CN114467005A

CN114467005A - 用于干涉测量确定表面形状的测量设备

Info

Publication number: CN114467005A
Application number: CN202080068894.1A
Authority: CN
Inventors: S.舒尔特; R.弗雷曼
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-05-10
Also published as: JP2022551063A; US20220221269A1; US11892283B2; DE102019214979A1; WO2021063766A1

Abstract

一种用于干涉确定测试物(14)的表面(12)的形状的测量设备(10)包括：用于提供输入波(42)的辐射源；多重编码衍射光学元件(60)，其被配置为通过衍射从输入波生成测试波(66)和至少一个校准波(70)，该测试波指向测试物(14)且具有形式为自由形式表面的波前，其中，校准波的波前具有非旋转对称形状(68f)，其中，穿过校准波(70)的波前的横截面沿着相互横向对准的横截面区域在各个情况下具有弯曲形状，并且其中，各种横截面区域中的弯曲形状在开口参数方面不同。此外，测量设备包括检测装置(46)，用于检测通过将参考波(40)和在与校准物(74)相互作用后的校准波叠加而形成的校准干涉图。

Description

用于干涉测量确定表面形状的测量设备

本申请要求主张2019年9月30日提交的德国专利申请10 2019 214 979.0的优先权。该专利申请的全部公开内容通过引用并入本申请中。

背景技术

本发明涉及用于干涉测量确定测试物的表面的形状的测量设备、涉及校准衍射光学元件的方法、涉及用于干涉测量确定测试物的表面的形状的方法并且涉及用于微光刻曝光设备的投射镜头的光学元件。

对于测试物(诸如微光刻光学元件)的表面形状的高准确干涉测量，通常使用衍射光学布置作为所谓的零光学件。在这种情况下，测试波的波前通过衍射元件适配到表面的期望形状，使得测试波的单独射线将在每个位置处以垂直的方式入射到期望形状上并因此自身被反射回去。可以通过在反射的测试波上叠加参考波来确定与期望形状的偏差。使用的衍射元件可以是例如计算机生成的全息图(CGH)。

形状测量的准确度取决于CGH的准确度。在此的决定性因素不一定是对CGH的最精确可能制造，而是CGH中所有可能误差的最精确测量。当测量测试件的形状时可以计算出已知误差。因此，CGH形成了参考。虽然对于旋转对称的非球面可以高精度地校准所有非旋转对称误差，但在自由形式表面，即没有旋转对称的非球形表面的情况下，所有CGH误差都会影响形状测量。因此，对CGH测量的准确度的要求显著提高。重要的是要以高精度了解CGH的衍射结构的畸变，即衍射结构相对于其期望位置的侧向位置，以及CGH的轮廓形状。然而，使用现有技术已知的测量装置可以确定这些参数的测量准确度不足以满足不断增加的要求。

DE 10 2012 217 800 A1描述了具有复杂编码CGH的这样的测量布置。光波最初使用斐索元件分为参考波和测试波。然后，测试波由复杂编码CGH转换为具有适配于表面的期望形状的波前的测试波和具有球面或平面波前的校准波。为此，CGH包含适当配置的衍射结构。校准波用于校准CGH。随后将测试物布置在测试位置中，并使用测试波实行测量。测试波由测试物的表面反射，由CGH变换回来，并且在通过斐索元件的通道后，该测试波由参考波叠加。可以从在平面捕获的干涉图确定表面的形状。尽管CGH的校准提高准确度，但这对于高级应用来说并不总是足够的。

根本问题

本发明的目的是提供在背景技术部分中提到的类型的测量设备和测量方法，利用它们来解决上述问题，特别是以提高的准确度确定自由形式表面形式的光学表面的形状是可能的。

发明内容

根据本发明，上述目的可以通过例如用于干涉测量确定测试物的表面的形状的测量设备来实现，其中该测量设备包括：用于提供输入波的辐射源、多重编码衍射光学元件，其被配置为通过衍射从输入波产生测试波和至少一个校准波，该测试波指向测试物且具有自由形式表面形式的波前，其中校准波的波前具有非旋转对称形状。沿着相互横向对准的横截面表面穿过校准波的波前的横截面在各个情况下具有弯曲形状。不同横截面表面中的弯曲形状在此在开口参数方面不同。此外，测量设备包括捕获装置，用于捕获通过将参考波和在与校准物相互作用后的校准波叠加而形成的校准干涉图。

自由形式表面应理解为意味着与任何旋转对称非球面的偏差大于5μm、特别是大于10μm的形状。此外，自由形式表面偏离任何球面至少0.05mm，特别是至少0.1mm、至少1mm或至少5mm。特别地，测量设备包括用于通过评估干涉图来确定测试物的表面的形状的评估装置，该干涉图通过将参考波和在与表面相互作用后的测试波叠加而捕获，这考虑通过与校准波叠加而形成的干涉图。

