DE102009005230A1

DE102009005230A1 - Vorrichtung und Verfahren zum dynamischen Messen einer Abbildungsstabilität eines optischen Abbildungssystems

Info

Publication number: DE102009005230A1
Application number: DE102009005230A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Arnz; Matthias Manger
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum dynamischen Messen einer Abbildungsstabilität eines optischen Abbildungssystems (12) umfasst: eine Objektstruktur (18), ein Beleuchtungssystem (14), welches im Betrieb der Vorrichtung (10) elektromagnetische Strahlung (15) erzeugt und diese auf die Objektstruktur (18) einstrahlt, sowie eine Erfassungseinrichtung (24), auf welche im Betrieb der Vorrichtung (10) die von dem Beleuchtungssystem (14) bestrahlte Objektstruktur (18) mittels des optischen Abbildungssystems (12) abgebildet wird und welche dazu konfiguriert ist, das Luftbild (28) der Objektstruktur (18) mit einer Luftbilderfassungsrate, welche mindestens 30 Hz beträgt, durch Aufzeichnung eines Messsignals (40) zu erfassen. Dabei ist das Beleuchtungssystem (14) dazu konfiguriert, die elektromagnetische Strahlung (15) mit einer derart hohen Intensität zu erzeugen, dass das Luftbild (28) der Objektstruktur (18) von der Erfassungseinrichtung (24) mit der Luftbilderfassungsrate bei einem derartigen Signal/Rauschverhältnis des Messsignals (40) erfassbar ist, bei dem das Messsignal (40) zu einer reproduzierbaren Ermittlung der Abbildungsstabilität verwertbar ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum dynamischen Messen einer Abbildungsstabilität eines optischen Abbildungssystems, z. B. der Projektionsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch andere optische Baugruppen in einer Belichtungsanlage für die Mikrolithographie oder Messsysteme vermessen werden. In Mess- bzw. lithographischen Belichtungs-Systemen eingebaute optische Abbildungssysteme weisen in der Regel gefasste optische Komponenten auf, welche apparativ bedingt zu Schwingungen angeregt werden können. Diese Schwingungen werden im Allgemeinen von extern, d. h. aus der Umgebung, angeregt, oder intern, d. h. in der Maschine selbst, erzeugt und führen zu Bewegungen der von dem optischen Abbildungssystem erzeugten Luftbilder. Daraus resultiert eine zeitliche Mittelung der Luftbilder und damit ein signifikanter Bildkontrast-Verlust.
Bisher wurden konstruktive Verbesserungen der Systeme, z. B. der mechanischen Fassungen der optischen Komponenten, vorgenommen, die u. a. der Reduktion des Potentials der Optikkomponenten, zu Schwingungen angeregt werden zu können, dienen. Dabei wird z. B. eine Verschiebung der Eigenfrequenzen der optischen Systeme in den hochfrequenten Bereich bei gleichzeitiger Unterdrückung dort vorliegender Anregungen, d. h. Passivierung oder Schwingungsentkopplung etc., vorgenommen.
Mit gegenwärtig verfügbarer Messtechnik ist jedoch der Erfolg der vorgenommenen konstruktiven Verbesserungsmassnahmen nur unzureichend quantifizierbar und damit können die Massnahmen nicht entsprechend optimiert werden.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Probleme zu lösen und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren der vorgenannten Art bereitzustellen, mit denen hochfrequente Schwingungen im Luftbild von optischen Abbildungseinrichtungen mit hoher Genauigkeit quantifiziert werden können.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zum dynamischen Messen einer Abbildungsstabilität eines optischen Abbildungssystems, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, gelöst, welche umfasst: eine Objektstruktur, ein Beleuchtungssystem, welches im Betrieb der Vorrichtung elektromagnetische Strahlung erzeugt und diese auf die Objektstruktur einstrahlt, sowie eine Erfassungseinrichtung. Auf diese Erfassungseinrichtung wird im Betrieb der Vorrichtung die von dem Beleuchtungssystem bestrahlte Objektstruktur mittels des optischen Abbildungssystems abgebildet und diese Erfassungseinrichtung ist dazu konfiguriert, das Luftbild der Objektstruktur mit einer Luftbilderfassungsrate bzw. Wiederholungsrate, welche mindestens 30 Hz beträgt, durch Aufzeichnung eines Messsignals zu erfassen. Weiterhin ist das Beleuchtungssystem dazu konfiguriert, die elektromagnetische Strahlung mit einer derart hohen Intensität zu erzeugen, dass das Luftbild der Objektstruktur von der Erfassungseinrichtung mit der Luftbilderfassungsrate bei einem derartigen Signal/Rauschverhältnis des Messsignals erfassbar ist, bei dem das Messsignal zu einer reproduzierbaren Ermittlung der Abbildungsstabilität verwertbar ist.
Darüber hinaus ist die Aufgabe mit einem Verfahren zum dynamischen Messen einer Abbildungsstabilität eines optischen Abbildungssystems gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen elektromagnetischer Strahlung und Einstrahlen derselben auf eine Objektstruktur, Abbilden der von dem Beleuchtungssystem bestrahlen Objektstruktur mittels des optischen Abbildungssystems auf eine Erfassungseinrichtung, sowie Erfassen des Luftbildes der Objektstruktur mittels der Erfassungseinrichtung mit einer Luftbilderfassungsrate, welche mindestens 30 Hz beträgt, durch Aufzeichnen eines Messsignals. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die elektromagnetische Strahlung mit einer derart hohen Intensität auf die Objektstruktur eingestrahlt, dass das Luftbild der Objektstruktur von der Erfassungseinrichtung mit der Luftbilderfassungsrate bei einem derartigen Signal/Rauschverhältnis des Messsignals erfasst wird, bei dem das Messsignal zu einer reproduzierbaren Ermittlung der Abbildungsstabilität verwertbar ist.
