DE10000191A1 - Optische Anordnung - Google Patents

Abstract

Eine optische Anordnung, insbesondere eine Projektions-Belichtungsanlage der Mikrolithographie, weist insbesondere ein schlitzförmiges Bildfeld oder eine nicht rotationssymmetrische Beleuchtung auf. Dadurch wird ein optisches Element (1) von der Strahlung der Lichtquelle nicht rotationssymmetrisch beaufschlagt. Eine Ausgleichslicht-Zuführeinrichtung (11, 14 bis 19) ist optisch über die Umfangsfläche (13) des optischen Elements (1) an dieses angekoppelt. Sie führt dem optischen Element (1) Ausgleichslicht (16, 12) derart zu daß die Temperaturverteilung im optischen Element (1), die durch kumulierte Wärmebeaufschlagung des optischen Elements (1) mit Projektions- (2) und Ausgleichslicht (12) erfolgt, zumindest teilweise homogenisiert wird. Auf diese Weise werden durch das Projektionslicht induzierte Abbildungsfehler korrigiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbeson­ dere eine Projektions-Belichtungsanlage der Mikrolitho­ graphie, insbesondere mit schlitzförmigem Bildfeld oder nicht rotationssymmetrischer Beleuchtung,

• a) mit einem optischen Element;
• b) mit einer Projektions-Lichtquelle, die Strahlung emit­ tiert, wobei die Flächenbeaufschlagung des optischen Elements mit der Strahlung der Projektions-Lichtquelle nicht rotationssymmetrisch ist;
• c) und mit einer Ausgleichslicht-Zuführeinrichtung, die dem optischen Element Ausgleichslicht derart zuführt, daß die Temperaturverteilung im optischen Element, die durch kumulierte Wärmebeaufschlagung des optischen Elements mit Projektions- und Ausgleichslicht erfolgt, zumindest teilweise homogenisiert wird.

Die Abbildungsqualität einer nicht rotationssymmetrisch mit Licht beaufschlagten optischen Anordnung wird oftmals durch nicht rotationssymmetrische Abbildungsfehler gemin­ dert. Derartige Abbildungsfehler entstehen z. B. außer durch nicht rotationssymmetrische lichtinduzierte Erwärmung des für das Projektionslicht refraktiven oder reflektiven optischen Elements auch durch andere lichtinduzierte Effekte, wie z. B. "compaction", die eine entsprechende nicht rotationssymmetrische Ausdehnung bzw. Brechungsindex­ verteilung im optischen Element zur Folge haben. Bei hohen Anforderungen an die Abbildungsqualität, wie sie insbesondere bei Projektions-Belichtungsverfahren in der Mikro­ lithographie gefordert sind, können die beschriebenen lichtinduzierten Abbildungsfehler nicht toleriert werden.

Aus der gattungsgemäßen EP 0 823 562 A2 ist eine optische Anordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei der mittels des Einsatzes einer Ausgleichs-Lichtquelle eine zumindest teilweise Reduzierung derartiger Abbildungsfehler angestrebt wird. Diese erfolgt durch eine Homogenisierung der Temperaturverteilung im optischen Element über die dort erfolgende Absorption des Ausgleichslichts. Das Ausgleichslicht wird dabei parallel zur optischen Achse durch Randbereiche der optischen Elemente, die nicht vom Projektionslicht beaufschlagt werden, geführt. Dadurch wird die für die Projektionsbelichtung nutzbare effektive Apertur der optischen Anordnung eingeschränkt. Die notwen­ dige Einkopplung des Ausgleichslichts parallel zum Strah­ lengang des Projektionslichts führt zusätzlich zu baulichen Integrationsproblemen, da zusätzliche Einkoppel- bzw. Umlenkelemente in den Projektionslicht-Strahlengang bzw. zu diesem benachbart eingefügt werden müssen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Anordnung der eingangs genannten Art derart wei­ terzubilden, daß eine Symmetrisierung bzw. Homogenisierung der Temperaturverteilung im optischen Element unter Ver­ wendung von Ausgleichslicht erzielt werden kann, ohne die nutzbare Apertur zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgleichslicht-Zuführeinrichtung optisch über die Umfangsfläche des optischen Elements an dieses angekoppelt ist.

Die Einkopplung des Ausgleichslichts über die Umfangsfläche führt zur Möglichkeit der vollständigen Nutzung der Apertur der optischen Anordnung für das Projektionslicht, da eine Einschränkung durch die Ausgleichslicht-Bündelführung vermieden wird. Da die Strahlengänge von Projektions- und Ausgleichslicht nun nicht mehr zueinander benachbart oder parallel zueinander verlaufen, kann die optische Anordnung baulich entzerrt werden. Zusätzlich kann die Umfangsfläche der optischen Elemente unabhängig von den optischen Flächen für das Projektionslicht gestaltet werden, so daß die Führung des Ausgleichslichts unabhängig von der Führung des Projektionslichts optimiert werden kann. Da optische Elemente in der Regel quer zur optischen Achse eine größere Abmessung aufweisen als parallel dazu, steht bei einer Einkopplung über die Umfangsfläche meist auch ein größerer Materialweg zur Absorption des Ausgleichslichts zur Verfügung, sodaß bei der Wahl der Wellenlänge des Aus­ gleichslichts eine größere Freiheit besteht.

