CN115943285A - 用于表征光学元件的表面形状的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于表征光学元件的表面形状的方法和设备。根据本发明的方法包括以下步骤：通过在不同情况下在由电磁辐射在至少一个衍射元件处的衍射产生并在光学元件处反射的测试波上叠加未在所述光学元件处反射并经由参考元件传播的参考波，在所述光学元件上执行干涉图测量系列；在多个校准反射镜上执行进一步的干涉图测量系列，用于通过在不同情况下在由电磁辐射在所述至少一个衍射元件处的衍射产生并在相应的校准反射镜处反射的校准波上叠加未在所述光学元件处反射并经由所述参考元件传播的参考波来确定校准校正；以及基于在所述光学元件上执行的所述干涉图测量系列并且基于确定的校准校正，确定所述光学元件的图形；其中，当评估已执行的所述干涉图测量系列时，所述干涉图测量系列的不同相位关系在其对确定所述校准校正的影响方面至少被部分地补偿。

Description

用于表征光学元件的表面形状的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年8月19日提交的德国专利申请DE 10 2020 210 529.4的优先权。该DE申请的内容通过引用并入本申请文本。

技术领域

本发明涉及用于表征光学元件的表面形状的方法和设备。

背景技术

微光刻用于生产微结构部件，比如集成电路或液晶显示器。微光刻工艺在所谓的投射曝光设备中进行，该投射曝光设备具有照明装置和投射镜头。在这种情况下，通过照明装置照明的掩模(即：掩模母版)的图像通过投射镜头投射到衬底(例如，硅晶片)上，该衬底涂覆有光敏层(光致抗蚀剂)并设置在投射镜头的像平面中，以便将掩模结构转印到衬底的光敏涂层上。

在设计用于EUV范围的投射镜头中，即：在例如大约13nm或大约7nm的波长处，由于缺乏可用的合适的透光折射材料，反射镜被用作成像过程的光学部件。如例如从US 2016/0085061 A1中已知的，设计用于EUV的典型投射镜头可以具有例如在NA＝0.55范围内的像侧数值孔径(NA)并将(例如环段形状的)物场成像到像平面或晶片平面中。像侧数值孔径(NA)的增加通常伴随着投射曝光设备中使用的反射镜所需的反射镜表面积的增大。这进而导致，除了制造之外，测试反射镜的表面形状也是一项艰巨的挑战。特别地，干涉测量方法在此用于反射镜的高精度测试。

在这方面，计算机生成的全息图(CGH)等的使用是众所周知的，其中使得在反射镜(以下也称为“测试对象”)处反射的测试波与在参考反射镜处反射的参考波发生干涉。在这种情况下，CGH具有根据反射镜形状设计的衍射CGH结构，用于成形在数学上对应于测试对象形状的波前。此外，还已知的是，例如在斐索(Fizeau)装置中，在参考表面(“斐索板”)处反射的参考波和在反射镜处反射的测试波之间产生干涉图。

为了尽可能准确地表征相应测试对象的表面形状，有必要可靠地区分最终要确定的测试对象的图形误差与“干涉仪误差”(即：与干涉测量设置相关的误差)。如果待表征的测试对象的表面是自由形式表面(即：没有旋转对称性的表面)，这通常是EUV反射镜的情况，则区分测试对象的图形误差与“干涉仪误差”所需的校准不能单独通过旋转平均化来完成，而是通常包括使用(通常为三个)校准反射镜来执行进一步的干涉仪测量，为此目的，在干涉测量设置中使用一个接一个的校准反射镜来代替测试对象。在这种情况下，经由参考元件传播或在参考反射镜处反射的参考波不与在测试对象处反射的测试波叠加，而是与在相应的校准反射镜处反射的校准波叠加。然后通过考虑以这种方式确定的校准校正来确定测试对象的图形。

在这种情况下，还已知的是使用复数编码CGH，其中除了实际测试所需的功能(即：根据反射镜形状而设计的CGH结构，用于成形在数学上对应于测试对象形状的波前)之外，用于提供校准波的至少一个另外的“校准功能”被编码在同一个CGH中，该校准波用于校准或误差校正。

在测试对象的表面形状的干涉表征中需要考虑的另一种情况是，在干涉测量设置中，仅执行一次强度测量对于所需的干涉图相位(即：在测试对象或校准反射镜处反射的波与经由参考元件传播的参考波之间的相差)的确定是不够的。而是，有必要在不同情况下执行彼此不同的多个强度测量，例如通过参考元件的位置或倾斜位置而不同或者关于电磁辐射的偏振状态(其经由一个或多个偏振影响元件设定)而不同，以便在测量测试对象时以及在测量校准反射镜时确定干涉图相位，除非使用所谓的DMI法(DMI＝直接测量干涉法)。

