WO2009053001A1 - Optische vorrichtung mit verbessertem abbildungsverhalten sowie verfahren dazu - Google Patents

Optische vorrichtung mit verbessertem abbildungsverhalten sowie verfahren dazu Download PDF

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WO2009053001A1
WO2009053001A1 PCT/EP2008/008815 EP2008008815W WO2009053001A1 WO 2009053001 A1 WO2009053001 A1 WO 2009053001A1 EP 2008008815 W EP2008008815 W EP 2008008815W WO 2009053001 A1 WO2009053001 A1 WO 2009053001A1
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optical device
aberration
optical
aberrations
projection
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PCT/EP2008/008815
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Holger Walter
Ulrich Loering
Daniel Kraehmer
Johannes Zellner
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • 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
    • G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
    • G03F7/70891—Temperature
    • G—PHYSICS
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    • 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
    • G03F7/70258—Projection system adjustments, e.g. adjustments during exposure or alignment during assembly of projection system

Definitions

  • the invention relates to an optical device with improved imaging behavior.
  • the invention further relates to a method for improving the imaging behavior of such an optical device.
  • Optical devices are used, for example, in semiconductor microlithography for producing finely structured components.
  • Optical devices are also used in the manufacture of Fiat Panel Displays, for example.
  • an arrangement (Array) of projection lenses used to project a structure, such as a pinhole array, on a substrate, usually a large plate, which may be, for example, 2 meters x 3 to 4 meters in size.
  • Each of the plurality of projection lenses may be constructed as a projection lens of a microlithography projection exposure apparatus.
  • projection objective does not only comprise a single projection objective of a microlithography projection exposure apparatus, but may also comprise a single projection objective of an arrangement of a plurality of projection objectives for the production of flat panel displays.
  • the optical system will first be described below without any restriction of generality, using the example of a projection objective of a microlithography projection exposure apparatus.
  • a projection objective has a plurality of optical elements in the form of lenses, mirrors and / or plane parallel plates of very different shape or aspherization, which are arranged along an optical axis.
  • a structure (reticle) with a suitable pattern in the object plane of the projection objective and a substrate (wafer) coated with a photosensitive resist are arranged in the image plane of the projection objective.
  • a substrate (wafer) coated with a photosensitive resist are arranged in the image plane of the projection objective.
  • light rays pass through the projection lens and image the pattern of the structure onto the paint of the substrate.
  • the exposed substrate is developed to visualize the imaged pattern of the structure in the resist of the substrate.
  • the imaging behavior of the projection objective is determined here by its imaging aberrations or aberrations, which should be as minimal as possible in order to enable error-free imaging of the structure on the substrate.
  • the aberrations of the projection lens can in particular be based on a heating of at least one optical element of the projection lens due to absorption of the imaging light, on the one hand in a short-term, reversible change in the optical properties of the optical element and / or in a long-term, irreversible change in the optical properties of the optical Elements results.
  • Short-term, reversible aberrations occur within a few minutes during the operation of the projection lens, as soon as the projection lens reaches its heated state.
  • the heating of at least one optical element of the optical elements of the projection lens leads to a change in at least one relevant for the imaging parameter of the optical element, such as the shape or geometry, the surface deformation, the refractive index, the temperature-dependent coefficient of material expansion or the like.
  • the change in the optical properties of the optical element in turn results in a deterioration of the imaging behavior of the optical element and thus of the projection objective. Since the heating of an optical element often occurs with lenses of a projection lens, this effect is generally known by the term "lens heating".
  • One of these thermally induced aberrations whose at least partial compensation is the subject of the present invention, is, for example, astigmatism.
  • Another thermally induced aberration whose at least partial correction is the subject of the present invention, is, for example, the so-called field curvature.
  • the so-called field curvature To describe the aberrations that occur, it is often advantageous to develop the disturbed wavefront in Zernike polynomials.
  • individual Zernike coefficients correspond to specific image errors.
  • the Zernike coefficients Z5 and Z6 as well as Z12 and Z13 (Zernike-Fringe sorting) describe an astigmatic deformation of the wavefront in different radial order.
  • the projection objective of a projection exposure apparatus known from EP 0 678 768 A2 has a plurality of optical elements, of which at least one is designed as a lens.
  • Thermal actuators are arranged on an outer circumference of the lens, which generate a rotationally symmetrical temperature distribution in the lens or cause a surface deformation of the lens by cooling or heating the lens periphery. Due to the thermal force on the lens thermally induced, reversible aberrations of the projection lens, such. B. astigmatism, be compensated.
  • the reticle arranged in the object plane and the wafer arranged in the image plane are movable perpendicular to the optical axis, which compensates for distortions or enlargement errors of the projection objective.
  • the projection exposure apparatus for microlithography known from EP 0 660 169 A1 has a projection objective with two lenses arranged in series.
  • the two lenses are mutually rotatable about the optical axis or displaceable along the optical axis.
  • the positional adjustment of the lenses is accomplished by means of mechanical actuators, which act on the two lenses.
  • the projection exposure apparatus known from EP 0 851 304 A2 has a projection objective with two optical elements arranged adjacently in the pupil plane of the projection objective in the form of two plane parallel plates or two lenses.
  • the two optical elements are arranged a few micrometers apart along the optical axis, and their mutually facing surfaces are in opposite directions aspherized, while the respective outer surfaces of the two optical elements are flat or aspherized.
  • the mutual displacement of the two optical elements perpendicular to the optical axis makes it possible to correct various aberrations of the projection objective, namely astigmatism, field curvature, magnification error and distortion.
  • This correction principle which is based on a mutual shifting of the optical elements, is commonly referred to in the literature as "Alvarez principle".
  • the catadioptric projection objective of a projection exposure apparatus known from US 2004/0144915 A1 has a curved mirror which can be mechanically deformed by means of mechanical actuators.
  • the mechanical deformation of the mirror corrects, for example, a thermally induced, field-constant astigmatism of the projection lens.
  • the object mentioned in the first place is achieved by an optical device having a plurality of optical elements along a light propagation direction of the optical device for imaging a structure in an object plane of the optical device onto a substrate in an image plane of the optical device Device in the cold state has at least a first aberration, which at least partially compensates an at least second, caused by heating of at least one of the optical elements aberrations of the optical device during operation.
  • the second object is achieved by a method for improving the imaging behavior of an optical device, wherein the optical device has a plurality of optical elements along one Light propagation direction of the optical device for imaging a structure in an object plane of the optical device on a substrate in an image plane of the optical device, wherein in the optical device in the cold state at least a first aberration is maintained, the at least a second, during operation of the optical device is at least partially compensated by heating at least one of the optical elements caused aberrations of the optical device.
  • the optical device and method of the present invention for improving the imaging performance of the optical device provide a novel concept for correcting thermally-induced reversible aberrations resulting from operation of the optical device by heating at least one of the optical elements of the optical device.
  • an at least first aberration in the optical device is retained ("induced"), which then at least partially corrects or compensates for the thermally induced aberrations occurring during operation of the optical device.
  • "before the start of operation” includes in particular the consideration or provision of the at least one first aberration in the design of the device.
  • “In the operation of the optical device” means such a state of the optical device in which the optical device is illuminated by a light source and the light beams emitted from the light source pass through the optical device. This includes both an empty exposure, ie only illuminating the optical device with light without arranging a structure in the object plane and the substrate in the image plane, as well as the actual substrate exposure.
  • the introduction of the at least first aberration can be carried out, for example, during the production of the optical device by taking into account this aberration in the optical design of the device or even in a longer maintenance phase of the optical device.
  • optical device according to the invention and the method according to the invention thus advantageously provide a particularly cost-effective correction of short-term, reversible aberrations, since, in contrast to the prior art for improving the imaging behavior of the optical device, no mechanical or thermal actuators have to be provided on the optical elements of the optical device which deform, heat or displace the optical elements. Rather, aberrations that occur again and again in operation are compensated for by the design or the optical design of the optical device itself, whereby the manufacturing costs and the operating costs of the optical device are particularly low.
  • the optical device according to the invention and the method according to the invention make it possible to selectively correct the thermally induced aberrations since, given knowledge of the aberrations occurring during operation, the optimum compensation measure can already be determined beforehand.
  • the correction possibility which is technically simplest to correct, in order to correct the same aberrations that occur again and again in operation.
  • the term "complementarity" of the first and second aberrations is understood to mean that Effects of the at least first and second aberrations in the image plane to each other in opposite directions, ie have different signs and the same Zernike order
  • the pre-induced in the device aberration can also represent a linear combination of Zernike functions in addition approximately an aberration of a higher Zernikefunktion Order result, which sets in the hot state of the device and is compensated accordingly.
  • An at least partial compensation is achieved in the sense of the present invention, if it applies for at least one aberration in the sense of a Zernike coefficient that this aberration in the hot state of the optical device tion is smaller than this aberration in the cold state, and / or less than this aberration that would occur in the hot state of the optical device, if this aberration would not be kept in the cold state.
  • the first aberration is held so that the sum of the second aberration and the first aberration in the hot state of the optical device is less than the amount of the first aberration, and / or that the sum of the second aberration and the first aberration in the hot state
  • the optical device is smaller in magnitude than the amount of the second aberration, and / or the sum of the second aberration and the first aberration in the hot state of the optical device is smaller than the amount of the second aberration and smaller than the amount of the first aberration ,
  • the at least first and second aberrations are caused by the same optical element.
  • optical element for error compensation in which the second thermally induced aberration occurs during operation of the optical device advantageously enables a particularly simple measure of aberration compensation since the second aberration is particularly easily corrected, for example, by suitably changing the surface shape of the optical element can be.
  • the at least first and second aberrations are caused by different optical elements.
