Beschreibung
Optische Messvorrichtunq und
Betriebsverfahren für ein optisches Abbildungssvstem
Die Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung zur optischen, z.B. interferometrischen, Vermessung eines optischen Abbildungssystems, das zur Abbildung eines objektseitig zu platzierenden Nutzmusters vor- i gesehen ist, mit Mitteln zur Erzeugung von abbildungsfehlerindikativer Strahlungsinformation, wie z.B. Interferenzinformation, wobei diese Mittel Maskenstrukturmittel mit einem Messmuster beinhalten, und mit Detektions- und Auswertemitteln zur Erfassung und Auswertung der abbildungsfehlerindikativer» Strahlungsinformation, sowie auf ein Verfahren zum abbildungsfehlerkorrektiven Betrieb eines von einer solchen Messvorrichtung vermessenen optischen Abbildungssystems.
An die Abbildungsqualität optischer Abbildungssysteme werden immer höhere Anforderungen gestellt. Ein Beispiel hierfür sind Projektionsob- jektive für die mikrolithographische Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen, welche Strukturen im Subrnjkrometerbereich weitgehend frei von Abbildungsfehlern erzeugen sollen. Da es aufgrund des aufwendigen optischen Aufbaus in der Regel unmöglich ist, die optischen Eigenschaften der Objektive aus theoreti- sehen Rechnungen abzuleiten, ist eine zuverlässige Vermessung ihrer optischen Eigenschaften vor und in manchen Fällen auch noch während des Betriebs am Einsatzort, z.B. in einem sogenannten Waferscanner zur Waferbelichtung, erforderlich.
Häufig werden hierzu interferometrische Messverfahren eingesetzt. Eine nach Art eines Shearing-Interferometers arbeitende Vorrichtung zur Wel- lenfronterfassung, die eine schnelle, hochgenaue Vermessung höchst-
auflösender fotolithographischer Projektionsobjektive ermöglicht, ist in der Offenleg ungsschrift DE 101 09 929 A1 beschrieben. Typischerweise beinhalten solche Messvorrichtungen objektseitig, d.h. auf der Objektseite des zu vermessenden optischen Abbildungssystems, eine Wellen- frontquelle zur Erzeugung mindestens einer das Abbildungssystem durchlaufenden Strahlungswellenfront und bildseitig, d.h. auf der Bildseite des zu vermessenden optischen Abbildungssystems, ein Beugungsgitter und einen diesem nachgeordneten, ortsauflösenden Detektor zur Bereitstellung und Erfassung von interferometrischer Information, die für Abbildungsfehler des zu vermessenden Systems indikativ ist. Durch geeignete Auswertemittel lassen sich aus der erfassten Interferenzinformation die Abbildungsfehler bestimmen.
Als Wellenfrontquelle kann z.B. ein sogenanntes Source- oder Wellen- frontmodul als ein Beleuchtungsmodul verwendet werden, das an einen Beleuchtungsteil anschließt und eine Messmaske in Form einer sogenannten Loch- oder Kohärenzmaske umfasst, die ein geeignetes Messmuster aufweist. Bei Bedarf kann der Beleuchtungsteil demjenigen entsprechen, der dem optischen Abbildungssystem an seinem zugedachten Einsatzort z.B. in einer Mikrolithographieanlage zugeordnet ist. In diesem Fall kann die Messvorrichtung in die Mikrolithographieanlage integriert sein, und zur Durchführung einer Messung braucht jeweils nur die das Nutzmuster tragende Nutzmaske durch das Beleuchtungsmodul ausgetauscht und statt eines Wafers der Detektor eingebracht werden.
Weitergehend wird in der älteren deutschen Patentanmeldung 102 17 242.0 die Möglichkeit einer Vermessung des optischen Abbildungssystems durch Shearinginterferometrie während seines normalen Betriebs vorgeschlagen, wozu für die Wellenfrontquelle eine Maske vorgesehen ist, an der zusätzlich zu einem Nutzmuster ein Messmuster ausgebildet ist. Die solchermaßen während des normalen Abbildungsbetriebs des optischen Abbildungssystems gelieferte Interferenzinformation, die für
die Aberrationen des Abbildungssystems indikativ ist, wird von einer Auswerteeinheit ausgewertet und zur Korrektur der festgestellten Aberrationen herangezogen, wofür eine entsprechende Aberrationssteuerung oder Aberrationsregelung vorgesehen ist.
