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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Einstellung der Abbildungseigenschaften eines optischen Systems
durch Strahlungsbehandlung wenigstens eines inneren optischen Elements
des optischen Systems im eingebauten Zustand und auf ein Verfahren
zur Einstellung der Abbildungseigenschaften eines inneren optischen
Elements durch Strahlungsbehandlung.
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In
der Patentschrift
US
6.255.619 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
materialabtragenden Strahlungsbehandlung einer Austrittsfläche eines
Halbleiterlaserelements oder einer Lichtaustrittslinse eines Halbleiterlaserelements
oder einer anderen Lichtquelle beschrieben, bei denen der Wellenfrontverlauf
von Strahlung, die aus der zu behandelnden Austrittsfläche austritt,
von einer Wellenfrontvermessungsvorrichtung erfasst wird. Eine Steuereinheit
schließt
aus dem gemessenen Wellenfrontverlauf auf den Formverlauf der behandelten
Austrittsfläche,
vergleicht den so ermittelten Ist-Formverlauf mit einem zur Erzielung
gewünschter
Abbildungseigenschaften vorgebbaren Soll-Formverlauf und steuert abhängig davon
einen gepulsten UV-Bearbeitungslaser an. Die von diesem gelieferte
Bearbeitungsstrahlung wird von einem Strahlteilerspiegel auf die
Austrittsfläche
gerichtet, um dort durch Materialabtrag den Soll-Formverlauf zu
erzeugen und so die gewünschten
Abbildungseigenschaften zu erhalten. Der Strahlteilerspiegel ist
in seiner Position durch die Steuereinheit einstellbar, so dass
die Bearbeitungsstrahlung auf jeweils gewünschte Oberflächenbereiche
der zu behandelnden Lichtaustrittsfläche gerichtet werden kann,
und lässt
in umgekehrter Richtung die aus der behandelten Austrittsfläche austretende Strahlung
zur Wellenfrontvermessungsvorrichtung durch.
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Ein
wichtiger Anwendungsfall der Erfindung sind Abbildungssysteme für die Mikrolithographie, die
zur Erfüllung
der an sie gestellten Anforderungen eine hohe Abbildungsqualität haben
müssen.
Häufig ist
hierbei auch die Verwendung von asphärischen Flächen bzw. Elementen, kurz als
Asphären
bezeichnet, zweckmäßig. Aus
der Patentschrift
US 6.268.903
B1 ist es für
ein Projektionsobjektiv einer Lithographieanlage bekannt, dem Objektiv
ein optisches Verzeichnungskorrekturelement vorzuschalten, wobei
zunächst
das Korrekturelement vor dem Objektiv platziert und eine Verzeichnungsmessung durchgeführt wird,
um anschließend
daraus einen korrigierenden, asphärischen Soll-Oberflächenverlauf
für das
Korrekturelement zu berechnen, das Korrekturelement aus dem Strahlengang
herauszunehmen und entsprechend materialabtragend zu bearbeiten
und es dann wieder vor dem Objektiv zu positionieren.
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In
der Offenlegungsschrift
EP
0 823 662 A2 wird für
eine Projektionsbelichtungsanlage vorgeschlagen, während eines
Belichtungsvorgangs zusätzlich
zur Belichtungsstrahlung eine Korrekturstrahlung derart einzustrahlen,
dass eine von der Belichtungsstrahlung verursachte ungleichmäßige Temperaturverteilung
von optischen Elementen eines Projektionsobjektivs und eine damit
einhergehende Veränderung
der Abbildungseigenschaften des jeweiligen optischen Elements durch
den Ein fluss der Korrekturstrahlung möglichst weitgehend unterdrückt bzw.
kompensiert wird. Weitergehend wird in der Offenlegungsschrift
DE 101 40 208 A1 eine
Korrekturstrahlungseinrichtung vorgeschlagen, mit der eine solche
Korrekturstrahlung abrasternd über
einen definierten Oberflächenbereich
des betreffenden optischen Elements geführt werden kann.
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In
der Patentschrift
US
6.205.818 B1 wird ein Verfahren zur Vorkompaktierung optischer
Elemente aus Quarzglas offenbart, um einen im Betrieb genutzten,
d.h. durchstrahlten, Bereich des optischen Elements vor Laserstrahlungsschädigung zu
schützen. Diese
Vorkompaktierung kann z.B. eine Bestrahlung mit gepulster Laserstrahlung
mit höherem
Pulsfluss und/oder geringerer Wellenlänge als im Betrieb, eine Bestrahlung
mit einem hochenergetischen Elektronenstrahl oder ein heißes isostatisches
Pressen beinhalten, um z.B. die Dichte des optischen Elements um
10ppm bis 3% zu steigern.
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In
der Offenlegungsschrift US 2002/0060781 A1 ist ein Verfahren zur
Aberrationskorrektur eines optischen Systems beschrieben, das von
einer durch Bestrahlung einstellbaren Aberrationskompensationsschicht
Gebrauch macht, die an einem optischen Element des optischen Systems
angebracht wird. Vor oder nach Anbringen dieser Kompensationsschicht
wird die zu korrigierende Aberration bestimmt, um dann abhängig davon
die Kompensationsschicht zwecks Änderung
ihres Brechungsindex so zu bestrahlen, dass die Aberration kompensiert wird.
