DE102008040819A1

DE102008040819A1 - Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein Objektiv einer Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie

Info

Publication number: DE102008040819A1
Application number: DE102008040819A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Wolf; Werner Dr. Müller-Rißmann
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2009-03-26

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein Objektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Vorprodukts mit einer optischen Fläche und Endbearbeiten der optischen Fläche nur auf einer Teilfläche der optischen Fläche, welche kleiner ist als die optische Fläche. Dabei wird die Teilfläche so gewählt, dass sie den optischen Nutzbereich des optischen Elements an einer bestimmten Position im Objektiv umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein Objektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie, ein Objektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie mit einem optischen Element, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Objektivs für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie werden zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen verwendet. Eine Projektionsbelichtungsanlage enthält neben einer Lichtquelle und einem Beleuchtungssystem zur Beleuchtung einer Photomaske, häufig Retikel genannt, ein Projektionsobjektiv, welches das Muster des Retikels auf ein lichtempfindliches Substrat, beispielsweise einen mit einem Photolack beschichteten Silizium-Wafer, projiziert.
Heutige Projektionsbelichtungsanlagen arbeiten mit einem Excimer-Laser als Lichtquelle, wobei typische Wellenlängen im DUV- oder VUV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegen, beispielsweise bei 248 nm, 193 nm oder 157 nm aber auch im EUV-Wellenlängenbereich, z. B. bei ca. 13 nm. Typische Strukturgrößen, die mit der Auflösung solcher Projektionsbelichtungsanlagen erzeugt werden können, sind 100 nm und kleiner. Die Projektionsobjektive solcher Anlagen enthalten häufig mehr als 20 Linsen, deren Anzahl und Durchmesser zunehmen, je höher die Anforderungen an das Auflösungsvermögen und die Minimierung von Abbildungsfehlern werden.
Innerhalb des Beleuchtungssystems ist normalerweise ebenfalls mindestens ein optisches Abbildungssystem vorgesehen, um ein in einer Zwischenfeldebene des Beleuchtungssystems angeordnetes Beleuchtungsfeld in die Austrittsebene des Beleuchtungssystems abzubilden. Eine wesentliche Aufgabe eines solchen Abbildungssystems ist es, die Eigenschaften des Beleuchtungslichts hinsichtlich Feldgröße und Strahlverlauf an die eintrittsseitigen Erfordernisse des nachfolgenden Projektionsobjektivs anzupassen. Für ein solches Objektiv wird häufig auch die Bezeichnung REMA-Objektiv verwendet. Auch das REMA-Objektiv hat einen komplexen Aufbau mit einer Vielzahl von Linsen, die zum Teil große Durchmesser haben können.
Weiterhin können die in einer Projektionsbelichtungsanlage enthaltenen Abbildungssysteme neben Linsen weitere transmittierende optische Elemente, wie Planparallelplatten, Verzögerungsplatten, Polarisatoren oder optische Filter enthalten. Katadioptrische Projektionsobjektive enthalten darüber hinaus einen oder mehrere Spiegel.
Es wird schon seit langem versucht, durch den Einsatz von asphärischen optischen Elementen einen kompakteren Aufbau des REMA-Objektivs bzw. des Projektionsobjektivs zu ermöglichen. Eine asphärische Fläche ist eine zur Reflexion oder Brechung eines Lichtbündels dienende optische Fläche, die weder kugelförmig (sphärisch) noch eben ist. Asphärische Flächen schaffen zusätzliche Freiheitsgrade bei der Korrektur von Abbildungsfehlern, so dass durch den Einsatz einzelner Asphären die Gesamtzahl der optischen Elemente in einem Abbildungssystem reduziert werden kann. Die Fertigung optischer Elemente mit asphärischen Flächen ist jedoch erheblich aufwändiger als die sphärischer optischer Elemente, da sowohl die abtragende Bearbeitung zur Erzeugung der gewünschten Passe als auch die zugehörige Prüftechnik wesentlich komplizierter ist als die entsprechenden Verfahren bei sphärischen Flächen.
Beim Durchtritt eines Belichtungsstrahlenbündels durch das Beleuchtungssystem mit dem REMA-Objektiv oder durch das Projektionsobjektiv werden jedoch nicht alle optischen Elemente vollständig ausgeleuchtet. Gerade feldnahe optische Elemente weisen einen optischen Nutzbereich, auch Footprint genannt, auf, der deutlich kleiner ist als die gesamte Linsenfläche bzw. Spiegelfläche des optischen Elements und der in seiner Geometrie von der rotationssymmetrischen Form der Linse abweicht.
Dies wird in den neueren komplexen Abbildungssystemen, insbesondere in katadioptrischen Projektionsobjektiven, ausgenutzt. Optische Elemente, die als vollkommen rotationssymmetrisch ausgeführte Linsen oder Spiegel das Projektionsstrahlenbündel abschatten würden, können, da sie nicht vollständig ausgeleuchtet werden, so beschnitten werden, dass es zu keiner Abschattung kommt.