Außer derartigen interferometrischen sind auch nicht interferometrische Vermessungsverfahren zur Aberrationsbestimmung z.B. von Projektionsobjektiven mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlagen gebräuchlich, wie das Shack-Hartmann-Verfahren.
Mit steigenden Anforderungen an die Abbildungsqualität gerade auch von Projektionsobjektiven in der Mikrolithographie sind Abbildungsfehler bzw. Aberrationen aufgrund des sogenannten Aufheizeffektes oder „lens-heating"-Effektes nicht mehr ohne weiteres vernachlässigbar, wor- unter eine Veränderung der Abbildungseigenschaften des Mikrolithogra- phie-Projektionsobjektivs oder eines anderen optischen Abbildungssystems aufgrund von Wechselwirkung der benutzten Strahlung mit dem Objektiv bzw. den abbildungsaktiven Systemkomponenten verstanden wird. Eine Schwierigkeit für die Ermittlung dieser aufheizbedingten Ab- bildungsfehler besteht darin, dass dieser Effekt oftmals sehr schnell abklingt, wenn die Bestrahlung beendet wird. Wenn daher die abbildungsaktiven Systemkomponenten zunächst intensiv bestrahlt werden, z.B. mit einer dem Normalbetrieb vergleichbaren Strahlungsintensität, und dann die Bestrahlung gestoppt wird, um anschließend die aufheizbe- dingten Abbildungsfehler zu messen, repräsentieren diese Messergebnisse nur sehr bedingt die während des normalen Bestrahlungsbetriebs vorliegenden Abbildungsfehler.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Messvorrichtung der eingangs genannten Art sowie eines Verfahrens zum abbildungsfehlerkorrektiven Betrieb eines optischen Abbildungssystems, dessen Abbildungsfehler mit einer solchen Messvorrichtung be-
stimmt werden können, zugrunde, mit denen sich die aufheizbedingten Abbildungsfehler vergleichsweise einfach und zuverlässig bestimmen und korrektiv berücksichtigen lassen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eines Betriebsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
Bei der Messvorrichtung nach Anspruch 1 beinhalten die Maskenstruk- turmittel ein objektseitiges Aufheizbestrahlungsmuster zusätzlich zum Messmuster, wobei das Aufheizbestrahlungsmuster so gewählt ist, dass die Aufheizwirkung der von ihm durchgelassenen Strahlung innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs der Aufheizwirkung derjenigen Strahlung entspricht, die im Betrieb des optischen Abbildungssystems vom Nutzmuster durchgelassen wird. Das optische Abbildungssystem unterliegt folglich während des Messvorgangs gerade der typischen Strahlenbelastung, der es im normalen, abbildenden Betrieb ausgesetzt ist. Folglich liegen während des Messvorgangs die gleichen aufheizbedingten bzw. von der Strahlungsintensität abhängigen Abbildungsfehler vor, wie sie im normalen Betrieb des Abbildungssystems auftreten. Die im normalen Betrieb des optischen Abbildungssystems durch die Strahlungsbelastung bedingten Abbildungsfehler lassen sich daher durch diese Messvorrichtung sehr realistisch und genau bestimmen, vorzugsweise orts- und/oder zeitaufgelöst. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung eignet sich sowohl für interferometrische als auch nicht interferometrische optische Vermessungsverfahren.
