DE102020210529A1

DE102020210529A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements

Info

Publication number: DE102020210529A1
Application number: DE102020210529.4A
Authority: DE
Inventors: Steffen Siegler; Ferdinand Djuric-Rissner; Armin Rund; Jochen Hetzler; Roland Lauter
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2022-02-24
Also published as: WO2022037898A1; CN115943285A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements. Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist folgende Schritte auf: Durchführen einer Interferogramm-Messreihe an dem optischen Element durch Überlagerung jeweils einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an wenigstens einem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten, über ein Referenzelement verlaufenden Referenzwelle, Durchführen weiterer Interferogramm-Messreihen an einer Mehrzahl von Kalibrierspiegeln zur Ermittlung von Kalibrierkorrekturen durch Überlagerung jeweils einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an dem wenigstens einen diffraktiven Element erzeugten und an dem jeweiligen Kalibrierspiegel reflektierten Kalibrierwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten, über das Referenzelement verlaufenden Referenzwelle, und Bestimmen der Passe des optischen Elements basierend auf der an dem optischen Element durchgeführten Interferogramm-Messreihe und den ermittelten Kalibrierkorrekturen, wobei bei Auswertung der durchgeführten Interferogramm-Messreihen ein unterschiedlicher Phasenbezug der Interferogramm-Messreihen in seinem Einfluss auf die Ermittlung der Kalibrierkorrekturen wenigstens teilweise kompensiert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Typische für EUV ausgelegte Projektionsobjektive, wie z.B. aus US 2016/0085061 A1 bekannt, können beispielsweise eine bildseitige numerische Apertur (NA) im Bereich von NA = 0.55 aufweisen und bilden ein (z.B. ringsegmentförmiges) Objektfeld in die Bildebene bzw. Waferebene ab. Mit der Erhöhung der bildseitigen numerischen Apertur (NA) geht typischerweise eine Vergrößerung der erforderlichen Spiegelflächen der in der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzten Spiegel einher. Dies hat wiederum zur Folge, dass neben der Fertigung auch die Prüfung der Oberflächenform der Spiegel eine anspruchsvolle Herausforderung darstellt. Hierbei kommen zur hochgenauen Prüfung der Spiegel insbesondere interferometrische Messverfahren zum Einsatz.
Dabei ist u.a. die Verwendung Computer-generierter Hologramme (CGH) bekannt, wobei eine am Spiegel (im Weiteren auch als „Prüfling“ bezeichnet) reflektierte Prüfwelle mit einer an einem Referenzspiegel reflektierten Referenzwelle zur Interferenz gebracht wird. Dabei weist das CGH eine entsprechend der Spiegelform ausgelegte, beugende CGH-Struktur zur Formung einer mathematisch der Prüflingsform entsprechenden Wellenfront auf. Weiter ist es z.B. auch bekannt, in einer Fizeau-Anordnung ein Interferogramm zwischen einer an einer Referenzfläche („Fizeau-Platte“) reflektierten Referenzwelle und einer an dem Spiegel reflektierten Prüfwelle zu erzeugen.
Zur möglichst genauen Charakterisierung der Oberflächenform des jeweiligen Prüflings ist es erforderlich, die letztlich zu ermittelnden Passefehler des Prüflings zuverlässig von „Interferometerfehlern“ (d.h. Fehlern im interferometrischen Messaufbau) zu unterscheiden. Sofern es sich bei der zu charakterisierenden Oberfläche des Prüflings um eine Freiformfläche (d.h. eine Fläche ohne Rotationssymmetrie) handelt, was bei EUV-Spiegeln i.d.R. der Fall ist, kann die zur Unterscheidung von Passefehlern des Prüflings von „Interferometerfehlern“ erforderliche Kalibrierung nicht allein im Wege einer Dreh-Mittelung erfolgen, sondern umfasst typischerweise die Durchführung weiterer Interferometer-Messungen anhand von (i.d.R. drei) Kalibrierspiegeln, die zu diesem Zweck anstelle des Prüflings nacheinander im interferometrischen Messaufbau eingesetzt werden. Dabei wird die über ein Referenzelement verlaufende bzw. am Referenzspiegel reflektierte Referenzwelle nicht mit der am Prüfling reflektierten Prüfwelle, sondern mit einer am jeweiligen Kalibrierspiegel reflektierten Kalibrierwelle überlagert. Die Bestimmung der Passe des Prüflings erfolgt dann unter Berücksichtigung der auf diese Weise ermittelten Kalibrierkorrekturen.
Dabei ist weiter auch die Verwendung komplex-kodierter CGHs bekannt, bei denen in ein- und dasselbe CGH zusätzlich zu der für die eigentliche Prüfung benötigten Funktionalität (d.h. der entsprechend der Spiegelform ausgelegten CGH-Struktur zur Formung der mathematisch der Prüflingsform entsprechenden Wellenfront) wenigstens eine weitere „Kalibrierfunktionalität“ zur Bereitstellung einer zur Kalibrierung bzw. Fehlerkorrektur dienenden Kalibrierwelle einkodiert ist.
Ein weiterer, bei der interferometrischen Charakterisierung der Oberflächenform des Prüflings zu berücksichtigender Umstand ist, dass im interferometrischen Messaufbau die Durchführung nur einer Intensitätsmessung noch nicht zur erforderlichen Ermittlung der Interferogrammphase (d.h. der Phasendifferenz zwischen der am Prüfling bzw. Kalibrierspiegel reflektierten Welle einerseits und der über das Referenzelement verlaufenden Referenzwelle andererseits) ausreicht. Vielmehr ist zur Bestimmung der Interferogrammphase sowohl bei Messung des Prüflings als auch bei Messung der Kalibrierspiegel - sofern nicht ein sogenanntes DMI-Verfahren (DMI = „direkte messende Interferometrie“) eingesetzt wird - jeweils die Durchführung einer Vielzahl von Intensitätsmessungen erforderlich, welche sich durch z.B. die Position oder Kippstellung des Referenzelements oder hinsichtlich des (über ein oder mehrere polarisationsbeeinflussende Elemente eingestellten) Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Im Falle des interferometrischen Messaufbaus mit einem Referenzspiegel kann hierzu in einem auch als „Phasenschieben“ bezeichneten Verfahren z.B. eine sukzessive axiale Verschiebung des Referenzspiegels unter Durchführung einer entsprechend großen Vielzahl von (z.B. größenordnungsmäßig mehreren 1.000) Intensitätsmessungen für die unterschiedlichen axialen Positionen des Referenzspiegels erfolgen, wobei aus der hierbei im Intensitätssignal des Detektors (z.B. CCD-Kamera) erhaltenen, typischerweise sinusförmigen Modulation der Wert der Interferogrammphase relativ zu einer jeweils definierten Bezugslinie als Phasen-Nullpunkt bzw. Phasenreferenz ermittelt werden kann. Bei einem Referenzspiegel- oder Fizeau-Interferometer kann die Phase moduliert werden, indem der Referenzspiegel oder das Fizeau-Element axial verschoben oder um eine laterale Achse verkippt wird.
Des Weiteren sind auch als „Polarisations-Phasenschiebende Interferometrie“ bezeichnete Verfahren bekannt. Hier besitzen die Prüf- und Referenzwelle unterschiedliche Polarisationen, die durch Variation eines bestimmten Polarisationselements (z.B. durch Drehung eines Linear-Polarisators) veränderlich sind. Diese Änderungen der Polarisationen führen zu Intensitäts-Modulationen und damit zu Modulationen in der Interferogramm-Phase. Auch hier können die Phasenwerte nur bezüglich einer bestimmten Phasenreferenz bestimmt werden.