根据本发明的具有非旋转对称波前的校准波的设计允许测试波的波前和校准波的波前之间的差(在下文中也称为测试波前差)被最小化。

本发明基于以下发现：关于要产生的自由形式测试波，衍射光学元件的校准质量越好，校准波的形状与测试波的波前形状的偏差越小。其原因在于，负责产生校准波和测试波的多重编码衍射光学元件的部分结构越相似，校准波和测试波相互就越相似。在衍射光学元件的制造期间，相似的部分结构继而遭受相似的制造误差，并且它们的凹槽宽度轮廓具有相对较小的差异。

通过以产生具有非旋转对称波前的校准波的方式配置衍射光学元件，将测试波前差保持为尽可能小变得可能。这继而允许使用通过校准波确定的校准数据来以高准确度水平预测衍射光学元件中的制造误差对测试波的影响。

如上所述，沿着相互横向对准的横截面表面穿过校准波的波前的横截面在各个情况下具有弯曲形状，其中不同横截面表面中的弯曲形状在开口参数方面不同。特别地，横截面表面彼此垂直地布置。

根据实施例，两个不同横截面表面中的弯曲形状在它们的曲率方向方面不同。

根据其他实施例，弯曲形状在各个情况下都近似于圆形形状的部分段并且开口参数是圆半径。这应理解为意味着，在不同横截面中的弯曲形状在各个情况下具有圆形形状的部分段或近似具有圆形形状的部分段，特别是弯曲形状在各个情况下对应于圆形形状的部分段。

根据其他实施例，弯曲形状在各个情况下近似于抛物线形状的部分段并且开口参数是抛物线开口。这意味着，不同横截面中的弯曲形状在各个情况下对应于抛物线形状的部分段或近似地对应于抛物线形状的部分段。抛物线形状的部分段特别地包括抛物线的顶区域，特别是该部分段具有抛物线的对称顶区域。

根据其他实施例，校准波的波前具有像散形状。

根据其他实施例，校准波的非旋转对称形状对应于通过绕旋转轴线旋转关于对称轴线对称的表面(下文中也称为回转表面)形成的回转实体的表面的区段形状。这种回转实体的表面的区段对平面具有对称性，因此也可以描述为镜像对称。根据第一实施例变型，回转表面是圆形的并且旋转轴线真正平行于对称轴线。在这种情况下，得到的回转实体是圆环体。根据第二实施例变型，回转表面是非旋转对称的，例如椭圆形的。

根据其他实施例，校准波的波前偏离任何旋转对称形状至少50μm，特别是至少100μm。

根据其他实施例，衍射光学元件被配置为除了测试波以外还通过衍射从输入波产生至少三个校准波。

上述目的也可以例如通过用于校准衍射光学元件的方法来实现，该衍射光学元件被配置为产生具有自由形式表面形式的波前的测试波，用于干涉测量确定测试物的表面的形状。根据本发明的方法包括提供衍射光学元件，其具有多重编码并且在输入波中辐射使得除了测试波以外，通过多重编码处的衍射产生指向校准物的校准波，其中校准波的波前具有非旋转对称形状。此外，根据本发明的方法包括将校准物布置在不同校准位置处，使得校准波在各个情况下实质上垂直入射在校准物的表面的不同区域上。此外，根据本发明的方法包括捕获和比较校准干涉图，该校准干涉图通过将参考波和与在不同校准位置处的校准物相互作用之后的校准波叠加而产生。

根据本发明的方法，校准物被布置在不同的校准位置，使得校准波在各个情况下实质上垂直地入射在校准物的表面的不同区域上。此外，将不同校准位置处产生的校准干涉图相互比较。换言之，校准物的不同子孔径在各个校准位置用校准波辐射。通过适当的评估算法对各种校准干涉图的整体进行评估，可以将校准波的波前误差与校准物的形状误差分开。

根据实施例，校准物的各种校准位置通过校准物的移位和倾斜的组合来设定。此外，可以通过计算考虑不同校准位置出现的回溯误差。

此外，本发明提供用于干涉测量确定测试物的光学的表面的形状的方法。该方法包括以下步骤：提供多重编码衍射光学元件，其被配置为通过衍射从输入波产生测试波和至少一个校准波，该测试波指向测试物并且具有自由形式表面的形式的波前；校准根据前述实施例或实施例变型之一的衍射光学元件；捕获通过将参考波和在与测试物的表面相互作用之后的测试波叠加而产生的测量干涉图；以及考虑校准干涉图，通过评估测量干涉图来确定测试物的表面的形状。

根据实施例，出于测试多个相似但不同的自由形式表面的目的，所有测试波前差异的总和，即测试波和校准波的波前之间的差，可以保持很小，例如通过选择实现的测试波前差作为所有测试的自由形式表面的测试波前差的平均值。

此外，本发明提供了用于干涉测量确定多个表面的相应形状的方法。这些表面各自具有自由形式表面的形式，其中相应自由形式表面与最佳拟合球面的偏差的像散分量位于70％和90％之间，特别是75％和85％之间。根据本发明的方法包括以下步骤：通过均匀校准表面校准表面的干涉测量确定的形状测量结果，其中均匀校准表面与最佳拟合球面的偏差的像散分量对应于多个表面的像散分量的平均值。