Derartige Kompensationsschichten bestehen typischerweise aus speziellen
Zusammensetzungen einer Polymermatrix mit einer den Brechungsindex modulierenden,
polymerisierbaren Verbindung. Die Aberrationen können vor, während und/oder nach der Strahlungsbehandlung
der Kompensationsschicht durch ein Diagnosesystem gemessen werden,
das eine interferometrische Wellenfrontvermessungsvorrichtung z.B.
vom Shack-Hartmann-Typ beinhaltet. Ein typischer Verfahrensab lauf
beinhaltet nach der Aberrationsmessung die Bestimmung des benötigten Intensitätsprofils
für die
Kompensationsschicht zur Korrektur der gemessenen Aberrationen, das
Platzieren des benötigten
Intensitätsprofils
auf einer statischen Maske oder einem programmierbaren Maskengenerator,
einen Regelbetrieb einer Kalibrierkamera zur Korrektur der Maske
zwecks Kompensation von Aberrationen in einer Projektionsoptik und
von Ungleichmäßigkeiten
einer Lichtquelle, das Bestrahlen der Kompensationsschicht für eine vorgebbare
Zeitdauer mit geeigneter Wellenlänge,
Intensität
und räumlicher
Verteilung der Strahlung und eine erneute Messung der Aberrationen
des optischen Systems nach einer gewissen Wartezeit. Erforderlichenfalls
kann dieser Verfahrensablauf wiederholt werden, bis der Korrekturerfolg
innerhalb gewünschter
Grenzen liegt.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung von Verfahren
und einer Vorrichtung zugrunde, mit denen ein optisches System oder ein
optisches Element in seinen Abbildungseigenschaften mit vergleichsweise
geringem Aufwand und gewünschter
Genauigkeit durch Strahlungsbehandlung eines optischen Elements
eingestellt werden kann, im Fall eines in einem System eingebauten
optischen Elements vorzugsweise ohne dieses hierfür ausbauen
zu müssen.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den
Merkmalen des Anspruchs 1, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 6 und eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs
12 sowie einer Verwendung dieses Verfahrens mit den Merkmalen des
Anspruchs 18.
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In
einem Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren, bei dem die Abbildungseigenschaften
eines optischen Systems durch Strahlungsbehandlung wenigstens eines
inneren optischen Elements desselben im eingebauten Zustand des
optischen Elements eingestellt werden. Dazu wird eine spezielle Wellenfrontvermessung
des optischen Systems durchgeführt,
mit welcher der Wellenfront-Istverlauf ortsaufgelöst bestimmt
wird. Für
eine solche Wellenfrontvermessung eignet sich z.B. eine laterale
Scherinterferometrietechnik, mit der Interferogramme erzeugt und
daraus Wellenfrontableitungen ermittelt werden, anhand derer der
Wellenfrontverlauf rekonstruiert werden kann.
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Anschließend wird
der gemessene Wellenfront-Istverlauf mit einem vorgebbaren Wellenfront-Sollverlauf
verglichen, vorzugsweise einem Sollverlauf, der sich für den Fall
fehlender oder minimaler Aberrationen ergibt, und basierend darauf
eine form- und/oder brechungsindexändernde Korrektur des inneren
optischen Elementes ortsaufgelöst
berechnet. Dann wird das optische Element entsprechend mit einer
Strahlung bestrahlt, die lokal die berechnete Formänderung
und/oder Brechungsindexänderung
bewirkt. Durch die ortsaufgelöste
Form- und/oder Brechungsindexänderung
des optischen Elements in ausgewählten
Teilbereichen oder über die
gesamte Apertur des optischen Elements hinweg lassen sich dessen
Abbildungseigenschaften und damit diejenigen des optischen Systems
in gewünschter
Weise einstellen. Ein Ausbau des optischen Elements ist hierfür, wie gesagt,
nicht erforderlich, d.h. die Abbildungseigenschaften können mit
vergleichsweise geringem Aufwand durch dieses Wellenfrontkorrekturverfahren
in-situ eingestellt werden. Die Bezeichnung inneres optisches Element
umfasst vorliegend jedwede innenliegende optische Komponente oder
optisch wirksame Fläche
zwischen einer Lichteintrittsfläche
und einer Lichtaustrittsfläche
des betreffenden optischen Systems, einschließlich der nach innen gewandten
Flächen
einer eintrittsseitigen und einer austrittsseitigen optischen Komponente des
optischen Systems.
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In
vorteilhafter Weiterbildung dieses Verfahrens werden die Schritte
der Wellenfrontvermessung, der Berechnung der Korrektur des optischen
Elementes und des entsprechenden Bestrahlens des optischen Ele ments
so lange wiederholt, bis die Differenz von Ist- und Sollverlauf
der Wellenfront ein vorgebbares Gütekriterium erfüllt, d.h.
der gemessene Wellenfront-Istverlauf mit genügender vorgebbarer Genauigkeit
den Sollverlauf erreicht hat.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung befindet sich das optische
Element in oder nahe einer Pupillenebene des optischen Systems.
Dies hat im Allgemeinen den Vorteil, dass die Korrekturberechnung
bei dieser Lage des optischen Elements vergleichsweise einfach ist.
Das zu behandelnde optische Element kann sich auch zwischen einer
Pupillenebene und einer eintrittsseitig ersten Fläche des
optischen Systems oder zwischen einer Pupillenebene und einer austrittsseitig
letzten Fläche
des optischen Systems befinden.
