DE102014210641B4

DE102014210641B4 - Testobjekt, Verwendung eines Testobjekts sowie Einrichtung und Verfahren zur Messung der Punktbildfunktion eines optischen Systems

Info

Publication number: DE102014210641B4
Application number: DE102014210641.9A
Authority: DE
Inventors: Robert Pomraenke; Lars Stoppe; Michael Arnz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2020-12-10
Anticipated expiration: 2034-06-05
Also published as: US20150355052A1; DE102014210641A1; US9797805B2

Abstract

Testobjekt (17) zur Messung der Punktbildfunktion (PSF) eines optischen Systems (1) mit einem gegebenen Airy-Durchmesser (dAiry) umfassend1.1. eine abzubildende Struktur (5) mit1.2. einer Mehrzahl von abzubildenden Struktur-Elementen (18),1.2.1. welche jeweils in mindestens einer Richtung eine Ausdehnung dmin ≥ 2 dAiryaufweisen, oder1.2.2. welche jeweils lokal betrachtet in mindestens einer Richtung kleiner sind als der Airy-Durchmesser (dAiry) und welche lokal betrachtet jeweils in mindestens einer zweiten Richtung größer sind als der Airy-Durchmesser (dAiry),1.3. wobei die Struktur-Elemente (18) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Struktur (5) mindestens zwei Symmetrieachsen (50) aufweist,1.4. wobei die Struktur-Elemente (18) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Struktur (5) eine Rotationssymmetrie mit gerader Ordnung von mindestens 4 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Testobjekt zur Messung der Punktbildfunktion eines optischen Systems. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines derartigen Testobjekts zur Messung der Punktbildfunktion eines optischen Systems. Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Messung der Punktbildfunktion eines optischen Systems sowie ein optisches System mit einer derartigen Einrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung der Punktbildfunktion eines optischen Systems.
Beispielsweise im Zusammenhang mit der Herstellung hochwertiger Abbildungsoptiken ist eine Bewertung der erzielbaren Abbildungsgüte erforderlich.
Ein Verfahren zur Bestimmung der Abbildungsgüte eines optischen Abbildungssystems ist aus der DE 103 27 019 A1 bekannt. Ein Verfahren zum Bestimmen von Abberationen eines optischen Systems ist aus der US 2004 / 0 174 506 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Testobjekt zur Messung der Punktbildfunktion, insbesondere der Abbildungsgüte eines optischen Systems, insbesondere eines abbildenden optischen Systems, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Testobjekt umfassend eine abzubildende Struktur mit einer Mehrzahl von abzubildenden Struktur-Elementen, wobei die Elemente derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Struktur mindestens zwei Symmetrieachsen aufweist. Aufgrund der Symmetrieeigenschaften der abzubildenden Struktur kann vermieden werden, dass sie bestimmte asymmetrische Bildfehler induziert.
Es kann insbesondere vorteilhaft sein, die Elemente derart auszubilden und anzuordnen, dass die Struktur zwei Symmetrieachsen aufweist, welche senkrecht aufeinander stehen. Die Struktur weist in diesem Fall eine Punktsymmetrie auf. Allgemein können die Symmetrieachsen auch andere Winkelverhältnisse zueinander aufweisen.
Vorzugsweise weist die Struktur drei, vier, fünf, sechs oder mehr Symmetrieachsen auf.
Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Struktur eines oder mehrere zusätzliche Struktur-Elemente, insbesondere in Form von Nadellöchern (Pinholes) aufweist. Die zusätzlichen Struktur-Elemente können derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass sie bezüglich der Symmetrieeigenschaften der oben genannten Struktur-Elemente symmetriebrechend wirken. Sie können auch die Symmetrieeigenschaften erhalten.
Die Struktur ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie zu einer Ausleuchtung der Pupille des optischen Systems führt, bei welcher die zur Beschreibung dieser Ausleuchtung zu verwendenden Zernike-Polynome, insbesondere die zur Beschreibung dieser Ausleuchtung zu verwendenden Zernike-Polynome identischer Art bzw. Ordnung orthogonal zueinander sind. Hierdurch wird die erreichbare Genauigkeit verbessert. Mit der erfindungsgemäßen Struktur ist es insbesondere möglich, die Abbildungsfehler des optischen Systems nach den jeweiligen Typen, Koma, Astigmatismus, sphärische Abberation, Koma höherer Ordnung et cetera aufgeschlüsselt zu ermitteln. Dies ermöglicht eine anschließende Justierung des optischen Systems. Die Struktur ist insbesondere derart ausgebildet, dass die Zernike-Polynome bis zu einer vorgegebenen Ordnung, insbesondere bis zur zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten oder höheren Ordnung orthogonal zueinander sind. Hierdurch kann ein Retrieval-Verfahren, insbesondere ein Phase-Retrieval, verbessert werden. Es ist hierdurch insbesondere möglich, die Wirkung asymmetrischer Abberationen zu verstärken, wodurch diese in einem Phase-Retrieval eindeutiger ermittelt werden können.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Struktur-Elemente derart ausgebildet und angeordnet, dass die Struktur eine Rotationssymmetrie mit gerader Ordnung aufweist. Sie weist insbesondere eine Rotationssymmetrie mit Ordnung von mindestens zwei, vier, sechs oder acht auf. Dies führt zu einer guten Trennbarkeit der Zernikekoeffizienten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung beträgt die Anzahl der abzubildenden Struktur-Elemente mindestens vier. Sie beträgt vorzugsweise mindestens sechs, acht, zehn, zwölf, sechzehn.
Durch eine größere Anzahl der abzubildenden Struktur-Elemente kann die Gesamttransmission der abzubildenden Struktur vergrößert werden.
Die abzubildenden Struktur-Elemente können zumindest teilweise unzusammenhängend ausgebildet sein. Sie können auch jeweils paarweise unzusammenhängend ausgebildet sein. Sie können auch teilweise überlappend ausgebildet sein.
Die abzubildenden Struktur-Elemente können jeweils identisch ausgebildet sein. Sie können auch unterschiedlich ausgebildet sein. Es ist insbesondere möglich, die Form der abzubildenden Struktur-Elemente aus einer vorgegebenen Auswahl unterschiedlicher Formen auszuwählen.
Hierdurch wird das Design des Testobjekts vereinfacht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist zumindest eine Teilmenge der abzubildenden Struktur-Elemente balken- oder schlitzförmig ausgebildet. Es ist insbesondere möglich, sämtliche Struktur-Elemente derart auszubilden. Die Struktur-Elemente können auch kreuzförmig oder sternförmig ausgebildet sein oder zu derartigen Formen kombiniert werden. Auch punktförmige, d. h. nadellochartige Struktur-Elemente (Pinholes) sind möglich.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Struktur erwiesen, bei welcher die Struktur-Elemente jeweils relativ zu einem Zentrum radial nach außen verlaufen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die Struktur-Elemente jeweils Abmessungen auf, welche, lokal betrachtet, jeweils in mindestens einer Richtung kleiner sind als der Airy-Durchmesser (d_Airy) des optischen Systems. Die abzubildenden Struktur-Elemente weisen jeweils insbesondere in ihrem gesamten Bereich Abmessungen auf, welche jeweils in mindestens einer Richtung kleiner sind als der Airy-Durchmesser (d_Airy) des optischen Systems. Sie sind mit anderen Worten lokal betrachtet klein genug, um eine Ausleuchtung der Pupille zu gewährleisten, bei welcher sämtliche Ortsfrequenzen bis zu einer vorgegebenen Mindestfrequenz einem Mindestbeitrag zur Beleuchtung der Pupille, insbesondere auch in deren Randbereich, beitragen.
