EP1472564A1 - Verfahren zur korrektur von schwingungsinduzierten abbildungsfehlern in einem objektiv - Google Patents

Verfahren zur korrektur von schwingungsinduzierten abbildungsfehlern in einem objektiv

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EP1472564A1
EP1472564A1 EP03737275A EP03737275A EP1472564A1 EP 1472564 A1 EP1472564 A1 EP 1472564A1 EP 03737275 A EP03737275 A EP 03737275A EP 03737275 A EP03737275 A EP 03737275A EP 1472564 A1 EP1472564 A1 EP 1472564A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lens
objective
optical axis
objective part
deflecting element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03737275A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Kohl
Hubert Holderer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of EP1472564A1 publication Critical patent/EP1472564A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70225—Optical aspects of catadioptric systems, i.e. comprising reflective and refractive elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/0068—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration having means for controlling the degree of correction, e.g. using phase modulators, movable elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/646—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/709—Vibration, e.g. vibration detection, compensation, suppression or isolation

Definitions

  • the invention relates to a method for correcting vibration-induced aberrations in a lens, in particular a projection lens for microlithography for the production of semiconductor elements, the lens having at least one first lens part with a first optical axis and at least one second lens part, the optical axis of which is from the first deviates from the optical axis, beam deflection taking place between the lens parts via at least one optical beam deflection element.
  • the invention also relates to a device for correcting vibration-induced aberrations in a lens.
  • the invention relates to a projection objective for microlithography for the production of semiconductor elements with at least a first objective part, with a first optical axis and with a second objective part, the optical axis of which deviates from the first optical axis, between the at least one first objective part and the second Objective part an optical beam deflecting element is arranged.
  • lenses such as projection lenses for microlithography for the production of semiconductor elements
  • lenses are often designed in such a way that there are several optical axes between an object plane and an image plane.
  • so-called catadioptric lenses are known, with one lens part having a horizontal optical axis or an optical axis which is inclined slightly downward to the horizontal. This is done on the input side from a first lens part with a vertical optical axis a beam deflection via a prism to a horizontal lens housing.
  • the horizontal part of the lens after passing through a lens group via a concave mirror, there is a beam reflection back to the prism, from where the beam in turn leads with a vertical optical axis to the image plane.
  • a first vertical optical axis is followed by an optical axis running in the horizontal direction, which likewise runs in a horizontal lens part.
  • the beam is reflected on a concave mirror.
  • a beam splitter element e.g. a beam splitter cube is provided, the beam reflected on the concave mirror being deflected after passing through the beam splitter element at a deflecting mirror to a third objective part with a second vertical axis.
  • the image plane in which a wafer is located in a projection objective for microlithography, is located under the third objective part.
  • a reticle is arranged in the object plane, which is above the first lens part in both types of lens, the structure of which is imaged on the wafer on a correspondingly reduced scale.
  • the second lens part with its lens housing must be very rigid, since dynamic displacements and tilting of the concave mirror, which is mounted in the horizontal part of the lens housing, have a strong effect on image errors of the lens.
  • a particular disadvantage here is that, given the high imaging accuracies required for projection lenses for microlithography, the required imaging qualities can sometimes not be achieved or can only be achieved at great expense, despite the massive mechanical structure.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method and a device with which vibration-induced aberrations of an objective part, in particular an objective part, which deviate from the vertical optical axis which is provided for the image plane, are avoided, or at least largely reduced ,
  • this object is achieved procedurally in that vibrations occurring in at least one lens part are measured and evaluated by means of a sensor system, and that the results are used as input data for a device which adjusts the beam direction in the lens in such a way that aberrations occur due to the vibrations of the oscillating lens part be compensated.
  • the second objective part is provided with one or more sensors which are connected to evaluation and control electronics, which in turn are connected to an adjusting element which changes the position of the beam deflecting element in accordance with the input data obtained ,
  • the influence of unavoidable vibrations of a lens part, in particular a horizontal lens part can be regulated or influenced in such a way that the imaging errors occurring due to the vibrations are compensated for by a corresponding device.
  • This is possible, for example, by having the beam deflecting part with an adjusting member provides that is correspondingly activated by evaluation and control electronics so that corresponding counter-vibrations are induced or the beam deflection element is adjusted by the adjusting element in such a way that the vibration-induced beam direction changes are compensated in such a way that there is no beam deviation on the image plane and so that there is no reduction in the image quality.
  • the beam deflection element is continuously adjusted and runs synchronously with the vibrations.
  • the method and the device for this purpose can be used not only to actively correct vibration-induced imaging errors but also to correct long-term effects, e.g. a sinking or a change in position of optical elements in the lens housing, e.g. Mirror, lenses and the beam deflecting element due to the vibrations that occur. These include e.g. a creep of adhesive bonds and aging of the frames and the lens structure.
