DE102006021965A1

DE102006021965A1 - Kalibrierverfahren, Verwendung und Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102006021965A1
Application number: DE102006021965A
Authority: DE
Inventors: Matthias Manger; Uwe Dr. Schellhorn
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2007-11-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung einer Messvorrichung zur Messung einer optischen Größe eines Prüflings in Form eines Projektionsbelichtungssystems oder einer seiner Komponenten sowie auf eine Verwendung des Kalibrierverfahrens, auf eine zur Durchführung eines solchen Kalibrierverfahrens geeignete Messvorrichtung und ein diese enthaltendes Projektionsbelichtungssystem.
Erfindungsgemäß werden mit der Messvorrichtung Messvorgänge durchgeführt, bei denen wenigstens eine Komponente der Messvorrichtung in relativ zum Prüfling um verschiedene Kippwinkel verkippte Messstellungen positioniert wird.
Verwendung z. B. zur vollständigen Kalibrierung einer auf lateraler Scherinterferometrie basierenden Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung von Projektionsobjektiven in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen vom Scanner-Typ.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung einer Messvorrichtung zur Messung einer optischen Größe eines Prüflings in Form eines Projektionsbelichtungssystems oder einer seiner Komponenten, auf eine Verwendung des Kalibrierverfahrens, auf eine entsprechende Messvorrichtung und auf ein damit ausgerüstetes Projektionsbelichtungssystem.
Kalibrierverfahren dieser Art sind in vielerlei Ausprägungen bekannt, einschließlich solchen, bei denen Kalibriermessungen in verschiedenen Drehstellungen und/oder Translationsstellungen vorgenommen werden. Die Drehstellungen beziehen sich dabei auf eine Verdrehung um eine zu einer optischen Systemachse der Messvorrichtung und damit auch des Prüflings parallele Achse, z.B. eine Rotationssymmetrieachse eines zu vermessenden optischen Abbildungssystems, wie eines Objektivs. Die optische Systemachse ist dabei typischerweise die optische Achse des Gesamtsystems aus Vermessungsvorrichtung und Prüfling. Die verschiedenen Translationsstellungen beziehen sich auf laterale Verschiebungen in einer zu dieser optischen Systemachse senkrechten Lateral ebene. Als Messeinheiten beinhaltet die Messvorrichtung, z.B. eine Wellenfrontvermessungsvorrichtung, typischerweise meistens eine eintrittsseitig bzw. objektseitig des Prüflings zu positionierende Messretikeleinheit und eine austrittsseitig bzw. bildseitig des Prüflings zu positionierende Messsensoreinheit.
Kalibrierverfahren der eingangs genannten Art sind beispielsweise in der Offenlegungsschrift WO 2005/124274 A2 und der älteren deutschen Patentanmeldung 10 2005 041 373.0 der Anmelderin beschrieben, deren Inhalt hiermit zur Vermeidung unnötiger Textwiederholungen durch Verweis in vollem Umfang in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Kalibrierung von Vorrichtungen zur Wellenfrontvermessung von optischen Komponenten für bzw. in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere von höchstauflösenden Projektionsobjektiven derselben. Für diesen Anwendungszweck sind verschiedenste Wellenfrontvermessungsvorrichtungen gebräuchlich, z.B. basierend auf lateraler Scherinterferometrie, Punktbeugungsinterferometrie oder Moire-Techniken. Für diesbezügliche weitere Details kann auf die früheren Patentanmeldungen der Anmelderin zu dieser Thematik verwiesen werden.
Eine Schwierigkeit der erwähnten herkömmlichen Kalibrierstrategien, die auf Messungen bei unterschiedlichen Drehstellungen und/oder unterschiedlichen Translationsstellungen der Messsensoreinheit und/oder der Messretikeleinheit relativ zum Prüfling basieren, ist die prinzipbedingte Nichterfassbarkeit rotationssymmetrischer und insbesondere sphärischer Korrekturbeiträge. Diese Kalibrierlücke wird bislang meist als vernachlässigbar postuliert. Bei den immer weiter steigenden Anforderungen an die Auflösung von Projektionsobjektiven in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen stellt sich zunehmend der Bedarf einer Subnanometerkalibrierbarkeit und dadurch der Bedarf, auch sphärische Kalibrierbeiträge der Vermessungsapparatur erfassen und für die Messergebnisse korrektiv berücksichtigen zu können, um das Aberrationsverhalten des Prüflings entsprechend genau ermitteln zu können.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Kalibrierverfahrens der eingangs genannten Art sowie einer Verwendung desselben und einer zu dessen Durchführung geeigneten Messvorrichtung sowie eines damit ausgerüsteten Projektionsbelichtungssystems zugrunde, mit denen sich die oben erwähnten Schwierigkeiten des Standes der Technik reduzieren oder eliminieren lassen und die insbesondere auch eine Kalibrierung rotationssymmetrischer bzw. sphärischer Fehlerbeiträge der Komponenten der Messvorrichtung ermöglichen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Kalibrierverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Verwendung desselben mit den Merkmalen des Anspruchs 13, 14 oder 15, einer Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 und eines Projektionsbelichtungssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 26.