Der Toleranzbereich, innerhalb dem die auf das optische Abbildungssystem einwirkende Strahlungsbelastung derjenigen im normalen Betrieb entsprechen muss, kann je nach Anwendungsfall geeignet gewählt werden, vorzugsweise in Anlehnung an das oder die Nutzmuster, die im Betrieb des optischen Abbildungssystems typischerweise zum Einsatz
kommen. So kann beispielsweise das Aufheizbestrahlungsmuster identisch einem einzelnen verwendeten Nutzmuster oder einem hinsichtlich Strahlungstransmission typischen Vertreter einer Gruppe von verschiedenen Nutzmustern entsprechen, die vom optischen Abbildungssystem abgebildet werden sollen. Des weiteren kann eine gegenüber einem typischen Nutzmuster vereinfachte, vergröberte Struktur als Aufheizbestrahlungsmuster verwendet werden, solange die von ihr transmittierte Strahlung in ihrer Wirkung bezüglich des Abbildungsfehler verursachenden "lens-heating"-Effektes der vom Nutzmuster durchgelassenen Strahlung innerhalb vorgebbarer Toleranzgrenzen entspricht. Dies kann z.B. durch einfache Berechnungen oder Versuche ermittelt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Messvorrichtung sind das Aufheizbestrahlungsmuster und das Messmuster beide auf einer gemein- samen Maske vorgesehen, wobei vorzugsweise das Messmuster nur einen relativ kleinen Maskenteilbereich einnimmt, während sich das Aufheizbestrahlungsmuster über den restlichen, wirksamen Maskenbereich erstreckt. Alternativ kann das Messmuster auf einer eigenen Maske vorgesehen sein, die neben oder vor oder hinter einer das Aufheizbestrah- lungsmuster tragenden Maske objektseitig oder bildseitig platziert wird.
In weiterer Ausgestaltung der Messvorrichtung ist das Aufheizbestrahlungsmuster nach dem Kriterium gewählt, dass es ein Beugungsmuster in einer Pupillenebene des optischen Abbildungssystems liefert, das in- nerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs einem vom Nutzmuster erzeugten Beugungsmuster entspricht. Dies gewährleistet, dass die aufheizbedingten Abbildungsfehler beim Messvorgang im Wesentlichen gleich denen im Betrieb des Abbildungssystems sind.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Messvorrichtung eine thermische Abschirmung vor den Detektions- und Auswertemitteln, um denjenigen Strahlungsanteil, der die abbildungsfehlerindikative
Strahlungsinformation enthält, durchzulassen und gleichzeitig die vom Aufheizbestrahlungsmuster gelieferte Strahlung, die zur Erzielung des Aufheizeffektes dient, vor den Detektionsmitteln auszublenden und damit eine Überlagerung mit der abbildungsfehlerindikativen Strahlungsinformation am Detektor zu vermeiden.
In weiterer Ausgestaltung beinhaltet die Messvorrichtung Mittel zur Berechnung von Fehlerkorrekturinformation aus der durch Auswertung der Messergebnisse erhaltenen Abbildungsfehlerinformation. Die Fehlerkor- rekturinformation kann beim Betrieb des optischen Abbildungssystems dazu genutzt werden, die aufheizbedingten Abbildungsfehler durch entsprechende Fehlerkorrekturmaßnahmen ganz oder teilweise zu kompensieren.
Dies wird durch das Betriebsverfahren nach Anspruch 6 in spezieller Weise dahingehend realisiert, dass zunächst mit Hilfe der erfindungsgemäßen Messvorrichtung das optische Abbildungssystem vermessen wird und dabei insbesondere auch die aufheizbedingten Abbildungsfehler berücksichtigt werden. Um letztere zu kompensieren, werden ent- sprechende Fehlerkorrekturinformationen berechnet, mit denen dann das optische Abbildungssystem anschließend im abbildenden Betrieb gemäß eines entsprechenden Fehlerkorrekturrezeptes oder -Verfahrens angesteuert wird, um die aufheizbedingten Abbildungsfehler ganz oder teilweise zu kompensieren. Vorzugsweise werden die aufheizbedingten Abbildungsfehler und dementsprechend die kompensierenden Fehlerkorrekturmaßnahmen zeitaufgelöst ermittelt, d.h. in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf der Strahlungsbelastung des optischen Abbildungs- systems. Für die beabsichtigte, gegenüber der Ermittlung der Abbildungsfehlerinformationen zeitlich versetzte Nutzung der Fehlerkorrektur- informationen kann je nach Bedarf vorgesehen sein, die durch Auswertung der Messergebnisse gewonnen Abbildungsfehlerinformationen abzuspeichern und daraus die Fehlerkorrekturinformationen zu dem späte-
ren Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem sie für die Ansteuerung des Abbildungssystems benötigt werden, oder alternativ aus den erhaltenen Abbildungsfehlerinformationen gleich die Fehlerkorrekturinformationen zu berechnen und diese abrufbar abzuspeichern, bis sie für den abbilden- den Betrieb des Abbildungssystems benötigt werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig.1 eine schematische Seitenansicht einer Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines optischen Abbildungs- systems,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer möglichen Realisierung eines objektseitigen Messsystemteils der Messvorrichtung von
Fig. 1 ,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Teils einer Messvorrichtung zur Vermessung eines optischen Abbildungssystems nach dem Shack-Hartmann-Prinzip und
Fig, 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum abbildungsfehlerkorrektiven Betrieb eines optischen Abbildungssystems.
