JP2010517279A - 光学システムの結像特性を改善する方法及び光学システム - Google Patents

Abstract

光学システムの結像特性を改善する方法、更に、改善された結像特性を有する光学システムを提供する。光学システム（１０）の結像特性を改善する方法と、改善された結像特性を有するこの種の光学システム（１０）も説明する。光学システム（１０）は、複数の光学要素を有する。少なくとも１つの結像収差を少なくとも部分的に補正するために、複数の光学要素からの少なくとも第１の光学要素（４２）が、機械的力作用（７２）及び熱的作用（７６）によって位置決めされ及び／又は変形され、又は少なくとも第１の光学要素（４２）は、機械的力作用（７２）によって位置決めされ及び／又は変形され、複数の光学要素からの少なくとも第２の光学要素（４６）が、熱的作用（７８）によって変形される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学システムの結像特性を改善する方法に関する。
更に、本発明は、改善された結像特性を有する光学システムに関する。

光学システムは、例えば、微細にパターン化された構成要素を加工するための半導体リソグラフィにおける投影対物器械の形態で用いられる。本明細書では、特にこの種類の投影対物器械に対して言及する。
この種類の光学システムは、例えば、様々な反射／屈折特性を有するレンズ、ミラー、又は平行平面板として形成することができる複数の光学要素を有する。
投影対物器械は、マスク構造又はパターン（レチクル）を感光基板上に結像するのに用いられる。この場合には、光学システムの対物面に配列された構造は、光源及びそれに関連付けられた照明光学アセンブリによって照らされる。この構造を通じて透過される光は、光学システムを通じて誘導され、光学システムの像平面に配列された感光基板を露光する。

今日では、絶えず小型化する構成要素内の構造の集積密度を高めるために、基板上に結像される構造は、益々小さく作られている。従って、光学システムの結像品質が高まるように、光学システムの結像特性及びその分解機能を改善するという光学システムに課せられる高い要件が存在する。
光学システムの結像品質は、光学システム内で発生する結像収差、例えば、収差から生じる区域に依存する。そのような結像収差は、光学システムの少なくとも１つの光学要素が加熱されて光学システムの結像特性を変化させることにより、光学システムの作動中に熱的に誘起される場合がある。

少なくとも１つの光学要素の加熱により、この少なくとも１つの光学要素の材料の不可逆的で放射線に影響される変化が発生する場合がある。一例として、材料の密度変化（圧密化）は、光学要素の屈折率の局所変化を招く。更に、屈折率変化又はそれ以外に幾何学的変形という形態での光学要素材料の時間的な可逆変化が発生する可能性があり、光学システムの結像特性に影響を及ぼすことも起こり得る。

光学システムの照明モードに依存して、少なくとも１つの光学要素の加熱は、光学システムの光軸に対して回転対称又は非回転対称のものとすることができる。非回転対称加熱は、例えば、照明光学アセンブリ内のマスク又は格子によって達成される双極照明によって引き起こされる。
熱的に誘起される結像収差は、光学要素の変形によって少なくとも部分的に補正することができることは公知である。一般的に、そのような変形は、光学要素の波面プロフィールにおいて特定の波形（方位角方向の周期性）を発生させ、この波形を用いて、波面収差プロフィールの対応する波形が少なくとも部分的に補正される。波面の波形（方位角方向の周期性）は、２πまでの角度の整数倍を意味し、それによって波面は、瞳の中心点回りの方位角方向の回転の後にそれ自体へと重なると理解すべきである。

ＷＯ９９／６７６８３から、光学システム内のマウントに配列されたレンズは、マニピュレータを用いて機械的に変形することができることは公知である。この場合には、マニピュレータは、レンズに対して光軸とほぼ垂直に作用して半径方向から外れる非回転対称の力をレンズ上に発生させる１つ又はそれよりも多くのアクチュエータを有する。設定されたレンズ歪曲により、光学システムの結像収差がターゲット方式で最小にされるようにシステム全体の結像収差を補償する結像収差を誘発することができる。

しかし、機械的マニピュレータを用いる日々の運用では、光学要素の変形では、単純な、すなわち、低次の波面収差プロフィールしか補正することができないことが判明している。光学要素が複雑な波面収差プロフィールを有する場合には、光学要素をより高次の方式で変形することが必要である。そのような変形は、機械的には、非常に複雑な方式でしか達成することができない。更に、光学要素内及び光学要素とそのマウントの間の両方において、光学要素及びそのマウントに損傷を与える場合がある機械的応力が発生する。それによって結像収差を補正するのに機械的マニピュレータの使用範囲が大幅に制限される。

ＥＰ０、６７８、７６８Ｂ１は、複数の光学要素を含む投影露光装置を開示している。これらの光学要素には、光学要素の周辺に分散するように配列された熱的マニピュレータが割り当てられる。熱的マニピュレータは、非回転対称温度分布を相殺し、この相殺は、光学要素の部分領域を冷却又は加熱することによって投影露光装置の結像機能を低下させる。光学要素の温度変化に起因して、例えば、熱膨張係数、屈折率、及び幾何学形状のようなこれらの光学要素の材料特性が変化する。
更に、光学要素を位置決めし、すなわち、変位、傾斜、及び／又は回転させることによって結像収差を低減することができる。

更に、ＵＳ６、１９８、５７９Ｂ１は、少なくとも１つのレンズに複数の熱的マニピュレータが割り当てられた光学システムを開示している。これらのマニピュレータは、レンズの周辺に分散して配列され、このレンズを冷却又は加熱することによってレンズの温度分布及び幾何学形状を変更するように設計される。光学要素の結像収差は、この手段によって少なくとも部分的に補正することができる。マニピュレータは、ペルチェ素子として形成される。