Die Ausgleichslicht-Zuführeinrichtung kann eine Lichtquelle und mindestens eine optische Faser umfassen, in der die von der Lichtquelle emittierte Strahlung dem optischen Element zugeführt wird. Wird eine von der Projektions- Lichtquelle unabhängige Ausgleichs-Lichtquelle eingesetzt, so kann letztere räumlich unabhängig von der optischen Anordnung untergebracht sein. Mit optischen Fasern läßt sich eine bauliche Ausführung der Einkopplung in die Umfangsfläche des optischen Elements realisieren, die in der Regel zu keiner wesentlichen Erhöhung des Querschnitts der optischen Anordnung führt. Die Auskoppel-Divergenz aus optischen Fasern kann dazu genutzt werden, einen relativ großen Bereich der optischen Elemente mit Aus­ gleichslicht zu durchstrahlen.

Vorteilhaft können mindestens zwei optische Fasern vor­ gesehen sein und die jeweils durch diese mindestens zwei optischen Fasern geführten Lichtleistungen können unab­ hängig voneinander durch eine Steuereinrichtung ein­ stellbar sein. Über eine derartige Verteilung der in den einzelnen optischen Fasern geführten Lichtleistungen ist eine gezielte Beeinflussung der durch die Absorption des Ausgleichslichts erzeugten Temperaturverteilung im opti­ schen Element zum Ausgleich von Abbildungsfehlern möglich.

Die Steuereinrichtung kann in Signalverbindung mit einem die Bildebene der optischen Anordnung überwachenden Sensor stehen und die vom Sensor empfangenen Signale zur Aussteu­ erung der Lichtleistung verarbeiten. Auf diese Weise ist eine Regelung der Abbildungsqualität möglich, bei der über den Sensor erfaßte Änderungen der Abbildungsqualität automatisch korrigiert werden.

Der Sensor kann ein positionsempfindlicher Sensor sein. Derartige Sensoren sind in sehr kostengünstiger Ausführung, z. B. als Quadrantendetektoren, verfügbar.

Bevorzugt ist der Sensor ein CCD-Array. Mit einem derar­ tigen Sensor ist eine sehr empfindliche Bestimmung der Abbildungsqualität der optischen Anordnung gewährleistet. Eine relativ einfache Ausführung der Steuereinrichtung ist hierbei durch den Einsatz bekannter bildverarbeitender Algorithmen möglich.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausgleichs­ licht-Zuführeinrichtung eine Lichtquelle veränderlicher Wellenlänge auf. Über die Wellenlänge ergibt sich ein zusätzlicher Freiheitsgrad bei der Einstellung einer Tem­ peraturverteilung im optischen Element zum Ausgleich von Abbildungsfehlern. Wird nämlich eine Lichtquelle mit einer in einem Bereich einstellbaren Wellenlänge eingesetzt, in dem sich der Absorptionskoeffizient des Materials des optischen Elements nennenswert ändert, läßt sich über die Änderung der Wellenlänge eine Änderung der Eindringtiefe des Ausgleichslichts in das optische Element und somit eine entsprechende Änderung der Temperaturverteilung in diesem realisieren. Typische Wellenlängenbereiche, die hier eingesetzt werden können, sind die langweilige Absorptionskante in Quarzgläsern im Bereich von 4 µm oder ein bei vielen Quarzgläsern auftretender Bereich erhöhter intrinsischer Absorption bei 1400 Nanometern, einer Wellenlänge, die z. B. von einem Indiumphosphid-Diodenlaser erreicht werden kann.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Haltekomponente für das dem optischen Element zugewandte Ende der mindestens einen Faser an einer Fassung für das optische Element angebracht. Dies führt zu einer sicheren Relativpositionierung des Auskuppelenedes der Faser zum optischen Element. Wird eine lösbar angebrachte Halte­ komponente eingesetzt, ist ein einfacher Austausch der Faser und ein einfaches Repositionieren der Austauschfaser gewährleistet.

Zur Führung der Haltekomponente in Umfangsrichtung des optischen Elements kann eine Justiereinrichtung vorgesehen sein. Durch eine derartige Justiereinrichtung kann sowohl die Position, an der das Ausgleichslicht in das optische Element eingekoppelt wird, als auch die Einkoppelrichtung oder auch die Entfernung des Auskoppelendes von der Um­ fangsfläche des optischen Elements eingestellt werden. Diese Freiheitsgrade erlauben eine zusätzliche Beeinflus­ sung der Intensitätsverteilung des Ausgleichslichts im optischen Element und damit über die Absorption des Ausgleichslichts eine Beeinflussung der Temperaturvertei­ lung in diesem.