  • FIG. 1 shows a projection exposure system with a catadi-optical projection lens
  • FIG. 2 shows a projection exposure system with an objective in an embodiment with two vertical optical axes and an intermediate horizontal optical axis
  • Figure 3 is a top view of a schematic representation of a prism as a beam deflecting element with balancing masses.
  • a projection exposure system for microlithography for the production of semiconductor elements is described in principle in FIG. It has an illumination system 1 with a laser, not shown, as the light source.
  • an illumination system 1 with a laser, not shown, as the light source.
  • a reticle 2 In the object plane of the projection exposure system there is a reticle 2, the structure of which is to be imaged on a correspondingly reduced scale on a wafer 4 arranged under a projection objective 3 and located in the image plane.
  • FIG. 1 shows a catadioptric objective as the projection objective 3 with a first vertical objective part 3a and a second objective part 3b, which is inclined zontally or slightly obliquely to the horizontal.
  • the lens part 3b there are a plurality of lenses 5 and a concave mirror 6, which are arranged in a lens housing 7 of the lens part 3b.
  • a prism 8 is provided as a beam deflecting element for deflecting the projection beam (see arrow) from the vertical objective part 3a into the horizontal objective part 3b.
  • the projection beams impinging on an upper prism surface 9 are reflected on the concave mirror 6 and then hit the one lower prism surface 10, from where the projection beams, after passing through a further lens group 11, hit the wafer 4, which on a fixed structure 12 in the projection exposure system is slidably arranged.
  • the current positions of the horizontal lens part 3b or lens housing 3 and the prism 8 are determined by means of position sensors 15 and 16.
  • the position sensor 15 determines the distance of the horizontal lens housing 7 from the fixed structure 12 and the position sensor 16 the distance of the prism 8 from a vertical lens housing 17.
  • vibrations of the horizontal lens housing are now determined by the position sensor 15, these are entered via control lines into an evaluation and control electronics 18.
  • the target and actual positions are supplied under the influence of the utilization of the position sensor 16.
  • the actuator device 19 can be of any type. For this purpose, electrical, mechanical or even piezoelectric actuator elements are possible.
  • the prism 8 is pivoted by the actuator device 19 about the front prism edge 14 in accordance with the values supplied by the evaluation and control electronics 18.
  • the prism 8 is to be pivotably arranged in the lens housing 17.
  • the prism 8 can be provided with compensating masses 20 which are located on the prism 8 outside the area required for the exposure. As can be seen from the enlarged illustration in FIG. 3, this can take place in that on both sides of the prism a linkage 21 protrudes out of the prism edge on the side of the front prism edge facing away from the actuator device 19, about which the prism 8 is pivoted. the balancing weights 20 are arranged at the front ends thereof.
  • counter-vibrations on the prism 8 are generated synchronously to this by the control of the evaluation and control electronics 18.
  • the synchronous "counter-vibrations" are to be selected so that despite the vibration of the horizontal lens housing 7 in the direction of the arrow 13 and a resulting displacement of the projection beams, they always strike the lower prism surface 10 at the same predetermined location.
  • the concave mirror 6 can also be used to eliminate others Imaging errors occurring in this way can be used.
  • one or more reference beams outside the normal exposure range can be introduced into the projection objective 3 and imaged in an intermediate image plane below the lower prism surface 10. Via a coupling mirror, not shown, these reference beams can be directed into a detector, also not shown, where the wavefront is evaluated.
  • a software can then use this data to determine a possible target / actual surface difference for the surface of the concave mirror 6. This data can then be used as new control values for the position of the prism 8 and its possible adjustments resulting therefrom. In this way, a corrected zero position of the prism 8 is set in accordance with the imaging errors. This zero position then also serves to compensate for vibrations in the horizontal lens housing 7.
  • FIG. 2 shows a similar embodiment of a projection lens 3, the same reference numerals having been retained for the same parts.
  • a first vertical objective part 3a is provided with a vertical optical axis 22, and a second horizontal objective part 3b with an optical axis 23 running at least approximately in the horizontal direction.
  • a beam splitter element 24 in the form of a beam splitter cube is used as the beam deflecting element provided by which the deflection from the vertical optical axis 22 into the horizontal optical axis 23 takes place. After reflection of the rays at the concave mirror 6 and a subsequent passage through the beam splitter element 24, they hit a deflecting mirror 25.
  • the horizontal beam path 23 is again deflected into a vertical optical axis 26.
  • a third vertical lens part 27 with a further lens group 28.
  • ⁇ / 4 plates 29, 30 and 31 in the beam path.
  • the ⁇ / 4 plate 29 is located in the projection objective between the reticle 2 and the beam splitter element 24 behind a lens or lens group 32.