Neben diesen phasenschiebenden Interferometrie-Verfahren sind auch die bereits zuvor erwähnten, als „direkte messende Interferometrie“ bezeichneten Verfahren (= DMI-Verfahren) bekannt, bei denen durch z.B. eine spezielle Verkippung des Referenzelements eine Modulation in der Intensitätsmessung eingeführt wird und bei denen Interferogramm-Phasen aus einer einzelnen Intensitätsmessung unter Ausnutzung bestimmter Nachbarschaftsbeziehungen bestimmt werden können. Auch hierbei sind die Phasenwerte lediglich bezüglich eines in bestimmter Weise gewählten Phasen-Nullpunktes bzw. einer Phasenreferenz gegeben.
Allen interferometrischen Verfahren mit einer quantitativen Bestimmung der Interferogramm-Phasen ist gemeinsam, dass Interferogramm-Phasen aus Intensitäts-Modulationen bestimmt werden und dass diese Intensitäts-Modulationen vorzugsweise durch Änderungen der Referenzwelle erzeugt werden. Die Intensitäts-Modulationen entsprechen hierbei Modulationen der Interferogramm-Phase. Über die Interferogrammphasen-Modulationen können Phasenwerte lediglich relativ zu einem definierten Phasenbezug angegeben werden; eine Bestimmung absoluter Interferogramm-Phasenwerte ist grundsätzlich nicht möglich, was sich auch in der fundamentalen Tatsache wiederspiegelt, dass Phasenwerte lediglich „Modulo 2π“ bestimmt sind.
In den oben erwähnten Kalibrierverfahren, in denen neben Messungen des Prüflings auch Messungen an Kalibrierspiegeln durchgeführt werden, kommt erschwerend hinzu, dass es für einen gemeinsamen Phasenbezug auch zwischen allen Interferogramm-Messreihen zwingend erforderlich ist, dass die für die Intensitäts-Modulation eingeführten Änderungen der Referenzwelle bei sämtlichen Messungen identisch sind.
Angesichts der in Lithographie-Anwendungen bestehenden hohen Genauigkeitsanforderungen müssen auch die vorstehenden Interferogrammphasen-Bestimmungen mit hoher Präzision erfolgen, was in der Praxis eine anspruchsvolle Herausforderung darstellt. Ein erschwerender Umstand ist hierbei das Vorhandensein von sogenannten Strukturversatzfehlern des CGH (d.h. einem i.d.R. örtlich variablem Versatz der auf dem CGH vorhandenen beugenden Struktur, engl.: „Placementfehler“). Eine vorrangige Aufgabe von Kalibrierverfahren ist es, insbesondere solche Strukturversatzfehler als i.d.R. bedeutsame Interferometerfehler zu korrigieren.
Bei manchen Spiegeln kann es wegen ihrer Größe vorteilhaft sein, nur Teilbereiche der Oberfläche mit jeweils dafür ausgelegten und daher unterschiedlichen CGHs zu prüfen. Hierbei muss ein so genanntes Stitching der Interferogramm-Phasen durchgeführt werden, da diese für unterschiedliche Oberflächenbereiche vorliegen und unter Ausnutzung geeignet gewählter Überlappbereiche zu einer zusammenhängenden Phasenverteilung zusammengeführt werden müssen. Für jedes CGH werden jeweils auch Interferometer-Messungen an geeigneten Kalibriersphären ausgeführt. Bei der für solche Stitching-Prüflinge notwendigen Kalibrierkorrektur besteht nicht nur das eingangs beschriebene Problem, dass ein korrekter Phasenbezug zwischen den Kalibriermessungen für ein einzelnes CGH gegeben sein muss, sondern auch das weitere Problem, dass ein korrekter Phasenbezug zwischen den Kalibriermessungen und den Prüflingsmessungen an den unterschiedlichen CGHs gegeben sein muss. Um die Interferogramm-Phasen auf den einzelnen Spiegel-Bereichen fehlerfrei aneinander anschließen zu können, muss in den Überlappbereichen ein gemeinsamer Phasenbezug für alle Messungen am Prüfling und an allen Kalibriersphären für sämtliche in den Messungen verwendete CGHs sichergestellt sein.
Allen aufgeführten Problemfällen ist gemeinsam, dass fehlerhafte Vorhersagen für den Passefehler des Prüflings letztlich zu einer ebenfalls fehlerhaften Oberflächenbearbeitung führen würde, die im Ergebnis Wellenfrontaberrationen des gesamten optischen Systems und damit eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems bzw. der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zur Folge hätte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements bereitzustellen, welche eine erhöhte Genauigkeit unter zumindest teilweiser Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements in einer interferometrischen Prüfanordnung weist folgende Schritte auf:

- Durchführen einer Interferogramm-Messreihe an dem optischen Element durch Überlagerung jeweils einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an einem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten, über ein Referenzelement verlaufenden Referenzwelle;
- Durchführen weiterer Interferogramm-Messreihen an einer Mehrzahl von Kalibrierspiegeln zur Ermittlung von Kalibrierkorrekturen durch Überlagerung jeweils einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an dem diffraktiven Element erzeugten und an dem jeweiligen Kalibrierspiegel reflektierten Kalibrierwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten, über das Referenzelement verlaufenden Referenzwelle; und

- Bestimmen der Passe des optischen Elements basierend auf der an dem optischen Element durchgeführten Interferogramm-Messreihe und den ermittelten Kalibrierkorrekturen;
- wobei bei Auswertung der durchgeführten Interferogramm-Messreihen ein unterschiedlicher Phasenbezug der Interferogramm-Messreihen in seinem Einfluss auf die Ermittlung der Kalibrierkorrekturen wenigstens teilweise kompensiert wird.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Bestimmen der Passe des optischen Elements unter Berücksichtigung von durch einen Drift einer Referenzposition des Referenzelements zwischen unterschiedlichen Interferogramm-Messreihen hervorgerufenen Phasen-Offsets. Dabei kann es sich insbesondere um einen zwischen unterschiedlichen Interferogramm-Messreihen vorhandenen Drift der anfänglichen Verschiebe-Position des Referenzelements (als Startposition des Referenzelements beim Phasenschieben, die in den Interferogramm-Messreihen als Phasen-Nullpunkt bzw. Phasenreferenz dient) handeln. Alternativ kann anstelle der Startposition auch eine andere Referenzposition des Referenzelements für einen Phasenbezug genutzt werden. Im Falle eines Fizeau-Elements bezieht sich der Drift auf die (Start-) Verschiebe-Position der Referenzfläche, im Falle eines Phasenschiebens mit Polarisation auf die (Start-) Drehstellung eines drehbaren Linear-Polarisators.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements in einer interferometrischen Prüfanordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Durchführen einer Interferogramm-Messreihe an dem optischen Element durch Überlagerung jeweils einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an wenigstens einem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten, über ein Referenzelement verlaufenden Referenzwelle;
- Durchführen weiterer Interferogramm-Messreihen an einer Mehrzahl von Kalibrierspiegeln zur Ermittlung von Kalibrierkorrekturen durch Überlagerung jeweils einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an dem wenigstens einem diffraktiven Element erzeugten und an dem jeweiligen Kalibrierspiegel reflektierten Kalibrierwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten, über das Referenzelement verlaufenden Referenzwelle; und
- Bestimmen der Passe des optischen Elements basierend auf der an dem optischen Element durchgeführten Interferogramm-Messreihe und der ermittelten Kalibrierkorrekturen;
- das Bestimmen der Passe des optischen Elements unter Berücksichtigung von durch einen Drift einer Referenzposition des Referenzelements zwischen unterschiedlichen Interferogramm-Messreihen hervorgerufenen Phasen-Offsets erfolgt.