  • any optical element of the optical aberration compensation apparatus advantageously provides a variety of different ways to correct for the thermally induced aberrations that occur during operation of the optical device. These possibilities include sen, for example, the arrangement, the location, the geometry (thickness, radii) and / or the aspherization of the various optical elements.
  • optical element for error compensation of the optical device into which the simplest, without additional complex technical measures and at the same time most cost-effective, the complementary aberration can be induced before the start of operation of the optical device.
  • the optical device has at least one further aberration in the cold state.
  • a targeted introduction of a plurality of aberrations before operation of the optical device advantageously allows the occurring during operation, second aberrations can be compensated particularly effective by the superposition of several previously introduced aberrations. Further, introducing further aberrations into the optical device increases the number of ways to effectively improve the imaging performance of the optical device. In this case, it is possible, in particular, to compensate for a thermally induced aberration, which is composed of a plurality of individual aberrations, by respectively complementary aberrations.
  • the optical device has a temporally constant illumination during operation.
  • a constant illumination of the optical device is to be understood as meaning both an illumination of the optical device which is constant in operation in terms of time and also an always constant illumination mode for each renewed operation, for example during each renewed substrate exposure.
  • temporary constant also includes the case that is illuminated with light pulses .
  • the optical device has at least one detector for measuring a wavefront of the imaging light.
  • the presence of a detector for measuring the wavefront, i. for determining the imaging behavior of the optical device is particularly advantageous because the compensation of the imaging error set before the start of operation and of the thermally induced aberration occurring during operation can be tracked over time.
  • the time from which a substrate exposure can be carried out with optimum imaging behavior be determined from the measured wavefront of the optical device, which advantageously no or at least a little substrate material is exposed incorrectly and the manufacturing costs of the finely structured components to be produced are particularly low.
  • the detector for measuring the wavefront is arranged in the image plane of the optical device.
  • the arrangement of the detector for measuring the wavefront in the image plane has the advantage that the wavefront is determined at the point at which it is relevant for the substrate image.
  • At least one of the optical elements has an aspherized surface.
  • This measure has the advantage that the aberration compensation of the optical device particularly easy during the manufacture of the optical Device can be considered, for example, by introducing an additional aspherization in a surface of an optical element.
  • the optical device is configured according to a variant as a projection objective of a projection exposure apparatus for microlithography.
  • the optical device is designed according to a further variant as a projection objective of a projection exposure apparatus for the production of flat screens.
  • the projection exposure apparatus has a plurality of projection objectives, of which preferably each individual projection objective is configured according to the invention.
  • the at least first aberration and / or the at least further aberration are induced adapted to an operating mode of the optical device, in particular to an illumination mode of the optical device.
  • This measure advantageously allows an even better correction of the thermally induced aberrations of the optical device, since the thermal induced aberration corresponding to a specific mode of operation is often known and the best compensation measure can be found. For example, it is possible to compensate for such aberrations based on non-rotationally symmetric or rotationally symmetric illumination of the optical device.
  • the wavefront of the imaging light is measured at different operating times. Measuring the wavefront at different times during operation of the optical device provides information about the change in imaging behavior of the optical device during operation.
  • the wavefront is measured before inducing the at least first and / or the at least further aberration.
  • the measurement of the wavefront before a targeted introduction of the first and / or the further aberration results in the imaging behavior of the optical device in its heated state. From this it is advantageously possible to determine the thermally induced aberrations that occur, so that then the corresponding optimal correction can be carried out by a targeted introduction of the first and / or the further aberration.
  • the wavefront is measured after inducing the at least first and / or the at least further aberration.
  • This action causes the aberration compensation of the optical device to be timely observed by measuring the wavefront.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a projection exposure apparatus with an illumination system and a projection objective according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a correction principle for the imaging behavior of the projection objective in FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a practical embodiment of a projection lens according to the principles of the present invention
  • FIG. 4 shows a field profile of the image field curvature in the projection lens according to FIG. 3 in the cold state
  • FIG. 5 shows the field profile of the field curvature in the projection objective in FIG.
  • FIG. 6 shows the actual field profile of the image field curvature in the projection lens according to FIG. 3 in the hot state due to the "negative" field curvature stored in the cold state;
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a single projection objective of an arrangement of a plurality of projection objectives for the production of flat screens
  • FIG. 8 shows a plan view of a plate of a flat-panel display to be described with a structure, wherein the arrangement of the projection objectives is indicated by a plurality of circles;
  • FIG. 9 shows an enlarged detail of the illustration in FIG. 8, which illustrates the line-by-line illustration of a structure in the object plane of the arrangement of the projection objectives on the substrate in the form of a plate for producing a flat screen.
  • FIG. 1 an optical device provided with the general reference numeral 10 is shown.
  • the optical device 10 is designed as a projection objective 12 of a projection exposure apparatus 14.
  • the projection objective 12 of the projection exposure apparatus 14 is used, for example, in semiconductor microlithography in order to produce finely structured components.
  • the projection lens 12 may also be a single projection lens of an array of a plurality of projection lenses used to make flat panel displays.
  • Imaging light 16 emanating from an illumination system 18 of the projection exposure apparatus is passed through a pattern of a structure 20 which is arranged in an object plane O of the projection objective 12.
  • the imaging light 16 strikes a substrate 22, which is arranged in an image plane B of the projection lens 12 and provided with a photosensitive layer.
  • the structure 20 and the substrate 22 are each arranged on a holder 24 in the object plane and a holder 26 in the image plane B.
  • the substrate 22 is developed, whereby the imaged pattern of the structure 20 in the layer of the substrate 22 is visible.
  • the illumination system 18 includes a light source (not shown) and illumination optics (not shown) that can adjust or specifically modulate optical properties of the imaging light 16, such as polarization, wavelength, coherence, and the like.
  • the light source may be, for example, as ArF laser with a wavelength of about 193 nm, as KrF laser with a wavelength of about 248 nm or as a mercury lamp with a wavelength of about 436 nm (g-line), about 404 nm (h-line) or about 365 nm (i-line) be configured.
  • the illumination system 18 may also have gratings or slits for generating a non-rotationally symmetrical illumination mode (dipole or quadrupole illumination). In the case of the manufacture of flat panel displays, light of suitable wavelength is used.
  • the projection lens 12 has optical elements 28, here illustrated four optical elements 28a-d, which are arranged along an optical axis OA in the light propagation direction of the light beams 16.
  • the optical elements 28a-d may be formed as lenses, mirrors and / or plane parallel plates.
  • the imaging behavior of the projection lens 12 is u.a. is determined by its occurring in the image plane B, reversible aberrations resulting from the aberrations of at least one optical element 28a-d, often from superimposed aberrations of various optical elements 28a-d.
  • Such aberrations include, for example, distortion, field-dependent or field-constant astigmatism, coma or field curvature.
  • the short-term occurring, reversible aberrations are based on heating at least one optical element 28a-d, the at least one relevant for the imaging optical parameters of the at least one optical element 28a-d, such as. As the shape or geometry or refractive index, changed.
  • a method is described by means of which the thermally induced, reversible aberrations of the projection lens 12 are at least partially compensated and thus the imaging behavior of the projection lens 12 of the projection exposure apparatus 14 is significantly improved.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a principle for aberration of the projection of the projection objective 12 as a function of the time t.
  • a time profile of the aberration 30 is constant.
  • At least second, thermally induced reversible aberrations of the projection lens 12 are established, which are provided here with the reference numerals 32 and 34.
  • the magnitude of aberrations 32, 34 increases with time, with a linear dependence being shown here for the sake of simplicity.
  • the magnitude of the thermal aberrations 32, 34 reaches a saturation at a time t s , so that the level of aberration 32, 34 approaches a constant value.
  • the at least first aberration 30 and the at least second aberrations 32, 34 are complementary to each other in their effect, ie their optical effect in the image plane B is in opposite directions.
  • an overall aberration 36 of the projection objective 12 resulting from the superposition of the aberrations 30, 32 is approximately zero.
  • the aberrations 30, 32 are therefore ideally compensated, so that the projection lens 12 has an optimal imaging quality.
  • the reduction of the aberration 34 is preferably at least 50%.
  • special aberrations 32, 34 can be eliminated, which are often set in a non-rotationally symmetric or rotationally symmetrical illumination of the projection lens 12 and are known in advance.
  • the wavefront of the imaging light 16 in the image plane B can be varied to different image intensities. at times t.
  • a wavefront detector 48 is received in the holder 26 of the substrate 22.
  • the wavefront detector 48 may also be arranged behind the image plane B or between the projection lens 12 and the image plane B.
  • the wavefront detector 48 is further connected to an analysis unit 50, for example a computer, so that the measurement and evaluation of the measured wavefront takes place automatically.
  • the wavefront of the imaging light 16 can be measured by means of the detector 48 shortly after the start of operation (t ⁇ 0), ie when the projection lens 12 is in its cold state and the thermally induced aberrations 32, 34 do not yet occur.
  • a first measurement of the wavefront by means of the wavefront detector 48 can take place before the targeted introduction of the aberration 30, 40, 42 in the heated state of the projection lens 12 at the equilibrium time t s , so as to reduce the aberrations 32, 34 on the heating of the optical elements 28a-d of the projection lens 12.
  • This gained knowledge of misrepresentation Compensation can then be used for the improvement of the imaging behavior of a projection lens 12 of the same type by keeping the compensating aberration in the design of such a projection objective.
  • the first aberration 30, 40, 42 may be introduced in any one of the optical elements 28a-d or in a plurality of the optical elements 28a-d.
  • the choice of the optical element 28a-d depends here u. a. for a complexity of the second aberration 32, 34 and the ease of imaging error insertion given the type of projection lens 12.
  • an aberration correction based on the aberration of field curvature in a practical embodiment of a projection lens will be described in detail, the correction being performed by providing a corresponding aberration in the design of a projection lens, i. in the cold state of the projection lens.