关于像散分量的定义，特别是参考DE 10 2013 226 668 A1。测量的表面由于所提到的像散分量而彼此类似，但彼此不同。换言之，为了通过分别使用校准表面来确定多个表面的相应形状，仅需要单个校准表面。表面的形状测量结果的确定在各个情况下都可以类似于上述干涉测量方法实行，其中校准波在各个情况下适配于所提到的均匀校准表面。

如上所述，均匀校准表面与最佳拟合球面的偏差的像散分量对应于多个表面的像散分量的平均值。这意味着分配给均匀校准表面的像散分量与提到的平均值的偏差至多为10％，尤其是最多5％。

此外，根据本发明，提供用于微光刻曝光设备的投射镜头的光学元件，其光学表面具有自由形式表面的形式的期望形状，并且光学表面的实际形状与期望形状的偏差具有至多100pm的均方根，其中期望形状与其最佳拟合球面的最大偏差在0.1mm和20mm的范围内。特别地，实际形状与期望形状的偏差的均方根至多为20pm，特别是最多10pm。均方根也已知为缩写RMS。微光刻曝光设备包括辐射源、用于辐射掩模的照明系统和用于将掩模结构成像到基板上的投射镜头。此外，期望形状偏离任何旋转对称的非球面至少5μm，特别是至少10μm。

在与最佳拟合球面的最大偏差点处，期望形状的偏差值至少为0.1mm，至多为20mm。换言之，期望形状与任何球面的最大偏差至少为0.1mm，但与最佳拟合球面的偏差至多为20mm。根据实施例，期望形状与其最佳拟合球面的最大偏差为至少1mm，特别是至少5mm。根据另一实施例，最大偏差为至多8mm。

根据实施例变型，最佳拟合球面可以理解为意味着与期望形状的最大偏差是最小的球面。替代地，最佳拟合旋转对称参考表面还可以通过最小化偏差的均方根或通过最小化平均偏差来确定。自由形式表面被理解为意味着没有旋转对称性的非球面表面。

根据其他实施例，光学元件被配置为用于EUV波长范围内的微光刻曝光设备的反射镜元件。EUV波长范围(极紫外波长范围)被理解为意味着低于100nm的波长范围，特别是近似13.5nm或近似6.8nm的波长。

关于根据本发明的测量设备的上述实施例、示例性实施例和实施例变型等的所指定的特征，可以对应地施加到根据本发明的校准方法或根据本发明的用于干涉测量确定形状的方法，并且反之亦然。在权利要求和附图的描述中将解释根据本发明的实施例的这些和其他特征。单独的特征可以分别地或组合地实施作为本发明的实施例。此外，在本申请悬而未决的期间或之后，它们可以描述独立的可保护的有利的实施例以及仅在合理的情况下其所主张的保护。

附图说明

参考所附的示意性附图，在根据本发明的示例性实施例的如下的详细描述中说明了本发明的上述和其他的有利特征。附图中：

图1示出了用于干涉测量确定测试物的光学表面的形状的测量设备的实施例，其使用用于产生适配于表面的期望形状的测试波的衍射光学元件，

图2示出了根据图1的衍射光学元件，其具有用于产生除测试波以外的校准波的多重编码衍射结构图案，

图3a示出了在通过第一校准波测量第一校准物期间根据图2的衍射光学元件，

图3b示出了在通过第二校准波测量第二校准物期间根据图2的衍射光学元件，

图3c示出了在通过第三校准波测量第三校准物期间根据图2的衍射光学元件，

图3d示出了在测量测试物的光学表面期间根据图2的衍射光学元件，

图3e示出了当不利的特殊情况出现时根据图3a的第一校准波和根据图3c的测试波的图示，

图4示出了环形圆环体的实施例，其上标记了第一表面区段，

图5是沿图4中线V-V的截面图，

图6是沿图4中线VI-VI的截面图，

图7示出了根据图4的环形圆环体，其上标记了其他表面区段，

图8是沿图7中线VIII-VIII的截面图，

图9是沿图7中线IX-IX的截面图，

图10以剖面图示出了根据图4的环形圆环体，

图11示出了椭圆纺锤体圆环的实施例，其上标记了表面区段，

图12是沿图11中线XII-XII的截面图，

图13是沿图11中线XIII-XIII的截面图，

图14a示出了根据图1的衍射光学元件和布置在第一校准位置的校准物，

图14b示出了根据图1的衍射光学元件和布置在第二校准位置的校准物，

图15示出了校准物的顶视图，其中示出了在不同校准位置辐射的表面，

图16a示出了根据图1的测试物的光学表面在第一剖面中的示例性期望形状、校准波的示例性非旋转对称形状以及相对于期望形状最佳拟合的圆形形状，

图16b示出了根据图1的测试物的光学表面在第二剖面中的示例性期望形状、校准波的示例性非旋转对称形状以及相对于期望形状最佳拟合的圆形形状，以及

图17示出了微光刻曝光设备的投射镜头的光学元件的光学表面的示例性实施例。

具体实施方式

在下文描述的示例实施例或者实施例或实施例变型中，功能上或结构上相互相似的元件尽可能地提供相同或相似的附图标记。因此，为了理解特定示例性实施例的单独的元件的特征，应当参考本发明的其他示例性实施例的描述或者发明的一般性描述。