Die in Fig. 1 gezeigte Messvorrichtung dient der interferometrischen Vermessung eines optischen Abbildungssystems, bei dem es sich insbesondere um ein Projektionsobjektiv einer Mikrolithographieanlage handeln kann und das der Einfachheit halber in Fig. 1 stellvertretend durch eine Objektivlinse 1 repräsentiert wird. Der Aufbau der Messvor- richtung ist auf die Durchführung von Shearinginterferometriemessun- gen ausgelegt, alternativ kann er auf die Durchführung anderer herkömmlicher interferometrischer und nicht interferometrischer Vermes-
sungstechniken ausgelegt sein, z.B. Point-Diffraction- bzw. Punktbeu- gungs-lnterferometrie oder Shack-Hartmann-Vermessung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, beinhaltet die Messvorrichtung auf der Ob- jektseite des zu vermessenden Abbildungssystems 1 einen herkömmlichen Beleuchtungsteil 2, der partiell kohärente Strahlung 3 unter einem gewünschten Winkel zur optischen Achse 4 liefert. Dazu kann der Beleuchtungsteil 2 beispielsweise eine nicht gezeigte Lichtquelle, eine Lochblend.e 2a und eine Beleuchtungsoptik 2b beinhalten.
Dem Beleuchtungsteil 2 folgt eine vorzugsweise in der Objektebene des Abbildungssystems 1 positionierte Maske 5. Im Anwendungsfall eines zu vermessenden Lithographieobjektives entspricht die Position der Maske 5 der Retikelebene, in der im normalen Belichtungsbetrieb ein Retikel mit einem Nutzmuster angeordnet wird, um dieses Nutzmuster auf einen in der Bildebene befindlichen Wafer abzubilden.
Die Maske 5 ist innerhalb ihres wirksamen, bestrahlten Bereichs mit einem Messmuster 6 und einem Aufheizbestrahlungsmuster 7 versehen. Das Messmuster 6 ist auf einen kleinen, in Fig. 1 massiv schwarz markierten Teilbereich 8 begrenzt, der bevorzugt kleiner als ca. 1cm2 ist, während sich das Aufheizbestrahlungsmuster 7 über den restlichen wirksamen Maskenbereich 9 hinweg erstreckt. Es versteht sich, dass je nach Bedarf das Messmuster 6 und das Aufheizbestrahlungsmuster 7 alternativ auch auf zwei verschiedenen neben- oder hintereinander platzierten Masken vorgesehen sein können, wobei je nach Anwendungsfall auch eine Überlagerung beider Muster tolerierbar sein kann und das Messmuster 6 eventuell auch bildseitig statt objektseitig angeordnet sein kann.