Die abzubildenden Strukturen können insbesondere jeweils in mindestens einer Richtung kleiner sein als d_Airy/2, insbesondere kleiner als d_Airy/3, insbesondere kleiner als d_Airy/5, insbesondere kleiner als d_Airy/10. Der Airy-Durchmesser (d_Airy) kann je nach der vorgesehenen Strahlungsquelle kleiner als 1 µm, insbesondere kleiner als 650 nm, insbesondere kleiner als 300 nm, insbesondere kleiner als 100 nm, insbesondere kleiner als 50 nm, insbesondere kleiner als 30 nm, insbesondere kleiner als 15 nm sein. Letzteres kann insbesondere bei einer Projektionsoptik für die EUV-Lithographie der Fall sein.
Die abzubildenden Struktur-Elemente weisen insbesondere Abmessungen auf, welche, lokal betrachtet, jeweils in mindestens einer zweiten Richtung größer sind als der Airy-Durchmesser (d_Airy) des optischen Systems. Sie unterscheiden sich dadurch von Nadellöchern (Pinholes), welche üblicherweise für derartige Testobjekte verwendet werden. Sie werden daher insbesondere auch als ausgedehnte Struktur-Elemente bezeichnet.
Die lokal betrachtet jeweils größte Abmessung der Struktur-Elemente kann insbesondere mindestens doppelt so groß, insbesondere mindestens dreimal so groß, insbesondere mindestens fünfmal so groß, insbesondere mindestens zehnmal so groß wie der Airy-Durchmesser (d_Airy) sein. Sie ist insbesondere jeweils höchstens so groß wie der Durchmesser des Isoplanasiegebiets, insbesondere eines Bereichs, in welchem sie die Punktbildfunktion (PSF) um höchstens 5%, insbesondere höchstens 2% ändert.
Die Strukturen können insbesondere in Abhängigkeit von dem zu untersuchenden optischen System ausgebildet sein. Die jeweils kleinere Abmessung der Struktur-Elemente kann insbesondere in Abhängigkeit des Airy-Durchmessers (d_Airy) des optischen Systems gewählt werden. Die jeweils größere Abmessung kann insbesondere in Abhängigkeit der Abmessungen des Isoplanasiegebiets des optischen Systems gewählt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Struktur insgesamt einen Flächeninhalt (A_Strukt) auf, welcher mindestens 0,2-mal so groß ist wie das Quadrat des Airy-Durchmessers (d_Airy ²) des optischen Systems, A_Strukt≥ 0,2(d_Airy)².
Der Flächeninhalt (A_Strukt) der Struktur ist insbesondere mindestens 0,5-mal, insbesondere mindestens einmal, insbesondere mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal, insbesondere mindestens fünfmal, insbesondere mindestens zehnmal, insbesondere mindestens zwanzigmal, insbesondere mindestens dreißigmal, insbesondere mindestens fünfzigmal, insbesondere mindestens hundertmal, insbesondere mindestens zweihundertmal, insbesondere mindestens dreihundertmal, insbesondere mindestens fünfhundertmal, insbesondere mindestens tausendmal so groß wie das Quadrat des Airy-Durchmessers (d_Airy ²) des optischen Systems. Selbstverständlich kann der Flächeninhalt (A_Strukt) nicht beliebig groß sein. Die angegebenen Werte können insbesondere auch als Obergrenze für den Flächeninhalt (A_Strukt) dienen.
Durch eine derartige Ausbildung der Struktur kann der Gesamttransfer der Abbildungsstrahlung vergrößert werden.
Der Gesamttransfer, welcher mit der erfindungsgemäßen abzubildenden Struktur erreicht wird, ist insbesondere mindestens dreimal, insbesondere mindestens fünfmal, insbesondere mindestens zehnmal, insbesondere mindestens zwanzigmal, insbesondere mindestens fünfzigmal, insbesondere mindestens einhundertmal, insbesondere mindestens zweihundertmal, insbesondere mindestens fünfhundertmal, insbesondere mindestens eintausendmal so groß wie der Strahlungstransfer einer kreisförmigen Struktur mit dem Airy-Durchmesser.
Durch eine derartige Struktur wird insbesondere die Lichtausbeute erhöht. Außerdem wird hierdurch das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert. Weiterhin wird die Genauigkeit der Systemevaluierung erhöht. Außerdem kann das Messverfahren beschleunigt werden. Eine derartige Struktur ermöglicht insbesondere kürzere Integrationszeiten bei der Aufnahme der Bilder.
Die Struktur, insbesondere die Struktur-Elemente, können reflexiv oder transmissiv ausgebildet sein. Im Falle einer reflexiven Struktur ist der Gesamttransfer durch den Reflexionsgrad der Struktur gekennzeichnet. Im Falle einer transmissiven Struktur ist der Gesamttransfer durch den Transmissionsgrad dieser Struktur gekennzeichnet. Der Gesamttransfer beträgt insbesondere mindestens 0,1%, insbesondere mindestens 1%, insbesondere mindestens 5%, insbesondere mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%, insbesondere mindestens 50%. Er kann auch mehr als 70%, insbesondere mehr als 90% betragen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Struktur als Phasenmaske, als Amplitudenmaske oder als gemischte Amplituden- und Phasenmaske ausgebildet. Sie kann insbesondere als Absorptionsmaske oder als Transmissionsmaske ausgebildet sein. Es kann sich insbesondere um eine strukturierte Blende, insbesondere eine binäre Amplitudenmaske, handeln. Hierbei können die nicht-transmissiven Bereiche eine Resttransmission von höchstens 2%, insbesondere höchstens 1% aufweisen. Es kann sich auch um eine Verlaufsmaske handeln. Auch im Falle einer Phasenmaske kann es sich um eine Phasenmaske mit kontinuierlichem Verlauf oder um eine Phasenmaske mit diskreten Phasenstufen, insbesondere mit mindestens zwei, insbesondere mindestens vier Phasenstufen handeln. Bei einer diskreten Phasenmaske weisen die Phasenstufen insbesondere eine MindestStrukturbreite auf. Die Mindeststrukturbreite beträgt insbesondere mindestens d_Airy /4, insbesondere mindestens d_Airy/2, insbesondere mindestens 1 d_Airy, insbesondere mindestens 2 d_Airy, wobei d_Airy den Airy-Durchmesser der Optik angibt, d_Airy = 1,22 λ / NA, mit λ = Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung und NA = numerische Apertur der Optik. Die Wellenlänge λ der Beleuchtungsstrahlung beträgt insbesondere weniger als 300 nm, insbesondere weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 150 nm, insbesondere weniger als 100 nm, insbesondere weniger als 50 nm, insbesondere weniger als 30 nm. Die numerische Apertur NA liegt üblicherweise im Bereich von 0,1 bis 1,6. Sie kann insbesondere mindestens 0,2, insbesondere mindestens 0,3, insbesondere mindestens 0,4 betragen. Sie kann insbesondere kleiner als 1,4, insbesondere kleiner als 1,2, insbesondere kleiner 1,0, insbesondere kleiner als 0,8 sein.