为了便于描述，在附图中指示笛卡尔xyz坐标系，由该坐标系，在附图中示出的部件的相应的位置关系是显而易见的。图1中，x方向垂直于附图的平面延伸到所述平面中，y朝上延伸并且z方向朝右延伸。

图1图示了根据本发明的示例性实施例中的干涉测量设备10。测量设备10适用于干涉测量确定光学元件的形式的测试物14的表面12的形状。这通过确定表面12的实际形状与期望形状的偏差来实现。

测试物14例如可以被设计为光学透镜元件或反射镜的形式。在所示的情况下，测试物14是用于EUV光刻的凹面反射镜，即被设计为用在使用EUV波长范围内的曝光波长的微光刻投射曝光设备中(特别是用在投射曝光设备的投射镜头中)的反射镜。EUV波长范围延伸至低于100nm的波长，特别是涉及近似13.5nm和/或近似6.8nm的波长。

光学测试物14通过保持件(图中未示出)安装在测量设备10中。测量设备10被配置为测量其期望形状是自由形式表面的光学表面12。在本文中，自由形式表面应理解为意味着与任何旋转对称非球面的偏差大于5μm，特别是大于10μm的形状；此外，自由形式表面偏离任何球面至少0.1mm，特别是至少1mm或至少5mm。

干涉测量设备10包括干涉仪16，干涉仪16继而包括光源18、分束器34和干涉仪照相机形式的捕获装置46。光源18产生照明辐射20并且为此包括例如激光器22，诸如用于产生激光束24的氦氖激光器。照明辐射20具有实行干涉测量的充分的相干光。在氦氖激光器的情况下，照明辐射20的波长近似为633nm。然而，照明辐射20的波长还可以具有电磁辐射中的可见和不可见的波长范围中的其他波长。

激光束24由聚焦透镜元件26聚焦到光阑28上，使得相干光的发散束30从孔径发出。发散束30的波前实质上是球面的。发散束30由透镜组32准直，由此产生的照明辐射20具有在当前情况下实质上为平面的波前。照明辐射20沿着干涉仪16的光轴56传播并且穿过分束器34。

然后照明辐射20入射到具有斐索表面38的斐索元件36上。照明辐射20的光的一部分在斐索表面38处作为参考波40被反射。照明辐射20中穿过斐索元件36的光沿着光轴56以平面波前44作为入射测量波(以下称为输入波42)进一步传播，并且入射到多重编码衍射光学元件60上。在测量设备10的其他实施例中，输入波42的波前也可以是球面的。

衍射光学元件60包括可透射照明辐射20的波长的基板62以及以计算机生成的全息图(CGH)的形式布置在基板52上的衍射结构图案64。

在第一实施例中，结构图案64被配置为使得输入波42在结构图案64处通过衍射被分成自由形式表面形式的测试波66和具有非旋转对称的形状的至少一个校准波68(参见图2)。通常，非旋转对称形状应理解为意味着与任何旋转对称形状偏离至少50μm的形状。根据实施例变型，非旋转对称形状与任何旋转对称非球面的偏离大于5μm；此外，非旋转对称形状可以具有上述定义的自由形式表面的形状。下面将描述非旋转对称形状的各种实施例，其特征在于除了与任何旋转对称形状偏差至少50μm的一般特征以外的其他参数。

作为图1中所示的具有用于产生参考波40的斐索元件36的干涉测量设备10的替代，参考波还可以在衍射光学元件60处产生，例如如DE 10 2015 209 490 A1的图1所示，并且通过参考反射镜来反射。

在图2所示的实施例中，除了校准波68以外，在结构图案64处还产生两个其他校准波70和72。校准波70和72可以各自具有平面或球面波前。根据实施例，其他校准波70和72中的一者或两者各自具有与校准波68类似的非旋转对称形状，但是具有与校准波68不同类型的形状。

测试波66也在图1中示出并且用于测量测试物14的光学表面12的实际形状。为此，测试波66的波前适配于光学表面12的期望形状。如上所述，测试波66具有自由形式表面的形状。

在测量测试物14(如图1所示，其中测试物14布置在测试波66的束路径中)之前，测量设备10首先以校准模式操作。在该模式中，最初是第一校准物74而不是测试物14布置在相对于衍射光学元件60的输出波侧，准确地说是在第一校准波68的束路径中，如图3a中示意性地图示的。除了误差偏差以外，校准波68的形状对应于校准物74的校准表面76的形状，换言之，校准物74的校准表面76的形状适配于校准波68的上述非旋转对称期望形状。这种非旋转对称的期望形状因此用作校准波68和校准物74两者的期望形状。

校准波68入射在校准物74的校准表面76上并由此其自身被反射回。反射的校准波68再次穿过衍射光学元件60，并且在分束器34处被反射之后，通过捕获装置46的透镜系统48指引到捕获装置46的相机芯片52的捕获表面50上(参见图1，其中测试波66由校准波68替换)。

