DE10041658A1 - System zur interferometrischen Passeprüfung eines Prüflings mit einer asphärischen Oberfläche - Google Patents

Abstract

Bei dem System zur interferometrischen Passeprüfung eines Prüflings (4') mit einer asphärischen Oberfläche in Reflexion, insbesondere für eine Spiegeloptik in der EUV-Lithographie, sind ein Interferometer und refraktive und diffraktive optische Elemente (2, 3) vorgesehen. Zur Beseitigung von Meßsystemfehlern, insbesondere von rotationssymmetrischen Meßsystemfehlern, werden die refraktiven optischen Elemente (2) so ausgelegt, daß in der nullten Beugungsordnung (m = 0) wenigstens annähernd eine Kugelwelle gebildet wird, deren Restfehler durch einen absolut vermessenen Kalibrierspiegel (4) bestimmt wird, wonach in einer von Null verschiedenen Beugungsordnung der Prüfling (4') in Autokollimation vermessen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur interferometrischen Pas­ seprüfung eines Prüflings mit einer asphärischen Oberfläche in Reflexion, insbesondere für eine Spiegeloptik in der EUV- Lithographie mit einem Interferometer und mit refraktiven und diffraktiven optischen Elementen.

Bei der Asphärenprüfung mit refraktiven Systemen taucht im all­ gemeinen das Problem der Meßgenauigkeit auf, weil das reale System mit Fertigungsfehlern behaftet sein wird, deren Größe stets in gewissem Maße unbekannt sein wird.

Die Bestimmung von nicht-rotationssymmetrischen Asphären-Passe­ fehlern läßt sich relativ problemlos durchführen, aber dies gilt nicht für rotationssymmetrische Asphären-Passefehler. Will man hier eine hohe Meßgenauigkeit erreichen, so müßten alle Elemente sehr genau gefertigt und nachträglich auch sehr genau vermessen werden. Trotzdem bleiben Unsicherheiten, weil bei der Komponentenprüfung und insbesondere bei der Systemintegration Fehler unerkannt bleiben können.

Die Prüfung einer Asphäre kann z. B. in einer Prüfungsanordnung erfolgen, wie es in der US-PS 5,737,079 beschrieben ist. Dort wird eine Asphäre in der nullten Beugungsordnung eines compu­ ter-generated Hologramm (CGH) geprüft. Das CGH ist dabei als Chrommaske ausgeführt und reflektiert in der ersten Beugungs­ ordnung eine der Asphärizität angepaßte Referenzwelle. Fehler des Systems brauchen dabei nicht berücksichtigt zu werden, da Prüf- und Referenzwelle gleiche Wege durchlaufen.

In der DE 198 20 785 A1 ist eine Absolutprüfung von asphäri­ schen Flächen vorgeschlagen, welche mit einem speziell kodier­ ten diffraktiven optischen Strahlformungselement (DOE) arbei­ tet. Dabei wird vorgeschlagen, die DOE-Fehler zu kalibrieren, wobei sowohl bei der Kalibriermessung als auch bei der Prüfmes­ sung in derselben Beugungsordnung, nämlich der ersten Beugungs­ ordnung gearbeitet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kom­ pensationssystem zur Asphärenprüfung zu schaffen, bei dem die Summe der Fehler der refraktiven Komponenten im zusammengebau­ ten Zustand bestimmt werden kann und damit bekannt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 ge­ nannten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß werden nunmehr die im System vorhandenen Feh­ ler, die durch die refraktiven Komponenten erzeugt werden, durch eine Kalibrierung durch einen zuvor absolut vermessenen Kalibrierspiegel, z. B. einem Kugelspiegel bestimmt, wobei das DOE in der nullten Beugungsordnung benutzt wird. Anschließend erfolgt die Messung der Asphäre zur Passeprüfung unter Verwen­ dung einer von Null verschiedenen Beugungsordnung des DOE, in Autokollimation, z. B. in der ersten Beugungsordnung. Da nun alle Fehler der refraktiven Systemteile vorher bestimmt worden sind, können sie bei der Asphärenprüfung entweder eliminiert oder bei der Vermessung entsprechend abgezogen werden.

Im allgemeinen wird man für die Kalibrierung und für die Prüf­ messung als letztes optisches Element ein diffraktives opti­ sches Element (DOE) vorsehen, das auf der letzten Fläche des Systems liegt, die dem Prüfling zugewandt ist.