  • the dioptric projection objective 12 shown in FIG. 3 has, as seen in the light propagation direction, optical elements 28a to 28t between the object plane O and the image plane B, all of which are in the form of lenses.
  • the optical design data of the projection lens 12 shown in Fig. 3 are shown in Tables 1 and 2 attached to the present specification.
  • the area No. 0 denotes the object plane and the area No. 42 indicates the image plane, and the areas No. 1 to 41 designates the corresponding surface at the optical elements 28a-t in the light propagation direction from the object plane O to the image plane B.
  • the aberration 30 is a field curvature in the present case .
  • the field pattern of the aberration 30 (in this case, the field curvature) in the image plane is shown, along the z-axis, the magnitude of the aberration 30 is plotted in the xy plane, wherein the xy plane of the image plane represents.
  • FIG. 5 shows the field profile of the aberration 32 which would result in the warm state of the projection lens 12 if the aberration 30 according to FIG. 4 was not already kept cold in the projection lens 12.
  • the aberration 30 which is produced by heating individual lenses during operation of the projection lens 12 does not completely but significantly compensate for the imaging aberration 30 which is produced. Compensation of thermally induced aberrations by providing corresponding complementary aberrations in the design of the projection objective by at least 25%, preferably at least 50%, more preferably at least 70%, can be achieved with the present invention.
  • the compensation of the thermally induced field curvature described here is only one example of the compensation of a aberration, and with the projection lens or the method according to the invention can in this way also other aberrations, such as astigmatism, the maximum deviation from the image plane and the magnification in the hot state of projective be compensated or corrected onsuccivs, these aberrations are rotationally symmetric aberrations.
  • a single projection lens 12 'of the arrangement of projection lenses of a projection exposure system for the production of flat screens is shown.
  • the same or comparable parts are provided with the same reference numerals as in the projection lens 12, supplemented by a '.
  • a structure 20 ' which is arranged in an object plane O, is imaged by means of the projection objective 12' onto a substrate 22 ', which is arranged in an image plane B.
  • the projection objective 12 ' two optical elements 28'a and 28'b are shown schematically in FIG. 7, it being understood that the projection objective 12' may comprise a plurality of optical elements in the form of lenses, mirrors and / or plane plates as has been described for the projection lens 12 above.
  • the structure 20 ' is, for example, a pinhole arrangement, an intermediate image, a dynamic mirror arrangement or the like.
  • the substrate 22 ' is in the form of a large plate whose dimensions may be, for example, about 2 m x about 3 to 4 m in area. Due to the size of the substrate 22 ', from which one or more flat screens are fabricated, a plurality of projection lenses 12' are needed, arranged in the form of a array 48 '(array) of a plurality of projection lenses 12', as in FIG and FIG. 9 is shown.
  • FIG. 7 with a rectangle 50, the image field generated by the projection objective 12 'in the image plane B is illustrated, with a circle 52 around the circumference of FIG Image field 50 and with a circle 54 of the outer diameter of the projection lens 12 ', which is predetermined by the mechanical structure of the projection lens 12', in particular the lens frames and the housing. From the different diameters of the circles 52 and 54 it follows that the mechanical dimension of the projection lens 12 'is greater than the image field 50 generated by the projection lens 12'.
  • each of the plurality of projection lenses 12 ' is represented by the circle 54 which determines the outer diameter limit of each individual projection lens 12'. Due to the fact that the outer diameter according to the circle 54 of each individual projection lens 12 'is greater than the respective generated image field 50 according to the circle 52, the projection objectives 12' in a dimension A of the substrate 22 'and a dimension B of the substrate 22' arranged in several, here three rows, wherein the individual projection lenses 12 'are offset from one another by the width of the image field 50 in the direction of the dimension A from row to row, so that by this arrangement, the entire substrate 22' without gaps with the image of the structures 20th 'can be described. In the direction of the dimension B, the substrate 22 'is movable relative to the arrangement 48' of the plurality of projection objectives 12 '.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung (10) mit verbessertem Abbildungsverhalten sowie ein Verfahren zum Verbessern des Abbildungsverhaltens der optischen Vorrichtung (10). Die optische Vorrichtung (10) weist eine Mehrzahl an optischen Elementen (28a-d) entlang einer Lichtausbreitungsrichtung der optischen Vorrichtung (10) zum Abbilden einer Struktur (20) in einer Objektebene (O) der optischen Vorrichtung (10) auf ein Substrat (22) in einer Bildebene (B) der optischen Vorrichtung (10) auf. Die optische Vorrichtung (10) weist im Kaltzustand zumindest einen ersten Abbildungsfehler auf, der einen zumindest zweiten, während des Betriebs durch Erwärmen zumindest eines der optischen Elemente (28a-d) verursachten Abbildungsfehler der optischen Vorrichtung (10) zumindest teilweise kompensiert.

Description

OPTISCHE VORRICHTUNG MIT VERBESSERTEM ABBILDUNGSVERHALTEN SOWIE
VERFAHREN DAZU
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung mit verbessertem Abbildungsverhalten.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verbessern des Abbildungsverhaltens einer solchen optischen Vorrichtung.
Eine derartige optische Vorrichtung ist aus EP 0 678 768 A2 bekannt.
Optische Vorrichtungen werden beispielsweise in der Halbleitermikrolithographie zur Herstellung feinstrukturierter Bauelemente verwendet. Diesbezüglich wird auf ein Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie Bezug genommen.
Optische Vorrichtungen werden beispielsweise auch bei der Herstellung von Fiat Panel Displays (Flachbildschirme) verwendet. In diesem Fall wird eine Anordnung (Array) von Projektionsobjektiven dazu verwendet, eine Struktur, beispielsweise eine Lochblendenanordnung, auf ein Substrat, üblicherweise eine große Platte, die beispielsweise 2 Meter x 3 bis 4 Meter groß sein kann, projiziert. Jedes einzelne der Mehrzahl von Projektionsobjektiven kann so aufgebaut sein wie ein Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie.
Sofern nachfolgend der Begriff "Projektionsobjektiv" verwendet wird, umfasst dieser also nicht nur ein einzelnes Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, sondern kann auch ein einzelnes Projektionsobjektiv einer Anordnung einer Mehrzahl von Projektionsobjektiven für die Herstellung von Flachbildschirmen umfassen.
Nachfolgend wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit das optische System zunächst am Beispiel eines Projektionsobjektivs einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie beschrieben.
Ein Projektionsobjektiv weist eine Mehrzahl an optischen Elementen in Form von Linsen, Spiegeln und/oder Planparallelplatten verschiedenster Form oder Asphärisie- rung auf, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind.
Zur Herstellung eines Bauelements werden eine Struktur (Retikel) mit einem geeigneten Muster in der Objektebene des Projektionsobjektivs und ein mit einem fotosensitiven Lack beschichtetes Substrat (Wafer) in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnet. Während eines Belichtungsvorgangs treten Lichtstrahlen durch das Projektionsobjektiv hindurch und bilden das Muster der Struktur auf den Lack des Substrats ab. Nach eventuellem mehrfachen Belichten wird das belichtete Substrat entwickelt, um in dem Lack des Substrats das abgebildete Muster der Struktur sichtbar zu machen.
Heutzutage werden aufgrund der Miniaturisierung der feinstrukturierten Bauelemente erhöhte Anforderungen an die Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs gestellt. Das Abbildungsverhalten des Projektionsobjektivs wird hierbei durch seine Abbildungsfehler bzw. Aberrationen bestimmt, die möglichst minimal sein sollten, um ein fehlerfreies Abbilden der Struktur auf das Substrat zu ermöglichen.
Die Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs können insbesondere auf einer Erwärmung zumindest eines optischen Elements des Projektionsobjektivs aufgrund von Absorption des Abbildungslichts beruhen, die einerseits in einer kurzfristigen, reversiblen Änderung der optischen Eigenschaften des optischen Elements und/oder in einer langfristigen, irreversiblen Veränderung der optischen Eigenschaften des optischen Elements resultiert.
Kurzzeitig auftretende, reversible Abbildungsfehler entstehen innerhalb weniger Minuten während des Betriebs des Projektionsobjektivs, sobald das Projektionsobjektiv seinen erwärmten Zustand erreicht. Die Erwärmung zumindest eines optischen Elements der optischen Elemente des Projektionsobjektivs führt hierbei zu einer Veränderung zumindest eines für die Abbildung relevanten Parameters des optischen Elements, beispielsweise der Form bzw. Geometrie, der Oberflächendeformation, der Brechzahl, des temperaturabhängigen Materialausdehnungskoeffizienten oder dergleichen. Die Änderung der optischen Eigenschaften des optischen Elements resultiert wiederum in einer Verschlechterung des Abbildungsverhaltens des optischen Elements und somit des Projektionsobjektivs. Da die Erwärmung eines optischen Elements häufig bei Linsen eines Projektionsobjektivs auftritt, ist dieser Effekt allgemein unter dem Begriff "lens heating" bekannt.
Einer dieser thermisch induzierten Abbildungsfehler, dessen zumindest teilweise Kompensation Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist beispielsweise der Astigmatismus.
Ein weiterer thermisch induzierter Abbildungsfehler, dessen zumindest teilweise Korrektur Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist beispielsweise die so genannte Bildfeldwölbung. Zur Beschreibung der auftretenden Abbildungsfehler ist es oft vorteilhaft, die gestörte Wellenfront in Zernike-Polynome zu entwickeln. Dabei korrespondieren einzelne Zernikekoeffizienten zu bestimmten Bildfehlern. So beschreiben beispielsweise die Zernikekoeffizienten Z5 und Z6 sowie Z12 und Z13 (Zernike-Fringe-Sortierung) eine astigmatische Verformung der Wellenfront in unterschiedlicher radialer Ordnung.