由于与参考波40的叠加，在捕获表面50上产生校准干涉图案，通过评估装置54从该图案确定校准波68与其期望波前的偏差。然而，这发生在校准物74与期望形状的任何偏差都可以忽略不计的假设下。校准波68的实际波前因此通过校准物以高准确度水平来确定。校准波68与其期望波前的偏差作为校准偏差K1存储在评估装置54中。

根据图14a、14b和15所示的确定校准偏差K1的实施例变型，在多个不同校准位置处测量校准物74。为此，校准物74优选地被配置为使得校准表面76的直径比校准波68的直径大至少5％，特别是至少10％，即当校准波68被中心辐射时，对应的未辐射的外围区域保留在校准表面76上。

为了设置不同的校准位置，校准物74通过定位装置(图中未示出)通过倾斜和特别是移位的组合来位移。图14a示出了校准物74的第一校准位置，其中校准波68实质上居中地入射在校准表面76上。在这种情况下，校准波68的单独射线实质上垂直地入射在校准表面76上。

图14b示出了第二校准位置，该第二校准位置从第一校准位置开始，通过向下倾斜校准物74(即相对于x轴倾斜)来设定，结果是校准表面由校准波68所辐射的区域例如向上移位了校准波68的直径的至少5％或至少10％。在此，校准波68的单独射线也实质上垂直地入射在校准表面上。为了确保这一点，除了上述倾斜以外，还发生校准物74在yz平面中的适当移位。

如以下更详细解释的，例如，校准表面76的横截面形状以及校准波70的波前的横截面形状可以是圆形或抛物线形。通过倾斜和移位的适当组合，即使在图14b所示的第二校准位置中，在圆形和抛物线横截面形状两种情况下，也都可以由校准波68的单独射线产生基本垂直辐射。在圆形横截面形状的情况下，倾斜和移位的组合也称为“球面化”。

图15以校准表面76的平面图图示了校准波68在不同校准位置辐射的相应表面。参考图14a描述的中心校准位置用P1表示，并且参考图14b描述的向下倾斜校准位置用P2表示。通过适当地向上倾斜校准物74，由P3表示的校准位置可以设定为同时在yz平面中移位。此外，由P4和P5表示的校准位置可以通过将校准物向左或向右倾斜(即，相对于y轴倾斜)同时在xy平面中移位校准物74来设置。

根据实施例，为这些其他校准位置P2至P5中的一些或全部并且可能为类似于校准位置P1的其他校准位置，记录对应的校准干涉图。由于评估装置54通过适当的评估算法来评估所有记录的校准干涉图，校准波68的波前误差现在可以与校准物74的形状误差分开。换言之，根据本实施例，可以考虑校准物74与期望形状的实际偏差，因此可以以进一步提高准确度来确定校准波68的实际波前和校准偏差K1。为了进一步提高校准偏差K1的准确度，可以通过计算考虑针对各种校准位置P1到P5出现的回溯误差，即由于依赖于通过光学单元的测试波66的束路径的、干涉测量设备10的光学单元中的透镜误差而累积的误差。

根据实施例，在评估不同校准干涉图期间，通过已知的拼接方法来组合校准波68的波前区段，该波前区段存在于不同校准位置P1至P5中并且照明校准表面76的相应子孔径。

除了通过校准波68确定的校准偏差K1以外，根据图2所图示的实施例，可以使用其他校准波70和72来确定其他校准偏差K2和K3。校准波70和72的传播方向相互不同并且与校准波68的传播方向不同。校准偏差K2和K3的确定类似于校准偏差K1的确定，其通过将具有校准表面80的图3b所示的校准物78布置在校准波70的束路径中以及将具有校准表面84的图3c所示的校准物82布置在校准波72的束路径中来确定。

通过评估确定的校准偏差K1至K3，现在可以确定产生校准波68、70和72的衍射光学元件60上的衍射结构图案64的相位函数的畸变的x坐标和y坐标。此外，具有衍射结构图案64的衍射光学元件60的基板表面的形状和/或轮廓偏差可以从校准偏差K1至K3来确定。从因此获得的畸变坐标和形状和/或轮廓偏差，然后推断x和y坐标中的畸变以及整个衍射结构图案64的形状和/或轮廓偏差。这些偏差数据存储在评估装置54中并且用于在接下来测量测试物14的表面形状期间校正测试波66。

为此，如图1和图3d所示，测试物14布置在测试波66的束路径中，使得它以自准直方式入射到光学表面12上并在该处反射。反射波然后通过衍射光学元件60返回到干涉仪16，作为返回的测试波66。返回的测试波66捕获表面50上与参考波40干涉，从而产生测试干涉图。通过评估装置54评估测试干涉图并且由此确定光学表面12的实际形状与其期望形状的偏差。在评估中考虑在校准表面测量期间先前确定的所有偏差数据。

图3e图示了在称为极86处的校准波和测试波之间的衍射方向匹配的不利的特殊情况，但是由于具有非旋转对称形状的校准波的根据本发明的配置可能实现的自由度，而可以避免这种情况。这种不利的特殊情况在图3e中通过同时图示适配于测试物14的表面12的形状的测试波66的单独射线66-1到66-6和校准波68a的单独射线68a-1到68a-6来显示，该校准波68a适配于第一校准物74a的不利实施例的校准表面76a。

