DE10201143A1

DE10201143A1 - Verfahren zur Herstellung einer hochgenauen Fassung für ein optisches Element und Meßverfahren hierfür

Info

Publication number: DE10201143A1
Application number: DE2002101143
Authority: DE
Inventors: Hubert Holderer; Oliver Jacobs; Martin Weiser; Gerd Schoefer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-07-24

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer hochgenauen Fassung (1) für ein optisches Element (9) ist das optische Element (9) über mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Auflagefüßchen (6) mit Auflageflächen (7) in einer Fassung (1) gelagert. Die Fassung (1) ist mit Flanschflächen (3, 4) zur Verbindung mit angrenzenden Teilen (17) des Objektivs (5) versehen. Die Auflageflächen (7) der Auflagefüßchen (6) werden derart nachbehandelt, daß das Gewicht des optischen Elementes (9) weitgehend gleichmäßig auf alle Auflagefüßchen (6) verteilt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hochgenauen Fassung eines optischen Elementes in einem Objektiv.
Die Erfindung betrifft auch ein Meßverfahren zur Herstellung einer hochgenauen Fassung eines optischen Elementes und eine Meßeinrichtung hierfür.
Das optische Element kann eine Linse in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter-Lithographie sein.
Die Anforderungen an die Genauigkeit von Bearbeitungsverfahren von Auflageflächen, um eine sehr gleichmäßige Auflage des optischen Elementes, z. B. einer Linse, zu schaffen und um Deformationen der Linse zu vermeiden, werden immer höher. Dies gilt insbesondere für Projektionsobjektive in der Halbleiter- Lithographie.
Objektive für die Halbleiter-Lithographie werden im allgemeinen aus einzelnen gefaßten Linsen zusammengesetzt. Die Einzelfassungen der Linsen besitzen Flanschflächen, an denen axial aufeinanderfolgende Linsenfassungen miteinander verschraubt werden. Die Ober- und Unterseiten der Flanschflächen sollen dabei möglichst eben und genau parallel zueinander sein, um bei der Verschraubung mechanische Verspannungen der Fassungen und damit in gleicher Weise der Linsen zu verhindern. Auch hierfür werden die Anforderungen an eine entsprechende Genauigkeit immer höher.

Zum allgemeinen Stand der Technik wird auf die DE 199 57 398 A1 verwiesen, in der ein Verfahren zum Richten der Auflageflächen von Auflagegliedern für eine Linse beschrieben ist.

Aus der 198 26 319 A1 und aus der dieser entsprechenden US 5,995,226 ist eine Einrichtung zur Bestimmung der Ebenheit von Wafer-Oberflächen beschrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bearbeitungsverfahren zur Herstellung von Fassungen von optischen Elementen zu schaffen, mit dem eine sehr hohe Genauigkeit erreicht werden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Meßverfahren und eine Meßeinrichtung zu schaffen, womit mit einer hohen Meßgenauigkeit Fassungen vermessen werden können, insbesondere Auflageflächen von Auflagefüßchen und Flanschflächen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

In Anspruch 2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer hochgenauen Fassung für eine Linse in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter-Lithographie beschrieben.

In den Ansprüchen 4 und 5 sind Meßverfahren zur Herstellung von hochgenauen Fassungen aufgezeigt.

Die Ansprüche 10 und 11 beschreiben Meßeinrichtungen zur Durchführung der erfindungsgemäßen Meßverfahren.

Um möglichst geringe Deformationen eines optischen Elementes, z. B. einer Linse, zu erzielen, sollten die Auflagefüßchen alle die gleiche Steifigkeit besitzen. Außerdem sollten alle Auflageflächen bei einer Linse auf einer dem Linsenradius entsprechenden Kugeloberfläche liegen.

Mit den bisher bekannten Meßmitteln und Richtmethoden war die Kontrolle der Genauigkeit der Auflagekräfte und die Deformation der Linse sehr schwierig zu bewerkstelligen, da die Formtoleranz gleich der maximalen zulässigen Linsendurchbiegung sein sollte, nämlich wenige µm.

Erfindungsgemäß werden nun die Auflageflächen nach Feststellung der jeweiligen Lage so nachbehandelt, daß das Gewicht des optischen Elementes, z. B. der Linse, wenigstens weitgehend gleichmäßig auf alle Auflagefüßchen verteilt wird. Das Abtragsverfahren kann z. B. mit entsprechend hoher Genauigkeit in Form einer Ionenstrahlbearbeitung (Ion Beam Figuring), nachfolgend IBF- Verfahren genannt, durchgeführt werden.