Das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren nach Anspruch 1 und die entsprechende Messvorrichtung nach Anspruch 17 zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, Messungen bei unterschiedlichen Kippwinkeln wenigstens einer Komponente der Messvorrichtung relativ zum Prüfling, d.h. relativ zu einem Projektionsbelichtungssystem oder einer seiner Komponenten, durchführen zu können. Die Verkippung kann je nach Anwendungsfall und Bedarf um eine oder mehrere Kippachsen erfolgen, wobei eine Kippachse durch den Fokus der aus dem Prüfling austretenden Strahlung verlaufen kann. Die Messergebnisse lassen sich zur Ermittlung von Kalibrierdaten auswerten, die ihrerseits bei der Messung der optischen Größe, z.B. der Wellenfront, der Polarisation, der Transmission usw., berücksichtigt werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beinhaltet das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren Messvorgänge in wenigstens zwei um unterschiedliche Kippachsen gekippten Messstellungen wenigstens einer Messeinheit der zu kalibrierenden Messvorrichtung. Die erhaltenen Messdaten können zur Gewinnung von Kalibrierdaten ausgewertet werden, in denen insbesondere auch rotationssymmetrische Korrekturbeiträge der betreffenden Messeinheit enthalten sind. Untersuchungen zeigen, dass eine derartige Auswertung mit den so gewonnenen Messdaten möglich ist.
Dabei ist vorliegend mit Kippung eine Drehung um eine zu einer optischen Systemachse der Messvorrichtung und des Prüflings nichtparallele, vorzugsweise senkrechte Achse gemeint, so dass die betreffende Verkippung der jeweiligen Messeinheit im Ortsraum einer ortsabhängigen Verschiebung in einem zugeordneten Pupillenraum-Koordinatensystem einer Pupille des Prüflings entspricht, d.h. durch die Verkippungen im Ortsraum ergeben sich Verschiebungen im Pupillenraum, deren Größe von den Kippwinkeln und von den Pupillenkoordinaten selbst abhängt. Bedeutsam für die Brauchbarkeit dieses Kalibrierverfahrens ist die Tatsache, dass elementare Positionierfehler durch eine auf einer Integrabilitätsbedingung basierende Fehlerkorrektur korrigierbar sind, wodurch eine Aufintegration der Positionierfehler verhindert wird, so dass moderate Anforderungen an die Positioniergüte des Aufbaus der Messvorrichtung genügen, die in der Praxis realisierbar sind.
Es zeigt sich, dass mit dem erfindungsgemäßen Kalibrierverfahren eine vollständige Kalibrierbarkeit einer Messvorrichtung, wie z.B. einer Wellenfrontvermessungsvorrichtung, durch die Einstellung der verschiede nen Kippstellungen der einen oder mehreren Messeinheiten der Vorrichtung erzielt werden kann. Rotationssymmetrische und nicht-rotationssymmetrische Kalibrierlücken können bei diesem Verkippungs-Kalibrierverfahren vollständig vermieden werden.
In Weiterbildung des Kalibrierverfahrens können zusätzliche Messvorgänge bei anderen Kippwinkeln und/oder mit anderen Kippachsen und/oder in verdrehten Stellungen der Messeinheit ausgeführt werden, um je nach Bedarf die Stabilität des Kalibrierverfahrens zu steigern, insbesondere dessen Unempfindlichkeit gegenüber unkorrelierten oder unbekannten Fehlertypen.
In entsprechenden Ausgestaltungen der Erfindung werden insbesondere die Kalibrierbeiträge einer Messsensoreinheit und/oder einer Messretikeleinheit der Vermessungsvorrichtung in der erwähnten Weise ermittelt.
Erfindungsgemäß lässt sich das Kalibrierverfahren für praktisch alle herkömmlichen Messvorrichtungen der hier einschlägigen Art verwenden und speziell zur höchstgenauen Subnanometerkalibrierung von Wellenfrontvermessungsvorrichtungen, wie sie in der Mikrolithographie zur hochpräzisen Aberrationsbestimmung z.B. von Projektionsobjektiven eingesetzt werden. Speziell ist eine vollständige Kalibrierung auch hinsichtlich der sphärischen Wellenfrontaberrationen für Vorrichtungen zur Wellenfrontvermessung eines Projektionsobjektivs einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage vom Scannertyp möglich, wozu letztere lediglich mit entsprechenden Positioniereinheiten zur Ausführung der benötigten Verstellungen einer Messretikeleinheit und/oder einer Messsensoreinheit ausgerüstet sein braucht. Die Vermessungsvorrichtung kann je nach Bedarf an einem separaten Messplatz, in den der jeweilige Prüfling eingebracht wird, realisiert oder in-situ in die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage integriert sein. Im letztgenannten Fall können die Kalibriermessungen je nach Wunsch separat vor oder zwischen den normalen Messvorgängen oder innerhalb der normalen Messvorgänge ausgeführt werden.
Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Vorrichtung zur kalibrierenden Wellenfrontvermessung umfasst eine Sensorpositioniereinheit, mit der die Messsensoreinheit der Vermessungsvorrichtung in verschiedene Kippstellungen zur Durchführung der Kalibriermessungen verbracht werden kann. In weiterer Ausgestaltung ist eine entsprechende Retikelpositioniereinheit für eine Messretikeleinheit der Vermessungsvorrichtung vorgesehen. Als Verstellfreiheitsgrade beinhaltet die jeweilige Positioniereinheit eine Verkippmöglichkeit um zwei verschiedene Kippachsen oder dazu äquivalent eine Verkippmöglichkeit um eine Kippachse in Kombination mit einer Verdrehbarkeit um eine zur optischen Systemachse der Vermessungsvorrichtung parallele Drehachse.