Die Maske kann insbesondere als Chrom-auf-Glas-Maske, als Opake Molybdän-Silizium-auf-Glas-Maske oder als Molybdän-Silizium-Maske ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Testobjekt mehrere Strukturen. Die Strukturen können in einer Matrix von Zeilen und Spalten angeordnet sein. Es kann sich insbesondere um eine Matrix mit mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier Zeilen und/oder Spalten handeln.
Für die einzelnen Strukturen kann auch eine nicht-kartesische Anordnung vorgesehen sein.
Die einzelnen Strukturen der Matrix können jeweils identisch ausgebildet sein. Sie können auch unterschiedlich ausgebildet sein. Sie können insbesondere aus einer vorgegebenen Anzahl unterschiedlicher Strukturen ausgewählt sein.
Die einzelnen Strukturen der Matrix weisen insbesondere einen Mindestabstand auf.
Der Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Strukturen ist insbesondere mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal, insbesondere mindestens fünfmal, insbesondere mindestens zehnmal so groß wie das Maximum der Durchmesser der Umkreise der jeweiligen Strukturen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Bilder der entsprechenden Strukturen auch in einer maximalen Defokus-Position nicht überlappen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verwendung des Testobjekts gemäß der vorhergehenden Beschreibung anzugeben.
Das Testobjekt kann insbesondere zur Bestimmung der Punktbildfunktion eines optischen Systems verwendet werden. Bei dem optischen System kann es sich insbesondere um eine Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere um eine DUV- oder eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage oder um eine Maskeninspektionsanlage handeln. Die Vorteile ergeben sich aus denen des Testobjekts.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine Einrichtung zur Messung der Punktbildfunktion eines optischen Systems und ein optisches System mit einer derartigen Einrichtung zu verbessern.
Diese Aufgaben werden durch eine Einrichtung mit einem Testobjekt gemäß der vorhergehenden Beschreibung und ein optisches System mit einer derartigen Einrichtung gelöst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Einrichtung mindestens ein Mittel zur Variierung der Beleuchtungsverteilung in der Pupille, insbesondere mindestens ein Mittel zur Objektdiversifizierung und/oder zur Pupillendiversifizierung. Das Testobjekt ist ein Bestandteil hiervon.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das mindestens eine Mittel zur Variierung der Beleuchtungsverteilung in der Pupille eine Verlagerungs- und/oder Wechsel-Einheit, mittels welcher eine Maske gehalten wird. Die Maske kann insbesondere mittels der im Strahlengang des optischen Systems positioniert werden. Sie ist insbesondere mittels der Verlagerungs-Einheit verlagerbar, insbesondere linear verschiebbar, insbesondere in Richtung senkrecht zur optischen Achse. Sie kann auch rotierbar, insbesondere um die optische Achse, sein. Die Maske ist vorteilhafterweise austauschbar.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Testobjekt mittels der Verlagerungs- und/oder Wechsel-Einheit im Bereich einer Objektebene oder zumindest in der Nähe einer Objektebene angeordnet. Für eine Pupillendiversifizierung ist das Testobjekt mittels der Verlagerungs- und/oder Wechsel-Einheit insbesondere in einer Pupillenebene oder in der Nähe einer Pupillenebene angeordnet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das optische System mindestens zwei Messeinrichtungen. Die Messeinrichtungen können insbesondere in unterschiedlichen Abständen zur abzubildenden Struktur angeordnet sein. Sie können eine gleichzeitige Aufnahme der Bilder der abzubildenden Struktur ermöglichen. Das optische System kann insbesondere einen Strahlteiler umfassen.
Die Messeinrichtungen können insbesondere mit einem Abstand von bis zu 6 Rayleigh-Längen zueinander angeordnet sein. Der Abstand zwischen den Messeinrichtungen kann beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 Rayleigh-Längen betragen. Andere Abstände sind ebenso möglich. Vorzugsweise ist mindestens eine Messeinrichtung intrafokal und mindestens eine Messeinrichtung extrafokal angeordnet.
Allgemein sind die abzubildende Struktur und die mindestens eine Messeinrichtung in Richtung der optischen Achse relativ zueinander verlagerbar. Hierdurch kann ein vorgegebener Defokus und ein entsprechender Defokus-Bildstapel erreicht werden. Der Defokus kann durch eine bildseitige Defokussierung der Messeinrichtung und/oder durch eine objektseitige Defokussierung der abzubildenden Struktur erreicht werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Messung der Punktbildfunktion eines optischen Systems, insbesondere einer Projektionsbelichtungsoptik für die Halbleiterfertigung oder einer Maskeninspektionsoptik für die Halbleiterfertigung, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten gelöst: Bereitstellen eines optischen Systems gemäß der vorhergehenden Beschreibung, Bereitstellen einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Testobjekts mit Beleuchtungsstrahlung und Aufnahme eines Fokusstapels mit mindestens zwei Bildern in unterschiedlichen Defokuspositionen der abzubildenden Struktur mittels der mindestens einen Messeinrichtung.
Aus den Bildern des Fokusstapels kann anschließend die Punktbildfunktion und/oder die komplexe Beleuchtungsverteilung in einer Pupille des optischen Systems ermittelt werden.
Durch die erfindungsgemäßen Eigenschaften der abzubildenden Struktur und/oder durch die erfindungsgemäßen Diversifizierungsmittel wird das Verfahren wesentlich verbessert. Es ist insbesondere möglich, die Abbildungsgüte des optischen Systems ohne zusätzliche bildseitige Komponenten zu bestimmen. Außerdem wird das Verfahren beschleunigt und die Genauigkeit verbessert.
Das Verfahren ist insbesondere geeignet, in bestehende optische Systeme integriert, das heißt zur Vermessung bestehender optischer Systeme verwendet zu werden. Es ermöglicht insbesondere eine Bestimmung der System-Aberrationen, insbesondere aufgeschlüsselt nach den jeweiligen Typen: Koma, Astigmatismus, sphärische Aberration, Koma höherer Ordnung etc.
Zur Beleuchtung der abzubildenden Struktur kann eine Beleuchtungseinrichtung, welche kohärente Strahlung erzeugt, vorgesehen sein. Es ist auch möglich, eine Beleuchtungseinrichtung mit nur parallel kohärenter oder inkohärenter Strahlung zu verwenden. Die Beleuchtungseinrichtung kann eine Strahlungsquelle in Form eines Lasers umfassen. Der Laser kann insbesondere Nutzstrahlung mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich, im UV-Bereich oder im VUV-Bereich erzeugen. Als Strahlungsquelle kann auch eine EUV-Strahlungsquelle, eine IR-Strahlungsquelle, eine LED-Strahlungsquelle oder eine Glühlampe, insbesondere mit einem Farbfilter, dienen.
