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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung eines abbildenden optischen Systems durch Überlagerung von Mustern, sowie eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer solchen Vorrichtung.
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Aus der
US 5,973,773 A sowie der
US 5,767,959 A ist eine Vorrichtung zur Verzeichnungsmessung bekannt geworden, bei dem ein erstes Gitter mit einem ersten Linienabstand auf einem transparenten Träger zwischen einer Lichtquelle und einem optischen System angeordnet ist, dessen Verzeichnung vermessen werden soll. Ein zweites Gitter mit einem zweiten (anderen) Linienabstand ist auf einem weiteren transparenten Träger zwischen dem optischen System und einem Sensor zur Aufnahme eines Bildes angeordnet. Bei der Beleuchtung der beiden Gitter wird auf dem Sensor ein Moiré-Streifenmuster mit einem Linienabstand erzeugt, der um mehrere Größenordnungen über dem Linienabstand des ersten und zweiten Gitters liegt. Die Verzeichnung des optischen Systems wird gemessen, indem die Beleuchtungsintensität auf dem Sensor mit der erwarteten Intensität für den Fall verglichen wird, dass keine Verzeichnung in dem optischen System vorhanden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der transparente Träger mit dem zweiten Gitter direkt auf dem Sensor angeordnet, um Bauraum zu sparen.
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Die
DE 10 2008 042 463 B3 beschreibt eine optische Messvorrichtung für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, welche einen optischen Sensor zum Messen einer Eigenschaft der Belichtungsstrahlung sowie eine Datenschnittstelle aufweist, die dazu konfiguriert ist, die gemessene Eigenschaft in Gestalt von Messdaten an einen außerhalb der Messvorrichtung angeordneten Datenempfänger zu übertragen. Die Messvorrichtung kann als Scheibe ausgeführt sein, um die Messvorrichtung in einer Wafer-Ebene der Projektionsbelichtungsanlage anzuordnen.
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Aus der
DE 102 53 874 A1 sind ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Funktionsbauteils sowie ein zugehöriges Funktionsbauteil bekannt geworden. Das Funktionsbauteil weist eine Frequenzwandlungsschicht zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung aus einem ersten Wellenlängenbereich in elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich auf. Die Frequenzwandlungsschicht kann eine kraftschlüssige Verbindung zwischen zwei optischen Komponenten des Funktionsbauteils herstellen und z. B. in Form eines fluoreszierenden Kitts ausgebildet sein. Das Funktionsbauteil kann beispielsweise zur Herstellung von Gittersubstraten für die Moiré-Messtechnik dienen.
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Aus der
WO 2009/033709 A1 ist eine Messeinrichtung in Form einer abbildenden Mikrooptik zum Vermessen der Position eines Luftbildes bekannt geworden. Die Mikrooptik, welche eine vergrößernde Optik (Mikroskopobjektiv, z. B. zur Vergrößerung um Faktor 200 oder 400) und Umlenkspiegel aufweist, kann im Bereich einer Wafer-Stage angeordnet und mit dieser bewegungsgekoppelt sein bzw. in diese integriert werden. Mittels einer solchen Mikrooptik kann ein inkohärenter Vergleich zwischen den Luftbildern unterschiedlicher Lithographieanlagen durchgeführt werden.
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In der
US 2009/0257049 A1 ist eine Vorrichtung zur Vermessung einer Lithographieanlage mittels einer Moiré-Messtechnik beschrieben. Dort wird ein Moiré-Gitter an einem Fenster vorgesehen, das am Boden eines Behälters angebracht ist, der mit einer Immersions-Flüssigkeit befüllbar ist. Das Fenster kann aus einem fluoreszierenden Material bestehen, um nicht sichtbare Strahlung, z. B. UV-Strahlung, in sichtbare Strahlung umzuwandeln.
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In der
US 2005/0190376 A1 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben, bei der zur Bestimmung von Abbildungsfehlern eines abbildenden optischen Systems ein Strahlungs-Überlagerungsverfahren unter Verwendung eines lateralen Phasenoffsets bzw. einer Moiré-Technik verwendet wird.
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In der
US 2011/0063592 A1 ist eine fluoreszierende Schicht beschrieben, welche ein Basismaterial aus einem UV-durchlässigen Fluorid sowie einen Aktivator enthält, mit dem das Basismaterial dotiert ist, um Fluoreszenzlicht zu emittieren, wenn das Basismaterial mit UV-Licht bestrahlt wird.
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In der
DE 10 2008 004 762 A1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie beschrieben, bei der ein Detektor zum Erfassen eines auf dem Detektor erzeugten Bildes einer Messstruktur vorgesehen ist. Der Detektor kann einen ortsauflösenden Flächensensor sowie ein vor dem Flächensensor angeordnetes Detektorgitter aufweisen. Bei dem ortsauflösenden Flächensensor kann es sich um eine Anordnung aus einem Quantenkonverter in Gestalt eines Szintillator-Fluoreszenzglases mit anschließendem Mikro-Objektiv und einer CCD-Kamera handeln.
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Aus der
US 2010/0302523 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln von Wellenfront-Informationen eines Projektionsobjektivs bekannt geworden, bei dem zwei Beugungsgitter genutzt werden, um durch Shearing-Interferometrie erzeugte Interferenzstreifen zu erhalten, auf deren Grundlage die Wellenfront-Informationen ermittelt werden. Ein ähnliches Verfahren ist auch in der
DE 10 2007 055 097 A1 beschrieben, wobei dort zwei Masken mit örtlich variierender Transmission relativ zueinander bewegt werden, um ein pupillenaufgelöstes Streustrahlungsmessergebnis zu erhalten.
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Aus der
US 5 062 705 A ist eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Projektionsobjektivs bekannt geworden, bei der ein erstes und zweites, relativ zum ersten bewegtes Beugungsgitter zur Erzeugung bzw. zur Detekition von Moiré-Streifen verwendet werden. Ein räumlicher Filter blockiert die vom ersten Beugungsgitter erzeugte nullte Beugungsordnung.
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Auch ist es von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie bekannt, zur Abbildung von Strukturen auf einer Maske, deren Abstände nahe an der Auflösungsgrenze eines dort verwendeten abbildenden optischen Systems liegen, so genannte „Optical Proximity Correction”(OPC)-Korrekturstrukturen zu verwenden. Diese OPC-Korrekturstrukturen ermöglichen es – in Verbindung mit einer an die Korrekturstrukturen bzw. an die jeweils abzubildende Struktur angepassten Beleuchtungsverteilung (so genannte „Source-Mask Optimization”) – ein Bild der abzubildenden Struktur in der Objektebene des abbildenden optischen Systems zu erzeugen, welches den abzubildenden Strukturen der Maske (ohne Korrekturstrukturen) entspricht.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer solchen Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche es erlauben, eine präzise Vermessung von abbildenden optischen Systemen an der Grenze ihres Auflösungsvermögens durchzuführen, insbesondere wenn diese Grenze von der Lage und Orientierung der abgebildeten Strukturen abhängt, wie beispielsweise bei obskurierten optischen Systemen.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Vermessung eines abbildenden optischen Systems durch Überlagerung von Mustern, umfassend: ein in einem Strahlengang vor dem abbildenden optischen System positionierbares erstes Gittermuster mit einer ersten Gitterstruktur, ein in dem Strahlengang nach dem abbildenden optischen System positionierbares zweites Gittermuster mit einer zweiten Gitterstruktur, sowie eine Sensoreinheit zur ortsauflösenden Vermessung eines bei der Abbildung der ersten Gitterstruktur des ersten Gittermusters auf die zweite Gitterstruktur des zweiten Gittermusters erzeugten Überlagerungs-Streifenmusters. Bei der Vorrichtung zur Vermessung durch Überlagerung von Mustern weicht die erste Gitterstruktur in vorgegebenen Weise von der zweiten Gitterstruktur ab, derart, dass die erste Gitterstruktur und die zweite Gitterstruktur sich (auch bei einer Umskalierung auf dieselbe Größe) durch Korrekturstrukturen voneinander unterscheiden.