Für die Justiereinrichtung kann eine motorische Ansteue­ rung vorgesehen sein, die in Signalverbindung mit einer Steuereinrichtung steht, die wiederum mit einem die Bild­ ebene der optischen Anordnung überwachenden Sensor in Signalverbindung steht und die vom Sensor empfangenen Signale zur Aussteuerung der Position der Haltekomponenten verarbeitet. Dadurch wird eine automatische Korrektur von Abbildungsfehlern über die Justierung der Haltekomponenten ermöglicht.

Die Umfangsfläche des optischen Elements kann an Aus­ gleichslicht-Einkoppelbereichen Facetten aufweisen. Durch derartige Facetten ist eine Bündelführung des Ausgleichs­ lichts aufgrund der Brechung an der Facettenoberfläche möglich. Die Facetten können z. B. konvex ausgeführt sein, was zu einer Sammlung von divergent auf die Facetten auftreffendem Ausgleichslicht führt. Ist im Gegensatz dazu die Form der Facetten konkav, kann eine Aufweitung des auftreffenden Ausgleichslichtbündels realisiert werden. Entspricht der Krümmungsradius konkaver Facetten der Diver­ genz auftreffenden Ausgleichslichts in der Weise, daß die Ausgleichslichtstrahlen senkrecht auf die Facettenober­ fläche fallen, so erfolgt keine Beeinflussung der Diver­ genz durch Brechung an der Umfangsfläche des optischen Elements.

Die Umfangsfläche des optischen Elements kann an Aus­ gleichslicht-Einkoppelbereichen strukturiert sein. Im einfachsten Falle ist eine derartige Strukturierung durch die im Normalfall grob geschliffene Umfangsfläche des optischen Elements gegeben. Das auf eine strukturierte Um­ fangsfläche auftreffende Ausgleichslicht wird gestreut, wodurch die Verteilung des Ausgleichslichts im optischen Element begünstigt wird. Auch andere Strukturierungen der Umfangsflächen zur Beeinflussung der Bündelführung des Ausgleichslichts sind denkbar, z. B. nach Art eines diffraktiven optischen Elements.

Ist die Emissionswellenlänge der Lichtquelle größer als 4 µm, ist eine relativ starke Absorption des Ausgleichs­ lichts gewährleistet. Daher können für das Ausgleichs­ licht in diesem Fall zur Erzielung einer bestimmten Heizleistung Lichtquellen mit relativ geringer optischer Ausgangsleistung eingesetzt werden.

Das optische Element kann ein refraktives optisches Element sein. Derartige refraktive optische Element sind z. B. als Linsen oder planparallele Platten Standard in bekannten Projektions-Belichtungsanlagen.

Alternativ kann das optische Element auch für die Strah­ lung der Projektions-Lichtquelle reflektierend sein. Auch ein solcher Spiegel für das Projektionslicht erfährt aufgrund von Restabsorptionen des Projektionslichts in der reflektierenden Fläche einen Erwärmungsbeitrag, der im wesentlichen die Symmetrie der Beaufschlagung mit Projektionslicht aufweist. Wird der Spiegel erfindungsgemäß so ausgeführt, daß an seine Umfangsfläche die Ausgleichs­ licht-Zuführeinrichtung gekoppelt ist, kann auch hier durch die Absorption des Ausgleichslichts ein durch das Projektionslicht induzierten Abbildungsfehler ausgeglichen werden. Eine typische Realisierung eines derartigen Spiegels weist eine Reflexionsbeschichtung auf einem transparenten Substrat auf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäß abbil­ dungskorrigierte Linsenanordnung;

Fig. 2: eine zur Fig. 1 ähnliche Darstellung eines Ausschnitts einer alternativen Ausführungs­ form;

Fig. 3: eine zur Fig. 2 ähnliche Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform; und

Fig. 4: eine zur Fig. 1 ähnliche Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform.

Die in Fig. 1 dargestellte abbildungskorrigierte Linse 1 ist Teil der optischen Anordnung einer Projektions- Belichtungsanlage der Mikrolithographie. Bei der Projek­ tions-Belichtung wird die Linse 1 mit einem Projektions- Lichtbündel 2 beaufschlagt, dessen rechteckige Querschnitts­ fläche in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Das Längen­ verhältnis einer Längsseite 3 zu einer Schmalseite 4 dieser Querschnittsfläche beträgt typischerweise 2 : 1.