  • the ⁇ / 4 plate 30- is located in the beam path of the horizontal objective part 3b and the ⁇ / 4 plate 31 is located in the third objective part 27.
  • the three ⁇ / 4 plates serve to completely rotate the polarization once, which minimizes radiation losses, among other things.
  • the individual optical axes of the projection lens according to FIG. 2 are adjusted very precisely to one another when the lens is constructed, so that they run parallel or perpendicular to one another with sufficient accuracy, but the individual lens parts are displaced relative to one another by mechanical vibrations, resulting in a corresponding deterioration of the image quality leads.
  • the vibrations occurring in the horizontal objective part 3b are compensated in the same way as in the embodiment according to FIG. 1 by an actuator device 19 which is connected to the deflecting mirror 25.
  • sensors 15 and 16 again determine the positions of the concave mirror 6 and the deflecting mirror 25 and pass their values via control lines to the evaluation and control electronics 18, which are no longer shown in this exemplary embodiment.
  • the senor 15 or a separate sensor, which is arranged on the housing 7 of the lens part 3b, can be used to make corrections which, for example due to long-term effects, have caused the concave mirror 6 to drop, for example, and thus also lead to imaging errors lead would '.
  • sensors 15 and 16 can be used as sensors 15 and 16, e.g. Capacitive, inductive or other displacement sensors.
  • the beam splitter element 24 can also be used for this.
  • the beam splitter element 24 is correspondingly provided with a position sensor 16 'and an actuator device 19'

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Korrektur von schwingungsinduzierten Abbildungsfehlern in einem Objektiv, insbesondere ein Projektionsobjektiv in der Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen, sind ein wenigstens erstes Objektivteil (3a) und wenigstens ein zweites Objektivteil (3b) vorgesehen. Dabei weist das erste Objektivteil (3a) eine erste optische Achse (22) und das wenigstens zweite Objektivteil (3b) eine optische Achse (23) auf, die von der ersten optischen Achse (22) abweicht. Über wenigstens ein optisches Strahlumlenkelement (8, 24) findet eine Strahlumlenkung zwischen den Objektivteilen (3a, 3b) statt. Die in wenigstens einem Objektivteil (3b) auftretenden Schwingungen werden über eine Sensorik (15) gemessen und ausgewertet. Die Ergebnisse werden als Eingangsdaten für eine die Strahlrichtung im Objektiv verstellende Einrichtung (19) derart verwendet, dass durch die Schwingungen des schwingenden Objektivteiles (3b) auftretende Abbildungsfehler kompensiert werden.

Description

Verfahren zur Korrektur von schwingungsinduzierten Abbildungsfehlern in einem Objektiv
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von schwingungsinduzierten Abbildungsfehlern in einem Objektiv, insbesondere ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen, wobei das Objektiv wenigstens ein erstes Objektivteil mit einer ersten optischen Achse und wenigstens ein zweites Objektivteil aufweist, dessen optische Achse von der ersten optischen Achse abweicht, wobei über wenigstens ein optisches Strahlumlenkelement eine Strahlumlenkung zwischen den Objektivteilen stattfindet.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Korrektur von schwingungsinduzierten Abbildungsfehlern in einem Objektiv.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen mit wenigstens einem ersten Objektivteil, mit einer ersten optischen Achse und mit einem zweiten Objektivteil, dessen optische Achse von der ersten optischen Achse abweicht, wobei zwischen dem wenigstens einen ersten Objektivteil und dem zweiten Objektivteil ein optisches Strahlumlenkelement angeordnet ist.
Aus räumlichen Gründen werden häufig Objektive, wie z.B. Pro- jektionsobjektive für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen, derart ausgebildet, daß mehrere optische Achsen zwischen einer Objektebene und einer Bildebene vorhanden sind. So sind z.B. sogenannte katadioptrische Objektive bekannt, wobei ein Objektivteil eine horizontale op- tische Achse bzw. eine leicht nach unten zur Horizontalen geneigte optische Achse aufweist. Dabei erfolgt eingangsseitig von einem ersten Objektivteil mit vertikaler optischer Achse eine Strahlumlenkung über ein Prisma zu einem horizontalen Objektivgehäuse. In dem horizontalen Objektivteil erfolgt nach Durchgang durch eine Linsengruppe über einen Konkavspie- gel eine Strahlreflexion zurück zu dem Prisma, von wo der Strahl wiederum mit vertikaler optischer Achse zu der Bildebene führt.