在具有参考反射镜的干涉测量装置的情况下，为此目的，例如，在也称为“相移”的方法中，可以通过对参考反射镜的不同轴向位置执行相应的大量(例如大约几千个)强度测量来执行参考反射镜的连续轴向移动，其中，可以从在检测器(例如CCD相机)的强度信号中获得的典型正弦波调制中确定关于各自定义的参考线的干涉图相位的值，作为相位零点或相位参考。在参考反射镜或斐索干涉仪中，可以通过使参考反射镜或斐索元件绕横轴轴向移动或倾斜来调制相位。

此外，称为“偏振相移干涉法”的方法也是已知的。在这种情况下，测试波和参考波具有不同的偏振，这可以通过改变特定的偏振元件(例如通过旋转线性偏振器)来改变。偏振的这些变化导致强度调制，从而导致干涉图相位的调制。在这种情况下，相位值也只能相对于特定的相位参考来确定。

除了这些相移干涉法之外，前面已经提到的被称为“直接测量干涉法”(＝DMI法)的方法也是已知的，其中例如通过参考元件的特定倾斜、在强度测量中引入调制，并且其中可以通过利用特定的邻域关系、从单独的强度测量中确定干涉图相位。在此，相位值也仅仅是相对于以特定方式选择的相位零点或相位参考而给出的。

所有涉及干涉图相位的定量确定的干涉法都有一个共同点，即：干涉图相位是由强度调制确定的，并且这些强度调制优选地通过改变参考波来产生。强度调制在此对应于干涉图相位的调制。相位值可以经由干涉图相位调制给出，仅与定义的相位关系相关；确定绝对干涉图相位值原则上是不可能的，相位值仅仅是确定的“模2π(modulo 2π)”这一基本事实也反映了这一点。

在上述校准方法中，除了测试对象的测量外，还执行校准反射镜上的测量，更令人困扰的是，对于所有干涉图测量系列之间的公共相位关系，绝对有必要使得为强度调制而引入的参考波的变化在所有测量中都是相同的。

鉴于在光刻应用中存在的对精度的严格要求，还需要以很高的精度来执行上述干涉图相位确定，这在实践中构成了苛刻的挑战。这里的一个复杂因素是存在所谓的CGH的结构位移误差(也就是说，存在于CGH上的衍射结构的通常局部可变的位移；“放置误差”)。校准方法的主要目的是特别校正这种结构位移误差，如通常显著的干涉仪误差。

在一些反射镜的情况下，由于其尺寸，用CGH仅测试表面的局部区域可能是有利的，这些CGH是为此目的而分别设计的并且因此是不同的。在这种情况下，必须执行所谓的干涉图相位拼接，因为这些干涉图相位用于不同的表面区域，并且必须通过利用适当选择的重叠区域来组合以形成连续的相位分布。对于每个CGH，干涉仪测量在不同情况下还在合适的校准球上进行。这种拼接测试对象所需的校准校正不仅涉及引言部分中描述的问题，即：对于单独的CGH，校准测量之间必须存在正确的相位关系，而且还涉及另外的问题，即：在不同的CGH处，校准测量和测试对象测量之间必须存在正确的相位关系。为了能够无误差地将各个反射镜区域上的干涉图相位结合在一起，对于测量中使用的所有CGH，必须确保测试对象上以及重叠区域中所有校准球上的所有测量的公共相位关系。

所有列出的问题情况都有一个共同点，即：对测试对象的图形误差的不正确预测最终会导致同样不正确的表面处理，其结果是会导致整个光学系统的波前像差，从而损害光学系统或微光刻投射曝光设备的成像特性。

发明内容

针对上述背景，本发明的一个目的是提供一种用于表征光学元件的表面形状的方法和设备，该方法和设备能够提高精度，并且同时至少部分地避免上述问题。

该目的分别通过根据独立权利要求的特征的方法和设备来实现。

一种用于在干涉测试装置中表征光学元件的表面形状的方法，包括以下步骤：

通过在不同情况下在由电磁辐射在衍射元件处的衍射产生并在光学元件处反射的测试波上叠加未在光学元件处反射并经由参考元件传播的参考波，在光学元件上执行干涉图测量系列；

在多个校准反射镜上执行进一步的干涉图测量系列，用于通过在不同情况下在由电磁辐射在衍射元件处的衍射产生并在相应的校准反射镜处反射的校准波上叠加未在光学元件处反射并经由参考元件传播的参考波来确定校准校正；以及

基于在光学元件上执行的干涉图测量系列并且基于确定的校准校正，确定光学元件的图形；

其中，当评估已经执行的干涉图测量系列时，干涉图测量系列的不同相位关系在其对校准校正的确定的影响方面至少被部分地补偿。

根据一个实施例，通过考虑由不同干涉图测量系列之间参考元件的参考位置的漂移所引起的相位偏移来确定光学元件的图形。这尤其可能是不同干涉图测量系列之间存在的参考元件的初始移动位置(作为相移期间参考元件的起始位置，其在干涉图测量系列中用作相位零点或相位参考)的漂移。替代地，不使用该起始位置，参考元件的不同参考位置也可以用于相位关系。在斐索元件的情况下，该漂移与参考表面的(起始)移动位置有关，而在偏振相移的情况下，该漂移与可旋转线性偏振器的(起始)旋转位置有关。

