DE102017203376B3

DE102017203376B3 - Messvorrichtung und Verfahren zur Vermessung eines Wellenfrontfehlers eines abbildenden optischen Systems sowie Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie

Info

Publication number: DE102017203376B3
Application number: DE102017203376.2A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Ehrmann; Helmut Haidner; Michael Samaniego
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: US11441970B2; KR20190124265A; KR102559932B1; US20200003655A1; WO2018157977A1

Abstract

Eine Messvorrichtung (10) zur Vermessung eines Wellenfrontfehlers eines abbildenden optischen Systems (12) umfasst ein Messwellenerzeugungsmodul (24), welches dazu konfiguriert ist, eine Messwelle (26) zur Einstrahlung auf das optische System zu erzeugen, und welches ein Beleuchtungssystem (30) zur Beleuchtung einer Maskenebene (14) mit einer Beleuchtungsstrahlung (32) sowie in der Maskenebene angeordnete Kohärenzstrukturen (36) umfasst, sowie ein Wellenfrontmessmodul (28), welches dazu konfiguriert ist, die Messwelle nach Durchlaufen des optischen Systems zu vermessen und aus dem Messergebnis mittels einer Auswerteeinrichtung (46) eine Abweichung der Wellenfront der Messwelle von einer Sollwellenfront zu ermitteln. Die Auswerteeinrichtung (46) ist dazu konfiguriert, einen Einfluss einer Intensitätsverteilung (70) der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene auf das Messergebnis mittels optischer Propagationsrechnung zu ermitteln und bei der Ermittlung der Abweichung der Wellenfront zu berücksichtigen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren zur Vermessung eines Wellenfrontfehlers eines abbildenden optischen Systems sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer derartigen Messvorrichtung.
Zur hochgenauen Vermessung von optischen Abbildungssystemen, wie etwa einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, wird beispielsweise die Scherinterferometrie verwendet. Bei der Scherinterferometrie handelt es sich um eine phasenschiebende Interferometrietechnik. Für eine Bestimmung eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems wird z.B. in der Objektebene einer Kohärenzmaske und in der Bildebene eine phasenschiebende Struktur, wie zum Beispiel ein verschiebbares Beugungsgitter, nachstehend auch Analysegitter bezeichnet, angeordnet. Das Analysegitter wird in kleinen Schritten quer zur optischen Achse des abbildenden Systems verschoben. Aus den vom Detektor erfassten Interferenzmustern bzw. Scherogrammen lässt sich die Ortsableitung der Wellenfront in der Bewegungsrichtung des Analysegitters und daraus die Topographie der Wellenfront und schließlich ein Wellenfrontfehler des optischen Abbildungssystems ermitteln.
In DE 101 09 929 A1 werden verschiedene auf der Scherinterferometrie basierende Messvorrichtungen zur Bestimmung einer Wellenfront bei optischen Systemen beschrieben. Neben einer Verwendung von Lochmasken mit verschiedenen zweidimensionalen Öffnungsmustern als Kohärenzmaske in der Objektebene eines abbildenden optischen Systems werden auch Messvorrichtungen mit einer gleichzeitigen Erzeugung von jeweils einem Messstrahl für verschiedene Feldpunkte der Objektebene dargestellt.
Probleme bei den beschriebenen Messvorrichtungen liegen in einer limitierten Messgenauigkeit bzgl. Verzeichnungsfehlern, welche bei Beschreibung der Wellenfrontfehler mittels Zernike-Polynomentwickung durch die den Wellenfrontkipp charakterisierenden feldpunktabhängigen Zernike-Koeffizienten Z2 und Z3 bezeichnet werden.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Verbesserung der Messgenauigkeit von Verzeichnungsfehlern bewirkt wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur Vermessung eines Wellenfrontfehlers eines abbildenden optischen Systems. Die Messvorrichtung umfasst ein Messwellenerzeugungsmodul, welches dazu konfiguriert ist, eine Messwelle zur Einstrahlung auf das optische System zu erzeugen, und welches ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung einer Maskenebene mit einer Beleuchtungsstrahlung sowie in der Maskenebene angeordnete Kohärenzstrukturen umfasst. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung ein Wellenfrontmessmodul, welches dazu konfiguriert ist, die Messwelle nach Durchlaufen des optischen Systems zu vermessen und aus dem Messergebnis mittels einer Auswerteeinrichtung eine Abweichung der Wellenfront der Messwelle von einer Sollwellenfront zu ermitteln. Dabei ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, einen Einfluss einer Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene auf das Messergebnis mittels optischer Propagationsrechnung zu ermitteln und bei der Ermittlung der Abweichung der Wellenfront zu berücksichtigen.
Die Intensitätsverteilung der von dem Beleuchtungssystem erzeugten Beleuchtungsstrahlung wird insbesondere vorab bestimmt und umfasst eine ortsaufgelöste Intensitätsverteilung, auch Beleuchtungshomogenität bezeichnet, und/oder eine winkelaufgelöste Intensitätsverteilung, aus der insbesondere die Telezentrie des Beleuchtungssystems ermittelt werden kann. Die optische Propagationsrechnung kann eine strahlenoptische und/oder eine wellenoptische Rechnung umfassen. Die wellenoptische Rechnung kann insbesondere auf fourieroptischen Modellen beruhen.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass die Messgenauigkeit von Verzeichnungsfehlern durch eine nicht homogene Maskenausleuchtung beeinträchtigt werden kann. Erfindungsgemäß wird der genaue Einfluss von Inhomogenitäten in der Maskenausleuchtung auf das Wellenfront-Messergebnis der Messvorrichtung mittels optischer Propagationsrechnung aus der Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene bestimmt und aus dem Messergebnis herausgerechnet. Damit kann eine erhebliche Verbesserung der Messgenauigkeit in Bezug auf Verzeichnungsfehler erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Messwellenerzeugungsmodul im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung angeordnete Streustrukturen. Derartige Streustrukturen dienen der Homogenisierung der Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene. Damit kann bereits das Entstehen von Verzeichnungsfehlern in der Bildebene reduziert werden. Da die verbleibenden Verzeichnungsfehler dann nur noch vergleichbar geringfügig sind, können diese mittels der optischen Propagationsrechnung auf Grundlage der bestimmten Intensitätsverteilung mit einer erhöhten Genauigkeit aus dem Ergebnis für den Wellenfrontfehler herausgerechnet werden.