Bei einem ähnlichen Objektivtyp folgt auf eine erste vertika- le optische Achse eine in horizontaler Richtung verlaufende optische Achse, die ebenfalls in einem horizontalen Objektivteil verläuft. Auch hier erfolgt eine Reflexierung des Strahles an einem Konkavspiegel. Als Strahlumlenkeinrichtung zwischen der vertikalen und der horizontalen Achse ist dabei ein Strahlteilerelement, z.B. ein Strahlenteilerwürfel vorgesehen, wobei der an dem Konkavspiegel reflektierte Strahl nach Durchgang durch das Strahlteilerelement an einem Umlenkspiegel zu einem dritten Objektivteil mit einer zweiten vertikalen Achse umgelenkt wird. Unter dem dritten Objektivteil be- findet sich in diesem Fall die Bildebene, in welcher sich bei einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie ein Wafer befindet. In der Objektebene, welche sich bei beiden Objektivarten über dem ersten Objektivteil befindet, ist ein Reti- kel angeordnet, dessen Struktur in entsprechend verkleinertem Maßstab auf dem Wafer abgebildet wird.
Bei beiden Objektivtypen muß das zweite Objektivteil mit seinem Objektivgehäuse sehr steif ausgebildet sein, da sich dynamische Verschiebungen und Verkippungen des Konkavspiegels, der in dem horizontalen Teil des Objektivgehäuses gelagert ist, stark auf Bildfehler des Objektives auswirken. Nachteilig dabei ist insbesondere, daß bei den geforderten hohen Abbildungsgenauigkeiten bei Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie trotz massivem mechanischen Aufbau mitunter die geforderten Abbildungsqualitäten nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand erreicht werden können. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchem schwingungsinduzierte Abbildungsfehler eines Objektivteiles, insbesondere eines Objektivteiles, das von der vertikalen optischen Achse, die für die Bildebene vorgesehen ist, abweicht, vermieden oder zumindest weitgehend reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß in wenigstens einem Objektivteil auftretende Schwingungen über eine Sensorik gemessen und ausgewertet werden, und daß die Ergebnisse als Eingangsdaten für eine die Strahlrichtung im Objektiv verstellende Einrichtung derart verwendet werden, daß durch die Schwingungen des schwingenden Objektivteiles auftretende Abbildungsfehler kompensiert werden.
Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 9 dadurch gelöst, daß das zweite Objektivteil mit ein oder mehreren Sensoren versehen ist, die mit einer Auswertungs- und Steuerelektronik verbunden sind, welche wiederum mit einem Versteilglied verbunden ist, das entsprechend der erhaltenen Eingangsdaten die Position des Strahlumlenkelementes verändert.
Eine erfindungsgemäße Lösung für ein Projektionsobjektiv in der Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen ist in Anspruch 17 beschrieben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung hierzu läßt sich der Einfluß von unvermeidlichen Schwingungen eines Objektivteiles, insbesondere eines horizontalen Objektivteiles, regeln bzw. so beeinflussen, daß durch eine entsprechende Einrichtung die durch die Schwingungen auftretenden Abbildungsfehler kompensiert werden. Dies ist z.B. dadurch möglich, daß man das Strahlumlenkteil mit einem VerStellglied versieht, das entsprechend von einer Auswertungs- und Steuerelektronik gesteuert so aktiviert wird, daß entsprechende Gegenschwingungen induziert werden bzw. durch das Verstellglied das Strahlumlenkelement so verstellt wird, daß die schwin- gungsinduzierten Strahlrichtungsänderungen derart kompensiert werden, daß es zu keiner Strahlabweichung auf der Bildebene und damit zu keiner Reduzierung der Abbildungsqualität kommt.
In der Praxis bedeutet dies z.B., daß man dem Strahlumlenk- element Schwingungen auferlegt, die eine Gegenfrequenz mit entsprechend angepasster Amplitude aufweist, wie die die Abbildungsqualität beeinträchtigenden Schwingungen des Objektivteiles. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß auch bei Strahl-umlenkungen, z.B. in dem horizontalen Objektivteil der in diesem reflektierten Strahl stets auf die gleiche vorbestimmte Stelle in dem Strahlumlenkteil trifft und damit exakt zur Bild-ebene weitergeleitet werden kann. Praktisch erfolgt eine laufende Verstellung des Strahlumlenkelementes, die synchron zu den Schwingungen verläuft.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung hierzu neben einer aktiven Korrektur von schwingungsinduzierten Abbildungsfehlern auch zur Korrektur von Langzeiteffekten verwendet werden, die z.B. zu einem Absinken oder einer Lageänderung, von optischen Elementen in dem Objektivgehäuse, wie z.B. Spiegeln, Linsen und dem Strahlumlenkelement aufgrund der auftretenden Schwingungen führen. Hierzu gehören z.B. ein Kriechen von Klebeverbindungen und Alterungen der Fassungen und der Objektivstruktur.
Auf ähnliche Weise können auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Korrekturen von inhomogenen Temperaturverteilungen in der Objektivstruktur vorgenommen werden.
