WO2004053596A2 - Verfahren zur einstellung einer optischen eigenschaft eines projektionsobjekts - Google Patents

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WO2004053596A2
WO2004053596A2 PCT/EP2003/001564 EP0301564W WO2004053596A2 WO 2004053596 A2 WO2004053596 A2 WO 2004053596A2 EP 0301564 W EP0301564 W EP 0301564W WO 2004053596 A2 WO2004053596 A2 WO 2004053596A2
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Paul Gräupner
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
    • G03F7/70891—Temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for improving an optical imaging property of a projection lens, which is part of a microlithographic projection exposure system, with which a reticle arranged in an object plane of the projection lens can be imaged through the projection lens onto a light-sensitive surface arranged in an image plane of the projection lens.
  • the invention further relates to a microlithographic projection exposure system for imaging a reticle arranged in an object plane of a projection lens through the projection lens onto a light-sensitive surface arranged in an image plane of the projection lens, with means for introducing an immersion liquid into a space between the light-sensitive surface and one of these surfaces facing end surface of the projection lens.
  • the invention also relates to a projection exposure system of this type, in which an immersion liquid has already been introduced into the space mentioned.
  • a method of the type mentioned is generally known in the prior art.
  • the spatial position of individual optical components can be changed with the aid of manipulators, that the imaging properties of the projection lens improve.
  • the change in position of the optical components in question to improve the imaging properties of the projection objective takes place on the fully assembled projection objective, and as a rule before the first start-up.
  • this type of fine adjustment can also be carried out at a later point in time, for example to compensate for deterioration in the imaging properties due to aging.
  • These methods are often used in such a way that one or more imaging properties of the projection objective are detected with the aid of a sensor arranged in its image plane.
  • the optical imaging properties of the projection objective can be optimized in this way by more or less targeted adjustment of the optical components.
  • a microlithographic projection exposure system of the type mentioned at the outset is known from EP 0 023 231 B1.
  • This known projection exposure system has an open-topped container for receiving a carrier for a semiconductor wafer to be exposed, the upper edge of which is higher than the lower boundary surface of the projection objective.
  • the container is provided with inlets and outlets for an immersion liquid which is circulated in a liquid circuit.
  • the immersion liquid fills the intermediate space that remains between the semiconductor wafer to be exposed and an interface of the projection lens facing it.
  • the higher refractive index of the immersion liquid compared to air increases the resolution of the projection lens.
  • the known projection exposure system also has a device for tempering the immersion liquid which is arranged in the liquid circuit. In this way, the temperature of the semiconductor wafer to be exposed can be kept constant, so that imaging errors caused by thermal movements of the semiconductor wafer are avoided.
  • the object of the present invention is to provide a method and a microlithographic projection exposure system of the type mentioned at the outset, in which the optical imaging properties of a completely mounted projection objective can be improved even more easily and effectively.
  • the immersion liquid is an optical component of the projection exposure system, which in principle influences its optical properties in the same way as, for example, the lenses arranged in the projection lens.
  • the lenses or other optical ones are an optical component of the projection exposure system, which in principle influences its optical properties in the same way as, for example, the lenses arranged in the projection lens.
  • the invention uses the possibility of influencing the refractive index of the optical component "immersion liquid" via its temperature.
  • the refractive index of the optical components contained in the projection lens can also be changed via the temperature, but it is much more difficult to bring about a temperature change there because the lenses and the like.
  • ⁇ Used materials have a low thermal conductivity, which makes it difficult to set a homogeneous temperature distribution over the entire optically effective volume.
  • the temperature of the immersion liquid drops on the other hand bring themselves relatively easily to a predeterminable value and keep them constant over the corresponding optically effective range, e.g. B. by circulating the liquid.
  • the refractive index of numerous liquids suitable as immersion liquid can be set very precisely via the temperature.
  • the imaging property is preferably determined by imaging a test reticle through the projection objective and the immersion liquid onto a light-sensitive element arranged in the image plane.
  • the imaging properties can then be determined in a reproducible and quantifiable manner by measuring the image stored on the photosensitive element using devices known per se.
  • a photo emulsion can be used as the light-sensitive element.
  • the light-sensitive element is a sensor device, in particular a CCD sensor. In this way, the image generated in the image plane can be recorded and evaluated immediately, ie without developing a photo emulsion or the like, in order to determine the imaging properties.
  • the imaging property can also be determined using an interferometer, as is known, for example, from WO 01/632 33 AI.
  • the optical imaging property to be improved can be a spherical aberration caused by the projection lens.
  • Such spherical aberrations occur particularly in projection lenses with a high numerical aperture.
  • the optical property to be improved can also be, for example, the focal length of the projection lens.
  • the focal length of the projection lens Since for the high-resolution imaging of the structures to be imaged contained in the reticle on the light-sensitive surface, the latter must be arranged very precisely in the focal plane of the projection lens, conventional projection exposure systems often have an adjustment facility with which the support of the light-sensitive surface along the optical axis of the Projection lens can be moved. In this way, the light Adjust the sensitive surface in the focal plane of the projection lens.
  • these mechanical adjustment devices are relatively complex in terms of construction. By changing the temperature of the immersion liquid, the focal length of the projection lens can be influenced in a very simple manner according to the invention, so that there is no need for adjustment for the support of the light-sensitive surface.
  • Such a projection exposure system allows an automated improvement of the optical imaging properties of the projection objective by changing the temperature of the immersion liquid.
  • the computing unit can, for. B. be designed so that it determines the imaging properties of the projection lens from the signals generated by the sensor device and compares it with a target imaging property. In a control process, the computing unit then causes the temperature control device to change the temperature of the immersion liquid until the imaging property detected by the sensor device comes as close as possible to the target imaging property.
