DE10142742A1

DE10142742A1 - Punktbeugungsinterferometer

Info

Publication number: DE10142742A1
Application number: DE10142742A
Authority: DE
Inventors: Hugo Matthieu Visser
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-06
Also published as: JP2003161672A; US20030067611A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Punktbeugungsinterferometer mit einer Quelle (1) für elektromagnetische Strahlung, einer eingangsseitigen Lochmaske (2) mit einem Testoptikbereich (4), in den eine zu testende Optik (9) eingebracht werden kann, Mitteln (5, 6) zur Erzeugung eines Teststrahls und eines Referenzstrahls mit einer ausgangsseitigen Lochmaske (6) und Auswertemitteln (7, 8) zur Auswertung eines durch Überlagerung von Test- und Referenzstrahl entstehenden Interferenzmusters (16). DOLLAR A Erfindungsgemäß ist in die eingangsseitige und in die ausgangsseitige Lochmaske (2, 6) jeweils ein ein- oder zweidimensionales Feld von quasi-punktförmigen Durchgangslöchern (12, 15) eingebracht. DOLLAR A Verwendung z. B. zum Testen von in Lithographiebelichtungsanlagen eingesetzten Optiksystemen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Punktbeugungsinterferometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Punktbeugungsinterferometer dieser Art dienen bekanntermaßen dazu, die optischen Eigenschaften einer zu diesem Zweck in den Testoptikbereich des Punktbeugungsinterferometers eingebrachten Optik insbesondere hinsichtlich Abbildungsfehlern zu testen.

Herkömmliche Punktbeugungsinterferometer dieser Art, wie sie in der Patentschrift US 5.835.217 beschrieben sind, verwenden als eingangsseitige Lochmaske eine solche, in die ein einzelnes Durchgangsloch eingebracht ist, auch "Pin-hole" bezeichnet, um auch bei Verwendung einer Quelle, die keine kohärente Strahlung emittiert, kohärente Strahlung bereitzustellen. Dazu besitzt das Durchgangsloch einen geeignet kleinen Durchmesser, vorzugsweise um ein Mehrfaches kleiner als die Auflösungsgrenze der zu testenden Optik. Soweit nichts anderes gesagt, sind daher vorliegend mit Durchgangslöchern solche mit quasi- punktförmiger Abmessung zu verstehen, die kohärente Strahlung liefern.

Auch die ausgangsseitige Lochmaske ist bei diesen herkömmlichen Punktbeugungsinterferometern mit einem einzigen Durchgangsloch versehen, um dahinter einen kohärenten Referenzstrahl bereitzustellen. Letzterer ist folglich unabhängig davon, ob die auf das ausgangsseitige Durchgangsloch einfallende Strahlung durch die zu testende Optik gelaufen ist oder nicht, nicht von den optischen Eigenschaften der zu testenden Optik beeinflusst. Der Referenzstrahl wird mit einem Teststrahl zur Interferenz gebracht, der durch die zu testende Optik geführt wurde und von deren optischen Eigenschaften beeinflusst ist, so dass diese optischen Eigenschaften, insbesondere eventuelle Abbildungsfehler der zu testenden Optik, durch Auswertung des sich ergebenden Interferogramms bestimmt werden können. Der Teststrahl wird hierbei an der ausgangsseitigen Lochmaske vorbei oder durch einen Transmissionsbereich der Lochmaske hindurch geführt, dessen Abmessungen so groß gewählt sind, dass keine zusätzlichen, störenden Beugungseffekte auftreten. Dazu können Strahlteilungsmittel an geeigneter Stelle zwischen der eingangsseitigen und der ausgangsseitigen Lochmaske derart vorgesehen sein, dass der Hauptanteil des Teststrahls auf einen Transmissionsbereich außerhalb des Durchgangslochs fällt, während ein Referenzstrahlanteil auf das Durchgangsloch fällt. In einer der möglichen Realisierungen sind die Strahlteilungsmittel von einer zusätzlich zwischen die eingangsseitige Lochmaske und den Testoptikbereich eingebrachten Lochmaske mit einem Paar von Durchgangslöchern gebildet. Die eingangsseitige und die ausgangsseitige Lochmaske befinden sich üblicherweise in der Gegenstands- bzw. der Bildebene der zu testenden Optik.