Die von dem Beleuchtungssystem erzeugte elektromagnetische Strahlung weist vorteilhafterweise dasselbe Wellenspektrum auf, wie die Strahlung, mit der das optische Abbildungssystem in seiner bestimmungsgemäßen Verwendung betrieben wird (aktinischer Betrieb). So kann die Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung im ultravioletten Bereich liegen und z. B. 365 nm, 248 nm, 193 nm betragen. Weiterhin kann die Beleuchtungsstrahlung auch eine Wellenlänge im extremen ultravioletten Wellenlängenspektrum (EUV) von z. B. 13,4 nm aufweisen. Das Luftbild wird von der Erfassungseinrichtung dynamisch erfasst, d. h. mindestens mit einer Luftbilderfassungsrate oder Wiederholungsrate von 30 Hz. Unter einem Luftbild wird die durch Abbildung der Objektstruktur in einer Bildebene erzeugte elektromagnetische Strahlungsverteilung im Raum bezeichnet. Das Luftbild unterscheidet sich damit beispielsweise von einem in einem Photolack erzeugten Bild.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, erzeugt das Beleuchtungssystem die elektromagnetische Strahlung mit einer derart hohen Intensität, dass das Luftbild der Objektstruktur von der Erfassungseinrichtung mit der Luftbilderfassungsrate von mindestens 30 Hz bei einem derartigen Signal/Rauschverhältnis des Messsignals, bei welchem das Messsignal hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Messung der Abbildungsstabilität verwertbar ist, erfasst wird. Ein derartiges zu einer reproduzierbaren Ermittlung der Abbildungsstabilität ausreichendes Signal/Rauschverhältnis kann in einer Ausführungsform nach der Erfindung einen Wert von mindestens 20 aufweisen. Die Intensität, die zur Erfassung des Messsignals mit dem angegebenen Signal/Rauschverhältnis und der hohen Luftbilderfassungsrate benötigt wird, ist abhängig von der Sensitivität der Erfassungseinrichtung. Je geringer die Sensitivität der Erfassungseinrichtung, umso höher muss die Intensität der bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung sein. Durch die Kombination eines leistungsstarken Beleuchtungssystems mit einer schnellen Erfassungseinrichtung, d. h. einer Erfassungseinrichtung, die das Luftbild mit einer hohen Wiederholungsrate bzw. Luftbilderfassungsrate erfassen kann, wird es möglich, hochfrequente Schwingungen im Luftbild mit hoher Genauigkeit aus den erfassten Luftbildern zu bestimmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich als Ergänzung zur statischen Systemevaluierung von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie durch eine dynamische Qualifikation. Auch können damit FEM-basierte Schwingungsanalysen von optischen Elementen oder einem optischen Gesamtsystem verifiziert werden. FEM bezeichnet die Finite-Elemente-Methode als numerisches Verfahren zur näherungsweisen Lösung von Differentialgleichungen mit Randbedingungen. Weiterhin wird eine Verbesserung und/oder Vervollständigung von FEM-Modellierungen aufgrund der experimentellen Schwingungsdaten möglich. Weiterhin können konstruktive Verbesserungen an Optik und/oder Messmaschine experimentell verifiziert werden. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Überprüfung dynamischer Maschinen-Verbesserungen, wie etwa Sensitivität- und Anregungsunterdrückung, die zu einer reduzierten Standardabweichung unter Bewegung (z. B. im Scanner, dort genannt MSD – „Moving Standard Deviation”) und so über einen verbesserten Luftbild-Kontrast zu einer höheren Reproduzierbarkeit führen. Weiterhin ermöglicht die Erfindung die Vorhersage des Luftbildverhaltens in der Lithographieanlage (z. B. im Scanner), insbesondere hinsichtlich MSD. Die Erfindung ermöglicht weiterhin die experimentelle Verifikation einer entweder experimentell oder FEM-basierten Vorhersage des Luftbildverhaltens.
Die Erfindung ermöglicht weiterhin eine Verifikation konstruktiver Verbesserungen, wie z. B. Verbesserungen in der Dämpfung oder von Schwingungsdesensibilisierungen von bereits in der Halbleiterfabrik installierten Projektionsbelichtungsanlagen. Ein direkter experimenteller Nachweis des dynamischen Maschinenverhaltens in der realen Fabrikumgebung, einschließlich aller dort existierender Anregungsquellen und damit eine Echtzeitevaluierung des Gesamtverhaltens des Lithographiesystems, wird durch die Erfindung ermöglicht. Bei der Kalibrierung der Projektionsbelichtungsanlage wird eine Separation von MSD-Effekten, welche von der Optik bzw. der Peripherie der Belichtungsanlage resultieren, möglich.
In einer Ausführungsform nach der Erfindung beträgt die Luftbilderfassungsrate der Erfassungseinrichtung mindestens 50 Hz, in einer weiteren Ausführungsform mindestens 100 Hz und insbesondere 1 kHz.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist das Belichtungssystem dazu konfiguriert, die elektromagnetisch Strahlung mit einer derart hohen Intensität zu erzeugen, dass das Luftbild der Objektstruktur bei einem Signal/Rauschverhältnis des Messsignals von mindestens 20, insbesondere von mindestens 50 erfassbar ist. Ein derartiges Signal/Rauschverhältnis ist hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Messung der Abbildungsstabilität besonders gut verwertbar.
Bei einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist das Beleuchtungssystem dazu konfiguriert, die elektromagnetische Strahlung mit einer derart hohen Intensität zu erzeugen, dass die pro Luftbilderfassungszeitraum auf der Erfassungseinrichtung auftreffende elektromagnetische Strahlung eine Photonendichte von mindestens 10¹¹ Photoneu/cm² insbesondere mindestens 2 × 10¹¹ Photoneu/cm² aufweist. Ist das Beleuchtungssystem als gepulste Strahlungsquelle ausgelegt, so weist ein Strahlungspuls damit in der Erfassungs- bzw. Waferebene eine Photonendichte von mindestens 10¹¹ Photonen/cm² auf. In einer Ausführungsform weist die Strahlungsquelle bei einer Wellenlänge von λ = 193 nm eine minimale Pulsenergie von etwa 5 mJ auf. In einer weiteren Ausführungsform wird die elektromagnetische Strahlung vom Beleuchtungssystem mit einer derart hohen Intensität erzeugt, dass die pro Luftbilderfassungszeitraum auf der Erfassungseinrichtung auftreffende elektromagnetische Strahlung eine Photonendichte von mindestens 10¹² Photonen/cm² aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Erfassungseinrichtung weiterhin eine Auswerteeinheit auf, welche dazu konfiguriert ist, aus den erfassten Luftbildern die jeweilige örtliche Lage der Luftbilder zu ermitteln. Mit dem damit ermittelten zeitlichen Verlauf der Lage des von dem optischen Abbildungssystem erzeugten Luftbilds lässt sich eine Schwingungsanalyse durchführen. Mit einer derartigen Schwingungsanalyse können die für die Schwingungen des Luftbildes verantwortlichen Quellen leichter lokalisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu konfiguriert, die örtliche Lage der Luftbilder mit der Luftbilderfassungsrate zu ermitteln. Damit wird die örtliche Lage eines Luftbilds vor dem Erfassen des nächsten Luftbilds ermittelt. Die Auswertung erfolgt also in Echtzeit und damit mit einer Wiederholungsrate von mindestens 30 Hz, insbesondere mindestens 50 Hz bzw. mindestens 100 Hz. Es handelt sich dabei um eine sogenannte dynamische Auswertung. Die Vorrichtung umfasst dazu insbesondere Auswertesoftware, welche dazu konfiguriert ist, die Luftbilder mit einer Wiederholungsrate von mindestens 30 Hz bzw. mindestens 50 Hz oder mindestens 100 Hz zu erfassen.