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Bei herkömmlichen Messverfahren zur Vermessung durch Überlagerung von Mustern, welche auch als Moiré-Verfahren bezeichnet werden, ist das erste Gittermuster in der Objektebene und das zweite Gittermuster in der Bildebene des zu vermessenden optischen Systems angeordnet und die beiden sich überlagernden Gitterstrukturen sind so gewählt, dass diese durch eine Skalentransformation, d. h. eine Änderung des Maßstabs (Vergrößerung oder Verkleinerung mit dem Abbildungsmaßstab des optischen Systems) ineinander übergeführt werden können. Beispielsweise sind bei einem Abbildungsmaßstab von 0,25 wie er häufig bei Lithographieanlagen verwendet wird, die Gitterstrukturen des ersten Gittermusters durch eine Verkleinerung um Faktor 4 in die Gitterstrukturen des zweiten Gittermusters überführbar.
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Die Erfinder haben erkannt, dass es für eine präzise Charakterisierung der optischen Eigenschaften eines optischen Systems, insbesondere der Verzeichnung bzw. „Critical Dimension” (CD), nicht nur auf die Eigenschaften des abbildenden optischen Systems selbst, sondern vielmehr auch auf die abzubildenden Strukturen sowie die Beleuchtungseinstellungen ankommt. Für den Vergleich von zwei oder mehr optischen Systemen insbesondere im Hinblick auf deren Eignung zur Mehrfachbelichtung ist es nicht erforderlich, den Einfluss des Beleuchtungssystems, der abzubildenden Strukturen sowie des abbildenden optischen Systems auf das Ergebnis der Vermessung getrennt voneinander zu bestimmen. Vielmehr genügt es, wenn bei den zu vergleichenden optischen Systemen gleiche Bedingungen erzeugt werden, d. h. dieselbe abzubildende Struktur sowie dieselben Beleuchtungseinstellungen zu wählen und das Ergebnis der Vermessung an beiden optischen Systemen miteinander zu vergleichen. Ein solcher Vergleich kann insbesondere „in-situ” an zwei oder mehr im Betrieb befindlichen optischen Systemen, z. B. an zwei an unterschiedlichen Standorten befindlichen Projektionsbelichtungsanlagen durchgeführt werden.
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Zur präzisen Vermessung durch die Überlagerung von Mustern ist es erforderlich, die Linienabstände der Gitterlinien einer jeweiligen Gitterstruktur sehr klein und damit die Ortsfrequenz der Gitterlinien so groß zu wählen, dass die Strukturgröße der Gitterstrukturen bzw. der Gitterlinien in die Nähe der Auflösungsgrenze des abbildenden optischen Systems kommen. Um zu gewährleisten, dass auch bei derart geringen Linienabständen das Bild der ersten Gitterstrukturen in seiner Form und Geometrie möglichst präzise mit den zweiten Gitterstrukturen übereinstimmt, wird vorgeschlagen, die Gitterstrukturen zu verändern, so dass diese voneinander abweichen und nicht durch eine Skalentransformation, d. h. eine Vergrößerung oder Verkleinerung (mit dem Abbildungsmaßstab des zu vermessenden optischen Systems) ineinander übergeführt werden können.
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Zu diesem Zweck können die Gitterstrukturen des ersten Gittermusters und/oder die Gitterstrukturen des zweiten Gittermusters Korrekturstrukturen aufweisen. Die Korrekturstrukturen sind hierbei so gewählt, dass sich bei der Abbildung unter Verwendung der Korrekturstrukturen das Bild der ersten Gitterstruktur stärker an die zweite Gitterstruktur annähert als dies ohne die Verwendung der Korrekturstrukturen der Fall wäre.
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Insbesondere können hierbei die Gitterstrukturen des ersten Gittermusters an ausgewählten Orten lokal so verändert werden, dass bei der Abbildung in der Bildebene ein optimales, d. h. um den Abbildungsmaßstab skaliertes und möglichst genau mit den Gitterstrukturen des zweiten Gittermusters übereinstimmendes Abbild der Gitterstrukturen des ersten Gittermusters erzeugt wird. Die Verwendung von Korrekturstrukturen bei der Überlagerung der Muster ist möglich, da es – wie oben ausgeführt – nicht erforderlich ist, die Eigenschaften des abbildenden optischen Systems allein, d. h. ohne den Einfluss der abzubildenden Struktur zu charakterisieren. Es versteht sich, dass die Auswertung des Überlagerungs-Streifenmusters der beiden Gitterstrukturen bei dem hier vorgeschlagenen Messverfahren analog zu herkömmlichen Moiré-Messverfahren erfolgen kann.
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In einer Ausführungsform weist die erste Gitterstruktur OPC-Korrekturstrukturen auf. Diese sollen zur Erzeugung eines Abbildes der ersten Gitterstruktur dienen, welches – möglichst genau – mit den zweiten Gitterstrukturen des zweiten Gittermusters übereinstimmt. Zur Abbildung von Gitterstrukturen nahe an der Auflösungsgrenze des abbildenden Systems wird vorgeschlagen, so genannte „Optical Proximity Correction”(OPC)-Korrekturstrukturen, zu verwenden, die – ggf. in Verbindung mit einer an die Korrekturstrukturen bzw. an die abzubildende Gitterstruktur angepassten Beleuchtungsverteilung – das gewünschte Bild in der Objektebene des abbildenden optischen Systems erzeugen, welches im Idealfall mit der zweiten Gitterstruktur des zweiten, bildseitigen Gittermusters übereinstimmt. Solche OPC-Korrekturstrukturen werden beispielsweise in der
US 2006/0248497 A1 beschrieben, welche durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
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Bei einer Weiterbildung weist die Vorrichtung ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung der ersten Gitterstruktur des ersten Gittermusters auf, wobei mindestens ein Beleuchtungsparameter des Beleuchtungssystems auf die Korrekturstrukturen abgestimmt ist. Um bei der Abbildung der ersten Gitterstruktur ein Bild zu erhalten, welches möglichst präzise mit den zweiten Gitterstruktur übereinstimmt, können die Beleuchtungsparameter des Beleuchtungssystems an die verwendeten Korrekturstrukturen bzw. an die verwendeten ersten Gitterstrukturen angepasst werden. Zu diesem Zweck können in dem Beleuchtungssystem Manipulatoren zur Bereitstellung verschiedener Beleuchtungseinstellungen (engl. „settings”) wie Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung oder auch zur Einstellung flexibler Beleuchtungspupillen eingesetzt werden. Insbesondere können als Manipulatoren austauschbare, z. B. plattenförmige Beleuchtungsfilter in dem Beleuchtungssystem vorgesehen werden, welche unterschiedliche Beleuchtungseinstellungen (engl. „settings”) erlauben, die insbesondere auch an das jeweils verwendete Gittermuster bzw. an die jeweils verwendete Gitterstruktur angepasst sein können. Die Kombination von Beleuchtungseinstellungen und Korrekturstrukturen zur Erzeugung eines gewünschten Bildes wird im Englischen auch als „Source-Mask Optimization” bezeichnet und basiert typischer Weise auf Computermodellen der Abbildungseigenschaften des zu vermessenden abbildenden optischen Systems.
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Bei einer Ausführungsform weisen das erste und das zweite Gittermuster eine Mehrzahl von Gitterstrukturen auf, wobei die Linienabstände der Gitterlinien unterschiedlicher Gitterstrukturen sich voneinander unterscheiden. In dieser Ausführungsform werden mehrere Gitterstrukturen an unterschiedlichen Orten eines gemeinsamen Gittermusters vorgesehen, um die Übertragungsfunktion des abbildenden optischen Systems bei verschiedenen Linienabständen („pitch”) beurteilen zu können. Unter einer Gitterstruktur wird hierbei ein endlicher Flächenbereich mit periodischer Struktur verstanden. Die Gitterstruktur kann z. B. als Liniengitter, Punktgitter, als Struktur mit gewinkelten Gitterlinien, etc. ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform weisen das erste und zweite Gittermuster eine Mehrzahl von Gitterstrukturen mit unterschiedlicher räumlicher Orientierung auf. Alternativ oder zusätzlich zur Wahl verschiedener Linienabstände können auch verschiedene Orientierungen der Gitterlinien der Gitterstrukturen gewählt werden, um die zur optischen Übertragung bzw. Abbildung benötigte nullte, erste und ggf. höhere Beugungsordnungen in verschiedenen azimutalen Richtungen durch das abbildende optische System laufen zu lassen sowie diese vermessen zu können. Die Gitterlinien der unterschiedlich orientierten Gitterstrukturen können hierbei insbesondere einen von 90° verschiedenen Winkel miteinander einschließen und z. B. unter einem Winkel von 45°, 30° etc. zueinander angeordnet sein.