So zeigt beispielsweise die Patentanmeldung WO 2005/098506 A1 ein katadioptrisches Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie mit mehreren Spiegeln, deren optischer Nutzbereich nicht die gesamte Spiegelfläche einnimmt. Indem der optische Nutzbereich der Spiegel jeweils so eingestellt wird, dass sich keine Überlappungen der optischen Nutzbereiche verschiedener Spiegel ergeben, kann eine Abschattung des Belichtungsstrahlenbündels vermieden werden.
Die WO 03/052462 A2 zeigt ein katadioptrisches Projektionsobjektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie mit einem Konkavspiegel und zwei Umlenkspiegeln. Im Bereich der Umlenkspiegel befindet sich bei diesem Objektiv eine Linse, bei der aus Platzgründen, und um das Strahlenbündel nicht abzuschatten, ein Teil des nicht genutzten Bereichs der rotationssymmetrischen Linse abgeschnitten ist.
Zur Gewährleistung eines kompakteren Aufbaus eines Projektionsobjektivs werden auch Mangin-Linsen eingesetzt. Dabei wird ebenfalls ausgenutzt, dass nicht die gesamte optische Fläche der Mangin-Linse vom Projektionsstrahlenbündel ausgeleuchtet wird, und somit verschiedene Teilbereiche desselben optischen Elements einmal in Transmission und einmal in Reflexion genutzt werden können. Die US 5,488,229 zeigt ein katadioptrisches Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie mit zwei optischen Elementen, die als Mangin-Linsen ausgeführt sind. Dabei ist eine dieser Linsen auf einer ihrer optischen Flächen mit einer Spiegelschicht versehen und weist eine zentrale Bohrung auf, um das Belichtungsstrahlenbündel durchzulassen. Die andere, feldnah angeordnete Mangin-Linse ist ebenfalls auf einer optischen Fläche als Spiegelfläche ausgeführt, wobei ein Teil der optischen Fläche im Bereich der optischen Achse des Projektionsobjektivs unbeschichtet bleibt und somit das Projektionslicht transmittiert.
Die hier zitierten Dokumente zeigen Projektionsobjektive mit einzelnen optischen Elementen, die aus Platzgründen und/oder zur Vermeidung der Abschattung des Projektionsstrahlenbündels in ihrer rotationssymmetrischen Form beschnitten sind, eine zentrale Bohrung aufweisen oder zumindest mit einer nicht durchgehenden spiegelnden Beschichtung versehen sind. Diese optischen Elemente sind in ihrer Fertigung zumindest ebenso aufwändig wie alle anderen optischen Elemente des Projektionsobjektivs. Häufig ist ihre Fertigung sogar noch aufwändiger, da sie zunächst auf ihrer gesamten Fläche bearbeitet werden und im Anschluss daran beschnitten, mit Bohrungen versehen oder nur in Teilbereichen beschichtet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie, anzugeben, welches mit verhältnismäßig geringem Aufwand, insbesondere materialsparend und/oder zeitsparend, durchführbar ist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein Objektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie anzugeben, welches mindestens ein optisches Element enthält, das mit wenig Aufwand, insbesondere material- und/oder zeitsparend, fertigbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein Objektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie gemäß Anspruch 1, einem Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein Objektiv und/oder für ein Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie gemäß Anspruch 30, und einem Verfahren zur Herstellung eines Objektivs für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie gemäß Anspruch 49.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein Objektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie führt zu einer erheblichen Verkürzung der Bearbeitungszeit, indem die optische Fläche eines Vorprodukts nur auf einer Teilfläche endbearbeitet wird. Unter einem Objektiv für oder in einer Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie ist sowohl das Projektionsobjektiv als auch ein Abbildungssystem innerhalb des Beleuchtungssystems wie das zuvor beschriebene REMA-Objektiv zu verstehen.
Ein optisches Element in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie besteht aus einem Grundkörper, der häufig aus einem einheitlichen Material, beispielsweise aus Quarzglas, einem Fluoridkristall für die Lithographie bei Wellenlängen von > 150 nm oder Low-CTE-Materialen für die EUV-Lithographie, besteht. Unter Low-CTE-Materialien versteht man Materialien geringster thermischer Ausdehnung, insbesondere mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 0,1·10^–6K^–1, insbesondere weniger als 0,02·10^–6K^–1 oder sogar weniger als 0,0001·10^–6K^–1. Dies sind unter anderem dotierte Quarzgläser, z. B. ULE oder Glaskeramiken wie Zerodur oder Clearceram. Auch Cordierite ist ein derartiges Low-CTE-Material. Transmittierende optische Elemente, wie beispielsweise die in 1 dargestellte Linse, weisen in der Regel zwei einander gegenüberliegende optische Flächen 7 und einen umlaufenden Rand 9 auf. Reflektierende optische Elemente besitzen in der Regel eine optische Fläche, an der ein auftreffendes Lichtbündel reflektiert wird.
Transmittierende optische Elemente in Projektionsbelichtungsanlagen werden auf ihren optischen Flächen in der Regel mit einer Antireflexbeschichtung versehen, um Lichtverlust an den Grenzflächen zwischen den optischen Flächen und der Umgebung zu vermeiden. Reflektierende optische Elemente werden auf ihrer optischen Fläche mit einer reflektierenden optischen Beschichtung versehen. Weiterhin können optische Beschichtungen vorgesehen sein, die gezielt den Polarisationszustand eines eintretenden Lichtbündels verändern.