Ein erfindungsgemäßes Projektionsbelichtungssystem ist mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung ausgerüstet, wozu deren Komponenten beispielsweise in das Projektionsbelichtungssystem integriert sein können. Bei Bedarf ermöglicht dies Messungen in-situ während des normalen Belichtungsbetriebs des Projektionsbelichtungssystems bzw. in entsprechenden Belichtungspausen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung hier interessierender Komponenten einer auf lateraler Scherinterferometrie basierenden Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung eines Mikrolithographie-Projektionsobjektivs, die eine Messretikeleinheit und eine Messsensoreinheit beinhaltet,
2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen, mit der Vermessungsvorrichtung von 1 ausführbaren Kalibrier- und Vermessungsverfahrens,
3 eine Ansicht entsprechend 1, jedoch für einen Kalibriermessvorgang mit in eine erste Kippstellung verbrachter Messsensoreinheit,
4 eine Ansicht entsprechend 2 mit der Messsensoreinheit in einer zweiten Kippstellung,
5 und 6 je eine schematische Darstellung der Zuordnung konjugierter Prüflingsmesskanäle und Messkanäle der Messsensoreinheit in den 1 bis 3 in der unverkippten Ausgangsstellung gemäß 1 bzw. der verkippten Kalibriermessstellung gemäß 2 oder 3,
7 eine Ansicht entsprechend 1, jedoch mit in eine erste Kippstellung zur Kalibriermessung verbrachter Messretikeleinheit und
8 eine Ansicht entsprechend 7 mit in eine zweite Kippstellung verbrachter Messretikeleinheit.
In 1 ist schematisch eine auf lateraler Scherinterferometrie basierende Wellenfrontvermessungsvorrichtung nur mit ihren hier interessierenden Komponenten dargestellt, wobei sie im gezeigten Beispiel zur Aberrationsbestimmung eines Objektivs 1 dient, hier speziell eines Projektionsobjektivs einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage. Konkret sind in 1 als Messeinheiten der Wellenfrontvermessungsvorrichtung eine Messretikeleinheit in Form eines Retikelmoduls 2 mit geeigneter Objektmaske und eine Messsensoreinheit in Form eines Sensormoduls 3 angedeutet. Das Retikelmodul 2 wird auf einer Objekt seite des Objektivs 1 positioniert, das Sensormodul 3 auf einer Bildseite desselben, wobei üblicherweise die Objektmaske des Retikelmoduls 2 in oder nahe einer Objektebene und das Sensormodul 3 mit einem frontseitigen Beugungsgitter 4 in oder nahe einer Bildebene des Objektivs 1 positioniert werden. Das Sensormodul 3 weist darüber hinaus eine optionale Sensoroptik 5 auf, um das Beugungsgitter 4 in das Fernfeld abzubilden. An die optionale Sensoroptik 5 schließt sich ein strahlungsempfindliches Detektorelement 6 z.B. in Form eines CCD-Arrays einer CCD-Kamera an, das bei fehlender Sensoroptik auch direkt hinter das Beugungsgitter 4 positioniert werden kann.
Üblicherweise fungiert bei derartigen lateralen Scherinterferometriemessungen eine sogenannte Kohärenzmaske als Objektmaske, und durch die Wirkung des bildseitigen Beugungsgitters 4 entstehen Scherinterferogramme, die für das Aberrationsverhalten des vermessenen Prüflings 1, hier des Mikrolithographie-Projektionsobjektivs, indikativ sind. Die Scherinterferogramme werden vom Detektorelement 6 aufgenommen, und die von ihm gewonnenen Messdaten werden einem Auswerterechner 7 zugeführt. Durch mehrere Messungen mit lateral verschobenem Beugungsgitter 4 lässt sich der Wellenfrontgradient in einer Pupille, d.h. Pupillenebene, des Objektivs 1 und folglich durch Aufintegration der Wellenfrontverlauf in der Pupille und daraus das gesuchte Aberrationsverhalten des Objektivs 1 ermitteln. Die Details dieser lateralen Scherinterferometrietechnik zur Prüflingsvermessung sind an sich bekannt und bedürfen daher hier keiner weiteren Erläuterungen. Es kann hierzu beispielsweise auf entsprechende frühere Patentanmeldungen der Anmelderin verwiesen werden. Das rechte untere Teilbild von 1 soll diesen Sachverhalt durch Wiedergabe eines vom Detektorelement 6 aufgenommenen typischen Scherinterferogramms 8 symbolisieren, das für den Wellenfrontphasenverlauf in der Pupille des Prüflings 1 repräsentativ ist.
Ohne Kalibrierungsmaßnahmen beinhaltet der solchermaßen durch die Scherinterferometriemessungen erhaltene ortsabhängige Wellenfront-Phasenverzögerungsverlauf im Pupillenraum, d.h. einem die Pupillenebene aufspannenden Pupillenkoordinatensystem, neben dem gesuchten Beitrag durch den zu vermessenden Prüfling 1 auch weitere, additive Beiträge von allen anderen eingesetzten, fehlerbehafteten optischen Komponenten, hier speziell vom Retikelmodul 2 und vom Sensormodul 3 der Vermessungsvorrichtung. Das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren dient dazu, diese Störbeiträge in einer vorteilhaften Weise zu eliminieren bzw. wenigstens insoweit zu unterdrücken, dass eine gewünschte Genauigkeit der Vermessung z.B. im Subnanometerbereich erzielt werden kann.