In beiden Fällen ist es hierzu lediglich erforderlich durch eine entsprechende Sensorik Abweichungen von einer Sollwert- Nullageposition der Strahlumlenkeinrichtung festzustellen und diese dann entsprechend nachzukorrigieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- düng ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel .
Es zeigt:
Figur 1 eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem katadi- optrischen Projektionsobjektiv,
Figur 2 eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Objek- tiv in einer Ausgestaltung mit zwei vertikalen optischen Achsen und einer dazwischenliegenden horizontalen optischen Achse, und
Figur 3 in der Draufsicht eine Prinzipdarstellung eines Prismas als Strahlumlenkelement mit Ausgleichsmassen.
In der Figur 1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen prinzipmäßig beschrieben. Es weist ein Beleuchtungssystem 1 mit einem nicht dargestellten Laser als Lichtquelle auf. In der Objektebene der Projektionsbelichtungsanlage befindet sich ein Retikel 2, dessen Struktur auf ein unter einem Projektionsobjektiv 3 angeordneten Wafer 4, der sich in der Bildebene befindet, in entsprechend verkleinertem Maßstab abgebildet werden soll.
In der Figur 1 ist als Projektionsobjektiv 3 ein katadioptri- sches Objektiv dargestellt mit einem ersten vertikalen Objek- tivteil 3a und einem zweiten Objektivteil 3b, welches hori- zontal bzw. leicht schräg gegenüber der Horizontalen geneigt ist. In dem Objektivteil 3b befinden sich mehrere Linsen 5 und ein Konkavspiegel 6, welche in einem Objektivgehäuse 7 des Objektivteiles 3b angeordnet sind. Zur Umlenkung des Pro- jektionsstrahles (siehe Pfeil) von dem vertikalen Objektivteil 3a in das horizontale Objektivteil 3b ist ein Prisma 8 als Strahlumlenkelement vorgesehen. Die auf eine obere Prismenfläche 9 auftreffenden Projektionsstrahlen werden an dem Konkavspiegel 6 reflektiert und treffen anschließend auf die eine untere Prismenfläche 10, von wo die Projektionsstrahlen nach Durchgang durch eine weitere Linsengruppe 11 auf den Wafer 4 treffen, welcher auf einer feststehenden Struktur 12 in der Projektionsbelichtungsanlage verschiebbar angeordnet ist.
Durch äußere Einflüsse erregte Schwingungen führen hauptsächlich zu einem vertikalen Auf- und Abschwingung des Objektivgehäuses 7 bzw. des horizontalen Objektivteil 3b gemäß Pfeilrichtung 13. Dadurch verschiebt sich die Bildebene, in welcher sich der Wafer 4 befindet. Diese Verschiebung führt zu einer entsprechenden Unscharfe in der Abbildung. Eine Drehung des Prismas 8 um eine vordere Prismenkante 14 führt zu dem gleichen Ergebnis.
Die momentanen Positionen des horizontalen Objektivteiles 3b bzw. Objektivgehäuses 3 und des Prismas 8 werden mittels Positionssensoren 15 und 16 ermittelt. Der Positionssensor 15 ermittelt dabei den Abstand des horizontalen Objektivgehäuses 7 gegenüber der feststehenden Struktur 12 und dem Postionssensor 16 den Abstand des Prismas 8 gegenüber einem vertika- len Objektivgehäuse 17.
Werden nun durch den Positionssensor 15 Schwingungen des horizontalen Objektivgehäuses festgestellt, so werden diese ü- ber Steuerleitungen in eine Auswertungs- und Steuerelektronik 18 eingegeben. Dort werden die Soll- und Istpositionen unter Einfluß der Verwertung der von dem Positionssensor 16 gelie- ferten Werte mit Soll- und Istpositionen verglichen und eine Aktuatoreinrichtung 19 als eine die Strahlrichtung im Objektiv verstellende Einrichtung, welche in der Figur 1 nicht näher dargestellt wird, entsprechend angesteuert. Die Aktuato- reinrichtung 19 kann von beliebiger Bauart sein. So sind hierfür elektrische, mechanische oder auch piezoelektrische Aktuatorglieder möglich. Durch die Aktuatoreinrichtung 19 wird das Prisma 8 um die vordere Prismenkante 14 entsprechend der von der Auswertungs- und Steuerelektronik 18 gelieferten Werte verschwenkt. Das Prisma 8 ist hierzu entsprechend schwenkbar in dem Objektivgehäuse 17 anzuordnen. Damit nur geringe Verstellkräfte erforderlich sind und die Verstellung auch sehr schnell erfolgen kann, kann das Prisma 8 mit Ausgleichsmassen 20 versehen sein, welche sich außerhalb des für die Belichtung erforderlichen Bereiches an dem Prisma 8 befinden. Wie aus der vergrößerten Darstellung der Figur 3 ersichtlich ist, kann dies dadurch erfolgen, daß an beiden Seiten des Prismas aus diesem auf der von der Aktuatoreinrichtung 19 abgewandten Seite der vorderen Prismenkante, um die eine Verschwenkung des Prismas 8 erfolgt, ein Gestänge 21 herausragt, an dessen vorderen Enden die Ausgleichsmassen 20 angeordnet sind.