Gemäß einer Ausführungsform werden die Phasen-Offsets als konstant angenommen. Ein Phasen-Offset mit konstanten Werten ergibt sich dabei streng genommen nur dann, wenn der Referenzspiegel ein Planspiegel ist. Bei einem gekrümmten Referenzspiegel entstehen neben konstanten Phasenwerten auch noch zusätzliche, über das Interferogramm hinweg veränderliche Phasenwerte. Da jedoch die Passefehler des Referenzspiegels auch im Kalibrierverfahren berücksichtigt werden, ist in niedrigster Ordnung im Wesentlichen nur die konstante Phase relevant.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Berücksichtigung der Phasen-Offsets unter Aufnahme von diesen Phasen-Offsets entsprechenden Unbekannten in ein der Ermittlung der Kalibrierkorrekturen zugrunde gelegtes Gleichungssystem.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Berücksichtigung der Phasen-Offsets basierend auf zusätzlichen Messergebnissen. Diese zusätzlichen Messergebnisse können auf am Referenzelement durchgeführten Oberflächenmessungen, am Referenzelement durchgeführten Positionsmessungen und/oder auf einem Phasenabgleich basieren. Der Phasenabgleich kann insbesondere über auf dem wenigstens einen diffraktiven Element vorhandene Littrow-Strukturen oder über eine Verkippung des Referenzelements erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Interferogramm-Messreihen jeweils eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen, welche sich hinsichtlich der Position des Referenzelements voneinander unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform wird während jeder der Interferogramm-Messreihen eine axiale Verschiebung des Referenzelements durchgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Interferogramm-Messreihen jeweils eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der am Referenzspiegel reflektierten Referenzwelle voneinander unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Durchführen der Interferogramm-Messreihen jeweils separat für wenigstens zwei diffraktive Elemente, welche sich hinsichtlich der zur Erzeugung der Kalibrierwellen vorhandenen diffraktiven Strukturen voneinander unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Interferogramm-Messungen für unterschiedliche Polarisationszustände der elektromagnetischen Strahlung durchgeführt.
Der Erfindung liegt zunächst die seitens der Erfinder gewonnene Erkenntnis zugrunde, dass bei der eingangs diskutierten interferometrischen Charakterisierung der Oberflächenform ein signifikanter Fehlerbeitrag in Form eines insbesondere konstanten Phasen-Offsets daraus resultiert, dass einerseits der - wie vorstehend beschrieben zur Ermittlung von Interferogrammphasen unabdingbare - Prozess des „Phasenschiebens“ sowohl bei der eigentlichen interferometrischen Vermessung des Prüflings als auch bei dem zur Ermittlung der Kalibrierkorrekturen erforderlichen Einsatz der Kalibrierspiegel durchgeführt werden muss, andererseits jedoch der hierdurch bedingte Wechsel zwischen Prüfling und Kalibrierspiegel bzw. zwischen den verschiedenen Kalibrierspiegeln untereinander unweigerlich dazu führt, dass die beim Phasenschieben anhand der Modulation des jeweiligen Intensitätssignals erfolgenden Interferogrammphasen-Bestimmungen sich hinsichtlich der jeweiligen zum Zwecke eines Phasenbezugs definierten Bezugslinie voneinander unterscheiden.
Mit anderen Worten führt bereits ein sehr geringer Positionierfehler des Referenzelements bzw. Referenzspiegels - im Sinne eines Unterschieds zwischen den jeweiligen, für die Bestimmung der Interferogrammphase gewählten bzw. definierten Bezugslinien (also unterschiedlichen, z.B. axialen Startpositionen des Referenzelements beim jeweiligen Start des Phasenschiebens für die aufeinanderfolgend zu messenden Komponenten, d.h. Prüfling und Kalibrierspiegel) dazu, dass auch im letztlich erhaltenen Messergebnis der Interferogrammphasen ein Fehlerbeitrag in Form eines (insbesondere konstanten) Phasen-Offsets enthalten ist. Zwar kommt zur Berücksichtigung dieses Fehlerbeitrages grundsätzlich eine (Absolut-) Messung des Abstandes zwischen CGH und Referenzelement in Betracht, diese Abstandsmessung hätte dann jedoch mit extrem hoher Genauigkeit zu erfolgen (da bei einer beispielhaften typischen Arbeitswellenlänge von λ=532nm bereits ein Abstands-Messfehler von größenordnungsmäßig 500nm bereits einen Phasenfehler in der Größenordnung von 1*λ zur Folge hätte).
Die Erfindung geht dabei insbesondere von der Überlegung aus, dass ungleiche Änderungen der Referenzwelle bei den Messungen mit einer unterschiedlichen Wahl des Phasen-Nullpunktes bzw. der Phasenreferenz in den Messungen einhergehen, was wiederum dazu führt, dass sich die Interferogramm-Phasen der einzelnen Messungen insbesondere durch unbekannte und i.d.R. konstante Phasen-Offsets unterscheiden. Die Kalibrierverfahren setzen jedoch voraus, dass in sämtlichen Messungen an den Kalibrierspiegeln dieselben Interferometerfehler vorliegen. Ein unterschiedlicher Phasenbezug zwischen den Messungen an den einzelnen Kalibrierspiegeln entspricht einem in jeder Kalibrierspiegel-Messung verschiedenen Interferometerfehler mit der Folge, dass Interferometerfehler im Weiteren nicht korrekt aus den Messungen am eigentlichen Prüfling herausgerechnet werden können.
Seitens der Erfinder wurde insbesondere erkannt, dass es bei ungleichem Phasenbezug in Interferogramm-Messungen an Kalibrierspiegeln und der dann auftretenden unterschiedlichen Phasen-Offsets zu einer fehlerhaften Interpretation der Strukturversatzfehler kommt, was wiederum zu einer fehlerhaften Vorhersage für die Passefehler des Prüflings führt. In interferometrischen Verfahren mit Messungen bei mehreren unterschiedlichen Polarisationszuständen in der Eingangsbeleuchtung des Interferometers ist selbst bei Messung an einem einzelnen optischen Element (Prüfling oder Kalibrierspiegel) ein gemeinsamer Phasenbezug der Interferogramm-Phasen in den jeweiligen Messungen mit unterschiedlicher Polarisation nicht in idealer Weise gewährleistet, was zu unbekannten Phasen-Offsets in den Interferogramm-Phasen zwischen den Messungen mit unterschiedlicher Polarisation und letztlich zu Fehlern in der vorhergesagten Passe des Prüflings führt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das diffraktive Element ein Computer-generiertes Hologramm (CGH). Das Computer-generierte Hologramm (CGH) kann insbesondere zur Bereitstellung der Prüfwelle und der Kalibrierwellen eine komplexe Kodierung besitzen.
Gemäß einer Ausführungsform wird auf Basis der Passe des optischen Elements eine Oberflächenbearbeitung des optischen Elements durchgeführt.