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Bei einer Weiterbildung sind die Linienabstände und/oder die räumliche Orientierung der Gitterstrukturen derart gewählt, dass eine von den ersten Gitterstrukturen des ersten Gittermusters erzeugte nullte oder höhere Beugungsordnung durch das abbildende optische System zumindest teilweise obskuriert (abgeschattet) oder absorbiert wird. Die Linienabstände dieser Gitterstrukturen werden auch „forbidden pitches” genannt. Bevorzugt werden die Gitterstrukturen des ersten Gittermusters anhand eines mathematischen Modells gezielt so gewählt, dass davon auszugehen ist, das die Abbildung der Gitterstrukturen durch das optische System innerhalb der verwendeten Apertur eingeschränkt ist, welche durch die äußere Aperturblende festgelegt wird. Diese ist zum Beispiel der Fall, wenn die Linienabstände und/oder die Orientierung der Gitterstrukturen so gewählt wird, dass die nullte oder höhere Beugungsordnungen nicht vollständig übertragen wird/werden, so dass der Bildkontrast bei der Überlagerung der Gitterstrukturen der beiden Gittermuster zu dem Überlagerungs-Streifenmuster abnimmt. Ein ähnlicher den Kontrast vermindernder Effekt kann auch von Streulicht mit begrenzter Reichweite (eng. „flare”) oder durch Aberrationen hervorgerufen werden. Bei allen abbildenden Systemen kommt es zu Abschattungen von Beugungsordnungen der abzubildenden Strukturen entweder durch die Aperturblende am Rand oder durch Obskurationsblenden (in der Mitte). Letzterer Fall wird als zentrale Obskuration bezeichnet, d. h. ein Teil der Pupillenebene innerhalb der verwendeten Apertur ist obskuriert, z. B. weil an einem im Bereich der Pupille angeordneten Spiegel eine Durchtrittsöffnung vorgesehen ist. Derartige Systeme sind z. B. in der
DE 10 2008 046 699 A1 , der
DE 10 2008 041 910 A1 , der
US 6,750,948 B2 oder der
WO 2006/069725 A1 beschrieben. In solchen so genannten obskurierten optischen Systemen hängen die Grenze des Auflösungsvermögens und damit der Kontrast des Überlagerungs-Streifenmusters von der Lage und Orientierung der Gitterstrukturen ab. Neben Obskurationen können auch Lücken zwischen Segmenten segmentierter Spiegel entsprechend wirken.
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Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich mindestens eine Bewegungseinrichtung zur Verschiebung der Gittermuster relativ zueinander. Da bei der hier verwendeten Überlagerungs-Messtechnik die Gittermuster relativ zueinander bewegt, insbesondere verschoben, werden, kann zwischen den durch Streulicht, Obskurationen und Aberrationen hervorgerufenen Veränderungen des Kontrasts des Überlagerungs-Streifenmusters unterschieden werden. So führt beispielsweise Streulicht mit begrenzter Reichweite zu verringertem Kontrast bei der Überlagerung von Gitterstrukturen, deren halbe Linienabstände („half-pitch”) der Streulichtreichweite entsprechen. Auch anisotrope Streulichtbildung verringert den Kontrast in Abhängigkeit von der Orientierung der Gitterstrukturen unterschiedlich und kann daher erkannt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensoreinheit der Vorrichtung einen ortsauflösenden Detektor, insbesondere einen CCD-Detektor, sowie das zweite Gittermuster in einer gemeinsamen Baueinheit. Die gemeinsame Baueinheit weist bevorzugt eine Bauhöhe von weniger als 1,2 mm auf. Durch die Integration des zweiten Gittermusters und des Detektors in einer gemeinsamen Baueinheit kann eine tragbare Sensoreinheit geschaffen werden. Diese kann insbesondere bei einer Bauhöhe von 1,2 mm oder weniger als scheibenförmige Baueinheit in der Bildebene eines Projektionsobjektivs einer Projektionsbelichtungsanlage an Stelle eines Wafers angeordnet werden.
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Eine derart geringe Bauhöhe der Sensoreinheit kann erreicht werden, indem als Detektor ein herkömmlicher, ggf. zusätzlich bezüglich seiner Bauhöhe optimierter CCD-Kamerachip verwendet wird. Ein auf der lichtempfindlichen Schicht bzw. der lichtempfindlichen Detektorfläche des CCD-Kamerachips angebrachtes Schutzglas kann zur Verringerung der Bauhöhe entfernt werden. Es versteht sich, dass auch die weiteren Maße der Sensoreinheit (insbesondere dessen Durchmesser) so gewählt sind, dass diese die Abmessungen eines Wafers nicht überschreiten.
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Eine solche Sensoreinheit kann in unterschiedliche Projektionsbelichtungsanlagen eingebracht werden, um eine Vermessung, z. B. eine Verzeichnungsmessung, durchzuführen. Ein zugehöriges objektseitiges Gittermuster kann hierbei an Stelle einer Maske (engl. „reticle”) in einer Objektebene eines Projektionsobjektivs bzw. eines Projektionssystems eingebracht werden. Auf diese Weise kann eine Mehrzahl von Projektionsbelichtungsanlagen in-situ vermessen werden, um deren Eignung im Hinblick auf eine Mehrfachbelichtung zu prüfen bzw. eine Anpassung der optischen Eigenschaften der Projektionsbelichtungsanlagen im Hinblick auf eine Mehrfachbelichtung durchführen zu können.
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In einer Weiterbildung ist zwischen dem zweiten Gittermuster und dem Detektor ein Frequenzwandlungselement (Quantenkonverterschicht) zur Wellenlängenkonversion angebracht, welches bevorzugt eine Dicke zwischen 1 μm und 100 μm, insbesondere zwischen 10 μm und 50 μm aufweist. Die Wellenlängenkonversion ermöglicht es, auch unter großen Aperturwinkeln einfallende Strahlung in der Bildebene zu detektieren, die insbesondere bei Immersions-Systemen aufgrund der Überschreitung des Grenzwinkels der Totalreflexion ohne eine Wellenlängenkonversion nicht vom Schutzglas aus- und dann in den Detektor eingekoppelt werden können. Durch die Wellenlängenkonversion kann zudem erreicht werden, dass die Übertragung der Gitterlinien auf den Detektor unterdrückt wird, ohne dass hierzu eine zwischen Gittermuster und Detektorfläche geschaltete (Relais-)optik verwendet wird, welche als Tiefpassfilter wirkt. Zu diesem Zweck ist das Frequenzwandlungselement unmittelbar, d. h. in einem Abstand von typischer Weise höchstens ca. 20 μm vom Gittermuster bzw. von der Gitterstruktur entfernt angeordnet und weist eine ausreichende Dicke auf, um ein Auftreffen von nicht frequenzgewandelter Strahlung auf die Detektorfläche zu verhindern.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Frequenzwandlungselement als Schutzglas für den ortsauflösenden Detektor ausgebildet. Insbesondere kann das Schutzglas als Fluoreszenzglas oder als Szintillatorglas ausgebildet sein. Im ersten Fall dient das Schutzglas zur Wellenlängenkonversion zwischen dem UV-Wellenlängenbereich (z. B. zwischen ca. 120 nm und ca. 400 nm) und dem sichtbaren Wellenlängenbereich (z. B. zwischen ca. 500 nm und ca. 700 nm). Ein kommerziell erhältliches Fluoreszenzglas mit den gewünschten Eigenschaften stellt z. B. das so genannte Lumilass-Glas der Fa. Sumita dar. Zum Einsatz der Sensoreinheit für die Vermessung von Projektionssystemen von EUV-Lithographieanlagen durch Überlagerung von Mustern eignen sich insbesondere Szintillator-Gläser, welche eine Umwandlung von Strahlung im EUV-Bereich (ca. 10 nm bis 50 nm) in den sichtbaren Wellenlängenbereich ermöglichen. Als für die vorliegenden Anwendungen geeignet haben sich z. B. P43-Phosphor-Schichten erwiesen, wie sie z. B. von der Fa. Proxitronic angeboten werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist der ortsauflösende Detektor seitlich angebrachte elektrische Kontakte zur Übertragung von Mess-Signalen auf. Die elektrischen Kontakte – z. B. in Form von Anschlussbeinen des CCD-Kamerachips – werden seitlich aus dem Detektor herausgeführt, um die Bauhöhe der Sensoreinheit nicht zu vergrößern und Messdaten bzw. Mess-Signale aus dem Bereich herauszuführen, in welchem der Bauraum begrenzt ist. Es versteht sich, dass auf das Vorsehen von elektrischen Kontakten verzichtet werden kann, sofern ausreichend Speicherplatz in dem Detektor zur Verfügung steht oder eine Schnittstelle zur drahtlosen Übertragung von Messdaten vorhanden ist.