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung erfolgt die Ermittlung der örtlichen Lage des Luftbildes durch die Auswerteeinheit in mindestens einer Richtung, vorzugsweise in zwei Richtungen quer zur optischen Achse des Abbildungssystems. Damit lässt sich die laterale Lage des Luftbildes dynamisch bestimmen. In lateraler Richtung ist die Stabilität des Luftbildes bei mikrolithographischen Anwendungen in vielen Fällen besonders kritisch. Daher ermöglicht die dynamische Auswertung der lateralen Bildlage das Ergreifen geeigneter Korrekturmaßnahmen zur Verbesserung der Bildqualität.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu konfiguriert, aus den ermittelten örtlichen Lagen der erfassten Luftbilder eine Frequenz und/oder eine Amplitude einer Luftbildschwingung zu bestimmen. Dabei handelt es sich vorteilhafterweise um eine dominierende Luftbildschwingung. Die mittels einer derartigen Schwingungsanalyse bestimmte Frequenz ermöglicht, wie bereits vorstehend erwähnt, das Auffinden der schwingungsverursachenden Quellen. Die Amplitude der Luftbildschwingung gibt Aufschluss über das Ausmaß der Verschlechterung der Bildqualität, etwa durch Verlust von Bildkontrast.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Erfassungseinrichtung dazu konfiguriert, die Frequenz der Luftbildschwingung mittels einer statistisch zufälligen zeitlichen Abtastung des Luftbildes zu ermitteln. Eine derartige statistisch zufällige zeitliche Abtastung wird auch als „zeitliches Sampling” bezeichnet. Eine Extraktion der gesuchten Schwingungsfrequenz lässt sich durch Auffinden einer minimalen Meritfunktion für eine Anzahl, wie z. B. zehn verschiedene statistisch gewürfelte Sampling-Realisierungen erzielen. Damit ist die Schwingungsfrequenz unabhängig von der Anfangsphase extrahierbar.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung wird im Betrieb der Messvorrichtung die Objektstruktur mittels des optischen Abbildungssystems in eine Analyseebene abgebildet, und die Erfassungseinrichtung umfasst: eine im Bereich der Analyseebene angeordnete Analysestruktur sowie einen ortsauflösenden Detektor, welcher in einer Detektorebene angeordnet ist, in der ein durch Überlagerung des Luftbildes der Objektstruktur mit der Analysestruktur erzeugtes Überlagerungsmuster erfassbar ist, und die Erfassungseinrichtung ist dazu konfiguriert, das Luftbild durch Erfassung des Überlagerungsmusters zu erfassen. Diese Erfassungsmethode ermöglicht die Erfassung des Luftbilds hinsichtlich der lateralen Lage des Luftbildes in Bezug auf die optische Achse des Abbildungssystems mit einer besonders hohen Wiederholungsrate. Gemäß der Erfindung ist das Beleuchtungssystem in dieser Ausführungsform dazu konfiguriert, die elektromagnetische Strahlung mit einer derart hohen Intensität zu erzeugen, dass das Überlagerungsmuster von dem Detektor mit der Luftbilderfassungsrate von mindestens 30 Hz und einem verwertbaren Signal/Rauschverhältnis des vom Detektor erzeugten Messsignals erfasst werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Analysestruktur derart auf die Objektstruktur abgestimmt, dass eine Relativverschiebung der Strukturen zueinander mittels des Moiré-Messverfahrens messbar ist. Beispielsweise sind die Objektstruktur und die Analysestruktur jeweils als Gitter ausgebildet. Das dem Fachmann grundsätzlich bekannte Moiré-Messverfahren nutzt den Moiré-Effekt aus, bei dem langperiodische Helligkeitsmodulationen durch die Überlagerung zweier Liniengitter, deren Gitterkonstanten nur geringfügig voneinander abweichen, erzeugt werden. Durch die Auswertung des erzeugten Musters lässt sich eine Relativverschiebung der beiden Gitter zueinander mit hoher Genauigkeit ermitteln. Die Periodizität der Objektstruktur ist vorteilhafterweise derart auf die Periodizität der Analysestruktur abgestimmt, dass sich die Periodizität der Objektstruktur in Abbildung auf die Analysestruktur geringfügig von der Periodizität der Analysestruktur unterscheidet.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Erfassungseinrichtung weiterhin eine Auswerteeinheit auf, welche dazu konfiguriert ist, das Überlagerungsmuster mit der Luftbilderfassungsrate aus dem Detektor auszulesen und aus jedem ausgelesenen Überlagerungsmuster eine örtliche Lage des zugeordneten Luftbildes zu ermitteln. Mit dieser Ausführungsform lässt sich eine Schwingungsanalyse hinsichtlich lateraler Schwingungen des Luftbilds für besonders hohe Schwingungsfrequenzen durchführen. Die Auswerteeinheit ist insbesondere weiterhin dazu konfiguriert, die örtliche Lage der Luftbilder mit der Wiederholungsrate des Auslesens der Überlagerungsmuster aus dem Detektor zu ermitteln.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Analysestruktur pro Auswerteeinrichtung mindestens vier zueinander phasenverschobene Teilgitter mit gleicher Periode auf. Vorteilhafterweise stimmen die Perioden der Teilgitter jeweils mit der Periode des Luftbildes der Detektorstruktur überein, und benachbarte Teilgitter sind jeweils um ein n-tel der Periode der Teilgitter zueinander periodenversetzt angeordnet, wobei n die Anzahl der Teilgitter ist. Durch die Verwendung von Teilgittern konstanter Periode lässt sich an n verschiedenen Messpunkten mit unterschiedlicher Phasenverschiebung ein jeweiliges Signal mit einer relativ großen Detektormessfläche ohne Signalauswaschung erfassen. Im Gegensatz zur Messmethode, bei der ein Gitter der Objektstruktur in Abbildung auf die Analysestruktur und ein Gitter der Analysestruktur unterschiedliche Gitterkonstanten aufweisen und damit nur an diskreten Punkten eine bestimmte Phasenverschiebung vorliegt, liegt bei der Verwendung von Teilgittern jeweils für das gesamte Teilgitter die gleiche Phasenverschiebung vor. Damit kann für jeden Messpunkt das Moiré-Intensitätsmuster über eine ausgedehnte Detektorfläche gemessen werden und somit der Kontrast des Messsignals erhöht werden. Die Phase des Moiré-Intensitätsmusters lässt sich dann aus den an den n Messpunkten gemessenen Messsignalen ermitteln. Wie vorstehend erwähnt, weist die Analysestruktur pro Auswerterichtung mindestens vier zueinander phasenverschobene Teilgitter auf. Erfolgt die Auswertung des Luftbildes in zwei zueinander orthogonalen Richtungen quer zur optischen Achse des optischen Abbildungssystems, so weist die Analysestruktur mindestens zwei mal vier Teilgitter auf.