Das hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierende optische Element kann insbesondere ein Spiegel sein. Des Weiteren kann das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt sein. Insbesondere kann das optische Element ein optisches Element einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sein.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, ein Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen durchzuführen. Zu Vorteilen sowie vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines möglichen Aufbaus einer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren interferometrischen Prüfanordnung;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines bei Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements mit einer interferometrischen Prüfanordnung auftretenden Problems;
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines weiteren möglichen Aufbaus einer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren interferometrischen Prüfanordnung; und
7 eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
7 zeigt zunächst eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, welche mit einem erfindungsgemäßen Verfahren prüfbare Spiegel aufweist.
Gemäß 7 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 710 einen Feldfacettenspiegel 703 und einen Pupillenfacettenspiegel 704 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 703 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 701 und einen Kollektorspiegel 702 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 704 sind ein erster Teleskopspiegel 705 und ein zweiter Teleskopspiegel 706 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 707 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 721-726 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 731 auf einem Maskentisch 730 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 741 auf einem Wafertisch 740 befindet.
Bei dem in einer im Weiteren beschriebenen interferometrischen Prüfanordnung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüften optischen Element kann es sich z.B. um einen beliebigen Spiegel der Projektionsbelichtungsanlage 710 handeln.
1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines möglichen Aufbaus einer interferometrischen Prüfanordnung zur Prüfung eines Spiegels unter Verwendung eines CGH.
Gemäß 1 tritt die von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle erzeugte und aus der Austrittsfläche eines Lichtwellenleiters 101 austretende Beleuchtungsstrahlung als Eingangswelle mit einer sphärischen Wellenfront aus, durchläuft einen Strahlteiler 102 und trifft auf ein komplex kodiertes CGH 104. Das CGH 104 erzeugt in Transmission im Beispiel aus der Eingangswelle gemäß seiner komplexen Kodierung insgesamt fünf Ausgangswellen, von denen die eine Ausgangswelle als Prüfwelle auf die Oberfläche des hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Elements bzw. Spiegels 105 (= Prüfling) auftrifft, wobei die Prüfwelle eine an die Sollform der Oberfläche dieses Spiegels 105 angepasste Wellenfront besitzt. Des Weiteren erzeugt das CGH 104 aus der Eingangswelle in Transmission gemäß seiner komplexen Kodierung drei weitere Ausgangswellen als Kalibrierwellen, welche in ihrer Wellenfront jeweils an einem von drei Kalibrierspiegeln S1, S2 bzw. S3 angepasst sind. Das CGH 104 erzeugt ferner eine Referenzwelle, welche auf einen Referenzspiegel 106 trifft.
Indem nun zunächst der hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierende Spiegel 105 und dann nacheinander die Kalibrierspiegel S1, S2 und S3 eingebaut werden, wird nacheinander die am Referenzspiegel 106 reflektierte Referenzwelle mit der vom Spiegel 105 reflektierten Prüfwelle oder mit einer der vom jeweiligen Kalibrierspiegel S1, S2 bzw. S3 reflektierten Kalibrierwellen zur Interferenz gebracht. Hierzu treffen die jeweils vom Referenzspiegel 106 einerseits und die vom Spiegel 105 bzw. einem der Kalibrierspiegel S1, S2 bzw. S3 reflektierten Strahlen andererseits wieder auf den Strahlteiler 102 und werden von diesem in Richtung einer z.B. als CCD-Kamera ausgelegten Interferometerkamera 108 reflektiert, wobei sie ein Okular 107 durchlaufen. Die Interferometerkamera 108 erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferogramm, aus dem über eine Auswerteeinrichtung 109 die tatsächliche Form der optischen Oberfläche des Spiegels 105 bestimmt wird.
Dabei erfolgt in für sich bekannter Weise und wie einleitend beschrieben in einem auch als „Phasenschieben“ bezeichneten Prozess eine (in 1 über den Doppelpfeil angedeutete) sukzessive axiale Verschiebung des Referenzspiegels 106 unter Durchführung einer entsprechend hohen Anzahl von Intensitätsmessungen für unterschiedliche axiale Positionen des Referenzspiegels 106, so dass aus der im Intensitätssignal der Interferometerkamera 108 erhaltenen, typischerweise sinusförmigen Modulation dann der Wert der Interferogrammphase relativ zu einer jeweils definierten Bezugslinie als Phasen-Nullpunkt bzw. Phasenreferenz ermittelt werden kann; die Verwendung eines planen Referenzspiegels 106 ist hierbei von Vorteil.
Die Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung erfolgt schwerpunktmäßig für das Phasenschiebende Verfahren in einem Referenzspiegel-Interferometer, wobei diese Darstellung lediglich beispielhaft und die Erfindung nicht auf dieses Verfahren beschränkt ist.
2 zeigt nun eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines der Erfindung zugrundeliegenden Problems bzw. einer einen Ausgangspunkt der Erfindung bildenden Überlegung. Gemäß 2 ist für drei Orte auf der Interferometerkamera 108 (d.h. für drei unterschiedliche Pixel) die jeweils beim vorstehend genannten Phasenschieben erhaltene, typischerweise sinusförmige Modulation des Intensitätssignals schematisch aufgetragen, und zwar im linken Teil von 2 bei Vermessung des ersten Kalibrierspiegels S1 und im rechten Teil von 2 bei Vermessung des zweiten Kalibrierspiegels S2.
Ebenfalls in 2 schematisch dargestellt ist eine zwischen den jeweiligen Interferogramm-Messreihen für den ersten Kalibrierspiegel S1 einerseits und den zweiten Kalibrierspiegel S2 andererseits im Allgemeinen nicht zu vermeidende Änderung hinsichtlich der jeweiligen Startposition des Referenzspiegels 106 sowie den hieraus resultierenden Phasen-Offset für die erhaltene Interferogrammphase (wobei dieser Phasen-Offset über den Doppelpfeil im oberen rechten Diagramm von 2 repräsentiert ist). Die Startposition des Referenzspiegels ist hier lediglich beispielhaft und stellt nur eine von vielen Möglichkeit dar, eine Referenz zur Herstellung eines Phasenbezugs in den Interferogramm-Phasen zu definieren. Jede andere Position des Referenzspiegels kann als gleichwertige Phasenreferenz benutzt werden.
Die vorstehend beschriebene Entstehung von Phasen-Offsets hat nun ohne weitere Maßnahmen zur Folge, dass die anhand der Vermessung der Kalibrierspiegel S1, S2 und S3 erhaltenen Kalibrierkorrekturen ebenfalls fehlerhaft sind und zu einer unzutreffenden Berücksichtigung von vermeintlichen Interferometerfehlern bei der Charakterisierung der Oberflächenform des Prüflings bzw. Spiegels 106 führen. Dies hätte wiederum eine fehlerhafte, weil auf dieser Charakterisierung der Oberflächenform basierende Oberflächenbearbeitung der Freiformfläche des Spiegels 106 und damit letztlich auch eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des zugehörigen optischen Systems zur Folge.
Die Lösung des oben beschriebenen Problems erfolgt nun gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in solcher Weise, dass in ein der Kalibrierung zugrunde gelegtes Gleichungssystem von vornerein konstante Phasen-Offsets zusätzlich aufgenommen und bei Lösung des Gleichungssystems mitbestimmt werden.
Erfindungsgemäß werden somit in dem Gleichungssystem aus den sogenannten „Kalibriergleichungen“, die auf Basis eines bestimmten Modells zur Beschreibung der jeweiligen Interferogrammphase aus den für die betreffenden Kalibrierspiegel bei den Interferogramm-Messreihen erhaltenen Messergebnissen dienen, die o.g., konstanten Phasen-Offsets als zusätzliche unbekannte Größen (die aber immerhin über das Interferogramm bzw. Kamerafeld konstant angenommen werden können) aufgenommen bzw. bei Lösung des Gleichungssystems mitbestimmt.
