DE19956354A1

DE19956354A1 - Optisches System sowie Verfahren zum Ausgleich von nicht rotationssymmetrischen Abbildungsfehlern in einem optischen System

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Publication number: DE19956354A1
Application number: DE19956354A
Authority: DE
Inventors: Stefan Xalter; Jochen Becker; Rudolf Von Buenau; Christian Wagner; Werner Mueller-Rismann; Wolfgang Hummel; Hubert Holderer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: JP2001185484A; US6522392B1; DE19956354B4

Abstract

Ein optisches System, insbesondere eine Projektions-Belichtungsanlage der Mikrolithographie, weist insbesondere ein schlitzförmiges Bildfeld oder eine nicht rotationssymmetrische Beleuchtung auf. Es umfaßt eine Lichtquelle (30) sowie mindestens ein optisches Element, insbesondere eine Linse oder einen Spiegel. Im Bereich mindestens einer mit der Strahlung (1) der Lichtquelle (30) beaufschlagten Oberfläche ist das optische Element bezüglich einer Rotations-Symmetrieachse (5) im wesentlichen symmetrisch. Das optische Element oder dessen Gehäuse (6) ist verdrehbar mit einem Rahmen (7) über mindestens ein Lager (8, 9, 10) verbunden. Ein Aktuator (18) greift an dem optischen Element (25) oder dessen Gehäuse (6) zu dessen Verdrehung um die Rotations-Symmetrisches (5) an. Er arbeitet mit einer Steuereinrichtung (23) zusammen. Diese steuert den Aktuator (18) zur Verdrehung des optischen Elements zumindest zeitweise in dem Zeitraum an, in dem das optische Element einer Belichtung ausgesetzt ist. Auf diese Weise werden nicht rotationssymmetrische Abbildungsfehler kompensiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere eine Projektions-Belichtungsanlage der Mikrolithographie, insbesondere mit schlitzförmigem Bildfeld oder nicht rotationssymmetrischer Beleuchtung,

a) mit einer Lichtquelle;
b) mit mindestens einem optischen Element, insbesondere einer Linse oder einem Spiegel, das
- a) mindestens eine mit Strahlung der Lichtquelle beaufschlagte Oberfläche aufweist; und
- b) dessen Grundform zumindest im Bereich der minde stens einen mit Strahlung beaufschlagten Ober fläche bezüglich einer Rotations-Symmetrieachse im wesentlichen symmetrisch ist.

Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zum Ausgleich von nicht rotationssymmetrischen Abbildungsfehlern in einem derartigen optischen System, durch welches ein Lichtbündel geführt wird.

Die Abbildungsqualität eines derartigen optischen Systems wird oftmals durch nicht rotationssymmetrische Abbildungs fehler gemindert. Derartige Abbildungsfehler entstehen z. B. durch eine nicht rotationssymmetrische Erwärmung des mindestens einen optischen Elements des optischen Systems, oder durch andere Effekte wie z. B. "compaction", die eine entsprechende nicht rotationssymmetrische Ausdehnung bzw. Brechungsindexverteilung im optischen Element zur Folge haben. Eine derartige nicht rotationssymmetrische Erwärmung kann belichtungsinduziert sein, aber auch andere Ursachen haben, z. B. eine nicht rotationssymmetrische thermische Ankopplung des optischen Elements an seine Umgebung oder eine sonstige nicht rotationssymmetrische thermische Beeinflussung des optischen Elements. Andere Ursachen für nicht rotationssymmetrische Abbildungsfehler können z. B. Materialinhomogenitäten oder Abweichungen in der Form der lichtbeaufschlagten Oberfläche des optischen Elements sein.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, nicht rotationssymmetrische Abbildungsfehler des mindestens einen optischen Elements des optischen Systems zur Ver besserung der Abbildungsqualität auszugleichen bzw. zu symmetrisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß:

a) das optische Element oder dessen Gehäuse verdrehbar mit einem Rahmen über mindestens ein Lager verbun den ist;
b) ein Aktuator vorgesehen ist, der an dem optischen Element oder dessen Gehäuse zu dessen Verdrehung um die Rotations-Symmetrieachse angreift; wobei
c) der Aktuator mit einer Steuereinrichtung zusammen arbeitet, die den Aktuator zumindest zeitweise in dem Zeitraum, in dem das optische Element einer Belichtung ausgesetzt ist, zur Verdrehung des optischen Elements ansteuert.