熱的マニピュレータの１つの欠点は、光学要素の最適な熱依存の変形が遅延方式でしか発生しないことである。これは、最初に光学要素を加熱／冷却することによって光学要素内に望ましい温度分布を設定すべきであることに基づくものである。熱的に変形される光学要素を取り扱う日々の経験から、熱的マニピュレータの始動と光学要素の望ましい変形の間の時間は、数分、例えば、１０分にまで達する場合があることが公知である。その結果として、光学システムの使用においてかなりの遅延が発生する場合がある。

結像収差を補正するための熱的マニピュレータの更に別の欠点は、複雑な方式で計算されることになる誘起される温度変化に起因する光学要素の結像特性変化から生じる。光学要素が、温度に依存する方式で変形される場合には、光学要素の結像特性、例えば、屈折率も同様に温度と共に変化する。従って、可能な最良の結像収差補正を達成するためには、温度に依存する光学要素変形を非常に正確に考慮して制御すべきである。

ＵＳ２００６／０２４４９４０Ａ１は、熱的マニピュレータに加えて機械的マニピュレータを含むマイクロリソグラフィのための投影対物器械を開示している。熱的マニピュレータは、非回転対称温度分布が回転対称温度分布へと移行するように、光学要素のうちの１つを加熱する赤外線発光器の配列から成る。機械的力作用を用いて１つ又はいくつかの光学要素を位置決めする機械的マニピュレータは、熱補正の後に残留する回転対称結像収差を補正するのに用いられる。
更に、ＵＳ２００６／０１４６６２Ａ１は、収差を補正するのに光学要素が機械的かつ熱的に変形される光学液浸システムを開示している。

ＷＯ９９／６７６８３ ＥＰ０、６７８、７６８Ｂ１ ＵＳ６、１９８、５７９Ｂ１ ＵＳ２００６／０２４４９４０Ａ１ ＵＳ２００６／０１４６６２Ａ１ ＥＰ１、２３１、５１７Ａ１ ＵＳ５、９７８、０８５Ａ１ ＵＳ５、３９２、１１９Ａ１ ＵＳ５、８２８、４５５Ａ１

光学システムの結像収差を短時間で実質的に低減することができる光学システムの結像特性を改善する方法に対する必要性が依然として存在する。
従って、本発明の目的は、そのような方法を提供することである。
更に、本発明の目的は、結像特性に関して改善された光学システムを提供することである。

本発明によると、この目的は、少なくとも１つの結像収差を少なくとも部分的に補正するために、複数の光学要素からの少なくとも第１の光学要素が、機械的力作用及び熱的作用を用いて位置決めされ及び／又は変形されるか、又は少なくとも第１の光学要素が、機械的力作用を用いて位置決めされ及び／又は変形され、複数の光学要素からの少なくとも第２の光学要素が、熱的作用を用いて変形される、複数の光学要素を有する光学システムの結像特性を改善する方法によって達成される。

更に、本発明によると、この目的は、改善された結像特性を有する光学システムを用いて達成され、光学システムは、複数の光学要素を有し、複数の光学要素には、これら複数の光学要素を能動的に位置決めし及び／又は変形させるための複数のマニピュレータが割り当てられ、複数のマニピュレータからの少なくとも１つの第１のマニピュレータが、機械的マニピュレータとして形成され、複数のマニピュレータからの少なくとも１つの第２のマニピュレータが、熱的マニピュレータとして形成される。

本発明による方法及び本発明による光学システムは、光学システム内に収容された少なくとも第１の光学要素を機械的力作用及び熱的作用を用いて位置決めし及び／又は変形させることにより、光学システムの結像特性を改善する。代替形態として、少なくとも第１の光学要素が、機械的力作用を用いて位置決めされ及び／又は変形され、光学システム内に収容された少なくとも第２の光学要素が、熱的作用を用いて変形されることがもたらされる。機械的力作用及び熱的作用は、それぞれ機械的マニピュレータ及び熱的マニピュレータを用いて達成される。
少なくとも第１及び／又は少なくとも第２の光学要素の機械的位置決め及び／又は変形、並びに熱的変形は、光学システムの波面プロフィール変化を誘導し、この手段により、少なくとも１つの結像収差を少なくとも部分的に補正することができる。

本発明によると、光学要素の機械的／熱的変形は、その特性、特にその幾何学形状の及び／又は例えば屈折率又は熱膨張係数などのようなその材料特性の光学変化を意味すると理解すべきである。
光学要素の機械的位置決めは、光軸に沿った又はそれを横断する変位、光軸回りの回転、及び／又は傾斜と理解されるものとする。
光学要素は、例えば、様々な屈折及び反射特性を有するレンズ、ミラー、又は平行平面板として形成することができる。

機械的力作用を用いた光学要素の位置決め及び／又は変形、並びに熱的作用を用いた変形は、有利な態様においては、光学要素の基本的な次数の結像収差とより高次の結像収差とを補正する２つの異なる可能性を生じる。光学要素を変形又は位置決めする両方の手法は、十分に公知であり、光学システムの波面収差プロフィールを補正するのに十分に制御可能なターゲット方式で用いることができる。
更に別の利点は、機械的変形が光学要素又はそのマウントに対する損傷を招くことになる時に、光学要素の熱的変形を用いることができるということに基づいている。従って、光学要素の熱的変形は、単純な機械的変形では可能にはならない結像収差の補正を可能にする。
更に、同時に実施される光学要素の機械的位置決め及び／又は変形、並びに熱的変形により、結像収差の補正に必要とされる時間が短縮される。

