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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop zur Untersuchung eines
reflektierenden Objektes gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein
Mikroskopierverfahren zur Untersuchung eines reflektierenden Objektes
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 8.
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Ein
solches Mikroskop wird häufig zur Untersuchung von Lithographiemasken
für die Halbleiterfertigung verwendet. Dabei wird mittels
des Mikroskops die zu untersuchende Lithographiemaske in gleicher
Weise, wie dies dann in der Lithographievorrichtung zur Herstellung
der Halbleiter erfolgen wird, beleuchtet und der beleuchtete Bereich
wird als Luftbild vergrößert in eine Bildebene
abgebildet. Das Luftbild wird detektiert und anhand des Luftbildes
kann auf die zu untersuchenden Maskeneigenschaften rückgeschlossen
werden.
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Bei
bekannten Mikroskopen für solche Untersuchungen sind die
Spiegeloptiken rotationssymmetrisch ausgelegt und wird der endliche
Hauptstrahlwinkel am Objekt (typischer Weise 6%) über eine
dezentrierte Aperturblende erreicht. Dies führt jedoch
bei einer Defokusierung der Szintillatorschicht zu einer unerwünschten
Maßstabsänderung und somit zu einer unerwünschten Änderung
der Abbildung in die Bildebene.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Mikroskop der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, daß bei einer Defokusierung
der Szintillatorschicht keine unerwünschte Maßstabsänderung
mehr auftritt. Ferner soll ein entsprechendes Mikroskopierverfahren
zur Verfügung gestellt werden.
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Die
Aufgabe wird bei einem Mikroskop der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß die Spiegeloptik genau zwei Spiegel
aufweist, die so ausgebildet sind, daß die Zwischenabbildung
bildseitig telezentrisch ist. Durch die bildseitige Telezentrie
wird vorteilhaft erreicht, daß eine Defokusierung der Szintillatorschicht nicht
mehr zu einer Maßstabsänderung führt.
Damit wird die Justierung der Szintillatorschicht deutlich vereinfacht.
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Unter
Szintillatorschicht wird hier jede Schicht bzw. jedes Material verstanden,
das, wenn es mit einer elektromagnetischen Strahlung einer Wellenlänge
von kleiner als 100 nm beaufschlagt wird, diese wieder als elektromagnetische
Strahlung mit einer größeren Wellenlänge,
insbesondere einer Wellenlänge aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich,
abgibt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Mikroskop können
die beiden Spiegel bzw. ihre Spiegelflächen jeweils als
nicht-rotationssymmetrische Asphäre ausgebildet sein, die
jeweils maximal eine Spiegelsymmetrieebene aufweisen. Damit kann
die gewünschte (zwischen) bildseitige Telezentrie erreicht
werden. Insbesondere sind für die Abbildung lediglich zwei
Spiegel notwendig, was den Intensitätsverlust bei einer
derzeit maximal erreichbaren Reflektivität von ca. 70%
bei den hier verwendeten Wellenlängen so gering wie möglich
hält.
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Unter
einer nicht-rotationssymmetrischen Asphäre wird hier insbesondere
eine solche Asphäre verstanden, bei der die Abweichung
von einer bestangepaßten rotationssymmetrischen Asphäre
hinsichtlich der Rotationssymmetrie mindestens größer
ist als die Wellenlänge der abgebildeten elektromagnetischen
Strahlung. Die Abweichung von der bestangepaßten rotationssymmetrischen
Asphäre kann in gleicher Weise wie in der
WO 2007/031271 A1 (insbesondere
Seite 23, Zeilen 1 bis Seite 27, Zeile 20 der
WO 2007/031271 A1 ) ermittelt
werden.
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Insbesondere
können beide Spiegel jeweils genau eine Spiegelsymmetrieebene
aufweisen. Das erleichtert die Herstellung und Justierung der Spiegeloptik.
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Bei
der Spiegeloptik können die beiden Spiegel jeweils eine
einzige Strahlengangfaltung bewirken.
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Die
Zwischenbildebene ist bevorzugt nicht parallel zur Objektebene.
Der Winkel zwischen der Zwischenbildebene und der Objektebene kann
im Bereich von 5 bis 30°, insbesondere im Bereich von 8
bis 18° liegen.