Entsprechend den in dem horizontalen Objektivgehäuse 7 auf- tretenden Schwingungen werden synchron dazu Gegenschwingungen an dem Prisma 8 durch die Ansteuerung der Auswertungs- und Steuer-elektronik 18 erzeugt. Die synchronen "Gegenschwingungen" sind dabei so zu wählen, daß trotz Schwingung des horizontalen Objektivgehäuses 7 in Pfeilrichtung 13 und einer daraus resultierenden Verschiebung der Projektionsstrahlen diese stets an der gleichen vorbestimmten Stelle auf die untere Prismenfläche 10 auftreffen.
Zusätzlich zu der Detektion der Schwingungen des horizontalen Objektivgehäuses 7 und deren anschließenden Kompensierung kann der Konkavspiegel 6 auch zur Beseitigung von auf andere Weise auftretenden Abbildungsfehlern verwendet werden. Hierzu können ein oder mehrere Referenzstrahlen außerhalb des normalen Belichtungsbereiches in das Projektionsobjektiv 3 eingebracht und in einer Zwischenbildebene unterhalb der unteren Prismenfläche 10 abgebildet werden. Über einen nicht dargestellten Auskoppelspiegel können diese Referenzstrahlen in einen ebenfalls nicht dargestellten Detektor geleitet werden, wo die Wellenfront ausgewertet wird. Über eine Software kann dann nach diesen Daten eine eventuelle Soll- Istoberflächendifferenz für die Oberfläche des Konkavspiegels 6 werden. Anschließend können diese Daten als neue Stellwerte für die Stellung des Prismas 8 und dessen daraus resultierenden eventuellen Verstellungen verwendet werden. Auf diese Weise wird eine korrisierte Nullposition des Prismas 8 ent- sprechend der Abbildungsfehler eingestellt. Diese Nullposition dient dann auch für die Kompensation von Schwingungen in dem horizontalen Objektivgehäuse 7.
Figur 2 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung eines Projektions- objektives 3, wobei für die gleichen Teile auch die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden sind. Auch hier ist ein erstes vertikales Objektivteil 3a vorgesehen mit einer vertikalen optischen Achse 22, und ein zweites horizontales Objektivteil 3b mit einer wenigstens annähernd in horizontaler Richtung verlaufenden optischen Achse 23. Anstelle eines Prismas 8 ist als Strahlumlenkelement ein Strahlenteilerele- ment 24 in Form eines Strahlteilerwürfels vorgesehen, durch den die Umlenkung von der vertikalen optischen Achse 22 in die horizontale optische Achse 23 erfolgt. Nach Reflexion der Strahlen an dem Konkavspiegel 6 und einem nachfolgenden Durchtritt durch das Strahlenteilerelement 24 treffen diese auf einen Umlenkspiegel 25. An dem Umlenkspiegel 25 erfolgt eine Ablenkung des horizontalen Strahlengangs 23 wiederum in eine vertikale optische Achse 26. Unterhalb des Umlenkspie- gels 25 befindet sich ein drittes vertikales Objektivteil 27 mit einer weiteren Linsengruppe 28. Zusätzlich befinden sich im Strahlengang noch drei λ/4-Platten 29, 30 und 31. Die λ/4- Platte 29 befindet sich in dem Projektionsobjektiv zwischen dem Retikel 2 und dem Strahlenteilerelement 24 hinter einer Linse oder Linsengruppe 32. Die λ/4-Platte 30-, befindet sich im Strahlengang des horizontalen Objektivteiles 3b und die λ/4-Platte 31 befindet sich in dem dritten Objektivteil 27.
Die drei λ/4-Platten dienen dazu die Polarisation einmal vollständig zu drehen, wodurch unter anderem Strahlenverluste minimiert werden.