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In
vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist das optische System
ein optisches Abbildungssystem einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
und/oder es wird zur Wellenfrontvermessung eine laterale Scherinterferometrietechnik bei
Betriebswellenlänge
eingesetzt, d.h. mit Messstrahlung gleicher Wellenlänge wie
eine im Betrieb des optischen Systems verwendete Strahlung. Dies ermöglicht eine
Wellenfrontkorrektur z.B. eines Projektionsobjektivs der Anlage
in-situ unter Verwendung eines zugehörigen Beleuchtungssystems,
das auch die Belichtungsstrahlung liefert.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
eignet sich zur Durchführung
dieses Verfahrens und beinhaltet dazu eine geeignete Wellenfrontvermessungsvorrichtung,
eine Einheit zur Bereitstellung der Bearbeitungsstrahlung und eine
Steuereinheit für
die Korrekturberechnung sowie zur Ansteuerung der Bearbeitungsstrahlungseinheit
gemäß der berechneten Korrektur.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Bearbeitungsstrahlungseinheit
einen dreh- und/oder translationsbeweglichen Umlenkspiegel auf,
der im Strahlengang zwischen einem vor dem optischen System positionierten,
objektseitigen Teil der Wellenfrontvermessungsvorrichtung und dem
optischen System oder zwischen dem optischen System und einem dahinter
positionierten Teil der Wellenfrontvermessungsvorrichtung positionierbar
ist. Durch die Beweglichkeit des Umlenkspiegels kann der Bearbeitungsstrahl
kleiner als der zu behandelnde Bereich des optischen Elements gehalten
und über
diesen in gewünschter
Weise hinweg geführt
werden.
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In
weiterer Ausgestaltung beinhaltet die Bearbeitungsstrahlungseinheit
eine parallel zum Strahlengang der Bearbeitungsstrahlung bewegliche
Fokussier-/Ausgleichsoptik, mit der die Bearbeitungsstrahlung chromatisch
kompensiert auf das optische Element fokussiert werden kann, angepasst
an die strahlführende
Bewegung des Umlenkspiegels.
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In
einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Einstellung
der Abbildungseigenschaften eines optischen Elements durch eine Strahlungsbehandlung,
bei der es mit einer kompaktierenden Bearbeitungsstrahlung gesteuert
derart bestrahlt wird, dass seine Abbildungseigenschaften kontrolliert
durch ortsaufgelöste
Materialschrumpfung und/oder Brechungsindexerhöhung beeinflusst werden. Damit
können
z.B. sogenannte Nanoasphären,
d.h. Asphären
mit Abweichungen vom sphärischen
Verlauf im Bereich unterhalb 1 μm,
erzeugt werden, ebenso wie beliebige andere lokale Änderungen
der optischen Weglänge
in optischen Elementen typisch im Nanometerbereich unterhalb 1 μm zwecks
Erzielung gewünschter
Abbildungseigenschaften.
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In
einer Weiterbildung dieses Verfahrens wird das optische Element
ganzflächig
mit der Bearbeitungsstrahlung bestrahlt, wobei ein Filter vorgeschaltet
wird, mit dem ortsaufgelöst
ein gewünschter Energiedich teverlauf
eingestellt werden kann, so dass die Bearbeitungsstrahlung an jedem
Punkt des zu behandelnden Bereichs des optischen Elements mit einer
zur Erzielung der dort lokal geforderten Materialschrumpfung und/oder
Brechungsindexerhöhung
geeigneten Energiedichte einfällt.
Diese Einstellung eines gewünschten
Energiedichteverlaufs kann durch Wahl einer entsprechend ausgelegten Aufweitungsoptik
unterstützt
werden, die den von einer entsprechenden Strahlungsquelle gelieferten
Bearbeitungsstrahl in gewünschtem
Maß aufweitet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist das optische Element
drehbeweglich angeordnet. Dies kann dazu genutzt werden, rotationssymmetrische
Effekte hinsichtlich Materialschrumpfung und/oder Brechungsindexerhöhung zu
erzeugen, ohne dass dazu die Bearbeitungsstrahlung einen entsprechend
rotationssymmetrischen Energiedichteverlauf haben muss.
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In
einer zur ganzflächigen
Bestrahlung alternativen Weiterbildung des Verfahrens wird der auf das
optische Element einfallende Strahlfleck der Bearbeitungsstrahlung
kleiner als der zu bestrahlende Bereich des optischen Elements gewählt, wobei dann
zusätzlich
eine Relativbewegung von optischem Element und Strahlfleck vorgesehen
ist, sei es durch aktives Bewegen nur des optischen Elements oder
nur des Strahlflecks oder sowohl des optischen Elements als auch
des Strahlflecks.
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In
weiterer Ausgestaltung wird für
den Strahlfleck ein rotationssymmetrischer Bearbeitungsstrahl mit
einem ortsabhängig
gaussförmigen
Intensitätsverlauf
gewählt.
Ein solches „weiches" Intensitätsprofil
ohne zu abrupte Intensitätsänderungen
vermeidet das Auftreten von übermäßigen mechanischen Spannungen
im optischen Element während
der Bestrahlung.
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Das
Verfahren zur Einstellung der Abbildungseigenschaften eines optischen
Elements durch materialschrumpfende und/oder brechungsindexerhöhende Strahlungsbehandlung
kann insbesondere dafür
verwendet werden, im Verfahren zur Einstellung der Abbildungseigenschaften
eines optischen Systems das betreffende optische Systemelement in seinem
eingebauten Zustand entsprechend formändernd und/oder brechungsindexändernd zu
bestrahlen.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Aufbaus zur ganzflächigen Bestrahlung
eines optischen Elements mit einer kompaktierenden Bearbeitungsstrahlung
zur Einstellung seiner Abbildungseigenschaften,
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2 eine
schematische Schnittansicht entsprechend 1 für den Fall
einer nicht ganzflächigen
Bestrahlung des zu behandelnden optischen Elements und
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3 eine
schematische Schnittansicht eines Mikrolithographie-Projektionsobjektivs
mit zugeordneter Vorrichtung zur Einstellung seiner Abbildungseigenschaften.