Der Grundkörper des optischen Elements wird aus einem, häufig zylindersymmetrischen, Rohling hergestellt, welcher in einer Reihe von Bearbeitungsschritten, insbesondere durch Schleifen und Feinschleifen, zunächst durch eine Vorbearbeitung in ein Vorprodukt umgewandelt wird. Dieses Vorprodukt weist bereits weitgehend die gewünschte Dimension des optischen Elements hinsichtlich Durchmesser und Dicke bzw. Dickenverlauf bei konkav oder konvex geformten optischen Elementen auf. Durch verschiedene weitere Teilschritte wird zunächst die Passe der optischen Flächen des Vorprodukts bis zu einer spezifizierten Genauigkeit eingestellt und eine gewünschte Rauhigkeit der optischen Flächen erzielt (Polieren). Feinste Korrekturen (Feinkorrektur) der gewünschten Oberfläche werden beispielsweise durch Ionenstrahlbearbeitung (IBF) erzielt. Üblicherweise werden die Schleifprozesse als Vorbearbeitung bezeichnet, die Politur und die Korrektur bzw. Feinkorrektur werden im Folgenden unter dem Oberbegriff „Endbearbeitung" zusammengefasst.
Die Endbearbeitung kann insbesondere bei der Fertigung optischer Elemente mit asphärischen optischen Flächen mit großflächigen Werkzeugen nicht mit der erforderlichen Präzision durchgeführt werden, da dabei die Form zerstört werden würde. Stattdessen erfolgt die Bearbeitung mit kleinen Werkzeugen. Darunter sind neben lokal angreifenden Polierköpfen oder Polierpads auch Strahlwerkzeuge, beispielsweise ein Fluidstrahl oder ein Teilchenstrahl zu verstehen, die lokal in einem kleinen Bereich der zu bearbeitenden optischen Fläche angreifen. Als Feinkorrekturverfahren können alle Verfahren eingesetzt werden, die eine genügend geringe Werkzeuggröße aufweisen, um eine Oberflächenbearbeitung mit einer Genauigkeit von wenigen nm bzw. unter 1 nm RMS zu ermöglichen. Beispielsweise ist die Ionenstrahlbearbeitung ein sehr präzises Verfahren, das aber andererseits sehr aufwändig ist. Zum einen muss hierzu die zu bearbeitende Fläche in eine Vakuumkammer eingebracht werden. Zum anderen sind die erreichbaren Abtragsraten (gemessen in nm × mm²/min) so gering, dass für jedes optische Element eine Bearbeitungszeit von einigen bis zu einigen zehn Stunden in Kauf genommen werden muss. Diese – im Vergleich z. B. zum Schleif- oder Läppprozess – geringen Abtragsraten sind ein Merkmal praktisch aller Feinkorrekturverfahren.
Das Schleifen, Polieren und Korrigieren erfolgt jeweils häufig in einem iterativen Prozess, bei dem nach einem materialabtragenden Arbeitsschritt zunächst eine Vermessung der bearbeiteten optischen Fläche bezüglich einer Messgröße, wie zum Beispiel Passe (Formgenauigkeit), Mikrorauheit, Zentrierung, Keiligkeit (innere Dezentrierung) und Mittendicke durchgeführt wird. Der weitere Verlauf der Bearbeitung richtet sich dann nach den Ergebnissen der Messung.
Die Endbearbeitung eines Vorprodukts umfasst somit mindestens einen der Teilschritte:

– Polieren,
– Korrigieren und/oder Feinkorrigieren,
– Ermitteln einer für die optische Fläche charakteristischen Messgröße.

Indem zumindest einer dieser Endbearbeitungsschritte nur auf einer Teilfläche der optischen Fläche durchgeführt wird, ergibt sich unmittelbar eine erhebliche Zeitersparnis.
Wird das Vorprodukt aus einem rotationssymmetrischen Linsenrohling oder einem rotationssymmetrischen Spiegelsubstrat hergestellt, können für die Endbearbeitungsschritte herkömmliche Einspannvorrichtungen bzw. für den späteren Einbau des fertigen optischen Elements in das Objektiv eine herkömmliche Fassungstechnik verwendet werden.
Ein nach diesem Verfahren hergestelltes optisches Element weist also einen Grundkörper mit einer optischen Fläche auf, die aus mindestens zwei Teilflächen besteht, wobei eine der Teilflächen eine höhere Oberflächenqualität besitzt als die andere Teilfläche. Diejenige Teilfläche mit der höheren Oberflächenqualität umfasst den optischen Nutzbereich (den sogenannten Footprint) des optischen Elements, also denjenigen Teilbereich der optischen Fläche, der beim späteren Einsatz beispielsweise in einem Projektionsobjektiv vom Projektions-Lichtbündel ausgeleuchtet wird.
Damit möglichst geringe Lichtverluste auftreten, ist es erforderlich, dass die Teilfläche des optischen Elements, die den genannten Endbearbeitungsschritten unterzogen wurde, den gesamten optischen Nutzbereich des optischen Elements umfasst. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Nutzbereich nur im endbearbeiteten Bereich zu liegen kommt. Dieser optische Nutzbereich richtet sich nach der Position des optischen Elements im Objektiv. Beispielsweise wird sich in der Nähe einer Feldebene des Projektionsobjektivs ein dem Scannerschlitz entsprechender nahezu rechteckiger optischer Nutzbereich ergeben.