Es sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber erwähnt, dass zur Vermessung des Prüflings 1 mit der Vermessungsvorrichtung von 1 noch eine übliche und daher hier nicht weiter gezeigte Lichtquelle gehört, bei der es sich im Anwendungsfall einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage insbesondere um ein Beleuchtungssystem derselben handeln kann. Die Vermessungsvorrichtung kann hierbei in-situ in die Belichtungsanlage integriert werden, indem ein übliches Retikelmodul durch die Messretikeleinheit 2 ersetzt bzw. durch geeigneten Objektmaskentausch temporär in eine solche umgestaltet wird und eine übliche Waferstage durch das Sensormodul 3 ersetzt wird. Alternativ kann die Vermessungsvorrichtung an einem separaten Messplatz aufgebaut sein, in den der Prüfling 1 zur Vermessung eingebracht wird, wobei der Messplatz vorzugsweise eine Lichtquelle aufweist, die mit derjenigen identisch ist, welche für den normalen Betrieb des Prüflings 1 verwendet wird, z.B. ein hierzu benutztes Beleuchtungssystem. Dem Retikelmodul 2 ist eine Retikelpositioniereinheit 9 zugeordnet, und dem Sensormodul 3 ist eine Sensorpositioniereinheit 10 zugeordnet, die jeweils darauf ausgelegt sind, die für das Retikelmodul 2 bzw. das Sen sormodul 3 benötigten Bewegungsfreiheitsgrade und Positionierungen bereitzustellen.
Nachfolgend wird auf die charakteristischen Merkmale des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens, das eine vollständige Kalibrierung auch bezüglich der rotationssymmetrischen, sphärischen Korrekturbeiträge ermöglicht, für den Anwendungsfall der Aberrationsbestimmung eines Mikrolithographie-Projektionsobjektivs mit der Vermessungsvorrichtung gemäß 1 anhand der 2 bis 8 näher eingegangen. Der grundsätzliche Verfahrensablauf ist im Flussdiagramm von 2 wiedergegeben. In einem ersten Schritt 20 werden das Messretikel 2 und der Messsensor 3 unverkippt, d.h. in der in 1 gezeigten normalen Messstellung, positioniert, und es wird ein erster Messvorgang durchgeführt. Der erste Messvorgang beinhaltet dabei wie üblich mehrere Messungen bei sukzessive lateral verschobenen Positionen des Beugungsgitters bzw. Schergitters 4 und/oder der retikelseitigen Objektmaske relativ zum Prüfling 1. Der durch Auswertung der im ersten Messvorgang aufgenommenen Messdaten rekonstruierbare Wellenfront-Phasen-verlauf im Pupillenraum enthält additiv außer dem gesuchten Beitrag des Prüflings 1 auch die Beiträge des Messretikels 2 und des Messsensors 3. Diese Störbeiträge werden durch die nachfolgend erläuterten Kalibriermessungen eliminiert.
Dazu wird in einem nächsten Schritt 21 das Sensormodul 3 gegenüber seiner vorherigen unverkippten Stellung um einen Kippwinkel α um eine y-Achse als Kippachse verkippt. Die entsprechend verkippte Messstellung ist in 3 gezeigt. Dabei wird hier und im Folgenden auf ein kartesisches xyz-Koordinatensystem im Ortsraum Bezug genommen, wie es in den zugehörigen Figuren angegeben ist, d.h. die z-Achse weist in Richtung einer optischen Achse A des Prüflings 1 und damit einer optischen Systemachse des Gesamtsystems von Prüfling 1 und Vermessungsvorrichtung, während die xy-Ebene die dazu senkrechte Querebe ne darstellt. In den betreffenden Figuren liegt jeweils die x-Richtung in der Zeichenebene, die y-Richtung ist senkrecht zur Zeichenebene.
In der ersten Kippstellung gemäß 3 wird dann ein zweiter Messvorgang durchgeführt, der wiederum mehrere Einzelmessungen bei lateral verschobenem Schergitter 4 umfasst. Daraufhin wird das Sensormodul 3 in die inverse Kippstellung verbracht, d.h. in ihre um den Kippwinkel –α um die y-Achse gekippte Stellung gemäß 4, um dann auch in dieser inversen Kippstellung einen entsprechenden Messvorgang durchzuführen.
Daraufhin wird das Sensormodul 3 bezogen auf seine unverkippte Stellung um die zur y-Achse senkrechte x-Achse in eine entsprechende zweite Kippstellung verbracht, wobei der Kippwinkel gleich demjenigen der Verkippung um die y-Achse sein kann, aber nicht muss. In dieser um die x-Achse senkrecht zur Verkippung um die y-Achse gekippten zweiten Stellung wird dann gemäß Schritt 22 von 2 ein dritter Messvorgang aus mehreren Einzelmessungen mit lateral verschobenem Schergitter 4 durchgeführt. Dasselbe wird für eine inverse Kippstellung um die x-Achse wiederholt.
Es versteht sich, dass die Sensorpositioniereinheit 10 dafür eingerichtet ist, die erwähnten gekippten Messstellungen für das Sensormodul 3 zu bewirken. Dies kann z.B. dadurch realisiert sein, dass die Sensorpositioniereinheit 10 direkt je einen Kippfreiheitsgrad für das Sensormodul 3 um die x-Achse und die y-Achse bereitstellt. Alternativ können die erwähnten Kippstellungen auch dadurch realisiert werden, dass die Sensorpositioniereinheit 10 eine Verkippung des Sensormoduls 3 um eine in der xy-Ebene liegende Achse und eine Verdrehmöglichkeit um die z-Achse bereitstellt. So kann z.B. die um die x-Achse gekippte Messstellung durch Verkippen um die x-Achse und anschließendes Verdrehen um 90° um die z-Achse bewirkt werden.
