DE102005021783A1

DE102005021783A1 - Mikrointerferometer mit gewölbtem Referenzspiegel

Info

Publication number: DE102005021783A1
Application number: DE200510021783
Authority: DE
Inventors: Frank Eisert; Heiko Siekmann; Hubert Hofer; Martin Weis
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Mikrorauheitsmessung von Oberflächen, insbesondere von Optiken von Lithographie-Systemen, mit mindestens einer Lichtquelle (1) zur Bereitstellung eines Lichtstrahls (2), einem Strahlteiler (4) zur Trennung des Lichtstrahls in einen Probenstrahl (5) und einen Referenzstrahl (6), wobei der Probenstrahl von dem zu untersuchenden Objekt (8) und der Referenzstrahl von einem Referenzspiegel (7) reflektiert werden, so dass die reflektierten Strahlen überlagert werden sowie eine Auswerteeinheit (9) zur Auswertung der Interferenz der überlagerten Strahlen und wobei der Referenzspiegel (7) gewölbt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrointerferometer zur Mikrorauheitsmessung von Oberflächen, insbesondere von Optiken für Lithographie-Systeme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. ein entsprechendes Verfahren.

Mikrointerferometer sind zur Messung von Oberflächenrauheiten seit langem bekannt. Insbesondere sind auch sogenannte phasenschiebende Mikrointerferometer bzw. im Phase-Modus betriebene Mikrointerferometer bekannt. Bei diesen Interferometern wird mit monochromatischem bzw. nahezu monochromatischem Licht mit engem Wellenlängenbereich von beispielsweise 5 nm die zu untersuchende Oberfläche eines Objekts bestrahlt, wobei das reflektierte Licht mit einem von einem Referenzspiegel reflektierten Lichtstrahl überlagert wird, so dass Interferenzmuster entstehen. Diese Interferenzmuster werden durch die Oberflächenrauheit des zu untersuchenden Objekts beeinflusst, wobei eine Vielzahl von Interferogrammen, bei denen die Höhenlage des zu untersuchenden Objekts bezüglich des Interferometers verändert worden ist, eine Bestimmung der Höhentopographie der gemessenen Oberfläche durch entsprechende geeignete Auswertealgorithmen ermöglichen.

Bei Optiken von Lithographie-Systemen ist die Mikrorauheit für das Streulicht im Lithographieobjektiv verantwortlich. Entsprechend müssen derartige Optiken auf die Einhaltung von entsprechenden Rauheitswerten überprüft werden. Die Rauheit wird dabei üblicherweise auf eine laterale Skala bezogen, die angibt, wie beispielsweise bei sinusförmigen Rauheitsprofilen die Wellenlänge der sinusförmigen Rauheit ist. Üblicherweise ist die längste laterale Skala, bei der von Mikrorauheit gesprochen wird, der sogenannte Ortswellenlängenbereich von 1 mm bis 100 μm. Gerade durch die in diesem Bereich liegende Rauheit wird der Kontrast der Objektive von Lithographie-Systemen bestimmt.

Allerdings ist für die Bestimmung der Rauheit bezogen auf eine entsprechende laterale Skala im Ortwellenlängenbereich von 1 mm bis 100 μm ein entsprechend großes Messfeld erforderlich, da ansonsten keine Aussagen über die Mikrorauheit auf einer entsprechend großen lateralen Skala möglich ist. Zur lateralen Auflösung der Rauheiten werden in Mikrointerferometern üblicherweise Mikroskopobjektive mit einer Vergrößerung von 2,5 fach–5 fach verwendet. Damit ist bereits eine Begrenzung des Messfelds auf einen Bereich von ca. 1 mm bis 4 mm bei einer lateralen Auflösung von einigen μm gegeben.

Die maximal nutzbare Feldgröße des Messfelds wird jedoch auch von der Geometrie des zu prüfenden Objekts beeinflusst, wobei bei stark gekrümmten Oberflächen ein derart dichtes Interferenzstreifenmuster erzeugt wird, dass in den Randbereichen des Messfelds eine Auflösung nicht mehr möglich ist. Damit wird das Messfeld weiter eingeschränkt und die Ermittlung von Rauheiten bezogen auf eine große laterale Skala ist nicht mehr möglich.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine zuverlässige Bestimmung von Rauheiten mit sehr kleinen RMS (Root Mean Square, quadratische Mittel)-Werten, insbesondere sehr viel kleiner als 1 μm, bezogen auf eine große laterale Skala, vorzugsweise im Ortswellenlängenbereich zwischen 0,1 mm–1 mm bereit zu stellen, welche einfach zu realisieren und zu handhaben ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Mikrointerferometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Mikrorauheitsmessung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass die Interferenzstreifendichte bei Verwendung eines an die Wölbung des zu untersuchenden Objekts angepassten Referenzspiegels verringert wird, so dass über den gesamten Messfeldbereich eine Auswertung der Interferenzstreifenmuster möglich ist. Auf diese Weise wird das nutzbare Messfeld entsprechend vergrößert, so dass über eine entsprechend große laterale Ausdehnung die Rauheit bestimmt werden kann. Entsprechend ist es möglich, μ-Rauheiten im Ortswellenlängenbereich zwischen 0,1 mm–1 mm zu bestimmen. Die Wölbung des Referenzspiegels kann hierbei sphärisch oder asphärisch sowie konvex oder konkav ausgeführt sein, entsprechend der Wölbung des zur untersuchenden Objekts. Ferner sind Abweichungen von der Formgenauigkeit der Passe oder der Genauigkeit des Krümmungsradius möglich.