Das Verfahren eignet sich insbesondere für unterschiedliche optische Systeme, insbesondere für Projektionsoptiken, insbesondere für Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie sowie Maskeninspektionsoptiken. Das Verfahren ist insbesondere auch zur Bestimmung der Abbildungsgüte von Projektionsoptiken für die VUV- und/oder EUV-Projektionslithographie verwendbar.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Beleuchtungsverteilung in der Pupille nach orthogonalen Polynomen entwickelt. Sie kann insbesondere nach Zernike-Polynomen entwickelt werden. Als Kennzahlen für die Abbildungsgüte können die Zernike-Koeffizienten dienen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird zur Bestimmung der Beleuchtungsverteilung ein Fehler-Reduzierungs-Algorithmus (Error-Reduction-Algorithmus), insbesondere ein iterativer Fehler-Reduzierungs-Algorithmus, ein Optimierungs-Algorithmus, insbesondere ein modaler Optimierungs-Algorithmus oder ein direktes Inversions-Verfahren, insbesondere ein algorithmisches oder ein Datenbank-gestütztes Inversions-Verfahren verwendet.
Je nach Bedarf kann zwischen diesen unterschiedlichen Verfahren und Algorithmen ein geeignetes ausgewählt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Erzeugung des Bildstapels eine Objektdiversifizierung oder eine Pupillendiversifizierung durchgeführt.
Dies ist auf besonders einfache Weise möglich. Die Vorteile ergeben sich aus den für das optische System beschriebenen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt die Aufnahme der Bilder in Defokuspositionen von mindestens einer Rayleigh-Länge mit einer Integrationszeit von höchstens 20 ms, insbesondere höchstens 10 ms, insbesondere höchstens 5 ms, insbesondere höchstens 2 ms, insbesondere höchstens 1 ms.
Aufgrund der derart kurzen Integrationszeit ist es möglich, innerhalb einer vorgegebenen Zeit zumindest einen Teil der Bilder des Fokusstapels mehrfach, insbesondere mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal aufzunehmen. Es ist insbesondere möglich, innerhalb einer vorgegebenen Zeit den gesamten Fokusstapel mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal aufzunehmen. Hierdurch kann die erzielbare Genauigkeit verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt die Aufnahme der Bilder des Fokusstapels mit einer Integrationszeit, welche bei zwei unterschiedlichen Defokuspositionen um höchstens einen Faktor 10 variiert. Es hat sich herausgestellt, dass dies aufgrund des verbesserten Strahlungstransfers, das heißt aufgrund der verbesserten Kameraausleuchtung und damit eines verbesserten Signal-Rausch-Verhaltens, möglich ist. Das Verhältnis der Integrationszeiten zweier interschiedlicher Bilder des Fokusstapels beträgt insbesondere höchstens 5, insbesondere höchstens 3, insbesondere höchstens 2, insbesondere höchstens 1,5, insbesondere höchstens 1,3, insbesondere höchstens 1,2, insbesondere höchstens 1,1. Es ist insbesondere möglich, Bilder in großen Defokuspositionen, insbesondere in Defokuspositionen von mindestens einer Rayleigh-Länge, insbesondere mindestens zwei Rayleigh-Längen, insbesondere mindestens drei Rayleigh-Längen, mit einer Integrationszeit aufzunehmen, welche um einen Faktor von höchstens 10, insbesondere von höchstens 5, insbesondere von höchstens 3, insbesondere von höchstens 2, insbesondere von höchstens 1,5, insbesondere von höchstens 1,3, insbesondere von höchstens 1,2, insbesondere von höchstens 1,1 größer ist als die Integrationszeit bei der Aufnahme des Bildes im besten Fokus.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Punktbildfunktion des optischen Systems positionsweise ermittelt. Sie kann insbesondere für eine einzige Feldposition, beispielsweise für die Feldposition der optischen Achse, oder für eine Auswahl verschiedener Feldposition ermittelt werden. Es ist insbesondere möglich, die Punktbildfunktion für eine Mehrzahl an Feldpositionen parallelisiert zu ermitteln. Hierfür ist insbesondere ein Testobjekt mit einer Ordnung einer Mehrzahl von abzubildenden Strukturen gemäß der vorhergehenden Beschreibung vorteilhaft.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, eine gemittelte Punktbildfunktion zu ermitteln. Es ist insbesondere vorgesehen, eine über die Größe der ausgedehnten Struktur gemittelte Punktbildfunktion zu ermitteln.
Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung eines optischen Systems,
2 eine schematische Darstellung einer Variante des optischen Systems gemäß 1,
3 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung eines weiteren optischen Systems,
4 eine Aufsicht auf eine abzubildende Struktur,
5 eine schematische Darstellung der Amplitudenverteilung des Bildes der Maske gemäß 4 in einer Fokusebene,
6 eine schematische Darstellung der Amplitudenverteilung des Bildes der Maske gemäß 4 in einer ersten Defokus-Position bei -1,5 Rayleighlängen,
7 eine schematische Darstellung der Amplitudenverteilung des Bildes der Maske gemäß 4 in einer ersten Defokus-Position bei -3 Rayleighlängen,
8 bis 10 schematische Darstellungen entsprechend den 5 bis 7 von Bildern einer weiteren abzubildenden Struktur,
11 bis 13 schematische Darstellungen entsprechend den 5 bis 7 von Bildern einer weiteren abzubildenden Struktur,
14 bis 16 schematische Darstellungen weiterer abzubildender Strukturen,
17 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung eines weiteren optischen Systems und
18 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung eines weiteren optischen Systems.
19 eine schematische Darstellung eines iterativen Algorithmus zur Ermittlung einer Pupillenfunktion,
20 eine schematische Darstellung eines modalen Algorithmus zur Bestimmung einer Pupillenfunktion,
21a bis 21f exemplarische Darstellungen einer Phasenmaske in unterschiedlichen Einschubpositionen in einer Pupillenebene,
22a bis f exemplarische Darstellungen der Bilder einer Punktquelle aufgenommen in einer intrafokalen Position, wobei die Bilder zu den unterschiedlichen Positionen der Phasenmaske in den 22a bis f korrespondieren,
23a bis f entsprechende Bilder aufgenommen aus einer extrafokalen Kameraposition,
24a bis f Darstellungen einer Pupillenmanipulationsmaske in Form eines Amplitudenspalts in unterschiedlichen Rotationsstellungen, und
25a bis f Darstellungen einer Pupillenmanipulationsmaske in Form eines Phasenspaltes in unterschiedlichen Rotationsstellungen.

Ein in 1 exemplarisch dargestelltes optisches System 1 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 2 mit einer Strahlungsquelle 3, eine Einrichtung 4 mit einer abzubildenden Struktur 5, ein abbildendes optisches System in Form einer Projektionsoptik 6 und eine Messeinrichtung 7 zur Aufnahme mindestens eines Bildes der abzubildenden Struktur 5.