根据另一方面，本发明涉及一种用于在干涉测试装置中表征光学元件的表面形状的方法，其中该方法包括以下步骤：

通过在不同情况下在由电磁辐射在至少一个衍射元件处的衍射产生并在光学元件处反射的测试波上叠加未在光学元件处反射并经由参考元件传播的参考波，在光学元件上执行干涉图测量系列；

在多个校准反射镜上执行进一步的干涉图测量系列，用于通过在不同情况下在由电磁辐射在至少一个衍射元件处的衍射产生并在相应的校准反射镜处反射的校准波上叠加未在光学元件处反射并经由参考元件传播的参考波来确定校准校正；以及

基于在光学元件上执行的干涉图测量系列并且基于确定的校准校正，确定光学元件的图形；

通过考虑由不同干涉图测量系列之间参考元件的参考位置的漂移所引起的相位偏移来确定光学元件的图形。

根据一个实施例，相位偏移被假设为是恒定的。严格地说，只有当参考反射镜是平面镜时，才会出现具有恒定值的相位偏移。在曲面参考反射镜的情况下，除了恒定的相位值外，还会出现在干涉图之间可变的附加相位值。然而，由于在校准方法中还考虑了参考反射镜的图形误差，所以基本上只有恒定相位在最低阶是相关的。

根据一个实施例，通过将对应于这些相位偏移的未知量包括在确定校准校正所基于的方程组中来考虑相位偏移。

根据一个实施例，基于附加测量结果来考虑相位偏移。这些附加测量结果可以基于在参考元件上执行的表面测量、在参考元件上执行的位置测量和/或相位调整。相位调整尤其可以通过存在于至少一个衍射元件上的自准式(Littrow)结构或者通过参考元件的倾斜来实现。

根据一个实施例，干涉图测量系列在不同情况下包括多个干涉图测量，该多个干涉图测量在参考元件的位置方面彼此不同。

根据一个实施例，参考元件在每个干涉图测量系列期间轴向移动。

根据一个实施例，干涉图测量系列在不同情况下包括多个干涉图测量，该多个干涉图测量在参考反射镜处反射的参考波的偏振状态方面彼此不同。

根据一个实施例，在不同情况下对至少两个衍射元件分别执行干涉图测量系列，该至少两个衍射元件在用于产生校准波的衍射结构方面彼此不同。

根据一个实施例，对电磁辐射的不同偏振状态执行干涉图测量。

本发明最初是基于发明人的发现，即：在引言部分中讨论的表面形状的干涉表征中，特别是恒定的相位偏移形式的显著的误差贡献归因于“相移”过程(如上所述，其对于确定干涉图相位是不可避免的)，该“相移”过程必须在测试对象的实际干涉测量中以及在使用校准反射镜的情况下(这对于确定校准校正是必要的)执行，而且该误差贡献还归因于这样的事实，即：由此在测试对象和校准反射镜之间或者在不同校准反射镜之间引起的切换不可避免地导致以下事实：在相移期间基于相应强度信号的调制而发生的干涉图相位确定在为相位关系的目的而定义的相应参考线方面彼此不同。

换句话说，在为了确定干涉图相位而选择或定义的相应参考线之间的差异的意义内，参考元件或参考反射镜的非常小的定位误差(也就是说，在将被连续测量的部件、即测试对象和校准反射镜的相移的相应起始处，参考元件的例如轴向的起始位置不同)导致以(特别是恒定的)相位偏移形式出现的误差贡献也包含在最终获得的干涉图相位的测量结果中。尽管原则上考虑到所述误差贡献，CGH和参考元件之间的距离的(绝对)测量是可想象的，但这种距离测量必须以极高的精度水平进行(因为在λ＝532nm的示例性典型工作波长下，500nm量级的距离测量误差已经导致1*λ量级的相位误差)。

本发明在此特别从以下考量出发，即：在测量期间参考波的不相等变化随着测量中相位零点或相位参考的不同选择而发生，这又导致各个测量中的干涉图相位不同，特别是由于未知且通常恒定的相位偏移。然而，校准方法要求在校准反射镜的所有测量中存在相同的干涉仪误差。各个校准反射镜上的测量之间的不同相位关系对应于在每个校准反射镜测量中不同的干涉仪误差，其结果是，干涉仪误差不能随后通过计算而从实际测试对象上的测量中被正确地消除。

发明人特别发现，校准反射镜上的干涉图测量中的不相等相位关系以及随后出现的不同的相位偏移导致对结构位移误差的不正确解释，这又导致对测试对象的图形误差的不正确预测。在干涉方法中，在干涉仪的输入照明中以多个不同偏振状态进行测量，即使在单独的光学元件(测试对象或校准反射镜)上进行测量，也不能理想地确保具有不同偏振的各个测量中的干涉图相位的公共相位关系，这导致具有不同偏振的测量之间的干涉图相位中的未知相位偏移，并最终导致测试对象的预测图形中的误差。

