das um die optische Achse drehbar ist. Dabei wird die Brechkraft durch die Form der Linse durch Über­ lagern einer zylindrischen Meniskus-Form über eine sphärische Linse geändert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein op­ tisches System der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei wel­ chem die durch die ungleichmäßige Temperaturverteilung im Sy­ stem zwangsläufig auftretenden Bildfehler mit einfachen Mitteln korrigiert bzw. minimiert werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Im Unterschied zum Stand der Technik werden nicht lediglich Druckkräfte erzeugt, die lediglich eine asymmetrische Dickenän­ derung ergeben, sondern durch die erzeugten Schubkräfte bzw. Torsion wird eine Durchbiegung des optischen Elementes, z. B. einer Linse, erzielt, die dabei so gewählt wird, daß die zwangsläufig auftretenden Bildfehler weitestgehend kompensiert werden. Mit den erfindungsgemaßen Aktuatoren kann ein optisches Element, wie z. B. eine Linse, gezielt um einige 100 nm bis µm, deformiert werden. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise eine Kompensation von Astigmatismus r2 und r4 erreichen.
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.
Das erfindungsgemäße optische System läßt sich mit besonderem Vorteil in der Halbleiterlithographie einsetzen, da bei der zu­ nehmenden Verkleinerung der abzubildenden Strukturen auftreten­ de Bildfehler ebenfalls minimiert werden müssen.
Mit den erfindungsgemäßen Aktuatoren läßt sich gezielt ein Astigmatismus zur Kompensation des thermischen Astigmatismus und aufgrund von Compaction Effekten in dem optischen Element, z. B. einer Linse, erzeugen.
Von Vorteil ist es auch, daß es - in Abhängigkeit von der An­ ordnung und Anzahl der Aktuatoren - darüber hinaus möglich ist andere Deformationen des optischen Elementes zu erzeugen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein optisches Ele­ ment mit erfindungsgemäßen Aktuatoren,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der. Fig. 1,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein optisches Element mit erfindungsgemäßen Aktuatoren,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3,
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein optisches Element mit erfindungsgemäßen Aktuatoren,
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5, und
Fig. 7 einen Halbschnitt entsprechend den Schnitten nach den Fig. 2, 4 und 6 in einer weiteren Ausführungsform von Aktuatoren.
Da eine Projektions-Belichtungsanlage in der Mikrolithographie allgemein bekannt ist, wird nachfolgend nur ein optisches Ele­ ment daraus, nämlich eine Linse 1, beschrieben, die in einem deformierbaren Fassungsring 2 als Fassung gehalten ist. Aktua­ toren 3 in Form von Stellschrauben sind in einem den Fassungs­ ring 2 umgebenden Rahmen 5 angeordnet. Zwei sich gegenüberlie­ gende Gelenke 4 stellen die Verbindung zwischen dem Fassungs­ ring 2 und dem Rahmen 5 her. Zur Stabilisierung entlang der optischen Achse können gegebenenfalls weitere Gelenke 4 mit hoher Steifigkeit entlang der optischen Achse angeordnet wer­ den. Wie aus dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, liegen sich zwei Aktuatoren 3 diametral gegen­ über.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, weist der Fassungsring 2 eine Topfform mit offenem Boden auf, wobei die beiden Aktuatoren 3 am oberen Rand angeordnet sind und eine Radialkraft erzeugen. Die Linse 1 liegt an einem keilförmigen unteren Bodenrand des Fassungsringes 2 an, wodurch beim Aufbringen von Kräften durch die Aktuatoren 3 in Pfeilrichtung A gemäß Fig. 2 Biegemomente in Pfeilrichtung B parallel zur optischen Achse auf die Linse erzeugt werden. Die als Stellschrauben ausgebildeten Aktuatoren 3 können hydraulisch oder im Bedarfsfall auch auf andere Weise aktiviert werden. Wie ersichtlich, leiten sie gezielt ein Mo­ ment in den Fassungsring 2 ein, der zu einer Deformation im Sinne einer Durchbiegung der Linse 1 führt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Rahmen 5, wobei ebenfalls wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ein Moment in einen deformierbaren Fassungsring 2 eingeleitet wird. Wie insbesondere aus der Fig. 4 ersichtlich ist, liegen dabei der Rahmen 5 und der Fassungsring 2 teilweise parallel zur opti­ schen Achse hintereinander, weshalb in diesem Falle auch die beiden sich gegenüberliegenden Aktuatoren 3 mit ihren Längsach­ sen parallel zur optischen Achse liegen und auf diese Weise ebenfalls parallel zur optischen Achse gerichtete Kräfte erzeu­ gen können.
Um jeweils 90° versetzt zu den Aktuatoren 3 sind nicht näher dargestellte Fixierungs- bzw. Klemmstellen 4 zur Verbindung des Rahmens 5 mit dem Fassungsring 2 vorgesehen. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 wird dabei der Fassungsring 2 an zwei gegenüberliegenden Stellen am Rahmen 5 festgehalten und an den um 90° gedreht liegenden Stellen ent­ lang der optischen Achse verbogen.