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Die 1 und 2 veranschaulichen
zwei Verfahrensbeispiele zur Feineinstellung der Abbildungseigenschaften
einer optischen Linse 1a, 1b oder eines anderen
optischen Elements durch eine spezielle Strahlungsbehandlung mit
einer kompaktierenden Bearbeitungsstrahlung. Die beiden Verfahrensvarianten
unterscheiden sich darin, dass die Linse 1a im Fall von 1 vollflächig bestrahlt
wird, die Linse 1b im Beispiel von 2 hingegen
mit einem Strahlquerschnitt, der kleiner als der Querschnitt des zu
behandelnden Linsenbereichs ist. Beide Verfahrensvari anten eignen
sich insbesondere dazu, Abbildungsfehler dieser Linsen 1a, 1b selbst
oder eines optischen Systems, in welchem diese Linsen 1a, 1b eingebaut
sind oder werden, zu korrigieren, die nach einem üblichen
Herstellungsprozess einschließlich Poliervorgängen zur
Erzielung einer gewünschten Linsenoberflächenform
verblieben sind.
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So
werden beispielsweise in Abbildungssystemen von Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen
und insbesondere in deren Projektionsobjektiven häufig sogenannte
Designasphären,
d.h. speziell ausgelegte asphärische
Linsen, verwendet, um Abbildungsfehler dieser Abbildungssysteme ohne
Einsatz zahlreicher sphärischer
Linsen korrigieren zu können.
Mit Hilfe üblicher
Polierverfahren hergestellte Asphären weisen eine Asphärisierung,
d.h. einen Grad an Abweichung vom sphärischen Verlauf, von typischerweise
mehreren Mikrometern auf. Vor allem zur Korrektur von Bildfehlern
höherer
Ordnung besteht Bedarf an sogenannten Nanoasphären, deren Asphärisierung
typischerweise weniger als 100nm beträgt. Diese sind mit herkömmlichen
Polierverfahren nicht ohne weiteres mit gewünschtem Durchsatz und gewünschter
Genauigkeit herstellbar. Gerade auch für diesen Anwendungsfall bringt
das in den 1 und 2 veranschaulichte
Verfahren deutliche Vorteile, d.h. es lassen sich damit Nanoasphären mit
vergleichsweise geringem Aufwand und hoher Genauigkeit erzeugen.
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Als
kompaktierende Bearbeitungsstrahlung wird vorzugsweise eine solche
gleicher oder kürzerer Wellenlänge als
diejenige Strahlung benutzt, die im normalen Betrieb der gefertigten
Linse 1a, 1b verwendet wird. Die kompaktierende
Bearbeitungsstrahlung führt
zu einer Schrumpfung des Materials der Linse 1a, 1b,
wie Quarzglas, und zu einer Zunahme von dessen Brechungsindex, wobei
der letztgenannte Effekt hinsichtlich des Beitrags der Wellenfront- bzw.
Abbildungsfehlerkorrektur im allgemeinen deutlich überwiegt.
Die relative Dichteänderung
des bestrahlten Materials steigt mit wachsender Energiedichte und
Pulszahl der gepulsten La serbearbeitungsstrahlung an. Mit geeigneten
Werten von Energiedichte und Pulszahl ist ein relativ hoher Kompaktierungsgrad
in vergleichsweise kurzer Zeit erzielbar. Wenn nur ein Teil der
Probe, d.h. nur ein Teilvolumen der Linse 1a, 1b,
bestrahlt wird, leistet der unbestrahlte Bereich der Materialschrumpfung
Widerstand, so dass diese vergleichsweise geringer ausfällt. Ist
der bestrahlte Bereich etliche Quadratzentimeter groß, so ist
allenfalls im Randbereich ein signifikanter Unterschied zwischen
homogener, ganzflächiger
Bestrahlung und partieller Bestrahlung in einem Teilbereich festzustellen.
Mechanische Spannungen und ein davon induzierter Spannungsdoppelbrechungseffekt
lassen sich auch im Randbereich weitestgehend vermeiden, wenn der
volle Hub der kompaktierenden Bestrahlungsenergiedichte nicht auf
einer geringen Länge
von nur wenigen Millimetern stattfindet, sondern über eine
geeignet größere Länge hinweg.
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Wie
aus 1 ersichtlich, wird für den dort dargestellten Fall
einer ganzflächigen
Bestrahlung der Linse 1a eine von einer gepulsten Laserquelle, z.B.
einem Hochleistungseximerlaser, gelieferte Laserstrahlung 2a z.B.
mit einer Wellenlänge
von 248nm oder 193nm durch eine Teleskopoptik mit eintrittsseitiger
Linse 3a, Raumfilter 3b und austrittsseitiger
Linse 3c zu einem Strahl 2b aufgeweitet, dessen
Querschnitt dem optisch freien Querschnitt der zu behandelnden Linse 1a entspricht.
Mit einem anschließenden
Filter 4 wird ein gewünschter
Energiedichteverlauf eingestellt, d.h. das Filter 3 ist
auf einen vorausberechneten ortsabhängigen Transmissionsgrad ausgelegt,
der als Funktion der Ortskoordinaten der Filterebene bestimmt wird.