Gemäß einer Ausführungsvariante sind die Streustrukturen an einer ersten Seite eines Retikelsubstrats angeordnet, dessen andere Seite die Kohärenzstrukturen umfasst. Die andere Seite ist die zur ersten Seite entgegengesetzte Seite des Retikelsubstrats. Im Fall der Verwendung von UV-Licht als Beleuchtungsstrahlung können die Streustrukturen in Gestalt einer in Transmission betriebenen Streuscheibe an der Oberseite (erste Seite) des Retikelsubstrats angeordnet sein. Im Fall der Verwendung von EUV-Strahlung als Beleuchtungsstrahlung können die Streustrukturen auf einer ins Innere des Retikelsubstrats gerichteten, an der Unterseite (erste Seite) des Retikelsubstrats angeordneten, reflektiven Oberflächenschicht angeordnet sein, welche über eine Ausnehmung des Retikelsubstrats angestrahlt wird und von der die Kohärenzstrukturen an der Oberseite (andere Seite) des Retikelsubstrats von „hinten“ her, d.h. vom Innenbereich des Retikelsubstrats her angestrahlt werden, wie beispielsweise in 4 und 5 von US 6,940,587 B2 veranschaulicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, einen feldpunktabhängigen Wellenfrontkippfehler des abbildenden optischen Systems zu vermessen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, einen Verzeichnungsfehler des abbildenden optischen Systems zu vermessen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Messwellenerzeugungsmodul eine im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung angeordnete fokussierende Optik zur Vergrößerung der numerischen Apertur der Beleuchtung. In diesem Fall führt dies zur Überstrahlung der Pupille des optischen Systems, die Streustrukturen können damit primär zur Vergrößerung und Homogenisierung des die Kohärenzstrukturen beleuchtenden Beleuchtungsspots eingesetzt werden. Mit anderen Worten bilden die Kohärenzstrukturen einen Ursprung der Messwelle und die fokussierende Optik dient dazu, den Winkelbereich der von den Kohärenzstrukturen ausgehenden Strahlen zu vergrößern, sodass eine verbesserte Ausstrahlung der Pupille des zu vermessenden optischen System bzw. eine Überstrahlung der Pupille erfolgt. Die fokussierende Optik kann in Gestalt einer Spotlinse an der Oberseite eines Retikelsubstrats befestigt sein, deren Unterseite die Kohärenzstrukturen umfasst. Dabei kann zwischen dem Retikelsubstrat und der Spotlinse ein Abstandselement, z.B. in Gestalt einer strahlungsdurchlässigen Platte, angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsvariante können die Streustrukturen an der fokussierenden Optik angeordnet sein, z.B. können in dem Fall, in dem die fokussierende Optik einen Spiegel aufweist, die Streustrukturen auf der Spiegeloberfläche angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante umfasst das Messwellenerzeugungsmodul eine Streustrukturen aufweisende Streuscheibe, welche im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung der fokussierenden Optik vorgelagert angeordnet ist. Eine derartige Streuscheibe kann bei richtiger Anordnung eine sehr wirksame Homogenisierung des die Kohärenzstrukturen beleuchtenden Beleuchtungsspots bewirken. Dabei kann im Fall einer in Transmission betriebenen fokussierenden Optik die Streuscheibe in Bezug auf die fokussierende Optik dem Retikelsubstrat gegenüberliegend angeordnet sein oder im Fall einer reflektiven fokussierenden Optik auf derselben Seite der fokussierenden Optik wie das Retikelsubstrat angeordnet sein. Insbesondere sind die fokussierende Optik und die Streuscheibe derart angeordnet, dass die Streuscheibe und ein die Kohärenzstrukturen aufweisendes Retikelsubstrat in einer angenäherten 2f-Anordnung bezüglich des Abbildungsmoduls angeordnet sind, d.h. die Streuscheibe und das Retikelsubstrat befinden sich jeweils in gegenüberliegenden Fokusebenen des Abbildungsmoduls.
Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen auf einen Wafer bereitgestellt. Diese Projektionsbelichtungsanlage umfasst weiterhin die Messvorrichtung in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten zur Vermessung eines Wellenfrontfehlers des Projektionsobjektivs.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Vermessen eines Wellenfrontfehlers eines abbildenden optischen Systems bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst ein Erzeugen einer Messwelle zur Einstrahlung auf das optische System durch Beleuchtung von in einer Maskenebene angeordneten Kohärenzstrukturen mit einer Beleuchtungsstrahlung sowie ein Bestimmen einer Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene. Darüber hinaus umfasst das Verfahren ein Einstrahlen der Messwelle auf das optische System, Vermessen der Messwelle nach Durchlaufen des optischen Systems, Ermitteln eines Einflusses der bestimmten Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene auf das Messergebnis mittels optischer Propagationsrechnung und Ermitteln einer Abweichung der Wellenfront der Messwelle von einer Sollwellenfront aus dem Messergebnis unter Berücksichtigung des ermittelten Einflusses der Intensitätsverteilung in der Maskenebene.
Das Erzeugen der Messwelle zur Einstrahlung auf das optische System kann mittels eines Messwellenerzeugungsmoduls der vorstehend beschriebenen Art und das Beleuchten der in einer Maskenebene angeordneten Kohärenzstrukturen mit der Beleuchtungsstrahlung mittels eines Beleuchtungssystems der vorstehend beschriebenen Art erfolgen. Weiterhin kann das Ermitteln der Abweichung der Wellenfront der Messwelle von einer Sollwellenfront mittels einer Auswerteeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art erfolgen.