Das Messmuster 6 ist zur Durchführung der beabsichtigten Interfero- metriemessung geeignet gewählt, z.B. als sogenanntes Kohärenzmas-
kenmuster für Shearinginterferometriemessungen oder als Pinhole- Muster für Point-Diffraction-Interferometriemessungen. Das Aufheizbestrahlungsmuster 7 ist so gewählt, dass der von ihm durchgelassene Strahlungsanteil 3a zu einem Aufheiz-, d.h. "lens-heating"-Effekt für das Abbildungssystem 1 führt, der im wesentlichen, d.h. innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs, demjenigen entspricht, den das Abbildungssystem 1 durch die Strahlung im normalen Abbildungsbetrieb erfährt. Als Kriterium hierfür kann dienen, dass das Aufheizbestrahlungsmuster 7 so gewählt ist, dass sich die im wesentlichen gleiche Strahlungsbelastung für das Abbildungssystem 1 in einer Pupillenebene desselben ergibt, wie sie im normalen Abbildungsbetrieb vorliegt. Im Fall eines Lithographieobjektivs ist dies die Strahlungsbelastung bei einem Belichtungsvorgang mit einem Retikel, das ein vorgegebenes Nutzmuster trägt. Dieses Kriterium ist z.B. dann gewährleistet, wenn das Auf- heizbestrahlungsmuster 7 in der Pupille des Abbildungssystems 1 ein im Rahmen eines vorgegebenen Toleranzbereichs gleiches Beugungsmuster erzeugt.
Vorzugsweise entspricht der Beleuchtungsteil 2 der Messvorrichtung identisch demjenigen, der in einem Beleuchtungssystem für den Abbildungsbetrieb des Abbildungssystems 1 zum Einsatz kommt. Als Aufheizbestrahlungsmuster der Maske 5 kann z.B. identisch das für den normalen Belichtungsvorgang gewählte Nutzmuster verwendet werden, bei dem lediglich der entsprechend kleine Teilbereich ausgespart wird, in welchem das Messmuster 6 ausgebildet wird. Alternativ ist als Aufheizbestrahlungsmuster auch eine gegenüber dem Nutzmuster vereinfachte Struktur verwendbar, die innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs die gleiche Aufheizwirkung für das Abbildungssystem 1 hat. Der Toleranzbereich kann z.B. jeweils als ein oberer und unterer Grenzwert für die Strahlungsintensität oder die Temperatur vorgegeben werden. Wenn im Normalbetrieb vom Abbildungssystem 1 verschiedene Nutzmuster abgebildet werden sollen, wird das Aufheizbestrahlungs-
muster vorzugsweise so gewählt, dass es innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs die Aufheizwirkung mehrerer oder sogar aller dieser Nutzmuster repräsentiert, so dass für eine ganze Gruppe von Nutzmustern nur ein Aufheizbestrahlungsmuster benötigt wird. Für viele Anwen- dungsfälle kann es ausreichen, als Aufheizbestrahlungsmuster eine periodische Gitterstruktur zu verwenden, die zu einer weitestgehend homogenen Pupillenausleuchtung führt.
Auf der Bildseite des Abbildungssystems 1 beinhaltet die Messvorrich- tung von Fig. 1 einen auf die Art der verwendeten Messtechnik abgestimmten Detektor- und Auswerteteil bzw. Messkopf 10, der mit einer frontseitigen Detektionsebene z.B. in der Bildebene des Abbildungssystems 1 angeordnet ist. Vor dem Messkopf 10 befindet sich eine Abschirmplatte 11 mit einer Öffnung 12, von der nur derjenige Lichtanteil 3b durchgelassen wird, der vom Messmuster 6 stammt und folglich die abbildungsfehlerindikative Strahlungsinformation, hier in Form von Interferenzinformation, trägt. Der die Aufheizwirkung bereitstellende Strahlungsanteil 3a wird hingegen weggeblendet, so dass er den Messkopf 10 nicht zusätzlich thermisch belastet und die Detektion und Auswertung der Interferenzinformation nicht stört.
Die interferometrische Vermessung des Abbildungssystems 1 , bei dem es sich insbesondere um ein System mit hochgenauen Abbildungseigenschaften bzw. höchster Auflösung handeln kann, dient der hochprä- zisen Bestimmung von Abbildungsfehlern desselben, . Dazu bildet der objektseitige Messsystemteil vorzugsweise eine sogenannte Wellenfrontquelle, wobei dann die bildseitig auftretenden Wellenfrontinterferen- zen die gesuchte Abbildungsfehlerinformation enthalten, die daraus durch geeignete Auswertung der detektierten Interferogramme extrahiert werden kann.