3 zeigt hierzu ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer beispielhaften ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß 3 erfolgt in einem ersten Schritt S310 in für sich bekannter Weise und in dem zuvor anhand von 1 erläuterten interferometrischen Messaufbau die Durchführung einer (ersten) Interferogramm-Messreihe an dem hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element bzw. Prüfling, wobei jeweils die durch Beugung am diffraktiven Element bzw. CGH erzeugte und am Prüfling reflektierte Prüfwelle mit der nicht am optischen Element, sondern am Referenzspiegel reflektierten Referenzwelle überlagert wird.
Dabei erfolgt die Durchführung dieser Interferogramm-Messreihe unter „Phasenschieben“, d.h. wie bereits beschrieben unter Durchführung einer entsprechend hohen Anzahl von Intensitätsmessungen für unterschiedliche axiale Positionen des Referenzspiegels zwecks Erhalt einer sinusförmigen Modulation und der darauf basierenden Ermittlung des Wertes der jeweiligen Interferogrammphase.
Sodann erfolgt unter erneuter Bezugnahme auf 3 im Schritt S320 die zu Schritt S310 analoge Durchführung von weiteren Interferogramm-Messreihen (einschließlich Phasenschieben) an den jeweiligen Kalibrierspiegeln S1, S2, S3. Hierzu wird aufeinanderfolgend jeweils einer der Kalibrierspiegel anstelle des Prüflings in den interferometrischen Messaufbau eingesetzt, und das Phasenschieben wird dann für den betreffenden Kalibrierspiegel S1, S2 bzw. S3 wiederholt.
Anschließend erfolgt erfindungsgemäß nun im Schritt S330 die Ermittlung von Kalibrierkorrekturen unter Berücksichtigung konstanter Phasen-Offsets, wie bereits vorstehend beschrieben und im Weiteren anhand einer mathematischen Betrachtung noch detaillierter erläutert wird.
Daraufhin erfolgt im Schritt S340 die Charakterisierung der Oberflächenform bzw. Bestimmung der Passe des optischen Elements bzw. Prüflings auf Basis der im Schritt S310 durchgeführten Interferogramm-Messungen und der im Schritt S330 ermittelten Kalibrierkorrekturen. Dann werden im Schritt S350 die entsprechenden Daten für die Oberflächenbearbeitung des optischen Elements bzw. Prüflings bestimmt, woraufhin im Schritt S360 die Oberfläche des optischen Elements dementsprechend bearbeitet werden kann.
4 zeigt ein weiteres Flussdiagramm zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei werden im Vergleich zu 3 analoge Verfahrensschritte mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
Die Ausführungsform gemäß 4 unterscheidet sich von derjenigen aus 3 durch die in einem zusätzlichen Schritt S415 erfolgende Bereitstellung weiterer Messergebnisse, welche dann wie im Flussdiagramm von 4 dargestellt zur im Schritt S430 erfolgenden Ermittlung von Kalibrierkorrekturen unter Berücksichtigung konstanter Phasen-Offsets herangezogen werden. Bei den im Schritt S415 bereitgestellten, weiteren Messergebnissen kann es sich um Ergebnisse von am Referenzspiegel durchgeführten Oberflächenmessungen oder Positionsmessungen handeln. Messungen der axialen Position des Referenzspiegels können z.B. anhand von Katzenaugen-Strukturen oder mit einem zusätzlich eingebrachten Interferometer durchgeführt werden und dienen zur Bestimmung einer axialen Referenzposition für den Referenzspiegel und im weiteren zur Bestimmung der konstanten Phasen-Offsets mit einer bestimmten Genauigkeit. Bei einem Referenzspiegel-Interferometer können die vorstehend genannten Katzenaugen-Strukturen als Zusatzstrukturen auf demselben CGH angebracht werden, das u.a. die Prüf- und Kalibrierwellen erzeugt. Bei einem Fresnel-Interferometer können solche Katzenaugen-Strukturen auf dem Kollimator vor der Fresnel-Fläche angebracht werden.
Zusätzlich oder alternativ können im Schritt S415 Messinformationen auf einem Phasenabgleich zwischen den Interferogramm-Messungen an den Kalibrierspiegeln basieren. Ein solcher Phasenabgleich kann z.B. über auf den CGH vorhandene Littrow-Strukturen, die neben der Referenzwelle eine zweite mit der einfallenden Welle identische aber in entgegen gesetzter Richtung laufende Welle erzeugen, oder über eine Verkippung des Referenzspiegels mit einer daraus resultierenden charakteristischen Phasenmodulation über das Interferogramm hinweg realisiert werden. Des Weiteren können im Schritt S415 zusätzlich oder alternativ Messinformationen aus der Durchführung von Interferogramm-Messreihen an weiteren hinsichtlich ihrer Lage und Orientierung sich unterscheidenden Kalibrierspiegeln stammen, wenn das verwendete CGH die hierfür notwendigen Kalibrierwellen zusätzlich bereitstellt.
5 zeigt ein weiteres Flussdiagramm zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei sind wiederum zu 4 analoge Verfahrensschritte mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
Die Ausführungsform gemäß 5 unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen aus 3 und 4 dadurch, dass die jeweilige Durchführung von Interferogramm-Messungen mit Phasenschieben sowohl am hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element bzw. Prüfling (im Schritt S510) als auch an den Kalibrierspiegeln (im Schritt S520) nicht unter Verwendung nur eines (ersten) CGH's, sondern zusätzlich in weiteren Schritten S511 bzw. S521 auch unter Verwendung eines zweiten CGH's durchgeführt wird.
Die gemäß 5 erfolgende Berücksichtigung von für zwei unterschiedliche CGH's durchgeführten Interferogramm-Messungen hat - wie aus der im Weiteren noch folgenden detaillierteren mathematischen Betrachtung ersichtlich - den Vorteil, dass die letztlich zu bestimmenden Größen ohne Auflösungsverlust ermittelt werden können, da das Gleichungssystem bei Verwendung von zwei CGH's nicht mehr unterbestimmt ist. Zugleich macht sich die Erfindung gemäß dieser Ausführungsform den Umstand zu Nutze, dass der Einsatz von zwei unterschiedlich komplex kodierten CGH's, welche sich hinsichtlich der zur Erzeugung der Kalibrierwellen vorhandenen Strukturen, nicht jedoch hinsichtlich der zur Erzeugung der Prüfwelle vorhandenen Strukturen (also hinsichtlich des „an den Prüfling angepassten Anteils“) voneinander unterscheiden, ohnehin bei der Vermessung von Freiformflächen vorteilhaft ist, da bei geeigneter Auslegung der betreffenden CGH's erreicht werden kann, dass im jeweiligen Interferogramm vorhandene Reflexfehlstellen sich für die beiden CGH's an unterschiedlichen Positionen befinden. Bildet man die Differenz der Interferogramm-Phasen zu den unterschiedlichen Interferogramm-Messungen des Prüflings für die beiden CGHs, so wird der Phasenbeitrag durch die eigentlich zu bestimmenden Passefehler des Prüflings eliminiert und liefert somit eine weitere von Passefehlern des Prüflings unabhängige Kalibriergleichung, die es erlaubt, weitere Unbekannte zu bestimmen.