根据一个实施例，衍射元件是计算机生成的全息图(CGH)。计算机生成的全息图(CGH)可以具有复数编码，特别用于提供测试波和校准波。

根据一个实施例，基于光学元件的图形来执行光学元件的表面处理。

待表征其表面形状的光学元件尤其可以是反射镜。此外，光学元件可以被设计用于小于30nm、特别是小于15nm的工作波长。特别地，光学元件可以是微光刻投射曝光设备的光学元件。

本发明还涉及一种用于表征光学元件的表面形状的设备，特别是微光刻投射曝光设备的光学元件的表面形状，其中该设备被配置成执行具有上述特征的方法。关于该设备的优点和有利配置，参考与根据本发明的方法相关的上述解释。

根据说明书和从属权利要求，本发明的进一步配置是显而易见的。

下面基于附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明。

附图说明

在附图中：

图1示出了用于解释可以在根据本发明的方法中使用的干涉测试装置的一种可能设置的示意图；

图2示出了用于解释当用干涉测试装置表征光学元件的表面形状时出现的问题的示意图；

图3示出了用于解释根据本发明的方法的示例性实施例的流程图；

图4示出了用于解释根据本发明的方法的另一实施例的流程图；

图5示出了用于解释根据本发明的方法的另一实施例的流程图；

图6示出了用于解释可以在根据本发明的方法中使用的干涉测试装置的另一种可能设置的示意图；并且

图7示出了设计用于在EUV中操作的投射曝光设备的示意图。

具体实施方式

图7首先示出了示例性投射曝光设备的示意图，该投射曝光设备被设计用于在EUV中操作，并且包括可通过根据本发明的方法测试的反射镜。

根据图7，设计用于EUV的投射曝光设备710中的照明装置包括场分面反射镜703和光瞳分面反射镜704。来自包括等离子体光源701和集光反射镜702的光源单元的光被引导到该场分面反射镜703。第一望远镜反射镜705和第二望远镜反射镜706布置在光路中光瞳分面反射镜704的下游。布置在光路下游的是偏转反射镜707，其将入射到其上的辐射引导到包括六个反射镜721-726的投射镜头的物平面中的物场。在物场位置处，带有反射结构的掩模731被布置在掩模台730上，并且借助于投射镜头被成像到像平面中，其中涂覆有光敏层(光致抗蚀剂)的衬底741位于晶片台740上。

在下述干涉测试装置中使用根据本发明的方法测试的光学元件可以是例如投射曝光设备710的任意反射镜。

图1示出了用于解释使用CGH测试反射镜的干涉测试装置的可能设置的示意图。

根据图1，由光源(未示出)产生并从光波导101的出射表面出射的照明辐射作为具有球面波前的输入波而出射、穿过分束器102、并入射到复数编码CGH 104上。在该示例中，CGH 104根据其复数编码以透射由输入波产生总共五个输出波，其中一个输出波作为测试波入射到光学元件(其表面形状待表征)或反射镜105(＝测试对象)的表面上，其中该测试波具有与所述反射镜105的表面的目标形状相适应的波前。此外，CGH 104根据其复数编码以透射由输入波产生三个另外的输出波作为校准波，这些输出波在不同情况下就其波前而言适配于三个校准反射镜S1、S2和S3中的一个。CGH 104还产生参考波，该参考波入射到参考反射镜106上。

此后，首先安装待表征其表面形状的反射镜105，然后一个接一个地安装校准反射镜S1、S2和S3，在参考反射镜106处反射的参考波连续地与由反射镜105反射的测试波干涉，或者与由相应的校准反射镜S1、S2或S3反射的其中一个校准波干涉。为此，由参考反射镜106反射的光线和由反射镜105或其中一个校准反射镜S1、S2和S3反射的光线分别再次入射到分束器102上，并由此在例如设计为CCD相机的干涉仪相机108的方向上反射，在此过程中它们穿过目镜107。干涉仪相机108捕获由干涉波产生的干涉图，反射镜105的光学表面的实际形状通过评估装置109由所述干涉图确定。

在这种情况下，参考反射镜106的连续轴向移动(在图1中通过双箭头表示)以本身已知的方式实现，并且如在引言部分中所述，在也被称为“相移”的过程中通过对参考反射镜106的不同轴向位置执行相应大量的强度测量来实现，其结果是，然后可以从在干涉仪相机的强度信号中获得的典型正弦波调制中确定关于各自定义的参考线的干涉图相位的值，作为相位零点或相位参考；在此，使用平面参考反射镜106是有利的。