Zur Realisierung einer solchen Wellenfrontquelle eignet sich z.B. der in Fig. 2 gezeigte objektseitige Messsystemaufbau für denjenigen Systemteil, der dem Messmuster 6 zugeordnet ist. Im Beispiel von Fig. 2 dient als Messmuster 6 ein binäres Kohärenzmaskenmuster, wie es bekann- termaßen für Shearinginterferometriemessungen verwendbar ist. Das Messmuster 6 bildet hier den austrittsseitigen Teil eines sogenannten Source- oder Beleuchtungsmoduls 13, das darüber hinaus einen ein- trittsseitigen Diffusor 14 und eine Abbildungsoptik 15 zwischen dem Dif- fusor 14 und dem Kohärenzmaskenmuster 6 umfasst. Das Beleuch- tungsmodul 13 ist hinter dem Beleuchtungsteil 2 vorzugsweise so angeordnet, dass sich das Messmuster 6 auf Höhe der Objektebene des zu vermessenden Abbildungssystems 1 befindet, und hat die Funktion, im Messmuster-Teilbereich 8 der Maske 5 das Kohärenzmasken- Messmuster 6 für die Shearinginterferometriemessung bereitzustellen, die räumliche Kohärenz in der Objektebene zu zerstören und ein Strahlungswinkelspektrum bereitzustellen, welches die Pupille des Abbildungssystems 1 möglichst homogen ausleuchtet. Die Abbildungsoptik 15 ist optional und kann in alternativen Ausführungen des Beleuchtungsmoduls entfallen.
Mit der Messvorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 können die durch den Aufheizeffekt erzeugten Wellenaberrationen jeweils für den Feldpunkt, der durch den Messmuster-Teilbereich 8 der Maske 5 gegeben ist, zeitaufgelöst erfasst und aufgezeichnet bzw. abgespeichert werden, bei- spielsweise in Intervallen von wenigen Sekunden. Insbesondere können die aufheizbedingten Abbildungsfehler des Abbildungssystems 1 schon im Entstehungsstadium zeitaufgelöst erfasst werden, da das Abbildungssystem 1 nicht schon vor Beginn der Vermessung thermisch belastet wird, sondern die thermische Belastung durch den nicht zur inter- ferometrischen Vermessung beitragenden Aufheizlichtanteil 3a gleichzeitig mit der interferometrischen Vermessung bewirkt wird. Durch laterales Verschieben der Maske 5 und synchron dazu des Messkopfs
10 mit der Abschirmplatte 11 lässt sich die Vermessung zur Abbildungsfehlerbestimmung für beliebig viele Feldpunkte vornehmen.
Fig. 3 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung für ein nicht interfe- rometrisches Vermessungsverfahren. Speziell zeigt Fig. 3 schematisch eine Shack-Hartmann-Messanordnung von im wesentlichen herkömmlichem Aufbau, wobei nur der hier interessierende Systemteil ab einer Maske 5a bis zu einer Detektorebene 10a dargestellt ist. Diesem Sys- temteil ist ein üblicher Beleuchtungssystemteil vorgeschaltet, z.B. eines der oben zu Fig. 2 erläuterten Typen. Mit der Anordnung von Fig. 3 kann wiederum z.B. ein Projektionsobjektiv 1a einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage oder irgendein anderes optisches Abbildungssystem hinsichtlich Aberrationen vermessen werden. Die Maske 5a entspricht der Maske 5 des Beispiels von Fig. 1 mit dem Unterschied, dass sie als Messmuster eine übliche Shack-Hartmann-Öffnung 6a ohne weitere Strukturierung in einem entsprechenden, relativ kleinen Messmuster-Teilbereich 8a beinhaltet, während sich über den restlichen wirksamen Maskenbereich 9a hinweg ein Aufheizbestrahlungsmuster 7a er- streckt. Letzteres entspricht dem Aufheizbestrahlungsmuster 7 des Beispiels von Fig. 1 , so dass zu möglichen Realisierungen und den Eigenschaften desselben auf die obigen Ausführungen zum Aufheizbestrahlungsmuster 7 der Fig. 1 verwiesen werden kann. Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 3 nur ein durch die Shack-Hartmann-Maskenöffnung 6a hindurchtretender Strahlverlauf 16 gezeigt, es versteht sich jedoch, dass die Maske 5a vom vorgeschalteten Beleuchtungsteil in ihrem gesamten wirksamen Bereich, d.h. auch im das Aufheizbestrahlungsmuster 7a tragenden Bereich 9a, während des Vermessungsvorgangs beleuchtet wird, um die Aufheizwirkung durch das repräsentative Aufheizbestrah- lungsmuster 7a zu berücksichtigen, wie oben zu Fig. 1 erläutert.