Besonders vorteilhaft ist es, die Lage der endbearbeiteten Teilfläche auf dem rotationssymmetrischen Vorprodukt so zu wählen, dass der von der Teilfläche bedeckte Volumenbereich des optischen Elements, der später bei Einsatz des Objektivs in der Projektionsbelichtungsanlage von Licht durchstrahlt wird, eine geringere Dichte von Materialfehlern, wie zum Beispiel Brechungsindexinhomogenitäten, aufweist, als derjenige Volumenbereich, der von der nicht endbearbeiteten Teilfläche bedeckt wird und entsprechend nicht von Licht durchstrahlt wird. Auf diese Weise kann das optische Element mit bestmöglicher Abbildungsqualität hergestellt werden.
Nach Durchführung der Endbearbeitungsschritte kann eine Beschichtung mit einer reflektierenden Schicht, einer Antireflexbeschichtung oder einer polarisationsbeeinflussenden Beschichtung erfolgen. Hierbei kann es von Vorteil sein, die gesamte optische Fläche einschließlich des nicht endbearbeiteten Bereichs zu beschichten, um den Beschichtungsprozess nicht zu verkomplizieren.
Ein nach diesem Verfahren hergestelltes optisches Element wird in einem Objektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie bevorzugt in einer Position eingesetzt, in der der optische Nutzbereich des optischen Elements klein gegenüber der gesamten optischen Fläche des Vorprodukts ist. Dies ist beispielsweise in oder in der Nähe einer Feldebene der Fall.
In einem alternativen Verfahren zur Herstellung einer Linse, eines Spiegels oder einer Planparallelplatte in einem Objektiv oder Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie wird ein nicht rotationssymmetrisches Vorprodukt bereitgestellt und zur Erzeugung einer Linse, eines Spiegels oder einer Planparallelplatte endbearbeitet. Durch Verwendung eines nicht rotationssymmetrischen Vorprodukts kann zum einen erheblich Material eingespart werden, zum anderen wird auch hier die Bearbeitungszeit erheblich verkürzt, da nur eine kleinere Fläche der Endbearbeitung unterzogen werden muss.
Um zu gewährleisten, dass das gesamte Belichtungsstrahlenbündel die Linse, den Spiegel oder die Planparallelplatte passiert, ist es erforderlich, die Form des nicht rotationssymmetrischen Vorprodukts so zu wählen, dass die optische Fläche der fertigen Linse, des Spiegels oder der Planparallelplatte den gesamten optischen Nutzbereich umfasst. Um andererseits möglichst viel Material einzusparen, ist es von Vorteil, die Form des optischen Elements eng an die Form des optischen Nutzbereichs, des Footprints, anzulehnen. Dieser optische Nutzbereich ist derjenige Teilbereich der optischen Fläche, der beim späteren Einsatz des optischen Elements, beispielsweise in einem Projektionsobjektiv, vom hindurch tretenden Lichtbündel, dem Projektionslichtbündel, ausgeleuchtet wird. Entsprechend hängt seine Form von der Position der Linse, des Spiegels oder der Planparallelplatte im Objektiv ab.
Die Bearbeitung nach dem alternativen Verfahren zur Herstellung einer Linse, eines Spiegels oder einer Planparallelplatte umfasst wie oben beschrieben mindestens einen der Teilschritte:

– Polieren,
– Korrigieren und/oder Feinkorrigieren,
– Ermitteln einer für die optische Fläche charakteristischen Messgröße

In einem weiteren Schritt kann die optische Fläche mit einer optischen Beschichtung versehen werden, beispielsweise mit einer Antireflexbeschichtung, einer reflektierenden Beschichtung oder einer polarisationsbeeinflussenden Beschichtung.
Bei der Bearbeitung eines nicht rotationssymmetrischen Vorprodukts kann es von Vorteil sein, das Vorprodukt mit einem Kragen, z. B. aus Glas zu versehen, der so geformt ist, dass das Vorprodukt mit dem Kragen in eine rotationssymmetrische Halterung, zum Beispiel in ein Haltewerkzeug einer Bearbeitungsmaschine, eingesetzt werden kann. Auf diese Weise können herkömmliche Haltewerkzeuge verwendet werden, ohne sie für die spezielle Form eines nicht rotationssymmetrischen Vorprodukts anzupassen.
Besonders geeignet sind die beschriebenen Verfahren zur Herstellung optischer Elemente aus Materialien wie optisches Glas, insbesondere Borsilikatglas, Quarzglas, Quarzkristall, Fluoridkristall, Spinell, Aluminiumoxid, insbesondere α-Al₂O₃ (Korund, Saphir), Magnesiumoxid, Yttrium-Aluminium-Granat oder Lutetium-Aluminium-Granat. Als Fluoridkristalle kommen insbesondere Calciumfluorid CaF₂, Magnesiumfluorid MgF₂, Bariumfluorid BaF₂ und Lithiumfluorid LiF in Frage. Darüber hinaus kommen für Anwendungen im EUV-Wellenlängenbereich Low-CTE-Materialien in Frage. Rohlinge aus diesen Materialien sind in der für die Mikrolithographie notwendigen Spezifikation aufwändig herzustellen und schwierig zu bearbeiten. Entsprechend entstehen dadurch auch höhere Kosten. Insbesondere die Oberflächenbearbeitung von Kristallen ist schwierig und zeitaufwändig, weil die Kristallstruktur Vorzugsrichtungen vorgibt, in denen ein Materialabtrag leichter erfolgt als in anderen Richtungen.