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die Erfassungseinrichtung ein Interferometer sowie eine Auswerteeinheit, wobei das Interferometer einen ortsauflösenden Detektor zum Erfassen eines durch Überlagerung des Luftbildes der Objektstruktur mit einer Referenzwelle erzeugten Interferenzmusters aufweist und die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert ist, mehrere Interferenzstreifen des Interferenzmusters zu analysieren und die Wellenfront des Luftbildes der Objektstruktur aus der Abweichung der Gestalt der Interferenzstreifen von geradlinigen Streifen zu ermitteln. Die Erfassungseinrichtung ist damit als eine auf Mehrstreifen-Messtechnik beruhende Wellenfrontmesseinrichtung ausgelegt. Eine derartige Wellenfrontmesseinrichtung ist beispielsweise in Freischlad et al., „Real-time wavefront measurement with lambda/10 fringe spacing for the optical shop", SPIE Vol 1332, Seiten 18–24, 1990, dargestellt. Bei einer Auswertung mit Mehrstreifen-Messtechnik ist ein zeitliches Phasenschieben nicht notwendig. Die Wellenfront wird vielmehr aus einem einzigen Interferenzmuster ermittelt, wodurch die Messgeschwindigkeit für die Positionsmessung eines einzelnen Messbilds stark erhöht werden kann. Durch den Einsatz interferometrischer Messtechnik lassen sich neben der dynamischen Erfassung der Position des Luftbildes in drei Dimensionen gleichzeitig auch Wellenfrontaberrationen im Luftbild bestimmen. Zum dynamischen Vermessen des Luftbildes im Vielstreifen-Messmodus ist vorteilhafterweise eine hochempfindliche CCD, z. B. eine EMCCD als Detektor vorgesehen.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu konfiguriert, aus der ermittelten Wellenfront des jeweiligen Luftbildes der Objektstruktur die örtliche Lage des Luftbildes in drei Raumdimensionen zu bestimmen. Damit kann die örtliche Lage des Luftbildes nicht nur lateral in Bezug auf die optische Achse des Abbildungssystems, sondern auch in axialer Richtung bestimmt werden. Durch die Verwendung einer Wellenfront-Messeinrichtung mit Mehrstreifentechnik ist es möglich, diese Lagebestimmung dynamisch auszuführen. In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst das Beleuchtungssystem eine gepulste Strahlungsquelle mit einer Pulsfrequenz, die mindestens die Luftbilderfassungsrate beträgt, oder eine Gleichlichtquelle. Eine Gleichlichtquelle wird auch als sogenannte „cw-Strahlungsquelle” bezeichnet, die auch als gepulste Strahlungsquelle mit unendlich hoher Frequenz angesehen werden kann. Als gepulste Strahlungsquelle für das Beleuchtungssystem kommt z. B. ein 4 kHz Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 193 nm infrage. Die Erfassungseinrichtung kann dann z. B. ein CCD-Array mit Einzelpulsdetektion aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin einen Referenzdetektor auf, der derart im optischen Strahlengang der Messvorrichtung angeordnet ist, dass damit die Intensität der von dem Beleuchtungssystem ausgestrahlten elektromagnetischen Beleuchtungsstrahlung zeitaufgelöst erfassbar ist. Weiterhin ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, das Messsignal mittels der von dem Referenzdetektor erfassten Beleuchtungsintensität zu korrigieren. Kommt es also zu Intensitätsschwankungen in der vom Beleuchtungssystem ausgestrahlten Strahlung, so verfälschen diese nicht das mittels der Erfassungseinrichtung aufgezeichnete Messergebnis. Eine derartige Intensitätsschwankung in der Beleuchtungsstrahlung könnte je nach Auswertemethode sonst von der Auswerteeinheit auch als Luftbildverschiebung missinterpretiert werden.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Belichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt. Diese umfasst ein Beleuchtungssystem, welches im Betrieb der Belichtungsanlage elektromagnetische Strahlung erzeugt und diese auf eine Objektstruktur einstrahlt. Weiterhin umfasst die Belichtungsanlage ein optisches Abbildungssystem sowie eine Erfassungseinrichtung, auf welche im Betrieb der Belichtungsanlage die von dem Beleuchtungssystem bestrahlte Objektstruktur mittels des optischen Abbildungssystems abgebildet wird und welche dazu konfiguriert ist, das Luftbild der Objektstruktur mit einer Luftbilderfassungsrate, welche mindestens 30 Hz beträgt, durch Aufzeichnung eines Messsignals zu erfassen. Dabei ist das Beleuchtungssystem dazu konfiguriert, die elektromagnetische Strahlung mit einer derart hohen Intensität zu erzeugen, dass das Luftbild der Objektstruktur von der Erfassungseinrichtung mit der Luftbilderfassungsrate bei einem derartigen Signal/Rauschverhältnis des Messsignals erfassbar ist, bei dem das Messsignal zu einer reproduzierbaren Ermittlung einer Abbildungsstabilität des optischen Abbildungssystems verwertbar ist.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auch auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden, und umgekehrt. Die sich daraus ergebenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen von der Offenbarung der Erfindung ausdrücklich umfasst sein. Weiterhin beziehen sich die bezüglich der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorstehend aufgeführten Vorteile damit auch auf die entsprechenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum dynamischen Messen einer Abbildungsstabilität eines optischen Abbildungssystems anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine Draufsicht auf eine Objektstruktur der Vorrichtung gemäß 1, welche bei Durchführung des erfindungsgemäßen Messverfahrens mittels des optischen Abbildungssystems in eine Analyseebene abgebildet wird,
3 eine Draufsicht auf Beispiele von in der Analyseebene der Vorrichtung gemäß 1 angeordneten Analysestrukturen,
4 weitere Beispiele von in der Analyseebene der Vorrichtung gemäß 1 angeordneten Analysestrukturen,
5 Beispiele von im Messbetrieb der Vorrichtung gemäß 1 erzeugten Signalen,
6 ein Diagramm mit einer aus den Signalen gemäß 5 ermittelten Moiré-Phase Φ(t),
7 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
8 eine Veranschaulichung einer beispielhaften erfindungsgemäßen zeitlichen Abtastung einer Bewegung eines von einem optischen Abbildungssystem erzeugten Luftbildes,
9 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Extraktion der Schwingungsfrequenz eines Luftbildes aus einem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten Messsignals durch Berechnung einer sogenannten Merit-Funktion, sowie
10 ein Beispiel einer mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Messergebnis erlangten Frequenzanalyse eines Luftbildes.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente des bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum dynamischen Messen einer Abbildungsstabilität eines optischen Abbildungssystems 12, beispielsweise in Gestalt einer Projektionsoptik einer Belichtungsanlage für die Mikrolithographie. Die Vorrichtung 10 kann in einer Ausführungsform selbst als Belichtungsanlage für die Mikrolithographie gestaltet sein, welche das optische Abbildungssystem 12 in Gestalt einer Projektionsoptik umfasst.
Die Vorrichtung 10 umfasst ein Beleuchtungssystem, welches elektromagnetische Strahlung 15 erzeugt und diese auf eine Objektstruktur 18 einstrahlt. Die von dem Beleuchtungssystem 14 erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 ist hinsichtlich ihrer Wellenlänge auf eine Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems 12 abgestimmt und kann beispielsweise 193 nm betragen. Je nach Abbildungssystem 12 können auch andere Wellenlängen im UV-Bereich, beispielsweise 365 nm oder 248 nm, oder auch Wellenlängen im EUV-Wellenlängenbereich, wie z. B. 13,4 nm, zum Einsatz kommen. Als Strahlungsquelle für das Beleuchtungssystem kommt bei Einsatz von 193 nm Strahlung z. B. ein mit 4 kHz gepulster Excimer-Laser infrage. In dem Fall, in dem die elektromagnetische Strahlung 15 im EUV-Wellenlängenbereich liegt, ist das Abbildungssystem 12, anders als in 1 gezeigt, mit reflektierenden optischen Elementen 20 gestaltet.