Bildseitig beinhaltet die Messvorrichtung von Fig. 3 gemäß dem Shack- Hartmann-Prinzip hinter einer Bildebene 17 des Prüflings, z.B. der Wafer- ebene eines mikrolithographischen Projektionsobjektivs, einen Shack- Hartmann-Sensor 18 mit einem Mikroobjektiv 19 zur Kollimation der Messstrahlung 16, einem Lochblenden- oder Mikrolinsenfeld 20 zur Selektion von Subpupillenbereichen des Prüflings 1a und einem Detektorelement mit der erwähnten Detektorebene 10a. Gemäß dem Shack- Hartmann-Verfahren wird die horizontale Auslenkung einzelner Subpu- pillen-Strahlenbündel 16a, 16b, 16c aus ihrer in Fig. 3 jeweils punktiert markierten Idealposition detektiert. Daraus werden dann bei diesem nicht interferometrischen Vermessungsverfahren die Aberrationen des Prüflings 1a abgeleitet, was im Fall von Fig. 3, wie gesagt, aufgrund des verwendeten Aufheizbestrahlungsmusters 7a unter realitätsnaher Berücksichtigung des „ lens heating"-Effektes erfolgt. Die Auswertung der detektierten, abbildungsfehlerindikativen Strahlungsinformationen erfolgt durch geeignete Auswertealgorithmen, die für die verschiedenen interferometrischen und nicht interferometrischen Vermessungstechniken an sich bekannt sind und daher hier keiner näheren Erläuterung bedürfen. Speziell lassen sich daraus die durch den Aufheizeffekt induzierten A- berrationen mittels der oben erläuterten, zeitabhängigen Vermessung an einer ausreichenden Anzahl von Feldpunkten durch entsprechend feld- und zeitabhängige Zernike-Koeffizienten beschreiben.
Da das im Messvorgang verwendete Aufheizbestrahlungsmuster 7 so gewählt ist, dass es praktisch die gleiche Strahlungsbelastung und damit Aufheizwirkung wie im Fall des oder der korrespondierenden, im normalen Abbildungsbetrieb eingesetzten Nutzmuster und folglich die gleichen aufheizbedingten Veränderungen der Abbildungseigenschaften des Abbildungssystems 1 verursacht, sind die im Messvorgang zeitaufgelöst für den jeweiligen Feldpunkt ermittelten Abbildungsfehler gleich denjenigen, wie sie im normalen Abbildungsbetrieb auftreten, wobei insbesondere auch die durch die Strahlungsbelastung bedingten Veränderungen der
Abbildungseigenschaften orts- und zeitaufgelöst berücksichtigt sind. Folglich können die im Messvorgang orts- und zeitaufgelöst gewonnenen Abbildungsfehlerinformationen für Korrekturmaßnahmen im späteren, normalen Abbildungseinsatz genutzt werden. Beispielsweise kann der Hersteller eines Projektionsobjektivs für eine Mikrolithographieanlage die entsprechenden, die Strahlungsbelastungseinflüsse orts- und zeitaufgelöst berücksichtigenden Abbildungsfehlerinformationen an einem Messstand aufnehmen, so dass sie später am Einsatzort in einer Mikrolithographieanlage dazu verwendet werden können, das Projekti- onsobjektiv korrektiv bzw. kompensierend anzusteuern. Auf diese Weise kann z.B. eine aufheizbedingte sphärische Aberration während der Wa- ferbelichtung ganz oder teilweise korrigiert werden, wozu verschiedene Manipulatoren des Projektionsobjektivs kontinuierlich entsprechend den zeitaufgelösten, zuvor messtechnisch aufgenommenen Aberrationsin- formationen nachgestellt werden.