Eine nach diesem Verfahren hergestellte Linse, ein Spiegel oder eine Planparallelplatte wird bevorzugt in oder in der Nähe einer Feldebene eines Objektivs eingesetzt. In dieser Position ist der Footprint des Belichtungsstrahlenbündels relativ klein gegenüber anderen Positionen in einem Objektiv. Dies ermöglicht besonders viel Materialeinsparung.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Objektivs für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie ist es günstig, ein oder mehrere optische Elemente nach einem der zuvor beschriebenen Verfahren herzustellen. Dabei wird zunächst der Nutzbereich des optischen Elements an seiner Position im Objektiv bestimmt und ein entsprechendes Vorprodukt bereitgestellt bzw. die Oberfläche eines rotationssymmetrischen Vorprodukts entsprechend bearbeitet. Die optischen Elemente werden dann so im Objektiv angeordnet, dass nur der endbearbeitete Teilbereich von dem Belichtungsstrahlenbündel ausgeleuchtet wird.
Besonders günstig ist es, bei der Herstellung des Objektivs die einzelnen optischen Elemente so zueinander zu orientieren, dass die Abbildungsfehler des Objektivs minimal werden. Dies gilt vor allem dann, wenn das Material des Grundkörpers lokale Inhomogenitäten aufweist.
Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die optischen Elemente eines Objektivs in ihre Position mit dem im Objektivdesign vorgesehenen Abstand zueinander anordnen und einzelne optische Elemente so gegeneinander um die optische Achse verdrehen, dass die Abbildungsfehler minimal werden. Die nach einem der zuvor beschriebenen Verfahren hergestellten optischen Elemente werden bei der Objektivjustage in ihrer Ausrichtung festgehalten und nur die rotationssymmetrisch ausgeführten und vollflächig bearbeiteten optischen Elemente zur Korrektur von Abbildungsfehlern um die optische Achse verdreht.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die Form der endbearbeiteten Teilfläche eines erfindungsgemäßen optischen Elements bzw. die nicht rotationssymmetrische Form einer erfindungsgemäßen Linse, Spiegel oder Planparallelplatte so gewählt, dass eine Verdrehung um einige Winkelgrade möglich ist. Als besonders geeignet hat sich hier eine Sattelform erwiesen.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnung:
1 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Elements mit einer optischen Beschichtung
2 zeigt einen Grundkörper mit nur teilweise endbearbeiteter optischer Fläche
3 zeigt ein optisches Element mit einem nicht rotationssymmetrischen Grundkörper
4 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Objektiv einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten optischen Element
5 zeigt einen Grundkörper mit nur teilweise endbearbeiteter optischer Fläche, wobei die endbearbeitete Teilfläche sattelförmig ausgeführt ist.
6 zeigt ein aus einem nicht rotationssymmetrischen Vorprodukt gefertigtes optisches Element
7 zeigt einen Linsengrundkörper, der zur Bearbeitung in einen Glaskragen gefasst ist
1 zeigt eine schematische Darstellung der Seitenansicht eines optischen Elements 1. Es handelt sich um eine Linse aus einem Grundkörper 3 mit einer umlaufenden Randfläche 9 und zwei optischen Flächen 7, auf welche eine Antireflexbeschichtung 5 aufgebracht ist. Die Antireflexbeschichtung 5 kann mehrere Einzelschichten umfassen, wobei benachbarte Einzelschichten in der Regel aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Linse 201 ist in 2 in Aufsicht gezeigt. Der Grundkörper 203 wurde durch Vorbearbeitung, z. B. durch Vor- und gegebenenfalls Feinschleifen eines zylindersymmetrischen Linsenrohlings zu einem Vorprodukt mit einer Passegenauigkeit von einigen μm RMS und einer Rauhigkeit von einigen 100 nm RMS bis zu einigen 10 μm RMS hergestellt. Die Teilfläche 213 der optischen Fläche wurde keinen weiteren Endbearbeitungsschritten unterzogen, sondern weist noch die Oberflächenqualität des Vorproduktes auf. Die Teilfläche 215 wurde dagegen in weiteren Endbearbeitungsschritten poliert und korrigiert. Sie weist nach diesen Schritten eine Passegenauigkeit von einigen nm RMS oder weniger und eine Rauhigkeit von einigen nm RMS oder weniger auf, entsprechend der für die Linse 201 hinterlegten Optikspezifikation. Die endbearbeitete Teilfläche 215 umfasst vollständig den optischen Nutzbereich 217 den das optische Element an derjenigen Stelle des Objektivs in einer Projektionsbelichtungsanlage aufweist, für die es vorgesehen ist. Ein rechtecksförmiger optischer Nutzbereich 217 ergibt sich insbesondere bei Linsen eines Projektionsobjektivs in einem Waferscanner, die in unmittelbarer Nähe einer Feldebene angeordnet sind.