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In einer weiteren Ausführungsform befinden sich auf einem jeweiligen Pixel der lichtempfindlichen Detektorfläche bzw. -schicht des ortsauflösenden Detektors zwischen 5 und 50 Gitterlinien oder mehr als 1000 Gitterlinien. Typischer Weise weist ein einzelner Pixel (d. h. ein Bereich des Sensors mit einem über die Fläche des Pixels integrierten bzw. gemittelten Messsignal) eine Größe im Bereich von z. B. ca. 10 μm × 10 μm auf. Da typische Liniendichten von Gitterlinien bei der Überlagerungs-Messtechnik unter Verwendung von VUV-Strahlung im Bereich von ca. 1000 bis 2000 Linien(paaren) pro mm (in der Bildebene) liegen, ergibt sich eine Anzahl von ca. 10 bis 20 Gitterlinien, die zur Bestrahlungsstärke pro Pixel beitragen. Durch die Frequenzkonversionsschicht kann verhindert werden, dass diese Gitterlinien auf den CCD-Detektor übertragen werden.
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Wird die Sensoreinheit der Vorrichtung zur Vermessung von abbildenden optischen Systemen verwendet, welche mit EUV-Strahlung betrieben werden, werden geringere Strukturbreiten des latenten Bildes im Photoresist angestrebt, so dass die Anforderungen an die Genauigkeit eines Vergleichs unterschiedlicher Lithographieanlagen bezüglich der Verzeichnung sich erhöhen. Dieser erhöhten Anforderung kann durch eine erhöhte Liniendichte der Gitterlinien nachgekommen werden, z. B. indem 2000 bis 10000 Linienpaare pro mm verwendet werden. Da die Wellenlänge der EUV-Strahlung (typischer Weise 13,5 nm) sogar bei Verwendung von 10000 Linienpaaren pro mm noch kleiner als der Linienabstand Von ca. 100 nm ist, arbeitet ein solches Gitter vorteilhaft im Schattenwurf. Es versteht sich, dass derart hohe Liniendichten auch zur Vermessung von optischen Systemen verwendet werden können, die im VUV-Bereich arbeiten, wobei derart hohe Liniendichten im Bereich der Auflösungsgrenze dieser Systeme liegen, so dass ggf. Korrekturstrukturen am objektseitigen Gittermuster vorgesehen werden sollten.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, umfassend: ein insbesondere obskuriertes Projektionsobjektiv als abbildendes optisches System, sowie eine Vorrichtung zur Vermessung des Projektionsobjektivs, welche wie oben beschrieben ausgebildet ist. Die Projektionsbelichtungsanlage bzw. das Projektionsobjektiv können für Strahlung im UV-Wellelängenbereich, z. B. bei 193 nm, oder für Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich (bei 13,5 nm) ausgelegt sein. Insbesondere kann das Projektionsobjektiv eine (zentrale) Obskuration aufweisen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung eines abbildenden optischen Systems, insbesondere eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie, durch Überlagerung von Mustern, umfassend: Messen eines Überlagerungs-Streifenmusters, welches durch Abbilden einer ersten Gitterstruktur eines vor dem abbildenden optischen System angeordneten ersten Gittermusters auf eine zweite Gitterstruktur eines zweiten, nach dem abbildenden optischen System angeordneten Gittermusters erzeugt wird, wobei die die erste Gitterstruktur und die zweite Gitterstruktur sich durch Korrekturstrukturen unterscheiden; Verschieben der beiden Gittermuster relativ zueinander unter gleichzeitigem Bestimmen des Kontrasts des Überlagerungs-Streifenmusters, sowie Ermitteln von Obskurationen, Aberrationen, einer Streulichtreichweite und/oder Verzeichnung des abbildenden optischen Systems durch Auswerten des Kontrasts des Moiré-Streifenmusters bei der Relativbewegung der Gittermuster.
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Wie bereits weiter oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung zur Vermessung durch Überlagerung von Mustern beschrieben wurde, können Obskurationen des abbildenden optischen Systems, Aberrationen oder die Streulichtreichweite anhand des Kontrasts des gemessenen Überlagerungs-Streifenmusters ermittelt werden. Bei dem oben beschriebenen Verfahren werden ebenfalls Gitterstrukturen verwendet, welche Korrekturstrukturen aufweisen, so dass die Gitterstrukturen des ersten Gittermusters nicht durch eine Skalierung mit dem Abbildungsmaßstab des abbildenden optischen Systems in die Gitterstrukturen des zweiten Gittermusters überführt werden können.
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Bei einer Variante werden in einem vorhergehenden Verfahrensschritt die ersten Gitterstrukturen an dem ersten Gittermuster mit Linienabständen und/oder Orientierungen gebildet, die so gewählt sind, dass die von dem ersten Gittermuster erzeugte nullte oder höhere Beugungsordnung durch das abbildende optische System zumindest teilweise obskuriert oder absorbiert wird. Es versteht sich, dass auch ein entsprechendes zweites, bildseitiges Gittermuster mit denselben Linienabständen und Orientierungen hergestellt wird, wobei der Abbildungsmaßstab des abbildenden optischen Systems berücksichtigt wird. Zusätzlich oder alternativ können die Linienabstände und/oder Orientierungen so gewählt werden, dass diese im Bereich einer erwarteten (ggf. anisotropen) Streulichtreichweite des abbildenden optischen Systems liegen, so dass auch die Streulichtreichweite durch einen verringerten Kontrast des Überlagerungs-Streifenmusters erkannt werden kann. Durch eine geeignete Wahl der Linienabstände bzw. Orientierungen der Gitterstrukturen können auch Aberrationen des abbildenden optischen Systems besser erkannt werden.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Linienabstände und/oder die Orientierungen der Gitterlinien anhand eines mathematischen Modells des Strahlengangs durch das abbildende optische System festgelegt. Ein mathematisch-optisches Modell des abbildenden optischen Systems, welches z. B. mit Hilfe herkömmlicher Optik-Programme erstellt werden kann, erlaubt es zu bestimmen, bei welchen Linienabständen bzw. Orientierungen der Gitterlinien die von den Gitterstrukturen des ersten Gittermusters erzeugte nullte und/oder erste Beugungsordnung zumindest teilweise obskuriert wird, so dass bei der Vermessung eine Verringerung des Bildkontrastes der Überlagerungs-Streifenmuster auftritt.
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In einer weiteren Variante umfasst das Verfahren das Durchführen einer Korrektur an dem abbildenden optischen System durch Verändern mindestens eines Beleuchtungsparameters eines dem abbildenden optischen System vorgeschalteten Beleuchtungssystems in Abhängigkeit von den bei der Vermessung ermittelten Obskurationen, absorbierenden Bereichen, der ermittelten Streulichtreichweite und/oder Verzeichnung. Anhand der bei der Vermessung ermittelten Messdaten über das abbildende optische System kann eine Korrektur der Abbildung vorgenommen werden, indem Beleuchtungsparameter eines dem abbildenden optischen System vorgeschalteten Beleuchtungssystems geeignet eingestellt werden.
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Ein weiterer Aspekt, der nicht Teil der Erfindung ist, betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung eines abbildenden optischen Systems durch Überlagerung von Mustern, umfassend: ein in einem Strahlengang vor dem abbildenden optischen System positionierbares erstes Muster mit einer ersten Struktur, ein in dem Strahlengang nach dem abbildenden optischen System positionierbares zweites Muster mit einer zweiten Struktur, sowie eine Sensoreinheit zur ortsauflösenden Vermessung eines bei der Abbildung der ersten Struktur des ersten Musters auf die zweite Struktur des zweiten Musters erzeugten Überlagerungs-Musters, wobei die erste Struktur in vorgegebener Weise von der zweiten Struktur abweicht, derart, dass die erste Struktur nicht durch eine Skalentransformation in die zweite Struktur überführbar ist.