１つの好ましい構成では、少なくとも第１の光学要素は、時間的に重畳する方式で機械的力作用によって位置決めされ及び／又は変形され、熱的作用を用いて変形されるか、又は少なくとも第１の光学要素は、機械的力作用を用いて位置決めされ及び／又は変形され、時間的に重畳する方式で少なくとも第２の光学要素が、熱的作用を用いて変形される。
この対処法は、光学要素の複雑な波面収差プロフィールを光学要素の機械的に誘発される操作と熱的に誘発される操作との相互作用において最適に補正することができるという利点を有する。

更に好ましい構成では、少なくとも第１の光学要素は、時間的に一定の機械的力作用を用いて位置決めされ及び／又は変形される。
この対処法は、機械的力作用を単純で容易に制御可能な方式でもたらすことができるという利点を有する。光学要素に対する時間的に一定の機械的力作用補正効果は十分に公知であり、従って、十分に予測することができる。更に、時間的に一定の機械的力作用を発生させる機械的マニピュレータに課せられる技術要件は、時間的に可変の機械的力作用を発生させるマニピュレータの場合におけるものよりも厳しくない。

更に好ましい構成では、少なくとも第１の光学要素及び／又は少なくとも第２の光学要素は、時間的に可変の熱的作用、例えば、時間的に線形に立ち上がる熱的作用を用いて変形される。
この対処法は、熱的作用を光学システムの時間的に可変の波面収差プロフィールに最適に適応させることができるという利点を有する。光学システムの結像収差は、この手段によって特に良好に補正することができる。

更に好ましい構成では、第１の光学要素を位置決めし及び／又は変形させるための機械的力作用は、１秒よりも短く、好ましくは、５００ミリ秒よりも短く、より好ましくは、１００ミリ秒よりも短い継続時間内に調節及び／又は変更される。
この光学システムでは、少なくとも１つの機械的マニピュレータには、１秒よりも短く、好ましくは、５００ミリ秒よりも短く、より好ましくは、１００ミリ秒よりも短い継続時間内に機械的マニピュレータを作動させるコントローラが割り当てられる。そのような継続時間の各々の後には、マニピュレータは休止状態にある。

従って、少なくとも１つの機械的マニピュレータは、望ましい力作用を調節するために、例えば、第１の光学要素を位置決めし及び／又は変形させるために最小継続時間にわたってのみトリガされ、その直後に、機械的マニピュレータの作動は、調節された機械的力作用に達するように中断される。この調節された機械的力作用は一定であり、ゼロよりも大きい値又はゼロにほぼ等しい値を有することができる。機械的マニピュレータのこれらの短時間作動は、特に基板を露光するのにマイクロリソグラフィのための投影対物器械が用いられる場合に、機械的マニピュレータの作動によって発生する揺動又は振動を光学システムの前に減衰させることができるという利点を有する。ウェーハとも呼ばれる基板は、「ダイ」とも呼ばれる複数の単一区域に分割される。各ダイは、通常は順次別々に露光される。上述の対処法は、機械的マニピュレータの作動によって発生する揺動が、ダイの露光が始まる前に減衰されることを保証する。

更に好ましい構成では、第１の光学要素を位置決めし及び／又は変形させるための機械的力作用は、時間間隔Δｔ_mech内に適応される。
この構成は、第１の光学要素に対する機械的力作用時間間隔内での調節及び／又は変更の場合を表している。好ましくは、時間間隔Δｔ_mechは、単一のダイの露光の時間間隔に適応される。
言い換えれば、機械的マニピュレータは、第１の光学要素の位置決め及び／又は変形をシステムの光学要素の加熱に起因して必要とされる結像補正に適応させるためにダイ毎にトリガされる。
この光学システムでは、上述のコントローラは、少なくとも１つの機械的マニピュレータを上記に応じて時間間隔Δｔ_mechで作動させる。従って、機械的マニピュレータのトリガ又は作動の時間間隔Δｔ_mechは、作動自体の継続時間よりも長く、各単一のダイの１回の露光の時間間隔に応じて平均で１秒から５秒の範囲にある。

別の好ましい構成では、第１及び／又は第２の光学要素に対する熱的作用は、連続的に実施される。
機械的マニピュレータとは異なり、熱的マニピュレータは、揺動及び振動の問題の対象とはならない。従って、熱的マニピュレータは、熱時定数を短くするために連続的に作動させることができる。
しかし、熱的マニピュレータの場合であっても、第１及び／又は第２の光学要素に対する熱的作用を時間間隔Δｔ_thermで実施することができれば好ましいものとすることができる。

この光学システムでは、上記に応じて、少なくとも１つの熱的マニピュレータにも連続的に又は時間間隔Δｔ_thermで熱的マニピュレータを作動させるコントローラが割り当てられる。
好ましくは、機械的力作用及び熱的作用作動の時間間隔ｔ_thermΔ及びΔｔ_mechは、比Δｔ_therm／Δｔ_mechが０から約１０の範囲にくるように選択される。値０は、熱的マニピュレータの連続作動を意味し、約１の値は、例えば、ダイ毎に機械的マニピュレータ及び熱的マニピュレータの等しい時間間隔での作動を意味し、１よりも大きい値、例えば、７から１０は、熱的マニピュレータが、ウェーハの完全露光の継続時間にわたって作動され、すなわち、熱的マニピュレータの作動が、単一のダイの各１回の露光の後に中断されず、機械的マニピュレータにおいても同様であることを意味する。

更に好ましい構成では、熱的作用は、この熱的作用が少なくとも第１の光学要素及び／又は少なくとも第２の光学要素内に回転対称の温度分布を生成するように実施される。
この対処法は、光学要素の回転対称の加熱に基づく光学システムの結像収差が、光学要素内に確立される回転対称の温度分布によって補正されるという利点を有する。