In der 1 ist außerdem schematisch der Strahlengang der von der Strahlungsquelle 3 emittierten Beleuchtungsstrahlung 8 sowie eine optische Achse 9 des optischen Systems 1, insbesondere der Projektionsoptik 6, dargestellt.
Bei dem abbildenden optischen System handelt es sich insbesondere um eine Projektionsoptik 6 einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere für die Mikrolithographie. Die Projektionsoptik 6 kann katoptrisch, dioptrisch oder katadioptrisch ausgebildet sein.
Die Beleuchtungsstrahlung 8 kann im sichtbaren Wellenlängenbereich liegen. Sie kann auch im IR-, UV-, VUV-, DUV- oder EUV-Bereich liegen. Sie ist insbesondere monochromatisch. Sie kann jedoch auch polychromatisch sein. Wie später noch weiter ausgeführt wird, kann es sich um kohärente Beleuchtungsstrahlung 8 handeln. Es ist jedoch auch möglich, eine Strahlungsquelle 3, welche nur partiell kohärente oder inkohärente Beleuchtungsstrahlung 8 erzeugt, zu verwenden.
Die abzubildende Struktur 5 ist gemäß 1 in einer Objektebene 10 angeordnet. Sie ist zumindest in der Nähe einer Objektebene 10 angeordnet.
Die mindestens eine Messeinrichtung 7 ist in Richtung der optischen Achse 9 verlagerbar. Sie kann im Bereich einer Bildebene 11 angeordnet sein. Sie kann auch in einem intrafokalen Bereich 12 oder einem extrafokalen Bereich 13 angeordnet sein. Sie ist mit anderen Worten defokussierbar. In der 1 sind schematisch und exemplarisch jeweils drei intrafokale und drei extrafokale Anordnungen der Messeinrichtung 7 dargestellt, wobei benachbarte Anordnungen jeweils einen wechselseitigen Abstand von einer Rayleigh-Länge L_R aufweisen. Die Messeinrichtung 7 weist mit anderen Worten einen Defokusbereich 14 von ± 3 Rayleigh-Längen auf.
Alternativ zu einer einzigen Messeinrichtung 7 kann das optische System 1 wie exemplarisch in 2 dargestellt ist, einen Strahlteiler 15 und zwei Messeinrichtungen 7₁ , 7₂ aufweisen. Hierbei kann die erste Messeinrichtung 7₁ intrafokal im Strahlengang angeordnet sein. Die zweite Messeinrichtung 7₂ kann extrafokal im Strahlengang angeordnet sein. Die Messeinrichtungen 7₁ , 7₂ können jeweils in Richtung der optischen Achse 9 verlagerbar im Strahlengang angeordnet sein. Sie können auch ortsfest im Strahlengang angeordnet sein. Eine Ausführungsform mit mehreren Messeinrichtungen 7_i ermöglicht die gleichzeitige Aufnahme mehrerer Bilder der abzubildenden Struktur 5, insbesondere in unterschiedlichen Defokus-Positionen. Hierdurch kann insbesondere die Geschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht werden.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Defokussierbarkeit der mindestens einen Messeinrichtung 7 kann, wie schematisch in 3 dargestellt ist, auch die abzubildende Struktur 5 in Richtung der optischen Achse 9 verlagerbar sein. Hierzu umfasst die Einrichtung 4 eine Verlagerungs- und/oder Wechsel-Einheit 16. Mit Hilfe der Verlagerungs- und/oder Wechsel-Einheit 16 kann die abzubildende Struktur 5 im Strahlengang des optischen Systems 1 angeordnet werden. Mit Hilfe der Verlagerungs- und/oder Wechsel-Einheit 16 ist die abzubildende Struktur 5 insbesondere verlagerbar und/oder auswechselbar.
Auch beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 kann ein Strahlteiler 15 vorgesehen sein.
Es ist auch möglich, sowohl die abzubildende Struktur 5 als auch die mindestens eine Messeinrichtung 7 in Richtung der optischen Achse 9 verlagerbar auszubilden.
Allgemein ist insbesondere der Abstand zwischen der abzubildenden Struktur 5 und der mindestens einen Messeinrichtung 7 in Richtung der optischen Achse 9 variierbar.
Die Beleuchtungseinrichtung 2 kann zusätzlich zur Strahlungsquelle 3 weitere Bauelemente umfassen. Hierbei kann es sich insbesondere um optische Elemente, beispielsweise einen Kollektor, ein Fokussier-Element oder Blenden, handeln. Es kann sich auch um Steuer-Elemente zur Steuerung, insbesondere Aktivierung, der Strahlungsquelle 3 handeln.
Im Folgenden wird die Einrichtung 4 näher beschrieben. Bei der Einrichtung 4 handelt es sich insbesondere um eine Einrichtung zur Bestimmung der Punktbildfunktion (PSF) und/oder der Abbildungsgüte des optischen Systems 1, insbesondere der Projektionsoptik 6. Die Einrichtung 4 umfasst insbesondere ein Testobjekt 17 mit der abzubildenden Struktur 5. Die abzubildende Struktur 5 wird nachfolgend noch näher beschrieben. Die abzubildende Struktur 5 der Einrichtung 4 ist an das zu vermessende optische System 1, insbesondere die Projektionsoptik 6, angepasst. Die abzubildende Struktur 5 ist insbesondere an die Wellenlänge der von der Strahlungsquelle 3 emittierten Beleuchtungsstrahlung 8 und an die numerische Apertur der Projektionsoptik 6 angepasst. Ein Parameter des optischen Systems 1, insbesondere einer Projektionsoptik 6, welcher für die Ausleuchtung der Pupille desselben besonders relevant ist, ist der Airy-Durchmesser d_Airy. Um die gesamte Wellenfront des Systems zu erfassen, ist es wünschenswert, die Pupille vollständig auszuleuchten. Der Airy-Durchmesser d_Airy hängt von der Wellenlänge der von der Strahlungsquelle 3 emittierten Beleuchtungsstrahlung ab, dem Brechungsindex des umgebenden Mediums sowie der numerischen Apertur, insbesondere der objektseitigen numerischen Apertur, ab. Im Falle eines klassischen Phase Retrievals wird als abzubildende Struktur üblicherweise ein Nadelloch (Pinhole) verwendet. Für eine vollständige Ausleuchtung der Pupille weist dieses Nadelloch einen Durchmesser von weniger als 0,4 d_Airy auf. Dies führt dazu, dass die Lichtleistung beziehungsweise der Gesamttransfer der Abbildungsstrahlung durch dieses Nadelloch sehr gering ist.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich die abzubildende Struktur 5 wesentlich verbessern lässt, indem sie derart ausgebildet ist, dass sie einerseits mit der verwendeten Beleuchtungsstrahlung 8 zu einer vollständigen Ausleuchtung der Pupille des optischen Systems 1, insbesondere der Projektionsoptik 6, führt, sie zum anderen zu einem Gesamttransfer der Abbildungsstrahlung führt, welcher mindestens doppelt so groß ist, wie der Strahlungstransfer eines Nadellochs mit dem Airy-Durchmesser d_Airy. Vorzugsweise ist die abzubildende Struktur 5 derart ausgebildet, dass der Gesamttransfer mindestens dreimal, insbesondere mindestens fünfmal, insbesondere mindestens zehnmal, insbesondere mindestens zwanzigmal, insbesondere mindestens fünfzigmal, insbesondere mindestens einhundertmal, insbesondere mindestens zweihundertmal, insbesondere mindestens fünfhundertmal, insbesondere mindestens eintausendmal so groß ist wie der Strahlungstransfer einer kreisförmigen Struktur mit dem Airy-Durchmesser d_Airy.