Die gemessene Intensitätsverteilung der von dem Beleuchtungssystem erzeugten Beleuchtungsstrahlung kann eine ortsaufgelöste Intensitätsverteilung, auch Beleuchtungshomogenität bezeichnet, und/oder eine winkelaufgelöste Intensitätsverteilung, aus der insbesondere die Telezentrie des Beleuchtungssystems ermittelt werden kann, umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung Streustrukturen angeordnet. Gemäß einer Ausführungsvariante werden die Streustrukturen an einer ersten Seite eines Retikelsubstrats angeordnet, dessen andere Seite die Kohärenzstrukturen umfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung eine fokussierende Optik zur Vergrößerung der numerischen Apertur der Beleuchtung angeordnet. Gemäß einer Ausführungsvariante wird eine Streustrukturen umfassende Streuscheibe im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung der fokussierenden Optik vorgelagert angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Beleuchtungsstrahlung von einem Beleuchtungssystem erzeugt und das Bestimmen der Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene umfasst ein separates Vermessen einer Intensitätsverteilung der von dem Beleuchtungssystem erzeugten Beleuchtungsstrahlung sowie einer Streuverteilung der Streustrukturen. Unter einer Streuverteilung der Streustrukturen ist eine winkelaufgelöste Intensitätsverteilung der von den Streustrukturen bei homogener Bestrahlung erzeugten Streustrahlung zu verstehen. Die Streustrukturen können auf einer Streuscheibe angeordnet sein. In diesem Fall kann die Streuscheibe separat zur Ermittlung der Streuverteilung vermessen werden. Aus der gemessenen Intensitätsverteilung der von dem Beleuchtungssystem erzeugten Beleuchtungsstrahlung sowie der gemessenen Streuverteilung der Streustrukturen wird rechnerisch die Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der Maskeneben bestimmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kohärenzstrukturen in einem Maskenbereich eines Retikelsubstrats angeordnet. Weiterhin ist im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung eine fokussierende Optikangeordnet und das Bestimmen der Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene umfasst eine Bestimmung einer Positionsabweichung der fokussierenden Optik von einem Zentrum des Maskenbereichs. Die Positionsabweichung der fokussierenden Optik entspricht einem Versatz der tatsächlichen Position der fokussierenden Optik gegenüber einer in Projektion entlang der Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlung im Zentrum der Maske angeordneten Sollposition. Die Bestimmung der Positionsabweichung kann mittels eines taktilen Messverfahrens erfolgen. Die Bestimmung der Beleuchtungsstrahlung in der Maskenebene erfolgt gemäß einer Ausführungsvariante rechnerisch aus der gemessenen Intensitätsverteilung der von dem Beleuchtungssystem erzeugten Beleuchtungsstrahlung sowie der bestimmten Positionsabweichung der fokussierenden Optik, sowie insbesondere der gemessenen Streuverteilung der Streustrukturen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein die Kohärenzstrukturen aufweisendes Retikel in der Maskenebene angeordnet und die Bestimmung der Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung erfolgt nach Wechselwirkung der Beleuchtungsstrahlung mit dem Retikel. Damit kann die Bestimmung der Intensitätsverteilung beispielsweise knapp unterhalb des Retikels, d.h. an einer Stelle im Strahlengang, welche dem Retikel nachgeordnet ist, erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Intensitätsverteilung im Bereich der Maskenebene durch Abrastern der Maskenebene mittels eines ein Mikroskopobjektiv umfassenden Intensitäts-Messmoduls bestimmt.
Gemäß einer weiteren Ausührungsform wird als zu vermessendes optisches System ein in eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie integriertes Projektionsobjektiv verwendet und die Bestimmung der Intensitätsverteilung im Bereich der Maskenebene erfolgt mittels eines in einer Waferebene der Projektionsbelichtungsanlage angeordneten Wellenfrontsensors. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Vermessung der Intensitätsverteilung durch synchrones Verschieben eines die Kohärenzstrukturen aufweisenden Retikels in der Maskenebene sowie eines Wellenfrontsensors in der Waferebene der Projektionsbelichtungsanlage. Durch Ableitung eines über die Zeit während des Verschiebevorgangs aufgezeichneten Intensitätsverlaufs kann der ortsaufgelöste Intensitätsverlauf in der Maskenebene ermittelt werden.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Messverfahren übertragen werden und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines abbildenden optischen Systems mit einem Beleuchtungssystem zur Erzeugung von Beleuchtungsstrahlung sowie einem in einer Maskenebene angeordneten Kohärenzretikel,
2 ein Ausführungsbeispiel des Kohärenzretikels gemäß 1 mit einer Streuscheibe,
3 eine Anordnung aus einer Streuscheibe, einer fokussierenden Optik sowie einem Retikelsubstrat zur Platzierung im Bereich der Maskenebene gemäß 1,
4 ein Ausführungsbeispiel einer Konfiguration der Anordnung gemäß 3 als Kohärenzretikel gemäß 1,
5 ein Ausführungsbeispiel des Kohärenzretikels gemäß 1 bei Ausführung der Messvorrichtung zum Betrieb mit EUV-Strahlung,
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kohärenzretikels gemäß 1 bei Ausführung der Messvorrichtung zum Betrieb mit EUV-Strahlung,
7 eine Messanordnung zur Vermessung einer ortsaufgelösten Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der Maskenebene gemäß 1,
8 eine Messanordnung zur Vermessung einer winkelaufgelösten Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der Maskenebene gemäß 1,
9 eine Messanordnung zur Vermessung einer Streuverteilung der Streuscheibe gemäß 2,
10 eine Messanordnung zur Vermessung einer Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung knapp unterhalb des Kohärenzretikels gemäß 1, sowie
11 eine in eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie integrierte Messanordnung zur Vermessung der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung knapp unterhalb des Kohärenzretikels.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines abbildenden optischen Systems 12. Das abbildende optische System 12 dient der Abbildung von Feldpunkten einer Objektebene bzw. Maskenebene 14 in eine der Maskenebene 14 zugeordnete Bildebene 16 und umfasst dazu optische Elemente 18, von denen in 1 exemplarisch lediglich zwei dargestellt sind. Ferner ist in 1 eine optische Achse 20 des abbildenden optischen Systems 12 parallel zur z-Richtung dargestellt und eine in einer Pupillenebene angeordnete Aperturblende 22 zur Begrenzung einer Pupille angedeutet. Das abbildende optische System 12 ist üblicherweise zur möglichst aberrationsfreien Abbildung bei einer Betriebs- bzw. Nutzwellenlänge oder einem bestimmten Betriebswellenlängenbereich ausgebildet. Ein Beispiel eines solchen optischen Abbildungssystems ist ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zur Abbildung von Maskenstrukturen auf einen Wafer.
Das in 1 dargestellte abbildende optische System 12 kann als Projektionsobjektiv ausgeführt sein, welches im UV-Wellenlängenbereich, insbesondere bei etwa 365 nm, etwa 248 oder etwa 193 nm betrieben wird. Weiterhin kann das abbildende optische System 12 auch als ein im EUV-Wellenlängenbereich, d.h. bei einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von ungefähr 13,5 nm oder ungefähr 6,8 nm, betriebenes Projektionsobjektiv ausgeführt sein. Bei einem derartigen Projektionsobjektiv sind die optischen Elemente 18 als Spiegel konfiguriert. Entsprechend ist die Messvorrichtung 10 für eine Betriebswellenlänge des abbildenden optischen Systems 12 geeignet konfiguriert. Allgemein kann die Messvorrichtung 10 für eine Wellenlänge vom Infrarot- bis in den Röntgenbereich geeignet ausgebildet sein.