Erfindungsgemäß werden konstante Phasen-Offsets φ̅, welche in den für den Prüfling und die Kalibrierspiegel durchgeführten unterschiedlichen Interferometer-Messreihen Unsicherheiten z.B. infolge eines im Allgemeinen unvermeidlichen Drifts in der Position des Referenzelements darstellen, mit in das der Kalibrierung zugrunde gelegte lineare Gleichungssystem aufgenommen. Diese konstanten Phasen-Offsets φ̅ stellen zusätzliche Unbekannte dar, die beim Lösen des Gleichungssystems bestimmt werden müssen. Da die Phasen-Offsets φ̅ für sämtliche Pixel identisch sind, muss das entsprechend große Gleichungssystem für sämtliche Pixel gemeinsam gelöst werden (sofern die Phasen-Offsets φ̅ nicht durch separate Messungen vorliegen). $\begin{array}{l} Φ_{S 1} = 2 (k_{x, S 1}^{'} - k_{x, R}^{'}) \cdot δ_{x} + 2 (k_{y, S 1}^{'} - k_{y, R}^{'}) \cdot δ_{y} + 2 (k_{z, S 1}^{'} - k_{z, R}^{'}) \cdot δ_{z} \\ + φ_{R}^{P} - {\bar{φ}}_{S 1} \end{array}$
$\begin{array}{l} Φ_{S 2} = 2 (k_{x, S 2}^{'} - k_{x, R}^{'}) \cdot δ_{x} + 2 (k_{y, S 2}^{'} - k_{y, R}^{'}) \cdot δ_{y} + 2 (k_{z, S 2}^{'} - k_{z, R}^{'}) \cdot δ_{z} \\ + φ_{R}^{P} - {\bar{φ}}_{S 2} \end{array}$
$\begin{array}{l} Φ_{S 3} = 2 (k_{x, S 3}^{'} - k_{x, R}^{'}) \cdot δ_{x} + 2 (k_{y, S 3}^{'} - k_{y, R}^{'}) \cdot δ_{y} + 2 (k_{z, S 3}^{'} - k_{z, R}^{'}) \cdot δ_{z} \\ + φ_{R}^{P} - {\bar{φ}}_{S 3} \end{array}$
$\begin{array}{l} Φ_{F} = 2 (k_{x, F}^{'} - k_{x, R}^{'}) \cdot δ_{x} + 2 (k_{y, F}^{'} - k_{y, R}^{'}) \cdot δ_{y} + 2 (k_{z, F}^{'} - k_{z, R}^{'}) \cdot δ_{z} \\ + φ_{R}^{P} - {\bar{φ}}_{F} + φ_{F}^{P} \\ \Rightarrow φ_{F}^{P}, δ_{x}, δ_{y}, δ_{z}, φ_{R}^{P}, {\bar{φ}}_{S 1}, {\bar{φ}}_{S 2}, {\bar{φ}}_{S 3}, {\bar{φ}}_{F} \end{array}$
Dabei bezeichnet der Index „F“ die am zu prüfenden Spiegel (Freiformfläche) reflektierte Prüfwelle, die Indizes S1, S2, S3 bezeichnen die an den Kalibrierspiegeln reflektierten Kalibrierwellen und der Index R bezeichnet die am Referenzspiegel reflektierte Referenzwelle. Des Weiteren werden folgende Bezeichnungen verwendet:

ϕ: relative (z.B. gemessene) Interferogramm-Phase, die bis auf einen konstanten Phasen-Offset bestimmt ist
δx, δy, δz: lokaler Strukturversatzfehler der beugenden Struktur in allen drei Raumrichtungen
kx, ky, kz: Komponenten des Wellenzahlvektors für die verschiedenen durch das CGH erzeugten Wellen
: in sämtlichen Messungen gemeinsamer Phasenfehler (insbesondere Passefehler der Referenzspiegel-Oberfläche sowie rigorose Fehler in der beugenden Struktur des CGH)
: zu bestimmende Passe-Fehler des zu prüfenden Spiegels
φ̅: konstante (d.h. für sämtliche Pixel im Interferogramm identische) Phasen-Offsets

In den Gleichungen zu den Interferogramm-Phasen ϕ_S1, ϕ_S2 und ϕ_S3 für die Kalibrierspiegel wurden die Passefehler $φ_{S 1}^{P}, φ_{S 2}^{P}$
und $φ_{S 3}^{P}$
der Kalibrierspiegel zur Vereinfachung weggelassen, da diese anhand spezieller Messungen sehr gut bekannt sind und somit von den gemessenen Phasen ϕ_S1, ϕ_S2 und ϕ_S3 formal abgezogen werden können. Vorteilhaft ist es auch, wenn in allen Messungen an den Kalibrierspiegeln ein identischer aber unterschiedlich positionierter Kalibrierspiegel verwendet wird.
Für drei Kalibrierspiegel ergeben sich zunächst pro Kamerapixel drei Gleichungen, aus denen drei Größen pixelweise durch Lösen des Gleichungssystems bestimmt werden können. Mit Einführung der Phasen-Offsets φ̅ für die drei Kalibrierspiegel ergeben sich drei zusätzlich zu bestimmende, konstante (d.h. nicht lokale) Größen. Für eine vereinfachte Darstellung kann nun näherungsweise angenommen werden, dass für den z-Strukturversatzfehler (d.h. den Passe-Fehler der strukturierten CGH-Oberfläche) die Abhängigkeit vom Wellenzahlvektor für alle Kalibrierspiegel und für den Prüfling übereinstimmt und dem gemeinsamen Phasenfehler $φ_{R}^{P}$
zugerechnet werden kann (diese Näherung muss nicht gemacht werden, wenn eine Messung an einem vierten Kalibrierspiegel durchgeführt wird, wodurch sich eine weitere Kalibriergleichung ergibt; die vorliegende Erfindung ist entsprechend übertragbar auf Kalibrierverfahren unter Verwendung von mehr als drei Kalibrierspiegeln). Damit ergibt sich folgendes Gleichungssystem $Φ_{S 1} = 2 (k_{x, S 1}^{'} - k_{x, R}^{'}) \cdot δ_{x} + 2 (k_{y, S 1}^{'} - k_{y, R}^{'}) \cdot δ_{y} + φ_{R}^{P} - {\bar{φ}}_{S 1}$
$Φ_{S 2} = 2 (k_{x, S 2}^{'} - k_{x, R}^{'}) \cdot δ_{x} + 2 (k_{y, S 2}^{'} - k_{y, R}^{'}) \cdot δ_{y} + φ_{R}^{P} - {\bar{φ}}_{S 2}$
$Φ_{S 3} = 2 (k_{x, S 3}^{'} - k_{x, R}^{'}) \cdot δ_{x} + 2 (k_{y, S 3}^{'} - k_{y, R}^{'}) \cdot δ_{y} + φ_{R}^{P} - {\bar{φ}}_{S 3}$
$\begin{array}{l} Φ_{F} = 2 (k_{x, F}^{'} - k_{x, R}^{'}) \cdot δ_{x} + 2 (k_{y, F}^{'} - k_{y, R}^{'}) \cdot δ_{y} + φ_{R}^{P} - {\bar{φ}}_{F} + φ_{F}^{P} \\ \Rightarrow φ_{F}^{P}, δ_{x}, δ_{y}, δ_{z}, φ_{R}^{P}, {\bar{φ}}_{S 1}, {\bar{φ}}_{S 2}, {\bar{φ}}_{S 3}, {\bar{φ}}_{F} \end{array}$
Der über das Kamerafeld hinweg konstante Wert der Phasen-Offsets hat zur Folge, dass die vorstehend beschriebene, zusätzliche Aufnahme von drei weiteren Unbekannten (nämlich den Phasen-Offsets für die Kalibrierspiegel S1, S2 und S3) zwar mit einem gewissen Auflösungsverlust einhergeht, da das betreffende Gleichungssystem weniger Gleichungen als zu bestimmende Größen umfasst und demzufolge zur Bestimmung der konstanten Phasen-Offsets einzelne Pixel „geopfert“ werden müssen. Jedoch kann erfindungsgemäß der Umstand ausgenutzt werden, dass besagte Phasen-Offsets sich nicht von Pixel zu Pixel im Kamerafeld unterscheiden, sondern vielmehr über das gesamte Kamerafeld hinweg konstant sind. Infolge des über die Interferometerkamera hinweg konstanten Werts der besagten Phasen-Offsets sind daher bereits drei Pixel zur Bestimmung der drei zusätzlich in das Gleichungssystem aufgenommenen Unbekannten (d.h. der Phasen-Offsets für die Kalibrierspiegel S1, S2 und S3) ausreichend, so dass besagter Auflösungsverlust vergleichsweise gering ist.