Soweit die nicht rotationssymmetrischen Abbildungsfehler licht- oder wärmeinduziert sind, kann durch die erfindungs gemäße Anordnung bereits die Entstehung durch die Ver drehung des optischen Elements verhindert oder zumindest reduziert werden. Die Verdrehung hat dabei innerhalb einer Zeit zu erfolgen, die kurz ist, gemessen an der Zeitkon stante der Entstehung belichtungsinduzierter Abbildungs fehler.

Soweit nicht rotationssymmetrische Abbildungsfehler nicht licht- oder wärmeinduziert sind, können diese durch die erfindungsgemäße Anordnung kompensiert werden, sofern die Verdrehung verglichen mit der Belichtungszeit schnell erfolgt.

Insgesamt ergeben sich dadurch zumindest im wesentlichen rotationssymmetrische Abbildungseigenschaften. Durch eine solche Symmetrisierung der Abbildungseigenschaften hat entweder das optische System ohne weitere Korrekturen eine ausreichend gute Abbildungsqualität, oder eine relativ einfache Korrektur mit zusätzlichen rotationssymmetrischen optischen Korrekturelementen wird möglich.

Der Aktuator kann durch einen Elektroantrieb mit einem rahmenfesten Stator und einem Rotor, der drehfest mit dem optischen Element verbunden ist, gebildet sein, wobei zwischen dem Rotor und einem mit dem Rahmen drehfest verbundenen Stator ein Luftspalt verbleibt. Ein derartiger Elektroantrieb ermöglicht eine präzise Verdrehung des optischen Elements, ohne daß dabei Vibrationen entstehen.

Elektrische Einrichtungen, die sich mit dem optischen Element mitdrehen, können über Kabel mit einer Strom versorgung verbunden sein. Eine derartige Stromversor gung, die natürlich nur dann möglich ist, wenn das optische Element nicht ständig in einer Drehrichtung verdreht wird, ist kostengünstig.

Alternativ können elektrische Einrichtungen, die sich mit dem optischen Element mitdrehen, über eine induktive Koppeleinrichtung mit einer Stromversorgung verbunden sein. Eine derartige elektrische Versorgung ist auch bei einem sich ständig in einer Drehrichtung drehenden opti schen Element möglich und weist im Gegensatz zu in einer solchen Situation ebenfalls möglichen Schleifkontakten keinen Verschleiß auf. Auch über einen Schleifkontakt gegebenenfalls übertragene Vibrationen auf das optische Element, die dessen Abbildungsqualität beeinträchtigen würden, entfallen.

Mindestens ein Lager kann ein Magnetlager sein. Derar tige Lager können zu einer berührungslosen Lagerung eingesetzt werden, wobei ebenfalls Vibrationen bei der Verdrehung vermieden werden.

Alternativ oder zusätzlich kann auch mindestens ein hydrostatisches Lager oder ein Luftlager vorgesehen sein. Auch bei derartigen Lagern werden bei der Ver drehung kaum oder überhaupt keine Vibrationen über tragen.

Alternativ zu einem Elektroantrieb kann der Aktuator auch durch einen mit mechanischem Eingriff arbeitenden Antrieb mit einem Getriebe gebildet sein. Ein derartiger Aktuator ist kostengünstig und ermöglicht, abhängig von den Fertigungstoleranzen, ebenfalls eine präzise Verdrehung des optischen Elements.

Wird als Getriebe ein Schneckengetriebe eingesetzt, kann mit einer relativ hohen Antriebsdrehzahl ein langsames Verdrehen des optischen Elements erzielt werden. Dies ist zur Schwingungsentkopplung des optischen Elements von den Antriebsschwingungen nützlich.

Alternativ kann das Getriebe ein Kegelradgetriebe sein. Mit einem derartigen Getriebe sind hohe Drehzahlen beim Verdrehen des optischen Elements realisierbar, so daß auch bei kurzer Belichtungszeit eine erfindungsgemäße Symmetrisierung von Abbildungsfehlern möglich ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ver fahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß nicht rotationssymmetrische Abbildungsfehler besonders wirksam symmetrisiert werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst durch folgende Verfahrensschritte:

a) Verdrehen des optischen Elements um einen bestimm ten Drehwinkel;
b) entgegengesetztes Verdrehen des optischen Elements um einen bestimmten Gegen-Drehwinkel.