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Dieser Aspekt stellt eine Erweiterung des weiter oben beschriebenen Aspekts, bei dem periodische Muster (Gittermuster) aufeinander abgebildet werden, auf beliebige (nicht zwingend periodische) Muster bzw. Strukturen dar. Auch in diesem Fall kann die erste Struktur Korrekturstrukturen, insbesondere OPC-Korrekturstrukturen, aufweisen, um bei der Abbildung ein Bild der ersten Struktur zu erzeugen, welches möglichst genau mit der zweiten Struktur des zweiten Musters übereinstimmt. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich auch die zweite Struktur Korrekturstrukturen aufweisen kann, um das Bild der ersten Struktur an die zweite Struktur anzunähern.
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Insbesondere kann es sich bei dem ersten Muster um eine Belichtungsmaske für die Lithographie-Optik handeln, welche eine abzubildende Struktur aufweist, die zur Strukturierung eines Substrats (Wafer) verwendet wird.
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Da die zweite Struktur des zweiten Musters gegenüber der ersten Struktur des ersten Musters um den Abbildungsmaßstab des abbildenden optischen Systems verkleinert ist, hat es sich als günstig erwiesen, die zweite Struktur des zweiten Musters durch Elektronenstrahlschreiben oder mittels eines anderen geeigneten Verfahrens zur Mikrostrukturierung zu erzeugen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Vermessung eines abbildenden optischen Systems durch Überlagerung von Mustern,
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2 eine schematische Darstellung einer ersten Gitterstruktur mit OPC-Korrekturstrukturen sowie eine zweite, um den Abbildungsmaßstab verkleinerte Gitterstruktur ohne OPC-Korrekturstrukturen,
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3 eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Gitterstrukturen mit unterschiedlicher Orientierung und unterschiedlichen Abständen zwischen den Gitterlinien,
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4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Vermessung eines abbildenden optischen Systems durch Überlagerung von Muster,
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5 eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit in Flachbauweise für die Vorrichtung von 1,
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6 eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Pixeln eines ortsauflösenden Detektors der Sensoreinheit von 5,
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7a, b schematische Darstellungen einer Messanordnung zum kohärenten Vergleich von Luftbildern von zwei Lithographiebelichtungsanlagen für Mehrfachbelichtungen, und
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8 ein obskuriertes EUV-Projektionsobjektiv mit einer Vorrichtung zur Vermessung durch die Überlagerung von Mustern.
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In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur Vermessung eines abbildenden optischen Systems 2 in Form eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie durch Überlagerung von Mustern gezeigt. Das Projektionsobjektiv 2 ist im vorliegenden Beispiel zum Betrieb mit Strahlung bei einer Wellenlänge von 193 nm ausgelegt, welche von einem Laser 3 als Lichtquelle erzeugt wird. Das Laserlicht wird einem Beleuchtungssystem 5 zugeführt, welches einen Strahlengang 4 mit einem homogenen, scharf begrenzten Bildfeld zur Beleuchtung eines ersten Gittermusters 6 erzeugt, das in einer Objektebene 7 des Projektionsobjektivs 2 angeordnet ist.
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Das erste, objektseitige Gittermuster 6 umfasst eine (in 1 nicht näher bezeichnete) Gitterstruktur, welche durch das Projektionsobjektiv 2 auf eine (in 1 ebenfalls nicht näher bezeichnete) Gitterstruktur eines zweiten, objektseitigen Gittermusters 8 abgebildet wird, das in einer Bildebene 9 des Projektionsobjektivs 2 angeordnet ist Bei der Abbildung des objektseitigen Gittermusters 6 auf das bildseitige Gittemuster 8 mit einem Abbildungsmaßstab β des Projektionsobjektivs 2, welcher beispielsweise bei 0,25 liegen kann, wird ein Überlagerungs-Streifenmuster erzeugt, welches einen Linienabstand aufweist, der um mehrere Größenordnungen über dem Linienabstand der Gitterstrukturen des ersten und zweiten Gittermusters 6, 8 liegt. Ein unter dem zweiten Gittermuster 8 angeordneter ortsauflösender Detektor 10 dient der Erfassung des Überlagerungs-Streifenmusters, welches mittels einer (nicht gezeigten) Auswerteeinrichtung ausgewertet werden kann.
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Das objektseitige Gittermuster 6 weist ein transparentes Substrat 11 auf, welches mittels einer Bewegungseinrichtung 12 in Form einer an sich bekannten Linearverschiebeeinrichtung in der Objektebene 7 verschoben werden kann. Entsprechend weist auch das bildseitige Gittermuster 8 ein transparentes Substrat 11 auf und kann gemeinsam mit dem Detektor 10 mittels einer weiteren Bewegungseinrichtung 14 in der Bildebene 8 verschoben werden. Um eine gemeinsame Verschiebung von Detektor 10 und zweitem Gittermuster 8 zu ermöglichen, sind diese in einer gemeinsamen Baueinheit 15 untergebracht.
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Wie in 2 gezeigt ist, weist das erste Gittermuster 6 eine gewinkelte Gitterstruktur 16 mit einer Mehrzahl von in konstantem Abstand zueinander angeordneten Gitterlinien 16a auf. Weiterhin weist jede Gitterlinie 16a des ersten Gittermusters 6 an einem Eck der gewinkelten Gitterstruktur 16 eine Korrekturstruktur 17 auf. Diese wird nachfolgend auch als „Optical Proximity Correction” (OPC)-Korrekturstruktur bezeichnet, da dieser Begriff für Korrekturstrukturen von herkömmlichen Belichtungsmasken verwendet wird. Wie in 2 ebenfalls zu erkennen ist weist das zweite Gittermuster 8 eine um den Abbildungsmaßstab β des Projektionsobjektivs 2 verkleinerte gewinkelte Gitterstruktur 18 mit Gitterlinien 18a aber ohne Korrekturstrukturen auf, d. h. die erste Gitterstruktur 16 kann nicht wie sonst bei Moiré-Gittern üblich durch eine Skalentransformation mit dem Abbildungsmaßstab β des Projektionsobjektivs 2 in die zweite Gitterstruktur 18 überführt werden.
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Die beispielhaft an den Ecken der Gitterlinien 16a dargestellten OPC-Korrekturstrukturen 17 sollen dazu dienen, dass bei der Abbildung der Gitterstruktur 16 in die Bildebene 9 ein Bild entsteht, welches möglichst genau demjenigen der zweiten Gitterstruktur 18 des zweiten Gittermusters 8 entspricht, wie in 2 durch einen Pfeil mit dem Abbildungsmaßstab β angedeutet ist. Die Geometrie und der Ort, an dem die OPC-Korrekturstrukturen an dem ersten Gittermuster 6 angebracht werden, werden typischer Weise auf Grundlage eines mathematischen Modells des Strahlengangs durch das Projektionsobjektiv 2 bestimmt. Insbesondere kann hierbei der Einfluss des Beleuchtungssystems 5 auf die Abbildung berücksichtigt werden bzw. die Wahl einer geeigneten Beleuchtungseinstellung des Beleuchtungssystems 5 in Abstimmung mit der Festlegung einer geeigneten Korrekturstruktur 17 erfolgen. Die Vermessung erfolgt somit mit einer Beleuchtungseinstellung bzw. mit Beleuchtungsparametern, die in Abhängigkeit von dem gewählten Gittermuster 6 bzw. den gewählten Korrekturstrukturen 17 festgelegt ist, um bei der Abbildung der ersten Gitterstruktur 16 die zweite Gitterstruktur 18 möglichst genau reproduzieren zu können.
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Die bei der Vermessung mittels der Vorrichtung
1 zu ermittelnden Kenngrößen wie Verzeichnung etc. werden an einem Streifenmuster gemessen, welches durch die Überlagerung des Bildes der ersten Gitterstruktur
16 mit der zweiten Gitterstruktur
18 in der Bildebene
9 entsteht. Hierbei werden das erste Gittermuster
6 und das zweite Gittermuster
8 relativ zueinander verschoben, um eine phasenschiebende Auswertung des Überlagerungs-Streifenmusters zu ermöglichen, wie diese beispielsweise in der
US 6,816,247 B1 der Anmelderin für eine herkömmliche Moiré-Messtechnik beschrieben ist.