Wegen der in allen Kalibriermessungen gemeinsamen Phase $φ_{R}^{P}$
reicht es für die Berücksichtigung der konstanten Phasen-Offsets der drei Kalibrierspiegel sogar aus, nur zwei Unbekannte (z.B. die konstanten Phasen-Offsets für die Kalibriersphären S1 und S2) anzusetzen und eine der konstanten Phasen-Offsets (z.B. für Kalibriersphäre S3) formal in der gemeinsamen Phase $φ_{R}^{P}$
aufzunehmen und als eine gemeinsame Unbekannte zu bestimmen.
Aus der Durchführung von Interferogramm-Messungen mit Phasenschieben unter Verwendung von zwei CGK's, die sich in ihrer Strukturierung hinsichtlich der Erzeugung der Kalibrierwellen jedoch nicht hinsichtlich der Erzeugung der Prüfwelle unterscheiden, resultiert ein Gleichungssystem mit einer Verdopplung der Anzahl von Gleichungen im Vergleich zu dem zuvor diskutierten Gleichungssystem. Pro Kamerapixel gibt es sechs Gleichungen zu den sechs verschiedenen Kalibrierspiegeln. Eine weitere Kalibriergleichung ergibt sich durch Differenzbildung der beiden Beziehungen für den Prüfling, da der Passefehler des Prüflings als identisch in den beiden Messungen angenommen werden kann und in der Differenz der Beziehungen daher verschwindet. Abweichungen in der Position und Orientierung des Prüflings bei den Messungen können berücksichtigt werden, indem die durch die Differenzbildung sich ergebende Beziehung um Terme erweitert wird, die in einer linearen Näherung das Produkt aus diesen sechs Abweichungen (drei Abweichungen in der Position und drei Abweichungen in der Orientierung) als Unbekannte und entsprechenden aus optischen Berechnungen folgenden Sensitivitäten sind. Insgesamt ergeben sich so sieben Kalibriergleichungen pro Pixel. Hiermit lassen sich die Strukturversatzfehler δx und δy sowie die Größe $φ_{R}^{P}$
jeweils für beide CGHs pixelweise bestimmen (die Größe $φ_{R}^{P}$
hängt vom verwendeten CGH ab, weil in ihr neben der Phasenwirkung durch Passefehler des Referenzspiegels z.B. auch so genannte rigorose Phasenanteile vom CGH-Profil enthalten sein können). Insgesamt ergeben sich so sechs pixelweise zu bestimmende Unbekannte. Demgegenüber stehen sieben Kalibriergleichungen pro Pixel. Wegen der großen Zahl an Kamerapixeln stehen ausreichend viele Beziehungen mit Messinformationen zur Bestimmung der restlichen Unbekannten zur Verfügung; diese Unbekannte sind sieben konstante Phasen-Offsets in den sieben Kalibriergleichungen (davon können zwei Unbekannte wie oben diskutiert mit der Größe $φ_{R}^{P}$
für jeweils ein CGH zusammengeführt werden) sowie die sechs Abweichungen des Prüflings in Position und Orientierung. Messungen unter Verwendung von zwei CGHs sind somit nicht nur vorteilhaft hinsichtlich einer Reduzierung des Einflusses von Reflexen, sondern führen somit auch zu einem überbestimmten Gleichungssystem. Wegen der großen Anzahl an Kamerapixeln besteht hier des Weiteren die Möglichkeit, in das Kalibriergleichungssystem noch weitere Korrekturterme aufzunehmen. Beispielsweise können so Kalibrierkorrekturen gleichzeitig mit bestimmten Justagekorrekturen für die Kalibrierspiegel bestimmt werden. Hiermit lassen sich z.B. Ungenauigkeiten in der Position und Orientierung der Kalibrierspiegel korrigieren, indem zusätzliche Terme in das Kalibriergleichungssystem eingeführt werden, die Produkte aus diesen Ungenauigkeiten als Unbekannte und entsprechenden über eine optische Berechnung erhaltene Sensitivitäten sind.
Bei manchen Spiegeln kann es wegen ihrer Größe vorteilhaft sein, nur Teilbereiche der Oberfläche mit jeweils dafür eigens ausgelegten und daher unterschiedlichen CGHs zu prüfen. Für das Zusammenführen der auf den einzelnen Teilbereichen der Oberfläche für sich allein resultierenden Phasenverteilungen muss ein hinreichend großer Überlappbereich vorliegen, innerhalb dessen die Oberfläche unter Verwendung von mindestens zwei CGHs gemessen wird. Auch in diesen Überlappbereichen kommen die besonderen Vorteile der zuvor beschriebene 2-CGH-Kalibrierung unter Berücksichtigung der konstanten Phasen-Offsets zum Tragen. Hierdurch wird nicht nur ein gemeinsamer Phasenbezug innerhalb der Messungen unter Verwendung eines CGH's, sondern auch zwischen sämtlichen Messungen unter Verwendung beider CGHs hergestellt. Ein in allen Messungen gemeinsamer und korrekter Phasenbezug führt zu einer korrekten Kalibrierkorrektur und zu damit korrekten Anschlussbedingungen, so dass die auf den unterschiedlichen Teilbereichen der Spiegeloberfläche sich ergebenden Phasenverteilungen korrekt zusammengeführt werden können. Nimmt man stattdessen die konstanten Phasen-Offsets nicht mit, so ergeben sich unkontrollierbare Fehler nicht nur in den einzelnen Phasenverteilungen auf den einzelnen Teilbereichen der Oberfläche, sondern auch bei deren Zusammenführen zu einer zusammenhängenden Phasenverteilung.
Analog zur Durchführung der Interferogramm-Messreihen unter Verwendung von zwei oder mehr CGHs und der beschriebenen Formulierung eines gemeinsamen Gleichungssystems kann durch Einbezug von Messinformationen wie im Schritt S415 von 4 ein überbestimmtes Gleichungssystem hergestellt werden, aus dem die Strukturversatzfehler δx und δy sowie die Größe $φ_{R}^{P}$
(die auch vom verwendeten CGH abhängen können) pixelweise und ohne Auflösungsverlust bestimmt werden können.