Die Anforderungen, die an die optische Qualität von Linsenmaterialien gestellt werden, sind für die Anwendung in einer Projektionsbelichtungsanlage besonders hoch. Insbesondere Linsen im Projektionsobjektiv dürfen nur minimale Materialfehler, z. B. Brechungsindexinhomogenitäten, aufweisen, weil diese zu Abbildungsfehlern führen. Ein Vorprodukt, das nicht in seinem gesamten Volumen diesen hohen Anforderungen genügt, kann jedoch trotzdem eingesetzt werden, wenn sichergestellt werden kann, dass diejenigen Volumenbereiche, die die größte Dichte an Materialfehlern aufweisen, nicht von Projektionslicht durchstrahlt werden. Bei der Herstellung einer Linse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dies gewährleistet, indem zur Endbearbeitung die Lage der Teilfläche 215 so ausgewählt wird, dass das Linsenmaterial unterhalb der Teilfläche 215 die geringste Dichte an Materialfehlern aufweist.
In 3 ist eine Linse 301 dargestellt, welche gemäß dem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren aus einem nicht rotationssymmetrischen, hier einem nahezu rechteckigen Grundkörper 303 hergestellt wurde. Dieser Grundkörper 303 wurde mittels Vorbearbeitungs- und Endbearbeitungsschritten so bearbeitet, dass die gesamte optische Fläche 315 eine Passegenauigkeit von < 1 nm RMS und eine Rauhigkeit von < 1 nm RMS aufweist. Die Fläche 315 wurde so gewählt, dass sie etwas größer ist als der optische Nutzbereich 317, um am Linsenrand noch Raum für die Fassung während der Bearbeitung und für die Linsenfassung im Objektiv zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise sind zum einen signifikante Einsparungen bei der Materialbeschaffung möglich, da die Rohteildimensionen bzw. das Rohteilgewicht um einige 10% verringert werden können. Zum anderen wird dadurch das Gewicht des Objektivs der Projektionsbelichtungsanlage, in der eine oder mehrere solcher Linsen eingesetzt werden, erheblich verringert.
4 zeigt einen Ausschnitt aus einem Objektiv einer Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie mit zwei Linsen 401 und 419, die auf der optischen Achse OA des Objektivs angeordnet sind. Linse 401 weist eine endbearbeitete Teilfläche 415 auf, die den gesamten optischen Nutzbereich 417 umfasst. Linse 419 ist eine herkömmliche Linse, bei der die gesamte optische Fläche eine homogene Oberflächenqualität aufweist. Beide Linsen 401 und 419 sind auf ihrer gesamten optischen Fläche mit einer Antireflexbeschichtung versehen (nicht eingezeichnet).
Material- oder Passefehler können beim Zusammenbau und der Justage des Objektivs ausgeglichen werden, indem einzelne Linsen oder Linsengruppen relativ zueinander um die optische Achse OA des Objektivs verdreht werden, bis ein resultierender Bildfehler minimal wird. Bei der Objektivjustage wird also die Linse 419 so in Pfeilrichtung um die optische Achse verdreht, bis die Abbildungsfehler des Gesamtobjektivs minimal werden. Die rotationssymmetrische Linse 419 kann dabei um einen beliebigen Winkelbetrag verdreht werden. Die nicht rotationssymmetrische Linse 401, die nur auf einem Teilbereich ihrer optischen Flächen endbearbeitet ist, wird dabei in ihrer Position festgehalten, weil bei einer Rotation der Linse 401 um die optische Achse OA die endbearbeitete Teilfläche 415 nicht mehr den gesamten optischen Nutzbereich 417 umschließen würde.
5 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Linse 501, die für das beschriebene Justageverfahren besser geeignet ist. Wie bei der Linse in 2 ist die optische Fläche des Grundkörpers 503 in zwei Teilflächen 513 und 515 aufgeteilt, wobei die Teilfläche 513 unverändert die Oberflächenqualität des Vorprodukts aufweist, während die Teilfläche 515 verschiedenen Endbearbeitungsschritten unterzogen wurde. Die Teilfläche 515 umfasst den gesamten optischen Nutzbereich 517 der Linse 501. Die Teilfläche 515 wurde jedoch nicht rechteckig entsprechend der Form des optischen Nutzbereiches 517 ausgestaltet sondern sattelförmig. Diese Geometrie der endbearbeiteten Teilfläche 515 erlaubt es, die Linse 501 um einige Winkelgrade um die optische Achse OA zu verdrehen, und stellt somit zusätzliche Freiheitsgrade für das Justageverfahren bereit.
Ein ähnliches Vorgehen ist auch für eine nach dem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Linse in der Art der in 3 dargestellten Linse möglich: Während eine Linse, deren Form im Wesentlichen dem (nicht-rotationssymmetrischen) optisch genutzten Bereich entspricht, nicht wie in 4 dargestellt, zur Minimierung von Fehlern gegen eine oder mehrere andere Objektivlinsen verdreht werden kann, erlaubt eine sattelförmige Ausgestaltung der Linsenform zumindest eine Verdrehung um einige Winkelgrade.