Die einzelnen optischen Achsen des Projektionsobjektives nach der Figur 2 sind zwar beim Aufbau des Objektives sehr exakt zueinander justiert, so daß sie mit ausreichender Genauigkeit parallel bzw. senkrecht zueinander verlaufen, aber durch me- chanische Schwingungen werden die einzelnen Objektivteile gegeneinander verschoben, was zu einer entsprechenden Verschlechterung der Abbildungsqualität führt. Die in dem horizontalen Objektivteil 3b auftretenden Schwingungen werden in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 durch eine Aktuatoreinrichtung 19 kompensiert, die mit dem Umlenkspiegel 25 verbunden ist. Auch hier ermitteln wiederum Sensoren 15 und 16 die Positionen des Konkavspiegels 6 bzw. des Umlenkspiegels 25 und leiten dessen Werte über Steuerleitungen zu der in diesem Ausführungsbeispiel nicht mehr darge- stellten Auswertungs- und Steuerelektronik 18.
Im Bedarfsfall kann der Sensor 15 oder auch ein separater Sensor, der an dem Gehäuse 7 des Objektivteiles 3b angeordnet ist, dazu verwendet werden, um Korrekturen vorzunehmen, die z.B. aufgrund von Langzeiteffekten zu einem Absinken z.B. des Konkavspiegels 6 geführt haben und damit ebenfalls zu Abbildungsfehler führen' würden.
Auf ähnliche Weise lassen sich Ortsverschiebungen aufgrund unterschiedlicher Temperaturverteilungen in der gesamten Ob- jektivstruktur feststellen. In beiden Fällen wird eine entsprechende Korrektur der Nullagenposition an dem Prisma 8 o- der dem Umlenkspiegel 19 vorgenommen.
Als Sensoren 15 und 16 lassen sich die verschiedensten Sensoren verwenden, wie z.B. Kapazitive, Induktive oder andere Wegmeßsensoren.
Anstelle des Umlenkspiegels 25, an welchem die in Strahlrich- tung im Objektiv verstellende Einrichtung 19 angreift, kann hierfür auch das Strahlteilerelement 24 verwendet werden. In diesem Fall ist das Strahlteilerelement 24 entsprechend mit einem Positionssensor 16' und einer Aktuatoreinrichtung 19'
(siehe gestrichelte Darstellung in der Figur 2) zu versehen.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Korrektur von schwingungsinduzierten Abbildungsfehlern in einem Objektiv, insbesondere in einem 'Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen, wobei das Objektiv wenigstens ein erstes Objektivteil mit einer ersten optischen Achse und wenigstens ein zweites Objektivteil aufweist, dessen optische Achse von der ersten optischen Achse abweicht, wobei über wenigstens ein optisches Strahlumlenkelement eine Strahlumlenkung zwischen den Objektivteilen stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der Objektivteile (3a, 3b) auftretende Schwingungen über eine Sensorik (15) gemessen und ausge- wertet werden, und daß die Ergebnisse als Eingangsdaten für eine die Strahlrichtung im Objektiv verstellende Einrichtung (19) derart verwendet werden, daß durch die Schwingungen des schwingenden Objektivteiles (3b) auftretende Abbildungsfehler kompensiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Objektiv ein katadioptrisches Objektiv verwendet wird, wobei die optische Achse (23) in dem zweiten Objektivteil (3b) wenigstens annähernd in horizontaler Rich- tung oder leicht geneigt dazu verläuft.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Strahlumlenkung bewirkende optische Strahlumlen- kungselement ein Prisma (8) ist, das zwischen den beiden Ob ektivteilen (3a, 3b) eingesetzt wird und an dem die die Strahlrichtung verstellende Einrichtung (19) angreift.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem wenigstens ersten Objektivteil (3a) mit vertikaler optischer Achse (22) ein drittes Objektivteil (27) mit einer vertikalen optischen Achse (26) verwendet wird, und daß das zwischen dem ersten und dem dritten Objektivteil (3a, 27) angeordnete zweite Objektivteil (3b) wenigstens annähernd eine horizontal verlaufende optische Achse (23) aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strahlumlenkung zwischen dem ersten und dem zweiten Objektivteil (3a, 3b) ein Strahlteilerelement (24) verwen- det wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strahlrichtung verstellende Einrichtung (19) an dem Strahteilerelement (24) angreift.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch- gekennzeichnet, daß als die Strahlumlenkung bewirkendes optisches Strahlum- lenkungs-element ein Umlenkspiegel (25) verwendet wird, der zwischen dem zweiten Objektivteil (3b) und dem drit- ten Objektivteil (27) angeordnet ist und an dem die die Strahlrichtung verstellende Einrichtung (19) angreift.