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Das erste und zweite Gittermuster 6, 8 weisen typischer Weise nicht nur eine einzige Gitterstruktur 16, 18, sondern e1ne Mehrzahl von Gitterstrukturen auf, wie dies in 3 für das zweite Gittermuster 8 beispielhaft anhand von fünf Gitterstrukturen 18 bis 22 dargestellt ist. Die Gitterlinien 18a bis 22a der Gitterstrukturen 18 bis 22 weisen im vorliegenden Beispiel drei unterschiedliche Linienabstände d1 bis d3 auf und sind unterschiedlich orientiert. Hierbei verlaufen z. B. die Gitterlinien 19a der ersten Gitterstruktur 19 und die Gitterlinien 22a der fünften Gitterstruktur 22 unter einem Winkel von 45°, wobei die Gitterlinien unterschiedlicher Gitterstrukturen grundsätzlich beliebige Winkel zueinander einschließen können. Es versteht sich, dass den Gitterstrukturen 18 bis 22 des zweiten Gittermusters (unter Berücksichtigung des Abbildungsmaßstabes β) entsprechende Gitterstrukturen am ersten Gittermuster 6 gebildet sind, wobei diese zusätzlich wie in 2 gezeigt um Korrekturstrukturen 17 ergänzt sein können.
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Typischer Weise erfolgt eine Abstimmung der Linienabstände und der Orientierung der Gitterstrukturen 18 bis 22 an das zu vermessende optische System, im vorliegenden Fall an das Projektionsobjektiv 2, im Hinblick auf die bei der Vermessung zu bestimmenden Messgrößen. So können beispielsweise die Linienabstände d1 bis d3 („pitch”) sowie die räumliche Orientierung der Gitterstrukturen 18 bis 22 so gewählt werden, dass eine von der ersten Gitterstruktur 16 des ersten Gittermusters 6 erzeugte erste Beugungsordnung durch das abbildende optische System 2 zumindest teilweise obskuriert wird, was zu einer Verringerung des Kontrasts des Überlagerungs-Streifenmusters führt, welche bei der Auswertung gemessen werden kann.
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Ein Flussdiagramm eines Verfahrensablaufs zur Erkennung solcher obskurationsbedingter Bildkontrastverringerungen ist in 4 dargestellt. Dort wird in einem ersten Schritt S1 eine mathematisch-optische Modellierung des zu vermessenden abbildenden Systems, im vorliegenden Beispiel des Projektionsobjektivs 2, durchgeführt. Anhand des mathematischen Modells werden in einem zweiten Schritt S2 Strukturbreiten bzw. Linienabstände sowie Orientierungen für die Gitterstrukturen ermittelt, bei denen vom ersten Gittermuster 6 erzeugte Beugungsordnungen (bzw. zumindest die nullte und/oder erste Beugungsordnung) zumindest teilweise obskuriert werden.
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In einem dritten Schritt S3 wird ein erstes, objektseitiges Gittermuster 6 sowie ein zugehöriges zweites, bildseitiges Gittermuster 8 jeweils mit Gitterstrukturen hergestellt, welche die gewünschten Linienabstände bzw. Orientierungen aufweisen, wobei gegebenenfalls – aber nicht zwingend – Korrekturstrukturen, z. B. in Form von OPC-Korrekturstrukturen, an den Gitterstrukturen des ersten Gittermusters angebracht werden können.
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In einem weiteren, vierten Schritt S4 wird dann die Vermessung auf die im Zusammenhang mit 1 beschriebene Weise durchgeführt (d. h. die beiden Gittermuster 6, 8 relativ zueinander verschoben) und der Kontrast des erzeugten Überlagerungs-Streifenmusters bestimmt. In einem fünften und letzten Verfahrensschritt S5 werden die Streifenkontrastmessungen ausgewertet und es werden Rückschlüsse auf die Verringerung des Kontrastes durch Obskurationen gezogen, die durch das abbildende optische System hervorgerufen werden.
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Zusätzlich oder alternativ zur Vermessung des Projektionsobjektivs 2 im Hinblick auf Obskurationen mittels des in 4 dargestellten Verfahrens kann anhand der Veränderung, insbesondere der Verringerung des Kontrastes der Überlagerungs-Streifenmuster auch die Streulichtreichweite von insbesondere kurzreichweitigem Streulicht (engl. „flare”) des Projektionsobjektivs 2 bestimmt werden. So führt beispielsweise Streulicht mit begrenzter Reichweite zu verringertem Kontrast bei Linienabständen bei Gitterstrukturen, deren halbe Linienabstände („half-pitch”) der Streulichtreichweite entsprechen. Auch anisotrope Streulichtbildung verringert den Kontrast in Abhängigkeit von der Orientierung der Gitterstrukturen unterschiedlich und kann daher erkannt werden. Zusätzlich können durch die Messung des Überlagerungs-Streifenkontrastes bzw. die Verringerung des Kontrasts des Überlagerungs-Streifenmusters auch Aberrationen des Projektionsobjektivs erkannt werden.
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Anhand der Veränderung des Kontrasts der Überlagerungs-Streifenmuster können somit Obskurationen, absorbierende Bereiche, die Streulichtreichweite sowie Aberrationen des Projektionsobjektivs 2 bestimmt und Rückschlüsse auf die von diesen Messgrößen abhängige Uniformität der „Critical Dimension” („CD Uniformity”) des Projektionsobjektivs 2 gezogen werden. Die „CDU” ist ein wichtiger Parameter insbesondere für Mehrfachbelichtungen, da Mehrfachbelichtungen bei Lithographieanlagen mit vergleichbaren CDU-Werten besser funktioniert als bei Lithographieanlagen, bei denen sich die CDU-Werte stärker voneinander unterscheiden.
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Die oben beschriebene Vorgehensweise zur Vermessung des Projektionsobjektivs 2 ist nicht auf das Abbilden von periodischen Strukturen (Gitterstrukturen) beschränkt. Vielmehr können auch beliebige (aperiodische) Strukturen aufeinander abgebildet werden. Insbesondere kann es sich bei dem ersten Muster in diesem Fall um eine Belichtungsmaske für die Lithographie-Optik handeln, d. h. die ersten Strukturen sind zur Belichtung eines Wafers vorgesehen. Die zweiten Strukturen der zweiten Maske können hierbei durch direktes Schreiben („direct write”), beispielsweise mittels eines Elektronenstrahls, erzeugt werden.
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Bei der Vorrichtung 1 zur Vermessung von 1 wurde davon ausgegangen, dass die Baueinheit 15 mit dem Detektor 10 und dem zweiten Gittermuster 8 fester Bestandteil der Vorrichtung 1 ist, welche einen Messplatz zur Charakterisierung unterschiedlicher optischer Systeme darstellt. Es versteht sich aber, dass es zur Charakterisierung mehrerer optischer Systeme, insbesondere mehrerer Lithographieanlagen, günstiger sein kann, an Stelle einer ortsfesten Vermessungsvorrichtung eine Sensoreinheit in Form einer mobilen Baueinheit herzustellen, die so ausgebildet ist, dass sie in die Wafer-Stages von unterschiedlichen Lithographieanlagen eingebracht werden kann, um eine Vermessung durch Überlagerung von Mustern durchführen zu können. Insbesondere soll die Sensoreinheit hierbei so ausgestaltet sein, dass diese an Stelle eines Wafers auf einer Wafer-Stage positioniert werden kann, d. h. die Abmessungen der Sensoreinheit sollten im Wesentlichen den Abmessungen eines Wafers entsprechen. Dies stellt insbesondere hohe Anforderungen an die Bauhöhe einer solchen Sensoreinheit, da Wafer typischer Weise lediglich eine Höhe von ca. 0,7 bis 1 mm aufweisen.
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5 zeigt eine Sensoreinheit 15, bei welcher das zweite Gittermuster bzw. die Gitterlinien 18a des zweiten Gittermusters 8 direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung einer Relay-Optik auf dem Detektor 10 angebracht sind, der in Form eines CCD-Kamerachips ausgebildet ist. Die Gitterlinien 18a können hierbei auf einem (in 5 nicht gezeigten) dünnen Substrat (typischer Weise mit einer Dicke von weniger als 20 μm) oder direkt auf einem Schutzglas 23 zum Schutz einer lichtempfindlichen Detektorfläche 10a des Detektors 10 aufgebracht sein. Um Messdaten bzw. Mess-Signale der Sensoreinheit 15 an eine externe Auswerteeinrichtung zu übertragen, sind seitlich an dem Detektor 10 elektrische Kontakte 25 vorgesehen, um die Bauhöhe der Sensoreinheit 25 nicht zu erhöhen. Das Schutzglas 23 weist hierbei eine geringe Dicke von z. B. ca. zwischen 1 μm und 100 μm, typischer Weise zwischen ca. 10 μm und ca. 50 μm auf.