Wie dem Fachmann geläufig, transformiert sich die erwähnte Verkippung, hier des Sensormoduls 3, im Ortsraum in eine ortsabhängige Translation im Pupillenraum. Die 5 und 6 veranschaulichen schematisch die Wirkung der besagten Verkippungen auf konjugierte Kanäle des vermessenen Prüflings und des Sensormoduls. Speziell veranschaulicht 5 die unverkippte Grundstellung, in welcher je ein Sensormesskanal S1, S2, ... mit je einem zugehörigen Prüflingskanal P1, P2, ... korrespondiert. 6 veranschaulicht den um den Kippwinkel α gekippten Fall, bei dem der Kippwinkel α der Ausdehnung eines jeweiligen Kanals entspricht, so dass nun der jeweilige Sensorkanal Si, i=1, 2, ..., mit einem Prüflingskanal P(i+1) korrespondiert. Wenn keine Überlaufkanäle zugelassen werden, gelangt in diesem Beispiel der im Prüflingskanal P1 liegende Wellenfrontanteil nicht mehr in den Sensor. Wie die 5 und 6 veranschaulichen, lässt sich durch eine definierte Verkippung des Sensors 3 gegenüber dem Prüfling 1 der Bezug zwischen der zu prüfenden Wellenfront und der Akzeptanzkugel des Sensors 3 auf definierte Weise verändern. Es versteht sich, dass es hier und in allen anderen genannten Fällen jeweils nur auf Relativstellungen ankommt, d.h. für die Kalibriermessungen gemäß den 3 und 4 kann alternativ zu einer aktiven Verkippung des Sensormoduls 3 der Prüfling 1 aktiv verkippt werden. Im allgemeinen ist es jedoch einfacher, den Prüfling 1 stationär zu halten und die betreffenden Komponenten der Vermessungsvorrichtung aktiv in die verschiedenen Messstellungen zu verbringen.
Eine genauere Rechnung zeigt, dass durch die beschriebenen Messvorgänge entsprechend den Schritten 20 bis 22 mit den Kalibriermessungen in mindestens zwei unterschiedlichen, um zwei verschiedene Kippachsen geneigten Kippstellungen eine vollständige Kalibrierung der Fehlerbeiträge des Sensormoduls 3 möglich ist. Dabei ist insbesondere praxisrelevant, dass die Aufintegration unvermeidbarer und an sich irre levanter Fehlertypen vollständig durch eine Fehlerkorrektur anhand der Integrabilitätsbedingung beherrscht werden kann, wodurch die Anforderungen an die Aktuatorik, wie der Sensorpositioniereinheit 10, soweit entlastet werden, dass sie mit praktikablem Aufwand erfüllt werden können. Ein Einsatz von zusätzlichen Kalibriermessungen bei um die z-Achse verdrehten Stellungen ist prinzipiell nicht notwendig, da keine weiteren nicht-rotationssymmetrischen Kalibrierlücken beim erfindungsgemäßen Verkippungs-Kalibrierverfahren auftreten, die noch eliminiert werden müssten. Dennoch können bei Bedarf in einem Schritt 23 gemäß 2 optional ein oder weitere Messvorgänge z.B. bei verschiedenen Drehstellungen um die z-Achse durchgeführt werden, um die Stabilität des Kalibrierverfahrens zu steigern, d.h. seine Unempfindlichkeit gegenüber unkorrelierten oder noch unbekannten Fehlertypen.
Anschließend werden dann in einem Schritt 24 von 2 entsprechende Kalibrierdaten durch Auswertung der aufgenommenen Messdaten gewonnen, wobei die Kalibrierdaten die Korrekturbeiträge des Sensormoduls 3 und insbesondere auch dessen rotationssymmetrische Fehlerbeiträge enthalten.
In gleicher Weise wie oben bezüglich des Sensormoduls 3 beschrieben, erfolgt eine Ermittlung entsprechender Kalibrierdaten für die rotationssymmetrischen und nicht-rotationssymmetrischen Fehlerbeiträge des Retikelmoduls. Dazu wird in einem Schritt 25 von 2 das Retikelmodul bzw. Messretikel 2 in eine erste Kippstellung gemäß 7 relativ zum Prüfling 1 verbracht, z.B. wiederum mit dem Winkelbetrag α. Das Sensormodul 3 verbleibt hierbei in seiner unverkippten Stellung. Nach Durchführen eines entsprechenden Messvorgangs mit mehreren Einzelmessungen bei lateral verschobenem Schergitter 4 wird das Messretikel 2 in die inverse Kippstellung gemäß 8 verbracht und in dieser ein entsprechender Messvorgang ausgeführt, siehe Schritt 26 von 2. Auch bezüglich des Messretikels 2 können optional weitere stabili tätserhöhende Messvorgänge gemäß Schritt 27 von 2 ausgeführt werden. Es versteht sich, dass die Retikelpositioniereinheit 9 entsprechend zur Sensorpositioniereinheit 10 zur Bewirkung der gewünschten Verstellbewegungen eingerichtet ist.
Aus den gewonnenen Messdaten werden dann im Schritt 28 von 2 Kalibrierdaten mit den rotationssymmetrischen und nicht-rotationssymmetrischen Korrekturbeiträgen des Messretikels 2 durch entsprechende Auswertung der erhaltenen Messdaten gewonnen. Insgesamt können dadurch die Störbeiträge sowohl des Messretikels 2 als auch des Messsensors 3 wegkalibriert und somit der gesuchte Aberrationsbeitrag des Prüflings 1 ermittelt werden. Eine Verfälschung des Vermessungsergebnisses durch über das Feld des Prüflings langreichweitig korrelierte Fehler aufgrund systematischer Messfehler der Komponenten der Vermessungsvorrichtung kann mit sehr hoher Genauigkeit verhindert werden, d.h. das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren ermöglicht Aberrationsmessungen mit Genauigkeiten im Subnanometerbereich.