更に好ましい構成では、熱的作用は、この熱的作用が少なくとも第１の光学要素及び／又は少なくとも第２の光学要素内に非回転対称の温度分布を生成するように実施される。
この対処法は、例えば、照明極によって達成されるもののような光学要素の非回転対称の加熱に基づく結像収差を光学要素内に誘発される非回転対称の温度分布によって補正することができるという利点を有する。

更に好ましい構成では、熱的作用は、この熱的作用が少なくとも第１の光学要素及び／又は少なくとも第２の光学要素の縁部領域内に温度変化を生成するように実施される。
この対処法は、光学要素の光学的未使用領域内に温度変化が生じるという利点を有する。縁部領域から発し、誘発された温度変化を光学要素全体に拡大することができる。

更に好ましい構成では、機械的力作用は、この機械的力作用が熱的作用効果の範囲を拡張するように実施される。
この対処法は、光学要素の機械的にのみ誘発された変形、又は熱的にのみ誘発された変形に比較して大きい変形が達成されるという利点を有する。
更に好ましい構成では、機械的力作用及び熱的作用は、これらの作用が少なくとも１つの結像収差の実際の補正と望ましい補正との間の時間間隔を最小にするように実施される。
この対処法は、少なくとも１つの結像収差の少なくとも部分的な補正が迅速に実施されるという利点を有する。それによって光学システムの作動中の保守回数は有利に低減する。

更に好ましい構成では、少なくとも１つの結像収差は、この少なくとも１つの結像収差の少なくとも部分的な補正の前に判断される。

この対処法は、結像収差をこの結像収差の情報に基づいて最適に改善することができるという利点を有する。

更に好ましい構成では、少なくとも１つの結像収差は、波面プロフィールの直接測定によって判断される。

この対処法は、結像収差を更に別の技術的出費なしに単純な方式で判断することができるという利点を有する。

更に好ましい構成では、少なくとも１つの結像収差は、光学システム内の視野及び回折角依存の光分散の推定によって判断される。

この対処法は、それによって単純な方式で実施することができる少なくとも１つの結像収差を判断するための更に別の方法がもたらされるという利点を有する。光学システム内の光分散の推定は、光学要素の層及び体積吸収係数の情報を用いる。光学要素内に吸収される強度、及び光学要素の温度分布は、光源及び照明光学アセンブリによる構造の照明のモードに基づいて判断される。これらから、光学システムの波面収差プロフィールを推定するために、光学要素の熱膨張係数及び屈折率を計算することができる。

更に好ましい構成では、少なくとも１つの結像収差は、光学システム内の視野及び回折角依存の光分散と、基準測定値の視野及び回折角依存の光分散との比較によって判断される。
この対処法は、単純な方式で実施することができる結像収差を判断するための更に別の可能性がもたらされるという利点を有する。基準光分散の結像収差は既知であるから、光学システムの少なくとも１つの結像収差を直接推定することができる。

更に好ましい構成では、少なくとも１つの結像収差は、光学システムの少なくとも１つの平面内の視野及び回折角依存の光分散の検出器を用いた測定によって判断される。
この対処法は、単純な方式で実施することができる光学システムの結像収差を判断するための更に別の可能性をもたらす。好ましくは、光分散の測定は、基板の露光の前に実施され、例えば、ＣＣＤカメラのような検出器が用いられる。光分散は、例えば、瞳に近い平面、視野に近い平面、及び／又は中間平面である光学システムの平面において測定することができる。

更に好ましい構成では、少なくとも１つの結像収差が判断された後、少なくとも１つの結像収差の少なくとも部分的な補正が実施される前に、少なくとも１つの結像収差の時間的発達が検出される。
この対処法は、将来発生する結像収差の情報に基づいて結像収差を最適に補正することを可能にする。
更に好ましい構成では、少なくとも１つの結像収差の時間的発達を判断するために、少なくとも１つの結像収差の情報が用いられる。
この対処法は、結像収差の将来の時間的発達を現在の結像収差に基づいて非常に正確に予測することができるという利点を有する。更に、上記に加えて、時間的発達をより一層正確に予測することができるように、少なくとも１つの結像収差の時間的発達の予測において過去の時点で既に発生した結像収差を考慮に入れることが可能である。

更に好ましい構成では、少なくとも１つの結像収差を少なくとも部分的に補正するために、達成することができる可能な最良の補正が判断される。
この対処法は、実施することができる全ての可能な補正を含めて、結像収差を最適に補正することを可能にする。
本発明による光学システムの場合に、特許請求の範囲で特定される光学システムの好ましい構成に従って、光学システムの結像特性を改善する上述の方法を適用することが可能である。

更に別の利点及び特徴は、以下の説明及び添付図面から明らかになるであろう。
その都度説明しないが、上記に示した特徴及び下記に説明する特徴は、指定する組合せだけではなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組合せに又はそれら自体によって用いることができる。
添付図面に関連する一部の選択された例示的な実施形態に基づいて、下記に本発明をより詳細に説明かつ記述する。

基板の露光中の光学システムの概略図である。 少なくとも１つの結像収差の少なくとも部分的な補正の概略図である。 光学システムの結像特性を改善するための本発明による方法の流れ図である。