Bei der in 4 dargestellten abzubildenden Struktur 5 handelt es sich um eine Amplitudenstruktur, welche auch als Amplitudenmaske bezeichnet wird. Es handelt sich insbesondere um eine strukturierte Blende, das heißt eine Null-Eins-Transmissionsmaske. Es handelt sich insbesondere um eine binäre Maske. Hierbei muss die Minimaltransmission nicht zwingend gleich 0 sein. Es kann auch, beispielsweise im Falle einer Chrommaske, eine Resttransmission geben. Die Minimaltransmission kann beispielsweise bis zu 5 %, bis zu 2 % oder bis zu 1 % der Maximaltransmission betragen.
Im Folgenden wird das Testobjekt 17 näher beschrieben. Bei dem Testobjekt 17 handelt es sich insbesondere um eine Maske. Das Testobjekt 17 umfasst die abzubildende Struktur 5. Die abzubildende Struktur 5 ihrerseits umfasst eine Mehrzahl von abzubildenden Struktur-Elementen 18. Sie kann auch aus den Struktur-Elementen 18 bestehen.
Die abzubildende Struktur 5 weist insbesondere eine Vielzahl von Struktur-Elementen 18 auf. Diese sind nicht notwendigerweise unzusammenhängend ausgebildet. Sie können jedoch unzusammenhängend ausgebildet sein. Sie können insbesondere jeweils paarweise separat, das heißt unzusammenhängend, ausgebildet sein. Sie können auch überlappend angeordnet sein.
Die Struktur-Elemente 18 sind balken- oder schlitzförmig ausgebildet. Dies führt insbesondere zu einer verbesserten Sensitivität in Bezug auf Abberationen, insbesondere im Hinblick auf Richtungen senkrecht zu den jeweiligen Längsrichtungen der Struktur-Elemente 18.
Die Struktur-Elemente 18 weisen jeweils Abmessungen auf, welche, lokal betrachtet, in mindestens einer Richtung kleiner sind als der Airy-Durchmesser d_Airy, insbesondere kleiner als 0,5 d_Airy, insbesondere kleiner als 0,4 d_Airy, des optischen Systems 1, insbesondere der Projektionsoptik 6.
In einer Richtung senkrecht hierzu weisen die Struktur-Elemente 18 jeweils größere Abmessungen auf. Sie weisen jeweils lokal betrachtet in mindestens einer Richtung Abmessungen auf, welche größer sind als der Airy-Durchmesser d_Airy, insbesondere größer als 2 d_Airy, insbesondere größer als 3 d_Airy, insbesondere größer als 5 d_Airy, insbesondere größer als 10 d_Airy des optischen Systems 1.
Die Struktur-Elemente 18 weisen insbesondere jeweils Abmessungen auf, welche in einer ersten Richtung kleiner sind als 0,5 µm, insbesondere kleiner als 0,3 µm, insbesondere kleiner als 0,1 µm. Sie weisen jeweils in Richtung senkrecht hierzu Abmessungen auf, welche im Bereich von 2 µm bis 5 µm liegen.
Die lokal betrachtet jeweils größte Ausdehnung der Struktur-Elemente 18 ist vorzugsweise höchstens so groß wie der Durchmesser des Isoplanasiegebiets, insbesondere eines Bereichs, in welchem sich die Punktbildfunktion des optischen Systems 1 um höchstens 5%, insbesondere höchstens 2% ändert.
Die Struktur-Elemente 18 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass die abzubildende Struktur 5 acht Symmetrieachsen 50 aufweist.
Die Struktur-Elemente 18 sind allgemein insbesondere derart angeordnet, dass die abzubildende Struktur 5 mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens sechs, insbesondere mindestens acht Symmetrieachsen 50 aufweist. Vorzugsweise stehen mindestens zwei der Symmetrieachsen 50 senkrecht aufeinander. Die abzubildende Struktur 5 weist somit vorzugsweise eine Punktsymmetrie auf. Sie weist vorzugsweise eine Rotationssymmetrie mit gerader Ordnung auf. Sie weist insbesondere eine Rotationssymmetrie mit einer Ordnung von mindestens zwei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens sechs, insbesondere mindestens acht auf.
Die Struktur-Elemente 18 sind insbesondere derart ausgebildet und angeordnet, dass die abzubildende Struktur 5 keine asymmetrischen Bildfehler induziert.
Die Struktur-Elemente 18 sind insbesondere derart ausgebildet und angeordnet, dass die abzubildende Struktur 5, insbesondere im Falle einer symmetrischen Beleuchtung, keinen Koma-Fehler erzeugt.
Die Symmetrieeigenschaften der abzubildenden Struktur 5 führen dazu, dass zumindest die Orthogonalität der Zernike-Polynome identischer Art bzw. Ordnung, beispielsweise C7 und C8, C5 und C6 oder C10 und C11, erhalten bleibt. Die abzubildende Struktur 5 kann insbesondere derart angeordnet werden, dass sie Spiegelsymmetrien zu vorgegebenen x- und y-Achsen aufweist. Hierdurch kann die Zernike-Orthogonalität niedrigster Ordnung gesichert werden.
Aufgrund der Auslegung der Struktur-Elemente 18 verstärken die abzubildenden Strukturen 5 die Wirkung asymmetrischer Abberationen, wodurch diese in einem Phase-Retrieval eindeutiger retrievelt werden können.
Außerdem werden bei ausgedehnten Strukturen 5 mit den oben beschriebenen Symmetrieeigenschaften geringere Phasenfehler (rigorose Effekte) induziert als bei asymmetrischen Strukturen.
Bei der in 4 dargestellten Struktur 5 verlaufen sämtliche Struktur-Elemente 18 ausgehend von einem Zentrum 51 jeweils in Radialrichtung. Dies hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Bei dem Testobjekt 17 handelt es sich insbesondere um eine Maske. Es kann sich insbesondere um eine Absorptions- oder eine Transmissionsmaske handeln. Es kann sich auch um eine Phasenmaske, insbesondere um eine sogenannte Halbtonphasenmaske (Attenuated Phase Shift Mask; APSM) handeln.
Die Maske kann insbesondere Bestandteile aus Chrom, Molybdän, Silizium oder Verbindungen mit diesen Elementen aufweisen. Sie kann insbesondere auch Anteile aus Glas aufweisen.