Das Filter 4 kann z.B. ein individuell berechnetes und
durch einen Aufdampfprozess gefertigtes, austauschbares Graufilter aus
TaBO4 mit lokal variierendem Transmissionsgrad sein.
Die Ortsabhängigkeit
des Transmissionsgrades des Filters 4 wird so berechnet,
dass durch das Filter 4 aus dem ankommenden, aufgeweiteten
Laserstrahl 2b ein kompaktierender Bearbeitungsstrahl 2c erzeugt
wird, der den gewünschten
ortsabhängigen Energiedichteverlauf
besitzt, mit dem die Linse 1a kompaktierend behandelt wird.
Damit wird über
den gesamten wirksamen Querschnitt der Linse 1a hinweg
ortsaufgelöst
eine z.B. zwecks Abbildungsfehlerkorrektur vorausberechnete Materialschrumpfung und
Brechungsindexzunahme bewirkt, um die Abbildungseigenschaften der
Linse 1a und damit gegebenenfalls eines optischen Systems,
in welchem sie verwendet wird oder ist, in gewünschter Weise einzustellen.
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In
einem praktischen Anwendungsbeispiel, bei dem der aufgeweitete kompaktierende
Bearbeitungsstrahl 2c einen Durchmesser von ca. 127 mm hat,
lässt sich
die Linse 1a homogen innerhalb von einem oder wenigen Tagen
um ca. 0,65 ppm vorkompaktieren, wobei die induzierte Absorption
sowie der Verbrauch an Wasserstoff im Linsenmaterial insignifikant
bleiben. Bezogen auf typische Linsendicken im Bereich von etwa 5cm
entspricht dies in erster Näherung
einer Änderung
der optischen Weglänge
von 32,5nm für
eine Wellenlänge
von 633nm, was für
viele Anwendungen auf dem Gebiet von Nanoasphären und Korrekturasphären im Mikrometerbereich
häufig bereits
mehr als ausreichend ist. Bei der üblicherweise kürzeren Nutzwellenlänge der
im Betrieb der Linse 1a verwendeten Strahlung ist die Wirkung
sogar noch etwas stärker.
Im normalen Nutzbetrieb kompaktiert die Linse 1a ähnlich wie übliche,
nicht auf diese Weise vorbehandelte Linsen, jedoch weniger stark.
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Optional
kann die Aufweitungsoptik 3a, 3b, 3c so
ausgelegt werden, dass mit ihr bereits ein grober ortsabhängiger Energiedichteverlauf
für den
aufgeweiteten Strahl 2b bereitgestellt wird, so dass das Filter 4 nur
noch auf eine Feineinstellung des Energiedichteverlaufs ausgelegt
werden muss und folglich im Filter 4 nicht so viel Energie
absorbiert und damit vernichtet wird.
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In
Fällen,
in denen der Bearbeitungsstrahl 2c einen rotationssymmetrischen
Kompaktierungseffekt auf die Linse 1a haben soll, kann
vorgese hen sein, eine Halterung 5 der Linse 1a derart
auszulegen, dass die Linse 1a während der kompaktierenden Strahlungsbehandlung
um ihre optische Achse 6 gedreht werden kann. Es sind dann
keine so hohen Anforderungen hinsichtlich rotationssymmetrischer Feldausleuchtung
für die
Strahlaufweitungsoptik 3a, 3b, 3c erforderlich.
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Im
Beispiel von 2 wird ein gepulster Laserstrahl 7a der
gleichen Art wie der Laserstrahl 2a von 1 über eine
Optik aus eintrittsseitiger Linse 8a, Raumfilter 8b und
austrittsseitiger Linse 8c in einen Strahl 7b transformiert,
der anschließend
von einem Korrekturfilter 9 in einen rotationssymmetrischen
Bearbeitungsstrahl 7c mit genügend „weichem" Intensitätsverlauf transformiert wird,
d.h. dessen Intensitätsverlauf
in der zur Strahlrichtung senkrechten Ebene ist in einem vorgebbaren
Maß glatt, ohne
dass abrupte Intensitätsänderungen
auf kurzer Länge
auftreten. Beispielsweise eignet sich eine gaussförmige Verteilung
des Intensitätsverlaufs über den
Strahlquerschnitt des Behandlungsstrahls 7c hinweg. Der
Durchmesser des auf die Linse 1b gerichteten, kompaktierenden
Behandlungs- bzw. Bearbeitungsstrahls 7c ist zwecks guter
Ortsauflösung ausreichend
klein und so gewählt,
dass etwaige Spannungen im Randbereich einer Apertur der Linse 1b noch
tolerabel sind, z.B. im Bereich von ca. 1 cm bis ca. 2 cm. In 2 ist
der Durchmesser des Bearbeitungsstrahls 7c der besseren
Erkennbarkeit halber im Vergleich zum Durchmesser der Linse 1b deutlich übertrieben
dargestellt.
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Die
kompaktierende Behandlung der Linse 1b beinhaltet dann
eine lokale, punktuelle Bestrahlung der Linse 1b mit dem
Strahlfleck der kompaktierenden Bearbeitungsstrahlung 7c,
wobei der Strahlfleck über
den zu bestrahlenden Linsenbereich hinweggeführt und eine jeweils geeignete
Bestrahlungsintensität
eingestellt wird. Für
dieses Abscannen ist die Linse 1b in diesem Beispiel auf
einem xy-Verschiebetisch 10 gehalten, durch den sie entsprechend
in der zur Strahlrichtung und ihrer optischen Achse 11 senkrechten
xy-Ebene verfahren werden kann.