図１は、一般的な参照記号１０を与えた光学システムを示しており、この光学システムは、構造２０又はマスクパターン（レチクル）の感光基板２２上への結像を可能にする。
この種類の光学システム１０は、マイクロリソグラフィにおいて微細にパターン化された構成要素を加工するための投影対物器械として用いることができる。
照明光学アセンブリ２５が割り当てられた光源２４は、光学システム１０の対物面２６に配列された構造２０を照明する。光ビーム２８は、構造２０の部分領域を通じて透過され、光学システム１０上に当たる。光学システム１０は、構造２０を光学システム１０の像平面３０に配列された感光基板２２上に縮小方式で結像する。

光学システム１０は、様々な屈折及び反射特性を有するレンズ、ミラー、又は平行平面板として形成することができる複数の光学要素を有し、概略図内では４つの光学要素４２〜４８を有する。各光学要素４２〜４８は、光学システム１０内のそれぞれのマウント５０〜５６内に収容される。
光学システム１０の作動中に、１つ又はそれよりも多くの光学要素４２〜４８の加熱の結果として、少なくとも１つの結像収差が発生する可能性がある。この加熱に起因して、光学要素４２〜４８の材料特性は、放射線に影響される方式で不可逆に変化する可能性がある。一例として、光学要素４２〜４８の密度が変化する可能性があり（圧密化、希薄化）、その結果、光学要素４２〜４８の屈折率又は熱膨張係数が変化する。更に、光学要素４２〜４８の加熱は、幾何学形状及び材料特性の時間的な変化を招く可能性がある。
光学要素４２〜４８の加熱は、光学システム１０の光軸Ｏに対して回転対称又は非回転対称で発生する可能性がある。非回転対称加熱の事例は、例えば、光学システムに対する照明極を発生させることができる照明光学アセンブリ２５内のマスク又は格子によってもたらされる。

本発明による方法は、光学システム１０の少なくとも１つの結像収差を補正することによって光学システム１０の結像特性を改善するという役割を達成する。
この目的のために、光学システム１０は、複数の光学要素に割り当てられた複数のマニピュレータを有し、概略図では４つのマニピュレータ６２〜６８を有する。マニピュレータ６２〜６８は、機械的マニピュレータ６２〜６４又は熱的マニピュレータ６６〜６８として形成することができる。

一例として、光学要素４２には、少なくとも１つの機械的マニピュレータ６２及び少なくとも１つの熱的マニピュレータ６６を割り当てることができる。更に、各場合に、少なくとも１つの機械的マニピュレータ６４又は少なくとも１つの熱的マニピュレータ６８をそれぞれの光学要素４４、４６に割り当て、光学要素４４、４６に対して作用させることができる。
マニピュレータ６２〜６８は、光学システム１０の少なくとも１つの結像収差を少なくとも部分的に補正するという役割を達成する。各機械的マニピュレータ６２、６４は、光学要素４２、４４に対して作用して光学要素４２、４４に対して機械的力を発生させる１つ又はそれよりも多くのアクチュエータを有することができる。これらのアクチュエータによって光学要素４２、４４は位置決めされ、又は機械的に変形され、変形の場合には、その特性、特に幾何学形状、及び／又は例えば屈折率などのような材料特性に関して光学的に変更される。光学要素４２、４４の位置決めは、光学要素４２、４４の幾何学形状又は材料特性の変更をもたらさず、ここでの位置決めは、光軸Ｏの方向又はその方向を横断する方向の光学要素４２、４４の変位、光軸Ｏ回りの光学要素４２、４４の回転、及び／又は光軸Ｏに対する垂直軸回りの光学要素４２、４４の傾斜を意味する。

機械的力作用７２、７４は、光学要素４２、４４のあらゆる望ましい領域において作用させることができる。更に、機械的力作用７２、７４は、機械的マニピュレータ６２、６４の始動直後に始まり、作動後に時間的に一定の方式で作用し、その後機械的力作用は、ゼロよりも大きい値又はゼロにほぼ等しい値を有することができる。
機械的マニピュレータ６２、６４は、２次の波形を有する結像収差を補正するための変形可能レンズ要素に対するアクチュエータ、又は光学要素４２、４４を位置決めするためのアクチュエータを含むことができる。

機械的マニピュレータ６２、６４は、望ましい機械的力作用を調節及び／又は変更するために短い継続時間にわたってのみ作動される。この継続時間は、約１秒よりも短く、好ましくは、５００ミリ秒よりも短く、より好ましくは、１００ミリ秒よりも短い範囲にある。機械的マニピュレータ６２、６４は、瞬時に作用し、すなわち、望ましい機械的力作用を調節及び／又は変更するためのその時定数は最小であるから、この継続時間は十分である。

好ましくは、機械的マニピュレータ６２、６４は、毎回基板２２の露光が中断した瞬間に作動又はトリガされる。ウェーハとも呼ばれる基板２２は、露光されるその表面上で、順次露光されることになる複数のダイに分割され、好ましくは、機械的マニピュレータ６２、６４は、１つのダイの露光が完了し、次のダイの露光が始まる前の時点でトリガされる。従って、機械的マニピュレータ６２、６４は、光学要素４２、４４に対するそれぞれの望ましい機械的力作用を調節及び／又は変更するために時間間隔Δｔ_mechでトリガされ、好ましくは、これらの時間間隔は、その後のダイの間の露光時間間隔に対応する。時間間隔Δｔ_mechは、１秒から５秒の範囲内とすることができ、例えば、約２秒とすることができる。

例においては、機械的マニピュレータ６２、６４には、機械的マニピュレータ６２、６４の時限方式での作動を制御するコントローラ６３、６５が割り当てられる。コントローラ６３、６５は、上述のように短い継続時間のみに対して時間間隔Δｔ_mechでマニピュレータ６２、６５４を作動させる。
熱的マニピュレータ６６、６８は、光学要素４２、４６に対して熱的作用７６、７８を発生させる。光学要素４２、４６は、これらの熱的作用７６、７８によるその部分領域の加熱／冷却によって熱的に変形される。本発明によると、熱的に誘発される光学要素４２、４６の変形は、温度に依存するその特性の変化、特に、幾何学形状及び／又は例えば熱膨張係数及び屈折率のような材料特性変化を意味すると理解すべきである。