  • Such a projection exposure system enables an operator to experience certain deteriorations to compensate the imaging properties of the projection lens automatically, ie without consulting specialists, by changing the refractive index of the immersion liquid. The reasons for the deterioration include: B. age-related material changes or fluctuations in air pressure.
  • the invention further relates to a projection exposure system with an immersion liquid, the temperature of which is selected such that a spherical aberration inherent in the projection objective is compensated for by the immersion liquid.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1, in which a beam path in the area of an immersion liquid is indicated;
  • FIG. 3 shows the section according to FIG. 2, but after increasing the temperature of the immersion liquid
  • FIG. 4 shows an enlarged section corresponding to FIG. 2 from a projection exposure system with a different imaging optics
  • FIG. 5 shows the section according to FIG. 4, but after increasing the temperature of the immersion liquid
  • FIG. 6 shows a simplified illustration of another microlithographic projection exposure system with a sensor device arranged in the image plane in a longitudinal section.
  • the light-sensitive surface 26 can be, for example, a photoresist, which is on a support 30, for. B. a silicon wafer is applied.
  • the carrier 30 is fastened to the bottom of a trough-like container 32 which is open at the top and which can be moved parallel to the image plane by means of a first moving device designated by 36.
  • the container 32 is filled with an immersion liquid 38 to such an extent that there is a gap
  • a temperature control device 44 is also provided in the container 32, which can be designed as a pure heating device, but also as a combined heating / cooling device.
  • a temperature sensor 46 is attached to the container 32, which detects the temperature of the immersion liquid 38 with high accuracy.
  • the temperature control device 44 and the temperature sensor 46 are connected via the travel movement of the container 32, non-obstructing lines to a temperature controller 48 which has a slide switch 50 for setting a guide temperature.
  • the reticle 24, the structures of which are to be imaged on the photosensitive surface 26, can be moved in the object plane 22 with the aid of a second displacement device 52, so that gradually all structured areas of the reticle 24 are imaged on the photosensitive surface 26 can.
  • the projection light bundle 13 generated by the illumination device 12 passes through the structures of the reticle 24 and from there reaches the projection objective 20.
  • the structures which are passed through by the projection light bundle 13 are imaged on the light-sensitive surface 26 in a reduced manner.
  • the reticle 24 can be illuminated in a "step and scan" process.
  • the entire area of the reticle 24 is illuminated in a scanning manner by the reticle 24 using the second displacement device 52 through the aperture 18 limited projection light bundle is moved through.
  • the container 32 with the carrier 30 fastened therein executes a (mostly counter-rotating) movement with the aid of the first displacement device 36, the displacement speed of which is reduced compared to that of the reticle 24 by the reduction ratio of the projection lens 20.
  • the end face 42 of the projection objective 20 is moved by the immersion liquid 38 carried by the container 32, which leads to a mixing of the immersion liquid 38.
  • Such mixing is desirable insofar as the immersion liquid 38 can heat up locally due to the penetrating projection light, so that the temperature sensor 46 would otherwise otherwise no longer detect the temperature actually given in the intermediate space 40. If the mixing should not be sufficient due to the movement of the container 32, additional mixing devices can of course be arranged in the container 32. It is also possible to insert the container 32 into a liquid circuit, as is known per se in the prior art. The temperature control device 44 and the temperature sensor 46 can then be integrated in this temperature circuit in addition to a filter that may be present.
  • the guide temperature is activated by actuating the slide switch 50.
  • temperature of the temperature controller 48 changed and the exposure repeated.
  • the dependence of the refractive index on the temperature is - at least in small temperature intervals - approximately linear for many immersion liquids 38, so that a temperature for the immersion liquid 38 can be determined in a very simple manner in a recursive process at which one or more imaging Properties of the projection lens 20 are improved.
  • the further exposure of light-sensitive surfaces 26 then takes place at this last set temperature of the immersion liquid 38.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1, in which a beam path is indicated in the area of the intermediate space 40 between the end surface 42 of the projection lens 20 and the light-sensitive surface 26.
  • a plan-convex final lens 52 is in the end surface 42 of the projection lens 20 flush, which represents the last optical component of the projection optics of the projection objective 20, which are only indicated by 54.
  • FIG. 2 shows a plurality of projection light beams 56, 58, 60 which are thrown onto the end lens 52 by the optical components upstream of the projection optics 54.
  • the illustration is highly schematic and not to scale in order to better explain the influence of temperature on the imaging properties of the projection objective 20 to be able to.
  • the projection objective 20 shown in FIG. 2 produces an image which is falsified by spherical aberration.
  • only the focal plane of the projection light rays 56 near the axis lies in the plane of the light-sensitive surface 26, while the focal planes of the projection light rays 58 and 60 remote from the axis lie in the intermediate space 40.
  • the distance between the focal planes and the light-sensitive surface 26 increases the further away from the optical lens designated 62, the end lens 52 is penetrated by the projection light beams 56, 58, 60.
  • FIG. 6 shows a section of a further exemplary embodiment of a projection exposure system, designated overall by 210, in a representation based on FIG. 1.
  • parts that have been changed compared to FIG. 1 are provided with reference numbers increased by 200.
  • FIG. 6 shows the projection exposure system 210 in a setting mode in which the carrier 30 is exchanged for a sensor device 64.
  • the sensor device 64 can be, for example, a CCD sensor known per se.
  • a light-sensitive surface 66 of the sensor device 64 is arranged in the image plane 28 of the projection objective 20. In this way, the sensor device 64 captures exactly that image to which the photosensitive surface 26 to be exposed is exposed during the normal projection mode.