Wenn in einem sehr vorteilhaften Meßverfahren gemäß Anspruch 4 vorgesehen ist, daß eine indirekte Messung über die Deformation des optischen Elementes, z. B. der Linse, vorgenommen wird, können Schwankungen der Steifigkeit der Auflagefüßchen und Abweichungen der Auflage des optischen Elementes durch ihren Einfluß auf die Oberflächendeformation des optischen Elementes erfaßt werden.

Aus der erfaßten Oberflächenform und der durchschnittlichen Steifigkeit der Auflagefüßchen kann dann gegebenenfalls der notwendige Abtrag je Auflagefläche bestimmt werden.

Wenn das Abtragsverfahren nach dem IBF-Verfahren durchgeführt wird, kann dies mit einer Genauigkeit von wenigen nm durchgeführt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß im Vergleich zu bekannten Verfahren, mit z. B. einem Richten über Laserstrahlen, keine Spannungen in das Material eingebracht werden.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren auch die Flanschflächen der Fassungen verbessert werden.

Für das Meßverfahren zur Feststellung der Deformationen bzw. der Oberflächenform des optischen Elementes und auch zur Feststellung der Parallelität und Ebenheit der Flanschflächen kann eine interferometrische Messung eingesetzt werden.

Bei einem Meßverfahren für die Flanschflächen der Fassung, die aus auf Abstand zueinander liegenden Ringstegen oder Teilringstegen gebildet sind, wird man in vorteilhafter Weise die Stege durch ein oder mehrere Verbindungsstege miteinander verbinden. Bei einer interferometrischen Messung ist dies erforderlich, da hierbei Höhenunterschiede von getrennten Flächen nur im Bereich unterhalb der Meßlänge sicher erfaßt werden können. Die zu vermessenden Flächen müssen deshalb höhenmäßig miteinander verbunden sein, da man andernfalls nur in Wellenlängenabständen entsprechende Informationen erhalten würde.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens zur Herstellung von hochgenauen Fassungen und des Meßverfahrens nebst Meßeinrichtung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Fig. 1 ausschnittsweise eine Draufsicht auf eine Fassung einer Linse;
Fig. 2 teilweise einen Querschnitt durch die Fassung nach der Fig. 1; und
Fig. 3 einen Schnitt entsprechend dem nach der Fig. 2 mit einer interferometrischen Meßeinrichtung für Flanschflächen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine an sich bekannte Fassung 1 mit einem Zentrierbund 2, an deren Umfangswand, mit oberen Flanschflächen 3 in Form von ringförmigen Stegen, die auf Abstand voneinander angeordnet sind bzw. entsprechend unterschiedliche Durchmesser aufweisen, und untere Flanschflächen 4, die ebenfalls in Form von Ringen über die Fassung 1 vorstehen. Die Fassung 1 ist in nicht näher dargestellter Weise in ein Objektiv 5 (gestrichelt dargestellt) eingebaut. Die Flanschflächen 3 und 4 können auch durch teilringförmige Stege gebildet werden, die sich somit nur abschnittsweise über die Fassung 1 erstrecken.
Die Fassung 1 weist eine Vielzahl von über ihren inneren Umfang verteilt angeordneten Auflagefüßchen 6 auf, die jeweils mit Auflageflächen 7 versehen sind und die über dünne Stege 8 mit dem Grundkörper der Fassung 1 verbunden sind. Auf die Auflageflächen 7 wird eine Linse 9 als optisches Element (in der Fig. 1 lediglich teilweise gestrichelt dargestellt) aufgelegt. Auf diese Weise erhält man eine sehr weiche deformationsentkoppelte Lagerung der Linse 9 gegenüber Vibrationen und Erschütterungen von außen her.
Die Auflagefüßchen 6 führen jedoch z. B. bei den hohen in der Halbleiter-Lithographie geforderten Genauigkeiten, zu einer Deformation der Linse 9, welche entsprechend der Anlage bzw. Andruckkraft der einzelnen Auflagefüßchen 6 über den Umfang verteilt unterschiedlich sein kann und sich dementsprechend negativ auf die Präzision des Objektives 5 auswirkt.
Um nun eine möglichst geringe Linsendeformation zu erzielen, sollten die Stege 8 der Auflagefüßchen 6 alle eine gleiche Steifigkeit besitzen. Darüber hinaus sollen alle Auflageflächen 7 auf einer dem Linsenradius entsprechenden Kugeloberfläche liegen. Dies bedeutet, das Gewicht des optischen Elementes soll weitgehend gleichmäßig auf alle Auflagefüßchen 6 verteilt werden.