１つの好ましい構成では、熱的マニピュレータ６６、６８は、加熱線、ペルチェ素子、又は熱ポンプの原理によるものとして形成することができる。熱的マニピュレータ６６、６８は、熱源と熱シンクとで供給することができる生成されることになる光学要素４２、４６の温度分布を誘発するように設計することができる。
熱的マニピュレータ６６、６８にも同様にコントローラ６７、６９が割り当てられる。
更に各マニピュレータ６２〜６８は、各場合に個々に駆動することができる。同様に、全てのマニピュレータ６２〜６８を共同で又は互いに異なる組合せで駆動することができる。

１つの好ましい構成では、機械的力作用７２及び熱的作用７６が、光学要素４２に対して時間的に重畳する方式で作用するように、機械的マニピュレータ６２及び熱的マニピュレータ６６は、時間的に重畳する方式に用いられる。同様に、光学要素４４、４９に対して機械的力作用７４と熱的作用７８とが同時に作用するように、異なる光学要素４４、４６に割り当てられた機械的マニピュレータ６４及び熱的マニピュレータ６８を時間的に重畳する方式に用いることができる。その結果、それぞれの光学要素４２〜４６の機械的位置決め及び／又は変形と熱的に誘発される変形とが同時に発生し、これらの光学要素の結像特性を変更する。機械的マニピュレータ６２、６４の効果の領域が、熱的マニピュレータ６６、６８の効果の領域に追加されるので、それによって熱的マニピュレータ６６、６８の効果の領域が拡張される。

熱的マニピュレータ６６、６８は、コントローラ６７、６９によって連続方式でトリガすることができ、又は時間間隔Δｔ_mechにほぼ対応するか又はΔｔ_mechよりも約係数１０だけ大きいものとすることができる時間間隔Δｔ_thermでトリガすることができる。一般的に、熱的マニピュレータ６６、６８及び機械的マニピュレータ６２、６４は、比Δｔ_therm／Δｔ_mechが０から約１０の範囲にあるような時間間隔Δｔ_mech及びΔｔ_thermでトリガされ、値０は、熱的マニピュレータ６６、６８の連続トリガを意味する。Δｔ_therm／Δｔ_mech≒１という値は、次から次に実施される単一のダイの露光の時間間隔での熱的マニピュレータ６６、６８のトリガを意味し、１よりも大きく約１０までのこの比の値は、基板２２の完全露光の継続時間にわたる熱的マニピュレータ６６、６８の作動、すなわち、ウェーハ毎の熱的マニピュレータ６６、６８の作動を意味する。

機械的マニピュレータ６２、６４と熱的マニピュレータ６６、６８が光学要素４２〜４８に対して同時に作用する場合には、少なくとも１つの結像収差の実際と望ましい補正８４の間の期間が低減する。光学要素４２、４４の機械的に誘発される位置決め及び／又は変形は、光学要素４２、４６の取得可能な必要な変形をより小さいものとすることができ、熱的マニピュレータ６６、６８の単独の効果と比較してより迅速に達成されるように光学要素４２、４６の熱的に誘発される変形に追加される。

図２は、光学システム１０の少なくとも１つの結像収差の少なくとも部分的な補正の時間分布の例を示しており、機械的マニピュレータ６２、６４又は熱的マニピュレータ６６、６８によって誘発される結像収差を時間に対してプロットしている。誘発される結像収差は、光学システム１０の少なくとも１つの結像収差を少なくとも部分的に補償する。
光学システム１０の少なくとも１つの結像収差の意図する望ましい補正８４は、補正８６及び補正８８によって得られる。補正８６は、機械的マニピュレータ６２、６４を用いた光学要素４２、４４の位置決め及び／又は変形から生じる。補正８８は、熱的マニピュレータ６６、６８を用いた光学要素４２、４６の変形から生じる。

補正８６は、機械的マニピュレータ６２、６４の始動直後に始まり、機械的マニピュレータが再度トリガされるまで時間的に一定である。少なくとも１つの結像収差の補正８８は、時間と共に線形に増大する。望ましい補正８４は、補正８６、８８を互いに組み合わせることから生じ、この組合せを矢印９０で示している。
少なくとも１つの結像収差の少なくとも部分的な補正は、光学システム１０の結像特性を改善する方法１００中に実施される（図３を参照されたい）。方法１００は、方法段階１０２〜１０８、すなわち、少なくとも１つの結像収差の判断、少なくとも１つの結像収差の時間的発達の判断、可能な最良の補正の判断、及び少なくとも１つの結像収差の少なくとも部分的な補正を有する。

方法１００の個々の方法段階１０２〜１０８は、各場合に個々に又は互いに異なる組合せで実施することができる。
少なくとも１つの結像収差の判断である方法段階１０２は、組合せでも用いることができる小段階１１０〜１１６によって実施することができる。小段階１１０は、少なくとも１つの結像収差の直接測定に基づいている。この目的のために、例えば、ＥＰ１、２３１、５１７Ａ１、ＵＳ５、９７８、０８５Ａ１、ＵＳ５、３９２、１１９Ａ１、又はＵＳ５、８２８、４５５Ａ１に例示されているもののような波面検出器を用いることができる。