本发明实施例的描述主要涉及参考反射镜干涉仪中的相移方法，该图示仅是示例性的，本发明不限于该方法。

图2示出了用于解释本发明所基于的问题或形成本发明出发点的考量的示意图。根据图2，对于干涉仪相机108上的三个位置(也就是说，对于三个不同的像素)，示意性地绘出了不同情况下在前述相移中获得的强度信号的典型正弦波调制，具体地，该三个位置在测量第一校准反射镜S1期间位于图2的左侧部分中，并且在测量第二校准反射镜S2期间位于图2的右侧部分中。

图2同样示意性地示出了相对于参考反射镜106的相应起始位置和由此导致的所获得的干涉图相位的相位偏移(其中该相位偏移由图2右上图中的双箭头表示)，在第一校准反射镜S1和第二校准反射镜S2的相应干涉图测量系列之间通常无法避免的变化。参考反射镜的起始位置在此仅仅是示例性的，并且仅仅是用于定义在干涉图相位中产生相位关系的参考的许多可能性之一。参考反射镜的任何其他位置都可以用作等效相位参考。

在不采取进一步措施的情况下，上述相位偏移的形成导致基于校准反射镜S1、S2和S3的测量而获得的校准校正同样是错误的，并且导致在测试对象或反射镜106的表面形状的表征期间不正确地考虑了表观干涉仪误差。这又会导致基于表面形状的所述表征对反射镜106的自由形式表面进行错误的表面处理，因此最终还会损害相关光学系统的成像特性。

于是，根据本发明的第一实施例，以这样的方式解决上述问题，即：使得在校准所基于的方程组中，从一开始就额外包括恒定的相位偏移，并且在求解方程组时也确定该恒定的相位偏移。

因此，根据本发明，在称为“校准方程”的方程组(基于特定模型，其用于描述来自干涉图测量系列期间获得的相关校准反射镜测量结果的相应干涉图相位)中包括上述恒定的相位偏移作为附加未知量(然而，可以假设其在干涉图或相机视场上是恒定的)，或者在求解方程组时确定上述恒定的相位偏移。

图3示出了用于解释根据本发明的方法的一个示例性第一实施例的流程图。根据图3，在第一步骤S310中，以本身已知的方式并以之前基于图1解释的干涉测量设置，在待表征其表面形状的光学元件或测试对象上实现(第一)干涉图测量系列，其中在不同情况下，由在衍射元件或CGH处的衍射产生并在测试对象处反射的测试波与未在光学元件处反射而是在参考反射镜处反射的参考波叠加。

该干涉图测量系列在此发生“相移”，也就是说，如已经描述的，通过对参考反射镜的不同轴向位置执行相应大量的强度测量来获得正弦调制，并基于此确定相应干涉图相位的值。

接下来，再次参考图3，在步骤S320中，类似于步骤S310，在相应的校准反射镜S1、S2、S3上执行进一步的干涉图测量系列(包括相移)。为此，在不同情况下，在干涉测量设置中连续使用其中一个校准反射镜来代替测试对象，然后分别对相关的校准反射镜S1、S2和S3重复该相移。

接下来，在步骤S330中，根据本发明，通过考虑恒定的相位偏移来确定校准校正，如上所述并且将在下面参考数学考量对其进行更详细的解释。

随后，在步骤S340中，基于在步骤S310中执行的干涉图测量和在步骤S330中确定的校准校正，进行对光学元件或测试对象的表面形状的表征或图形的确定。然后，在步骤S350中，确定用于光学元件或测试对象的表面处理的相应数据，由此可以在步骤S360中相应地处理光学元件的表面。

图4示出了用于解释根据本发明的方法的另一可能实施例的另一流程图。与图3相比类似的方法步骤在此用增加了“100”的附图标记来表示。

根据图4的实施例与图3的实施例的不同之处在于，在附加步骤S415中提供另外的测量结果，然后如图4的流程图所示，在步骤S430中，通过考虑恒定的相位偏移、使用这些测量结果来确定校准校正。在步骤S415中提供的进一步测量结果可以是在参考反射镜上执行的表面测量或位置测量的结果。参考反射镜的轴向位置的测量可以例如基于猫眼结构或使用额外结合的干涉仪来进行，并且用于确定参考反射镜的轴向参考位置，并且还用于确定具有特定精度的恒定的相位偏移。在参考反射镜干涉仪中，前面提到的猫眼结构可以作为附加结构应用于产生测试波和校准波的同一CGH上。在菲涅耳干涉仪中，这种猫眼结构可以应用在菲涅耳表面上游的准直器上。

此外或替代地，步骤S415中的测量信息可以基于校准反射镜上的干涉图测量之间的相位调整。这种相位调整可以例如通过CGH上存在的Littrow结构来实现，该结构除了产生参考波外，还产生与入射波相同但行进方向相反的第二波；或者这种相位调整可以通过倾斜参考反射镜来实现，在整个干涉图上具有合成的特征相位调制。此外或者替代地，在步骤S415中，如果所使用的CGH额外提供了此处必要的校准波，则测量信息还可能源于在位置和方位方面不同的其他校准反射镜上执行的干涉图测量系列的性能。