Das Projektions-Lichtbündel 2 ist das UV-Emissionsbündel einer nicht dargestellten Projektions-Lichtquelle, z. B. eines Argon-Fluorid-Excimerlasers. Die Linse 1 besteht aus Quarzglas. Sie ist auf ihren Durchtrittsflächen für das Projektions-Lichtbündel 2 in bekannter Weise antireflex­ beschichtet.

Die Linse 1 ist in einer Fassung 5 angeordnet. Zur Be­ festigung der Linse 1 in der Fassung 5 wird letztere mit einem Vorschraubring (nicht dargestellt) in Fig. 1 von hinten gegen zwei Anlageabschnitte 6, 7 geklemmt. Diese sind an ein ringförmiges Grundgehäuse 8 der Fassung 5 in Form von einander gegenüberliegenden Ringsegmenten angeformt, die jeweils einen Winkelbereich von ca. 90° überstreichen. Der Innendurchmesser, der von den beiden Anlageabschnitten 6, 7 vorgegeben wird, ist kleiner als der Durchmesser der Linse 1, so daß sich zwei Bereiche der Anlageabschnitte 6, 7 ergeben, an denen die Linse 1 anliegt.

Das Projektions-Lichtbündel 2 wird so eingestrahlt, daß die Schmalseiten 4 seiner Querschnittsfläche jeweils den Anlageabschnitten 6, 7 zugewandt sind.

In den beiden 90°-Ringsegmenten des Grundgehäuses 8, die die Bereiche, an denen die Anlageabschnitte 6, 7 angeformt sind, zu dem vollständigen Ring schließen, ist in einer der Umfangsfläche 13 der Linse 1 radial benachbarten Fläche jeweils eine zur optischen Achse der Linse 1 koaxiale kreisbogenförmige Führungsnut 9 eingefräst. Diese bildet einen Teil einer bekannten Schwalbenschwanz-Nut/­ Feder-Kombination, in die an Halteblöcke 10 angeformte Federn (nicht dargestellt) eingreifen.

In den Haltblöcken 10, die auf diese Weise im Bereich der Führungsnuten 9 des Grundgehäuses 8 in Umfangsrichtung verschiebbar sind, sind auf nicht näher dargestellte Weise die Enden von optischen Fasern 11 gehaltert.

Die Halteblöcke 10 sind Teil einer Ausgleichslicht-Zuführ­ einrichtung, die nachfolgend beschrieben wird:

Jedem der insgesamt sechs Halteblöcke 20, die in Gruppen zu je drei Halteblöcken 10 einander gegenüberliegend angeordnet sind, ist ein Ende einer Faser 11 zugeordnet. Lichtbündel 12, die aus den Enden der Fasern 11 austreten, beaufschlagen die Umfangsfläche 13 der Linse 1 und dringen in diese ein. Da die Einstrahlung der Lichtbündel 12 quer zur optischen Achse der Projektionslichtbeaufschlagung erfolgt, werden diese im folgenden als Querlichtbündel 12 bezeichnet. Die Querlichtbündel 12 weisen eine Wellen­ länge auf, die größer ist als 4 µm und im Absorptionsbereich des Quarzglases liegt, aus dem die Linse 1 gefertigt ist.

Die optischen Fasern 11 sind aus einem Glasmaterial, das bei der Wellenlänge der Querlichtbündel 12 keine nennens­ werte Absorption zeigt.

An ihren Einkoppelenden sind die optischen Fasern 11 in einem Einkoppel-Halteblock 14 zu einem Faserbündel zusammengefaßt. Dem Einkoppel-Halteblock 14 ist ein optischer Leistungsverteiler 15 vorgeschaltet, der die Leistung eines Einkoppel-Lichtbündels 16, das auf das Faserbündel abgebildet wird, auf die einzelnen Fasern 11 verteilt. Derartige Leistungsverteiler 15 sind in verschie­ denen Ausführungsformen bekannt. Die Leistungsverteilung kann z. B. durch polarisationsoptische Komponenten, die den einzelnen Fasern 11 zugeordnet sind, oder durch den Fasern 11 zugeordnete entsprechende Filter oder auch durch eine individuelle Einkoppel-Justage der Fasern 11 zur Beeinflussung der eingekoppelten Lichtmenge des Einkoppel- Lichtbündels 16 in die einzelnen Fasern 11 erreicht werden.

Das Einkoppel-Lichtbündel 16 wird von einer Infrarot- Lichtquelle, z. B. einem Laser 17 emittiert und mittels einer Abbildungsoptik 18 auf das Faserbündel der Fasern 11 abgebildet.

Der Leistungsverteiler 15 und der Laser 17 stehen in Signalverbindung mit einer Leistungssteuerungsschaltung 19. Diese steht wiederum mit einer Belichtungssteuerungs­ schaltung 20 in Signalverbindung, die wiederum Signale von einer Sensoranordnung 21 erhält, bei der es sich bei­ spielsweise um ein zweidimensionales CCD-Array handeln kann.