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Das Schutzglas 23 ist als Frequenzwandlungselement zur Wellenlängenkonversion ausgebildet und ersetzt ein herkömmliches Schutzglas für die lichtempfindliche Detektorfläche 10a des CCD-Chips 10. Das Schutzglas 23 dient der Frequenzkonversion von Strahlung 24, welche auf die Sensoreinheit 15 auftrifft. Die Strahlung 24 kann hierbei beispielsweise im DUV-Wellenlängenbereich oder im EUV-Wellenlängenbereich liegen und durch das Schutzglas 23 in Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich umgewandelt werden. Im ersten Fall kann das Schutzglas aus einem Fluoreszenzglas bestehen, welches die Frequenzkonversion vom DUV in den VIS-Wellenlängenbereich ermöglicht, im zweiten Fall aus einem Szintillatorglas, welches eine Frequenzkonversion vom EUV-Wellenlängenbereich in den VIS-Wellenlängenbereich erlaubt.
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Durch die Verwendung des Schutzglases 23 als Frequenzwandlungselement kann auf eine Relais-Optik verzichtet werden und so eine Bauhöhe h der Sensoreinrichtung 15 erreicht werden, welche unterhalb von z. B. ca. 1,2 mm und damit in der Größenordnung der Höhe eines Wafers liegt, so dass die Sensoreinrichtung 15 an Stelle eines Wafers in unterschiedliche Lithographieanlagen eingebracht werden kann, insbesondere wenn diese Lithographieanlagen Wafer-Stages Vertiefungen z. B. mit einer Hohe im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm zur Aufnahme eines Wafers aufweisen.
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Insbesondere stellt das Schutzglas 23 in Form des Frequenzwandlungselements sicher, dass die Gitterlinien 18a nicht auf die lichtempfindliche Oberfläche 10a übertragen werden. Geht man davon aus, dass die einzelnen Pixel 26a bis 26c (vgl. 6) der lichtempfindlichen Fläche 10a des Detektors 10 eine Größe von ca. 10 μm auf 10 μm aufweisen und bei herkömmlichen Moiré-Gittern die Zahl der Gitterlinien 18a im Bereich von ca. 1000 bis 2000 Linienpaaren pro mm liegt, ergibt sich eine Anzahl von ca. 10 bis 20 Gitterlinien, die zur Bestrahlungsstärke pro Pixel 26a bis 26c beitragen, d. h. ein Linienabstand d1 (vgl. 5) von ca. 0,5 bis 1 μm.
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Bei den in 2 und 3 gezeigten Gitterstrukturen 16, 18 bis 22 liegen die Gitterlinien 16a, 18a bis 22a jedoch dichter beieinander, d. h. es können Linienabstände d1 von z. B. 100 nm oder sogar von lediglich 50 nm erreicht werden. In diesem Fall (wie ggf. auch bei der Verwendung von EUV-Strahlung) kann die Anzahl der Gitterlinien 18a pro Pixel 26a bis 26c beispielsweise bei 5000 oder 10000 liegen. Durch den geringen Linienabstand kann die Genauigkeit bei der Vermessung erhöht werden, was insbesondere für den Vergleich mehrerer abbildender optischer Systeme im Hinblick auf Mehrfach-, insbesondere auf Doppelbelichtungen günstig ist.
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Für die Durchführung von Mehrfachbelichtungen, insbesondere der so genannten Doppelbelichtung („double patterning”) muss sichergestellt sein, dass die aufeinander folgenden Belichtungsvorgänge zu sich präzise überdeckenden latenten Bildern im Resist führen. Außerdem können Abweichungen zwischen verschiedenen Projektionsbelichtungsanlagen zu einer Verengung des erlaubten Prozessfensters führen, weil diese Abweichungen einen Teil des Budgets an verfügbaren Toleranzen aufbrauchen. Mit zunehmenden Anforderungen an Mehrfachbelichtungen, z. B. in Form von Vierfachbelichtungen (vgl. z. B.
US 2010/0091257 A1 ) wird sich das Produktionsfenster noch weiter verkleinern, so dass die Anforderungen an eine Paarung der Eigenschaften von Lithographiesystemen weiter zunehmen.
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Neben der Vermessung durch die Überlagerung von Mustern kann für die Verbesserung von Mehrfachbelichtungen auch ein Vergleich zwischen den Luftbildern unterschiedlicher Lithographieanlagen stattfinden, wozu z. B. eine Vorrichtung dienen kann, wie sie in der eingangs beschriebenen
WO 2009/033709 A1 dargestellt ist. Die Luftbildmessung kann insbesondere bei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen wie Dipol- oder Quadrupol-Beleuchtung vorgenommen werden, wobei auch flexible Beleuchtungspupillen zum Einsatz kommen können. Insbesondere durch die Verwendung solcher flexibler Beleuchtungspupillen können gezielt unterschiedliche Systemeigenschaften der Lithographieanlagen durch abgeänderte Beleuchtungseinstellungen bzw. geeignete Manipulatoren ausgeglichen werden.
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Insbesondere wenn jede der Lithographieanlagen mit einer eigenen Messeinrichtung zur Luftbildmessung versehen ist, können solche optischen Systempaarungen auch unter Verwendung der zur Mehrfachbelichtung genutzten Masken durchgeführt werden.
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Die verwendeten Masken sind hierbei in der Regel leicht unterschiedlich, da es sich um unterschiedliche Schritte bei der Mehrfachbelichtung handelt. Auch diese Unterschiede lassen sich durch die Luftbilderfassung erkennen und durch Veränderung der Beleuchtungseinstellungen kann erreicht werden, dass diese Unterschiede genau wie gewünscht im Luftbild erscheinen.
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Zur Prüfung der Eignung von zwei Lithographieanlagen für eine Mehrfachbelichtung sind insbesondere die Größen „Critical Dimension” (CD) sowie die Verzeichnung wesentlich, da diese die Präzision der gegenseitigen Lage der Teilbilder wesentlich bestimmen. Beim Verzicht auf die oben beschriebene Überlagerungs-Messtechnik ist es zum Vergleich der Verzeichnungen mit zur Überlagerungs-Messtechnik vergleichbarer Präzision erforderlich, die Orte der Luftbildstrukturen im nm-Bereich miteinander zu vergleichen. Daher muss die relative Lage der vergrößernden Optiken bzw. Kameras mit dieser Genauigkeit während des Abfahrens des Luftbildes bekannt sein und bleiben. Zur Wahrung einer exakten relativen Position ist es beispielsweise möglich, beide Messeinrichtungen starr aneinander zu koppeln, z. B. indem diese auf einem gemeinsamen Substrat aufgebracht werden, welches z. B. aus einem Material mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt sein kann.
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Alternativ kann bei der inkohärenten Luftbild-Messung auf eine feste Kopplung zwischen den beiden Messeinrichtungen verzichtet werden, indem gleichartige Masken verwendet werden und die lateralen Scan-Bewegungen jeweils nur bezüglich der jeweiligen optischen Achse vermessen werden. Zu Beginn oder auch währen der Messung können identische Muster (z. B. Kreuze) im Luftbild angefahren werden, um übereinstimmende Ursprünge der jeweiligen Koordinatensysteme zu erhalten. Dann werden die beiden Luftbilder jeweils unabhängig voneinander, aber mit Lateralpositionsbestimmungen mit nm-Genauigkeit vermessen. Im Anschluss werden die beiden Luftbilder hinsichtlich Verzeichnung und CD verglichen.
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Auf diese Weise kann ein- und dieselbe Messeinrichtung zur Vermessung aller zu vergleichender Lithographiesysteme verwendet werden, da sich der Ursprung der verwendeten Koordinatensysteme wie oben beschrieben einheitlich festlegen lässt. Neben einer inkohärenten Luftbildmessung ist auch eine kohärente Luftbildmessung möglich, welche nachfolgend im Detail dargestellt wird.