Mit der Messvorrichtung 10 lässt sich für eine Bestimmung eines Wellenfrontfehlers des abbildenden optischen Systems 12 eine Mehrkanal-Scherinterferometrie durchführen. Eine solche auf dem Prinzip des Phasenschiebens beruhende Interferometrie wird beispielsweise in DE 101 09 929 A1 beschrieben. Die Messvorrichtung 10 umfasst ein Messwellenerzeugungsmodul 24 zum Erzeugen einer Messwelle 26. Das Messwellenerzeugungsmodul 24 umfasst ein Beleuchtungssystem 30 zur Bereitstellung einer geeigneten Beleuchtungsstrahlung 32 sowie ein Kohärenzretikel 34 mit im Bereich der Objektebene bzw. Maskenebene 14 des abbildenden optischen Systems 12 angeordneten Kohärenzstrukturen 36. Die Kohärenzstrukturen 36, welche auch als Kohärenzmaske bezeichnet werden, sind im gezeigten Ausführungsbeispiel an der Unterseite des Kohärenzretikels angeordnet.
Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 ein Wellenfrontmessmodul 28, welches ein im Bereich der Bildebene 16 angeordnetes diffraktives Analysegitter 38, eine im Strahlengang dem Analysegitter 38 nachgeordnete Detektionseinrichtung 40 mit einer Erfassungsfläche 42 zur ortsaufgelösten Erfassung von Messstrahlung und eine Auswerteeinrichtung 46 umfasst.
Das Beleuchtungssystem 30 stellt die Beleuchtungsstrahlung 32 mit einer ausreichenden Intensität und Kohärenz für eine Vermessung des abbildenden optischen Systems 12 bereit. Die Wellenlänge zumindest eines Teils der Beleuchtungsstrahlung 32 entspricht dabei einer Betriebswellenlänge des abbildenden optischen Systems 12. Als Beleuchtungssystem 30 kann ein Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage 100 für die Mikrolithographie gemäß 11 Verwendung finden. Insbesondere kann die Messvorrichtung 10 komplett in einer derartige Projektionsbelichtungsanlage 100 integriert sein.
Die in 1 gezeigten Kohärenzstrukturen 36 umfassen beispielsweise eine in der Maskenebene 14 ausgedehnte, zweidimensionale Anordnung von Lochblenden. Auf diese Weise wird gleichzeitig für eine Mehrzahl von Feldpunkten der Maskenebene 14 jeweils eine Messwelle 26 bereitgestellt, deren jeweiliger Strahlengang auch als Messkanal des abbildenden optischen Systems 12 bezeichnet wird. In 1 ist exemplarisch einer dieser Messkanäle dargestellt. Mit einer solchen mehrkanaligen Messvorrichtung 10 lassen sich gleichzeitig Abbildungseigenschaften des abbildenden optischen Systems 12 für eine Mehrzahl von Feldpunkten mittels Scherinterferometrie vermessen. Der Strahlengang eines Messkanals ist vorzugsweise so konfiguriert, dass die Messwelle 26 mit einer sphärischen Wellenfront divergierend aus einer Lochblende austritt und von dem zu vermessenden abbildenden optischen System 12 auf die Bildebene 16 abgebildet bzw. fokussiert wird. Dabei leuchtet die Messstrahlung, wie in 1 angedeutet, vorzugsweise die gesamte von der Aperturblende 22 definierte Pupille 22 aus bzw. überstrahlt diese, wie nachstehend näher erläutert. Zur exakten Positionierung des Kohärenzretikels 34 kann ein in 1 nicht dargestelltes Translationsmodul vorgesehen sein. Insbesondere ist bei einer Vermessung eines in eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie integrierten Projektionsobjektivs eine Verwendung einer Retikelstage der Projektionsbelichtungsanlage als Translationsmodul möglich.
In alternativen Ausführungen kann lediglich ein Messkanal mit einer in der Maskenebene 14 verschiebbar ausgebildeten Lochblende als Kohärenzstrukturen 36 vorgesehen sein. Auch können mehrere Lochblenden für einen Messkanal in einer symmetrischen zweidimensionalen Anordnung zueinander und neben kreisförmigen auch eckig, etwa als Quadrate oder Dreiecke, ausgebildete Öffnungen als Kohärenzstrukturen 36 vorgesehen sein. Für weitere mögliche Ausführungen von Kohärenzmasken oder Bestrahlungsvorrichtungen und deren Beschreibung wird insbesondere auf DE 101 09 929 A1 verwiesen.
Das Analysegitter 38 ist beispielsweise als Phasengitter, Amplitudengitter oder mit einem anderen geeigneten Beugungsgittertyp, z.B. als Grauwertgitter, ausgebildet. Als Beugungsstruktur kann das Analysegitter 38 ein Liniengitter, ein Kreuzgitter, ein Schachbrettgitter, ein Dreieckgitter oder eine andere geeignet periodische Struktur umfassen. Das Analysegitter 38 lässt sich für eine Phasenverschiebung im Rahmen einer Scherinterferometrie zusammen mit der Detektionseinrichtung 40 in einer Translationsrichtung 39, welche im Wesentlichen parallel zur x- oder y-Richtung und somit quer zur optischen Achse 20 ausgerichtet ist, verschieben. Eine Verschiebung erfolgt schrittweise in einer Richtung mit Hilfe eines zeichnerisch nicht dargestellten Positioniermoduls, wie beispielsweise einer Wafer-Verschiebebühne 134 gemäß 11 bei Integration in eine Projektionsbelichtungsanlage 100.
Durch Interferenz von am Analysegitter 38 gebildeter Strahlung nullter Beugungsordnung mit Strahlung einer höheren Beugungsordnung, wie beispielsweise der ersten Beugungsordnung, wird auf der Erfassungsfläche 42 für jeden Messkanal ein Interferogramm 44 erzeugt. Durch das Verschieben des Analysegitters 38 erfolgt ein sogenanntes „zeitliches Phasenschieben“. Dabei verändert sich die Phase der höheren Beugungsordnung, während die Phase der nullten Beugungsordnung gleich bleibt, wodurch sich das jeweilige Interferogramm 44 verändert. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Verschiebepositionen ist insbesondere so ausgewählt, dass eine für die Scherinterferometrie geeignete Phasenverschiebung zwischen diesen Verschiebepositionen auftritt. Typischerweise beträgt der Abstand einen Bruchteil der Gitterperiode des Analysegitters 38.