Die Abbildungskorrektur der Linse 1 funktioniert folgender­ maßen:

Durch das Projektions-Lichtbündel 2 mit rechteckiger Quer­ schnittsfläche im Bereich der Linse 1 wird diese aufgrund der Restabsorption des Materials der Linse 1 bei der Wellenlänge des Projektions-Lichtbündels 2 erwärmt. Die aus dieser Erwärmung folgende Temperaturverteilung hat zunächst die Symmetrie des Lichtkanals des Projektions- Lichtbündels 2 in der Linse 1. Sie führt sowohl zu einer thermischen Ausdehnung des Materials als auch zu einer Brechungsindexänderung und daher, bedingt durch die geänderten Brechungseigenschaften, zu einer Änderung der Abbildungseigenschaften der Linse 1.

Durch die über die Umfangsfläche 13 der Linse 1 einge­ koppelten Querlichtbündel 12 wird ebenfalls durch Licht­ absorption ein weiterer Beitrag zur Erwärmung geliefert. Aufgrund des bei Wellenlängen größer oder gleich 4 µm hohen Absorptionsvermögens des Materials der Linse 1 dringen die Querlichtbündel 12 allerdings nur bis zu einer bestimmten Tiefe in die Linse 1 ein. Sie erreichen im allgemeinen den von dem Projektions-Lichtbündel I durchstrahlten Bereich 2 der Linse 1 nicht, sodaß die der absorbierten Lichtleistung entsprechende Wärme prak­ tisch in den außerhalb des Projektions-Lichtbündels 2 liegenden seitlichen Bereichen der Linse 1 ensteht.

Die aus diesem Erwärmungsbeitrag folgende Temperaturver­ teilung in der Linse 1 hängt also von den eingestrahlten individuellen Leistungen der Querlichtbündel 12, von deren Wellenlänge und von der Form und der Überlagerung der Querlichtbündel 12 in der Linse 1 ab. Ziel der zusätzlichen Erwärmung der Linse 1 mit den Querlichtbündeln 12 ist es, eine Symmetrisierung bzw. eine vorgegebene Form der Temperaturverteilung in dieser zu erreichen. Dies führt zu kontrollierbaren Abbildungseigenschaften.

Aufgrund von Erfahrungswerten werden diese Parameter derart vorgegeben, daß eine möglichst homogene Temperatur­ verteilung in der Linse 1 aufgrund der Erwärmungsbeiträge durch die Restabsorption des Projektions-Lichtbündels 2 und die gezielte Absorption der Querlichtbündel 12 resul­ tiert. Diese Homogenisierung der Temperaturverteilung führt im Idealfall zum Wegfall restabsorptionsbedingter Abbildungsfehler der Linse 1 bei der Projektions-Belichtung.

Die Qualität der Abbildung der optischen Anordnung der Projektions-Belichtungsanlage wird durch die Sensoran­ ordnung 21, die in einer Bildebene der optischen Anordnung liegt, überwacht. Mit bekannten Bilderfassungs-Algorithmen wird dieses mit der Sensoranordnung 21 erfaßte Bild insbesondere hinsichtlich auftretender Abbildungsfehler ausgewertet. Diese Auswertung erfolgt in einer Rechnerein­ heit, die Teil der Belichtungssteuerungsschaltung 20 ist.

Anhand der so erfaßten Abbildungsqualität gibt die Belich­ tungssteuerungsschaltung 20 Soll-Werte für die Leistungen der einzelnen Querlichtbündel 12 vor, so daß eine möglichst optimale Homogenisierung der Temperaturverteilung in der Linse 1 durch die kombinierten Absorptionen von Projektions- Lichtbündel 2 und den Querlichtbündeln 12 erzielt wird.

Die Soll-Werte für die Leistungen der Querlichtbündel 12 werden von der Belichtungssteuerungsschaltung 20 an den Leistungsverteiler 15 weitergeleitet, der für eine entspre­ chende Verteilung der Leistung des Einkoppel-Lichtbündels 15 auf die verschiedenen Fasern 11 sorgt.

Alternativ zu einem einzigen Laser 17 sind auch Anordnungen denkbar, bei denen mehrere Lichtquellen für die Querlicht­ bündel 12 eingesetzt werden. Insbesondere kann jeder optischen Faser 11 eine separate Lichtquelle zugeordnet sein. Die Leistungsverteilung auf die einzelnen Fasern 11 erfolgt dann durch entsprechende Ansteuerung der Treiber der jeweiligen Lichtquellen.

Eine Leistungsänderung der Lichtleistung eines Querlicht­ bündels 12 führt zu einer entsprechenden Änderung der absorbierten Lichtmenge dieses Querlichtbündels 12 in der Linse 1. Durch die Verteilung der Leistung auf die sechs in die Linse 1 eingekoppelten Querlichtbündel 12 läßt sich somit die Form der Temperaturverteilung in der Linse 1 beeinflussen. Über die Rückkopplung aufgrund der von der Sensoranordnung 21 gemessenen Abbildungsqualität läßt sich in einem iterativen Prozeß eine Temperaturverteilung einstellen, die zu einer Minimierung der Abbildungsfehler der Linse 1 führt.

Ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die Formung der Tem­ peraturverteilung ist durch ein Verschieben der Halte­ blöcke 10 längs der Führungsnuten 9 und eine entspre­ chende Änderung der Überlagerungsstruktur der Querlicht­ bündel 12 gegeben.

Die Verstellung der Halteblöcke 10 längs der Führungs­ nuten 9 kann bei einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform motorisiert erfolgen. Wird eine derar­ tige motorische Verstellung der Halteblöcke 10 ebenfalls über die Belichtungssteuerungsschaltung 20 initiiert, ist ein zusätzlicher automatisch einstellbarer Freiheitsgrad für die Formung der Temperaturverteilung in der Linse 1 geschaffen. Die auf diese Weise mögliche Einstellung der Einkoppelposition der Querlichtbündel 12 kann ebenfalls von der Belichtungssteuerungsschaltung 20 in Abhängig­ keit von den ausgewerteten Meßdaten der Sensoranordnung 21 gesteuert werden.

Je nach den Anforderungen an die Genauigkeit der Abbil­ dungskorrektur kann die Anzahl der verwendeten Querlicht­ bündel 12 variiert werden. Denkbar ist z. B. der Einsatz von nur zwei einander gegenüberliegend in die Umfangs­ fläche 13 der Linse 1 eingekoppelten Querlichtbündeln 12.

Im einfachsten Fall findet nach dem Auskoppeln aus den Fasern 11 keine weitere Formung der Querlichtbündel 12 statt. Die Querlichtbündel 12 dringen dann als divergente Bündel in die Umfangsfläche 13 der Linse 1 ein, wobei ihre Divergenz im Material der Linse 1 in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse der Linse 1 (Zeichenebene der Fig. 1) aufgrund der Brechung an der Umfangsfläche 13, die wie eine Konvexlinse wirkt, reduziert wird.

Der Umfangsfläche 13 kann zur Optimierung der Einkopplung der Querlichtbündel 12 speziell behandelt sein. Zur Erreichung einer optimalen Einkoppel-Effizienz kann die Umfangsfläche 13 beispielsweise eine Antireflex-Beschich­ tung für den Emissionswellenlängenbereich des Diodenlasers 17 aufweisen.

Zur Vergrößerung der Divergenz der eingekoppelten Quer­ lichtbündel 12 und damit zur Erzielung einer besseren Gleichverteilung des in die Umfangsfläche 13 eingekop­ pelten Lichts kann die Umfangsfläche 13 auch struktu­ riert sein, so daß die Querlichtbündel 12 an den Struk­ turen der Umfangsfläche 13 gestreut werden. Eine derar­ tige Streuwirkung wird beispielsweise durch die typischer­ weise grobgeschliffenen Umfangsflächen bekannter Linsen erzielt. Durch die Größe und die Verteilung der Strukturen auf der Umfangsfläche kann die Streuwirkung ge­ zielt beeinflußt werden.

Das gezielte Einstellen der Temperaturverteilung in der Linse 1 kann einerseits dazu genutzt werden, die Abbildungseigenschaften dieser individuellen Linse zu optimieren. Alternativ ist es auch möglich, die Tempe­ raturverteilung in der Linse 1 derart einzustellen, daß durch die sich so ergebenden Abbildungseigenschaf­ ten der Linse 1 Abbildungsfehler der gesamten optischen Anordnung kompensieren lassen. Dazu werden mit Hilfe der eingestrahlten Querlichtbündel 12 die Erwärmungseffekte durch die Restabsorption des Projektions-Lichtbündels 2 gezielt überkompensiert. Die oben beschriebene iterative Einstellung der Temperaturverteilung in der Linse 1 über die Sensoranordnung 21 ist ein Beispiel für eine derartige Kompensation von Abbildungsfehlern anderer optischer Elemente der optischen Anordnung der Projektions-Belich­ tungsanlage, da durch die Überwachung der Bildebene der optischen Anordnung, deren Gesamt-Abbildungsqualität optimiert wird.

Zur Formung der Querlichtbündel 112, 212 kann die Linse 101, 201 facettiert sein, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Bauelemente dieser alternativen Ausführungsformen, die denjenigen der Fig. 1 entsprechen, tragen um 100 bzw. 200 erhöhte Bezugszeichen und werden nicht nochmals im einzelnen erläutert.