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In 7a, b ist eine Messanordnung 100 zum kohärenten Vergleich der Luftbilder zweier Lithograhpieanlagen 101a, 101b für Wellenlängen im VUV-Bereich dargestellt. Die Messanordnung 100 weist eine Lichtquelle in Form eines Lasers 102 auf, der zur Erzeugung von Mess-Strahlung 103 z. B. bei 193 nm dient, welche über einen Strahlteiler 104 in zwei Teilstrahlen 103a, 103b aufgeteilt wird, die einer jeweiligen zu vermessenden Lithographieanlage 101a, 101b zugeführt werden. Der Strahlteiler 104 kann z. B. an der Position eines so genannten Strahlsteuer-Spiegels („beam steering mirror”) angeordnet werden. Durch die Strahlteilung wird die Erzeugung von zwei Teilstrahlen 103a, 103b ermöglicht, welche eine Phasenkopplung zueinander aufweisen.
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Jede der Lithographieanlagen 101a, 101b weist ein Beleuchtungssystem 105a, 105b sowie ein Projektionsobjektiv 106a, 106b auf. Die beiden Teilstrahlen 103a, 103b durchlaufen die jeweilige Lithographieanlage 101a, 101b und werden über einen Umlenkspiegel 107 bzw. einen teildurchlässigen Spiegel 108 umgelenkt und kohärent überlagert. Eine Abbildungsoptik 109 dient der Abbildung der überlagerten Teilstrahlen 103a, 103b auf einen ortsauflösenden Detektor 110, z. B. auf eine CCD-Kamera. Die bildseitig für die Luftbildmessung erforderlichen Komponenten können in einer beiden Lithographiesystemen 101a, 101b gemeinsamen Baueinheit untergebracht sein.
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Die Messanordnung 100 entspricht vom Aufbau her im Wesentlichem einem Mach-Zehnder-Interferometer. Um eine kohärente Überlagerung der beiden Teilstrahlen 103a, 103b und damit einen Vergleich der Luftbilder sicherzustellen, darf die räumliche Kohärenzlänge der verwendeten Strahlung nicht überschritten werden. Um dies zu gewährleisten, muss die optische Weglänge der beiden Teilstrahlen 103a, 103b nahezu identisch sein. Um die optische Weglänge des ersten Teilstrahls 103a auf die optische Weglänge des zweiten Teilstrahls abstimmen zu können, ist in der Messanordnung 100 eine variable Verzögerungsstrecke 111 zur Phasenverschiebung für den ersten Teilstrahl 103a vorgesehen.
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Bei der Messanordnung 100 von 7a sind die Beleuchtungssysteme 105a, 105b auf kohärente Beleuchtung (σ nahe Null) oder partiell kohärente Beleuchtung eingestellt, so dass in einer zwischen dem jeweiligen Beleuchtungssystem 105a, 105b und dem jeweiligen Projektionsobjektiv 106a, 106b befindlichen (nicht gezeigten) Maskenebene ein Parallelstrahlengang oder eine Überlagerung von Parallelstrahlengängen mit leicht unterschiedlicher Winkelverteilung vorliegt. In der Messanordnung 100 von 7a kann auf Masken verzichtet werden, da Wellenfrontaberrationen flächenhaft gemessen werden und eine Maske lediglich die Amplitude der Wellenfronten lokal verändern würde.
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Beim Vergleich zwischen den Luftbildern werden die Wellenfronten der beiden als Wafer-Scanner ausgebildeten Lithograhpieanlagen 101a, 101b einschließlich der Aberrationen des jeweiligen Beleuchtungssystems 105a, 105b verglichen. Ein solcher Aberrationsvergleich kann sowohl feldaufgelöst als auch polarisationsabhängig erfolgen. Hierbei können insbesondere die bei Mehrfachbelichtungen besonders relevanten Aberrationen, z. B. die komaförmigen Anteile der Wellenfrontaberrationen ggf. auch im Feldverlauf verglichen werden. Die Feldauflösung kann hierbei in dem Bereich erfolgen, in dem auch die Mehrfachbelichtung stattfindet.
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7b zeigt die Messanordnung von 7a, bei welcher zusätzlich eine Lochmaske 112a, 112b in den Strahlengang des jeweiligen Teilstrahls 103a, 103b eingebracht ist. Durch die Lochmaske 112a, 112b lässt sich ein gewünschter Feldpunkt auswählen. Die Lochmaske 112a, 112b blendet auch die Aberrationen des Beleuchtungssystems aus, so dass allein die Aberrationen der Projektionsobjektive 106a, 106b miteinander verglichen werden können.
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Bei der in 7a, b beschriebenen Messanordnung 100 zur kohärenten Charakterisierung von zwei Lithographieanlagen 101a, 101b ist es möglich, deren Luftbilder „in-situ” miteinander zu vergleichen, so dass der Unterschied im Luftbild der beiden Lithographieanlagen 101a, 101b direkt, d. h. ohne den Einfluss der Lichtquelle 102 miteinander verglichen werden kann. Im Gegensatz dazu lässt sich bei einer Luftbildmessung, die mit zwei inkohärenten Lichtquellen oder mit zwei kohärenten aber zueinander inkohärenten Lichtquellen durchgeführt wird, immer nur die optische Wirkung einer Kombination der Lichtquellen und der Lithographiesysteme miteinander verglichen, da letztere die Einflüsse der Lichtquelle wie Schwankungen oder Drifts nicht vollständig kompensieren können. Zudem wird bei einer inkohärenten Vermessung von zwei (oder mehr) Lithographieanlagen der Fehler der jeweiligen Messungen ebenfalls gemessen, so dass eine nachträgliche Trennung der einzelnen Einflüsse auf die Messung erfolgen muss, um die Lithographieanlagen selbst charakterisieren zu können.
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Schließlich zeigt
8 die Verwendung der oben in Zusammenhang mit
1 beschriebenen Vorrichtung
1 an einem abbildenden optischen System in Form eines obskurierten EUV-Projektionsobjektivs
200 für die Mikrolithographie. Dessen Aufbau ist im Detail in der
WO 2006/069725 A1 der Anmelderin beschrieben (vgl. dort
17), welche durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Das Projektionsobjektiv
200 weist sechs Spiegel S100 bis S600 auf, von denen vier in einem ersten Teilobjektiv
10000 und zwei in einem zweiten Teilobjektiv
20000 angeordnet sind, zwischen denen ein Zwischenbild ZWISCH gebildet wird. Der im Lichtweg zweite Spiegel S200 ist als Konkavspiegel mit einem Vertex V200 ausgebildet, um niedrige Einfallswinkel zu erhalten. Der dritte Spiegel S300 ist als Konvexspiegel mit einem Vertex V300 ausgebildet.
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Das Projektionsobjektiv 200 weist eine Aperturblende B auf, welche im Strahlengang zwischen dem fünften Spiegel S500 und dem sechsten Spiegel S600 in einer Blendenebene 700 angeordnet ist. Eine die Obskuration, d. h. den inneren Radius des ausgeleuchteten Feldes definierende Abschattungsblende AB liegt im Strahlengang zwischen dem dritten Spiegel S300 und dem vierten Spiegel S400 in einer weiteren Blendenebene 704. Die Blendenebenen 700, 704 sind konjugiert zur Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 200 und ergeben sich als Schnittpunkt des Hauptstrahles, des so genannten „Chief Rays” CR mit der optischen Achse HA des Projektionsobjektivs 200.
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In der Objektebene des Projektionsobjektivs 200 ist das erste, auf dem Substrat 11 angebrachte Gittermuster 6 der Vorrichtung 1 von 1 angeordnet, im Bereich der Bildebene des Projektionsobjektivs 200 befindet sich die Sensoreinheit 15 mit dem (nicht gezeigten) zweiten Gittermuster 8. Wie bereits weiter oben dargestellt wurde, können bei dem obskurierten Projektionsobjektiv 200 die Linienabstände und/oder die räumliche Orientierung der Gitterstrukturen (vgl. 3) so gewählt werden, dass eine (teilweise) Obskuration der nullten oder höherer Beugungsordnungen an der Abschattungsblende AB auftritt, was sich auf den Bildkontrast des Überlagerungs-Streifenmusters bei der Vermessung des Projektionsobjektivs 200 auswirkt, so dass die Obskuration, absorbierende Bereiche, Streulichtreichweite, Aberrationen etc. des Projektionsobjektivs 200 bestimmt werden können.