In den meisten Fällen ist zur Symmetrisierung nicht rotationssymmetrischer Abbildungsfehler kein fortlau fendes Verdrehen des optischen Elements in einer Drehrich tung erforderlich. Wird nur um bestimmte Drehwinkel hin- und hergedreht, kann das optische System mechanisch vereinfacht ausgeführt sein. Zusätzlich ist eine Stromver sorgung von elektrischen Einrichtungen, die sich mit dem optischen Element mitdrehen, vereinfacht, da in der Regel Schleppkabel eingesetzt werden können.

Die Steuereinrichtung kann die Umkehrpunkte zwischen den beiden Drehrichtungen innerhalb eines Drehwinkel bereichs mit gleicher relativer Häufigkeit ansteuern. Dadurch wird vermieden, daß das optische Element seine Drehrichtung immer am gleichen Umkehrpunkt wechselt, woraus einseitige mechanische Belastungen des optischen Systems resultieren können.

Das optische Element kann bezogen auf eine Ausgangs stellung entsprechend der Symmetrie der Strahlungs leistungsverteilung im Lichtbündel um einen Bruchteil einer vollen Umdrehung verdreht werden. Je höher die Zähligkeit dieser Symmetrie ist, desto geringer ist der zur Symmetrisierung der Abbildungsfehler erforderliche Drehwinkel. Entsprechend einfacher wird die mechanische Auslegung sowie die elektrische Versorgung des optischen Systems.

Ein alternatives Verfahren zum erfindungsgemäßen Ausgleich nicht rotationssymmetrischer Abbildungsfehler weist folgende Verfahrensschritte auf:

a) gemessen an der Zeitkonstante der Entstehung von durch die Strahlung der Lichtquelle induzierten Abbil dungsfehlern schnelles Verdrehen des optischen Elements um einen bestimmten Drehwinkel;
b) Beibehalten der Position des optischen Elements für eine Verweildauer, die lang gemessen an der Dauer des Verdrehens und kurz gemessen an der Zeitkonstante der Entstehung von durch die Strahlung der Lichtquelle induzierten Abbildungsfehlern ist;
c) entgegengesetztes, gemessen an der Zeitkonstante der Entstehung von durch die Strahlung der Licht quelle induzierten Abbildungsfehlern schnelles Verdrehen des optischen Elements um einen bestimmten Gegen- Drehwinkel.

Eine derartige Dreh-Sequenz zum Ausgleich belichtungsin duzierter Abbildungsfehler führt, eine entsprechende Symmetrie der Abbildungsfehler vorausgesetzt, zu einer nochmaligen Verringerung des Drehwinkels, der zur Erzeugung von im wesentlichen rotationssymmetrischen Abbildungseigen schaften des optischen Systems erforderlich ist. Durch das gemessen an der Verweildauer schnelle Verdrehen des optischen Elements wird erreicht, daß Abbildungsände rungen des optischen Elements, die durch Bestrahlung der nur beim Verdrehen bestrahlten Bereiche des optischen Elements entstehen, gegenüber Abbildungsänderungen, die in den während der Verweildauer bestrahlten Bereichen des optischen Elements entstehen, nicht ins Gewicht fallen.

Die während der Verweildauer in den Extrempositionen zwischen den Verdrehungen induzierten Abbildungsfehler heben sich, bei entsprechender Anpassung der Verweilzeit und des Drehwinkels an die Zeitkonstante der Entstehung des belichtungsinduzierten Abbildungsfehlers und an die Symmetrie von diesem, gegenseitig derart auf, daß insgesamt im wesentlichen rotationssymmetrische Abbildungseigen schaften resultieren.

Das optische Element kann bezogen auf eine Ausgangs stellung entsprechender Symmetrie der Strahlungslei stungsverteilung im Lichtbündel um einen Bruchteil einer vollen Umdrehung verdreht werden. Auch bei dem alternativen. Verfahren ist bei mehrzähliger Symmetrie der belichtungs induzierten Abbildungsfehler die schon oben beschriebene zusätzliche Verringerung des absoluten Drehwinkels möglich.