Die Maske kann insbesondere eine absorbierende Schicht mit einer Dicke im Bereich von 10 nm bis 1 µm, insbesondere im Bereich von weniger als 500 nm, insbesondere weniger als 300 nm, insbesondere weniger als 200 nm, insbesondere weniger als 100 nm aufweisen.
In den 5 bis 7 sind exemplarisch Bilder der abzubildenden Struktur 5 des Testobjekts 17 gemäß 4 dargestellt. In 5 ist hierbei ein Bild der abzubildenden Struktur 5 in der besten Fokusposition dargestellt. 6 zeigt ein Bild der abzubildenden Struktur 5 in einer Defokus-Position von - 1,5 Rayleigh-Längen. 7 zeigt ein Bild der abzubildenden Struktur 5 in einer Defokus-Position von -3 Rayleigh-Längen.
Aufgrund der Ausdehnung der abzubildenden Struktur 5 kommt es zu einem wesentlich größeren Gesamttransfer, insbesondere zu einer wesentlich größeren Intensität der Bilder. Dies macht sich insbesondere bei zunehmendem Defokus positiv bemerkbar. Dies führt dazu, dass speziell im Bereich der größeren Defokus-Positionen die Belichtungszeitdauer, insbesondere die Integrationszeit zur Aufnahme eines Bildes des Fokusstapels, um bis zu eine Größenordnung reduziert werden kann. Hierdurch wird es insbesondere möglich, mit den erfindungsgemäßen abzubildenden Strukturen 5 einen Fokusstapel aufzunehmen, wobei die Integrationszeit über den gesamten Fokusstapel im Wesentlichen konstant ist. Die Integrationszeit kann insbesondere über dem gesamten Fokusstapel bei weniger als 20 ms, insbesondere weniger als 10 ms, insbesondere weniger als 5 ms, insbesondere weniger als 2 ms und insbesondere weniger als 1 ms liegen.
Außerdem führt die Ausdehnung der abzubildenden Struktur 5 zu einer erheblichen Reduzierung der Gesamtmessdauer. Dies kann bei Bedarf dafür genutzt werden, die Messungen mindestens einmal, insbesondere mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal oder häufiger zu wiederholen. Hierdurch kann die Genauigkeit der Messungen weiter erhöht werden.
In den 8 bis 10 sind Bilder im Fokus (8), in einer Defokus-Position von -1,5 Rayleigh-Längen (9) und in einer Defokus-Position von -3 Rayleigh-Längen (10) einer alternativen abzubildenden Struktur 5 dargestellt.
Dem Bild im Fokus (8) ist die Ausbildung und Anordnung der Struktur-Elemente 18 dieser abzubildenden Struktur 5 entnehmbar. Bei dieser Struktur 5 sind jeweils zwei balken- oder schlitzförmige Struktur-Elemente 18 überlappend angeordnet. Sie bilden jeweils kreuzförmige Elemente. Außerdem ist im Zentrum 51 ein Pinhole angeordnet. Die Struktur 5 weist insbesondere ein zentrales Pinhole, welches von sechs kreuzförmigen Struktur-Elementen 18 umgeben ist, auf. Die kreuzförmigen Struktur-Elemente 18 sind insbesondere gleichmäßig um das Pinhole herum angeordnet. Die kreuzförmigen Struktur-Elemente 18 sind insbesondere derart angeordnet, dass ihr Zentrum, das heißt der Kreuzungspunkt der beiden balken- oder schlitzförmigen Struktur-Elemente 18, auf einem Kreis mit einem Durchmesser von etwa 6 µm liegt.
Die balken- oder schlitzförmigen Struktur-Elemente 18 weisen eine Orientierung relativ zu einer vorgegebenen Achse, insbesondere einer in der Figur horizontal verlaufenden Achse, von n . 30° auf, wobei n eine beliebige natürliche Zahl ist. Die abzubildende Struktur 5 weist in diesem Fall sechs Symmetrieachsen auf. Sie weist eine sechszählige Drehsymmetrie auf.
In den 11 bis 13 sind exemplarisch drei weitere Bilder im Fokus (11), bei -1,4 Rayleigh-Längen (12) und bei -3 Rayleigh-Längen 13) einer weiteren Struktur 5 dargestellt. Bei dieser Struktur 5 bilden die Struktur-Elemente 18 jeweils Winkel, insbesondere stumpfe Winkel. Die Struktur 5 umfasst insbesondere vier Winkel, welche um ein im Zentrum 51 angeordnetes Pinhole herum angeordnet sind. Die Winkel sind insbesondere auf einem Kreis mit einem Durchmesser von etwa 3 µm angeordnet. Diese Struktur 5 weist vier Symmetrieachsen auf. Insgesamt hat die Struktur 5 eine ringförmige Gestalt. Sie weist jedoch eine diskrete, zweizählige Drehsymmetrie auf.
In der 14 ist eine weitere Alternative der abzubildenden Struktur 5 dargestellt. Bei dieser Alternative umfasst die Struktur 5 vier sternförmige Struktur-Elemente 18, welche um ein Pinhole im Zentrum 51 herum angeordnet sind. Die sternförmigen Elemente werden jeweils durch drei im Winkel von 120° zueinander angeordnete, balken- oder schlitzförmige Struktur-Elemente 18 gebildet. Die Anordnung der inneren zwei Struktur-Elemente 18 entspricht der jener Struktur, welche die Grundlage für das Bild gemäß 11 bildete.
In 15 ist eine weitere Alternative einer Struktur 5 dargestellt. Diese Alternative entspricht im Wesentlichen der Alternative gemäß 14, wobei die sternförmigen Elemente jeweils umgedreht wurden, so dass ihr in Radialrichtung verlaufender Schenkel nach außen, das heißt vom Zentrum 51 weg, zeigt.
In der 16 ist eine weitere Alternative einer abzubildenden Struktur 5 dargestellt. Gemäß dieser Alternative umfasst die Struktur 5 acht sternförmige Struktur-Elemente 18, welche um ein zentrales Pinhole herum angeordnet sind. Die sternförmigen Elemente sind insbesondere auf einem Kreis mit einem Durchmesser im Bereich von 4 µm bis 6 µm angeordnet. Es handelt sich um fünfzackige Sterne. Hierbei weist jeweils ein Zacken jedes Sterns radial zum Zentrum 51. Die Struktur gemäß 16 weist acht Symmetrieachsen auf.
Im Folgenden werden weitere vorteilhafte Eigenschaften des Testobjekts 17, insbesondere der abzubildenden Struktur 5, beschrieben. Sie gelten allgemein unabhängig von der konkreten Ausformung der abzubildenden Struktur 5.
Auch wenn dies in den Figuren nicht dargestellt ist, kann vorgesehen sein, dass die abzubildende Struktur 5 zusätzlich zu den achsensymmetrisch ausgebildeten und angeordneten Struktur-Elementen 18 zusätzliche Struktur-Elemente aufweist, welche symmetriebrechend wirken. Derartige zusätzliche Struktur-Elemente können insbesondere pinholeartig ausgebildet sein.