  • the projection takes place with a special test reticle 70, which is arranged in the object plane 22 of the projection objective 20 instead of the normal reticle 24.
  • the projection exposure system 210 additionally has a computing unit 68 which is connected to a temperature controller 248 for the temperature control device 44. In the setting mode, the projection exposure system 210 functions as follows:
  • those contained on the test reticle 70 Structures of the projection objective 20 are imaged on the light-sensitive surface 66 of the sensor device 64. This image is captured by the sensor device 64 and transmitted in digital form to the computing unit 68. From the data obtained, this determines a lead temperature, which is passed on to the temperature controller 248. The temperature controller 248 now ensures that the immersion liquid 38 is brought to this new guide temperature.
  • the sensor device 64 detects the image of the structures of the test label 70 which has been changed by the temperature change and also feeds this data to the computing unit 68.
  • the computing unit 68 determines whether the temperature change has improved or deteriorated the imaging properties of the projection lens 120. The guide temperature is changed again depending on this result. This recursive process continues until there is no longer any improvement in the imaging properties of the projection objective due to a change in temperature.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung einer optischen Abbildungseigenschaft eines Projektionsobjektivs (20), das Teil einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage (10) ist, mit der sich ein in einer Objektebene (22) des Projektionsobjektivs (20) angeordnetes Retikel (24) durch das Projektionsobjektiv (20) hindurch auf eine in einer Bildebene (28) angeordnete lichtempfindliche Oberfläche (26) abbilden lässt. Zunächst wird eine Immersionsflüssigkeit (38) in einen Zwischenraum (40) zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche (26) und einer dieser Oberfläche (26) zugewandten Endfläche (42) des Projektionsobjektivs (20) eingebracht. Anschließend wird eine Abbildungseigenschaft des Projektionsobjektivs (20) ermittelt. Daran schließt sich ein Vergleich der ermittelten Abbildungseigenschaft mit einer Soll-Abbildungseigenschaft an. Schließlich wird die Temperatur der Immersionsflüssigkeit (38) so lange verändert, bis die ermittelte Abbildungseigenschaft der Soll-Abbildungseigenschaft möglichst nahe kommt. Die Abbildungseingenschaften des Projektionsobjektivs (20) lassen sich durch die temperaturinduzierte Veränderung des Brechungsindexes der Immersionsflüssigkeit (38) präzise beeinflussen, was z. B. zur Kompensation einer sphärischen Aberration des Projektionsobjektivs (20) benutzt werden kann.

Description

Verfahren zur Einstellung einer gewünschten optischen Eigenschaft eines Projektionsobjektivs sowie mikrolithografische Proj ektionsbelichtungsanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung einer optischen Abbildungseigenschaft eines Projektionsobjektivs, das Teil einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage ist, mit der sich ein in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Retikel durch das Projektionsobjektiv hindurch auf eine in einer Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnete lichtempfindliche Oberfläche abbilden läßt. Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage zur Abbildung eines in einer Objektebene eines Projektionsobjektivs angeordneten Retikels durch das Projektionsobjektiv hindurch auf eine in einer Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnete lichtempfindliche Oberfläche, mit Mitteln zum Einbringen einer Immersionflüssig keit in einen Zwischenraum zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche und einer dieser Oberfläche zugewandten Endfläche des Projektionsobjektivs. Die Erfindung betrifft außerdem eine derartige Projektionsbelichtungsanlage, bei der in den genannten Zwischenraum bereits eine Immersionsflüssigkeit eingebracht ist .
Ein Verfahren der genannten Art ist allgemein im Stand der Technik bekannt. So läßt sich bei zahlreichen Projektionsobjektiven mikrolithografischer Projektionsbelich- tungsanlagen die räumliche Lage einzelner optischer Komponenten mit Hilfe von Manipulatoren so verändern, daß sich die Abbildungseigenschaften des Projektions- Objektivs verbessern. Die Lageveränderung der betreffenden optischen Komponenten zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs erfolgt dabei am fertig montierten Projektionsobjektiv, und zwar in der Regel noch vor dessen erstmaliger Inbetriebnahme. Diese Art der FeinJustierung kann aber auch zu einem späteren Zeitpunkt vorgenommen werden, um beispielsweise alterungsbedingte Verschlechterungen der Abbildungseigenschaften zu kompensieren. Häufig geht man bei diesen Verfahren so vor, daß man eine oder mehrere Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs mit Hilfe eines in dessen Bildebene angeordneten Sensors erfasst. Sodann beobachtet man, wie sich Lageveränderungen einzelner optischer Komponenten auf die Abbildungseigenschaften auswirken. Durch mehr oder weniger zielgerichtete Justage der optischen Komponenten können auf diese Weise die optischen Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs optimiert werden.
Eine mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 023 231 Bl bekannt. Diese bekannte Projektionsbelichtungsanlage weist zur Aufnahme eines Trägers für eine zu belichtende Halbleiterscheibe einen oben offenen Behälter auf, dessen oberer Rand höher liegt als die untere Begrenzungsfläche des Projektionsobjektivs . Der Behälter ist mit Zu- und Ableitungen für eine Immersionsflüssigkeit versehen, die in einem Flüssigkeitskreislauf umgewälzt wird. Die Immersionsflüssigkeit füllt beim Betrieb der Projektions- belichtungsanlage den Zwischenraum aus, der zwischen der zu belichtenden Halbleiterscheibe und einer dieser zugewandten Grenzfläche des Projektionsobjektivs verbleibt. Durch den höheren Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit im Vergleich zu Luft wird das Auflösungsver- mögen des Projektionsobjektivs vergrößert. Die bekannte Projektionsbelichtungsanlage weist ferner eine in dem Flüssigkeitskreislauf angeordnete Einrichtung zur Temperierung der Immersionsflüssigkeit auf. Auf diese Weise läßt sich die Temperatur der zu belichtenden Halbleiterscheibe konstant halten, so daß durch Wärmebewegungen der Halbleiterscheibe hervorgerufene Abbildungsfehler zu vermieden werden.