Bei einem nochmals alternativen Verfahren zum erfin dungsgemäßen Ausgleich von nicht rotationssymmetri schen Abbildungsfehlern wird das optische Element mit vorgegebener Drehzahl verdreht. Eine derartige Verdrehung ist mit einer einfachen Antriebssteuerung möglich.

Während der Beaufschlagung mit dem Lichtbündel kann das optische Element um eine Mehrzahl von Umdrehungen verdreht werden. Dadurch ist auch eine Symmetrisie rung von Abbildungsfehlern, die lichtinduziert mit relativ kurzer Zeitkonstante entstehen oder nicht lichtinduziert sind, gegeben. Auch mehrere voneinander unabhängige, nicht rotationssymmetrische Abbildungsfehler werden auf diese Weise sicher symmetrisiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein teilweise geschnittenes, drehbar gelagertes Projektionsobjektiv in einem erfindungsgemäßen optischen System; und

Fig. 2 eine Aufsicht auf das Projektionsobjektiv gemäß Linie II-II von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Projektions-Belich tungsanlage für die Mikrolithographie. Ein Projektions- Lichtbündel 1 wird von einer Lichtquelle 30, in der Regel von einem Laser mit kurzer Emissionswellenlänge, z. B. einem Argon-Fluorid-Excimerlaser, erzeugt und von einer Fokussieroptik 31 fokussiert. Der Bündelquerschnitt des Projektions-Lichtbündels 1, der später noch beschrieben wird, wird von einer der Fokussieroptik 31 nachgeordneten Maske 32 zur Vorgabe eines schlitzförmigen Bildfelds der Projektions-Belichtungsanlage begrenzt.

Ein von dem Projektions-Lichtbündel 1 beleuchtetes, der Maske 32 nachgeordnetes Retikel 2, das die zu projizierende Strukturinformation trägt, wird auf einen Wafer 3 abgebil det. Die Maske 32, das Retikel 2 sowie der Wafer 3 sind in Fig. 1 nur schematisch dargestellt.

Als optische Einheit für die Abbildung des Retikels 2 auf den Wafer 3 dient ein Projektionsobjektiv 4. Dieses umfaßt eine Mehrzahl von rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse 5 des Projektionsobjektivs 4 angeordneten Linsen (vgl. Linse 25 in Fig. 2), die innerhalb eines Objektivge häuses 6 gehaltert sind. Diese Linsen bestehen aus für UV- Licht gut transparentem Material, wie z. B. Quarzglas oder CaF₂.

Das Objektivgehäuse 6 ist um die optische Achse 5 drehbar in einem Objektivrahmen 7 gelagert. Sowohl das Objektiv gehäuse 6 als auch der Objektivrahmen 7 sind, was ihre mechanischen Komponenten betrifft, um die optische Achse 5 rotationssymmetrisch. Der Objektivrahmen 7 wird seiner seits von einem Tragrahmen 17 getragen, der in Fig. 1 nur ausschnittsweise dargestellt ist.

Zur drehbaren Lagerung des Objektivgehäuses 6 dienen drei Lager: Ein oberes Radiallager 8, ein unteres Radiallager 9 sowie ein Axiallager 10. Auch diese drei Lagereinheiten sind um die optische Achse 5 rotationssymmetrisch.

Das obere Radiallager 8 ist bezüglich des Objektivge häuses 6 auf einem Niveau angeordnet, das der Eintritts ebene des Projektionslichtbündels 1 in das Objektivge häuse 6 benachbart ist. Mit dem Objektivgehäuse 6 ist das obere Radiallager 8 über einen oberen Gehäusering 11 verbunden, der sich drehfest um das Objektivgehäuse 6 schließt. Das obere Radiallager 8 liegt mit seinem radial äußeren Bereich in einer Aufnahme 12 des Objektivrahmens 7.

Das untere Radiallager 9 ist bezüglich des Objektivge häuses 6 auf einem Niveau angeordnet, das der Austritts ebene des Projektionslichtbündels 1 aus dem Objektivge häuse 6 benachbart ist. Analog zum oberen Radiallager 8 ist das untere Radiallager 9 mit dem Objektivgehäuse 6 über einen unteren Gehäusering 13 verbunden, der sich drehfest um das Objektivgehäuse 6 schließt. Das untere Radiallager 9 liegt mit seinem radial äußeren Bereich in einer Aufnahme 14 des Objektivrahmens 7.