Es sind aus dem Stand der Technik verschieden Möglichkeiten bekannt, um die auf einem Erwärmen zumindest eines optischen Elements beruhenden, reversiblen Abbildungsfehler eines Projektionsobjektivs zu korrigieren.
Das aus EP 0 678 768 A2 bekannte Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungs- anlage weist eine Mehrzahl an optischen Elementen auf, von denen zumindest eines als Linse ausgestaltet ist. An einem äußeren Umfang der Linse sind thermische Aktuatoren angeordnet, die durch Kühlen oder Erwärmen des Linsenumfangs eine rotationssymmetrische Temperaturverteilung in der Linse erzeugen bzw. eine Oberflächendeformation der Linse herbeiführen. Aufgrund der thermischen Krafteinwirkung auf die Linse können thermisch induzierte, reversible Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs, wie z. B. Astigmatismus, kompensiert werden. Ferner sind das in der Objektebene angeordnete Retikel und der in der Bildebene angeordnete Wafer senkrecht zur optischen Achse bewegbar, wodurch Verzerrungen oder Vergrößerungsfehler des Projektionsobjektivs kompensiert werden.
Die aus EP 0 660 169 Al bekannte Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolitho- graphie weist ein Projektionsobjektiv mit zwei in Serie angeordneten Linsen auf. Um thermisch induzierte, reversible Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs, beispielsweise Astigmatismus oder Vergrößerungsfehler, zu korrigieren, sind die zwei Linsen zueinander um die optische Achse drehbar bzw. entlang der optischen Achse verschiebbar ausgebildet. Die Lageverstellung der Linsen wird mittels mechanischer Aktuatoren bewerkstelligt, die an den zwei Linsen angreifen. Die aus EP 0 851 304 A2 bekannte Projektionsbelichtungsanlage weist ein Projektionsobjektiv mit zwei benachbart in der Pupillenebene des Projektionsobjektivs angeordneten optischen Elementen in Form zweier Planparallelplatten oder zweier Linsen auf. Die beiden optischen Elemente sind entlang der optischen Achse wenige Mikrometer voneinander beabstandet angeordnet, und ihre jeweils zueinander weisenden Oberflächen sind gegenläufig asphärisiert, während die jeweiligen Außenflächen der beiden optischen Elemente flach bzw. ebenfalls asphärisiert sind. Das gegeneinander Verschieben der beiden optischen Elemente senkrecht zur optischen Achse ermöglicht die Korrektur verschiedener Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs, nämlich des Astigmatismus, der Bildfeldwölbung, des Vergrößerungsfehlers und der Verzeichnung. Dieses Korrekturprinzip, das auf einem gegeneinander Verschieben der optischen Elemente beruht, wird in der Literatur allgemein als "Alvarez- Prinzip" bezeichnet.
Das aus US 2004/0144915 Al bekannte katadioptrische Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage weist einen gewölbten Spiegel auf, der mittels mechanischer Aktuatoren mechanisch verformbar ist. Das mechanische Verformen des Spiegels korrigiert beispielsweise einen thermisch induzierten, feldkonstanten Astigmatismus des Projektionsobjektivs.
Es ist ein Nachteil der bekannten Projektionsobjektive, dass die durch das Erwärmen der optischen Elemente verursachten, reversiblen Abbildungsfehler erst während des Betriebs des Projektionsobjektivs korrigierbar sind. Bereits belichtete Substrate können aufgrund der thermisch induzierten Abbildungsfehler eine zureichend exakte Abbildung des Musters des Retikels aufweisen, so dass die fehlerhaft belichtenden Substrate zur Herstellung feinstrukturierter Bauelemente nicht mehr verwendbar sind und die Herstellungskosten der feinstrukturierten Bauelemente steigen.
Es ist ferner nachteilig, dass zur Korrektur der Abbildungsfehler technisch aufwändige Maßnahmen, wie z. B. die Anordnung thermischer oder mechanischer Aktuatoren zur Erzeugung mechanischer oder thermischer Krafteinwirkung auf die optischen Elemente oder auch die Anordnung von Aktuatoren zur Lageverstellung der opti- sehen Elemente, erforderlich sind, wodurch sowohl die Fertigungskosten als auch die Betriebskosten der bekannten Projektionsobjektive sehr hoch sind.
Die vorstehend mit Bezug auf ein Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsan- lage für die Mikrolithographie beschriebenen Nachteile bestehen in gleicher Weise für die einzelnen Projektionsobjektive einer Anordnung einer Mehrzahl von Projektionsobjektiven für die Herstellung von Flachbildschirmen, bei der ebenfalls eine besonders genaue Abbildung einer Struktur auf ein Substrat gewünscht ist.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine optische Vorrichtung anzugeben, die kostengünstig ist und eine besonders genaue Abbildung einer Struktur auf ein Substrat erlaubt.
Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbessern des Abbildungsverhaltens einer optischen Vorrichtung anzugeben, mit dem thermisch induzierte, reversible Abbildungsfehler der optischen Vorrichtung besonders einfach und kostengünstig korrigiert werden können.
Erfindungsgemäß wird die an erster Stelle genannte Aufgabe durch eine optische Vorrichtung gelöst, die eine Mehrzahl an optischen Elementen entlang einer Lichtausbreitungsrichtung der optischen Vorrichtung zum Abbilden einer Struktur in einer Objektebene der optischen Vorrichtung auf ein Substrat in einer Bildebene der optischen Vorrichtung aufweist, wobei die optische Vorrichtung im Kaltzustand zumindest einen ersten Abbildungsfehler aufweist, der einen zumindest zweiten, während des Betriebs durch Erwärmen zumindest eines der optischen Elemente verursachten Abbildungsfehler der optischen Vorrichtung zumindest teilweise kompensiert.
Erfindungsgemäß wird die an zweiter Stelle genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Verbessern des Abbildungsverhaltens einer optischen Vorrichtung gelöst, wobei die optische Vorrichtung eine Mehrzahl an optischen Elementen entlang einer Lichtausbreitungsrichtung der optischen Vorrichtung zum Abbilden einer Struktur in einer Objektebene der optischen Vorrichtung auf ein Substrat in einer Bildebene der optischen Vorrichtung aufweist, wobei in der optischen Vorrichtung im Kaltzustand zumindest ein erster Abbildungsfehler vorgehalten ist, der einen zumindest zweiten, während eines Betriebs der optischen Vorrichtung durch Erwärmen zumindest eines der optischen Elemente verursachten Abbildungsfehler der optischen Vorrichtung zumindest teilweise kompensiert.
Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbessern des Abbildungsverhaltens der optischen Vorrichtung stellen ein neues Konzept zum Korrigieren von thermisch induzierten, reversiblen Abbildungsfehlern bereit, die sich im Betrieb der optischen Vorrichtung durch Erwärmen zumindest eines der optischen Elemente der optischen Vorrichtung ergeben. Vor Betriebsbeginn der optischen Vorrichtung, d.h. im Kaltzustand der Vorrichtung, ist ein zumindest erster Abbildungsfehler in der optischen Vorrichtung vorgehalten („induziert"), der dann den oder die im Betrieb der optischen Vorrichtung auftretenden, thermisch induzierten Abbildungsfehler zumindest teilweise korrigiert bzw. kompensiert. „Vor Betriebsbeginn" umfasst im Sinne der Erfindung insbesondere die Berücksichtigung bzw. das Vorhalten des zumindest einen ersten Abbildungsfehlers im Entwurf der Vorrichtung. "Im Betrieb der optischen Vorrichtung" bezeichnet einen solchen Zustand der optischen Vorrichtung, in dem die optische Vorrichtung durch eine Lichtquelle beleuchtet wird und die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen durch die optische Vorrichtung hindurch treten. Dies schließt sowohl eine Leerbelichtung, d.h. nur ein Beleuchten der optischen Vorrichtung mit Licht ohne Anordnung einer Struktur in der Objektebene und des Substrats in der Bildebene, als auch die eigentliche Substratbelichtung mit ein. Das Einbringen des zumindest ersten Abbildungsfehlers kann beispielsweise während der Fertigung der optischen Vorrichtung durch Berücksichtigung dieses Abbildungsfehlers im Optikdesign der Vorrichtung oder auch in einer längeren Wartungsphase der optischen Vorrichtung durchgeführt werden. Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren stellen somit vorteilhafterweise eine besonders kostengünstige Korrektur von kurzfristig auftretenden, reversiblen Abbildungsfehlern bereit, da im Gegensatz zum Stand der Technik zum Verbessern des Abbildungsverhaltens der optischen Vorrichtung keine mechanischen oder thermischen Aktuatoren an den optischen Elementen der optischen Vorrichtung vorgesehen sein müssen, die die optischen Elemente verformen, erwärmen bzw. kühlen oder ihre Lage verstellen. Diejenigen Abbildungsfehler, die im Betrieb immer wieder gleich auftreten, werden vielmehr durch die Ausgestaltung bzw. das Optikdesign der optischen Vorrichtung selbst kompensiert, wodurch die Fertigungskosten und die Betriebskosten der optischen Vorrichtung besonders gering sind.
Es ist ferner vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße optische Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eine gezielte Korrektur der thermisch induzierten Abbildungsfehler ermöglichen, da bei Kenntnis der im Betrieb auftretenden Abbildungsfehler bereits vorher die optimale Kompensationsmaßnahme bestimmt werden kann. Es ist insbesondere möglich, die technisch am einfachsten zu realisierende Korrekturmöglichkeit zu bestimmen, um die im Betrieb immer wieder auftretenden gleichen Abbildungsfehler zu korrigieren.