Das Beleuchtungssystem 14 ist eine sehr leistungsstarke Strahlungsquelle. In dem beispielhaften Fall, in dem die elektromagnetische Strahlung 15 eine Wellenlänge von 193 nm aufweist, ist das Beleuchtungssystem 14 dazu konfiguriert, die elektromagnetische Strahlung mit einer derartigen Bestrahlungsstärke auszusenden, dass mindestens 10¹¹ Photonen/cm² pro Strahlungspuls auf einer dem optischen Abbildungssystem nachgeordneten und nachstehend näher erläuterten Erfassungseinrichtung 24 auftreffen. Im Fall einer anderen Beleuchtungswellenlänge ist die Photonendichte entsprechend angepasst. Das Beleuchtungssystem 14 kann in einer Ausführungsform einen Referenzdetektor 16 in Gestalt einer Referenzdiode umfassen, welcher im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung 15 angeordnet ist und die Intensität der Beleuchtungsstrahlung 15 zeitaufgelöst ermittelt. Der Referenzdetektor 16 kann auch außerhalb des Beleuchtungssystems 14 an einer zum Messen der Intensität der Beleuchtungsstrahlung geeigneten Stelle im Strahlengang der Vorrichtung 10 angeordnet sein.
Die elektromagnetische Strahlung 15 trifft auf eine eine Objektstruktur 18 aufweisende Objektmaske 17. Ein Beispiel einer Gestaltung der Objektstruktur 18 ist in 2 dargestellt. Diese Objektstruktur 18 ist als ein sich über die gesamte Feldebene der Objektmaske 17 erstreckendes Kreuzgitter ausgebildet. Alternativ können auch kleinere Einheiten von Objektstrukturen an unterschiedlichen zu vermessenden Feldpunkten der Objektmaske 17, von denen ein erster Feldpunkt 19a und ein zweiter Feldpunkt 19b in 1 gekennzeichnet sind, angeordnet sein. Die Objektstruktur 18 wird von dem optischen Abbildungssystem 12 in eine Analyseebene 26 abgebildet. Das optische Abbildungssystem 12 umfasst in der Regel eine Vielzahl an optischen Elementen 20, z. B. in Gestalt von Linsen, von denen in 1 beispielhaft zwei derartige Linsen dargestellt sind. Die elektromagnetische Strahlung durchläuft eine Pupillenebene 22 des optischen Abbildungssystems 12.
Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin die vorstehend erwähnte Erfassungseinrichtung 24 zum Erfassen des Luftbildes der Objektstruktur 18 im Bereich der Analyseebene 26. Dazu weist die Erfassungseinrichtung 24 eine in der Analyseebene 26 angeordnete Analysemaske 30 auf. Auf der Analysemaske 30 sind für eine Vielzahl von Feldpunkten jeweilige Analysestrukturen 32 angeordnet. In 1 sind die den jeweiligen Feldpunkten 19a und 19b auf der Objektmaske 17 entsprechende Feldpunkte 31a und 31b gekennzeichnet. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Satzes an Analysestrukturen 32a und 32b.
Die Analysestruktur 32a ermöglicht das Ermitteln der örtlichen Lage des Luftbildes 28 in einer ersten Richtung quer zur optischen Achse 13 des Abbildungssystems 12, in diesem Fall entlang der x-Achse gemäß dem Koordinatensystem von 3 bzw. 1. Die Analysestruktur 32b ermöglicht die Ermittlung der örtlichen Lage des Luftbildes 28 entlang der y-Achse. In einer Ausführungsform der Analysemaske 30 sind die beiden Analysestrukturen 32a und 32b an jedem einer Vielzahl von zu analysierenden Feldpunkten angeordnet. Es ist aber auch möglich, jeweils nur eine der Analysestrukturen 32a und 32b an den einzelnen Feldpunkten, bzw. an lediglich einem Feldpunkt, anzuordnen und damit lediglich eine Bestimmung der lateralen Lage des Luftbildes 28 in einer Dimension durchzuführen.
Die beiden Analysestrukturen 32a und 32b sind jeweils als Gitter ausgebildet. Die Gitterperiode ist jeweils derart gewählt, dass die Periode des Luftbildes 28 des Kreuzgitters der Objektstruktur 18 am Ort der Analysemaske 30 geringfügig von der Periode der jeweiligen Analysestruktur 32a bzw. 32b abweicht. Die Überlagerung des Luftbildes 28 mit der jeweiligen Analysestruktur 32a bzw. 32b erzeugt ein Überlagerungsmuster 39, welche eine räumlich periodische Intensitätsmodulation in Gestalt einer Moiré-Struktur mit einer bestimmten Periode aufweist. Das Überlagerungsmuster 39 wird mittels Mikroskoplinsen 34 für die einzelnen Feldpunkte 31a bzw. 31b auf jeweilige ortsauflösende Detektoren 38 abgebildet. Die ortsauflösenden Detektoren 38 messen damit den örtlichen Verlauf der Intensität in der Ebene der Analysemaske 30.
Der gemessene Intensitätsverlauf wird von den ortsauflösenden Detektoren 38 jeweils über ein Messsignal 40 an eine Auswerteeinheit 42 übertragen. Mittels der Auswerteeinheit 42 wird daraus eine nachstehend näher erläuterte Moiré-Phase bestimmt, woraus sich die jeweilige laterale Lage der Luftbilder 28 in der Analyseebene 26 ermitteln lässt. Dieses Messverfahren wird allgemein als Moiré-Messverfahren bezeichnet und ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
Gemäß 1 sind in einer Detektorebene 36 für jeden Feldpunkt 31a und 31b jeweils eigene ortsauflösende Detektoren 38 angeordnet. Alternativ ist es möglich, lediglich einen großflächigen ortsauflösenden Detektor vorzusehen. Die ortsauflösenden Detektoren 38 weisen jeweils eine hohe Empfindlichkeit auf, und sind im Einzelpulsdetektionsmodus betreibbar. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Messverfahrens wird die Beleuchtungsstrahlung 15 mit einer hohen Intensität auf die Objektmaske 17 eingestrahlt. Dabei ist die Strahlungsintensität derart hoch, dass das von den ortsauflösenden Detektoren 38 erzeugte Messsignal 40 jeweils ein hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Messung der Abbildungsstabilität verwertbares Signal/Rauschverhältnis von beispielsweise mindestens 20 aufweist. In dem Fall, in dem die Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 15 193 nm beträgt weist die pro Strahlungspuls des Beleuchtungssystems 14 auf die Erfassungseinrichtung 24 eingestrahlte Strahlung 15 eine Photonendichte von mindestens 10¹¹ Photonen/cm² bezogen auf die Erfassungsfläche der Erfassungseinrichtung 24 auf. Im Fall einer anderen Beleuchtungswellenlänge ist die Photonendichte entsprechend angepasst.