In 6 ist ein Spiegel 601 für ein Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage dargestellt, der nach dem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Ein solcher optischer Nutzbereich und eine entsprechende Spiegelform können beispielsweise in einem EUV-Lithographiesystem vorgesehen sein. Als Rohling wurde ein nierenförmiges Zerodur-Spiegelsubstrat gewählt und Vor- und Endbearbeitungsschritten unterzogen. Die optische Fläche des nicht rotationssymmetrischen Grundkörpers umfasst den gesamten optische Nutzbereich 617 des Spiegels 601. Abschließend wird der Grundkörper 603 mit einer optischen Beschichtung versehen, die ein möglichst hohes Reflexionsvermögen des Spiegels 601 gewährleistet. Alternativ könnte der Spiegel auch wie die optischen Elemente in 2 und 5 einen Grundkörper mit einer optischen Fläche mit zwei Teilflächen aufweisen, wobei die eine Teilfläche nur der Vorbearbeitung unterzogen wurde, während die andere Teilfläche, die den optischen Nutzbereich des Spiegels umfasst, einer Endbearbeitung unterzogen worden und mit einer reflektierenden Schicht versehen worden ist.
Um zu ermöglichen, dass bei der Bearbeitung und späteren Objektivfassung solcher nicht rotationssymmetrischer optischer Elemente herkömmliche Haltestrukturen für herkömmliche rotationssymmetrische optische Elemente verwendet werden können, werden die nicht rotationssymmetrischen Rohlinge mit einem Bearbeitungskragen, z. B. einem Glaskragen versehen. Der Glaskragen ist deutlich günstiger als das für Elemente der Lithographieoptik verwendete Material. Eine rotationssymmetrische Halterung 723 mit einem solchen mit Glaskragen 721 versehenen nicht rotationssymmetrischen optischen Element, in diesem Fall einer sattelförmigen Linse 701, ist in 7 dargestellt. Auch für die Fassung des optischen Elements im Objektiv selbst kann ein solcher Bearbeitungskragen vorgesehen werden. Alternativ wird die verwendete Fassungstechnik an die verkleinerte Linsenform angepasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2005/098506 A1 [0009]
- WO 03/052462 A2 [0010]
- US 5488229 [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements (201, 401, 501) für ein Objektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie mit den Schritten: Bereitstellen eines Vorprodukts mit einer optischen Fläche; und Endbearbeiten der optischen Fläche nur auf einer Teilfläche (215, 415, 515) der optischen Fläche, welche kleiner ist als die optische Fläche (7, 607, 707).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfläche (215, 415, 515) so gewählt wird, dass sie den optischen Nutzbereich (217, 417, 517) des optischen Elements (201, 401, 501) an einer bestimmten Position im Objektiv umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (201, 401, 501) ein transmittierendes optisches Element ist, insbesondere eine Linse oder eine Planparallelplatte.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfläche (215, 415, 515) so gewählt wird, dass ein davon bedecktes Teilvolumen des optischen Elements (201, 401, 501) eine geringere Dichte von Materialfehlern aufweist als ein Teilvolumen des optischen Elements, welches von der nicht endbearbeiteten Teilfläche (213, 513) der optischen Fläche bedeckt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfläche (515) sattelförmig ausgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Endbearbeitens mindestens einen der Teilschritte Polieren, Korrigieren, Feinkorrigieren oder Ermitteln einer für die optische Fläche charakteristischen Messgröße, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Messgröße ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Passe, Mikrorauheit, Zentrierung, Keiligkeit und Mittendicke.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (201, 401, 501) mit einer optischen Beschichtung, versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung im wesentlichen nur auf die Teilfläche (215, 415, 515) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung eine Antireflexbeschichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung eine reflektierende Beschichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung eine polarisationsbeeinflussende Beschichtung ist.
Optisches Element (201, 401, 501) hergestellt nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13.
Optisches Element (201, 401, 501) bestehend aus einem Grundkörper mit einer optischen Fläche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Fläche eine erste Teilfläche (215, 415, 515) und eine zweite Teilfläche (213, 413, 513) aufweist, wobei die erste Teilfläche (215, 415, 515) eine von der zweiten Teilfläche (213, 413, 513) unterschiedliche Oberflächenqualität aufweist.
Optisches Element (201, 401, 501) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfläche (215, 415, 515) eine höhere Passegenauigkeit aufweist als die zweite Teilfläche (213, 413, 513).
Optisches Element (201, 401, 501) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfläche (215, 415, 515) eine geringere Rauhigkeit aufweist als die zweite Teilfläche (213, 413, 513).
Optisches Element (201, 401, 501) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die optische Fläche einen optischen Nutzbereich (217, 417, 517) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfläche (215, 415, 515) den optischen Nutzbereich (217, 417, 517) umfasst.
Optisches Element (201, 401, 501) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (201, 401, 501) ein transmittierendes optisches Element ist.
Optisches Element nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel ist.
Optisches Element (201, 401, 501) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfläche (215, 415, 515) eine Passeabweichung von weniger als 10 nm RMS, insbesondere weniger als 1 nm RMS, aufweist.
Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfläche eine Rauhigkeit (215, 415, 515) von weniger als 5 nm RMS, insbesondere weniger als 1 nm RMS aufweist.