Die Verwendung von Immersionsflüssigkeiten bei mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlagen ist auch aus der JP 10-303 114 A bekannt. Dort wird auf das Problem hingewiesen, daß unerwünschte Temperaturschwankungen der Immersionsflüssigkeit auch zu einer Verschlech- terung der Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs führen können. Die Ursache hierfür liegt in der Abhängigkeit des Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit von der Temperatur. Zur Lösung dieses Problems werden verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, mit denen sich die Temperatur der Immersionsflüssigkeit während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage in engen Grenzen konstant halten läßt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine mikrolithografische Projektionsbelichtunsan- lage der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem sich die optischen Abbildungseigenschaften eines fertig montierten Projektionsobjektivs noch leichter und wirkungsvoller verbessern lassen.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch folgende Schritte gelöst :
a) Einbringen einer Immersionsflüssigkeit in einen Zwischenraum zwischen der lichtempfindlichen Ober- fläche und einer dieser Oberfläche zugewandten Endfläche des Projektionsobjektivs;
b) Ermitteln einer Abbildungseigenschaft der Projektions- Objektivs;
c) Vergleichen der ermittelten Abbildungseigenschaft mit einer Soll-Abbildungseigenschaft;
d) Verändern der Temperatur der Immersionsflüssigkeit so lange, bis die ermittelte Abbildungseigenschaft der Soll-Abbildungseigenschaft möglichst nahe kommt.
Zur Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs wird die Erkenntnis genutzt, daß die Immersionsflüssigkeit eine optische Komponente der Projektionsbelichtungsanlage darstellt, die deren optische Eigenschaften im Prinzip genau so beeinflusst wie etwa die im Projektionsobjektiv angeordneten Linsen. Anstatt nun (ausschließlich) die Linsen oder andere optische
Komponenten im Projektionsobjektiv mechanisch im Strahlengang des Projektionsobjektivs zu justieren, nutzt die Erfindung die Möglichkeit, den Brechungsindex der optischen Komponente "Immersionsflüssigkeit" über deren Temperatur zu beeinflussen.
Zwar läßt sich im Prinzip auch der Brechungsindex der im Projektionsobjektiv enthaltenden optischen Komponenten über die Temperatur verändern, doch ist dort eine Tempe- raturveranderung ungleich schwerer herbeizuführen, da die für die Linsen u. ä. verwendeten Materialien eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen, wodurch die Einstellung einer homogenen Temperaturverteilung über das gesamte optisch wirksame Volumen hinweg erheblich erschwert wird. Die Temperatur der Immersionsflüssigkeit läßt sich hingegen relativ einfach auf einen vorgebbaren Wert bringen und über den entsprechenden optisch wirksamen Bereich hinweg konstant halten, z. B. indem die Flüssigkeit umgewälzt wird.
Da der Brechungsindex zahlreicher als Immersionsflüssigkeit geeigneter Flüssigkeiten nur recht schwach und - innerhalb kleiner Temperaturintervalle - annähernd linear von der Temperatur abhängt, läßt sich der Brechungs- index der Immersionsflüssigkeit sehr präzise über die Temperatur einstellen. So läßt sich beispielsweise bei einer für eine Wellenlänge von 193 nm ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, bei der der Zwischenraum zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche und der End- fläche des Projektionsobjektivs mit einer 1 mm dicken Wasserschicht aufgefüllt ist, der Brechungsindex von n = 1,45 um ein hundertstel Promill verändern, indem die Temperatur um 50 mK erhöht oder erniedrigt wird.
Theoretisch ist es möglich, zur Ermittlung der Abbildungseigenschaft ein zusätzliches optisches System derart in der Bildebene des Projektionsobjektivs zu positionieren, daß ein von dem Projektionsobjektiv erzeugtes Bild unmittelbar auf einem Schirm oder durch ein Okular hindurch beobachtet werden kann. Vorzugsweise jedoch wird die Abbildungseigenschaft ermittelt, indem ein Testretikel durch das Projektionsobjektiv und die Immersionsflüssigkeit hindurch auf ein in der Bildebene angeordnetes lichtempfindliches Element abgebil- det wird. Die Abbildungseigenschaften lassen sich dann reproduzierbar und quantifizierbar ermitteln, indem das auf dem lichtempfindlichen Element gespeicherte Bild mit an sich bekannten Vorrichtungen vermessen wird. Als lichtempfindliches Element kommt bei spielsweise eine Fotoemulsion in Betracht. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das lichtempfindliche Element eine Sensoreinrichtung, insbesondere ein CCD-Sensor, ist. Auf diese Weise kann das in der Bild- ebene erzeugte Bild unmittelbar, d. h. ohne Entwicklung einer Fotoemulsion o. ä., erfasst und ausgewertet werden, um die Abbildungseigenschaften zu ermitteln.
Alternativ hierzu kann die Abbildungseigenschaft auch unter Verwendung eines Interferometers ermittelt werden, wie es beispielsweise aus der WO 01/632 33 AI bekannt ist .