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Dadurch
kann analog zum Beispiel von 1 der Brechungsindexverlauf
und/oder die Passe, d.h. der Oberflächenformverlauf, der Linse 1b ortsabhängig durch
den Effekt der Materialschrumpfung und vor allem der Brechungsindexerhöhung wie gewünscht beeinflusst
und damit korrigiert werden, um die Abbildungseigenschaften der
Linse 1b bzw. eines optischen Systems, in welchem sie verwendet ist
oder wird, in vorgebbarer Weise zu ändern.
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Speziell
eignen sich die in den 1 und 2 veranschaulichten
Verfahrensvarianten zur Fertigung von Nano- oder Korrekturasphären, die
als ein inneres, ein eintrittsseitiges oder ein austrittsseitiges
Linsenelement in ein Mikrolithographie-Projektionsobjektiv eingebaut
sind oder werden. In diesem und auch allen anderen möglichen
Anwendungsfällen
wird die benötigte
individuelle Korrektur der Linse oder eines anderen zu behandelnden
optischen Elements wegen des nichtlinearen Kompaktierungsgesetzes
und des komplexen Zusammenhangs von bestrahlten und unbestrahlten
Bereichen sowie Brechzahl- und Passeänderungen vorab durch eine
geeignete numerische Simulation ermittelt, z.B. unter Verwendung
einer Finite-Elemente-Technik.
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Die
Methode der Feineinstellung der Abbildungseigenschaften eines optischen
Elements durch eine definierte, ortsaufgelöst vorkompaktierende Strahlungsbehandlung
hat den Vorteil, dass sie völlig kontaminationsfrei
ist, dass sie insbesondere für
individuelle Korrekturen vergleichsweise schnell und kostengünstig ist,
dank eines optischen Systems eine gute Ortsauflösung und Justage ermöglicht und zudem
eine Bearbeitung in Fassung, d.h. nachdem das betreffende optische
Element in einer Fassung eingebaut ist, und gegebenenfalls mit Schicht
möglich
ist, d.h. das Aufbringen einer Korrekturschicht kann schon vor der
kompaktierenden Behandlung erfolgen. Es zeigt sich, dass bei geeigneter
Wahl der Vorkompaktierungsparameter, insbesondere der Strahlungsenergiedichte, der
Vorkompaktierungseffekt auf die Einstellung der Abbildungseigenschaften stabil
bleibt, d.h. keine störende
signifikante Relaxation eintritt.
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3 veranschaulicht
schematisch eine In-situ-Wellenfrontkorrektur für ein Projektionsobjektiv 20,
bei dem es sich insbesondere um ein solches für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
handeln kann und von dem stellvertretend der Übersichtlichkeit halber nur
eine eintrittsseitige Linse 20a, eine Korrekturasphäre 20b und
eine austrittsseitige Linse 20c gezeigt sind. Dem Objektiv 20 sind eine
Wellenfrontvermessungsvorrichtung und eine Bearbeitungsstrahlungseinheit
zugeordnet, die im Fall einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
z.B. in diese eingebaut sind oder dort so positioniert werden können, dass
das Objektiv 20 für
die In-situ-Wellenfrontkorrektur nicht ausgebaut werden muss.
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Die
Wellenfrontvermessungsvorrichtung arbeitet nach dem Prinzip der
lateralen Scherinterferometrie und ist vorzugsweise als sogenanntes
Betriebsinterferometer (BIF) ausgelegt, das mit Messstrahlung gleicher
Wellenlänge
wie eine im normalen Belichtungsbetrieb benutzte Belichtungsstrahlung
arbeitet. Dazu nutzt das BIF typischerweise ein auch für den normalen
Belichtungsbetrieb eingesetztes Beleuchtungssystem 21 zur
Erzeugung der Messstrahlung. Objektseitig, d.h. auf der Objektseite
des Projektionsobjektivs 20, weist das BIF eine geeignete Wellenfrontquelle
auf, typischerweise ein in einer Retikelebene der Belichtungsanlage
zu positionierendes Messretikel 22 mit einer wellenfronterzeugenden Kohärenzmaskenstruktur.
Bildseitig, d.h. auf der Bildseite des Objektivs 20, beinhaltet
das BIF ein typischerweise in oder nahe der Bildebene des Objektivs 20 positioniertes
Beugungsgitter 23 und einen nachgeschalteten Detektionsteil 24 z.B.
in Form einer CCD-Kamera mit frontseitigem CCD-Array. In der in 3 gezeigten
Variante als Kompakt-BIF schließt der
Detektor 24 mit dem CCD-Array mit geringem Abstand an das
Beugungsgitter 23 an. Alternativ können die durch das Beugungsgitter 23 erzeugten Scherinterferogramme über eine
zwischengeschaltete Abbildungsoptik auf das CCD-Array eines dann
mit entsprechend größerem Abstand
folgenden Detektors projiziert werden. Aufbau und Eigenschaften
derartiger Wellenfrontvermessungsvorrichtungen sind an sich bekannt,
z.B. aus entsprechenden früheren Patentanmeldungen
der Anmelderin zu dieser Thematik, worauf für weitere Details verwiesen
wird, und bedürfen
daher hier keiner näheren
Erläuterung.
Erwähnt
werden soll hier lediglich noch, dass mit dieser Art von Wellenfrontvermessungsvorrichtung
aus den Scherinterferogrammen Wellenfrontableitungen ermittelt werden,
die eine Rekonstruktion des Wellenfrontverlaufs z.B. in der Pupillenebene
des Objektivs 20 erlauben, d.h. es kann der Wellenfrontverlauf
an dieser Stelle, an der sich die Korrekturasphäre 20b befindet, im
Inneren des Objektivs 20 erfasst werden.