图5示出了用于解释根据本发明的方法的另一可能实施例的另一流程图。与图4相比类似的方法步骤在此再次用增加了“100”的附图标记来表示。

根据图5的实施例与之前描述的来自图3和图4的实施例的不同之处在于干涉图测量的相应性能，其中在待表征其表面形状的光学元件或测试对象上(在步骤S510中)并且还在校准反射镜上(在步骤S520中)的相移不是通过仅使用一个(第一)CGH实现的，而是额外地在另外的步骤S511和S521中也分别使用第二CGH来实现的。

从下面的详细数学考虑中显而易见的是，将根据图5对两个不同的CGH执行的干涉图测量考虑在内具有可以确定最终要确定的量而不损失分辨率的优点，因为当使用两个CGH时，方程组不再是欠定的。同时，根据该实施例的本发明利用了这样的事实，即：使用两个不同的复数编码CGH对于自由形式表面的测量已经是有利的，这两个CGH在用于产生校准波的结构方面彼此不同，而在用于产生测试波的结构方面(也就是说在“适合于测试对象的部分”方面)彼此没有不同，有利的原因在于，如果适当地设计相关的CGH，则可以确保在两个CGH的相应干涉图中存在的反射缺陷位于不同的位置。对于这两个CGH，从测试对象的不同干涉图测量中形成干涉图相位的差异，这消除了由于实际上要确定的测试对象的图形误差而导致的相位贡献，并且因此提供了独立于测试对象的图形误差的另一校准方程，从而允许确定另外的未知量。

根据本发明，在对测试对象和校准反射镜执行的不同干涉仪测量系列中，恒定的相位偏移

代表不确定性(例如由参考元件的位置的通常不可避免的漂移造成的)，该恒定的相位偏移包含在校准所基于的线性方程组中。这些恒定的相位偏移

代表了在求解方程组时必须确定的附加未知量。由于相位偏移

对于所有像素都是相同的，因此必须对所有像素一起求解相应的大型方程组(除非相位偏移

可从单独的测量中获得)。

在此，指数“F”表示在待测试的反射镜(自由形式表面)处反射的测试波，指数S1、S2、S3表示在校准反射镜处反射的校准波，指数R表示在参考反射镜处反射的参考波。此外，将使用以下名称:

φ：相对(例如，测得的)干涉图相位，除了确定恒定的相位偏移之外、还确定该相对干涉图相位；

δx、δy、δz：衍射结构在所有三个空间方向上的局部结构位移误差；

kx、ky、kz：由CGH产生的不同波的波数矢量的分量；

所有测量中的公共相位误差(特别是参考反射镜面的图形误差和CGH衍射结构中的严格误差)；

待测试的反射镜的待确定的图形误差；

恒定的相位偏移(即：对于干涉图中的所有像素都相同)。

在关于校准反射镜的干涉图相位φ_S1、φ_S2和φ_S3的方程中，为了简化起见，省略了校准反射镜的图形误差

和

因为它们在特定测量中是众所周知的并且因此可以从测得的相位φ_S1、φ_S2和φ_S3中正式减去。如果在对校准反射镜的所有测量中使用相同但位置不同的校准反射镜，则也是有利的。

对于三个校准反射镜，每个相机像素最初有三个方程，通过求解方程组，可以从这三个方程中逐像素地确定三个量。当引入这三个校准反射镜的相位偏移

时，获得了额外要确定的三个恒定的(即：非局部)量。为了简化说明，现在可以近似假设，对于z结构位移误差(即：结构化CGH表面的图形误差)，对波数矢量的依赖适配于所有校准反射镜和测试对象并且可以被添加到公共相位误差

中(如果在第四校准反射镜上执行测量，则不需要进行这种近似，其结果是获得了另一个校准方程；本发明相应地可转移到使用多于三个校准反射镜的校准方法)。这给出了下面的方程组：

在整个相机视场上恒定的相位偏移值导致了前面所描述的额外包括的三个另外的未知量(具体地，校准反射镜S1、S2和S3的相位偏移)与分辨率的一些损失相关联，因为相关的方程组中包括的方程比待确定的量少，因此必须“牺牲”单独的像素来确定恒定的相位偏移。然而，根据本发明，可以利用这样的事实，即：所述相位偏移在相机视场中不会因像素而异，而是在整个相机视场上观察时是恒定的。由于所述相位偏移值在整个干涉仪相机上是恒定的，三个像素已经足以确定额外包括在方程组中的三个未知量(也就是说，校准反射镜S1、S2和S3的相位偏移)，其结果是，所述分辨率损失相对较低。

由于在所有校准测量中具有公共相位

考虑到三个校准反射镜的恒定的相位偏移，仅公式化两个未知量(例如，校准球体S1和S2的恒定的相位偏移)并且正式地将其中一个恒定的相位偏移(例如校准球体S3)包括在该公共相位