Der untere Gehäusering 13 stützt sich axial über das Axial lager 10 gegen eine Umfangsstufe 15 des Objektivrahmens 7 ab. Die Umfangsstufe 15 ist Teil einer ringförmigen Umfangs ausnehmung 34 in der inneren Mantelfläche des Objektiv rahmens 7 im Bereich des unteren Gehäuserings 13. In der Umfangsstufe 15 ist eine Aufnahme 16 ausgebildet, in der das Axiallager 10 teilweise aufgenommen ist.

Für die meisten Anwendungen der Projektionsbelichtung reicht die Lagegenauigkeit, die beim Verdrehen des Ob jektivgehäuses 6 mit Kugel- oder Wälzlagern als Lager einheiten 8, 9, 10 erzielt werden kann, nicht aus. Daher werden als Lagereinheiten 8, 9, 10 berührungslos arbei tende Magnetlager eingesetzt, bei denen sich die zu lagernden Komponenten über Magnetkräfte abstoßen. Alter nativ können auch hydrostatische Lager oder Luftlager eingesetzt sein.

Zur Verdrehung des Objektivgehäuses 6 um die optische Achse 5 dient ein Elektroantrieb 18, der in Fig. 1 schema tisch dargestellt ist. In einer Aufnahme 19 des Objektiv rahmens 7 ist dazu ein Statorring 20 angeordnet, in dessen Drehfeld ein mit Permanentmagneten ausgestatteter Rotorring 21 angeordnet ist. Dieser ist drehfest mit dem Objektiv gehäuse 6 verbunden. Der Statorring 20 ist dabei in bekannter Weise koaxial um den Rotorring 21 herum angeord net, wobei zwischen beiden ein Luftspalt 22 verbleibt, so daß ein berührungsloser Antrieb resultiert. Im Stator ring 21 ausgeführte Leitungswicklungen 33 sind in Fig. 1 schematisch angedeutet.

Der Elektroantrieb 18 wird mittels einer Antriebssteue rung 23 betrieben. Die Antriebsteuerung 23 steht mit einer Belichtungssteuerung 24 in Signalverbindung.

Alternativ zum beschriebenen berührungslosen Elektroantrieb ist auch ein mit mechanischem Eingriff arbeitender Antrieb des Objektivgehäuses 6 im Objektivrahmen 7, z. B. über ein Schneckengetriebe oder ein Kegelradgetriebe (beide in der Zeichnung nicht dargestellt) möglich. Ein derartiges Schneckengetriebe umfaßt eine Schnecke, deren zum Objektiv rahmen 7 feste Drehachse tangential zum Umfang des Objek tivgehäuses 6 verläuft. Die Schnecke greift in ein Schnec kenrad ein, das als Ring um das Objektivgehäuse 6 herum ausgebildet und mit diesem fest verbunden ist.

Zur Stromversorgung der sich mit dem Projektionsobjektiv 4 drehenden elektrischen Einrichtungen dient eine ringför mige induktive Koppeleinrichtung 28. Alternativ kann die Stromversorgung auch über Schleifkontakte erfolgen.

Die in Fig. 2 dargestellte Aufsicht auf den Teil des optischen Systems mit dem Projektionsobjektiv 4 verdeutlicht dessen rotationssymmetrischen Aufbau. Im Objektivgehäuse 6 ist eine im Strahlengang des Projektions-Lichtbündels 1 erste Linse 25 des Projektionsobjektivs 4 angeordnet. Das Projektions-Lichtbündel 1 durchtritt die Linse 25 mit einer rechteckigen Querschnittsfläche 26, die in Fig. 2 als schraffierte Fläche dargestellt ist. Die in Fig. 2 gezeigte Querschnittsfläche 26 hat ein Seitenlängenverhält nis der Längs- zur Schmalseite von ungefähr 2 : 1.