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Die
Spiegeloptik kann insbesondere so ausgebildet sein, daß die
objektseitigen Hauptstrahlen von der Spiegeloptik senkrecht auf
die Zwischenbildebene treffen. Damit wird sichergestellt, daß eine
Defokussierung der Szintillatorschicht zu keinem lateralen Versatz
der Abbildung führt.
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Insbesondere
bildet die Spiegeloptik den beleuchteten Abschnitt vergrößert
in die Zwischenbildebene ab. Vergrößerungen im
Bereich von 5 bis 20, insbesondere von 10 sind bevorzugt.
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Die
der Szintillatorschicht nachgeordnete Vergrößerungsoptik
kann insbesondere als herkömmliches Lichtmikroskop ausgebildet
sein. Damit können die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen
Mikroskopes verringert werden. Die Vergrößerungsoptik
weist bevorzugt eine Vergrößerung von 5–10
mal der Vergrößerung der Spiegeloptik auf.
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Die
Vergrößerungsoptik kann z. B. in gleicher Weise
wie in der
DE 102
208 15 A1 und in der
DE 102 208 16 A1 ausgebildet sein. Auch kann
das erfindungsgemäße Mikroskop bis auf die Spiegeloptik
in gleicher Weise wie in der
DE 102 208 15 A1 und in der
DE 102 208 16 A1 aus- und/oder
weitergebildet sein. Insofern wird der Inhalt dieser beiden Druckschriften
vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
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Das
Mikroskop kann ferner ein Beleuchtungsmodul aufweisen, mit dem das
Objekt mit der elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge
von kleiner als 100 nm beleuchtet wird.
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Ferner
wird die Aufgabe bei einem Mikroskopierverfahren der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß die Spiegeloptik mit genau
zwei Spiegeln vorgesehen wird, die so ausgebildet werden, daß die
Zwischenabbildung bildseitig telezentrisch erfolgt.
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Insbesondere
können die beiden Spiegel jeweils eine einzige Strahlengangfaltung
bewirken.
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Es
versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen
Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar
sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten
Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren,
noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Mikroskops;
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2 eine
schematische Ansicht der Spiegeloptik 8 des Mikroskops
von 1;
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3 eine
Darstellung zur Erläuterung der bildseitigen Telezentrie
der Spiegeloptik 8;
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4 eine
Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Spiegeloptik 8;
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5 eine
Darstellung zur Erläuterung der bildseitigen Telezentrie
der Spiegeloptik 8 von 4;
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6 eine
Darstellung einer dritten Ausführungsform der Spiegeloptik 8 des
erfindungsgemäßen Mikroskops von 1,
und
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7 eine
Darstellung zur Erläuterung der Telezentrie der Spiegeloptik 8 von 6.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt
das erfindungsgemäße Mikroskop 1 ein
Beleuchtungsmodul 2, mit dem ein zu untersuchendes, reflektierendes
Objekt 3 (wie z. B. eine Lithographiemaske für die
Halbleiterfertigung) mit elektromagnetischer Strahlung aus dem extrem
ultravioletten Teil des elektromagnetischen Spektrums (also mit
Wellenlängen von kleiner 100 nm) beleuchtet wird. Eine
solche Strahlung wird häufig als EUV-Strahlung bezeichnet.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt
die Wellenlänge 13,5 nm.
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Ferner
umfaßt das Mikroskop 1 eine Abbildungsoptik 4,
die einen beleuchteten Abschnitt des Objektes 3 vergrößert
in eine Bildebene BE, in der ein CCD-Sensor 5 angeordnet
ist, abbildet.
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Das
Beleuchtungsmodul 2 umfaßt eine Strahlungsquelle 6,
die elektromagnetische Strahlung mit 13,5 nm abgibt, sowie eine
Beleuchtungsoptik 7, die die Strahlung der Strahlungsquelle 6 auf
das Objekt 3 unter einem Einfallswinkel von ungleich 0° als
Beleuchtungsstrahlung BS fokussiert. Das Beleuchtungsmodul 2 beleuchtet
das Objekt 3 somit schräg, wobei hier der Einfallswinkel
6° beträgt. Die Beleuchtungsoptik 7 ist
bevorzugt als reine Spiegeloptik ausgebildet.