Die Erfassung der Überlagerungsmuster 39 erfolgt mit einer Luftbilderfassungsrate bzw. Wiederholungsfrequenz von mindestens 30 Hz, insbesondere von mindestens 50 Hz und in einer weiteren Ausführungsform von mindestens 100 Hz. Damit lassen sich hochfrequente laterale Schwingungen des Luftbilds 28 erfassen. Bei der Auswertung des Messsignals 40 zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der örtlichen Lage der Luftbilder 28 wird die vom Referenzdetektor 16 aufgezeichnete Bestrahlungsstärkeintensität berücksichtigt. Dabei wird der Einfluss von Fluktuationen der Bestrahlungsintensität auf das Messsignal herausgerechnet.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Analysestrukturen 32a und 32b. In dieser Ausführungsform weist jede der Analysestrukturen 32a bzw. 32b jeweils vier Teilgitter 33 auf, wobei die Perioden der Teilgitter 33 jeweils die gleiche Periode wie das Gitter der Objektstruktur 18 in Abbildung auf die Analyseebene 26 aufweist. Die Teilgitter 33 sind jeweils um ein Viertel der Periode des Gitters der Objektstruktur 18 in Abbildung auf die Analyseebene 26 zueinander periodenversetzt angeordnet.
5 zeigt Beispiele der für die einzelnen Teilgitter 33 gemäß 4 gemessenen Moiré-Signale über die Zeit. Dies sind: ein für ein erstes Teilgitter 33 mit einer unverschobenen Phase gemessenes Moiré-Signal S₀(t), ein für ein zweites Teilgitter 33 mit einer um 90° verschobenen Phase gemessenes Moiré-Signal S₉₀(t), ein für ein drittes Teilgitter 33 mit einer um 180° phasenverschobenen Periode gemessenes Moiré-Signal S₁₈₀(t) sowie ein für ein viertes Teilgitter 33 mit einer um 270° phasenverschobenen Periode gemessenes Moiré-Signal S₂₇₉(t). Die Auswerteeinheit ermittelt daraus eine Moiré-Phase Φ(t) wie folgt: Φ(t) = arctan([S90(t) – S270)(t)]/[S0(t) – S180(t)]) (1)
Eine aus den Moiré-Signalen gemäß 5 berechnete Phase Φ(t) über die Zeit ist in 6 veranschaulicht. Nach Sprungstellenbeseitigung der Phase Φ(t) resultiert die lokale Position des Luftbilds 28 wie folgt: x(t) = Φ(t)·g/(2π) (2),wobei g die Periode der Teilgitter 33 ist.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 zum Messen einer Abbildungsstabilität eines optischen Abbildungssystems 12. Die Vorrichtung 10 gemäß 7 unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß 1 in der Gestaltung der Objektmaske 17 sowie der Erfassungseinrichtung 24. Die Objektmaske 17 umfasst mehrere Objektstrukturen 18 in Gestalt von sogenannten Pinholes, die die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung 15 in jeweilige expandierende Kugelwellen mit Ursprung am Ort des jeweiligen Pinholes umwandeln.
Die Erfassungseinrichtung 24 ist als Wellenfrontmesseinrichtung ausgebildet, welche die Wellenfront des Luftbildes 28 mittels des sogenannten „Vielstreifen-Messverfahrens” ermittelt. Das „Vielstreifen-Messverfahren” wird auch als sogenannte „direktmessende Interferometrie” bezeichnet und ist, wie bereits vorstehend erwähnt, dem Fachmann z. B. aus Freischlad et al., „Real-time wavefront measurement with lamda/10 fringe spacing for the optical Shop", SPIE Vol. 1332, Seiten 18–24 (1990) bekannt. Bei diesem Messverfahren wird die Wellenfront des Luftbildes 28 der Objektstruktur 18 durch sogenanntes räumliches Phasenschieben im Gegensatz zum zeitlichen Phasenschieben ermittelt. Dazu wird ein Interferenzmuster 139 durch Überlagerung des Luftbildes 28 der Objektstruktur 18 mit einer Referenzwelle erzeugt. Dies kann beispielsweise, wie in 7 gezeigt, durch Vorsehen eines Interferometers 144 mit einem in der Analyseebene 26 angeordneten Schergitter 146 erfolgen. Die durch das Schergitter 146 in nullter Beugungsordnung tretende Strahlung wird dabei mit Strahlung der ersten Beugungsordnung überlagert. Alternativ kann das Interferometer 144 auch wie in 1 von Freischlad et al. gezeigt, mit einem Aplanar und einem Referenzplanglas gestaltet sein. Das Interferometer 144 kann beispielsweise auch als Michelson oder Twyman-Green-Interferometer ausgebildet sein.
Aus der Abweichung der Gestalt der Interferenzstreifen des Interferenzmusters von geradlinigen Streifen 139 wird die Wellenfront des Luftbilds 28 mittels der Auswerteeinheit 42 ermittelt. Aus der so ermittelten Wellenfront lässt sich die örtliche Lage des Luftbilds 28 in allen drei Raumdimensionen bestimmen. Dies geschieht mit einer hohen Wiederholungsrate von mindestens 30 Hz, da ein zeitliches Phasenschieben nicht notwendig ist. Mit der Vorrichtung gemäß 7 lässt sich damit die örtliche Lage des Luftbildes 28 sowohl in lateraler als auch in axialer Richtung bezüglich der optischen Achse 13 des Abbildungssystems 12 mit einer hohen Erfassungsrate bestimmen. Auch die Vorrichtung 10 gemäß 7 ist mit einem derart leistungsstarken Beleuchtungssystem ausgestattet, dass das von den ortsauflösenden Detektoren 38 an die Auswerteeinheit 42 übertragene Messsignal 40 mit einer Luftbilderfassungsrate von mindestens 30 Hz bei einem hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Messung der Abbildungsstabilität verwertbaren Signal/Rauschverhältnis von beispielsweise zumindest 20 erfasst werden kann.
Die Auswerteeinheit 42 sowohl gemäß 1 als auch gemäß 7 ist mit einer Auswertesoftware versehen, mit der das Luftbild 28 mit einer Wiederholungsrate von mindestens 30 Hz, insbesondere mindestens mindestens 50 bzw. mindestens 100 Hz erfasst wird. 8 veranschaulicht beispielhaft die Abtastung der Bewegung des Luftbildes 28, am Beispiel einer rein harmonischen Luftbildbewegung mit einer Frequenz von 17 Hz. Bei Erfassung von 30 bis 50 Messwerten für die örtliche Lage des Luftbildes 28 über 2,5 Sekunden, lässt sich die gesuchte Schwingungsfrequenz durch Auffinden der minimalen sogenannten Merit-Funktion für zehn verschiedene statistisch gewürfelte Abtastrealisierungen extrahieren, wie beispielhaft in 9 dargestellt. Eine derartige Schwingungsfrequenz ist also unabhängig von der Anfangsphase extrahierbar.