Hierzu ist es vorab erforderlich festzustellen, welche Kräfte von den Auflagefüßchen 6 jeweils auf die Linse 9 ausgeübt werden.
Durch eine indirekte Messung über die Deformation der Linse 9 können nun Schwankungen in den Steifigkeiten der Auflagefüßchen 6 und Abweichungen der Linsenauflage durch deren Einfluß auf die Oberflächendeformation der Linse 9 erfaßt werden.
Aus der auf diese Weise ermittelten Oberflächenform und der durchschnittlichen Steifigkeit der Auflagefüßchen 6 kann dann in einer Nachbehandlung ein notwendiger Abtrag je Auflagefüßchen 6 bestimmt werden.
Für den entsprechenden Abtrag an einer Auflagefläche 7 kann vorzugsweise das IBF-Verfahren verwendet werden, wobei eine Genauigkeit von wenigen nm erreichbar wird. Falls größere Abtragungen erforderlich sind, kann dieses Verfahren gegebenenfalls auch mehrfach angewendet werden.
Zur Vermessung der Flanschflächen 3 und 4 mit einer sehr hohen Meßgenauigkeit wird ein interferometrisches Meßverfahren verwendet. Hierfür sollte die zu messende Fläche, in diesem Fall die beiden Flanschflächen, bereits eine Rauhigkeit im Bereich von wenigen nm besitzen.
Für ein interferometrisches Meßverfahren ist es jedoch erforderlich, daß die Flanschflächen 3 bzw. 4, die in Ringform oder in Teilringform vorgesehen sind, durch Querstege 10 miteinander verbunden sind.
In der Fig. 3 ist beispielsweise eine Meßeinrichtung für ein interferometrisches Meßverfahren dargestellt. Die Messung ist dabei über Teilinterferenzen durchgeführt, die zwischen einer Masterplatte 11 und der Fassung 1 entstehen. Die Masterplatte 11 liegt unter den Flanschflächen 4 und besitzt einen Durchmesser, der größer ist als der der Fassung 1. Dies bedeutet, der Randbereich der Masterplatte 11 steht über die Fassung 1 hinaus. Auf die oberen Flanschflächen 3 ist eine zweite Platte 12 aufgelegt, die den gleichen Außendurchmesser aufweist wie die Masterplatte 11, jedoch eine Ringform besitzt, damit sie über den inneren Teil der Fassung 1 der Linse 9 gestülpt und über die Flanschflächen 3 gesetzt werden kann. Um Deformationen der Fassung 1 zu vermeiden, können die beiden Platten 11 und 12 gegebenenfalls auch mit geringem Abstand zu den Flanschflächen 3 und 4 angeordnet werden.
Um zu vermeiden, daß die ebenen Grenzflächen 14 und 16 der transparenten Meßplatten 11 und 12 selbst Interferenzmuster erzeugen, die sich dem die Meßinformation enthaltenen Interferenzmuster überlagern würden, sind die Meßplatten 11 und 12 keilförmig, z. B. mit einem Keilwinkel von 5° auszuführen.
Zur Messung der Ebenheit der unteren Flanschflächen 4 wird über ein Interferometer 13a die Interferenz mit der planen Grenzfläche 14 der Masterplatte 11 ausgewertet.
Die Ebenheit der oberen Flanschflächen 3 wird durch die Interferenz mit einem Interferometer 13b an der Grenzfläche 16 der oberen ringförmigen Meßplatte 12 gemessen.
Die Parallelität zwischen den oberen Flanschflächen 3 und den unteren Flanschflächen 4, die durch den Pfeil 15 angedeutet ist, wird über die Parallelität der beiden Platten 11 und 12 bzw. den Grenzflächen 14 und 16 über ein Interferometer 17 gemessen, wobei die Grenzflächen 14 und 16 jeweils die Seiten der Platten 11 und 12 sind, die zueinander gerichtet sind.
Für die Auswertung der Ergebnisse sind die Interferometer 13a, 13b und 17 mit entsprechenden Auswerteeinrichtungen versehen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer hochgenauen Fassung für ein optisches Element in einem Objektiv, wobei das optische Element über mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Auflagefüßchen mit Auflageflächen in einer Fassung gelagert ist, und wobei die Fassung mit Flanschflächen zur Verbindung mit angrenzenden Teilen des Objektives versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen (7) der Auflagefüßchen (6) derart nachbehandelt werden, daß das Gewicht des optischen Elementes (9) weitgehend gleichmäßig auf alle Auflagefüßchen (6) verteilt wird.