Das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel führt zu keiner Verschiebung entlang der optischen Achse, da hier gleichzeitig an zwei gegenüberliegenden Stellen nach unten und jeweils um 90° versetzt dazu nach oben durch die entspre­ chend angeordneten Aktuatoren 3 gedrückt wird. Wie ersichtlich, erzeugen dabei wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4, z. B. horizontal sich gegenüberliegende Aktuatoren nach unten gerichtete Biegemomente, während die vertikal sich gegen­ überliegenden Aktuatoren 3 nach oben gerichtete Biegemomente an der Linse 1 erzeugen. Die Verbindung zwischen Fassung und Rah­ men erfolgt durch vier Gelenke 4, die symmetrisch am Umfang verteilt jeweils zwischen den Aktuatoren 3 angeordnet sind.
Die Fig. 7 zeigt in einem Halbschnitt prinzipmäßig Aktuatoren 3, die als Piezos ausgebildet sind. Dabei kann man eine größere Anzahl von Aktuatoren bzw. Piezos 4, z. B. zwanzig Stück, auf einem Ringabsatz des Rahmens 5 bzw. der Fassung 2 derart ver­ teilen, daß sie bei deren piezoelektrischen Aktivierung ent­ sprechend ihrer Verteilung über den Umfang bestimmte Formen von Biegemomenten auf die Linse 1 ausüben. Zur Momenteinleitung be­ findet sich hierzu eine keilförmige Linsenauflage 6 als Zwi­ schenglied zwischen den Piezos 3 und der Linse 1.
Durch die größere Anzahl der Piezos als Aktuatoren 3 und deren beliebige Verteilung über den Umfang lassen sich beliebige Richtungen des Astigmatismus, 3-Welligkeiten und andere Effek­ te, wie z. B. Zylinderlinseneffekt, herstellen bzw. gegebenen­ falls überlagern.
Mit den vorstehend beschriebenen Aktuatoren ist es möglich, Linsen 1 zu einer Fassung so zu deformieren, daß Abbildungsfeh­ ler von Oberflächenfehlern anderer Linsen kompensiert werden können. Dies bedeutet, es wird an einer oder an einigen Linsen 1 eine "Überkompensation" durchgeführt. Damit wird die Abbil­ dungsqualität des gesamten Objektivs verbessert. Außerdem kön­ nen Änderungen der Brechung durch Compaction bei Quarz oder durch Erwärmung der Linse im Betrieb so kompensiert werden, daß die optische Qualität über die gesamte Lebensdauer des Objek­ tivs gewährleistet wird.
Im allgemeinen wird man eine Linse 8 im oberen Drittel des Ob­ jektives für eine Deformation verwenden, bei der das Verhältnis vom Büscheldurchmesser des Lichtbündels zu Linsendurchmesser das richtige Verhältnis von Verzeichnungs- zu Astigmatismuswir­ kung liefert. Außerdem ist der Feldverlauf über den Büschel­ durchmesser zu manipulieren. Für eine Linse im Blendenraum er­ gibt sich ein Astigmatismus, der über das Bildfeld konstant ist und keine Verzeichnungswirkung. Für eine Linse sehr nahe am Reticle ergibt sich ein Verzeichnungsanamorphismus, aber nur eine sehr geringe Astigmatismuswirkung.
Die Aktuatoren, insbesondere die Piezos, können mit einem Ge­ triebe, z. B. Linear- oder Hebelgetriebe für Unter- oder Über­ setzungen versehen werden. Hierzu kann man in vorteilhafter Weise Festkörpergelenke einsetzen.

Claims (10)

1. Optisches System, insbesondere Projektions-Belichtungs­ anlage der Mikrolithographie, insbesondere mit schlitzför­ migem Bildfeld oder nicht rotationssymmetrischer Beleuch­ tung, das ein optisches Element, insbesondere eine Linse oder einen Spiegel, das in einer Fassung angeordnet ist, und Aktuatoren aufweist, die an dem optischen Element und/oder der Fassung angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (3) nicht rota-tionssymmetrische und von der Radialen abweichende Kräfte und/oder Momente an dem opti­ schen Element (1) zur Erzeugung von im wesentlichen ohne Dickenänderungen sich ergebende Verbiegungen bewirken.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (3) an der deformierbaren Fassung (2) des optischen Elementes (1) derart angreifen, daß die Fas­ sung (2) Schubkräfte und/oder Biegemomente an dem optischen Element (1) erzeugt.
3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Aktuatoren (3) sich gegenüberliegend vorgesehen sind.
4. Optisches System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aktuatoren (3) hydraulisch, mechanisch oder elektrisch betätigte Stellglieder aufweisen.
5. Optisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich gegenüberliegende Aktuatoren (3) parallel zur optischen Achse verlaufende Schubkräfte und/oder Momente und zwei jeweils um 90° dazu versetzte Ak­ tuatoren (3) entgegengesetzt zu diesen Schubkräften und/ oder Momenten gerichtete Schubkräfte und/oder Momente er­ zeugen.
6. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (3) mit Piezos versehen sind, die direkt oder über Zwischenglieder (6) an dem optischen Element (1) angreifen.
7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Piezos (3) am Umfang verteilt auf einem Ringab­ satz der Fassung bzw. eines Rahmens (5) derart angeordnet sind, daß die Piezos (3) wenigstens annähernd parallel zur optischen Achse gerichtete Schubkräfte und/oder Momente er­ zeugen.
8. Optisches System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Piezos (3) und dem optischen Element (1) eine Linsenauflage (6) angeordnet ist.
9. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenauflage (6) wenigstens annähernd keilförmig ausgebildet ist.
10. Optisches System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren Getriebe, vorzugsweise mit Festkörpergelenken, aufweisen.
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