In der Patentschrift US 6.111.646 sind spezielle Maßnahmen zur Kalibrierung solcher herkömmlicher Punktbeugungsinterferometer, d. h. zur Durchführung eines sogenannten Nulltests, angegeben, wozu anstelle der im normalen Systembetrieb eingesetzten, ausgangsseitigen Lochmaske mit dem einzelnen Durchgangsloch eine einzelne Kalibrierungs- Lochmaske oder ein zweidimensionales Feld von Kalibrierungs-Lochmasken eingesetzt wird, die jeweils ein Paar von Durchgangslöchern und ein demgegenüber größeres Justierfenster aufweisen.

Eine prinzipielle Schwierigkeit dieser herkömmlichen Punktbeugungsinterferometer besteht darin, dass im Betrieb die nutzbare Strahlungsintensität auf die Intensität der von dem einzelnen Durchgangsloch in der eingangsseitigen Lochmaske gelieferten Strahlung begrenzt ist.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Punktbeugungsinterferometers der eingangs genannten Art zugrunde, das eine vergleichsweise hohe Intensität an für die interferometrische Auswertung nutzbarer Strahlung ermöglicht und dabei auch die Verwendung einer ausgedehnten, räumlich nicht-kohärente Strahlung emittierenden Quelle zulässt.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Punktbeugungsinterferometers mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Punktbeugungsinterferometer sind die eingangsseitige und die ausgangsseitige Lochmaske jeweils mit einem ein- oder zweidimensionalen Feld von Durchgangslöchern versehen. Die nutzbare Strahlungsintensität ist durch diese Mehrzahl an Durchgangslöchern entsprechend um ein Mehrfaches gegenüber herkömmlichen Systemen mit nur einem Durchgangsloch in der jeweiligen Lochmaske erhöht. Unter Beachtung der diesbezüglichen optischen Gesetzmäßigkeiten, insbesondere hinsichtlich Größe und Abstand der mehreren Durchgangslöcher im Verhältnis zum Wellenlängenbereich der verwendeten Strahlung und der Auflösungsgrenze der zu testenden Optik, lassen sich auch bei diesem Mehrloch-Punktbeugungsinterferometer aus dem Interferogramm, das durch Überlagerung des von den optischen Eigenschaften der zu testenden Optik beeinflussten Teststrahls mit dem von der Mehrlochanordnung der ausgangsseitigen Lochmaske bereitgestellten Referenzstrahl erhalten wird, die optischen Eigenschaften der betreffenden Optik bestimmen, d. h. insbesondere deren eventuelle Abbildungsfehler. Dabei gestattet der Einsatz der Mehrlochmasken problemlos die Verwendung auch einer ausgedehnten Quelle, die räumlich nicht-kohärente Strahlung emittiert.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 bilden die Durchgangslöcher in der jeweiligen Mehrlochmaske eine vorgegebene periodische Anordnung, was die Justierung der beiden Mehrlochmasken zueinander senkrecht zur optischen Achse im Vergleich zur Justierung des herkömmlichen Systems mit Einlochmasken vereinfachen kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist ein strahlteilendes Beugungsgitter vorgesehen, und das jeweilige ein- oder zweidimensionale Durchgangslochfeld besteht aus einem oder mehreren Einzelfeldern, deren Ausdehnung in derjenigen Richtung, in welcher das Bild des Durchgangslochfeldes der eintrittsseitigen Mehrlochmaske gegenüber seinem Urbild als Referenz verschoben ist, geeignet derart begrenzt ist, dass auf relativ einfache Weise dafür gesorgt ist, dass keine Zusatzeffekte durch Mischung von Strahlung unterschiedlicher Beugungsordnungen auftreten.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 werden ein- oder zweidimensionale Felder von bis zu 106 Durchgangslöchern in der jeweiligen Mehrlochmaske verwendet.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Punktbeugungsinterferometers mit eingangsseitiger und ausgangsseitiger Mehrlochmaske.