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Die
Bearbeitungsstrahlungseinheit umfasst eine Laserquelle 25,
eine Fokussier- und Ausgleichsoptik 26 und einen Umlenkspiegel 27,
die mit einer nur schematisch gezeigten Halterung 28 verbunden sind.
Von der Laserquelle 25 emittierte, gepulste Laserstrahlung 29 gelangt über die
Fokussier- und Ausgleichsoptik 26 auf den Umlenkspiegel 27 und
wird von dort über
die eine oder mehreren, der Korrekturasphäre 20b vorgeschalteten
Komponenten 20a des Objektivs 20 auf die Korrekturasphäre 20b fokussiert.
Dazu ist der Umlenkspiegel 27 in den Bereich zwischen dem
Messretikel 22 und dem Objektiv 20 eingebracht.
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Die
Korrekturasphäre 20b wird
durch die von der Bearbeitungsstrahlungseinheit 25, 26, 27 eingestrahlte,
gepulste Laserstrahlung formändernd,
insbesondere durch Materialabtrag und/oder Materialschrumpfung,
und/oder brechungsindexändernd,
insbesondere brechungsindexsteigernd, behandelt, und zwar ortsaufgelöst derart,
dass insgesamt für
das Objektiv 20 gewünschte
Abbildungseigenschaften eingestellt werden, vorzugsweise im Sinne
einer Minimierung von Aberrationen. Dazu wird der Bearbeitungslaserstrahl 29 abrasternd über die
Apertur der Kor rekturasphäre 20b hinweg
geführt.
Dies kann in verschiedener Weise erfolgen.
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Eine
Möglichkeit
besteht darin, den Umlenkspiegel 27 in zwei Richtungen
der zur optischen Achse 30 des Objektivs 20 senkrechten
xy-Ebene translationsbeweglich anzuordnen, wobei je nach Bedarf die
Fokussier- und Ausgleichsoptik 26 und
die Laserquelle 25 mitbewegt werden, indem die Halterung 28 insgesamt
bewegt wird, oder nur der Umlenkspiegel 27 entsprechend
relativbeweglich an der Halterung 28 angeordnet ist. Alternativ
kann zur Bewirkung der Strahlablenkung in einer der beiden Richtungen
ein entsprechendes Verdrehen des Umlenkspiegels 27 vorgesehen
sein, der dann dazu geeignet drehbeweglich an der Halterung 28 angeordnet
ist. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, den Umlenkspiegel 27 in zwei vorzugsweise
zueinander senkrechten Richtungen kippbeweglich anzuordnen, um mit
diesen Kippbewegungen den Bearbeitungsstrahl 29 zweidimensional über die
Korrekturasphäre 20b hinweg
zu führen.
Die Fokussier- und Ausgleichsoptik 26 wird in jedem Fall
geeignet nachgeführt,
um zu bewirken, dass während
der Scanbewegung der Bearbeitungsstrahl 29 auf der Korrekturasphäre 20b fokussiert bleibt
und chromatische Abweichungen kompensiert werden. Dazu ist diese
Optik 26 parallel zur Strahlrichtung translationsbeweglich
an der Halterung 28 angeordnet.
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Eine
Steuereinheit 31 steuert die einzelnen Komponenten der
Bearbeitungsstrahlungseinheit 25, 26, 27 geeignet
an, um die geschilderte Scanbewegung des Bearbeitungsstrahls 29 über die
Korrekturasphäre 20b hinweg
auszuführen
und die geeigneten Behandlungsparameter einzustellen, insbesondere
die Intensität
bzw. Pulsfrequenz der Bearbeitungsstrahlung 29, abhängig vom
gemessenen Wellenfrontverlauf.
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Während herkömmlich die
Korrekturasphäre 20b zur
Strahlungsbehandlung zwecks Änderung
ihrer Abbildungseigenschaften und damit Einstel lung gewünschter
Abbildungseigenschaften für
das Objektiv 20 aus letzterem ausgebaut und nach einer
korrektiven Strahlungsbehandlung wieder eingebaut wird, um das Abbildungsverhalten
des Objektivs 20 neu zu bestimmen, ermöglicht die gezeigte Anordnung
die gewünschte
Wellenfrontkorrektur in-situ unter gleichzeitiger Beobachtung des
aktuellen Abbildungsverhaltens des Objektivs 20 durch die
Wellenfrontvermessungsvorrichtung. Da der behandelnde Bearbeitungsstrahl 29 erst
im Bereich seines Fokus an der Position der Korrekturasphäre 20b seine
materialbeeinflussende Wirkung entfaltet, bleiben die eine oder
mehreren vorgeschalteten Objektivkomponenten 20a davon
unbeeinflusst. Von Vorteil ist hierbei, wenn ein Femtosekundenlaser
als Strahlungsquelle 25 verwendet wird, da mit diesem jegliche
Materialschädigung
der Umgebung der zu behandelnden Korrekturasphäre 20b, insbesondere
der dieser vor- und nachgeschalteten Objektivkomponenten 20a, 20c,
durch Wärme
vermieden bzw. minimal gehalten werden kann.