6 zeigt alternativ zu 1 eine weitere beispielhafte Konfiguration einer interferometrischen Prüfanordnung, anhand derer die vorliegende Erfindung ebenfalls realisierbar ist. Gemäß 6 wird in einer Fizeau-Anordnung ein Interferogramm zwischen einer an einem Referenzelement („Fizeau-Platte“) 602 reflektierten Referenzwelle und einer an einem Spiegel 601 reflektierten Prüfwelle erzeugt. Dabei wird das Messlicht durch ein CGH 603 zu einer Wellenfront geformt, die mathematisch exakt der „Prüflingsform“ (d.h. der Form des betreffenden Spiegels 601) in einem Sollabstand entspricht. Die vom Referenzelement 602 einerseits und dem betreffenden Spiegel 601 bzw. Prüfling andererseits reflektierten Wellenfronten interferieren miteinander in einem Interferometer 604, welches gemäß 6 eine Lichtquelle 605, eine Strahlteilerplatte 606, ein Kollimator 607, eine Blende 608, ein Okular 609 und eine CCD-Kamera 610 aufweist. Mit der CCD-Kamera 610 wird ein Interferogramm des jeweiligen Spiegels 601 aufgenommen. In der interferometrischen Prüfanordnung gemäß 6 wird analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ein Phasenschieben im Wege einer sukzessiven axialen Verschiebung des Referenzelements („Fizeau-Platte“) 602 durchgeführt. Durch Verwendung eines mehrfach-kodierten CGHs und Einbringen von entsprechenden Kalibrierspiegeln können auch in einem Fizeau-Interferometer zusätzlich zur eigentlichen Messung am Prüfling Interferogramm-Messreihen an Kalibrierspiegeln zur Kalibrierung der Interferometer-Fehler ausgeführt werden. Auch hier führen Positionsungenauigkeiten des Referenzelements zu konstanten Phasen-Offsets und damit zu Fehlern im Kalibrierschritt und in Folge zu Fehlern in der Vorhersage der Oberflächenabweichungen des Prüflings.
Alle zuvor beschriebenen Problemlösungen haben gemeinsam, dass lokale Strukturversatz-Fehler, so genannte Placement-Fehler des CGHs, ohne systematische Fehler infolge der hier diskutierten konstanten Phasen-Offsets direkt in-situ im Interferometer bestimmt und deren Phasenfehler von der Interferogramm-Phase zur Messung am Prüfling abgezogen werden können, wodurch die Passefehler des Prüflings mit höherer Genauigkeit vorhergesagt werden können. Zusätzliche externe Qualifizierungen der Placement-Fehler von CGHs unter Verwendung spezieller, eigens entwickelter und in ihrem Aufbau aufwändiger und kostspieliger Messapparate, welche ansonsten wegen der extrem hohen Genauigkeitsanforderungen an EUV-Optiken notwendig wären, können entfallen, oder es können zumindest die Anforderungen an die Messgenauigkeiten solcher Messapparate reduziert werden. Ein möglicher Verzicht bzw. eine Relaxation der Messanforderungen solcher separater Placement-Messungen ist auch insofern vorteilhaft, als solche Messungen für sich selbst Messungenauigkeiten besitzen und CGH's hinsichtlich Placement-Fehler nicht direkt in-situ innerhalb des Interferometers, in dem die CGHs verwendet werden, qualifiziert werden. Ein weiterer Vorteil ist auch, dass zeitliche Veränderungen im Placement zwischen Interferometer-Messungen erfasst werden können und damit auch so genannte Life-Time-Veränderungen im Placement kontrolliert werden können.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0085061 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements in einer interferometrischen Prüfanordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Durchführen einer Interferogramm-Messreihe an dem optischen Element durch Überlagerung jeweils einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an wenigstens einem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten, über ein Referenzelement verlaufenden Referenzwelle; b) Durchführen weiterer Interferogramm-Messreihen an einer Mehrzahl von Kalibrierspiegeln zur Ermittlung von Kalibrierkorrekturen durch Überlagerung jeweils einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an dem wenigstens einem diffraktiven Element erzeugten und an dem jeweiligen Kalibrierspiegel reflektierten Kalibrierwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten, über das Referenzelement verlaufenden Referenzwelle; und c) Bestimmen der Passe des optischen Elements basierend auf der an dem optischen Element durchgeführten Interferogramm-Messreihe und den ermittelten Kalibrierkorrekturen; dadurch gekennzeichnet, dass bei Auswertung der in den Schritten a) und b) durchgeführten Interferogramm-Messreihen ein unterschiedlicher Phasenbezug der Interferogramm-Messreihen in seinem Einfluss auf die Ermittlung der Kalibrierkorrekturen wenigstens teilweise kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Passe des optischen Elements im Schritt c) unter Berücksichtigung von durch einen Drift einer Referenzposition des Referenzelements zwischen unterschiedlichen Interferogramm-Messreihen hervorgerufenen Phasen-Offsets erfolgt.
Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements in einer interferometrischen Prüfanordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Durchführen einer Interferogramm-Messreihe an dem optischen Element durch Überlagerung jeweils einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an wenigstens einem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten, über ein Referenzelement verlaufenden Referenzwelle; b) Durchführen weiterer Interferogramm-Messreihen an einer Mehrzahl von Kalibrierspiegeln zur Ermittlung von Kalibrierkorrekturen durch Überlagerung jeweils einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an dem wenigstens einem diffraktiven Element erzeugten und an dem jeweiligen Kalibrierspiegel reflektierten Kalibrierwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten, über das Referenzelement verlaufenden Referenzwelle; und c) Bestimmen der Passe des optischen Elements basierend auf der an dem optischen Element durchgeführten Interferogramm-Messreihe und der ermittelten Kalibrierkorrekturen; dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Passe des optischen Elements im Schritt c) unter Berücksichtigung von durch einen Drift einer Referenzposition des Referenzelements zwischen unterschiedlichen Interferogramm-Messreihen hervorgerufenen Phasen-Offsets erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Phasen-Offsets als konstant angenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berücksichtigung der Phasen-Offsets unter Aufnahme von diesen Phasen-Offsets entsprechenden Unbekannten in ein der Ermittlung der Kalibrierkorrekturen zugrunde gelegtes Gleichungssystem erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Berücksichtigung der Phasen-Offsets basierend auf zusätzlichen Messergebnissen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese zusätzlichen Messergebnisse auf am Referenzelement durchgeführten Oberflächenmessungen, am Referenzelement durchgeführten Positionsmessungen und/oder auf einem Phasenabgleich basieren.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenabgleich über auf dem wenigstens einen diffraktiven Element vorhandene Littrow-Strukturen oder über eine Verkippung des Referenzelements erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Interferogramm-Messreihen jeweils eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen umfassen, welche sich hinsichtlich einer speziellen Eigenschaft des Referenzelements voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Interferogramm-Messreihen jeweils eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen umfassen, welche sich hinsichtlich der Position des Referenzelements voneinander unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während jeder der Interferogramm-Messreihen eine axiale Verschiebung des Referenzelements durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Interferogramm-Messreihen jeweils eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen umfassen, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der am Referenzspiegel reflektierten Referenzwelle voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Interferogramm-Messungen für unterschiedliche Polarisationszustände der elektromagnetischen Strahlung durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen der Interferogramm-Messreihen in den Schritten a) und b) jeweils separat für wenigstens zwei diffraktive Elemente erfolgt, welche sich hinsichtlich der zur Erzeugung der Kalibrierwellen vorhandenen diffraktiven Strukturen voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine diffraktive Element ein Computer-generiertes Hologramm (CGH) ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Computer-generierte Hologramm (CGH) zur Bereitstellung der Prüfwelle und der Kalibrierwellen eine komplexe Kodierung besitzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Passe des optischen Elements eine Oberflächenbearbeitung des optischen Elements durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein optisches Element einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.
Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.