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strahlrichtung im Objektiv verstellende Einrich- tung (19) zum Ausgleich von auf Langzeiteffekten beruhenden Abbildungsfehlern verwendet wird, wozu eine Nullposition in Abhängigkeit von den Langzeiteffekten einjustiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strahlrichtung im Objektiv verstellende Einrichtung (19) zur Kompensation von inhomogenen Temperaturverteilungen in der Objektivstruktur verwendet wird, wozu eine Nullposition in Abhängigkeit von der inhomogenen Temperaturverteilung einjustiert wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingende Objektivteil (3b) mit ein oder mehreren Sensoren (15) versehen ist, die mit einer Auswertungs- und Steuerelektronik (18) verbunden sind, welche wiederum mit einem VerStellglied (19) verbunden ist, das entsprechend der erhaltenen Eingangsdaten die Position des Strahlumlenkelementes (8,24,25) verändert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied (19) an dem Strahlumlenkelement (8,25) angreift.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv als katadioptrisches Objektiv ausgebildet ist, mit einem ersten Objektivteil (3a) mit einer in vertikaler Richtung verlaufenden optischen Achse (22) und mit einem zweiten Objektivteil (3b), dessen optische Ach- se (23) wenigstens annähernd in horizontaler Richtung verläuft, wobei das Strahlumlenkelement als Umlenkspiegel, Strahlteilerelement (24) oder Prisma (8) ausgebildet ist, an dem das Versteilglied (19) angreift.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem ersten Objektivteil (3a) mit der ersten vertikalen optischen Achse (22) ein drittes Objektivteil (27) mit einer zweiten vertikalen optischen Achse (26) vorgesehen ist, und daß für die Strahlumlenkung zwischen dem ersten Objektivteil und dem zweiten Objektivteil (3b) ein Strahlteilerelement (24) vorgesehen ist, und daß das die Strahlumlenkung bewirkende optische Element als Umlenkspiegel (25) ausgebildet ist, der zwischen dem zweiten Objektivteil (3b) und dem dritten Objektivteil (27) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensorik ein oder mehrere Sensoren (15) vorgesehen •sind, die Schwingungen eines Objektivgehäuses (7) des schwingenden Objektivteiles (3b) gegenüber einer festen Struktur (12) messen, und daß wenigstens ein Sensor (16) an dem optischen Strahlumlenkungselement (8,24,25) zu dessen Positionsbestimmung vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Objektivgehäuse (7) des schwingenden Objektivteiles (3b) ein oder mehrere Sensoren (15) vorgesehen sind, die Lageabweichungen der optischen Achse (22) des schwingenden Objektivteiles (3b) oder von optischen Ele- menten (6) gegenüber einer Ausgangs-Nullposition registrieren, wobei die festgestellten Werte in eine Auswertungs- und Steuerelektronik (18) zur Korrektur der Nullwertposition eingebbar sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlumlenkelement (8,24,25) mit einer dessen Gewichtskraft wenigstens annähernd kompensierenden Ausgleichsmasse (20) versehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei einem Prisma (8) als Strahlumlenkelement mit einer Drehachse (14) an einer Vorderkante des Prismas (8) die Ausgleichsmassen (20) auf der von dem Verstellglied (19) abgewandten Seite der Drehachse (14) befinden.
18. Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen mit wenigstens einem ersten Objektivteil, mit einer ersten vertikalen optischen Achse und mit einem zweiten Objektivteil, dessen optische Achse von der ersten vertikalen optischen Achse abweicht, wobei zwischen dem wenigstens einem ersten Objektivteil und dem zweiten Objektivteil ein optisches Strahlumlenkelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Objektivteil (3b) mit ein oder mehreren Sensoren (15) versehen ist, die mit einer Auswertungs- und Steuerelektronik (18) verbunden sind, welche wiederum mit einem VerStellglied (19) verbunden ist, das entsprechend der erhaltenen Eingangsdaten die Position des Strahlumlenkelementes (8,24,25) verändert.
19. Projektionsobjektiv nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es als katadioptrisches Objektiv ausgebildet ist, wobei das zweite Objektivteil (3b) eine wenigstens annähernd in horizontaler Richtung oder leicht ge- neigt dazu verlaufende optische Achse (23) aufweist, und wobei zur Strahlumlenkung zwischen dem ersten Objektivteil (3a) und dem zweiten Objektivteil (3b) ein Umlenkspiegel, ein Strahlteilerelement (24) oder Prisma (8) vorgesehen ist, an welchem das Versteilglied (19) an- greift.
20. Projektionsobjektiv nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem ersten Objektivteil (3a) mit der ersten vertikalen optischen Achse (22) ein drit- tes Objektivteil (27) mit einer zweiten vertikalen optischen Achse (26) vorgesehen ist, wobei zwischen dem ersten Objektivteil (3a) und dem zweiten Objektivteil (3b) , das wenigstens annähernd eine in horizontaler Richtung oder leicht geneigt dazu verlaufende optische Achse (23) aufweist, ein Strahlteilerelement (24) angeordnet ist, und daß zwischen dem zweiten Objektivteil (3b) und dem dritten Objektivteil (27) als Strahlumlen-kungselement ein Umlenkspiegel (25) angeordnet ist, an dem das Ver- stellglied (19) angreift.
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