Vorzugsweise kann für eine Abweichung von der idealen Sphäre bzw. Asphäre bzw. der Ungenauigkeit der Passe bei der Auswertung in einer entsprechenden Auswerteeinheit ein erforderlicher Formabzug von den μ-Rauheitsmessungen vorgenommen werden.

Entsprechend ist es nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel auch möglich, mit einem Referenzspiegel mit einem Krümmungsradius R Objekte mit abweichenden Krümmungs radien zu untersuchen, insbesondere im Bereich von R ± 200 mm, vorzugsweise R ± 100 mm oder im Bereich von R ± 20 %, vorzugsweise ± 10 % zu untersuchen. Die zulässige Abweichung des Krümmungsradius des Objekts vom Krümmungsradius des Spiegels bestimmt sich auch durch die sogenannte Pfeilhöhe, also der Höhendifferenz von Rand und Mitte des gewölbten Referenzspiegels bzw. Objekts, wobei bei stärkerer Krümmung eine geringere Abweichung möglich ist.

Zur Kompensation von Rauhigkeiten des Referenzspiegels kann in der Auswerteeinheit ein Auswertealgorithmus zur Bestimmung der absoluten RMS (Root Mean Square)-Werte oder ein Referenzabzug durchgeführt werden. Vorzugsweise weist der Referenzspiegel jedoch RMS-Werte von sehr viel kleiner 1 nm im Ortswellenlängenbereich zwischen 0,1 mm–1 mm auf, so dass auf einen Referenzabzug (Referenzierung) verzichtet werden kann.

Die Referenzierung kann durch Vergleichsmessungen an einem Referenzobjekt, insbesondere durch eine Mittelung von mehreren Vergleichsmessungen an einem Referenzobjekt erfolgen. Alternativ ist auch eine relative Referenzierung durch verschiedene Messungen am zu untersuchenden Objekt denkbar.

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figuren deutlich werden.