Damit der sich im Betrieb der Vorrichtung einstellende Abbildungsfehler durch das erfindungsgemäße Vorhalten eines Abbildungsfehlers der „kalten" Vorrichtung zumindest teilweise kompensieren lässt, müssen diese Abbildungsfehler komplementär zueinander sein. Erfindungsgemäß ist unter dem Begriff "Komplementarität" des ersten und zweiten Abbildungsfehlers zu verstehen, dass die Wirkungen des zumindest ersten und zweiten Abbildungsfehlers in der Bildebene zueinander gegenläufig sind, also verschiedene Vorzeichen haben und die gleiche Zernike-Ordnung betreffen. Der vorab in die Vorrichtung induzierte Abbildungsfehler kann auch eine Linearkombination von Zernikefunktionen darstellen, die in Addition näherungsweise einen Abbildungsfehler einer Zernikefunktion höherer Ordnung ergeben, der sich im Warmzustand der Vorrichtung einstellt und entsprechend kompensiert wird.
Eine zumindest teilweise Kompensation ist im Sinne der vorliegenden Erfindung erreicht, wenn für zumindest einen Abbildungsfehler im Sinne eines Zernikekoeffi- zienten gilt, dass dieser Abbildungsfehler im Warmzustand der optischen Vorrich- tung kleiner ist als dieser Abbildungsfehler im Kaltzustand, und/oder kleiner als dieser Abbildungsfehler, der sich im Warmzustand der optischen Vorrichtung einstellen würde, wenn dieser Abbildungsfehler nicht im Kaltzustand vorgehalten würde.
Dazu wird der erste Abbildungsfehler so vorgehalten, dass die Summe aus dem zweiten Abbildungsfehler und dem ersten Abbildungsfehler im Warmzustand der optischen Vorrichtung betragsmäßig kleiner ist als der Betrag des ersten Abbildungsfehlers, und/oder dass die Summe aus dem zweiten Abbildungsfehler und dem ersten Abbildungsfehler im Warmzustand der optischen Vorrichtung betragsmäßig kleiner ist als der Betrag des zweiten Abbildungsfehlers, und/oder, dass die Summe aus dem zweiten Abbildungsfehler und dem ersten Abbildungsfehler im Warmzustand der optischen Vorrichtung betragsmäßig kleiner ist als der Betrag des zweiten Abbildungsfehlers und kleiner als der Betrag des ersten Abbildungsfehlers.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der zumindest erste und zweite Abbildungsfehler durch dasselbe optische Element verursacht.
Eine Verwendung des optischen Elements zur Fehlerkompensation, bei dem sich im Betrieb der optischen Vorrichtung der zweite, thermisch induzierte Abbildungsfehler einstellt, ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders einfache Maßnahme zur Abbildungsfehlerkompensation, da der zweite Abbildungsfehler beispielsweise durch ein geeignetes Verändern der Oberflächenform des optischen Elements besonders einfach korrigiert werden kann.
In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung werden der zumindest erste und zweite Abbildungsfehler durch verschiedene optische Elemente verursacht.
Die Verwendung eines beliebigen optischen Elements der optischen Vorrichtung zur Abbildungsfehlerkompensation bietet vorteilhafterweise eine Vielzahl von verschiedenen Möglichkeiten, den im Betrieb der optischen Vorrichtung auftretenden, thermisch induzierten Abbildungsfehler zu korrigieren. Diese Möglichkeiten umfas- sen beispielsweise die Anordnung, die Lage, die Geometrie (Dicke, Radien) und/oder die Asphärisierung der verschiedenen optischen Elemente. Es ist insbesondere möglich, dasjenige optische Element zur Fehlerkompensation der optischen Vorrichtung zu verwenden, in das am einfachsten, ohne zusätzliche aufwändige technische Maßnahmen und zugleich am kostengünstigsten der komplementäre Abbildungsfehler vor dem Betriebsbeginn der optischen Vorrichtung induziert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die optische Vorrichtung im Kaltzustand zumindest einen weiteren Abbildungsfehler auf.
Ein gezieltes Einbringen von mehreren Abbildungsfehlern vor Betriebsbeginn der optischen Vorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise, dass der im Betrieb auftretende, zweite Abbildungsfehler besonders wirksam durch die Überlagerung von mehreren zuvor eingebrachten Abbildungsfehlern kompensiert werden kann. Ferner erhöht das Einbringen von weiteren Abbildungsfehlern in die optische Vorrichtung die Anzahl der Möglichkeiten, das Abbildungsverhalten der optischen Vorrichtung wirksam zu verbessern. Hierbei ist es insbesondere möglich, einen thermisch induzierten Abbildungsfehler, der aus mehreren einzelnen Abbildungsfehlern zusammengesetzt ist, durch jeweils komplementäre Abbildungsfehler zu kompensieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die optische Vorrichtung im Betrieb eine zeitlich konstante Beleuchtung auf.
Unter einer zeitlich konstanten Beleuchtung der optischen Vorrichtung ist sowohl eine im Betrieb zeitlich gesehen konstante Beleuchtung der optischen Vorrichtung als auch eine stets gleichbleibende Beleuchtungsweise bei jedem erneuten Betriebsvorgang, beispielsweise bei jeder erneuten Substratbelichtung, zu verstehen. „Zeitlich konstant" umfasst in diesem Sinne auch den Fall, dass mit Lichtpulsen beleuchtet wird. Diese Maßnahme bewirkt, dass die thermisch induzierten Abbildungsfehler genau vorhersagbar sind, wodurch vorteilhafterweise einmal eine optimale Korrek- turmaßnahme in der optischen Vorrichtung durchgeführt werden kann, die dann stets den gleichen thermisch induzierten Abbildungsfehler wirksam kompensiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die optische Vorrichtung zumindest einen Detektor zum Messen einer Wellenfront des Abbildungslichts auf.
Das Vorhandensein eines Detektors zum Messen bzw. Bestimmen der Wellenfront, d.h. zum Bestimmen des Abbildungsverhaltens der optischen Vorrichtung, ist besonders vorteilhaft, da die Kompensation des vor Betriebsbeginn eingestellten Abbildungsfehlers und des im Betrieb auftretenden, thermisch induzierten Abbildungsfehlers zeitlich verfolgt werden kann. Hierdurch kann beispielsweise der Zeitpunkt, ab dem eine Substratbelichtung mit optimalem Abbildungsverhalten durchgeführt werden kann, aus der gemessenen Wellenfront der optischen Vorrichtung bestimmt werden, wodurch vorteilhafterweise kein oder zumindest wenig Substratmaterial fehlerhaft belichtet wird und die Fertigungskosten der herzustellenden feinstrukturierten Bauelemente besonders gering sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Detektor zum Messen der Wellenfront in der Bildebene der optischen Vorrichtung angeordnet.
Das Anordnen des Detektors zum Messen der Wellenfront in der Bildebene hat den Vorteil, dass die Wellenfront an der Stelle bestimmt wird, an der diese für die Substratabbildung maßgeblich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest eines der optischen Elemente eine asphärisierte Oberfläche auf.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Abbildungsfehlerkompensation der optischen Vorrichtung besonders einfach während der Fertigung der optischen Vorrichtung beispielsweise durch Einbringen einer zusätzlichen Asphärisierung in eine Oberfläche eines optischen Elements berücksichtigt werden kann.
Die optische Vorrichtung ist gemäß einer Variante als Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie ausgestaltet.
Die optische Vorrichtung ist gemäß einer weiteren Variante als Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Herstellung von Flachbildschirmen ausgestaltet. In diesem Fall weist die Projektionsbelichtungsanlage eine Mehrzahl von Projektionsobjektiven auf, von denen vorzugsweise jedes einzelne Projektionsobjektiv erfindungsgemäß ausgestaltet ist.
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der zumindest erste Abbildungsfehler und/oder der zumindest weitere Abbildungsfehler an eine Betriebsweise der optischen Vorrichtung, insbesondere an eine Beleuchtungsweise der optischen Vorrichtung, angepasst induziert.
Diese Maßnahme ermöglicht vorteilhafterweise eine noch bessere Korrektur der thermisch induzierten Abbildungsfehler der optischen Vorrichtung, da der zu einer bestimmten Betriebsweise korrespondierende, thermisch induzierte Abbildungsfehler oftmals bekannt ist und die beste Kompensationsmaßnahme gefunden werden kann. Es ist beispielsweise möglich, solche Abbildungsfehler zu kompensieren, die auf einer nicht-rotationssymmetrischen oder einer rotationssymmetrischen Beleuchtungsweise der optischen Vorrichtung beruhen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Wellenfront des Abbildungslichts zu verschiedenen Betriebszeiten gemessen. Das Messen der Wellenfront zu verschiedenen Zeitpunkten während des Betriebs des optischen Vorrichtung gibt Aufschluss über die Änderung des Abbildungsverhaltens der optischen Vorrichtung während des Betriebs.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Wellenfront vor Induzieren des zumindest ersten und/oder des zumindest weiteren Abbildungsfehlers gemessen.
Das Messen der Wellenfront vor einem gezielten Einbringen des ersten und/oder des weiteren Abbildungsfehlers ergibt das Abbildungsverhalten der optischen Vorrichtung in ihrem erwärmten Zustand. Hieraus können vorteilhafterweise die auftretenden thermisch induzierten Abbildungsfehler bestimmt werden, so dass dann die entsprechende optimale Korrektur durch ein gezieltes Einbringen des ersten und/oder des weiteren Abbildungsfehlers durchgeführt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Wellenfront nach dem Induzieren des zumindest ersten und/oder des zumindest weiteren Abbildungsfehlers gemessen.