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich alle optischen Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs verbessern, die durch die Immersionsflüssigkeit beeinflußbar sind. So kann es sich beispielsweise bei der zu verbessernden optischen Abbildungseigenschaft um eine durch das Projektionsobjektiv verursachte sphärische Aberration handeln. Derartige sphärische Aberrationen treten insbesondere bei Projektionsobjektiven mit hoher numerischer Apertur auf.
Bei der zu verbessernden optischen Eigenschaft kann es sich aber beispielsweise auch um die Brennweite des Projektionsobjektivs handeln. Da zur hochauflösenden Abbildung der in dem Retikel enthaltenen abzubildenden Strukturen auf der lichtempfindlichen Oberfläche letzere sehr genau in der Brennebene des Projektionsob ektivs angeordnet sein muß, weisen herkömmliche Projektions- belichtungsanlagen häufig eine Verstellmöglichkeit auf, mit der der Träger der lichtempfindlichen Oberfläche entlang der optischen Achse des Projektionsobjektivs bewegt werden kann. Auf diese Weise läßt sich die licht- empfindliche Oberfläche in die Brennebene des Projektionsobjektivs justieren. Diese mechanischen Versteileinrichtungen sind allerdings konstruktiv relativ aufwendig. Durch Verändern der Temperatur der Immersionsflüssigkeit läßt sich erfindungsgemäß auf sehr einfache Weise die Brennweite des Projektionsobjektivs beeinflussen, so daß auf eine Verstellmöglichkeit für den Träger der lichtempfindlichen Oberfläche verzichtet werden kann.
Bei einer Projektionsbelichtungsanlage der eingangs genannten Art wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine in der Bildebene anordenbare Sensoreinrichtung, insbesondere einen CCD-Sensor, eine Temperaturregelungseinrichtung zur Einstellung einer Soll-Temperatur der Immer- sionsflüssigkeit , und einer mit der Sensoreinrichtung und der Temperaturregelungseinrichtung verbundenen Recheneinheit, mit der aus von der Sensoreinrichtung erzeugten Signalen die Soll-Temperatur der Immersionsflüssigkeit bestimmbar ist.
Eine derartige Projektionsbelichtungsanlage erlaubt eine automatisierte Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs durch Verändern der Temperatur der Immersionsflüssigkeit. Die Recheneinheit kann dabei z. B. so ausgelegt werden, daß sie aus den von der Sensoreinrichtung erzeugten Signalen die Abbildungseingenschaf en des Projektionsobjektivs ermittelt und mit einer Soll-Abbildungseigenschaft vergleicht. In einem Regelvorgang veranlasst dann die Rechen- einheit die Temperatursteuerungseinrichtung, die Temperatur der Immersionsflüssigkeit so lange zu verändern, bis die von der Sensoreinrichtung erfasste Abbildungseigenschaft der Soll-Abbildungseigenschaft möglichst nahekommt. Eine derartige Projektionsbelichtungsanlage er- möglicht es einem Betreiber, bestimmte Verschlechterungen der Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs automatisch, d. h. ohne Hinzuziehung von Spezialisten, durch eine Veränderung des Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit zu kompensieren. Als Ursache für die Verschlech- terungen kommen z. B. alterungsbedingte Materialveränderungen oder Schwankungen des Luftdrucks in Betracht .
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer Immersionsflüssigkeit, de- ren Temperatur so gewählt ist, daß durch die Immersions- flüssigkeit eine dem Projektionsobjektiv eigene sphärische Aberration kompensiert ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage in einem Längsschnitt;
Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1, in dem ein Strahlengang im Bereich einer Immersionsflussigkeit angedeutet ist;
Figur 3 den Ausschnitt gemäß Figur 2, jedoch nach Erhöhung der Temperatur der Immersionsflüssigkeit;
Figur 4 einen der Figur 2 entsprechenden vergrößerten Aus- schnitt aus einer Projektionsbelichtungsanlage mit einer anderen Abbildungsoptik;
Figur 5 den Ausschnitt gemäß Figur 4, jedoch nach Erhöhung der Temperatur der Immersionsflüssigkeit; Figur 6 eine vereinfachte Darstellung einer anderen mikrolithografischen Proj ektionsbelichtungsanlage mit einer in der Bildebene angeordneten Sensoreinrichtung in einem Längsschnitt.
Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage in einem Längsschnitt. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 weist eine Beleuchtungseinrichtung 12 zur Erzeugung eines Projektions- lichtbündels 13 auf, die eine Projektionslichtquelle 14, eine mit 16 angedeutete Beleuchtungsoptik und eine Blende 18 umfasst .
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 hat ferner ein Projek- tionsobjektiv 20, das ein in seiner Objektebene 22 angeordnetes Retikel 24 verkleinert auf eine lichtempfindliche Oberfläche 26 abbildet, die in einer Bildebene 28 des Projektionsobjektivs 20 angeordnet ist. Das Projektionsobjektiv 20 enthält eine Vielzahl optischer Komponenten, von denen in Figur 1 nur einige beispielhaft dargestellt und nicht näher bezeichnet sind.
Bei der lichtempfindlichen Oberfläche 26 kann es sich beispielsweise um einen Fotolack handeln, der auf einem Träger 30, z. B. einem Siliziumwafer, aufgebracht ist.