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Die
Abbildungsoptik 4 weist eine Spiegeloptik 8 auf,
die den beleuchteten Abschnitt bzw. die von diesem reflektierte
Strahlung DS in eine Zwischenbildebene ZE abbildet, in der eine
Szintillatorschicht 9 angeordnet ist. Die Szintillatorschicht 9 dient
dazu, die detektierte und mittels der Spiegeloptik 8 in
die Zwischenbildebene ZE abgebildete EUV-Strahlung in elektromagnetische
Strahlung mit einer Wellenlänge aus dem sichtbaren (oder
auch dem ultravioletten) Wellenlängenbereich umzuwandeln.
Der Zwischenbildebene ZE und somit der Szintillatorschicht 9 ist
eine Vergrößerungsoptik 10 nachgeordnet,
die das durch die Szintillatorschicht 9 erzeugte Zwischenbild
vergrößert auf den CCD-Sensor 5 in der
Bildebene BE abbildet. Die Vergrößerungsoptik 10 kann
beispielsweise als herkömmliches Lichtmikroskop ausgebildet
sein.
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In
dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel führt
die Spiegeloptik 8 eine 10-fache Vergrößerung durch.
Die Vergrößerungsoptik 10 führt
ihrerseits eine 50-fache Vergrößerung durch, so
daß insgesamt eine ca. 500-fache Vergrößerung
vorliegt.
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Die
Spiegeloptik 8 umfaßt genau zwei Spiegel 11, 12 (wie
z. B. in 2 gezeigt ist) und ist bildseitig telezentrisch.
Die bildseitige Telezentrie ist dabei so gewählt, daß nicht
nur die bildseitigen Hauptstrahlen zueinander parallel verlaufen,
sondern auch noch senkrecht auf die Zwischenbildebene ZE und somit
auf die Szintillatorschicht 9 treffen.
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Um
diese Telezentrie zu erreichen, sind die Spiegelflächen
der beiden Spiegel 11, 12 als nicht-rotationssymmetrische
Asphären ausgebildet, die maximal eine Spiegelsymmetrieebene
(hier die Zeichenebene) aufweisen.
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Bei
dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der abgebildete
Abschnitt des Objektes 3 eine Größe von
20 × 20 μm2 auf, wobei
der Hauptstrahlenwinkel am Objekt 6° bei einer objektseitigen
Apertur der Spiegeloptik 8 von NA = 0,0625 beträgt.
Damit bei dieser Ausgestaltung die Hauptstrahlen bildseitig senkrecht auf
die Zwischenbildebene ZE treffen, ist die Zwischenbildebene ZE gegenüber
der Bildebene OE, in der das Objekt 3 angeordnet ist, um
8,94° gekippt, wie in den 1 und 2 schematisch
angedeutet ist.
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Wie
der Darstellung von 3 zu entnehmen ist, ist die
vorliegende Abweichung von der optimalen Telezentrie deutlich geringer
als 1 mrad. Der dargestellte Telezentrieverlauf ist dabei gegen
die Flächenormalen der Zwischenbildebene ZE berechnet.
Aufgrund dieser ausgezeichneten Telezentrie führt eine
Defokusierung des Zwischenbildes in der Zwischenbildebene ZE zu
keiner Maßstabsänderung. Dies ist vorteilhaft,
da die gewünschten Untersuchungen mit der erforderlichen
hohen Genauigkeit durchgeführt werden können.
In diesem Ausführungsbeispiel tritt zudem bei Defokussierung
kein lateraler Bildversatz auf, da der feldgemittelte Anteil des
Telezentriefehlers nahezu Null ist.
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Die
Freiformflächen der beiden Spiegel
11 und
12 können
mit der nachfolgenden Formel 1
beschrieben werden. Hierbei
bezeichnen x, y und z die drei kartesischen Koordinaten eines auf
der Fläche liegenden Punktes im lokalen flächenbezogenen
Koordinatensystem. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind c, k sowie
die Koeffizienten C
m ,n angegeben.