Die Abbildungen zeigen hierbei in
1 eine rein schematische Darstellung eines Mikrointerferometers;
2 die Darstellung der Rauhigkeit in einem Messfeld der Größe 6 mm × 6 mm mit einem planen Referenzspiegel (links) und einem gewölbten bzw. gekrümmten Referenzspiegel (rechts); und in
3 die Interferenzmuster zu den Messungen aus 2;
Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung das Grundprinzip eines Mikrointerferometers nach Michelson. Bei einem derartigen Interferometer erzeugt eine Lichtquelle 1 einen Lichtstrahl 2, der durch eine Optik 3 auf einen Strahlteiler 4 in Form eines halbdurchlässigen Spiegels trifft und in den Probenstrahl 5 und den Referenzstrahl 6 aufgeteilt wird. Der Probenstrahl 5 wird hierbei auf das zu untersuchende Objekt 8 gelenkt und von dessen Ober fläche reflektiert, und zwar in Richtung der Auswerteinheit 9. Der Referenzstrahl 6 fällt auf einen Referenzspiegel 7, der den Referenzstrahl 6 ebenfalls reflektiert, wobei durch den Strahlteiler 4 der reflektierte Referenzstrahl ebenfalls in Richtung der Auswerteeinheit 9 abgelenkt wird. An der Auswerteeinheit 9 kommt es zu einer Überlagerung der reflektierten Strahlen 5 und 6, so dass ein Interferenzmuster entsteht.
Die Auswerteeinheit 9 erfasst die Interferenzmuster, die durch die Oberflächenrauhigkeit 10 des zu untersuchenden Objekts 8 beeinflusst werden. Insbesondere durch einen Vergleich der Interferenzmuster bei einer Variation des Teilwegs P des Probenstrahls durch eine Abstandsveränderung des Mikrointerferometers zum zu untersuchenden Objekt 8 können sehr kleine Rauheiten im Bereich von deutlich < 1 nm ermittelt werden. Zur lateralen Auflösung werden bei dem Mikrointerferometer entsprechende Optiken, wie spezielle Mikroskopobjektive eingesetzt, um Auflösungen im μm-Bereich zu erzielen.
Erfindungsgemäß weist das in 1 dargestellte Mikrointerferometer einen gewölbten Referenzspiegel 7 mit einem Krümmungsradius R₁ auf, wobei die Wölbung der Krümmung R₂ der zu untersuchenden Oberfläche des Objekts 8 angepasst ist. Der Wölbungs- bzw. Krümmungsradius R₁ des gewölbten Referenzspiegels 7 muss jedoch nicht exakt dem Wölbungs- bzw. Krümmungsradius R₂ der zu untersuchenden Oberfläche entsprechen. Vielmehr kann mit einem Referenzspiegel mit Krümmungsradius R₁ ein Bereich von Krümmungsradien R₂ ± Δ R des zu untersuchenden Objekts 8 abgedeckt werden, der z.B. ± 20 %, vorzugsweise ± 10 % des Krümmungsradius R₁ umfasst. Die Auswerteeinheit 9 weist vorzugsweise eine CCD-Kamera und entsprechende Berechnungsmittel, die vorzugsweise programmgesteuert entsprechende Auswerteroutinen durchlaufen, auf.
Für Formungenauigkeiten der Passe des Referenzspiegels, also für die Abweichung von der idealen Sphäre bzw. Asphäre des Referenzspiegels 7 werden in der Auswerteeinheit 9 bei den ermittelten Rauheitsmessungen entsprechende Anpassungen in Form eines Formabzugs vorgenommen.
Weiterhin können durch spezielle Auswerteverfahren Rauheiten des Referenzspiegels durch Ermitteln von sogenannten absoluten Rauheiten, beispielsweise nach einem Verfahren der Firma Atos, Pfungstadt oder durch Referenzierung an einem Referenzobjekt, berücksichtigt werden. Bei sehr geringer Rauheit des Referenzspiegels im Vergleich zum zu prüfenden Objekt 8 kann auf eine Referenzierung des Referenzspiegels, also die Justierung des Referenzspiegels an einem Referenzobjekt verzichtet werden.
Der große Vorteil des gewölbten bzw. gekrümmten Referenzspiegels 7 ist darin zu sehen, dass ein größeres Messfeld genutzt werden kann, wodurch die Ermittlung der Rauheit in Bezug auf eine längere laterale Skala möglich wird.
Die 2 und 3 zeigen ein Beispiel an Messungen eines EUV (Extreme Ultra Violet)-Spiegels sowohl für einen planen als auch für einen gewölbten Referenzspiegel. In der 2 sind die ermittelten Rauheitswerte für den Messbereich von 6 mm × 6 mm dargestellt, während die 3 die entsprechenden Interferenzmuster für eine bestimmte Höhenlage zeigt.
Wie sich aus den linken Teilbildern der 2 und 3 ergibt, wird durch eine Vielzahl der Interferenzringe in den Eckbereichen des Messfelds eine Auswertung unmöglich, während bei einem gewölbten Referenzspiegel 7 das Messfeld durch die Verwendbarkeit der Eckbereiche deutlich vergrößert wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel war der Krümmungsradius des Referenzspiegels R₁ = –1000 mm, während der Krümmungsradius des EUV-Spiegels R₂ = –1128,55 mm betrug.

Claims

Mikrointerferometer zur Mikrorauheitsmessung von Oberflächen, insbesondere von Optiken für Lithographiesysteme, mit mindestens einer Lichtquelle (1) zur Bereitstellung eines Lichtstrahls (2), einem Strahlteiler (4) zur Trennung des Lichtstrahls in einen Probenstrahl (5) und einen Referenzstrahl (6), wobei der Probenstrahl von einem zu untersuchenden Objekt (8) und der Referenzstrahl von einem Referenzspiegel (7) reflektiert werden, so dass die reflektierten Strahlen überlagert werden, sowie einer Auswerteeinheit (9) zur Auswertung der Interferenz der überlagerten Strahlen, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzspiegel (7) gewölbt ist.
Mikrointerferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzspiegel (7) sphärisch oder asphärisch gewölbt ist.
Mikrointerferometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzspiegel (7) konvex oder konkav gewölbt ist.
Mikrointerferometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzspiegel (7) Glas, Silizium oder andere reflektierende Materialien umfasst.
Mikrointerferometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzspiegel (7) in einem Objektiv eingebaut ist.
Mikrointerferometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzspiegel (7) eine μ-Rauheit von RMS<<1 nm bezogen auf eine laterale Skala von 0,1 bis 1 mm aufweist.
Verfahren zur Mikrorauheitsmessung von Oberflächen, insbesondere von Optiken für Lithographiesysteme, unter Verwendung eines Mikrointerferometers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts (8) gewölbt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung des Referenzspiegels (7) derjenigen des zu untersuchenden Objekts (8) angepasst ist, insbesondere übereinstimmend konkav oder konvex ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung des zu untersuchenden Objekts (8) einen Krümmungsradius (R₂) im Bereich von ± 20 %, insbesondere ± 10 % oder ± 200 mm, vorzugsweise ± 100 mm des Krümmungsradius (R₁) des Referenzspiegels aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Rauheitswerte ein Formabzug für den Referenzspiegel (7) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung absolute RMS-Werte ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzabzug erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferometer im Phase-Modus mit nahezu monochromen Licht betrieben wird, bei dem der Teilweg P des Probenstrahls (5) durch Abstandsänderung zum zu untersuchenden Objekt (8) verändert wird.