Das in der Figur gezeigte Punktbeugungsinterferometer beinhaltet im Strahlengang hintereinanderliegend eine Quelle 1 für elektromagnetische Strahlung, eine eingangsseitige Mehrlochmaske 2, einen Testoptikbereich 4, ein Beugungsgitter 5 zur Strahlteilung, eine ausgangsseitige Mehrlochmaske 6 und Auswertemittel, die eine Strahlungsdetektoreinheit 7 mit nachgeschalteter Auswerteeinheit 8 umfassen. In den Testoptikbereich 4 wird eine jeweils zu testende Optik 9 eingebracht. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine in Lithographiebelichtungsanlagen benutzte Optik handeln, wie ein in solchen Anlagen zur Abbildung einer Maskenstruktur auf einen Wafer verwendetes Projektionsobjektiv. Die eingangsseitige Lochmaske 2 befindet sich in der Gegenstandsebene der zu testenden Optik 9, die ausgangsseitige Lochmaske 6 in deren Bildebene.
Die eingebrachte Optik 9 wird durch das Punktbeugungsinterferometer bezüglich seiner optischen Eigenschaften getestet, insbesondere hinsichtlich eventueller Abbildungsfehler. Zum Testen wird dementsprechend vorzugsweise diejenige Strahlung eingesetzt, für deren Gebrauch die zu testende Optik 9 bestimmt ist. Bei zu testenden Optiksystemen von Lithographiebelichtungsanlagen kann dies unter anderem sichtbares Licht oder UV-Strahlung sein, speziell auch Strahlung im extremen UV- Bereich (EUV). Als zugehörige Strahlungsquelle 1 ist in letzterem Fall z. B. eine EUV-Strahlung emittierende Plasmaquelle oder eine Synchrotronquelle verwendbar. Die räumliche Ausdehnung der Strahlungsquelle 1 ist unkritisch, da die räumliche Kohärenz der benutzten Strahlung in jedem Fall durch die nachfolgende, eingangsseitige Lochmaske 2 sichergestellt wird.
Denn letztere erzeugt aus der ihr von der Strahlungsquelle 1 zugeführten Strahlung 10 austrittsseitig räumlich kohärente Strahlung 11, die durch den Testoptikbereich 4 und somit durch die zu testende Optik 9geführt wird. Zur Bereitstellung der kohärenten Strahlung weist die eingangsseitige Lochmaske 2 ein zweidimensionales Feld von Durchgangslöchern 12 auf, deren quasi-punktförmige Abmessungen entsprechend dem eingangs erwähnten Begriffsverständnis jeweils so gering sind, dass jedes einzelne Durchgangsloch räumlich kohärente Strahlung emittiert.
Nach Verlassen des Testoptikbereichs 4 wird aus der Strahlung 11 vom Gitter 5 mit zu einer y-Richtung parallelen Gitterlinien ein nicht abgelenkter Teststrahlungsanteil 12 und ein Referenzstrahlungsanteil 13 erzeugt, der gegenüber dem Teststrahlungsanteil 12 in einer zur y-Richtung senkrechten x-Richtung abgelenkt ist, wobei die x- und die y-Richtung senkrecht zu einer z-Richtung liegen, welche die Richtung der optischen Achse des Systems repräsentiert. Mit anderen Worten handelt es sich beim Teststrahlungsanteil und Referenzstrahlungsanteil um die Strahlungsanteile zweier benachbarter Beugungsmaxima des Gitters 5.
Der Teststrahlungsanteil 12 tritt durch einen in der Figur als helles, rechteckförmiges Fenster 14 angedeuteten Transmissionsbereich der ausgangsseitigen Lochmaske 6 hindurch und trifft als Teststrahl auf die Detektoreinheit 7. Der Referenzstrahlungsanteil 13 trifft auf einen in x- Richtung neben dem Teststrahl-Transmissionsbereich 14 liegenden Bereich der ausgangsseitigen Lochmaske 6, in welchen ein zweidimensionales Feld von Durchgangslöchern 15 eingebracht ist, das dem Durchgangslochfeld 12 der eingangsseitigen Lochmaske 2 entspricht.
Dieses ausgangsseitige Durchgangslochfeld 15 erzeugt daher aus dem einfallenden Referenzstrahlungsanteil, der von den optischen Eigenschaften der zu testenden Optik 9 beeinflusst ist, einen kohärenten Referenzstrahl, der nicht mehr von den optischen Eigenschaften der Testoptik 9 beeinflusst ist, wie dies entsprechend bei herkömmlichen Systemen mit Einlochmasken der Fall ist. Im Gegensatz dazu ist der Teststrahl-Transmissionsbereich 14 der ausgangsseitigen Lochmaske 6 so groß gewählt, dass durch ihn praktisch das gesamte Teststrahlenbündel ohne merkliche Öffnungsbegrenzungseffekte hindurchtritt, so dass der Teststrahl 12 seine Informationen über die optischen Eigenschaften und insbesondere eventuelle Abbildungsfehler der zu testenden Optik 9 auch nach Durchtritt durch die ausgangsseitige Lochmaske 6 behält.
Dementsprechend ergibt sich auf der Detektoreinheit 7 durch Überlagerung des von den optischen Eigenschaften der zu testenden Optik 9 beeinflussten Teststrahls mit dem von den optischen Eigenschaften der zu testenden Optik 9 unbeeinflussten, zum Teststrahl kohärenten Referenzstrahl ein Interferenzmuster 16, aus welchem die Auswerteeinheit 8 die optischen Eigenschaften und insbesondere eventuelle Abbildungsfehler der zu testenden Optik 9 extrahieren kann. Im einzelnen kann bezüglich geeigneter Auswertestrategien auf die herkömmlichen Systeme mit Einlochmasken verwiesen werden.