10 zeigt ein Beispiel eines mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gemäß 1 oder 7 als Messergebnis erlangte Frequenzanalyse des Luftbildes 28 eines vermessenen optischen Abbildungssystems 12. In dem Diagramm von 10 ist das Vibrationsleistungsspektrum in Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz dargestellt. Enthalten sind Vibrationen mit Frequenzen ≤ 100 Hz. Ein zeitlicher Sampling-Abstand von 10 ms ist zur Messung eines derartigen Frequenzspektrums ausreichend.

10: Vorrichtung
12: optisches Abbildungssystem
13: optische Achse
14: Beleuchtungssystem
15: elektromagnetische Strahlung
16: Referenzdetektor
17: Objektmaske
18: Objektstruktur
19a: erster Feldpunkt
19b: zweiter Feldpunkt
20: optisches Element
22: Pupillenebene
24: Erfassungseinrichtung
26: Analyseebene
28: Luftbild
30: Analysemaske
31a: erster Feldpunkt
31b: zweiter Feldpunkt
32, 32a, 32b: Analysestruktur
33: Teilgitter
34: Mikroskoplinse
36: Detektorebene
38: ortsauflösender Detektor
39: Überlagerungsmuster
40: Messsignal
42: Auswerteeinheit
139: Interferenzmuster
144: Interferometer
146: Schergitter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Freischlad et al., „Real-time wavefront measurement with lambda/10 fringe spacing for the optical shop”, SPIE Vol 1332, Seiten 18–24, 1990 [0023]
- Freischlad et al., „Real-time wavefront measurement with lamda/10 fringe spacing for the optical Shop”, SPIE Vol. 1332, Seiten 18–24 (1990) [0054]

Claims

Vorrichtung (10) zum dynamischen Messen einer Abbildungsstabilität eines optischen Abbildungssystems (12) mit: einer Objektstruktur (18), einem Beleuchtungssystem (14), welches im Betrieb der Vorrichtung (10) elektromagnetische Strahlung (15) erzeugt und diese auf die Objektstruktur (18) einstrahlt, sowie einer Erfassungseinrichtung (24), auf welche im Betrieb der Vorrichtung (10) die von dem Beleuchtungssystem (14) bestrahlte Objektstruktur (18) mittels des optischen Abbildungssystems (12) abgebildet wird und welche dazu konfiguriert ist, das Luftbild (28) der Objektstruktur (18) mit einer Luftbilderfassungsrate, welche mindestens 30 Hz beträgt, durch Aufzeichnung eines Messsignals (40) zu erfassen, wobei das Beleuchtungssystem (14) dazu konfiguriert ist, die elektromagnetische Strahlung (15) mit einer derart hohen Intensität zu erzeugen, dass das Luftbild (28) der Objektstruktur (18) von der Erfassungseinrichtung (24) mit der Luftbilderfassungsrate bei einem derartigen Signal/Rauschverhältnis des Messsignals (40) erfassbar ist, bei dem das Messsignal (40) zu einer reproduzierbaren Ermittlung der Abbildungsstabilität verwertbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Luftbilderfassungsrate der Erfassungseinrichtung (24) mindestens 50 Hz, insbesondere mindestens 100 Hz beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Beleuchtungssystem (14) dazu konfiguriert ist, die elektromagnetische Strahlung (15) mit einer derart hohen Intensität zu erzeugen, dass das Luftbild (28) der Objektstruktur (18) von der Erfassungseinrichtung (24) mit der Luftbilderfassungsrate bei einem Signal/Rauschverhältnis des Messsignals (40) von mindestens 20 erfassbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das Beleuchtungssystem (14) dazu konfiguriert ist, die elektromagnetische Strahlung (15) mit einer derart hohen Intensität zu erzeugen, dass die pro Luftbilderfassungszeitraum auf der Erfassungseinrichtung (24) auftreffende elektromagnetische Strahlung (15) eine Photonendichte von mindestens 10¹¹ Photoneu/cm² aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Erfassungseinrichtung (24) weiterhin eine Auswerteeinheit (42) aufweist, welche dazu konfiguriert ist, aus den erfassten Luftbildern (28) die jeweilige örtliche Lage der Luftbilder (28) zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Auswerteeinheit (42) dazu konfiguriert ist, die örtliche Lage der Luftbilder (28) mit der Luftbilderfassungsrate zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Ermittlung der örtlichen Lage des Luftbildes (28) durch die Auswerteeinheit (42) in mindestens einer Richtung quer zur optischen Achse (13) des optischen Abbildungssystems (12) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Auswerteeinheit (42) dazu konfiguriert ist, aus den ermittelten örtlichen Lagen der erfassten Luftbilder (28) eine Frequenz und/oder eine Amplitude einer Luftbildschwingung zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Erfassungseinrichtung (24) dazu konfiguriert ist, die Frequenz der Luftbildschwingung mittels einer statistisch zufälligen zeitlichen Abtastung des Luftbildes (28) zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der im Betrieb der Vorrichtung (10) die Objektstruktur (18) mittels des optischen Abbildungssystems (12) in eine Analyseebene (26) abgebildet wird und die Erfassungseinrichtung (24) umfasst: eine im Bereich der Analyseebene (26) angeordnete Analysestruktur (32) sowie einen ortsauflösenden Detektor (38), welcher in einer Detektorebene (36) angeordnet ist, in der ein durch Überlagerung des Luftbildes (28) der Objektstruktur (18) mit der Analysestruktur (32) erzeugtes Überlagerungsmuster (39) erfassbar ist, und die Erfassungseinrichtung (24) dazu konfiguriert ist, das Luftbild (28) durch Erfassung des Überlagerungsmusters (39) zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Analysestruktur (32) derart auf die Objektstruktur (18) abgestimmt ist, dass eine Relativverschiebung der Strukturen zueinander mittels des Moiré-Messverfahrens messbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Erfassungseinrichtung (24) weiterhin eine Auswerteeinheit (42) aufweist, welche dazu konfiguriert ist, das Überlagerungsmuster (39) mit der Luftbilderfassungsrate aus dem Detektor (38) auszulesen und aus jedem ausgelesenen Überlagerungsmuster (39) eine örtliche Lage des zugeordneten Luftbildes (28) zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Analysestruktur (32) pro Auswerterichtung mindestens vier zueinander phasenverschobene Teilgitter (33) mit gleicher Periode aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Erfassungseinrichtung (24) ein Interferometer (144) sowie eine Auswerteeinheit (42) umfasst, wobei das Interferometer (144) einen ortsauflösenden Detektor (38) zum Erfassen eines durch Überlagerung des Luftbildes (28) der Objektstruktur (18) mit einer Referenzwelle erzeugten Interferenzmusters (139) aufweist und die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert ist, mehrere Interferenzstreifen des Interferenzmusters (139) zu analysieren und die Wellenfront des Luftbildes (28) der Objektstruktur (18) aus der Abweichung der Gestalt der Interferenzstreifen von geradlinigen Streifen zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Auswerteeinheit (42) dazu konfiguriert ist, aus der ermittelten Wellenfront des jeweiligen Luftbildes (28) der Objektstruktur (18) die örtliche Lage des Luftbildes (28) in drei Raumdimensionen zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das Beleuchtungssystem (14) eine gepulste Strahlungsquelle mit einer Pulsfrequenz, die mindestens die Luftbilderfassungsrate beträgt, oder eine Gleichlichtquelle umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche weiterhin einen Referenzdetektor (16) aufweist, der derart im optischen Strahlengang der Vorrichtung angeordnet ist, dass damit die Intensität der von dem Beleuchtungssystem (14) ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung (15) zeitaufgelöst erfassbar ist, und welche dazu konfiguriert ist, das Messsignal (40) mittels der von dem Referenzdetektor (16) erfassten Intensität zu korrigieren.
Belichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit: einem Beleuchtungssystem (14), welches im Betrieb der Belichtungsanlage (10) elektromagnetische Strahlung (15) erzeugt und diese auf eine Objektstruktur (18) einstrahlt, einem optischen Abbildungssystem (12), sowie einer Erfassungseinrichtung (24), auf welche im Betrieb der Belichtungsanlage (10) die von dem Beleuchtungssystem (14) bestrahlte Objektstruktur (18) mittels des optischen Abbildungssystems (12) abgebildet wird und welche dazu konfiguriert ist, das Luftbild (28) der Objektstruktur (18) mit einer Luftbilderfassungsrate, welche mindestens 30 Hz beträgt, durch Aufzeichnung eines Messsignals (40) zu erfassen, wobei das Beleuchtungssystem (14) dazu konfiguriert ist, die elektromagnetische Strahlung (15) mit einer derart hohen Intensität zu erzeugen, dass das Luftbild (28) der Objektstruktur (18) von der Erfassungseinrichtung (24) mit der Luftbilderfassungsrate bei einem derartigen Signal/Rauschverhältnis des Messsignals (40) erfassbar ist, bei dem das Messsignal (40) zu einer reproduzierbaren Ermittlung einer Abbildungsstabilität des optischen Abbildungssystems (12) verwertbar ist.
Verfahren zum dynamischen Messen einer Abbildungsstabilität eines optischen Abbildungssystems (12) mit den Schritten: – Erzeugen elektromagnetischer Strahlung (15) und Einstrahlen derselben auf eine Objektstruktur (18), – Abbilden der von dem Beleuchtungssystem (14) bestrahlten Objektstruktur (18) mittels des optischen Abbildungssystems (12) auf eine Erfassungseinrichtung (24), sowie – Erfassen des Luftbildes (28) der Objektstruktur (18) mittels der Erfassungseinrichtung (24) mit einer Luftbilderfassungsrate, welche mindestens 30 Hz beträgt, durch Aufzeichnen eines Messsignals (40), wobei die elektromagnetische Strahlung (15) mit einer derart hohen Intensität auf die Objektstruktur (18) eingestrahlt wird, dass das Luftbild (28) der Objektstruktur (18) von der Erfassungseinrichtung (24) mit der Luftbilderfassungsrate bei einem derartigen Signal/Rauschverhältnis des Messsignals (40) erfasst wird, bei dem das Messsignal (40) zu einer reproduzierbaren Ermittlung der Abbildungsstabilität verwertbar ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Luftbilderfassungsrate mindestens 50 Hz, insbesondere mindestens 100 Hz beträgt.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die elektromagnetische Strahlung (15) mit einer derart hohen Intensität auf die Objektstruktur (18) eingestrahlt wird, dass das Luftbild (28) der Objektstruktur (18) von der Erfassungseinrichtung (24) mit der Luftbilderfassungsrate bei einem Signal/Rauschverhältnis des Messsignals (40) von mindestens 20 erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die elektromagnetische Strahlung (15) mit einer derart hohen Intensität auf die Objektstruktur (18) eingestrahlt wird, dass die pro Luftbilderfassungszeitraum auf der Erfassungseinrichtung (24) auftreffende elektromagnetische Strahlung (15) eine Photonendichte von mindestens 10¹¹ Photonen/cm² aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem aus den erfassten Luftbildern (28) die jeweilige örtliche Lage der Luftbilder (28) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die örtliche Lage der Luftbilder (28) mit der Luftbilderfassungsrate ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, bei dem die örtliche Lage des Luftbildes (28) in mindestens einer Richtung quer zur optischen Achse (13) des optischen Abbildungssystems (12) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem aus den ermittelten örtlichen Lagen der erfassten Luftbilder (28) eine Frequenz und/oder eine Amplitude einer Luftbildschwingung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Frequenz der Luftbildschwingung mittels statistisch zufälliger zeitlicher Abtastung des Luftbildes (28) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, bei dem die Objektstruktur (18) mittels des optischen Abbildungssystems (12) in eine Analyseebene (26) abgebildet wird, und das Luftbild (28) der Objektstruktur (18) erfasst wird durch Anordnen einer Analysestruktur (32) im Bereich der Analyseebene (26), Erzeugen eines Überlagerungsmusters (39) des Luftbildes (28) der Objektstruktur (18) mit der Analysestruktur (32) in einer Detektorebene (36) und Erfassen des Überlagerungsmusters (39) mit einem in der Detektorebene (36) angeordneten ortsauflösenden Detektor (38).
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem eine Relativverschiebung zwischen dem Luftbild (28) der Objektstruktur (18) und der Analysestruktur (32) mittels des Moiré-Messverfahrens gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, bei dem das Überlagerungsmuster (39) mit der Luftbilderfassungsrate aus dem Detektor (38) ausgelesen wird und aus jedem ausgelesenen Überlagerungsmuster (39) eine örtliche Lage des zugeordneten Luftbildes (28) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, bei dem die Erfassungseinrichtung (24) ein Interferometer (144) mit einem ortsauflösenden Detektor (38) aufweist, welcher ein durch Überlagerung des Luftbildes (28) der Objektstruktur (18) mit einer Referenzwelle erzeugtes Interferenzmuster (139) erfasst, sowie bei dem mehrere Interferenzstreifen des Interferenzmusters (139) analysiert werden und die Wellenfront des Luftbildes (28) der Objektstruktur (18) aus der Abweichung der Gestalt der Interferenzstreifen von geradlinigen Streifen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem aus der ermittelten Wellenfront des jeweiligen Luftbildes (28) der Objektstruktur (18) die örtliche Lage des Luftbildes (28) in drei Raumdimensionen bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 32, bei dem die elektromagnetische Strahlung (15) mit einer Pulsfrequenz, die mindestens die Luftbilderfassungsrate beträgt, oder als Gleichlicht auf die Objektstruktur (18) eingestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 33, bei der mittels eines im optischen Strahlengang der Vorrichtung angeordneten Referenzdetektors (16) die Intensität der auf die Objektstruktur (18) eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung (15) zeitaufgelöst erfasst wird und das Messsignal (40) mittels der erfassten Intensität korrigiert wird.