Die Projektions-Belichtungsanlage wird wie folgt betrieben:
Die Linsen im Objektivgehäuse, z. B. die Linse 25, erwärmen sich aufgrund der Restabsorption, die das Material, aus dem sie gefertigt sind, im Bereich der Wellenlänge des Projektions-Lichtbündels 1 noch aufweist. Diese Erwärmung, deren Temperaturverteilung in erster Näherung der absor bierten Strahlungsleistungsverteilung in den Linsen folgt, führt sowohl zu einer thermischen Ausdehnung des Materials als auch zu einer Brechungsindexänderung und daher, bedingt durch die geänderten Brechungseigenschaften, zu einer Änderung der Abbildungseigenschaften der Linsen. Ziel der Verdrehung des Projektionsobjektivs 4 ist es, durch eine Symmetrisierung der Absorption des Projektions-Lichtbündels 1 in den Linsen im zeitlichen Mittel eine Symmetrisierung der Temperaturverteilung in diesen zu erreichen. Eine daraus resultierende rotationssymmetrische, thermische Ausdehnung führt zu vernachlässigbaren bzw. gut beherrsch baren Abbildungsfehlern.

Während eines Belichtungsvorgangs wird das Objektivge häuse 6 mit dem Elektroantrieb 18 verdreht, wobei die Drehachse des Objektivgehäuses 6 mit der optischen Achse 5 zusammenfällt. Der noch zu beschreibende Ablauf der Ver drehung wird von der Belichtungssteuerung 24 vorgegeben und über die Antriebssteuerung 23 gesteuert.

Aufgrund der Verdrehung wird im zeitlichen Mittel ein um die optische Achse 5 rotationssymmetrischer Bereich der Linsen des Projektionsobjektivs 4 von dem Projektions- Lichtbündel 1 durchsetzt. Die Randkontur dieses rotations symmetrischen Bereichs ist in Fig. 2 durch eine gestrichel te Linie 27 angedeutet.

Falls die Strahlungsleistungsverteilung des Projektions- Lichtbündels 1 über die Querschnittsfläche 26 spiegelsym metrisch ist, gilt folgendes: Führen die Linsen eine halbe Drehung aus, so ist die Verteilung der über die entsprechen de Zeit integrierten, in den Linsen absorbierten Strahlungs leistung homogen.

Bei beliebiger Strahlungsleistungsverteilung über die Querschnittsfläche 26 des Projektions-Lichtbündels 1 ergibt sich eine gleichmäßige Bestrahlung bei Integration über die einer vollen Drehung des Projektionsobjektivs 4 entsprechenden Zeit.

Zur Erzielung einer derartigen gleichmäßigen Bestrahlung existieren mehrere alternative Möglichkeiten der Ver drehung des Projektionsobjektivs 4:
Bei einer ersten Ausführungsform wird das Projektions objektiv 4 um einen bestimmten Drehwinkel hin- und zurück gedreht.

Die Linsen absorbieren innerhalb des Projektionsobjektivs 4 nur einen geringen Teil des Projektions-Lichtbündels 1 und erwärmen sich daher nur relativ langsam. Aus dieser Erwärmung entstehende Abbildungsfehler werden auch schon durch eine relativ langsame Verdrehung ausgeglichen, da schon hier eine ausreichend gute Symmetrisierung der Temperaturverteilung in den Linsen resultiert. Bei einer typischen Zeitkonstante für die einer Belichtung mit einem Projektions-Lichtbündel folgende Erwärmung einer Linse von 100 Sekunden reicht ein zeitlicher Abstand zwischen den Endstellungen bzw. Extrempositionen bei der Verdrehung um einen bestimmten Drehwinkel von typischerweise 30 Sekunden, um eine ausreichend gute Symmetrisierung zu erzielen.

Der Drehwinkel kann für eine spiegelsymmetrische Strah lungsleistungsverteilung in der Querschnittsfläche 26, wie oben erwähnt, 180° sein.

Ist die Strahlungsleistungsverteilung zu zwei senkrecht aufeinander stehenden Symmetrieebenen symmetrisch, kann der Drehwinkel auch nur 90° betragen. Die 90°-Verdrehung muß dann so schnell erfolgen, daß die Absorption des Materials der Linsen des Projektionsobjektivs 4 während dieses Drehvorgangs verglichen mit der Absorption in den Endstellungen vernachlässigbar gering ist. Eine typische Sequenz eines derartigen Verdrehprogramms wäre, wieder eine typische Erwärmungs-Zeitkonstante von 100 Sekunden vorausgesetzt: Verdrehen um 90° in 5 s, Verweilen des Projektionsobjektivs für 30 s, Zurückdrehen um 90° in 5 s, Verweilen des Projektionsobjektivs für 30 s.