Diese Maßnahme bewirkt, dass die Abbildungsfehlerkompensation der optischen Vorrichtung durch das Messen der Wellenfront zeitlich beobachtet werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem und einem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Korrekturprinzips für das Abbildungsverhalten des Projektionsobjektivs in Fig. 1;
Fig. 3 ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Projektionsobjektivs gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 einen Feldverlauf der Bildfeldwölbung bei dem Projektionsobjektiv gemäß Fig. 3 im kalten Zustand;
Fig. 5 den Feldverlauf der Bildfeldwölbung bei dem Projektionsobjektiv in Fig.
3, der sich im Warmzustand des Projektionsobjektivs aufgrund von Linsenerwärmungseffekten ergeben würde, wenn kein Abbildungsfehler im Kaltzustand vorgesehen wäre;
Fig. 6 den tatsächlichen Feldverlauf der Bildfeldwölbung bei dem Projektionsobjektiv gemäß Fig. 3 im Warmzustand aufgrund der im Kaltzustand vorgehaltenen „negativen" Bildfeldwölbung;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines einzelnen Projektionsobjektivs einer Anordnung aus einer Mehrzahl von Projektionsobjektiven zur Herstellung von Flachbildschirmen; Fig. 8 eine Draufsicht auf eine mit einer Struktur zu beschreibende Platte eines herzustellenden Flachbildschirmes, wobei die Anordnung aus den Projektionsobjektiven durch eine Mehrzahl von Kreisen angedeutet ist; und
Fig. 9 einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung in Fig. 8, der die zeilenweise Abbildung einer Struktur in der Objektebene der Anordnung aus den Projektionsobjektiven auf das Substrat in Form einer Platte zur Herstellung eines Flachbildschirmes darstellt.
In Fig. 1 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene optische Vorrichtung dargestellt. Die optische Vorrichtung 10 ist als Projektionsobjektiv 12 einer Projektionsbelichtungsanlage 14 ausgebildet.
Das Projektionsobjektiv 12 der Projektionsbelichtungsanlage 14 wird beispielsweise in der Halbleitermikrolithographie verwendet, um feinstrukturierte Bauelemente herzustellen.
Das Projektionsobjektiv 12 kann jedoch auch ein einzelnes Projektionsobjektiv einer Anordnung einer Mehrzahl von Projektionsobjektiven sein, die zur Herstellung von Flachbildschirmen verwendet werden.
Abbildungslicht 16, das von einem Beleuchtungssystem 18 der Projektionsbelichtungsanlage ausgeht, wird durch ein Muster einer Struktur 20 hindurchgeleitet, die in einer Objektebene O des Projektionsobjektivs 12 angeordnet ist. Das Abbildungslicht 16 trifft nach Durchtreten des Projektionsobjektivs 12 auf ein Substrat 22, das in einer Bildebene B des Projektionsobjektivs 12 angeordnet und mit einer fotosensitiven Schicht versehen ist. Die Struktur 20 und das Substrat 22 sind jeweils auf einer Halterung 24 in der Objektebene und einer Halterung 26 in der Bildebene B angeordnet. Nach eventuellem mehrfachen Belichten wird das Substrat 22 entwickelt, wodurch das abgebildete Muster der Struktur 20 in der Schicht des Substrats 22 sichtbar wird. Das Beleuchtungssystem 18 weist eine Lichtquelle (nicht dargestellt) und eine Beleuchtungsoptik (nicht dargestellt) auf, die optische Eigenschaften des Abbildungslichts 16, beispielsweise Polarisation, Wellenlänge, Kohärenz und dergleichen, einstellen bzw. gezielt modulieren kann. Die Lichtquelle kann beispielsweise als ArF- Laser mit einer Wellenlänge von ca. 193 nm, als KrF-Laser mit einer Wellenlänge von ca. 248 nm oder als Quecksilberlampe mit einer Wellenlänge von ca. 436 nm (g- Linie), ca. 404 nm (h-Linie) oder ca. 365 nm (i-Linie) ausgestaltet sein. Das Beleuchtungssystem 18 kann ebenfalls Gitter oder Schlitze zur Erzeugung einer nicht- rotationssymmetrischen Beleuchtungsweise (Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung) aufweisen. Im Fall der Herstellung von Flachbildschirmen wird Licht geeigneter Wellenlänge verwendet.
Das Projektionsobjektiv 12 weist optische Elemente 28, hier dargestellt vier optische Elemente 28a-d, auf, die entlang einer optischen Achse OA in Lichtausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen 16 angeordnet sind. Die optischen Elemente 28a-d können als Linsen, Spiegel und/oder Planparallelplatten ausgebildet sein.
Das Abbildungsverhalten des Projektionsobjektivs 12 wird u.a. durch seine in der Bildebene B auftretenden, reversiblen Abbildungsfehler bestimmt, die aus den Abbildungsfehlern zumindest eines optischen Elements 28a-d, oftmals aus überlagerten Abbildungsfehlern verschiedener optischer Elemente 28a-d resultieren. Zu solchen Abbildungsfehlern zählen beispielsweise Verzeichnung, feldabhängiger oder feldkonstanter Astigmatismus, Koma oder Bildfeldwölbung.
Die kurzfristig auftretenden, reversiblen Abbildungsfehler beruhen auf einem Erwärmen zumindest eines optischen Elements 28a-d, das zumindest einen für die Abbildung relevanten optischen Parameter des zumindest einen optischen Elements 28a-d, wie z. B. die Form bzw. Geometrie oder die Brechzahl, verändert. Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, mittels dem die thermisch induzierten, reversiblen Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs 12 zumindest teilweise kompensiert werden und somit das Abbildungsverhalten des Projektionsobjektivs 12 der Projekti- onsbelichtungsanlage 14 signifikant verbessert wird. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzips zur Abbildungsfehlerkom- pensation des Projektionsobjektivs 12 in Abhängigkeit der Zeit t. Um das Abbildungsverhalten des Projektionsobjektivs 12 zu verbessern, wird vor Betriebsbeginn des Projektionsobjektivs 12 (t < t = 0) ein zumindest erster Abbildungsfehler 30 induziert. Der Zeitpunkt t = 0 bezeichnet hierbei den Startzeitpunkt des Betriebs des Projektionsobjektivs 12. Ein zeitlicher Verlauf des Abbildungsfehlers 30 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, konstant.
Nach Betriebsbeginn des Projektionsobjektivs 12 (t > t = 0) stellen sich zumindest zweite, thermisch induzierte reversible Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs 12 ein, die hier mit den Bezugszeichen 32 und 34 versehen sind. Die Stärke der Abbildungsfehler 32, 34 nimmt mit der Zeit zu, wobei hier aus Gründen der Einfachheit eine lineare Abhängigkeit dargestellt ist. Die Stärke der thermisch bedingten Abbildungsfehler 32, 34 erreicht zu einem Zeitpunkt ts eine Sättigung, so dass sich das sich einstellende Niveau der Abbildungsfehler 32, 34 einem konstantem Wert annähert.
Der zumindest erste Abbildungsfehler 30 und die zumindest zweiten Abbildungsfehler 32, 34 sind zueinander in ihrer Wirkung komplementär, d.h. ihre optische Wirkung in der Bildebene B ist gegenläufig. Die Abbildungsfehler 30 und 32 haben zum Zeitpunkt t = ts gleiche Stärke, jedoch entgegengesetztes Vorzeichen, und der Abbildungsfehler 34 hat zum Zeitpunkt t = ts eine größere Stärke als der Abbildungsfehler 30. Zum Zeitpunkt t = ts, an dem das Projektionsobjektiv 12 hinsichtlich seiner thermisch induzierten Abbildungsfehler 32, 34 im Gleichgewicht ist, hebt sich der Abbildungsfehler 32 gegen den Abbildungsfehler 30 in Summe auf.
Stellt sich während des Betriebs nur der Abbildungsfehler 32 in dem Projektionsobjektiv 12 ein, so ist ein aus der Überlagerung der Abbildungsfehler 30, 32 resultierender Gesamtabbildungsfehler 36 des Projektionsobjektivs 12 annähernd Null. Die Abbildungsfehler 30, 32 kompensieren sich folglich ideal, so dass das Projektionsobjektiv 12 eine optimale Abbildungsqualität aufweist. Tritt in dem Projektionsobjektiv 12 beispielsweise der zweite Abbildungsfehler 34 auf, der zu dem Abbildungsfehler 30 in der Wirkung komplementär ist, jedoch eine andere Stärke besitzt, so erfolgt nur eine teilweise Kompensation des Abbildungsfehlers 34, wie mit einem Gesamtabbildungsfehler 38 angedeutet ist, da sich die absolute Stärke der Abbildungsfehler 30 und 34 zum Zeitpunkt ts unterscheiden. Es verbleibt ein kleiner Restabbildungsfehler, der das Abbildungsverhalten des Projektionsobjektivs 12 weiterhin bestimmt, jedoch kleiner ist als wenn überhaupt keine Kompensation durch Vorhalten eines Abbildungsfehlers im kalten Zustand des Projektionsobjektivs 12 vorgesehen wäre. Vorzugsweise beträgt die Reduktion des Abbildungsfehlers 34 zumindest 50 %.
Um die thermisch induzierten Abbildungsfehler 32, 34 zu kompensieren, können auch mehrere dazu korrespondierende Abbildungsfehler vor Betriebbeginn (t < t = 0) induziert werden, die zusammen den oder die thermischen induzierten Abbildungsfehler 32, 34 des Projektionsobjektivs 12 kompensieren. Bezug nehmend auf Fig. 2 werden beispielsweise zwei Abbildungsfehler 40, 42 im Projektionsobjektiv 12 induziert, die überlagert den Abbildungsfehler 30 ergeben und die den thermisch induzierten, komplementären Abbildungsfehler 32 vollständig kompensieren. Der resultierende Gesamtabbildungsfehler entspricht der Kurve 36 und ist zum Zeitpunkt ts ebenfalls etwa Null.