如图3e所示，在所示的不利实施例中，(测试波66的)单独射线66-4和(校准波68的)单独射线68a-4沿相同路径行进，这些单独射线66-4和68a-4从被称为极86的相关联衍射光学元件60a的衍射结构图案64a的点发出。在极86处，相关联衍射结构图案64a的两个相关联相位函数之间的差为零，这导致衍射结构图案64a中的凹槽间距相对较大。这些继而又会对衍射强度产生不利影响。简而言之，这种情况导致衍射结构图案64a中的间隙。如上所述，由于校准波68的配置中的自由度可以避免这样的极，该自由度通过使用非旋转对称形状，特别是像散形状可用于校准波68。

根据实施例，对于多个光学表面12的相应形状的干涉测量，这些光学表面12的相似之处在于它们的期望形状，该光学表面中的每一个都具有自由形式表面的形式，该光学表面具有值为70％和90％之间的、相应自由形式表面与最佳拟合球面的偏差的相应像散分量，则均匀校准表面可以用来校准形状测量结果。在这种情况下，均匀校准表面可以被配置为使得校准表面与最佳拟合球面的偏差具有像散分量，该像散分量对应于多个光学表面的像散分量的平均值。

下面将参考图4至图13图示校准波68和相关联校准物74的上述非旋转对称形状的各种实施例。如上所述，非旋转对称形状的特征在于它偏离任何旋转对称形状至少50μm。下面说明的非旋转对称形状的实施例可以用于在衍射光学元件60的衍射结构图案64处产生的其他校准波，例如校准波70和72。

在图4至图13所示的所有实施例中，校准波68的非旋转对称形状，以下被称为68f，对应于图10所示的回转实体88的表面89的区段形状。该回转实体88通过围绕旋转轴线94旋转关于对称轴线92对称的回转表面90来形成。在所示实施例中，对称轴线92平行于旋转轴线94布置。在替代实施例中，对称轴线92也可以相对于旋转轴线94不平行地对准。回转表面90(—其由于其轴向对称性也可以被描述为“镜像对称”)例如可以被配置为旋转对称的并且因此是圆形的(参见回转表面90a)，或非旋转对称的，例如椭圆形的(参见具有垂直于旋转轴线94的半长轴线a的回转表面90b和具有垂直于旋转轴线94的半短轴线a的回转表面90c)。

旋转轴线94和对称轴线92之间的距离是回转实体88的半径R。半径R可以大于、等于或小于回转表面90a的半径r或垂直于对称轴线92的回转表面90b或90c的半轴线。在圆形回转表面90a的情况下，图10中所示的环形圆环体对于回转实体88得到R>r，所谓的角状圆环体得到R＝r，而已知的纺锤体圆环体得到R<r。在圆形回转表面90a的情况下，根据本发明，R≠0适用。

在椭圆回转表面90b和90c的情况下，产生类似的实体结果，其在此被称为R>a的“椭圆环形圆环体”，R＝a的“椭圆角状圆环体”和R<a的“椭圆纺锤体圆环体”。在椭圆回转表面90b和90c的情况下，还允许R＝0的情况。图11示出了R＝0的“椭圆纺锤体圆环体”的示例。

在图4和7中，从图10中所示的环形圆环体形式的回转实体88的表面89的两个不同区段在各个情况下作为示例被选择为校准波68的非旋转对称形状68f。该形状68f在各个情况下相对于通过图4中指定的V-V线或图7中指定的VIII-VIII线延伸的反射镜平面镜像对称。在根据图4的实施例中，选择的区段位于环形圆环体的外侧，因此具有凸面形状。

图5示出了沿线V-V的截面图并且图6示出了沿线VI-VI的截面图，每个图都在图4的右手部分示出的非旋转对称形状68f的图像中。换言之，图5和6示出了沿相互垂直布置的横截面表面的穿过校准波68的波前的实施例的横截面，准确地说一次沿着yz平面并且一次沿着xz平面。在这两个横截面表面中的每一个中，波前的形状68f具有圆形形状并且因此具有弯曲形状。圆形形状具有相同的曲率方向，并且以它们相应半径r₁或r₂形式在开口参数方面存在差异。

在根据图7的实施例中，选择的区段位于环形圆环体的内侧，因此具有马鞍形。图8示出了沿线VII-VII的截面图并且图9示出了沿线IX-IX的截面图，其均在图7的右手部分示出的非旋转对称形状68f的图像中。

类似于图5和6、图8和9示出了沿着相互垂直布置的横截面表面穿过根据图7的校准波68的波前的实施例的横截面，准确地说是一次沿着yz平面和一次沿着xz平面。在此，波前也具有圆形形状，因此在这两个横截面表面中的每一个中具有弯曲形状。圆形形状具有不同的曲率方向，因此具有不同的开口参数，特别是具有不同符号的半径(r₁>0或r₂<0)，而且两个半径的绝对值也不同(|r₁|<|r₂|)。