中并将其确定为公共未知量就足够了。

通过使用两个CGH来执行具有相移的干涉图测量，这两个CGH在关于产生校准波的结构而不是关于产生测试波的结构方面彼此不同，这导致了与先前讨论的方程组相比、方程组数量加倍的方程组。对于六个不同的校准反射镜，每个相机像素有六个方程。通过形成测试对象的两个关系之间的差异来获得另一个校准方程，因为测试对象的图形误差可以被假设为在两次测量中是相同的、并且因此在形成关系之间的差异时消失。在测量中可以考虑测试对象的位置和方位的偏差，这是由于从差异形成中获得的关系被展开为项，这些项在线性近似中是作为未知量的这六个偏差(位置上的三个偏差和取向上的三个偏差)和从光学计算中得出的相应灵敏度的乘积。总的来说，对于每个像素给出了七个校准公式。因此，有可能确定结构位移误差δx和δy，以及不同情况下两个CGH在像素方面的量

(该量

取决于所使用的CGH，因为它不仅可以包括由于参考反射镜的图形误差引起的相位效应，还可以包括例如所谓的CGH轮廓的严格相位分量)。总的来说，这给出了六个待逐像素确定的未知量。这与每个像素七个校准方程并列。由于大量的相机像素，与用于确定剩余未知量的测量信息的关系足够多；这些未知量是七个校准方程中的七个恒定的相位偏移(如上所述，其中的两个未知量可以与不同情况下一个CGH的量

相结合)以及测试对象在位置和取向上的六个偏差。因此，使用两个CGH的测量不仅在减少反射的影响方面是有利的，而且还因此产生超定方程组。由于大量的相机像素，在此还可以在校准方程组中包括更多的校正项。例如，以这种方式，可以同时确定校准校正，作为校准反射镜的特定调整校正。以这种方式，例如可以通过在校准方程组中包括附加项来校正校准反射镜的位置和取向的不准确性，这些附加项是作为未知量的所述不准确性和从光学计算中得出的相应灵敏度的乘积。

在一些反射镜的情况下，由于它们的尺寸，用CGH仅测试表面的局部区域可能是有利的，CGH是为此分别设计的并且因此是不同的。为了组合在表面的各个局部区域上单独产生的相位分布，必须存在足够大的重叠区域，在该重叠区域内，通过使用至少两个CGH来测量该表面。通过考虑恒定的相位偏移，前述2-CGH校准的特别优势也在这些重叠区域中表现出来。其结果是，不仅通过使用一个CGH在测量中建立了公共相位关系，而且还通过使用两个CGH在所有测量之间建立了公共相位关系。在所有测量中公用的正确的相位关系导致正确的校准校正以及因此正确的连接条件，使得在反射镜表面的不同局部区域上获得的相位分布可以被正确地组合。相反，如果不包括该恒定的相位偏移，则不可控的误差不仅出现在表面的单独局部区域上的单独相位分布中，而且还出现在将它们组合以形成相连的相位分布时。

类似于通过使用两个或更多个CGH和所描述的公共方程组的公式来执行干涉图测量系列，可以通过包括如图4的步骤S415中的测量信息来建立超定方程组，根据该超定方程组，可以逐像素地确定结构位移误差δx和δy以及量

(其也可以取决于所使用的CGH)而不会损失分辨率。

作为图1的替代，图6示出了干涉测试装置的另一示例性配置，基于该配置，同样可以实现本发明。根据图6，在斐索装置中，在参考元件(“斐索板”)602处反射的参考波和在反射镜601处反射的测试波之间产生干涉图。在这种情况下，测量光由CGH 603成形，以在目标距离处形成在数学上精确对应于“测试对象形状”(即：相关反射镜601的形状)的波前。首先从参考元件602反射的波前和其次从相关反射镜601或测试对象反射的波前在干涉仪604中彼此干涉，根据图6，该干涉仪604包括光源605、分束器板606、准直器607、光阑608、目镜609和CCD相机610。通过CCD相机610记录各个反射镜601的干涉图。在根据图6的干涉测试装置中，类似于前述实施例，执行相移以作为参考元件(“斐索板”)602的连续轴向移动的一部分。通过使用多重编码CGH并且引入相应的校准反射镜，在斐索干涉仪中，除了测试对象上的实际测量外，甚至也可在校准反射镜上执行干涉图测量系列，以校准干涉仪误差。在此，参考元件的位置不精确性也导致恒定的相位偏移，并由此导致校准步骤中的误差，其结果是导致测试对象的表面偏差预测中的误差。