Die Detektionseinrichtung 40 umfasst die strahlungssensitive Erfassungsfläche 42, welche eine zweidimensionale Anordnung von Einzelsensoren enthält und beispielsweise als ortsauflösender CCD-Sensor ausgebildet ist. Die von der Detektionseinrichtung 40 erfassten Interferogramme 44 werden an die Auswerteeinrichtung 46 übermittelt.
Aus den erfassten Interferogrammen bestimmt die Auswerteeinrichtung 46 mittels diskreter Fourieranalyse eine Topographie der Wellenfront der ausgehenden Messwelle 26', d.h. der Messwelle 26 nach Durchlaufen des abbildenden optischen System 12. Ein Wellenfrontfehler des abbildenden optischen Systems 12 ergibt sich aus einer Abweichung der bestimmten Topographie der Wellenfront der ausgehenden Messwelle 26' von ihrer vorgegebenen Sollwellenfront.
Einer solchen Berechnung liegt jedoch die Annahme zugrunde, dass die Ausleuchtung der Kohärenzstrukturen 26 in der Maskenebene 14 sowohl bezüglich ihrer ortsaufgelösten Intensitätsverteilung als auch bezüglich ihrer winkelaufgelösten Intensitätsverteilung homogen ist. Eine nicht-homogene Ausleuchtung führt zu einem Verzeichnungsfehler in der Bildebene 16. Beispielsweise führt im Falle eines als Flächenquelle dienenden Kohärenzretikels 34, bei dem keine Transformation Pupille vs. Feld erfolgt, bereits eine lineare Abweichung der ortsaufgelösten Homogenität von 0,5% /mm zu einem Verzeichnungsfehler von 0,25 mm. Der Verzeichnungsfehler kann durch die Zernike-Koeffizienten Z2 und Z3 der Wellenfrontabweichung charakterisiert werden.
Um derartige Verzeichnungsfehler im Messergebnis des Wellenfrontfehlers zu minimieren wird erfindungsgemäß vorab oder während der Wellenfrontvermessung eine Intensitätsverteilung 70 der Beleuchtungsstrahlung 32 im Bereich der Maskenebene 14 bestimmt, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die 7 bis 11 näher erläutert. Die Bestimmung der Intensitätsverteilung 70 kann ortsaufgelöst und/oder winkelaufgelöst erfolgen. Die Auswerteeinrichtung 46 ermittelt mittels optischer Propagationsrechnung einen Einfluss der bestimmten Intensitätsverteilung 70 auf das Messergebnis und berücksichtigt diesen Einfluss bei der Ermittlung der Abweichung der Wellenfront der ausgehenden Messwelle 26' von der Sollwellenfront und damit bei der Ermittlung des Wellenfrontfehlers der abbildenden optischen Systems 12.
Die optische Propagationsrechung beruht auf der Kenntnis der einzelnen optischen Elemente 18 des abbildenden optischen Systems 12 und deren Anordnung im Strahlengang. Dabei kann die optische Propagationsrechnung strahlenoptische oder wellenoptische Rechnungen umfassen. Die wellenoptische Rechnung kann insbesondere auf fourieroptischen Modellen beruhen.
Gemäß einem erfindungsgemäßem Ausführungsbeispiel umfasst das Messwellenerzeugungsmodul 24 im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung 32 der Maskenebene 14 vorgelagert angeordnete Streustrukturen 48 zur Homogenisierung der Intensitätsverteilung 70 der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene 14. Durch diese Maßnahme wird bereits das Entstehen von Verzeichnungsfehlern in der Bildebene 16 auf ein Minimum verringert. Da die verbleibenden Verzeichnungsfehler dann nur noch vergleichbar gering sind, können diese mittels der optischen Propagationsrechnung auf Grundlage der bestimmten Intensitätsverteilung 70 mit einer hohen Genauigkeit aus dem Ergebnis für den Wellenfrontfehler herausgerechnet werden.
Die 2 bis 6 zeigen Ausführungsformen für das vorstehend genannte Ausführungsbeispiel des Messwellenerzeugungsmoduls 24, bei dem einer Homogenisierung dienende Streustrukturen 48 vorgehen sind. Dabei betreffen die 2 bis 4 Ausführungsformen für die Verwendung von sichtbarem oder UV-Licht als Beleuchtungsstrahlung 32 und die 5 und 6 Ausführungsformen für die Verwendung von EUV-Strahlung.
In der Ausführungsform gemäß 2 sind die Streustrukturen Teil des Kohärenzretikels 34, und zwar in Gestalt einer Streuscheibe 50a, welche oberhalb eines die Kohärenzstrukturen 36 umfassenden Retikelsubstrats 52 angeordnet ist. Die Streustrukturen 48 sind damit an einer Oberseite 58 des Retikelsubstrats 52 und die Kohärenzstrukturen 36 an dessen Unterseite 56 angeordnet. Die Streustrukturen 48 dienen einerseits dazu die von den Kohärenzstrukturen 36 ausgehende Messwelle 26 aufzuweiten. In 2 ist die gegenüber der Messwelle 26a, welche ohne dem Vorliegen von Streustrukturen 48 erzeugt wird, aufgeweitete Messwelle mit dem Bezugszeichen 26b bezeichnet. Die aufgeweitete Messwelle 26b überstrahlt die von der Aperturblende 22 begrenzte Pupille und bewirkt im Vergleich zur Messwelle 26a eine Homogenisierung der Pupillenausleuchtung und damit entsprechend eine Homogenisierung der winkelaufgelösten Intensitätsverteilung in der Maskenebene 14. Weiterhin wird durch die Streustrukturen 48 der Beleuchtungsspot in der Maskenebene 14 vergrößert, wodurch eine Homogenisierung der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung in der Maskenebene 14 bewirkt wird.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist dem die Kohärenzstrukturen 36 aufweisenden Retikelsubstrat 52 eine fokussierende Optik 54a in Gestalt einer Spotlinse sowie eine Streuscheibe 50a vorgelagert. Dabei handelt es sich um eine 2f-Anordnung, d.h. die Streuscheibe 50a und die Kohärenzstrukturen 36 sind auf unterschiedlichen Seiten der fokussierenden Optik 54a jeweils im Abstand von etwa einer Brennweite f der fokussierenden Optik 54a angeordnet. Diese Anordnung dient wie die Anordnung gemäß 2 einerseits der Aufweitung der von den Kohärenzstrukturen 36 ausgehenden Messwelle 26 sowie der Vergrößerung des Beleuchtungsspots in der Maskenebene 14 und damit einer Homogenisierung sowohl der ortsaufgelösten als auch der winkelaufgelösten Intensitätsverteilung in der Maskenebene 14. Bei mehrkanaliger Durchstrahlung des abbildenden optischen Systems 12 enthält die Anordnung gemäß 3 für jeden Strahlungskanal eine fokussierende Optik 54a in Gestalt einer Spotlinse.