Die Umfangsfläche 113 der Linse 101 weist in Fig. 2 konvexe Facetten 122 auf, die den jeweiligen Querlicht­ bündeln 112 derart zugeordnet sind, daß diese im Bereich der Facetten 122 in die Linse 101 eindringen. Die Facetten 122 sind sowohl in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse der Linse 101 (Zeichenebene der Fig. 2 und 3) als auch in der dazu senkrechten, den Mittelpunkt der jeweiligen Facette 122 enthaltenden Meridionalebe konvex gekrümmt.

Aufgrund der Konvexität der Facetten 122 werden die Querlichtbündel 112 beim Eintritt in diese stärker gesammelt als in dem in Fig. 1 dargestellten Fall, in dem keine Facetten vorgesehen sind. Zusätzlich erfolgt durch die Facetten 122 auch in der zur Fig. 2 senkrechten Ebene eine Sammlung der Querlichtbündel 112.

Diese stärkere Sammlung führt zu einer entsprechenden Konzentration der Querlichtbündel 112 innerhalb der Linse 101 und dadurch zu einer geänderten Form des Überlagerungs­ bereiches der Querlichtbündel 112 und zu einer sich daraus ergebenden geänderten Temperaturverteilung innerhalb der Linse 101 durch die Absorption der Querlichtbündel 112.

Konkave Facetten 223, die in Fig. 3 dargestellt sind, führen bei entsprechender Anpassung des Krümmungsradius der Facetten 223 an die Austritts-Divergenz der Querlicht­ bündel 212 dazu, daß sich diese Austritts-Divergenz beim Eintritt in die Linse 201 praktisch nicht ändert, da die konkaven Facettenflächen senkrecht auf der Emissionsrich­ tung der Querlichtbündel 212 steht und somit keine Brechung an den Facettenflächen erfolgt. Der durch die Absorption der Querlichtbündel 212 erwärmte Bereich in der Linse 201 wird dadurch im Vergleich zu den Situationen, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, vergrößert.

Statt einer Infrarot-Lichtquelle mit einer Wellenlänge, die größer ist als 4 µm und die vom Linsenmaterial relativ stark absorbiert wird, kann auch eine Lichtquelle ein­ gesetzt werden, bei deren Wellenlänge das Linsenmaterial einen vergleichsweise geringen Absorptionskoeffizienten aufweist. Solche Lichtquellen sind verhältnismäßig preis­ wert im Handel erhältlich.

Ein Ausführungsbeispiel mit einer derartigen Lichtquelle ist in Fig. 4 dargestellt. Bauelemente dieser alternativen Ausführungsform, die denjenigen der Fig. 1 entsprechen, tragen um 300 erhöhte Bezugszeichen und werden nicht nochmals im einzelnen erläutert.

Der Laser 317 ist hierbei ein Indiumphosphid-Dioden­ laser. Die Wellenlänge des von ihm emittierten Einkoppel- Lichtbündels 316 liegt im Bereich von 1 400 nm, in dem die aus Quarzglas bestehende Linse 301 eine erhöhte intrinsische Absorption aufweist, die allerdings der Absorption bei Wellenlängen größer oder gleich 4 µm nicht gleichkommt. Über eine Änderung der Temperatur des Lasers 317 ist dieser in seiner Emissionswellenlänge in einem bestimmten Bereich durchstimmbar.

Aufgrund der geringeren Absorption durchqueren die Quer­ lichtbündel 312 die Linse 301. Alle Querlichtbündel 312 überlagern sich in einem mittleren, annähernd rotations­ symmetrischen Bereich, der innerhalb des Projektions- Lichtbündels 302 liegt und selbst die Rotations-Asymmetrie der Temperaturverteilung nicht beeinflußt. Die angestrebte Rotationssymmetrie wird durch die außerhalb des Projektions- Lichtbündels 302 liegenden Bereiche der Querlichtbündel 312 bewirkt.

Eine Änderung der Wellenlänge des Diodenlasers 317 führt zu einer Änderung der Absorption der Querlichtbündel 312, da sich bei den üblichen Linsenmaterialien die spezifische Absorption des Materials sich mit der Wellenlänge ändert.

Der Soll-Wert für die Wellenlänge wird von der Belichtungssteuerungsschaltung 320 an den Diodenlaser 317 weiterge­ leitet. Über die Temperatur des Diodenlasers 317 wird entsprechend dieser Vorgabe die Emissionswellenlänge eingestellt.

Über die Einstellung der Gesamtleistung und der Wellenlänge der Querlichtbündel 312 und außerdem der Verteilung der Leistung auf die sechs in die Linse 301 eingekoppelten Querlichtbündel 312 läßt sich die Form der Temperaturver­ teilung in der Linse 301 beeinflussen. Über die Rückkop­ plung aufgrund der von der Sensoranordnung 321 gemessenen Abbildungsqualität läßt sich in einem iterativen Prozeß eine Temperaturverteilung zu Minimierung der Abbildungs­ fehler der Linse 301 in gleicher Weise einstellen, wie dies für das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschrieben wurde.