Der Fachmann kann anhand seines Fachwissens die Auswertung und die Tauglichkeit des Kalibrierverfahrens anhand der ihm geläufigen Kenntnis der einschlägigen stahlungsoptischen Beziehungen und Algorithmen nachvollziehen, so dass dies hier keiner Darlegung im Einzelnen bedarf. Es seien hierzu lediglich einige Anmerkungen gemacht, welche die Vorteile des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens besonders deutlich machen. Grundlegend ist die Tatsache, dass die genannten Verkippungen im Ortsraum mit Verschiebungen im Pupillenraum korrelieren, deren Größe von der Pupillenkoordinate selbst abhängig ist, wobei für kleine Verkippungen eine Linearisierung der maßgeblichen Gleichungssysteme möglich und erlaubt ist. Die Fehlerbeiträge der Prüflingswellenfront lassen sich in vier additive Anteile aufspalten, nämlich einen nicht weiter interessierenden globalen Offset, je einen von nur ei ner der beiden Pupillenkoordinaten abhängigen Anteil und einen explizit von beiden Koordinaten abhängigen Anteil. Der letztgenannte Beitrag kann redundant aus der Kippung um jeweils eine von zwei nichtparallelen Achsen ermittelt werden, im vorliegend erläuterten Fall der x- bzw. der y-Achse. Die beiden von nur jeweils einer Pupillenkoordinate abhängigen Beiträge ergeben sich aus der Verkippung um je eine zugehörige Kippachse.
Entscheidend für die Bewertung der Schwere und Korrigierbarkeit von Fehlertypen bzw. einer Kombination von Fehlertypen ist die sogenannte Integrabilitätsbedingung, wonach die gemischten zweiten partiellen Ableitungen des Prüflingswellenfrontverlaufs im Pupillenraum wegunabhängig sind, d.h. die partielle Ableitung zuerst nach der einen und dann nach der anderen Pupillenkoordinate soll das gleiche Ergebnis liefern wie die Ableitung zuerst nach der anderen und dann nach der einen Pupillenkoordinate. Eine entsprechende Fehlerkorrektur bei verletzter Integrabilitätsbedingung erfolgt noch vor dem Aufintegrationsprozess, durch den die Prüflingswellenfront durch Aufintegration der aus den Messungen ableitbaren partiellen ersten Ableitungen der Prüflingswellenfront nach den beiden Pupillenkoordinaten erhalten werden kann.
Bei den hier einschlägigen Vermessungsvorrichtungen hängen die elementaren Fehlertypen unmittelbar mit der Positioniergüte des Vermessungsaufbaus zusammen, wobei die bei der Wellenfront relevanten Positionierfehler im Ortsraum in Kippfehler, Rotationsfehler, laterale Translationsfehler und Hub-/Fokusfehler unterschieden werden können. Die Kippfehler können vergleichsweise leicht unter die Signifikanzschwelle, wie sie sich durch anderweitige Fehlereinflüsse ergibt, gesenkt und damit praktisch eliminiert werden, so dass eine Verkippungsaktuatorik mit moderatem Aufwand genügt. Beispielsweise erfordert ein niedriges Aberrationsniveau in der Größenordnung 10nm bei einer Verkippung von 1 ° eine moderate Kippeinstellgenauigkeit von 0,01 ° für einen relativen Messfehler von 1 % des Aberrationsniveaus, d.h. 0,1 nm. Rotationsfehler des Messsensors oder des Messretikels gegenüber dem Prüfling verursachen Translationsfehler im Pupillenraum, die linear vom Pupillenort abhängen. Durch entsprechende Auslegung der Verkippungsaktuatorik kann auch hier eine hinreichende Unterdrückung mit moderatem Aufwand erzielt werden. Liegt die Dreh-/Kippachse nicht exakt auf der durch das Gitter aufgespannten Ebene, so wandert das Konvergenzzentrum der einfallenden Kugelwelle beim Verkippen relativ zum Messsensor bzw. Messretikel horizontal und vertikal aus, was eine Bildverschiebung auf dem Messsensor verursacht, die einer geometrischen Verzeichnung gleichkommt. Diese entspricht wiederum einer Kippung im Pupillenraum und lässt sich geeignet beherrschen. Eine vertikale Auswanderung der Wellenfront-Kugelwelle relativ zum Messsensor oder Messretikel als Folge einer fehlerbehafteten Verkippung entspricht einem Defokus. Dieser kann durch Nachführen des Messsensors bzw. Messretikels bis auf einen unbedeutenden Restbeitrag berücksichtigt werden.