Die Verteilung der über eine derartige Sequenz absorbierten Strahlungsleistung ist zwar nicht rotationssymmetrisch, jedoch besser an eine rotationssymmetrische Verteilung angenähert, als die Verteilung der Strahlungsleistung, die ohne Verdrehung des Projektionsobjektivs 4 absorbiert würde. Im Falle der in Fig. 1 dargestellten Querschnitts fläche 26 des Projektions-Lichtbündels auf der Linse 25 ergibt sich eine kreuzförmige Strahlungsleistungsverteilung. Entsprechend sind die Abbildungseigenschaften eines derartig verdrehten Projektionsobjektivs 4 gegenüber einem nicht verdrehten verbessert.

Wird nur um einen bestimmten Drehwinkel verdreht, lassen sich anstelle der oder zusätzlich zur oben beschriebenen induktiven Versorgung elektrische Versorgungsleitungen zum Objektivgehäuse 6 als mit entsprechendem Spiel verlegte normale elektrische Schleppkabel ausführen.

Alternativ zu einer Verdrehung um bestimmte Drehwinkel kann das Objektivgehäuse 6 im Objektivrahmen 7 mit einer bestimmten Drehzahl rotieren. Beim oben beschriebenen Zeitverhalten der Erwärmung der Linsen des Projektions objektivs 4 reicht analog eine vollständige Umdrehung in 30 Sekunden zur ausreichenden Symmetrisierung der Tempe raturverteilung in den Linsen des Projektionsobjektivs 4. Eine Rotation des Projektionsobjektivs 4 mit höherer Drehzahl bringt die Möglichkeit, sonstige nicht rotations symmetrischer Bildfehler auszugleichen, die z. B. aus der Justage des Projektionsobjektivs, aus Aberrationen oder aus Inhomogenitäten in den Linsen resultieren. Zum Aus gleich derartiger Bildfehler muß die Rotationsdrehzahl so hoch sein, daß das Objektivgehäuse 6 während eines Belichtungsvorgangs mehrere, z. B. mehr als fünf Umdrehungen macht.

Bei der hin- und hergehenden Verdrehung des Projektions objektivs 4 um einen bestimmten Drehwinkel kann es vorteil haft sein, den Umkehrpunkt der Verdrehung nicht immer an derselben relativen Drehwinkelposition des Objektivgehäuses 6 zum Objektivrahmen 7 zu wählen, um mechanische oder thermische Belastungen, die während der Totzeit dieses Umkehrvorgangs auftreten, gleichmäßiger auf die möglichen Drehpositionen des Objektivgehäuses 6 zu verteilen. Dazu erfolgt eine Vorgabe des jeweiligen Drehwinkels durch die Antriebssteuerung 23 derart, daß der Umkehrpunkt innerhalb eines vorgegebenen Drehwinkelbereichs variiert. Zur Gewährleistung einer möglichst rotationssymmetrischen Strahlungsleistungsverteilung sollte dieser Drehwinkelbe reich relativ klein sein, z. B. einige Winkelgrad umfassen. Die in diesem Drehwinkelbereich möglichen Umkehrpunkte sollten zur Verteilung der mechanischen Belastung möglichst mit gleicher relativer Häufigkeit angesteuert werden, z. B. durch lückenloses Abrastern bei aufeinanderfolgenden Umkehrvorgängen in einem Drehwinkelbereich.

Eine derartige Kompensation thermisch bedingter Abbildungs fehler durch Verdrehen ist nicht auf refraktive optische Elemente beschränkt, sondern analog auch auf reflektierende optische Elemente, wie Spiegel, übertragbar. Die Drehachse eines reflektierenden optischen Elements muß, damit die Reflexion unabhängig von der Verdrehung ist, mit dessen Rotations-Symmetrieachse zusammenfallen.