Zur Vereinfachung der Darstellung sind in der Tabelle 1 die Koeffizienten
C
m,n als C(m,n) bezeichnet. Tabelle 1
| Koeffizient | 11 | 12 |
| 1/c | –293,562 | 748,911 |
| k | –9,730327E–01 | 5,173026E+01 |
| C(2,0) | –6,567725E–05 | –1‚511734E–03 |
| C(0,2) | –6,601455E–05 | 1,530908E–03 |
| C(2,1) | 1,808574E–07 | 1,445876E–06 |
| C(0,3) | 1,800357E–07 | 1,451733E–06 |
| C(4,0) | –7,978655E–09 | –3,242398E–08 |
| C(2,2) | –1,591283E–08 | –6,569367E–08 |
| C(0,4) | –7,925711E–09 | –3,322098E–08 |
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In
den nachfolgenden Tabellen 2 und 3 sind Daten angegeben, die die
Position des jeweiligen Ursprungs des lokalen flächenbezogenen
Koordinatensystems der Spiegelflächen sowie der Zwischenbildebene relativ
zur Mitte des abzubildenden Abschnitts des Objektes 3 beschreiben.
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Für
die Beschreibung der Koordinatenursprünge wird angenommen,
daß sie zunächst auf einer Senkrechten S (2)
zur Objektebene OE durch die Mitte des abzubildenden Abschnittes
liegen. Die Abstände zwischen diesen Koordinatenursprüngen
entlang der Senkrechten sind in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben.
Danach werden die Koordinatenursprünge gemäß der
in Tabelle 3 angegebenen Größen entlang der y-Achse
verschoben (aufgrund des negativen Vorzeichens in der Darstellung
von 2 von oben nach unten). Nach der y-Verschiebung
erfolgt dann eine Drehung um die x-Achse (die senkrecht zur Bildebene
verläuft), wobei bei negativen Vorzeichen eine Drehung
im Uhrzeigersinn erfolgt.
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Damit
liegt die Lage der Koordinatenursprünge fest. Bei den Spiegelflächen
der Spiegel
11 und
12 ist dies der Ursprung des
lokalen flächenbezogenen Koordinatensystems, auf den sich
die obige Formel 1 bezieht. Von diesen mathematisch berechenbaren
Flächen werden dann als optisch wirksame Flächen
die Teile ausgewählt, die benötigt werden, um
bei dem angegebenen Hauptstrahlwinkel von 6° und einer
numerischen Apertur von 0,0625 die gewünschte Abbildung
zu realisieren. Man kann vereinfacht sagen, daß die Schnittmenge
der mathematischen Flächenbeschreibung mit von dem abzubildenden
Abschnitt kommenden, gedachten Strahlenbündel unter Berücksichtigung
des vorliegenden Hauptstrahlwinkels und der gewünschten Apertur
der tatsächlich genutzten Spiegelfläche entspricht.
Es kann daher durchaus der Fall sein, daß der Ursprung
des lokalen flächenbezogenen Koordinatensystems der vorliegenden
Spiegelfläche nicht in der Mitte des tatsächlich
verwendeten Spiegels
11,
12 bzw. der tatsächlich
verwendeten Spiegelfläche liegt. Unter Umständen
kann der Ursprung dieses lokalen flächenbezogenen Koordinatensystems
auch außerhalb der tatsächlich verwendeten Spiegelfläche
liegen. Tabelle 2
| Fläche | Abstand
zur nächsten Fläche [mm] |
| OE | 223,032 |
| 11 | –136,505 |
| 12 | 1468,939 |
| ZE | |
Tabelle 3
| Fläche | 11 | 12 | ZE |
| y-Versatz
[mm]
Drehung um x-Achse [°] | –23,485
–2,629 | –2,629
–4,445 | 0,000
–8,943 |
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In
der
4 ist eine zweite Ausführungsform der
Spiegeloptik
8 gezeigt. Die entsprechenden Optikdaten sind
in den nachfolgenden Tabellen 4 bis 6 in gleicher Weise wie in den
Tabellen 1 bis
3 angegeben. Die Spiegeloptik
8 gemäß
4 weist
eine objektseitige Apertur von NA = 0,1 bei einem Hauptstrahlenwinkel
am Objekt von 8° auf, wobei die Feldgröße
des abzubildenden Abschnittes 20 × 20 μm
2 beträgt. Die Zwischenbildebene
ZE ist gegenüber der Objektebene OE um 14,26° gekippt.