Bei einer Anordnung des DOE auf der letzten Fläche des Systems wird vermieden, daß die Strahlengänge durch die refraktiven Teile von der benutzten DOE-Beugungsordnung abhängig wären. Als diffraktives optisches Element kann z. B. ein Amplituden-DOE oder ein Phasen-DOE vorgesehen werden.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Gesamtwirkung fast aller Fehler des erfindungs­ gemäßen Prüfsystems, d. h. nicht nur der rotationssymmetrischen, sondern selbstverständlich auch der nicht-rotationssymme­ trischen Meßsystemfehler, im zusammengebauten Zustand durch eine Kalibrierung mit dem absolut vermessenen Kalibrierspiegel eliminiert werden kann. Hierzu gehören auch Fehler der Refe­ renzfläche (Fizeaufläche) und der Beleuchtungsoptik. Unerkannt verbleiben lediglich rotationssymmetrische DOE-Fertigungs­ fehler. Diese sind jedoch im allgemeinen kleiner als 1 ppm und führen lediglich zu Meßfehlern für die rotationssymmetrischen Asphären-Passefehler, die jedoch vernachlässigbar sind.

Als diffraktives optisches Element sind bei der erfindungsgemä­ ßen Lösung nicht nur inline-DOE sondern auch off-Axis-DOE ver­ wendbar.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit kann man den Abstand der Asphä­ re, das heißt des Prüflings vom DOE messen. Gleiches gilt für den Abstand des Kalibrierspiegels vom DOE.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem weitere erfindungsgemäße Merkmale hervorgehen, anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 die wesentlichen Teile einer Prüfungsanordnung mit ei­ nem Kalibrierspiegel, und

Fig. 2 die Prüfungsanordnung nach der Fig. 1 mit einer Asphä­ re als Prüfling.

Grundsätzlich ist der Aufbau der Prüfanordnung bekannt, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile näher eingegangen wird.

Das Licht, z. B. von einem Laser 1 (nur gestrichelt dargestellt) wird gegebenenfalls über ein Aufweitungssystem mit einer Linse 2 als refraktivem optischem Element und von dort aus weiter auf ein diffraktives Strahlformungselement (DOE) 3 weitergeleitet. Als Laser verwendet man in vorteilhafter Weise einen frequenz­ stabilisierten Laser, da dessen Wellenlänge sehr genau bekannt ist, wodurch man sehr genau messen kann.

Das DOE befindet sich auf der letzten Fläche des Systems, die gemäß Fig. 1 einem Kalibrierspiegel 4 in Kugelform zugewandt ist. Das DOE läßt in der nullten Beugungsordnung eine Kugelwel­ le passieren, die überall senkrecht auf den Kalibrierspiegel 4 auftrifft und erzeugt in der ersten Ordnung eine Welle, die auf die anstelle des Kalibrierspiegels 4 gesetzte Asphäre 4' als Prüfling auftrifft. Auf dem Rückweg formt das DOE die am Prüf­ ling reflektierte Welle wieder um. Diese rücklaufende Welle läßt sich danach durch Überlagern einer Referenzwelle bezüglich ihrer Phasenverteilung mit den bekannten interferometrischen Methoden vermessen.

Zur Kalibrierung des Systems bleibt das DOE in der nullten Beu­ gungsordnung ohne Wirkung.

Die Fehler aller refraktiven Komponenten des Systems werden durch die Kalibrierung mit dem zuvor absolut vermessenen Kali­ brierspiegel 4 bestimmt, wobei das DOE in der nullten Beugungs­ ordnung benutzt wird.

Anschließend erfolgt dann die Messung des Prüflings 4' gemäß Fig. 2 auf Asphärenfehler, wozu entsprechend der Kalibrier­ spiegel 4 entfernt und der Prüfling 4' an dessen Stelle gesetzt wird. Die Messung der Asphärenfehler erfolgt dabei unter Ver­ wendung einer von Null verschiedenen Beugungsordnung des DOE, z. B. der ersten Beugungsordnung.

Ein DOE-Maßstabsfehler von 1 ppm würde nur zu einem Meßfehler führen, der um eine Größenordnung kleiner ist als die im allge­ meinen erlaubten Passefehler, womit er damit vernachlässigbar ist.

Da nun alle Fehler der refraktiven Systemteile, wie z. B. der Linse 2, vorher bestimmt worden sind, können sie aus dem Meßer­ gebnis eliminiert werden. Lediglich DOE-Fehler die sich in der ersten Beugungsordnung auswirken, gehen noch in das Meßergebnis ein. Im allgemeinen sind diese Fehler jedoch hinreichend klein, so daß sie die Meßgenauigkeit für die Asphärenfehler nicht ne­ gativ beeinträchtigen.