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Die
Strahlungsbehandlung der Korrekturasphäre 20b erfolgt vorzugsweise
nach Durchführung eines
vorherigen Justageprozesses, der nach dem Aufbau des Beleuchtungssystems 21 und
des Projektionsobjektivs 20 und deren Einbau in die Belichtungsanlage
vorgenommen wird. Die Strahlungsbehandlung der Korrekturasphäre 20b stellt
eine lokale Feinkorrektur dar, mit der die gegebenenfalls verbliebenen
Restaberrationen minimiert werden. Der erzielte Korrekturerfolg
wird gleichzeitig mit der Wellenfrontvermessungsvorrichtung erfasst,
mit welcher der Wellenfrontverlauf in der Pupillenebene des Objektivs 20 und
damit in der Positionsebene der Korrekturasphäre 20b rekonstruiert
werden kann. Die Steuereinheit 31 wertet die vom Detektor 24 gelieferten Scherinterferogrammdaten
aus, indem sie den gemessenen Istverlauf der Wellenfront mit einem
berechneten, quasi aberrationsfreien Wellenfront-Sollverlauf vergleicht
und anhand des Vergleichsergebnisses ortsaufgelöst eine formändernde
und/oder brechungsindexändernde
Korrektur für
die Korrekturasphäre
berechnet, und steuert den Strahlungsbehandlungspro zess für die Korrekturasphäre 20b im Sinne
einer Bewirkung der berechneten Korrektur.
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Im
gezeigten Beispiel von 3 ist die Wellenfrontvermessung,
wie durch zwei Strahlverläufe 32a, 32b symbolisiert,
mehrkanalig zur parallelen Messung an mehreren Feldkoordinatenpunkten
ausgelegt. Dies ermöglicht
die Kontrolle der Modifikationen der Abbildungseigenschaften der
Korrekturasphäre 20b auch
dann, wenn der Umlenkspiegel 27 einen Teil des Feldes für die Wellenfrontmessung
verdeckt, solange er ausreichend kleiner als der Objektivquerschnitt
ist. Während
im gezeigten Beispiel der Umlenkspiegel 27 im Strahlengang
vor dem Objektiv 20 angeordnet ist, ist alternativ in analoger
Weise dessen Positionierung im Strahlengang hinter dem Objektiv 20 möglich, insbesondere
zwischen der austrittsseitigen Objektivkomponente 20c und
dem bildseitigen Teil 23, 24 der Wellenfrontvermessungsvorrichtung.
In diesem Fall wird die Bearbeitungsstrahlung folglich in der zur
Messstrahlung 32a, 32b entgegengesetzten Richtung über die
austrittsseitige Objektivkomponente 20c auf die innenliegende
Korrekturasphäre 20b gerichtet.
Es ergeben sich für
diese alternative Ausführungsform
die gleichen vorteilhaften Wirkungen und Eigenschaften, wie sie
zum Ausführungsbeispiel
von 3 erwähnt
sind, wobei in diesem Fall die austrittsseitige Objektivkomponente 20c anstelle
der eintrittsseitigen Objektivkomponente 20a dazu benutzt
werden kann, die Bearbeitungsstrahlung auf die Korrekturasphäre zu fokussieren.
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Bei
der Strahlungsbehandlung der Korrekturasphäre 20b kann es sich
insbesondere um eine solche handeln, durch die Material an der Oberfläche abgetragen
wird und/oder eine Brechzahländerung bewirkt
wird, z.B. aufgrund Materialschrumpfung bzw. Materialverdichtung.
Insbesondere kann es sich bei dem Strahlungsbehandlungsprozess um
einen solchen handeln, wie er oben zu den 1 und 2 eingehend
beschrieben wurde. Die zum Ausführungsbeispiel
von 3 beschriebene Lage der Korrekturasphäre 20b in
oder nahe einer Pupillenebene des Objektivs 20 wirkt sich
vorteilhaft auf den Aufwand zur Berechnung der zur Aberrationskompensation
erforderlichen Korrektur der Korrekturasphäre 20b aus, d.h. für diese
Position der Korrekturasphäre 20b kann
die Korrektur im Allgemeinen mit vergleichsweise geringem Rechenaufwand
ermittelt werden. Alternativ kann die Korrekturasphäre 20b oder
allgemein das zu behandelnde optische Element jedoch auch an irgendeiner
anderen Stelle im Inneren des Objektives 20 bzw. allgemein
des betrachteten optischen Systems positioniert sein, wenn dies
für den
betreffenden Anwendungsfall notwendig oder nützlich ist.
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Wie
das Beispiel von 3 deutlich macht, ermöglicht die
Erfindung eine Strahlungsbehandlung einer Korrekturasphäre und alternativ
eines beliebigen anderen optischen Elements für Mikrolithographie-Projektionsobjektive
und beliebige andere optische Systeme zwecks Einstellung bestimmter
Abbildungseigenschaften des behandelten Elements und/oder eines
optischen Systems, in das selbiges eingebaut ist, in-situ, ohne
dass es dazu aus dem optischen System ausgebaut werden muss. Dabei
kann es sich insbesondere auch um innere Systemkomponenten oder
optisch wirksame Flächen
zwischen einer eintrittsseitigen und einer austrittsseitigen Komponente
bzw. Fläche
des optischen Systems handeln, d.h. die Erfindung ist nicht auf
außenliegende, zu
bearbeitende Flächen
eines optischen Systems beschränkt.
Das Behandlungsergebnis kann durch ein BIF oder eine andere Wellenfrontvermessungsvorrichtung
unmittelbar erfasst werden. Gegebenenfalls werden die Behandlungs-
und Messschritte so oft wiederholt, bis der gemessene Wellenfrontverlauf hinreichend
aberrationsfrei ist.