Der vor Betriebsbeginn (t < t = 0) in das Projektionsobjektiv 12 einzubringende Abbildungsfehler 30, 40, 42 kann beispielsweise an die Beleuchtungsweise des Projektionsobjektivs 12 angepasst werden, um ein besonders gutes Kompensieren der durch das Erwärmen der optischen Elemente 28a-d verursachten Abbildungsfehler 32, 34 zu ermöglichen. Hierdurch können spezielle Abbildungsfehler 32, 34 behoben werden, die sich häufig bei einer nicht-rotationssymmetrischen oder auch rotationssymmetrischen Beleuchtungsweise des Projektionsobjektivs 12 einstellen und vorher bekannt sind.
Ferner kann zur Verbesserung der Abbildungsfehlerkompensation des Projektionsobjektivs 12 die Wellenfront des Abbildungslichts 16 in der Bildebene B zu verschiede- nen Zeitpunkten t gemessen werden. Hierzu ist in der Halterung 26 des Substrats 22 ein Wellenfrontdetektor 48 aufgenommen. Der Wellenfrontdetektor 48 kann auch hinter der Bildebene B oder zwischen dem Projektionsobjektiv 12 und der Bildebene B angeordnet sein. Der Wellenfrontdetektor 48 ist ferner mit einer Analyseeinheit 50, beispielsweise einem Computer, verbunden, so dass die Messung und Auswertung der gemessenen Wellenfront automatisch erfolgt.
Die Wellenfront des Abbildungslichts 16 kann mittels des Detektors 48 kurz nach Betriebsbeginn (t ≡ 0) gemessen werden, wenn also das Projektionsobjektiv 12 in seinem kalten Zustand ist und die thermisch induzierten Abbildungsfehler 32, 34 noch nicht auftreten. Anderseits kann die Wellenfront zu beliebigen Zeitpunkten t > t = 0 gemessen werden, insbesondere in der Aufwärmphase des Projektionsobjektivs 12, wenn sich die thermisch induzierten Abbildungsfehler 32, 34 allmählich einstellen. Es versteht sich, dass die Messung der Wellenfront zu einem bestimmten Zeitpunkt t wiederholt durchgeführt werden kann, um die Messgenauigkeit zu erhöhen.
Ein erstes Messen der Wellenfront mittels des Wellenfrontdetektors 48 kann vor dem gezielten Einbringen des Abbildungsfehlers 30, 40, 42 im erwärmten Zustand des Projektionsobjektivs 12 zum Gleichgewichtszeitpunkt ts erfolgen, um so die auf dem Erwärmen der optischen Elemente 28a-d beruhenden Abbildungsfehler 32, 34 des Projektionsobjektivs 12 zu bestimmen. Danach kann der zumindest erste Abbildungsfehler 30, 40, 42 vor dem eigentlichen Betriebsbeginn (t = 0) als Schritt eines Fertigungsprozesses des Projektionsobjektivs 12 gezielt in das Projektionsobjektiv 12 durch beispielsweise ein geeignetes Einbringen einer Asphärisierung in ein optisches Element 28a-d basierend auf der Analyse der zuvor am warmen Projektionsobjektivs 12 gemessenen Wellenfront eingebracht werden. Danach kann die Wellenfront des Projektionsobjektivs 12 zu verschiedenen Zeitpunkten t, insbesondere im kalten und warmen Zustand des Projektionsobjektivs 12, gemessen werden, um so einerseits das Abbildungsverhalten des Projektionsobjektivs 12 im kalten Zustand mit dem eingebrachten Abbildungsfehler 30, 40, 42 und andererseits den zeitlichen Verlauf der Abbildungsfehlerkompensation im sich erwärmenden bzw. warmen Zustand des Projektionsobjektivs 12 zu verfolgen. Diese gewonnene Kenntnis der Abbildungsfeh- lerkompensation kann dann für die Verbesserung des Abbildungsverhaltens eines Projektionsobjektivs 12 gleicher Bauart verwendet werden, indem der kompensierende Abbildungsfehler im Design eines solchen Projektionsobjektivs vorgehalten wird.
Der erste Abbildungsfehler 30, 40, 42 kann in einem beliebigen der optischen Elemente 28a-d oder auch in mehreren der optischen Elemente 28a-d eingebracht werden. Die Wahl des optischen Elements 28a-d richtet sich hierbei u. a. nach einer Komplexität des zweiten Abbildungsfehlers 32, 34 und der Einfachheit der Abbil- dungsfehlereinbringung bei gegebener Bauart des Projektionsobjektivs 12.
Im Folgenden wird eine Abbildungsfehlerkorrektur anhand des Abbildungsfehlers der Bildfeldwölbung an einem praktischen Ausführungsbeispiel eines Projektionsobjektivs näher beschrieben, wobei die Korrektur durch Vorhalten eines entsprechenden Abbildungsfehlers im Design eines Projektionsobjektivs, d.h. im kalten Zustand des Projektionsobjektivs erfolgt.
Das in Fig. 3 gezeigte dioptrische Projektionsobjektiv 12 weist in Lichtausbreitungsrichtung gesehen zwischen der Objektebene O und der Bildebene B 20 optische Elemente 28a bis 28t auf, die alle als Linsen ausgebildet sind. Die optischen Designdaten des Projektionsobjektivs 12 gemäß Fig. 3 sind in den Tabellen 1 und 2 im Anhang an die vorliegende Beschreibung aufgeführt. In der Tabelle 1 bezeichnet die Fläche Nr. 0 die Objektebene und die Fläche Nr. 42 die Bildebene, und die Flächen Nr. 1 bis 41 die entsprechende Oberfläche an den optischen Elementen 28a-t in Lichtausbreitungsrichtung von der Objektebene O zur Bildebene B.
Bei dem Projektionsobjektiv 12 wurde im optischen Design ein Abbildungsfehler 30 gemäß Fig. 4 vorgehalten, d.h. das Projektionsobjektiv 12 zeigt unmittelbar beim ersten Beaufschlagen mit Abbildungslicht (t = 0) in der Bildebene B den Abbildungsfehler 30. Der Abbildungsfehler 30 ist im vorliegenden Fall eine Bildfeldwölbung. In Fig. 4 ist der Feldverlauf des Abbildungsfehlers 30 (in diesem Fall ist dies die Bildfeldwölbung) in der Bildebene dargestellt, wobei entlang der z-Achse die Stärke des Abbildungsfehlers 30 in der xy-Ebene aufgetragen ist, wobei die xy-Ebene die Bildebene darstellt.
In Fig. 5 ist der Feldverlauf des Abbildungsfehlers 32 dargestellt, der sich im warmen Zustand des Projektionsobjektivs 12 ergeben würde, wenn der Abbildungsfehler 30 gemäß Fig. 4 bei dem Projektionsobjektiv 12 nicht bereits im kalten Zustand vorgehalten würde. Der Abbildungsfehler 32 gemäß Fig. 5 beruht auf einer Erwärmung einzelner Linsen des Projektionsobjektivs 12 gemäß Fig. 3 und stellt beispielsweise den Zustand des Projektionsobjektivs 12 zum Zeitpunkt t = ts dar, an dem der Abbildungsfehler 32 sich zeitlich nicht mehr ändert.
Fig. 6 zeigt nun den Feldverlauf der Überlagerung aus dem Abbildungsfehler 30 gemäß Fig. 4 und dem Abbildungsfehler 32 gemäß Fig. 5, wie er sich aufgrund des Vorhaltens des Abbildungsfehlers 30 in dem Projektionsobjektiv 12 zum Zeitpunkt t = ts als Gesamtabbildungsfehler 36 ergibt.
Wie aus der Fig. 6 hervorgeht, wird durch den vorgehaltenen Abbildungsfehler 30 der sich durch Erwärmung einzelner Linsen im Betrieb des Projektionsobjektivs 12 einstellende Abbildungsfehler 32 nicht vollständig, jedoch deutlich kompensiert. Eine Kompensation von thermisch induzierten Abbildungsfehlern durch Vorhalten von entsprechenden komplementären Abbildungsfehlern im Design des Projektionsobjektivs um zumindest 25 %, bevorzugt um zumindest 50 %, noch mehr bevorzugt um zumindest 70 % kann mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Die hier beschriebene Kompensation der thermisch induzierten Bildfeldwölbung ist nur ein Beispiel der Kompensation eines Abbildungsfehlers, und mit dem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren können auf diese Weise auch andere Abbildungsfehler, wie Astigmatismus, die maximale Abweichung von der Bildebene und die Vergrößerung im Warmzustand des Projekti- onsobjektivs kompensiert bzw. korrigiert werden, wobei es sich bei diesen Abbildungsfehlern um rotationssymmetrische Abbildungsfehler handelt.
Das vorstehend beschriebene Prinzip der Korrektur von Abbildungsfehlern, die im Betrieb durch Erwärmung entstehen, lässt sich auch auf Projektionsobjektive anwenden, die zu einer Anordnung aus einer Mehrzahl von Projektionsobjektiven gehören, die bei der Herstellung von Flachbildschirmen verwendet werden. In Fig. 7 ist ein einzelnes Projektionsobjektiv 12' der Anordnung von Projektionsobjektiven einer Projektionsbelichtungsanlage zur Herstellung von Flachbildschirmen dargestellt. Gleiche oder vergleichbare Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie bei dem Projektionsobjektiv 12, ergänzt durch einen '.
Eine Struktur 20', die in einer Objektebene O angeordnet ist, wird mittels des Projektionsobjektivs 12' auf ein Substrat 22' abgebildet, das in einer Bildebene B angeordnet ist. Von dem Projektionsobjektiv 12' sind in Fig. 7 schematisch zwei optische Elemente 28'a und 28'b dargestellt, wobei es sich versteht, dass das Projektionsobjektiv 12' eine Mehrzahl von optischen Elementen in Form von Linsen, Spiegeln und/oder Planplatten aufweisen kann, wie es auch für das Projektionsobjektiv 12 oben beschrieben worden ist.