在图11所示的具有R＝0的“椭圆纺锤体圆环体”的形式的回转实体88的实施例中，在回转实体88的前侧选择的区段68f具有与根据图5的区段类似的凸面形状，但具有抛物线横截面轮廓。区段68f的形状相对于延伸通过指定为XII-XII的线的反射镜平面是镜像对称的。

图12示出了沿线XII-XII的截面图并且图13示出了沿线XIII-XIII的截面图，每个图都在图11的右手部分示出的非旋转对称形状68f的图像中。换言之，图12和13示出了沿相互垂直布置的横截面表面穿过校准波68的波前的实施例的横截面，准确地说一次沿着yz平面并且一次沿着xz平面。在这两个横截面表面中的每一个中，波前的形状68f在各个情况下都近似于抛物线形状96-1或96-2的顶区域98并且因此具有弯曲形状。

图12所示的抛物线形状96-1可以描述如下：z＝-a₁y²+b₁，并且图13所示的抛物线形状96-2可以描述如下：z＝-a₂x²+b₂，其中在该情况下：b₁＝0和b₂＝0。抛物线开口形状中的抛物线形状的开口参数a₁和a₂相互不同(a₂<a₁)。根据图11的实施例的校准波68的波前因此具有像散形状。

在图16a和16b中，光学表面12的示例性期望形状12a与校准波68的非旋转对称形状68f和最佳拟合圆形形状100一起示出在图12或图13的相应截面图中，即在两个相互正交的截平面中。出于说明的目的，如图12和13中，近似于抛物线形状96-1和96-2的相应顶区域98的形状被选为校准波68的非旋转对称形状68f。在图16a和16b中绘制的最佳拟合圆形形状100各自表示穿过与期望形状12a最佳拟合并因此具有相同半径的球面的截面图。

如果现在考虑图16a和16b的两个截面图中光学表面12的期望形状12a和校准波68的形状68f之间的摆动102-1或102-2，即最大偏差，明显的是，与期望形状12a和最佳拟合圆形形状100之间的对应摆动102a-1或102a-2相比，所述摆动显著减小。由于这种减小的摆动，与在现有技术中是惯用的使用球面校准波相比，使用具有非旋转对称形状68f的根据本发明的校准波68能够显著改进衍射光学元件60的可实现校准准确度。

图17中，在yz平面中示意性地图示了图1中指定为测试物14的类型的光学元件的光学表面12。特别地，光学元件14是微光刻曝光设备的投射镜头的元件，特别是用于EUV波长范围的反射镜元件。

除了实际形状的光学表面12以外，光学表面的期望形状12a和与期望形状12a最佳拟合的球面104的截面图在图17中与图16a类似地示出。由二维偏差D(x,y)描述的光学表面12的实际形状与期望形状12a的偏差以大幅放大的方式示意性地示出，其中x和y表示表面12上的坐标。

在整个光学表面12上确定的偏差D(x,y)的均方根至多为100pm，特别是最多20pm。相比之下，与最佳拟合球面104相比，期望的形状12a具有最大偏差Δ，其在0.1mm和20mm的范围内，即最大偏差Δ至少为0.1mm且至多为20mm。特别地，该范围的下限值是1mm或5mm，而上限值特别可以是8mm。

在xz平面中光学元件14的光学表面12的横截面中，除了由D(x,y)描述的偏差以外，光学表面12还沿着图16b所示的期望形状12a延伸。期望形状12a与最佳拟合球面104的最大偏差在该剖面中小于图17所示剖面中的偏差Δ。在该实施例中，根据图17的剖面中的最大偏差大于所有其他可能的剖面中的最大偏差。因此，根据图17的最大偏差Δ被视为相对于最佳拟合球面的最大偏差Δ，如上所述。

由于xz平面中的期望形状12a(图16a)与yz平面中的期望形状12a(图16b)显著不同，因此期望形状12a在三维形式中显著偏离任何旋转对称的非球面。根据本实施例，期望形状12a与任何旋转对称非球面的最大偏差为至少5μm，特别是至少10μm。

上述描述的示例性实施例、实施例或实施例变型应该被认为是作为示例的。由此实现的本公开首先能够使本领域技术人员理解本发明和与其关联的优点，并且其次涵盖了在本领域技术人员的理解内所述结构和方法中的显而易见的变化和修改。因此，所有这些变化和修改，只要它们落入根据所附权利要求的限定的本发明的范围内，以及等同物都旨在被权利要求的保护所涵盖。