Das gezeigte Punktbeugungsinterferometer unterscheidet sich somit von bekannten Systemen durch die Verwendung der Mehrlochmasken 2, 6 mit den zweidimensionalen Durchgangslochfeldern 12, 15 anstelle von Einlochmasken mit jeweils einem einzelnen Durchgangsloch. Diese Vervielfachung der Anzahl von eingangs- und ausgangsseitigen Durchgangslöchern 2, 15 hat den Vorteil, dass ein entsprechendes Vielfaches an zur Untersuchung der zu testenden Optik 9 nutzbarer Strahlungsintensität zur Verfügung steht, ohne dass die geforderten Kohärenzeigenschaften verloren gehen. Zwar entsteht ein gegenüber der Verwendung von Einlochmasken etwas komplexeres Interferenzmuster 16, dessen Auswertung ist jedoch mit modernen herkömmlichen Detektoreinheiten und Auswerteeinheiten kein Problem, so dass der Vorteil einer um ein Vielfaches höheren nutzbaren Strahlungsintensität deutlich überwiegt. Typischerweise können in jeder der beiden Lochmasken 2, 6 bis zu 10⁵ oder 10⁶ Durchgangslöcher 12, 15 im Feld angeordnet sein.
Von Vorteil ist es, in jedem Feld die Durchgangslöcher 12, 15 in einem vorgegebenen periodischen Muster anzuordnen, z. B. in einer rechteckigen oder hexagonalen Anordnung. Dies erhöht die Toleranz der Justierung der eingangsseitigen und ausgangsseitigen Durchgangslochfelder 12, 15 zueinander im Vergleich zum herkömmlichen Einlochfall. Für das Einbringen der Durchgangslochfelder 12, 15 ist es vorteilhaft, die Bedingung zu beachten, dass in der Bildebene, d. h. auf Höhe der ausgangsseitigen Lochmaske 6, das Durchgangslochfeld innerhalb eines Bereichs mit einer Ausdehnung Δx in x-Richtung und Δy in y-Richtung liegt, dessen x-Ausdehnung Δx kleiner als der x-Abstand Δ zwischen dem Bild eines jeweiligen eingangsseitigen Durchgangslochs 12 und seiner zugehörigen Urbild-Referenz ist. Dieser Abstand Δ entspricht dem Abstand benachbarter Beugungsmaxima des Gitters 5 und ergibt sich im gezeigten System durch die Beziehung Δ = Lλ/P, wobei L den Abstand zwischen dem Beugungsgitter 5 und der ausgangsseitigen Lochmaske 6, d. h. der Bildebene, λ die Wellenlänge der benutzten Strahlung und P die Gitterkonstante des Beugungsgitters 5 bezeichnen.
Die x-Abmessung des Durchgangslochfeldes in der Bildebene ist durch die Größe des Bildfeldes der zu testenden Optik 9 begrenzt. Analoges gilt in x-Richtung, falls in dieser Richtung das Bildfeld der Optik 9 kleiner als die Durchgangsloch-Bildablenkung Δ ist. Wenn hingegen das Bildfeld der zu testenden Optik 9 in x-Richtung größer als ein Mehrfaches der Durchgangsloch-Bildablenkung Δ ist, kann die Gesamtanordnung entsprechend oft in der x-Richtung periodisch wiederholt werden, wodurch sich die nutzbare Quellenabmessung auf das Bildfeld der zu testenden Optik 9 ausdehnen lässt. Insbesondere kann hierbei das Durchgangslochfeld in der jeweiligen Mehrlochmaske aus mehreren Einzelfeldern der oben beschriebenen Art bestehen, die in x-Richtung mit dem entsprechenden Periodizitätsabstand nebeneinanderliegend angeordnet sind.
Bei Bedarf kann ein herkömmliches stufenweises Phasenschieben durch entsprechendes Verschieben des Beugungsgitters 5 in x-Richtung vorgenommen werden.
Es versteht sich, dass die Erfindung neben den oben erwähnten Realisierungen weitere Realisierungen umfasst, die sich aus den verschiedenen herkömmlichen Einlochsystemen dadurch ergeben, dass statt der dortigen Einlochmasken die Mehrlochmasken verwendet werden, die jeweils ein zweidimensionales Feld von vorzugsweise einer großen Vielzahl von Durchgangslöchern aufweisen. So kann beispielsweise das Beugungsgitter 5 an irgendeiner anderen Stelle zwischen der eingangsseitigen und der ausgangsseitigen Mehrlochmaske 2, 6 positioniert und/oder durch ein anderes strahlteilendes Element ersetzt sein. Besonders häufig wird hierbei vorgesehen, das Beugungsgitter 5 vor der zu testenden Optik 9 anzuordnen. Alternativ kann das strahlteilende Element auch ganz entfallen, wobei dann das Durchgangslochfeld in der ausgangsseitigen Lochmaske innerhalb eines teiltransparent ausgelegten Teststrahl-Fensters der ausgangsseitigen Lochmaske anzuordnen ist. Statt dem gezeigten Beispiel eines zweidimensionalen Durchgangslochfeld kann in alternativen Realisierungen der Erfindung ein eindimensionales Feld von z. B. in einer Reihe angeordneten Durchgangslöchern verwendet werden, wobei wiederum bevorzugt eine relativ hohe Lochanzahl von z. B. 10³ bis 10⁶ vorgesehen sein kann.
Das erfindungsgemäße Punktbeugungsinterferometer eignet sich insbesondere zum Testen optischer Systeme von Lithographiebelichtungsanlagen, die z. B. mit sichtbarem Licht oder UV-Strahlung arbeiten.