Die gesamte in 3 dargestellte Anordnung aus der Streuscheibe 50a, der bzw. den fokussierende(n) Optik(en) 54 sowie dem die Kohärenzstrukturen 36 aufweisenden Retikelsubstrat 52 kann komplett in das Kohärenzretikel 34 integriert sein, wie in der nachstehend erläuterten Ausführungsvariante gemäß 4 veranschaulicht. Alternativ kann das die Kohärenzstrukturen 36 aufweisende Retikelsubstrat 52 das Kohärenzretikel 34 gemäß 1 bilden, in welchem Fall die Streuscheibe 50a und die fokussierende(n) Optik(en) 54 dem Kohärenzretikel 34 vorgelagert, z.B. als Teil des Beleuchtungssystems 30, angeordnet sind.
Wie vorstehend erwähnt, zeigt 4 eine Ausführungsvariante, bei der sämtliche Elemente gemäß 3 innerhalb des Kohärenzretikels 34 angeordnet sind. Dieses wird nachstehend auch „Spotlinsenretikel“ bezeichnet. Die fokussierende Optik 54a ist in dieser Ausführungsvariante in Gestalt der Spotlinse mittels eines Abstandselements 55 an der Oberseite 58 des Retikelsubstrats 52 befestigt. Die Streuscheibe 50a ist über Stützstrukturen 57 in entsprechendem Abstand zur fokussierenden Optik 54a am Retikelsubstrat 52 befestigt.
5 veranschaulicht eine der Ausführungsform gemäß 3 entsprechende Variante für EUV-Strahlung als Beleuchtungsstrahlung 32. Es handelt sich auch hier um eine 2f-Anordnung. Die Streustrukturen 48 sind an der Oberfläche einer Streuscheibe in Gestalt eines ebenen Streuspiegels 50b angeordnet. Die Beleuchtungsstrahlung 32 wird nach Reflexion am Streuspiegel 50b mittels eines Fokussierspiegels 54b auf die die Kohärenzstrukturen 36 aufweisende Oberfläche des Retikelsubstrats 52 fokussiert, welche in diesem als Spiegel ausgebildet ist.
Die Anordnung gemäß 5 dient wie die Anordnung gemäß 3 der Aufweitung der von den Kohärenzstrukturen 36 ausgehenden Messwelle 26 sowie der Vergrößerung des Beleuchtungsspots in der Maskenebene 14 und damit einer Homogenisierung sowohl der ortsaufgelösten als auch der winkelaufgelösten Intensitätsverteilung in der Maskenebene 14. Die gesamte in 5 dargestellte Anordnung aus dem Streuspiegel 50b dem Fokussierspiegel 54b bzw. mehrerer Fokussierspiegel 54b sowie dem die Kohärenzstrukturen 36 aufweisenden Retikelsubstrat 52 können komplett in das Kohärenzretikel 34 integriert sein. Alternativ kann das die Kohärenzstrukturen 36 aufweisende Retikelsubstrat 52 das Kohärenzretikel 34 gemäß 1 bilden, in welchem Fall der Streuspiegel 50b und der bzw. die Fokussierspiegel 54b dem Kohärenzretikel 34, z.B. als Teil des Beleuchtungssystems 30, vorgelagert angeordnet sind.
6 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Kohärenzretikels 34 zur Verwendung mit EUV-Strahlung. In dieser Ausführungsform sind die Streustrukturen 48 an der Oberfläche eines fokussierenden Streuspiegels 50c angeordnet. Dieser befindet sich an der Unterseite 56 eines Retikelsubstrats 52, welches im Bereich des Streuspiegels 50c eine zur Oberseite 58 des Retikelsubstrats 52 hin offene Kavität 53 aufweist. Die Beleuchtungsstrahlung 32 wird über die Kavität 53 auf den fokussierenden Streuspiegel 50c eingestrahlt, von dem sie auf eine an der Oberseite 58 des Retikelsubstrats 52 angeordnete Maske mit den Kohärenzstrukturen 36 fokussiert wird.
Das Kohärenzretikel 34 gemäß 6 dient wie die Anordnung gemäß 5 der Aufweitung der von den Kohärenzstrukturen 36 ausgehenden Messwelle 26 sowie der Vergrößerung des Beleuchtungsspots in der Maskenebene 14 und damit einer Homogenisierung sowohl der ortsaufgelösten als auch der winkelaufgelösten Intensitätsverteilung in der Maskenebene 14.
In den 7 bis 11 sind unterschiedliche Ausführungsformen zur Bestimmung der Intensitätsverteilung 70 der Beleuchtungsstrahlung 32 im Bereich der Maskenebene 14 veranschaulicht. Wie vorstehend erwähnt, kann die Bestimmung der Intensitätsverteilung ortsaufgelöst und/oder winkelaufgelöst erfolgen.
Gemäß einer in den 7 bis 9 veranschaulichten ersten Ausführungsform wird dazu zunächst das Beleuchtungssystem 30 separat vermessen, d.h. die Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung 32 wird ohne Anordnung des Kohärenzretikels 34 in der Maskenebene 14 vermessen. Dabei können die ortsaufgelöste Komponente und die winkelaufgelöste Komponente der Intensitätsverteilung separat vermessen werden.
Die ortsaufgelöste Komponente, auch „Uniformity“ bezeichnet, kann durch Abrastern der Maskenebene 14 mittels eines Intensitätssensors 66, welcher als Punktsensor ausgebildet sein kann, vermessen werden, wie in 7 veranschaulicht. Die winkelaufgelöste Komponente kann mittels der in 8 gezeigten Anordnung aufgezeichnet werden. Diese Anordnung umfasst eine in der Maskenebene 14 angeordnete Lochblende 72, eine Abbildungsoptik 74, sowie einen unterhalb der Bildebene 76 der Abbildungsoptik 74, insbesondere in einer zur Pupillenebene 80 der Abbildungsoptik 74, angeordneten ortsauflösenden Intensitätssensor 78. Aus der winkelaufgelösten Komponente der Intensitätsverteilung kann insbesondere die Telezentrie des Beleuchtungssystems 30 bestimmt werden.