Die Kipp- und Rotationsfehler skalieren sämtlich mit dem Prüflingsniveau und sind bei entsprechender Ausgestaltung der Verkippungsaktuatorik ausreichend leicht zu beherrschen. Weiter lässt sich zeigen, dass die Gewichte der anderen Fehlermuster bezüglicher lateraler Translationsfehler und Hub-/Fokusfehler aufgrund ihrer unterschiedlichen funktionalen Verläufe über die Integrabilitätsbestimmung ermittelt und herausgerechnet werden können, mit Ausnahme des Ortsraum-Translationsfehlers in y-Richtung bei Verkippung um die x-Achse und des Ortsraum-Translationsfehlers in x-Richtung bei Verkippung um die y-Achse, die prinzipbedingt nicht unterscheidbar sind. Jedoch zeigt sich, dass eine entsprechende Aufintegration dieser beiden Fehlermuster zu identischen Beiträgen führt, die bis auf den unbedeutenden Offsetanteil gerade dem an sich irrelevanten Defokusbeitrag entsprechen. Daraus resultiert die komplette Kalibrierbarkeit einer Wellenfrontvermessungsvorrichtung durch das erfindungsgemäße Verkippungs-Kalibrierver fahren. Zur Separation des Vermessungsaperaturbeitrags wird die Messsensoreinheit und die Messretikeleinheit, letztere z.B. mit einem Objektgitter, einer Streuscheibe und einem Linsenarray oder dergleichen, nach dem identischen Kalibrierverfahren kalibriert, wobei angenommen sei, dass der Beleuchtungsteil des Systems selbst keinen Kalibrierbeitrag liefert oder selbiger anderweitig ermittelt wird.
Die Komplettkalibrierung erfordert zwei Kalibrierschritte. Im ersten Schritt wird das Sensormodul gegenüber dem Prüfling und dem Retikelmodul kalibriert und daraus der Sensorbeitrag gewonnen. Im zweiten Schritt wird das Retikelmodul gegenüber dem Prüfling und dem Sensormodul kalibriert und daraus dessen Beitrag gewonnen. Der gesamte Kalibrierbeitrag der Vermessungsvorrichtung zum Messergebnis setzt sich dann additiv aus den Teilbeiträgen des Sensormoduls und des Retikelmoduls zusammen.
Es versteht sich, dass sich das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren nicht nur wie gezeigt für eine Wellenfrontvermessungsvorrichtung vom lateralen Scherinterferometrietyp zur Vermessung von Projektionsobjektiven in der Mikrolithographie eignet, sondern für beliebige, für diesen oder andere Vermessungszwecke dienende Wellenfrontvermessungsvorrichtungen einsetzbar ist, z.B. auch solchen, die nach dem Prinzip eines Punktbeugungsinterferometers, eines Twyman-Green-Interferometers, eines Fizeau-Interfermometers etc. arbeiten. Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch Kalibrierverfahren sowie zugehörige Messverfahren und Messvorrichtungen zur Messung anderer optischer Größen, wie Polarisation, Transmission usw., beliebiger Komponenten von Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen und anderer Projektionsbelichtungssysteme. Insbesondere umfasst die Erfindung auch Wellenfrontvermessungsvorrichtungen und andere Messvorrichtungen, die eine Mehrzahl paralleler Messkanäle aufweisen und/oder für eine polarisations-unabhängige oder polarisationsabhängige Intensitätsmessung und/oder eine polarisationsunabhängige oder polarisationsabhängige Phasenmessung und/oder zur Passeprüfung an Prüflingsoberflächen eingerichtet sind.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung einer Messvorrichtung zur Messung einer optischen Größe eines Prüflings in Form eines Projektionsbelichtungssystems oder einer seiner Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Messvorrichtung Messungen bei unterschiedlichen Kippwinkeln wenigstens einer Komponente der Messvorrichtung relativ zum Prüfling durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen bei Kippwinkeln bezüglich wenigstens zweier verschiedener Kippachsen durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Messungen bei Kippwinkeln bezüglich einer Kippachse durchgeführt wird, die durch einen Fokus von aus dem Prüfling austretender Strahlung verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswertung der durch die Messungen erhaltenen Messergebnisse Kalibrierdaten ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierdaten bei der Messung der optischen Größe des Prüflings berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass als optische Größe des Prüflings die Wellenfront gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Messschritt mit mehreren Messvorgängen in relativ zum Prüfling unterschiedlichen Messstellungen einer Messeinheit der Messvorrichtung und ein Auswerteschritt zur Gewinnung von Kalibrierdaten, die Korrekturbeiträge der Messeinheit enthalten, aus den im wenigstens einen Messschritt erhaltenen Messdaten durchgeführt werden, wenigstens eine Messschritt wenigstens folgende Teilschritte beinhaltet: a) Positionieren der Messeinheit in einer ersten Messstellung und Durchführen eines ersten Messvorgangs zur Gewinnung zugehöriger Messdaten, b) Positionieren der Messeinheit in einer relativ zum Prüfling gegenüber der ersten Messstellung um einen vorgebbaren Kippwinkel um eine erste, zu einer optischen Systemachse der Vermessungsvorrichtung nicht-parallele Kippachse gekippten zweiten Messstellung und Durchführen eines zweiten Messvorgangs zur Gewinnung zugehöriger Messdaten und c) Positionieren der Messeinheit in einer relativ zum Prüfling gegenüber der ersten Messstellung um einen vorgebbaren Kippwinkel um eine zur optischen Systemachse der Vermessungsvorrichtung nicht-parallele, von der ersten verschiedene zweite Kippachse gekippten dritten Messstellung und Durchführen eines dritten Messvorgangs zur Gewinnung zugehöriger Messdaten und – der Auswerteschritt ein Auswerten der im wenigstens einen Messschritt erhaltenen Messdaten zur Gewinnung von rotationssymmetrische Korrekturbeiträge der Messeinheit enthaltenden Kalibrierdaten beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Messschritt einen oder mehrere weitere Messvorgänge beinhaltet, für welche die Messeinheit in einer jeweiligen Messstellung positioniert wird, die relativ zum Prüfling um einen anderen Kippwinkel und/oder um eine andere, zur optischen Systemachse der Vermessungsvorrichtung nicht-parallele Kippachse verkippt und/oder um einen vorgebbaren Drehwinkel um eine zur optischen Systemachse der Vermessungsvorrichtung parallele Drehachse verdreht ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass als Messeinheit eine Messretikeleinheit eintrittsseitig des Prüflings oder eine Messsensoreinheit austrittsseitig des Prüflings in die verschiedenen Messstellungen positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung als Messeinheiten eine eintrittsseitig des Prüflings zu positionierende Messretikeleinheit und eine austrittsseitig des Prüflings zu positionierende Messsensoreinheit umfasst, wobei – eine der beiden Messeinheiten im Teilschritt b in die gekippte zweite Messstellung und im Teilschritt c in die gekippte dritte Messstellung bei festgehaltener Positionierung der anderen Messeinheit positioniert wird, – ein zweiter Messschritt mit den Teilschritten b und c für die andere der beiden Messeinheiten durchgeführt wird, wozu diese in die entsprechenden gekippten Messstellungen positioniert wird, während die erstgenannte Messeinheit in unverkippter Messstellung verbleibt, und – der Auswerteschritt ein Auswerten der in den beiden Messschritten erhaltenen Messdaten zur Gewinnung von Kalibrierdaten umfasst, die rotationssymmetrische Korrekturbeiträge sowohl der Messretikeleinheit als auch der Messsensoreinheit enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter dadurch gekennzeichnet, dass als Messvorrichtung eine Vorrichtung zur optischen Wellenfrontvermessung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten der Messdaten auf Basis gemessener ortsabhängiger Wellenfront-Phasenverschiebungen bezüglich eines Pupillenraum-Koordinatensystems des Prüflings erfolgt.