Claims

1. Punktbeugungsinterferometer mit
einer Quelle (1) für elektromagnetische Strahlung,
einer eingangsseitigen, der Quelle nachgeordneten Lochmaske (2) zur Bereitstellung räumlich kohärenter Strahlung (11),
einem Testoptikbereich (4), in den eine zu testende Optik (9) eingebracht werden kann,
Mitteln (5, 6) zur Erzeugung eines von den optischen Eigenschaften der jeweils eingebrachten Testoptik beeinflussten Teststrahls und eines von den optischen Eigenschaften der jeweils eingebrachten Testoptik unbeeinflussten Referenzstrahls, wobei diese Mittel eine ausgangsseitige, dem Testoptikbereich nachgeordnete Lochmaske (6) beinhalten, und
Auswertemitteln (7, 8) zur Auswertung eines durch Überlagerung von Teststrahl und Referenzstrahl entstehenden Interferenzmusters (16),
dadurch gekennzeichnet, dass
in die eingangsseitige und in die ausgangsseitige Lochmaske (2, 6) jeweils ein ein- oder zweidimensionales Feld von Durchgangslöchern (12, 15) eingebracht ist.

2. Punktbeugungsinterferometer nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige ein- oder zweidimensionale Durchgangslochfeld eine vorgegebene periodische Anordnung der Durchgangslöcher (12, 15) beinhaltet.

3. Punktbeugungsinterferometer nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Test- und Referenzstrahlerzeugung ein Beugungsgitter (5) beinhalten und das jeweilige Durchgangslochfeld aus einem oder mehreren Einzelfeldern besteht, von denen jedes in der Bildebene der zu testenden Optik in einer x-Richtung, in welcher das Bild eines jeweiligen eingangsseitigen Durchgangslochs (12) gegenüber seinem zugehörigen Urbild verschoben ist, eine Ausdehnung (Δx) besitzt, die kleiner als der x-Abstand (A) zwischen Bild und Urbild-Referenz des Durchgangslochs ist.

4. Punktbeugungsinterferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige ein- oder zweidimensionale Durchgangslochfeld eine Anzahl von bis zu 10⁵ oder 10⁶ Durchgangslöchern beinhaltet.