Der Träger 30 ist am Boden eines wannenartigen, nach oben offenen Behälters 32 befestigt, der durch eine mit 36 bezeichnete erste Verfahreinrichtung parallel zur Bildebene verfahrbar ist. Der Behälter 32 ist mit einer Immersions- flüssigkeit 38 soweit aufgefüllt, daß ein Zwischenraum
40 zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche 26 und einer dieser Oberfläche 26 zugewandten Endfläche 42 des Projektionsobjektivs 20 vollständig mit der Immersionsflüssigkeit 38 gefüllt ist. In dem Behälter 32 ist außerdem eine Temperiereinrichtung 44 vorgesehen, die als reine Heizeinrichtung, aber auch als kombinierte Heiz-/Kühleinrichtung ausgeführt sein kann. Außerdem ist an dem Behälter 32 ein Temperaturfüh- 1er 46 befestigt, der die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 mit hoher Genauigkeit erfasst .
Die Temperiereinrichtung 44 und der Temperaturfühler 46 sind über die Verfahrbewegung des Behälters 32 nicht behindernde Leitungen mit einem Temperaturregler 48 verbunden, der einen Schiebeschalter 50 zur Einstellung einer Führungstemperatur aufweist .
Das Retikel 24, dessen Strukturen auf der lichtempfind- liehen Oberfläche 26 abgebildet werden sollen, ist mit Hilfe einer zweiten Verfahreinrichtung 52 in der Objekt- ebene 22 verfahrbar, so daß nach und nach sämtliche strukturierten Bereiche des Retikels 24 auf der lichtempfindlichen Oberfläche 26 abgebildet werden können.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 funktioniert auf folgende Weise:
Das von der Beleuchtungseinrichtung 12 erzeugte Pro- jektionslichtbündel 13 durchtritt die Strukturen des Retikels 24 und gelangt von dort in das Projektions- objektiv 20. Durch dieses werden die Strukturen, die von dem Projektionslichtbündel 13 durchtreten werden, verkleinert auf der lichtempfindlichen Oberfläche 26 abgebildet. Um die gesamte Fläche des Retikels 24 auf der lichtempfindlichen Oberfläche 26 abzubilden, kann das Retikel 24 in einem "step and scan" -Vorgang beleuchtet werden. Dabei wird der Gesamtbereich des Retikels 24 scannend beleuchtet, indem das Retikel 24 mit Hilfe der zweiten Verfahreinrichtung 52 durch das von der Blende 18 begrenzte Projektionslichtbündel hindurch bewegt wird. Der Behälter 32 mit dem darin befestigten Träger 30 führt während dieser Scanbewegung eine (meist gegenläufige) Bewegung mit Hilfe der ersten Verfahreinrichtung 36 aus, dessen Verf hrgeschwindigkeit gegenüber derjenigen des Retikels 24 um das Verkleinerungsverhältnis des Projektionsobjektivs 20 herabgesetzt ist.
Bei dieser Verfahrbewegung des Behälters 32 wird die Endfläche 42 des Projektionsobjektivs 20 durch die vom Behälter 32 mitgeführte Immersionsflussigkeit 38 bewegt, was zu einer Durchmischung der Immersionsflussigkeit 38 führt. Eine solche Durchmischung ist insofern erwünscht, als sich die Immersionsflüssigkeit 38 aufgrund des durch- tretenden Projektionslichts lokal erwärmen kann, so daß der Temperaturfühler 46 ansonsten möglicherweise nicht mehr die tatsächlich in dem Zwischenraum 40 gegebene Temperatur erfassn würde. Falls die Durchmischung aufgrund der Verfahrbewegung des Behälters 32 nicht ausreichen sollte, können selbstverständlich zusätzliche Mischeinrichtungen im Behälter 32 angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, den Behälter 32 in einen Flüssigkeitskreislauf einzufügen, wie dies im Stand der Technik an sich bekannt ist . Die Temperiereinrichtung 44 sowie der Temperaturfühler 46 können dann neben einem ggfs. vorhandener Filter in diesen Temperaturkreislauf integriert sein.
Falls in einem Testvorgang bei der Justage des Projektionsobjektivs oder im späteren Betrieb durch Prüfung der herge- stellten Wafer festgestellt wird, daß die Abbildungseigenschaft des Projektionsobjektivs 20 nicht einer gewünschten Soll-Abbildungseigenschaft entspricht, z. B. weil die Abbildung auf der lichtempfindlichen Oberfläche 26 durch sphärische Aberration verfälscht ist, so wird durch Betätigung des Schiebeschalters 50 die Führungstempe- ratur des Temperaturreglers 48 verändert und die Belichtung wiederholt . Durch Verändern der Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 verändert sich deren Brechungsindex. Die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Tem- peratur ist - zumindest in kleinen Temperaturintervallen - bei vielen Immersionsflüssigkeiten 38 annähernd linear, so daß sich auf recht einfache Weise in einem rekursiven Prozess eine Temperatur für die Immersionsflüssigkeit 38 ermitteln läßt, bei der eine oder mehrere Abbildungs- eigenschaften des Projektionsobjektivs 20 verbessert sind. Die weitere Belichtung lichtempfindlicher Oberflächen 26 erfolgt dann bei dieser zuletzt eingestellten Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38.
Der Einfluss des Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit 38 auf die Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs 20 wird im folgenden anhand der Figuren 2 bis 5 näher erläutert .
Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1, in dem im Bereich des Zwischenraums 40 zwischen der Endfläche 42 des Projektionsobjektivs 20 und der lichtempfindlichen Oberfläche 26 ein Strahlengang angedeutet ist Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in die Endfläche 42 des Projektionsobjektivs 20 eine plan-konvexe Abschlußlinse 52 bündig abschließend eingelassen, die die letzte optische Komponente der mit 54 lediglich angedeuteten Projektionsoptik des Projektionsobjektivs 20 darstellt. In Figur 2 sind zu Illustrationszwecken mehrere Projektionslichtstrahlen 56, 58, 60 eingezeichnet, die von den vorgelagerten optischen Komponenten der Projektionsoptik 54 auf die Abschlußlinse 52 geworfen werden. Die Darstellung ist stark schematisiert und nicht maßstäblich, um den Einfluß der Temperatur auf die Abbildungsei- genschaften des Projektionsobjektivs 20 besser erläutern zu können .