Statt einer Linse 1, 101, 201, 301 kann auch ein für das Projektions-Lichtbündel 2, 302 reflektierendes optisches Element, also ein Spiegel, eingesetzt werden. Der Spiegel weist eine Reflexionsbeschichtung für das Projektions- Lichtbündel, z. B. eine mehrlagige Interferenzschicht oder eine Metallbeschichtung, auf, die auf einem für das Ausgleichs-Lichtbündel transparenten Substrat aufgebracht ist, in das, wie oben beschrieben, das Querlicht eingekop­ pelt wird. Ein typisches Substratmaterial ist Zerodur mit einem optischen Transparenzbereich zwischen 400 nm und 2500 nm und einem Bereich zunehmender optischer Absorption oberhalb von 2500 nm.

Claims (15)

1. Optische Anordnung, insbesondere Projektions-Belich­ tungsanlage der Mikrolithographie, insbesondere mit schlitzförmigem Bildfeld oder nicht rotationssymmetrischer Beleuchtung,

• a) mit einem optischen Element;
• b) mit einer Projektions-Lichtquelle, die Strahlung emittiert, wobei die Flächenbeaufschlagung des op­ tischen Elements mit der Strahlung der Projektions- Lichtquelle nicht rotationssymmetrisch ist;
• c) und mit einer Ausgleichslicht-Zuführeinrichtung, die dem optischen Element Ausgleichslicht derart zuführt, daß die Temperaturverteilung im optischen Element, die durch kumulierte Wärmebeaufschlagung des optischen Elements mit Projektions- und Ausgleichs­ licht erfolgt, zumindest teilweise homogenisiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausgleichslicht-Zuführeinrichtung (11, 14 bis 19; 111; 211; 311, 314 bis 319) optisch über die Umfangsfläche (13; 113; 213; 313) des optischen Elements (1; 101; 201; 301) an dieses angekoppelt ist.

2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgleichslicht-Zuführeinrichtung (11, 14 bis 19; 111; 211; 311, 314 bis 319) eine Lichtquelle (17; 317) und mindestens eine optische Faser (11; 111; 211; 311) umfaßt, in der die von der Lichtquelle (17; 317) emittierte Strahlung (16; 316) dem optischen Element (1; 101; 201; 301) zugeführt wird.

3. Optische Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens zwei optische Fasern (11; 111; 211; 311) vorgesehen sind und daß die jeweils durch diese mindestens zwei optischen Fasern (11; 111; 211; 311) geführten Lichtleistungen unabhängig voneinander durch eine Steuereinrichtung (19; 319) eingestellbar sind.

4. Optische Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (19; 319) in Signalverbindung mit einem die Bildebene der optischen Anordnung überwachenden Sensor (21; 321) steht und die vom Sensor (21; 321) empfangenen Signale zur Aussteuerung der Lichtleistung verarbeitet.

5. Optische Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sensor (21; 321) ein positionsempfind­ licher Sensor ist.

6. Optische Anordnung nach Anspruch 5. dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sensor (21; 321) ein CCD-Array ist.

7. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichs­ licht-Zuführeinrichtung (11, 14 bis 19; 111; 211; 311, 314 bis 319), eine Lichtquelle (17; 317) veränderlicher Wellenlänge aufweist.

8. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haltekomponente (10; 110; 210; 310) für das dem optischen Element (1; 101; 201; 301) zugewandte Ende der mindestens einen Faser (11; 111; 211; 311) an einer Fassung (5; 105; 205; 305) für das optische Element (1; 101; 201; 301) angebracht ist.

9. Optische Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Justiereinrichtung (9; 109; 209; 309) zur Führung der Haltekomponente (10; 110; 210; 310) in Umfangsrichtung des optischen Elements (1; 101; 201; 301) vorgesehen ist.

10. Optische Anordnung nach Ansprüch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine motorische Ansteuerung für die Justiereinrichtung (9; 109; 209; 309) vorgesehen ist, die in Signalverbindung mit einer Steuereinrichtung steht, die wiederum mit einem die Bildebene der optischen Anord­ nung überwachenden Sensor in Signalverbindung steht und die vom Sensor empfangenen Signale zur Aussteuerung der Position der Haltekomponenten (10; 110; 210; 310) verar­ beitet.

11. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangs­ fläche (113, 213) des optischen Elements (101; 201) an Ausgleichslicht-Einkoppelbereichen Facetten (122, 223) aufweist.

12. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangs­ fläche (13; 113; 213; 313) des optischen Elements (1; 101; 201; 301) an Ausgleichslicht-Einkoppelbereichen struktu­ riert ist.

13. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissions­ wellenlänge der Lichtquelle (17) größer ist als 4 µm.

14. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (1; 101; 201; 301) ein refraktives optisches Element ist.

15. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element für die Strahlung der Projektions-Lichtquelle (17; 317) reflektierend ist.