Verwendung des Kalibrierverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für eine Wellenfrontvermessungsvorrichtung vom Typ eines lateralen Scherinterferometers, eines Punktbeugungsinterferometers, eines Twyman-Green-Interferometers, eines Fizeau-Interferometers und/oder für eine Messvorrichtung, insbesondere eine Wellenfrontvermessungsvorrichtung, die eine Mehrzahl paralleler Messkanäle und/oder eine polarisationsunabhängige oder polarisationsabhängige Intensitätsmessung und/oder eine polarisationsunabhängige oder polarisationsabhängige Phasenmessung beinhaltet.
Verwendung des Kalibrierverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für eine Messvorrichtung zur Passeprüfung an einer Oberfläche des Prüflings.
Verwendung des Kalibrierverfahrens nach Anspruch 11 oder 12 für eine Vorrichtung zur aberrationsbestimmenden Wellenfrontvermessung eines Objektivs oder einer anderen Komponente einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage.
Verwendung nach Anspruch 15, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenfrontvermessungsvorrichtung eine solche zur Wellenfrontvermessung eines Projektionsobjektivs oder eines Beleuchtungssystems einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage vom Scanner-Typ ist.
Messvorrichtung zur Messung einer optischen Größe eines Prüflings in Form eines Projektionsbelichtungssystems oder einer seiner Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung wenigstens eine Komponente aufweist, die relativ zum Prüfling kippbar ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 17, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die relativ zum Prüfling kippbare Komponente der Messvorrichtung an der Lichtaustrittsseite des Prüflings oder an der Lichteintrittsseite des Prüflings angeordnet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 18, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die relativ zum Prüfling kippbare Komponente der Messvorrichtung ein Detektor zur Erfassung wenigstens eines Messwertes ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 18, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die relativ zum Prüfling kippbare Komponente als eine Einheit zur Beeinflussung der für die Messung verwendeten Strahlung ausgebildet ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die relativ zum Prüfling kippbare Komponente der Messvorrichtung um einen Kippwinkel von wenigstens 0,1 Grad relativ zum Prüfling kippbar ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Messung einer optischen Größe eines Beleuchtungssystems oder eines Projektionsobjektivs des Projektionsbelichtungssystems oder einer Komponente des Beleuchtungssystems oder des Projektionsobjektivs eingerichtet ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie zur kalibrierenden Wellenfrontvermessung des Prüflings eingerichtet ist und dazu eine bildseitig positionierbare Messsensoreinheit (3) und eine Sensorpositioniereinheit (10) aufweist, die zur Positionierung der Messsensoreinheit (3) in wenigstens zwei relativ zum Prüfling um verschiedene, zu einer optischen Systemachse der Wellenfrontvermessungsvorrichtung nicht-parallele Kippachsen verkippte Kalibriermessstellungen eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Messretikeleinheit (2) und eine zugeordnete Retikelpositioniereinheit (9) beinhaltet, wobei die Retikelpositioniereinheit dafür eingerichtet ist, die Messretikeleinheit in wenigstens zwei relativ zum Prüfling um verschiedene, zur optischen Systemachse der Wellenfrontvermessungsvorrichtung nicht-parallele Kippachsen verkippte Kalibriermessstellungen zu positionieren.
Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorpositioniereinheit und/oder die Retikelpositioniereinheit für eine Verkippbarkeit der Messsensoreinheit und/oder der Messretikeleinheit um zwei verschiedene Kippachsen oder zur Verkippbarkeit der Messsensoreinheit und/oder der Messretikeleinheit um eine Kippachse kombiniert mit einer Verdrehbarkeit um eine zur optischen Systemachse der Wellenfrontvermessungsvorrichtung parallele Drehachse eingerichtet ist.
Projektionsbelichtungssystem mit einer Messvorrichtung zur Messung einer optischen Größe des Projektionsbelichtungssystems oder einer seiner Komponenten, wobei die Messvorrichtung eine solche nach einem der Ansprüche 17 bis 25 ist.