Wie der
5 zu entnehmen ist, ist auch hier
die objektseitige Telezentrie ausgezeichnet und weist Abweichungen
von kleiner als 1 mrad vom idealen Fall auf. Im Gegensatz zum ersten
Ausführungsbeispiel ist hier der feldgemittelte Telezentriefehler
jedoch nicht Null, so daß eine Defokussierung zu einem
geringfügigen lateralen Bildversatz in y-Richtung führt,
der aber leicht korrigiert werden kann. Tabelle 4
| Koeffizient | 11 | 12 |
| 1/c | –292,846 | 756,410 |
| k | –2,378857E+00 | –9,596527E–01 |
| C(2,0) | –6,814654E–05 | –1,524017E–03 |
| C(0,2) | –6,561359E–05 | –1,523233E–03 |
| C(2,1) | 2,228239E–07 | 1,478780E–06 |
| C(0,3) | 2,202326E–07 | 1,459306E–06 |
| C(4,0) | –1,496786E–08 | –1,707255E–08 |
| C(2,2) | –2,985907E–08 | –3,536730E–08 |
| C(0,4) | –1,487464E–08 | –1,818420E–08 |
| C(4,1) | –1,651337E–13 | 2,720264E–11 |
| C(2,3) | –4,164727E–13 | 5,506684E–11 |
| C(0,5) | –2,412612E–13 | 2,769771E–11 |
Tabelle 5
| Fläche | Abstand
zur nächsten Fläche [mm] |
| OE | 223,203 |
| 11 | –136,754 |
| 12 | 1492,893 |
| ZE | |
Tabelle 6
| Fläche | 11 | 12 | ZE |
| y-Versatz
[mm]
Drehung um x-Achse [°] | –31,473
–2,955 | –33,032
–5,720 | 0,000
–14,262 |
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In
6 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel der Spiegeloptik
8 gezeigt.
Bei der Spiegeloptik
8 von
6 beträgt
die objektseitige Apertur NA = 0,125 bei einem Hauptstrahlenwinkel
am Objekt von 9°, wobei die Feldgröße
wiederum 20 × 20 μm
2 beträgt.
Die Zwischenbildebene ZE ist gegenüber der Objektebene
OE um 17,72° gekippt. Wie der Darstellung von
7 zu
entnehmen ist, ist auch in diesem Fall die Abweichung der bildseitigen
Telezentrie vom Idealfall kleiner als 1 mrad. Wie bereits im zweiten
Ausführungsbeispiel ist auch hier der feldgemittelte Telezentriefehler
nicht Null, so daß eine Defokussierung zu einem geringfügigen
Bildversatz führt. Tabelle 7
| Koeffizient | 11 | 12 |
| 1/c | –291,578 | 761,667 |
| K | –1,043466E+00 | 4,556636E+01 |
| C(2,0) | –7,314925E–05 |
–1,534827E–03 |
| C(0,2) | –6,677597E–05 | –1,506527E–03 |
| C(2,1) | 2,278757E–07 | 1,287610E–06 |
| C(0,3) | 2,238695E–07 | 1,242680E–06 |
| C(4,0) | –8,350867E–09 | –3,038853E–08 |
| C(2,2) | –1,661830E–08 | –6,082094E–08 |
| C(0,4) | –8,240948E–09 | –3,007622E–08 |
| C(4,1) | 2,491572E–12 | 3,159583E–11 |
| C(2,3) | 4,536446E–12 | 8,390840E–11 |
| C(0,5) | 2,130461E–12 | 5,008460E–11 |
| C(6,0) | –9,736097E–14 | –1,210923E–12 |
| C(4,2) | –2,529928E–13 | –3,057188E–12 |
| C(2,4) | –2,127668E–13 | –2,501611E–12 |
| C(0,6) | –5,987215E–14 | –6,923596E–13 |
| C(6,1) | –1,009371E–16 | 3,073684E–15 |
| C(4,3) | –1,596823E–16 | 9,371729E–15 |
| C(2,5) | –5,889763E–17 | 8,407025E–15 |
| C(0,7) | 8,736391E–18 | 2,555373E–15 |
Tabelle 8
| Fläche | Abstand
zur nächsten Fläche [mm] |
| OE | 222,015 |
| 11 | –137,770 |
| 12 | 1497,499 |
| ZE | |
Tabelle 9
| Fläche | 11 | 12 | ZE |
| y-Versatz
[mm]
Drehung um x-Achse [°] | –35,312
–2,918 | –32,445
–6,181 | 0,000
–17,717 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/031271
A1 [0008, 0008]
- - DE 10220815 A1 [0015, 0015]
- - DE 10220816 A1 [0015, 0015]