更に、小段階１１２により、光学システム１０内の視野及び回折角依存の光分散を光源２４及び照明光学アセンブリ２５による構造２０の照明のモードに基づいて推定することができる。この場合には、光学要素４２〜４８内に吸収される強度、すなわち、これらの光学要素の温度分布が、光学要素４２〜４８の層及び体積吸収係数の情報を用いて判断される。従って、光学要素４２〜４８の得られる熱膨張係数、又は得られる温度依存の屈折率変化、並びに光学システム１０の波面全体に対するこれらの効果を計算することができる。
結像収差を判断するための小段階１１４は、光学システム内の視野及び回折角依存の光分散と基準測定値の視野及び回折角依存の光分散との比較によって実施される。

更に、結像収差を判断する方法段階１０２は、例えば、基板の露光の前に光学システム１０の１つ又はそれよりも多くの平面内の光分散の測定である小段階１１６によって実施することができる。１つの好ましい構成では、光分散の測定は、検出器、例えば、ＣＣＤカメラを用いて実施される。小段階１１２によると、光学システム１０の結像収差は、測定された光分散を用いて推定することができる。光分散の測定は、光学システム１０の瞳の近く、及び／又は視野の近く、及び／又は中間位置で実施することができる。
少なくとも１つの結像収差の判断である方法段階１０２の後に、少なくとも１つの結像収差の時間的発達の計算である方法段階１０４が実施される。この方法段階１０４は、少なくとも１つの結像収差の以前の時点での情報を含むことができる。好ましくは、少なくとも１つの結像収差の時間的発達は、予め数時間先まで計算することができる。

光学システム１０の少なくとも１つの結像収差の可能な最良の補正の計算である方法段階１０６は、光学システム１０の少なくとも１つの結像収差を少なくとも部分的に補正することを意図する継続時間を考慮に入れる。この場合には、達成することができる最適な補正は、異なる時点の異なる結像収差の平方ノルムの最適化、例えば波面のｒｍｓ値のような異なる時点の積分値の最適化、又は対応する最大ノルムの最適化を用いて実施することができる。
少なくとも１つの結像収差の少なくとも部分的な補正である方法段階１０８は、上述のように、機械的力作用７２、７４及び熱的作用７６〜７８を用いて実施することができる。

１０ 光学システム
４２ 第１の光学要素
４６ 第２の光学要素
７２ 機械的力作用
７６、７８ 熱的作用

Claims (39)