Einsatzzweck der Prüfungsanordnung mit dem hybriden Kompensati­ onssystem ist z. B. die Prüfung eines Spiegels eines Objektivs zur EUV-Lithographie. Als DOE kann z. B. ein Amplituden-DOE vor­ gesehen sein. Da dabei die Strahlung in der nullten Beugungs­ ordnung relativ stark durchtritt, kann man den Kalibrierspiegel 4 zum Ausgleich der hellen nullten Beugungsordnung mit einer reflektivitätsmindernden Beschichtung, z. B. eine Entspiegelung versehen.

Wenn man statt einem Amplituden-DOE ein Phasen-DOE verwendet, wobei relativ wenig Licht in der nullten Beugungsordnung durch­ tritt, kann man den Kalibrierspiegel 4 zum Ausgleich entspre­ chend mit einer reflektivitätserhöhenden Beschichtung, wie z. B. einer Verspiegelung versehen.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit kann vorgesehen sein, daß die in der nullten Beugungsordnung eventuell auftretenden Aberra­ tionen des DOE separat im Durchlicht gemessen und bei der Kali­ brierung des Systems berücksichtigt werden.

Wesentlich ist auch, daß man die optischen Elemente so auslegt, daß in der nullten Beugungsordnung eine wenigstens annähernd exakte Kugelwelle am DOE herauskommt.

In der Regel wird man den Prüfling 4' in der ersten Beugungs­ ordnung vermessen, in Einzelfällen kann es jedoch auch von Vor­ teil sein, den Prüfling in der zweiten Beugungsordnung zu ver­ messen, dies kann z. B. bei sehr stark geöffneten Prüflingen der Fall sein.

Wenn die refraktiven optischen Elemente, wie z. B. die Linse 3, aplanatisch ausgebildet sind, tritt bei der Kalibriermessung nur wenig Koma auf. Im allgemeinen wird man Inline-DOEs, welche rotationssymmetrisch sind, im System verwenden. Grundsätzlich sind jedoch auch sogenannte off-Axis-DOEs möglich. In diesem Fall wird man die Asphäre als Prüfling 4' verkippt einbauen, wobei man auf diese Weise dann eine verbesserte Störreflexaus­ blendung erhalten würde.

Claims (15)

1. System zur interferometrischen Passeprüfung eines Prüflings (4') mit einer asphärischen Oberfläche in Reflexion, insbe­ sondere für eine Spiegeloptik in der EUV-Lithographie mit einem Interferometer und mit refraktiven und diffraktiven optischen Elementen (2, 3), wobei zur Beseitigung von Meßsy­ stemfehlern, insbesondere von rotationssymmetrischen Meßsy­ stemfehlern die refraktiven optischen Elemente (2) so aus­ gelegt werden, daß in der nullten Beugungsordnung (m = 0) wenigstens annähernd eine Kugelwelle gebildet wird, deren Restfehler durch einen absolut vermessenen Kalibrierspiegel (4) bestimmt wird, wonach in einer von Null verschiedenen Beugungsordnung der Prüfling (4') in Autokollimation ver­ messen wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als letztes optisches Element ein diffraktives optisches Ele­ ment (3) vorgesehen ist, das auf der letzten Fläche des Sy­ stems liegt, die dem Prüfling (4') zugewandt ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einer Kalibrierung ermittelten Restfehler vor der Asphärenprüfung beseitigt werden.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einer Kalibrierung ermittelten Restfehler bei der Vermessung der asphärischen Oberfläche abgezogen werden.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vermessung des Prüflings (4') in der er­ sten Beugungsordnung vorgenommen wird.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als diffraktives optisches Element (3) ein Amplituden-DOE vorgesehen ist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der absolut vermessene Kalibrierspiegel (4) zum Ausgleich einer hellen nullten Beugungsordnung des Amplituden-DOE mit einer reflektivitätsmindernden Beschichtung versehen ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als diffraktives optisches Element (3) ein Phasen-DOE vorgesehen ist.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der absolut vermessene Kalibrierspiegel (4) zum Ausgleich einer schwachen nullten Beugungsanordnung des Phasen-DOEs mit ei­ ner reflektivitätserhöhenden Beschichtung versehen ist.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstände des Kalibrierspiegels (4) und des Prüflings (4') von dem letzten diffraktiven optischen Element (3) bestimmt werden.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als diffraktives optisches Element (3) ein Inline-DOE vorgesehen ist.

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als diffraktives optisches Element (3) ein Off-Axis-DOE vorgesehen ist.

13. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ungenau gefertigten Phasen-DOE (3) die in der nullten Beugungsordnung eventuell auftretenden Aberrationen des DOE separat im Durchlicht gemessen und bei der Kali­ brierung des Systems berücksichtigt werden.

14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Lichtquelle ein frequenzstabilisierter Laser (1) verwendet wird.

15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die refraktiven optischen Elemente (2) aplanatisch ausgeführt sind.