前面描述的问题的所有解决方案的共同点在于，可以在没有系统误差的情况下确定局部结构位移误差，即所谓的CGH的放置误差，这是直接在干涉仪中原位讨论的恒定的相位偏移的结果，并且其来自干涉图相位的相位误差可以用于测试对象上的测量，由此可以更精确地预测测试对象的图形误差。可以省去使用特殊的单独开发的测量设备(该测量设备在其设置方面是复杂且昂贵的，并且由于与EUV光学单元相关的极高精度要求，其是必要的)对CGH的位置误差的额外的外部鉴定(external qualification)，或者可以至少降低与这种测量设备的测量精度相关的要求。可选地免除或放宽与这种单独的放置测量相关的测量要求也是有利的，因为这种测量本身具有测量误差，并且CGH在关于使用该CGH的干涉仪内的不直接在原位的放置误差方面是合格的。另一个优点是，可以捕获干涉仪测量之间的放置的时间变化，因此也可以监控放置中所谓的使用寿命变化。

尽管已经基于具体实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，例如通过各个实施例的特征的组合和/或交换，许多变化和替代实施例将是显而易见的。因此，对于本领域技术人员来说，不言而喻的是，这种变化和替代实施例同时包含在本发明中，并且本发明的范围仅限制在所附专利权利要求及其等同物的含义内。

Claims (21)

1.一种用于在干涉测试装置中表征光学元件的表面形状的方法，所述方法包括以下步骤：

a)通过在不同情况下在由电磁辐射在至少一个衍射元件处的衍射产生并在光学元件处反射的测试波上叠加未在所述光学元件处反射并经由参考元件传播的参考波，在所述光学元件上执行干涉图测量系列；

b)在多个校准反射镜上执行进一步的干涉图测量系列，用于通过在不同情况下在由电磁辐射在所述至少一个衍射元件处的衍射产生并在相应的校准反射镜处反射的校准波上叠加未在所述光学元件处反射并经由所述参考元件传播的参考波来确定校准校正；以及

c)基于在所述光学元件上执行的所述干涉图测量系列并且基于确定的所述校准校正，确定所述光学元件的图形；

其特征在于，

当评估已经在步骤a)和b)中执行的干涉图测量系列时，所述干涉图测量系列的不同相位关系在其对确定所述校准校正的影响方面至少被部分地补偿。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，通过考虑由不同干涉图测量系列之间所述参考元件的参考位置的漂移所引起的相位偏移，确定所述光学元件的图形。

3.一种用于在干涉测试装置中表征光学元件的表面形状的方法，所述方法包括以下步骤：

a)通过在不同情况下在由电磁辐射在至少一个衍射元件处的衍射产生并在光学元件处反射的测试波上叠加未在所述光学元件处反射并经由参考元件传播的参考波，在所述光学元件上执行干涉图测量系列；

b)在多个校准反射镜上执行进一步的干涉图测量系列，用于通过在不同情况下在由电磁辐射在所述至少一个衍射元件处的衍射产生并在相应的校准反射镜处反射的校准波上叠加未在所述光学元件处反射并经由所述参考元件传播的参考波来确定校准校正；以及

c)基于在所述光学元件上执行的所述干涉图测量系列并且基于确定的所述校准校正，确定所述光学元件的图形；

其特征在于，

在步骤c)中，通过考虑由不同干涉图测量系列之间所述参考元件的参考位置的漂移所引起的相位偏移，确定所述光学元件的图形。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，这些相位偏移被假定为是恒定的。

5.如权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，通过将对应于这些相位偏移的未知量包含在确定所述校准校正所基于的方程组中来考虑所述相位偏移。

6.如权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，基于附加测量结果来考虑所述相位偏移。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，这些附加测量结果基于在所述参考元件上执行的表面测量、在所述参考元件上执行的位置测量和/或相位调整。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，经由所述至少一个衍射元件上存在的自准式结构或者经由所述参考元件的倾斜来实现所述相位调整。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在不同情况下，所述干涉图测量系列包括多个干涉图测量，所述多个干涉图测量在所述参考元件的特定属性方面彼此不同。

10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在不同情况下，所述干涉图测量系列包括多个干涉图测量，所述多个干涉图测量在所述参考元件的位置方面彼此不同。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在每个所述干涉图测量系列期间执行所述参考元件的轴向移动。

12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在不同情况下，所述干涉图测量系列包括多个干涉图测量，所述多个干涉图测量在参考反射镜处反射的所述参考波的偏振状态方面彼此不同。

13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对所述电磁辐射的不同偏振状态执行所述干涉图测量。

14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在不同情况下，对于至少两个衍射元件，在步骤a)和b)中分别执行所述干涉图测量系列，所述至少两个衍射元件关于用于产生所述校准波的衍射结构而彼此不同。

15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个衍射元件是计算机生成的全息图(CGH)。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述计算机生成的全息图(CGH)具有用于提供所述测试波和所述校准波的复数编码。

17.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述光学元件的表面处理是基于所述光学元件的所述图形进行的。

18.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述光学元件是反射镜。

19.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述光学元件被设计用于小于30nm、特别是小于15nm的工作波长。

20.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述光学元件是微光刻投射曝光设备的光学元件。

21.一种用于表征光学元件、特别是微光刻投射曝光设备的光学元件的表面形状的设备，其特征在于，所述设备被配置成执行如前述权利要求中任一项所述的方法。

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