Fig. 4 veranschaulicht ein solches Verfahren zum abbildungsfehlerkorrektiven Betrieb eines optischen Abbildungssystems in einem schematischen Flussdiagramm. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird in einem ersten Schritt 20 das optische Abbildungssystem durch eine geeignete erfindungsgemäße Messvorrichtung, wie einer der Messvorrichtungen der Fig. 1 bis 3, hinsichtlich Abbildungsfehlern vermessen. In einem nächsten Schritt 21 wird aus der durch den Messvorgang aufgenommenen abbildungsfehlerindikativen Strahlungsinformation die gesuchte orts- und zeitaufgelöste Abbildungsfehlerinformation ermittelt und abrufbar gespeichert.
Bei beabsichtigtem Einsatz des optischen Abbildungssystems für den normalen Abbildungsbetrieb werden dann die abgespeicherten Abbil- dungsfehlerinformationen abgerufen und daraus Fehlerkorrekturinformationen abgeleitet, die zur Steuerung bzw. Regelung des Abbildungsverhaltens einer oder mehrerer abbildungsaktiver und in ihrem Abbildungs-
verhalten steuerbar veränderlicher Komponenten des optischen Abbildungssystems derart herangezogen werden, dass die auftretenden Abbildungsfehler ganz oder teilweise kompensiert werden, insbesondere auch die durch den "lens-heating"-Effekt bedingten Schwankungen des Abbildungsverhaltens (Schritt 22). So kann z.B. bei einem in einen Mik- rolithographiescanner eingesetzten Projektionsobjektiv während der Wa- ferbelichtung eine permanente Nachstellung unter anderem von z- Manipulatoren zur Korrektur sphärischer Aberration vorgenommen werden, auch soweit die Aberration auf den Aufheizeffekt zurückgeht und dementsprechend zeitlich schwankt.
Alternativ zur oben beschriebenen Vorgehensweise, die Fehlerkorrekturinformationen aus den abgespeicherten Abbildungsfehlerinformationen zu dem Zeitpunkt abzuleiten, zu dem sie für die Korrektursteuerung bzw. -regelung des Abbildungssystems 1 benötigt werden, kann derart vorgegangen werden, dass aus den durch die Auswertung der abbildungsfeh- lerindikativen Strahlungsinformation gewonnenen Abbildungsfehlerinformationen sogleich die Fehlerkorrekturinformationen abgeleitet und diese abgespeichert werden, bis sie zur Abbildungsfehlerkorrektur im Abbildungsbetrieb benötigt werden.
Je nach Bedarf kann die zur Vermessung des Abbildungssystems benutzte Messvorrichtung als eigenständige Vorrichtung konzipiert oder in die Anlage integriert sein, für die das Abbildungssystem gedacht ist. Bei der integrierten Variante lässt sich derselbe Beleuchtungsteil für die Vermessung einerseits und den normalen Abbildungsbetrieb andererseits verwenden, was automatisch insoweit identische Beleuchtungsverhältnisse garantiert. Im Anwendungsfall eines Waferscanners entsprechend der Vorrichtung von Fig. 1 oder 3 brauchen beim Übergang von der Vermessung zum normalen Waferbelichtungsbetrieb und umgekehrt lediglich objektseitig die Messmaskeneinheit bzw. das Beleuchtungsmodul gegen ein Nutzmusterretikel und bildseitig der Messkopf gegen
einen zu belichtenden Wafer ausgetauscht werden. In jedem Fall können sowohl bei der integrierten als auch bei der eigenständigen Variante die aufheizbedingten Abbildungsfehlereinflüsse schon sofort ab Beginn eines Abbildungs- bzw. Belichtungsvorgangs zeitaufgelöst erfasst und ebenso zeitaufgelöst gegensteuernd korrigiert werden. Es versteht sich aus den obigen Erläuterungen, dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise sowohl mit verschiedenen Aufheizbestrahlungsmustern als auch mit verschiedenen sogenannten „Beleuchtungssettings", d.h. verschiedenen Beleuchtungssystemteilen bzw. Beleuchtungswellenlängen, aus- geführt werden kann.