Weiterhin wird gemäß der ersten Ausführungsform die Streuverteilung der Streuscheibe 50a gemäß 2, 3 oder 4, des Streuspiegels 50b gemäß 5 bzw. des Streuspiegels 50c gemäß 6 separat vermessen, wie in 9 anhand der Streuscheibe 50a veranschaulicht. Hierbei wird die Streuscheibe 50a mit einem von einer Beleuchtungsquelle 82 erzeugten Beleuchtungsstrahl angestrahlt und die im Durchtritt erzeugte Streustrahlung 86 mittels eines ortsauflösenden Intensitätssensors 88 aufgezeichnet. Weiterhin kann bei Verwendung des Kohärenzretikels 34 gemäß 4 weiterhin eine Positionsabweichung Δ eines Linsenzentrums 64 der fokussierenden Optik 54a von einem Zentrum 62 eines der fokussierenden Optik 54a zugeordneten Maskenbereichs 61 mit den Kohärenzstrukturen, z.B. mittels eines taktilen Messverfahrens, bestimmt werden.
Die Kombination aus den Messergebnissen der Anordnungen aus den 7, 8 und 9 sowie ggf. das Messergebnis der Positionsabweichung Δ ergibt die der Auswerteeinrichtung 46 der Messvorrichtung 10 gemäß 1 zugeführte Intensitätsverteilung 70. Alternativ zur Vermessung der Positionsabweichung Δ der fokussierenden Optik von ihrer Sollposition kann das Kohärenzretikel 34 gemäß 4 durch Drehen in Schritten von 90° und jeweiliges Vermessen in den verschiedenen Drehpositionen kalibriert werden.
Gemäß einer in 10 veranschaulichten weiteren Ausführungsform zur Bestimmung der Intensitätsverteilung 70 wird das Beleuchtungssystem 30 zusammen mit dem die Streustrukturen 48 aufweisenden Kohärenzretikel 34 durch Abrastern der Maskenebene 14 mittels eines Intensitätsmessmoduls 90 vermessen. Dazu wird gemäß einer Ausführungsvariante das abbildende optische System 12 aus der Messvorrichtung 10 bzw., bei Integration der Messvorrichtung 10 in eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, aus der Projektionsbelichtungsanlage ausgebaut um Platz für das Intensitätsmessmodul 90 zu schaffen. Dieses umfasst ein Mikroskopobjektiv 92, eine Tubusoptik 94 sowie einen Intensitätssensor 96. Durch Verschieben des Intensitätsmessmoduls 90 in der x-y-Ebene lässt sich die Intensitätsverteilung 70 der Beleuchtungsstrahlung 32 im Bereich knapp unterhalb des Kohärenzretikels 34 vermessen.
Gemäß der in 11 veranschaulichten Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Intensitätsverteilung 70 innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage 100 für die Mikrolithographie, in welche die Messvorrichtung 10 gemäß 1 integriert ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 ist als Step-und-Scan-Belichtungsanlage konfiguriert. In einem Wafer-Belichtungsbetrieb wird ein Produktretikel in der Maskenebene 14 angeordnet und gegenläufig oder gleichsinnig zu einem auf einer Wafer-Verschiebebühne 134 angeordneten Wafer 138 quer zur optischen Achse 20 des Projektionsobjektivs in Gestalt des abbildenden optischen Systems 12 verschoben. Die Beleuchtung des Produktretikels erfolgt dabei mittels des Beleuchtungssystems 30. Zur Wellenfrontfehler-Vermessung des abbildenden optischen Systems 12 wird das Produktretikel durch das Kohärenzretikel 34 ersetzt und ein zeichnerisch nicht dargestellter Bereich der Wafer-Verschiebebühne 134, in dem das Analysegitter 38 sowie die Detektionseinrichtung 40 gemäß 1 angeordnet sind, in den Strahlengang der ausgehenden Messwelle 26' verfahren.
Zur Bestimmung der Intensitätsverteilung 70 wird ebenfalls das Kohärenzretikel 34 in die Maskenebene 14 geladen und ein auf der Wafer-Verschiebebühne 134 angeordneter Wellenfrontsensor 140 im Strahlengang der ausgehenden Messwelle 26' angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform des Wellenfrontsensors 140 umfasst dieser ein in der Waferebene 116 angeordnetes Beugungsgitter 142 sowie einen unterhalb des Beugungsgitters 142 angeordneten ortsauflösenden Intensitätssensor 144. Der Wellenfrontsensor 140 kann auch andersartig konfiguriert sein, insbesondere kann er gemäß einer der in den 15, 17 und 18 von DE 101 09 929A1 gezeigten Varianten ausgebildet sein.