Das in Figur 2 gezeigte Projektionsobjektiv 20 erzeugt eine durch sphärische Aberration verfälschte Abbildung. Dies bedeutet, daß sich die Brennweiten der achsennahen Projektionslichtstrahlen 56 und der achsenferneren Projektionslichtbündel 58 und 60 jeweils voneinander unterscheiden. In Figur 2 liegt nur die Brennebene der achsennahen Projektionslichtstrahlen 56 in der Ebene der licht- empfindlichen Oberfläche 26, während die Brennebenen der achsenferneren Projektionslichtstrahlen 58 und 60 in dem Zwischenraum 40 liegen. Der Abstand der Brennebenen von der lichtempfindlichen Oberfläche 26 nimmt dabei zu, je weiter entfernt von der mit 62 bezeichneten optischen Achse die Abschlußlinse 52 von den Projektionslichtstrah- len 56, 58, 60 durchtreten wird.
Figur 3 zeigt den Ausschnitt aus Figur 2, nachdem die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 erhöht wurde. Die Immersionsflüssigkeit 38 weist nun einen höheren
Brechungsindex auf als in dem in Figur 2 gezeigten Zustand. Dies führt dazu, daß an der Grenzfläche zwischen der Abschlußlinse 52 und der Immersionsflüssigkeit 38 die Projektionslichtstrahlen 56, 58, 60 stärker gebrochen werden. Diese stärkere Brechung wirkt sich umso mehr aus, je weiter die Projektionslichtstrahlen von der optischen Achse 62 entfernt sind, da die achsenferneren Projektionslichtstrahlen diese Grenzfläche unter einem größeren Winkel durchtreten. Dies führt dazu, daß sich die Brennweite des Projektionsobjektivs 20 für die achsenferneren Strahlen verlängert, so daß im Idealfall bei entsprechend gewählter Temperatur die Brennebenen aller Projektionslichtstrahlen 56, 58, 60 mit der Ebene zusammenfallen, in der die lichtempfindliche Oberfläche 26 angeordnet ist. Durch Veränderung der Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 ist es somit möglich, eine dem Projektionsobjektiv 20 immanente sphärische Abberation nachträglich zu kompensieren.
Figur 4 zeigt einen der Figur 2 entsprechenden vergrößerten Ausschnitt einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem anderen Projektionsobjektiv 120. Dabei sind gegenüber Figur 2 veränderte Teile mit um 100 erhöhte Bezugsziffern bezeichnet. Die Projektionsoptik 154 des Projektionsobjektivs 120 weist, anders als die in den Figuren 2 und 3 gezeigte Projektionsoptik 54, keine immanente sphärische Aberration auf. Die Projektionslichtstrahlen 156, 158, 160 treffen sich daher in einem Brennpunkt. Wie in Figur 4 zu erkennen ist, liegt dieser Brennpunkt jedoch nicht in der Ebene der lichtempfindlichen Oberfläche 26, d. h. das Projektionsobjektiv 120 weist einen Fokusfehler auf. Ein solcher Fokusfehler könnte beispielsweise behoben werden, indem der Träger 30 mit der lichtempfind- liehen Oberfläche 26 geringfügig mit Hilfe einer geeigneten Verfahreinrichtung in Richtung der optischen Achse 62 verfahren wird. Die hierfür erforderliche Genauigkeit ist allerdings mit Hilfe mechanischer Verfahreinrichtungen nur mit großem technischen Aufwand realisierbar.
Wie Figur 5 zeigt, kann durch eine Erhöhung der Temperatur der Immersionsflüssigkeit 38 ebenfalls eine Vergrößerung der Brennweite des Projektionsobjektivs 120 erzielt werden. Zwar wird dadurch eine sphärische Aberration eingeführt, die in Figur 5 nicht dargestellt ist. Die
Auswirkungen einer solchen sphärischen Aberration können aber so gering sein, daß sie angesichts der Optimierung der Brennweite des Projektionsobjektivs vernachlässigbar oder aber durch andere Maßnahmen kompensierbar sind. Figur 6 zeigt ausschnittsweise ein weiteres Ausführungsbei- spiel einer insgesamt mit 210 bezeichneten Projektionsbelichtungsanlage in einer an die Figur 1 angelehnten Darstellung. Auch hier sind gegenüber Figur 1 veränderte Teile mit um 200 erhöhten Bezugsziffern versehen.
Figur 6 zeigt die Projektionsbelichtungsanlage 210 in einem Einstellmodus, bei dem der Träger 30 gegen eine Sensoreinrichtung 64 ausgetauscht ist. Bei der Sensor- einrichtung 64 kann es sich beispielsweise um einen an sich bekannten CCD-Sensor handeln. In dem Einstell- modus ist eine lichtempfindliche Oberfläche 66 der Sensoreinrichtung 64 in der Bildebene 28 des Projektionsobjektivs 20 angeordnet. Auf diese Weise wird von der Sensoreinrichtung 64 genau dasjenige Bild erfasst, dem während des normalen Projektionsmodus die zu belichtende lichtempfindliche Oberfläche 26 ausgesetzt ist. Die Projektion erfolgt dabei mit einem besonderen Testre- tikel 70, das anstelle des normalen Retikels 24 in der Objektebene 22 des Projektionsobjektivs 20 angeordnet ist.