Claims

1. Optisches System, insbesondere Projektions-Belichtungs anlage der Mikrolithographie, insbesondere mit schlitz förmigem Bildfeld oder nicht rotationssymmetrischer Beleuch tung,

a) mit einer Lichtquelle;
b) mit einem optischen Element, insbesondere einer Linse oder einem Spiegel, das
- a) mindestens eine, mit Strahlung der Lichtquelle beaufschlagte Oberfläche aufweist; und
- b) dessen Grundform zumindest im Bereich der min destens einen, mit Strahlung beaufschlagten Oberfläche bezüglich einer Rotations-Symmetrie achse im wesentlichen symmetrisch ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) das optische Element (25) oder dessen Gehäuse (6) verdrehbar mit einem Rahmen (7) über mindestens ein Lager (8, 9, 10) verbunden ist;
b) ein Aktuator (18) vorgesehen ist, der an dem optischen Element (25) oder dessen Gehäuse (6) zu dessen Ver drehung um die Rotations-Symmetrieachse angreift; wobei
c) der Aktuator (18) mit einer Steuereinrichtung (23) zusammenarbeitet, die den Aktuator (18) zumindest zeitweise in dem Zeitraum, in dem das optische Element (25) einer Belichtung ausgesetzt ist, zur Verdrehung des optischen Elements (25) ansteuert.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Aktuator durch einen Elektroantrieb (18) gebildet ist mit einem rahmenfesten Stator (20) und einem Rotor (21), der drehfest mit dem optischen Element (25) verbünden ist, wobei zwischen dem Rotor (21) und einem mit dem Rahmen (7) drehfest verbundenen Stator (20) ein Luftspalt (22) verbleibt.

3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß sich mit dem optischen Element (4) mitdrehende elektrische Einrichtungen über Kabel mit einer Stromver sorgung verbunden sind.

4. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß sich mit dem optischen Element (4) mitdrehende elektrische Einrichtungen über eine induktive Koppelein richtung (28) mit einer Stromversorgung verbunden sind.

5. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lager (8, 9, 10) ein Magnetlager ist.

6. Optisches System nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lager (8, 9, 10) ein hydrostatisches Lager ist.

7. Optisches System nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lager (8, 9, 10) ein Luftlager ist.

8. Optisches System nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator durch einen mechanischen Antrieb mit einem Getriebe gebildet ist.

9. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Getriebe ein Schneckengetriebe ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Kegelradgetriebe ist.

11. Verfahren zum Ausgleich von nicht rotationssymme trischen Abbildungsfehlern in einem optischen System, durch welches ein Lichtbündel geführt wird, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Verdrehen des optischen Elements (25) um einen be stimmten Drehwinkel;
b) entgegengesetztes Verdrehen des optischen Elements (25) um einen bestimmten Gegen-Drehwinkel.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuereinrichtung (23) die Umkehrpunkte zwischen den beiden Drehrichtungen innerhalb eines Dreh winkelbereichs mit gleicher relativer Häufigkeit angesteu ert werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (25), bezogen auf eine Ausgangsstellung entsprechend der Symmetrie der Strahlungsleistungsverteilung ist Lichtbündel um einen Bruchteil einer vollen Umdrehung verdreht wird.

14. Verfahren zum Ausgleich von nicht rotationssymme trischen Abbildungsfehlern in einem optischen System, durch welches ein Lichtbündel geführt wird, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) gemessen an der Zeitkonstante der Entstehung von durch die Strahlung (1) der Lichtquelle (30) induzierten Abbildungsfehlern schnelles Verdrehen des optischen Elements (25) um einen bestimmten Drehwinkel;
b) Beibehalten der Position des optischen Elements (25) für eine Verweildauer, die lang gemessen an der Dauer des Verdrehens und kurz gemessen an der Zeitkonstante der Entstehung von durch die Strahlung (1) der Lichtquelle (30) induzierten Abbildungsfehlern ist;
c) entgegengesetztes, gemessen an der Zeitkonstante der Entstehung von durch die Strahlung (1) der Lichtquelle (30) induzierten Abbildungsfehlern schnelles Verdrehen des optischen Elements (25) um einen bestimmten Gegen- Drehwinkel.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (25), bezogen auf eine Ausgangs stellung entsprechend der Symmetrie der Strahlungsleistungs verteilung im Lichtbündel um einen Bruchteil einer vollen Umdrehung verdreht wird.

16. Verfahren zum Ausgleich von nicht rotationssymme trischen Abbildungsfehlern in einem optischen System, durch welches ein Lichtbündel geführt wird, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Verdrehen des optischen Elements (25) mit vorgegebener Drehzahl.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß während der Beaufschlagung mit dem Lichtbündel (1) das optische Element (25) um eine Mehrzahl von Um drehungen verdreht wird.