2. Verfahren zur Herstellung einer hochgenauen Fassung für eine Linse in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter- Lithographie, wobei die Linse über mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Auflagefüßchen mit Auflageflächen in einer Fassung gelagert ist, und wobei die Fassung mit Flanschflächen zur Verbindung mit angrenzenden Teilen des Objektives versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen (7) der Auflagefüßchen (6) derart nachbehandelt werden, daß das Gewicht der Linse (9) wenigstens weitgehend gleichmäßig auf alle Auflagefüßchen (6) verteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbehandlung durch ein Abtragen in Form einer Ionenstrahlbearbeitung (Ion Beam Figuring (IBF)) erfolgt.

4. Meßverfahren zur Herstellung einer hochgenauen Fassung für ein optisches Element, wobei das optische Element über mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Auflagefüßchen mit Auflageflächen in einer Fassung gelagert ist, und wobei die Fassung mit Flanschflächen zur Verbindung mit angrenzenden Teilen des Objektives versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (9) auf die Auflageflächen (7) der Auflagefüßchen (6) aufgelegt wird, anschließend die Deformation des optischen Elements (9) gemessen wird, wonach aus der Oberflächenform des optischen Elementes (9) die Steifigkeit der Auflagefüßchen (6) erfaßt und der daraus resultierende Abtrag je Auflagefläche (7) bestimmt wird.

5. Meßverfahren zur Herstellung einer hochgenauen Fassung für eine Linse in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter- Lithographie, wobei die Linse über mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Auflagefüßchen mit Auflageflächen in einer Fassung gelagert ist, und wobei die Fassung mit Flanschflächen zur Verbindung mit angrenzenden Teilen des Objektives versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (9) auf die Auflageflächen (7) der Auflagefüßchen (6) aufgelegt wird, anschließend die Deformation der Linse (9) gemessen wird, wonach aus der Oberflächenform der Linse (9) die Steifigkeit der Auflagefüßchen (6) erfaßt und der daraus resultierende Abtrag je Auflagefläche (7) bestimmt wird.

6. Meßverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformation durch eine interferometrische Messung bestimmt wird.

7. Meßverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der interferometrischen Messung die Parallelität der Flanschflächen (3, 4) gemessen wird.

8. Meßverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der interferometrischen Messung die Ebenheit der Flanschflächen (3, 4) gemessen wird.

9. Meßverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausbildung der Flanschflächen (3, 4) als auf Abstand zueinander liegende Ringstege oder Teilringstege die Ringstege oder Teilringstege durch Verbindungsstege (10) miteinander verbunden werden.

10. Meßeinrichtung zur Herstellung einer hochgenauen Fassung für eine Linse in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter-Lithographie, wobei die Linse über mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Auflagefüßchen mit Auflageflächen in einer Fassung gelagert ist, und wobei die Fassung mit Flanschflächen zur Verbindung mit angrenzenden Teilen des Objektives versehen ist, gekennzeichnet durch ein Interferometer mit Auswerteeinrichtung zur Vermessung der Deformation der Linse (9).

11. Meßeinrichtung zur Herstellung einer hochgenauen Fassung für eine Linse in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter-Lithographie, wobei die Linse über mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Auflagefüßchen mit Auflageflächen in einer Fassung gelagert ist, und wobei die Fassung mit Flanschflächen zur Verbindung mit angrenzenden Teilen des Objektives versehen ist, gekennzeichnet durch ein Interferometer (17) mit Auswerteeinrichtung zur Prüfung auf Parallelität der Flanschflächen (3, 4).

12. Meßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Interferometer (13a, 13b) zusätzlich eine Prüfung auf Ebenheit vornehmbar ist.

13. Meßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Flanschflächen (3, 4) oder mit geringem Abstand über den Flanschflächen (3, 4) transparente Platten (11, 12) mit ebenen Grenzflächen (14, 16) vorgesehen sind, wobei die Parallelität zwischen den einander zugewandten Grenzflächen der transparenten Platten (11, 12) bestimmt wird.

14. Meßeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Platten (11, 12) auf der von den Flanschflächen (3, 4) abgewandten Seite mit einem Keilwinkel versehen ist.

15. Meßeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Ebenheit interferometrisch ein Vergleich zwischen der der jeweiligen Flanschfläche (3 bzw. 4) zugewandten, ebene Grenzfläche der jeweiligen Platte (11 bzw. 12) und der Flanschfläche (3 bzw. 4) durchgeführt wird.