Anstelle des CCD-Sensors kann auch in an sich bekannter Weise ein Interferometer als Sensoreinrichtung eingesetzt werden. Damit lassen sich Wellenfronten in Pupillenebenen erfassen. Im einzelnen ist dies in der oben bereits erwähnten WO 01/63233 AI erläutert.
Im Unterschied zur Projektionsbelichtungsanlage 10 aus Figur 1 weist die Projektionsbelichtungsanlage 210 zusätz- lieh eine Recheneinheit 68 auf, die mit einem Temperaturregler 248 für die Temperiereinrichtung 44 verbunden ist. Im Einstellmodus funktioniert die Projektionsbelichtungsanlage 210 wie folgt:
Zunächst werden die auf dem Testretikel 70 enthaltenen Strukturen von dem Projektionsobjektiv 20 auf der lichtempfindlichen Oberfläche 66 der Sensoreinrichtung 64 abgebildet. Dieses Abbild wird von der Sensoreinrichtung 64 erfasst und in digitaler Form der Recheneinheit 68 übermittelt. Diese bestimmt aus den erhaltenen Daten eine Führungstemperatur, die an den Temperaturregler 248 weitergegeben wird. Der Temperaturregle 248 stellt nun sicher, daß die Immersionsflüssigkeit 38 auf diese neue Führungstemperatur gebracht wird. Die Sensoreinrichtung 64 erfasst das durch die Temperaturänderung veränderte Abbild der Strukturen des Testretikels 70 und führt auch diese Daten der Recheneinheit 68 zu. Mit Hilfe an sich bekannter Algorithmen stellt die Recheneinheit 68 fest, ob sich durch die Temperaturänderung eine Verbesserung oder Verschlechterung der Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs 120 ergeben haben. In Abhängigkeit von diesem Ergebnis wird die Führungstemperatur erneut verändert. Dieser rekursive Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis sich keine Verbesserung der Abbildungseigen- schaften des Projektionsobjektivs durch eine Temperaturveränderung mehr erzielen läßt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verbesserung einer optischen Abbildungs- eigenschaft eines Projektionsobjektivs (20; 120) das Teil einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungs- anläge (10; 210) ist, mit der sich ein in einer Objektebene (22) des Projektionsobjektivs (20; 120) angeordnetes Retikel (24) durch das Projektionsobjektiv (20; 120) hindurch auf eine in einer Bildebene (28) des Projektionsobjektivs angeordnete lichtempfindliche Oberfläche (26; 66) abbilden läßt,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Einbringen einer Immersionsflüssigkeit (38) in einen Zwischenraum (40) zwischen der lichtempfindlichen
Oberfläche (26; 66) und einer dieser Oberfläche (26; 66) zugewandten Endfläche (42) des Projektionsobjektivs (20; 120) ;
b) Ermitteln einer Abbildungseigenschaft des Projektionsobjektivs (20; 120)
c) Vergleichen der ermittelten Abbildungseigenschaft mit einer Soll-Abbildungseigenschaft;
d) Verändern der Temperatur der Immersionsflüssigkeit
(38) so lange, bis die ermittelte Abbildungseigenschaft der Soll-Abbildungseigenschaft möglichst nahe kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseigenschaft ermittelt wird, indem ein Testretikel (70) durch das Projektionsobjektiv (20) und die Immersionsflüssigkeit (38) hindurch auf ein in der Bildebene (28) angeordnetes lichtempfindliches Element (64) abgebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Element eine Sensoreinrichtung (64), insbesondere ein CCD-Sensor, ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseigenschaft unter Verwendung eines
Interferometers ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Abbildungs- eigenschaft die Größe einer durch das Projektionsobjektiv (20) verursachten sphärischen Aberration ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Abbildungseigenschaft die Brennweite des Projektionsobjektivs (120) ist.
7. Mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage zur Abbildung eines in einer Objektebene (22) eines Projektionsobjektivs (20) angeordneten Retikels (24) durch das Projektionsobjektiv (20) hindurch auf eine in einer Bildebene (28) des Projektionsobjektivs (20) angeordnete lichtempfindliche Oberfläche (26) , mit Mitteln (32) zum Einbringen einer Immersionsflüssigkeit (38) in einen Zwischenraum (40) zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche (26) und einer dieser Oberfläche (26) zugewandten Endfläche (42) des Projektionsobjektivs (20) ,
gekennzeichnet durch eine in der Bildebene (28) anordenbare Sensoreinrichtung (64), insbesondere einen CCD-Sensor, eine Temperaturregelungseinrichtung (248) zur Einstellung einer Soll-Tempe- ratur der Immersionsflüssigkeit (38) , und einer mit der Sensoreinrichtung (64) und der Temperaturregelungseinrichtung (248) verbundenen Recheneinheit (68), mit der aus von der Sensoreinrichtung (64) erzeugten Signalen die Soll-Temperatur der Immersionsflüssigkeit (238) bestimmbar ist.
8. Mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage zur Abbildung eines in einer Objektebene (22) angeordneten Retikels (24) durch ein Projektionsobjektiv (20; 120) hindurch auf eine in einer Bildebene (28) angeordnete lichtempfindliche Oberfläche (26) , mit einer in einen Zwischenraum (40) zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche (26; 126) und einer dieser Oberfläche (26) zugewandten Endfläche (42) des Projektionsobjektivs (20; 120) eingebrachten Immersionsflüssigkeit (38) ,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur der Immersionsflüssigkeit (38) so gewählt ist, daß durch die Immersionsflüssigkeit (38) eine dem Projektionsobjektiv (20; 120) eigene sphärische Aberration kompensiert ist.
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