Die Vermessung der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung 70 der Beleuchtungsstrahlung 32 im Bereich der Maskenebene 14 erfolgt gemäß einer Ausführungsform durch synchrones gegenläufiges Verschieben des Kohärenzretikels 34 in der Maskenebene 14 sowie des Wellenfrontsensors 140 in der Waferebene 116 in Bruchteilen der Strukturgröße des Messmusters der Kohärenzstrukturen 36. Der Intensitätssensor 144 zeichnet dabei die Intensität integriert über die Größe des Messmusters auf. Dabei wird über die gesamte Detektionsfläche des Intensitätssensors 144 integriert. Durch Ableitung der aufgezeichneten Intensitätsfunktion wird die ortsaufgelöste Intensitätsverteilung im Bereich der Maskenebene bestimmt. Diese Verteilung wird vorzugsweise noch mit der vorab bestimmten Apodisationsfunktion des abbildenden optischen Systems 12 und der ebenfalls vorab bestimmten Transmissionsfunktion des Kohärenzretikels 34 sowie des Wellenfrontsensors 140 korrigiert.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

10: Messvorrichtung
12: abbildendes optisches System
14: Maskenebene
16: Bildebene
18: optisches Element
20: optische Achse
22: Aperturblende
24: Messwellenerzeugungsmodul
26: Messwelle
26': ausgehende Messwelle
26a: Messwelle ohne Streustrukturen
26b: aufgeweitete Messwelle
28: Wellenfrontmessmodul
30: Beleuchtungssystem
32: Beleuchtungsstrahlung
34: Kohärenzretikel
36: Kohärenzstrukturen
38: Analysegitter
39: Translationsrichtung
40: Detektionseinrichtung
42: Erfassungsfläche
44: Interferogramm
46: Auswerteeinrichtung
48: Streustrukturen
50a: Streuscheibe
50b: ebener Streuspiegel
50c: gebogener Streuspiegel
52: Retikelsubstrat
53: Kavität
54a, 54b: fokussierende Optik
55: Abstandselement
56: Unterseite
57: Stützstrukturen
58: Oberseite
60: Abstandselement
61: Maskenbereich
62: Maskenzentrum
64: Linsenzentrum
66: Intensitätssensor
70: Intensitätsverteilung
72: Lochblende
74: Abbildungsoptik
76: Bildebene
78: Intensitätssensor
80: Pupillenebene
82: Beleuchtungsquelle
84: Beleuchtungsstrahl
86: Streustrahlung
88: Intensitätssensor
90: Intensitätsmessmodul
92: Mikroskopobjektiv
94: Tubusoptik
96: Intensitätssensor
100: Projektionsbelichtungsanlage
116: Waferebene
134: Waferverschiebebühne
138: Wafer
140: Wellenfrontsensor
142: Beugungsgitter
144: Intensitätssensor

Claims

Messvorrichtung (10) zur Vermessung eines Wellenfrontfehlers eines abbildenden optischen Systems (12) mit: einem Messwellenerzeugungsmodul (24), welches dazu konfiguriert ist, eine Messwelle (26) zur Einstrahlung auf das optische System zu erzeugen, und welches ein Beleuchtungssystem (30) zur Beleuchtung einer Maskenebene (14) mit einer Beleuchtungsstrahlung (32) sowie in der Maskenebene angeordnete Kohärenzstrukturen (36) umfasst, sowie einem Wellenfrontmessmodul (28), welches dazu konfiguriert ist, die Messwelle nach Durchlaufen des optischen Systems zu vermessen und aus dem Messergebnis mittels einer Auswerteeinrichtung (46) eine Abweichung der Wellenfront der Messwelle von einer Sollwellenfront zu ermitteln, wobei die Auswerteeinrichtung (46) dazu konfiguriert ist, einen Einfluss einer Intensitätsverteilung (70) der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene auf das Messergebnis mittels optischer Propagationsrechnung zu ermitteln und bei der Ermittlung der Abweichung der Wellenfront zu berücksichtigen.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Messwellenerzeugungsmodul (24) im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung (32) angeordnete Streustrukturen (48) umfasst.
Messvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Streustrukturen (48) an einer ersten Seite (58; 56) eines Retikelsubstrats (52) angeordnet sind, dessen andere Seite (56; 58) die Kohärenzstrukturen umfasst.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche dazu konfiguriert ist, einen feldpunktabhängigen Wellenfrontkippfehler des abbildenden optischen Systems zu vermessen.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche dazu konfiguriert ist, einen Verzeichnungsfehler des abbildenden optischen Systems zu vermessen.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das Messwellenerzeugungsmodul (24) eine im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung (32) angeordnete fokussierende Optik (54) umfasst.
Messvorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Messwellenerzeugungsmodul (24) eine Streustrukturen (48) aufweisende Streuscheibe (50a; 50b) umfasst, welche im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung der fokussierenden Optik (54a; 54b) vorgelagert angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (100) für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv (12) zum Abbilden von Maskenstrukturen auf einen Wafer (138) sowie der Messvorrichtung (10) nach einem der vorausgehenden Ansprüche zur Vermessung eines Wellenfrontfehlers des Projektionsobjektivs.
Verfahren zum Vermessen eines Wellenfrontfehlers eines abbildenden optischen Systems (12) mit den Schritten: - Erzeugen einer Messwelle (26) zur Einstrahlung auf das optische System durch Beleuchtung von in einer Maskenebene (14) angeordneten Kohärenzstrukturen (36) mit einer Beleuchtungsstrahlung (32), - Bestimmen einer Intensitätsverteilung (70) der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene, sowie - Einstrahlen der Messwelle (26) auf das optische System, Vermessen der Messwelle nach Durchlaufen des optischen Systems, Ermitteln eines Einflusses der bestimmten Intensitätsverteilung (70) der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene auf das Messergebnis mittels optischer Propagationsrechnung und Ermitteln einer Abweichung der Wellenfront der Messwelle von einer Sollwellenfront aus dem Messergebnis unter Berücksichtigung des ermittelten Einflusses der Intensitätsverteilung in der Maskenebene.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung Streustrukturen (48) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Streustrukturen (48) an einer ersten Seite (58; 56) eines Retikelsubstrats (52) angeordnet werden, dessen andere Seite (56; 58) die Kohärenzstrukturen (36) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung (32) eine fokussierende Optik (54a; 54b) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem eine Streustrukturen (48) umfassende Streuscheibe (50a; 50b) im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung (32) der fokussierenden Optik (54a; 54b) vorgelagert angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Beleuchtungsstrahlung (32) von einem Beleuchtungssystem (30) erzeugt wird und das Bestimmen der Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene ein separates Vermessen einer Intensitätsverteilung der von dem Beleuchtungssystem erzeugten Beleuchtungsstrahlung sowie einer Streuverteilung der Streustrukturen (48) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Kohärenzstrukturen (36) in einem Maskenbereich (61) eines Retikelsubstrats angeordnet sind, im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung eine fokussierende Optik (54a) angeordnet ist und das Bestimmen der Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Maskenebene eine Bestimmung einer Positionsabweichung der fokussierenden Optik (54a) von einem Zentrum (62) des Maskenbereichs umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem ein die Kohärenzstrukturen aufweisendes Retikel (48) in der Maskenebene (14) angeordnet wird und die Bestimmung der Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung nach Wechselwirkung der Beleuchtungsstrahlung mit dem Retikel (48) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 oder 16, bei dem die Intensitätsverteilung (70) im Bereich der Maskenebene durch Abrastern der Maskenebene (14) mittels eines ein Mikroskopobjektiv umfassenden Intensitäts-Messmoduls (90) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 oder 16, bei dem als zu vermessendes abbildendes optisches System (12) ein in eine Projektionsbelichtungsanlage (100) für die Mikrolithographie integriertes Projektionsobjektiv verwendet wird und die Bestimmung der Intensitätsverteilung im Bereich der Maskenebene (14) mittels eines in einer Waferebene (116) der Projektionsbelichtungsanlage angeordneten Wellenfrontsensors (140) erfolgt.