Die Struktur 20' ist beispielsweise eine Lochblendenanordnung, ein Zwischenbild, eine Dynamische-Spiegel-Anordnung oder dergleichen. Das Substrat 22' ist in Form einer großen Platte ausgebildet, deren Abmessungen beispielsweise etwa 2 m x etwa 3 bis 4 m in der Fläche betragen können. Aufgrund der Größe des Substrats 22', aus dem ein oder mehrere Flachbildschirme hergestellt werden, wird eine Mehrzahl an Projektionsobjektiven 12' benötigt, die in Form einer Feldanordnung 48' (Array) einer Mehrzahl an Projektionsobjektiven 12' angeordnet sind, wie in Fig. 8 und 9 dargestellt ist.
In Fig. 7 ist mit einem Rechteck 50 das von dem Projektionsobjektiv 12' erzeugte Bildfeld in der Bildebene B veranschaulicht, mit einem Kreis 52 der Umkreis des Bildfeldes 50 und mit einem Kreis 54 der Außendurchmesser des Projektionsobjektivs 12', der durch den mechanischen Aufbau des Projektionsobjektivs 12', insbesondere die Linsenfassungen und das Gehäuse vorgegeben ist. Aus den unterschiedlichen Durchmessern der Kreise 52 und 54 ergibt sich, dass die mechanische Abmessung des Projektionsobjektivs 12' größer ist als das von dem Projektionsobjektiv 12' erzeugte Bildfeld 50.
In Fig. 8 und 9 ist jedes einzelne der Mehrzahl von Projektionsobjektiven 12' durch den Kreis 54, der die Außendurchmesserbegrenzung jedes einzelnen Projektionsobjektivs 12' bestimmt, dargestellt. Aufgrund der Tatsache, dass der Außendurchmesser gemäß dem Kreis 54 jedes einzelnen Projektionsobjektivs 12' größer ist als das jeweils erzeugte Bildfeld 50 gemäß dem Kreis 52, werden die Projektionsobjektive 12' in einer Abmessung A des Substrats 22' und einer Abmessung B des Substrats 22' in mehreren, hier drei Reihen angeordnet, wobei von Reihe zu Reihe die einzelnen Projektionsobjektive 12' um die Breite des Bildfeldes 50 in Richtung der Abmessung A gegeneinander versetzt sind, so dass durch diese Anordnung das gesamte Substrat 22' lückenlos mit der Abbildung der Strukturen 20' beschrieben werden kann. In Richtung der Abmessung B ist das Substrat 22' relativ zu der Anordnung 48' der Mehrzahl an Projektionsobjektiven 12' verfahrbar.
Anstelle von drei Reihen von Projektionsobjektiven 12' kann jedoch auch eine Anordnung von nur zwei Reihen, aber auch von mehr als drei Reihen verwendet werden.
Bei jedem einzelnen der Projektionsobjektive 12' wird das in Bezug auf das Projektionsobjektiv 12 beschriebene Korrekturprinzip angewendet, so dass diesbezüglich auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Tabelle 1
Designdaten:
Figure imgf000026_0001
Figure imgf000027_0001
Tabelle 2
Asphärenparameter:
Figure imgf000027_0002
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000029_0002
Gültig für folgende Formel:
Figure imgf000029_0001
+ as3rß + as4r8 + as5r1D +
wobei z = Pfeilhöhe r = Radius, wobei 0 < r < Linsenradius cc = konische Konstante cv = l/R mit R dem Krümmungsradius asO, asl, ... = Asphärenparameter

Claims

Patentansprüche
1. Optische Vorrichtung, mit einer Mehrzahl an optischen Elementen (28a-t; 28'a, 28'b) entlang einer Lichtausbreitungsrichtung der optischen Vorrichtung (10) zum Abbilden einer Struktur (20; 20') in einer Objektebene (O) der optischen Vorrichtung (10) auf ein Substrat (22; 22') in einer Bildebene (B) der optischen Vorrichtung (10), wobei die optische Vorrichtung (10) im Kaltzustand zumindest einen ersten Abbildungsfehler (30, 40, 42) aufweist, der zumindest einen zweiten, während des Betriebs durch Erwärmen zumindest eines der optischen Elemente (28a-t; 28'a, 28'b) verursachten Abbildungsfehler (32, 34) der optischen Vorrichtung (10) zumindest teilweise kompensiert.
2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zumindest erste und zweite Abbildungsfehler (30, 40, 42, 32, 34) durch dasselbe optische Element verursacht wird.
3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zumindest erste und zweite Abbildungsfehler (30, 40, 42, 32, 34) durch verschiedene optische Elemente (28a-t; 28'a, 28'b) verursacht werden.
4. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die optische Vorrichtung (10) im Kaltzustand zumindest einen weiteren Abbildungsfehler (40, 42) aufweist.
5. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die optische Vorrichtung (10) im Betrieb eine zeitlich konstante Beleuchtung aufweist.
6. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die optische Vorrichtung (10) zumindest einen Detektor (48) zum Messen einer Wellenfront des Abbildungslichts aufweist.
7. Optische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Detektor (48) zum Messen des Wellenfrontverlaufs in der Bildebene (B) angeordnet ist.
8. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest eines der optischen Elemente (28a-t; 28'a, 28'b) eine asphärisierte Oberfläche aufweist.
9. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die optische Vorrichtung (10) ein Projektionsobjektiv (12) einer Projektionsbelichtungsan- lage (14) für die Mikrolithographie ist.
10. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die optische Vorrichtung (10) ein Projektionsobjektiv (12') einer Projektionsbelichtungsan- lage zur Herstellung von Flachbildschirmen ist, wobei die Projektionsbelich- tungsanlage eine Mehrzahl von Projektionsobjektiven (12') aufweist, die in Form einer Feldanordnung angeordnet sind.
11. Verfahren zum Verbessern des Abbildungsverhaltens einer optischen Vorrichtung (10), wobei die optische Vorrichtung (10) eine Mehrzahl an optischen Elementen (28a-t; 28'a, 28'b) entlang einer Lichtausbreitungsrichtung der optischen Vorrichtung (10) zum Abbilden einer Struktur (20; 20') in einer Objektebene (O) der optischen Vorrichtung (10) auf ein Substrat (22; 22') in einer Bildebene (B) der optischen Vorrichtung (10) aufweist, wobei in der optischen Vorrichtung (10) im Kaltzustand zumindest ein erster Abbildungsfehler (30, 40, 42) vorgehalten ist, der einen zumindest zweiten, während eines Betriebs der optischen Vorrichtung (10) durch Erwärmen zumindest eines der optischen Elemente (28a-t; 28'a, 28'b) verursachten Abbildungsfehler (32, 34) der optischen Vorrichtung (10) zumindest teilweise kompensiert.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Abbildungsfehler (30, 40, 42) so vorgehalten ist, dass die Summe aus dem zweiten Abbildungsfehler (32, 34) und dem ersten Abbildungsfehler (30, 40, 42) im Warmzustand der optischen Vorrichtung (10) betragsmäßig kleiner ist als der Betrag des ersten Abbildungsfehlers (30, 40, 42).
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der erste Abbildungsfehler (30, 40, 42) so vorgehalten ist, dass die Summe aus dem zweiten Abbildungsfehler (32, 34) und dem ersten Abbildungsfehler (30, 40, 42) im Warmzustand der optischen Vorrichtung (10) betragsmäßig kleiner ist als der Betrag des zweiten Abbildungsfehlers (32, 34).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der erste Abbildungsfehler (30, 40, 42) so vorgehalten ist, dass die Summe aus dem zweiten Abbildungsfehler (32, 34) und dem ersten Abbildungsfehler (30, 40, 42) im Warmzustand der optischen Vorrichtung (10) betragsmäßig kleiner ist als der Betrag des zweiten Abbildungsfehlers (32, 34) und kleiner als der Betrag des ersten Abbildungsfehlers (30, 40, 42).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der zumindest erste und zweite Abbildungsfehler (30, 40, 42, 32, 34) durch dasselbe optische Element (28a-t; 28'a, 28'b) verursacht werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der zumindest erste und zweite Abbildungsfehler (30, 40, 42, 32, 34) durch verschiedene optische Elemente (28a-t; 28'a, 28'b) verursacht werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei in der optischen Vorrichtung (10) im Kaltzustand zumindest ein weiterer Abbildungsfehler (40, 42) induziert wird, der durch das zumindest eine optische Element (28a-t; 28'a, 28'b) und/oder durch zumindest ein weiteres optisches Element (28a-t; 28'a, 28'b) verursacht wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der zumindest erste Abbildungsfehler (30) und/oder der zumindest weitere Abbildungsfehler (40, 42) an eine Betriebsweise der optischen Vorrichtung (10), insbesondere an eine Beleuchtungsweise der optischen Vorrichtung (10), angepasst induziert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei eine Wellenfront des Abbildungslichts zu verschiedenen Betriebszeiten gemessen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Wellenfront in der Bildebene (B) der optischen Vorrichtung (10) gemessen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Wellenfront vor dem Induzieren des zumindest ersten und/oder des zumindest weiteren Abbildungsfehlers (30, 40, 42) gemessen wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Wellenfront während der Aufwärmphase der optischen Vorrichtung (10) gemessen wird.
23. Verfahren einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei zum Induzieren des zumindest einen ersten Abbildungsfehlers eine Oberfläche zumindest eines der optischen Elements (28a-t; 28'a, 28'b) asphärisiert wird.
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