Optisches Element (201, 401, 501) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (201, 401, 501) ein Material umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend optisches Glas, Borsilikatglas, Quarzglas, Quarzkristall, Fluoridkristall, Spinell MgAl₂O₄, Magnesiumoxid MgO, Aluminiumoxid Al₂O₃, Yttrium-Aluminiumgranat Y₃Al₅O₁₂, Lutetium-Aluminiumgranat Lu₃Al₅O₁₂.
Optisches Element (201, 401, 501) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluoridkristall Calciumfluorid CaF₂, Magnesiumfluorid MgF₂ oder Lithiumfluorid LiF ist.
Optisches Element (201, 401, 501) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (201, 401, 501) ein Material umfasst, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 0,1·10^–6K^–1, insbesondere weniger als 0,002·10^–6K^–1, insbesondere weniger als 0,0001·10^–6K^–1 aufweist, insbesondere ein dotiertes Quarzglas oder eine Glaskeramik.
Optisches Element (201, 401, 501) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ULE, Zerodur, Clearceram oder Cordierite ist.
Objektiv enthaltend mindestens ein optisches Element (201, 401, 501) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 26.
Objektiv nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element (201, 401, 501) in oder in der Nähe einer Feldebene des Objektivs angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie enthaltend ein Objektiv nach Anspruch 27 oder 28.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements (301, 601, 701), insbesondere einer Linse, eines Spiegels oder einer Planparallelplatte, für ein Objektiv und/oder für ein Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie mit den Schritten: Bereitstellen eines nicht rotationssymmetrischen Vorprodukts, Endbearbeiten des Vorprodukts zur Erzeugung des optischen Elements (301, 601, 701) mit endbearbeiteten optischen Flächen.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des nicht rotationssymmetrischen Vorprodukts so gewählt wird, dass eine optische Fläche des optischen Elements (301, 601, 701) den optischen Nutzbereich (317, 617) des optischen Elements (301, 601, 701) an einer bestimmten Position im Objektiv umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Endbearbeitens mindestens einen der Teilschritte Polieren der optischen Fläche, Korrigieren der optischen Fläche, Feinkorrigieren der optischen Fläche, Beschichten der optischen Fläche mit einer optischen Beschichtung, Ermitteln einer für die optische Fläche charakteristischen Messgröße, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung eine Antireflexbeschichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung eine reflektierende Beschichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Beschichtung eine polarisationsbeeinflussende Beschichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Messgröße ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Passe, Mikrorauheit, Zentrierung, Keiligkeit und Mittendicke.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 30 bis 36 dadurch gekennzeichnet, dass das nicht rotationssymmetrische Vorprodukt bei der Durchführung mindestens eines der Teilschritte mit einem Hilfskragen (721), insbesondere aus Glas oder Kunststoff, versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfskragen so ausgeführt ist, dass das mit dem Hilfskragen (721) versehene Vorprodukt in ein rotationssymmetrisches Haltewerkzeug (723) eingesetzt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfskragen (721) einen im wesentlichen rotationssymmetrischen/zylindrischen Rand aufweist.
Optisches Element (301, 601, 701), insbesondere Linse, Spiegel oder Planparallelplatte, für ein Objektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 bis 39.
Optisches Element (301, 601, 701) nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (301, 601, 701) ein Material umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend optisches Glas, Borsilikatglas, Quarzglas, Quarzkristall, Fluoridkristall, Spinell MgAl₂O₄, Aluminiumoxid Al₂O₃ und Yttrium-Aluminium-Granat Y₃A₁₅O₁₂.
Optisches Element (301, 601, 701) nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluoridkristall Calciumfluorid CaF₂, Magnesiumfluorid MgF₂ oder Lithiumfluorid LiF ist.
Optisches Element (301, 601, 701) nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (301, 601, 701) ein Material umfasst, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 0,1·10^–6K^–1, insbesondere weniger als 0,002·10^–6K^–1, insbesondere weniger als 0,0001·10^–6K^–1 aufweist, insbesondere ein dotiertes Quarzglas oder eine Glaskeramik.
Optisches Element (301, 601, 701) nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ULE, Zerodur, Clearceram oder Cordierite ist.
Optisches Element (301, 601, 701) nach einem der Ansprüche 40 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (301, 601, 701) eine Sattelform aufweist.
Objektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, enthaltend mindestens ein optisches Element (301, 601, 701) nach einem der Ansprüche 40 bis 45.
Objektiv nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element in oder in der Nähe einer Feldebene des Objektivs angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage mit einem Objektiv nach einem der Ansprüche 46 oder 47.
Verfahren zur Herstellung eines Objektivs für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie mit den Schritten: Herstellen eines ersten optischen Elements (401) nach dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 oder nach dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 30 bis 39, Anordnen des ersten optischen Elements (401) im Objektiv, so dass maximal der endbearbeitete Teilbereich von einem Strahlenbündel, welches das Objektiv passiert, ausgeleuchtet wird.
Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweites optisches Element (419) im Objektiv angeordnet wird und dass das erste optische Element (401) und das zweite optische Element (419) relativ zueinander so orientiert werden, dass mindestens ein Abbildungsfehler des Objektivs minimal wird.
Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (419) relativ zum ersten optischen Element (401) um die optische Achse (OA) gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (401) in der Orientierung bezüglich der optischen Achse (OA) des Objektivs festgehalten wird.