附图标记列表

10 干涉测量设备

12 光学表面

12a 期望表面

14 测试物

16 干涉仪

18 光源

20 照明辐射

22 激光器

24 激光束

26 聚焦透镜元件

28 光阑

30 发散束

32 透镜组

34 分束器

36 斐索元件

38 斐索表面

40 参考波

42 输入波

44 平面波前

46 捕获装置

48 透镜系统

50 捕获表面

52 相机芯片

54 评估装置

56 光轴

60 衍射光学元件

60a 不利实施例中的衍射光学元件

62 基板

64 衍射结构图案

64a 不利实施例中的衍射结构图案

66 测试波

66-1至66-6 测试波66的单独射线

68 校准波

68a-1至68a-6 校准波68a的单独射线

68f 非旋转对称形状

70 校准波

72 校准波

74 第一校准物

74a 不利实施例中的第一校准物

76 校准表面

76a 校准物76的校准表面

78 第二校准物

80 校准表面

82 第三校准物

84 校准表面

86 极

88 回转实体

89 表面

90、90a、90b、90c 回转表面

92 对称轴线

94 旋转轴线

96-1、96-2 抛物线形状

98 顶区域

100 最佳拟合的圆形形状

102-1、102-2 使用非旋转对称校准波时的摆动

102a-1、102a-2 使用球面校准波时的摆动

104 最佳拟合球面。

Claims

1.一种用于干涉测量确定测试物(14)的表面(12)的形状的测量设备(10)，包括：

-用于提供输入波(42)的辐射源，

-多重编码衍射光学元件(60)，其被配置为通过衍射从所述输入波产生测试波(66)和至少一个校准波(70)，所述测试波(66)指向所述测试物(14)且具有自由形式表面的形式的波前，

其中，所述校准波的波前具有非旋转对称形状(68f)，

其中，沿着相互横向对准的横截面表面穿过所述校准波(70)的波前的横截面在各个情况下具有弯曲形状，并且

其中，不同横截面表面中的弯曲形状在开口参数方面不同，以及

捕获装置(46)，用于捕获通过将参考波(40)和在与校准物(74)相互作用后的所述校准波叠加而形成的校准干涉图。

2.根据权利要求1所述的测量设备，

其中，两个不同横截面表面中的弯曲形状在它们的曲率的方向方面不同。

3.根据权利要求2所述的测量设备，

其中，所述弯曲形状在各个情况下近似于圆形形状的部分段并且所述开口参数是圆半径。

4.根据权利要求3所述的测量设备，

其中，所述弯曲形状在各个情况下近似于抛物线形状的部分段并且所述开口参数是抛物线开口。

5.根据权利要求2或4所述的测量设备，

其中，所述校准波的波前具有像散形状。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的测量设备，

其中，所述校准波(70)的非旋转对称形状(68f)对应于通过绕旋转轴线(94)旋转关于对称轴线(92)对称的表面(90、90a、90b、90c)形成的回转实体(88)的表面的区段的形状。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的测量设备，

其中，所述校准波(70)的波前偏离任何旋转对称形状至少50μm。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的测量设备，

其中，所述衍射光学元件(60)被配置为通过衍射从所述输入波产生除所述测试波以外的至少三个校准波(68、70、72)。

9.一种用于校准衍射光学元件(60)的方法，所述衍射光学元件被配置为产生具有自由形式表面的形式的波前的测试波(66)，用于干涉测量确定测试物(14)的表面(12)的形状，所述方法包括以下步骤：

-提供所述衍射光学元件(60)，其具有多重编码并且在输入波(42)中辐射使得除所述测试波以外，通过多重编码处的衍射产生指向校准物(74)的校准波(70)，

其中，所述校准波的波前具有非旋转对称形状(68f)，

-将所述校准物(74)布置在不同校准位置(P1、P2)处，使得所述校准波在各个情况下实质上垂直地入射在所述校准物的表面(76)的不同区域上，以及

捕获和比较校准干涉图，所述校准干涉图通过将参考波(40)和在所述不同校准位置处与所述校准物相互作用之后的所述校准波(70)叠加而产生。

10.根据权利要求9所述的方法，

其中，所述校准物的不同校准位置通过所述校准物(74)的移位和倾斜的组合来设定。

11.一种用于干涉测量确定测试物(14)的表面(12)的形状的方法，包括以下步骤：

-提供多重编码衍射光学元件(60)，其被配置为通过衍射从输入波(42)产生测试波和至少一个校准波(70)，所述测试波指向所述测试物且具有自由形式表面的形式的波前，

-根据权利要求9或10所述校准衍射光学元件，

-捕获通过将所述参考波(40)和在与所述测试物的表面相互作用之后的所述测试波(66)叠加而产生的测量干涉图，以及

-考虑校准干涉图，通过评估所述测量干涉图来确定所述测试物的表面的形状。

12.一种用于干涉测量确定多个表面的相应形状的方法，每个表面具有自由形式表面的形状，其中相应自由形式表面与最佳拟合球面的偏差的像散分量在70％和90％之间，所述方法包括以下步骤：

通过均匀校准表面来校准所述表面的干涉测量确定的形状测量结果，其中，所述均匀校准表面与最佳拟合球面的偏差的像散分量对应于所述多个表面的像散分量的平均值。

13.一种用于具有光学表面(12)的微光刻曝光设备的投射镜头的光学元件(14)，所述光学表面具有自由形式表面的形式的期望形状(12a)以及所述光学表面的实际形状与期望形状的偏差，该偏差的均方根至多为100pm，

其中，所述期望形状与其最佳拟合球面(104)的最大偏差在0.1mm至20mm的范围内，并且

其中，所述期望形状(12a)偏离任何旋转对称非球面至少5μm。

14.根据权利要求13所述的光学元件，

所述光学元件被配置为用于EUV波长范围内的微光刻曝光设备的反射镜元件。