1. 光学システム（１０）の結像特性を改善する方法であって、
   光学システム（１０）が、複数の光学要素を有し、
   少なくとも１つの結像収差を少なくとも部分的に補正するために、前記複数の光学要素からの少なくとも第１の光学要素（４２）が、機械的力作用（７２）によって及び熱的作用（７６）によって位置決めされ及び／又は変形され、又は該少なくとも第１の光学要素（４２）が、機械的力作用（７２）によって位置決めされ及び／又は変形され、該複数の光学要素からの少なくとも第２の光学要素（４６）が、熱的作用（７８）によって変形される、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記少なくとも第１の光学要素（４２）は、時間的に重畳する方式で機械的力作用（７２）によって及び熱的作用（７６）によって位置決めされ及び／又は変形され、又は該少なくとも第１の光学要素（４２）は、機械的力作用（７２）によって位置決めされ及び／又は変形され、かつ時間的に重畳する方式で前記少なくとも第２の光学要素（４６）が、熱的作用（７４）によって変形されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも第１の光学要素（４２）は、時間的に一定の機械的力作用（７２、７４）によって位置決めされ及び／又は変形されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも第１の光学要素（４２）及び／又は前記少なくとも第２の光学要素（４６）は、時間的に可変の熱的作用（７６、７８）によって、例えば、時間的に線形に立ち上がる熱的作用（７６、７８）によって変形されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記少なくとも第１の光学要素（４２）を位置決めし及び／又は変形させるための前記機械的力作用は、１秒よりも短く、好ましくは、５００ミリ秒よりも短く、更に好ましくは、１００ミリ秒よりも短い継続時間内で調節及び／又は変更されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第１の光学要素（４２）を位置決めし及び／又は変形させるための前記機械的力作用は、時間間隔Δｔ_mech内に適応されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記第１及び／又は第２の光学要素（４２、４６）に対する前記熱的作用は、連続的に実施されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記第１及び／又は前記第２の光学要素（４２、４６）に対する前記熱的作用は、時間間隔Δｔ_therm内に作動されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. Δｔ_therm／Δｔ_mechが、０から約１０の範囲にあることを特徴とする請求項６、及び請求項８又は請求項９のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記熱的作用（７６、７８）は、それが前記少なくとも第１の光学要素（４２）及び／又は前記少なくとも第２の光学要素（４６）に回転対称の温度分布を生成するような方法で実施されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記熱的作用（７６、７８）は、それが前記少なくとも第１の光学要素（４２）及び／又は前記少なくとも第２の光学要素（４６）に非回転対称の温度分布を生成するような方法で実施されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記熱的作用（７６、７８）は、それが前記少なくとも第１の光学要素（４２）及び／又は前記少なくとも第２の光学要素（４６）の縁部領域に温度変化を生成するような方法で実施されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記機械的力作用（７２、７４）は、それが前記熱的作用（７６、７８）の効果の範囲を拡張するような方法で実施されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記機械的力作用（７２、７４）及び前記熱的作用（７６、７８）は、それらが前記少なくとも１つの結像収差の実際と望ましい補正（８４）の間の期間を最小にするような方法で実施されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの結像収差は、該少なくとも１つの結像収差の前記少なくとも部分的な補正の前に判断されることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記少なくとも１つの結像収差は、波面プロフィールの直接測定によって判断されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの結像収差は、前記光学システム（１０）における視野及び回折角に依存する光分散の推定によって判断されることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の方法。
18. 前記少なくとも１つの結像収差は、前記光学システム（１０）における前記視野及び回折角依存の光分散と基準測定値の該視野及び回折角依存の光分散との比較によって判断されることを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記少なくとも１つの結像収差は、検出器による前記光学システム（１０）の少なくとも１つの平面における前記視野及び回折角依存の光分散の測定によって判断されることを特徴とする請求項１５から請求項１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記少なくとも１つの結像収差の時間的発達が、該少なくとも１つの結像収差が判断された後で、かつ該少なくとも１つの結像収差の前記少なくとも部分的な補正が実施される前に判断されることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記少なくとも１つの結像収差に関する知識が、該少なくとも１つの結像収差の前記時間的発達を判断するために用いられることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 達成することができる可能な最良の補正が、前記少なくとも１つの結像収差を少なくとも部分的に補正するために判断されることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 前記少なくとも１つの光学要素の前記位置決めは、該光学要素を変位させる段階、該光学要素を前記光学システム１０の光軸Ｏに関して回転させる段階、及び／又は該光学要素を該光軸Ｏに対して傾斜させる段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項２２のいずれか１項に記載の方法。
24. 改善された結像特性を有する光学システムであって、
    光学システム（１０）が、複数の光学要素を有し、
    前記複数の光学要素には、該複数の光学要素を能動的に位置決めし及び／又は変形させるための複数のマニピュレータが割り当てられ、
    前記複数のマニピュレータからの少なくとも１つの第１のマニピュレータ（６２、６４）が、機械的マニピュレータとして形成され、該複数のマニピュレータからの少なくとも１つの第２のマニピュレータ（６６、６８）が、熱的マニピュレータとして形成される、
    ことを特徴とするシステム。
25. 前記機械的マニピュレータ（６２、６４）及び前記熱的マニピュレータ（６６、６８）は、それらを時間的に重畳する方式で少なくとも１つの結像収差を少なくとも部分的に補正するのに用いることができるような方法で設計されることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
26. 前記機械的マニピュレータ（６２、６４）は、光学要素に時間に無関係の一定の力作用（７２、７４）をもたらすことを特徴とする請求項２４又は請求項２５に記載の光学システム。
27. 前記熱的マニピュレータ（６６、６８）は、前記複数の光学要素に対して時間的に可変の熱的作用（７６、７８）、例えば、時間的に線形に立ち上がる熱的作用（７６、７８）を有することを特徴とする請求項２４から請求項２６のいずれか１項に記載の光学システム。
28. 前記少なくとも１つの機械的マニピュレータ（６２、６４）には、前記機械的力作用を調節及び／又は変更するために、１秒よりも短く、好ましくは、５００ミリ秒よりも短く、更に好ましくは、１００ミリ秒よりも短い継続時間内に該機械的マニピュレータ（６２、６４）を作動させるコントローラ（６３、６５）が割り当てられることを特徴とする請求項２４から請求項２７のいずれか１項に記載の光学システム。
29. 前記コントローラ（６３、６５）は、前記機械的マニピュレータ（６２、６４）を時間間隔Δｔ_mech内に作動させることを特徴とする請求項２４から請求項２８のいずれか１項に記載の光学システム。
30. 前記少なくとも１つの熱的マニピュレータ（６６、６８）には、該熱的マニピュレータ（６６、６８）を連続的に又は時間間隔Δｔ_therm内に作動させるコントローラ（６７、６９）が割り当てられることを特徴とする請求項２４から請求項２９のいずれか１項に記載の光学システム。
31. 前記機械的マニピュレータ（６２、６４）及び前記熱的マニピュレータ（６６、６８）の前記時限作動は、Δｔ_therm／Δｔ_mechが０から約１０の範囲にあるようなものであることを特徴とする請求項２９及び請求項３０のいずれか１項に記載の光学システム。
32. 前記熱的マニピュレータ（６６、６８）により、前記複数の光学要素に回転対称の温度分布を生成することができることを特徴とする請求項２４から請求項３１のいずれか１項に記載の光学システム。
33. 前記熱的マニピュレータ（６６、６８）により、前記複数の光学要素に非回転対称の温度分布を生成することができることを特徴とする請求項２４から請求項３１のいずれか１項に記載の光学システム。
34. 前記複数の光学要素の縁部領域における温度分布は、前記熱的マニピュレータ（６６、６８）によって変化させることができることを特徴とする請求項２４から請求項３３のいずれか１項に記載の光学システム。
35. 前記熱的マニピュレータ（６６、６８）は、熱源及び／又は熱シンクを用いて形成されることを特徴とする請求項２４から請求項３４のいずれか１項に記載の光学システム。
36. 前記熱的マニピュレータ（６６、６８）は、熱ポンプとして形成されることを特徴とする請求項２４から請求項３５のいずれか１項に記載の光学システム。
37. 前記熱的マニピュレータ（６６、６８）の効果の範囲は、前記機械的マニピュレータ（６２、６４）によって拡張することができることを特徴とする請求項２４から請求項３６のいずれか１項に記載の光学システム。
38. 前記少なくとも１つの結像収差の実際と望ましい補正（８４）の間の期間は、前記機械的マニピュレータ（６２、６４）及び熱的マニピュレータ（６６、６８）の前記時間的に重畳した使用によって最小にすることができることを特徴とする請求項２４から請求項３７のいずれか１項に記載の光学システム。
39. マイクロリソグラフィのための投影対物器械であることを特徴とする請求項２４から請求項３８のいずれか１項に記載の光学システム。

Images