Die abzubildende Struktur 5 ist kompakt ausgebildet. Sie weist insbesondere einen Umkreis 52 mit einem Durchmesser d_U von höchstens 30 µm, insbesondere höchstens 20 µm, insbesondere höchstens 15 µm, insbesondere höchstens 10 µm, insbesondere höchstens 5 µm, insbesondere höchstens 3 µm auf. Eine derartig kompkate Ausbildung der abzubildenden Struktur 5 ermöglicht es, die Punktbildfunktion einer einzelnen Feldposition, zum Beispiel der optischen Achse, oder eines Sets verschiedener Feldpositionen zu vermessen. Zur Vermessung einer Mehrzahl verschiedener Feldpositionen kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, eine Mehrzahl abzubildender Strukturen 5 auf dem Testobjekt 17 anzuordnen. Dies ermöglicht eine parallelisierte, das heißt gleichzeitige, Vermessung mehrerer Feldpositionen.
Die einzelnen Strukturen 5 können hierbei arrayartig oder matrixartig angeordnet sein. Sie können insbesondere in einem Raster von Zeilen und Spalten angeordnet sein. Es muss sich jedoch nicht um ein kartesisches Raster, insbesondere nicht um eine kartesische Anordnung handeln.
Die einzelnen Strukturen 5 der Anordnung können jeweils identisch sein. Sie können auch unterschiedlich ausgebildet sein.
Die Strukturen 5 des Testobjekts 17 sind insbesondere derart angeordnet, dass benachbarte Strukturen 5 einen Mindestabstand aufweisen, welcher insbesondere mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal, insbesondere mindestens fünfmal, insbesondere mindestens zehnmal so groß ist wie der jeweils größte Durchmesser des Umkreises d_U dieser Strukturen 5. Die Strukturen 5 weisen insbesondere einen Mindestabstand auf, welcher sicherstellt, dass ihre Bilder in den maximalen Defokus-Positionen nicht überlappen.
Gemäß einer Alternative ist vorgesehen, die Struktur 5 feldfüllend auszubilden. Eine derartige Struktur 5 ermöglicht es, eine über die Größe der Struktur 5, insbesondere über eine vorgegebene Feldbreite, gemittelte Punktbildfunktion zu vermessen.
Allgemein hat es sich erwiesen, dass die genauen Größen der Strukturen 5 auf einfache Weise im Fokus bestimmt werden können. Die Tatsache, dass mehr Parameter für die Objektbeschreibung benötigt werden, führt nicht zu entscheidenden Nachteilen.
Prinzipiell ist es auch möglich, die balken- oder schlitzförmigen Struktur-Elemente 18 durch eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Nadellöcher (Pinholes) auszubilden. Die Angaben zu der lokal betrachteten größeren Abmessung der Struktur-Elemente 18 beziehen sich in diesem Fall auf die Abmessungen der Einhüllenden der Nadellöcher, welche das jeweilige Struktur-Element 18 bilden.
Das Testobjekt 17 mit der abzubildenden Struktur 5 kann als Transmissionsmaske ausgebildet sein. Es ist jedoch ebenso möglich, das Testobjekt 17 als Reflexionsmaske auszubilden. In diesem Fall sind die Struktur-Elemente 18 strahlungsreflektierend ausgebildet.
Die Wellenlänge der Strahlungsquelle 3 stellt im Wesentlichen einen Skalierungsfaktor für die Ausbildung der abzubildenden Struktur 5 dar. Insbesondere die lokal betrachtet jeweils kleinste Abmessung der abzubildenden Struktur 5 skaliert linear mit der Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 8.
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass eine ausreichende Ausleuchtung hoher Ortsfrequenzen in der Pupille nicht nur mit Amplitudenmasken, sondem auch durch Phasenstrukturen erreichbar ist. Es ist insbesondere möglich, eine Phasenstrukturierung so zu erzeugen, dass eine weitestgehend beliebige Pupillenausleuchtung generiert werden kann. Hierbei kann als Nebenbedingung eine Abstufung der Phasenstufen und/oder deren Dimensionierung angesetzt werden.
Um den Lichtfluss lateral zu beschränken, um Feldmessungen durchführbar zu machen beziehungsweise um nur das Isoplanasiegebiet der Projektionsoptik 6 zu beleuchten, ist es möglich, die Phasenstrukturierung in eine Öffnung, insbesondere eine kreisförmige Öffnung, oder eine andere Amplitudenstruktur einzubetten. Diese Amplitudenstruktur hat jedoch keine pupillenstrukturierende Funktion.
Eine weitere Alternative besteht darin, die abzubildende Struktur 5 als kombinierte Amplituden-Phasenmaske auszubilden. Derartige Masken werden auch als gemischte oder komplexe Masken bezeichnet. Durch die Kombination von Amplituden- und Phasenstrukturen ergeben sich mehr Freiheitsgrade für die Optimierung dieser Strukturen. Die abzubildenden Strukturen 5 werden insbesondere dahingehend optimiert, dass sie zu einem möglichst hohen Gesamttransfer der Beleuchtungsstrahlung 8 führen und gleichzeitig die Pupille genügend strukturiert ausleuchten. Als Gütekriterium für die Beleuchtung der Pupille kann die gewichtete Korrelation der Zernike-Polynome auf der Pupille eingesetzt werden. Ziel der Ausleuchtung ist es, dass die Zernike-Polynome Zi, Zj mit der Ausleuchtung Pup als Gewichtsfunktion bis zu einer vorgegebenen Ordnung N möglichst unkorreliert sind. Es gilt insbesondere: Kor(Pup*Zi,Pup*Zj)| < 0,5 i, j aus {1,...,N}; insbesondere N ≥ 16, insbesondere N ≥ 25, insbesondere N ≥ 36.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Bestimmung der Abbildungsgüte des optischen Systems 1 beschrieben. Zur Bestimmung der Abbildungsgüte des optischen Systems 1 wird die abzubildende Struktur 5 mit Hilfe der Verlagerungs- und/oder Wechseleinheit 16 in den objektseitigen Fokus der Projektionsoptik 6 gestellt. Sie wird insbesondere in oder in der Nähe der Objektebene 10 angeordnet. Sodann wird mittels der Messeinrichtung 7 ein Defokus-Bildstapel aufgenommen. Der Defokus-Bildstapel wird vereinfachend auch lediglich als Bildstapel oder Fokusstapel bezeichnet. Die Bilder des Bildstapels sind vorzugsweise aus einem Defokus-Bereich von ± 3 Rayleigh-Längen. Der Defokus-Bildstapel umfasst insbesondere mindestens zwei Bilder mit unterschiedlichen Defokus-Positionen. Er kann auch drei, vier, fünf, sechs oder mehr Bilder, insbesondere aus jeweils unterschiedlichen Defokus-Positionen, umfassen. Vorzugsweise umfasst der Defokus-Bildstapel mindestens ein intrafokales und mindestens ein extrafokales Bild.
Der Defokus-Bildstapel kann durch eine Verlagerung der Messeinrichtung 7 in Richtung der optischen Achse 9 erreicht werden. Er kann, wie bereits beschrieben, auch durch eine Verlagerung der abzubildenden Struktur 5 in Richtung der optischen Achse 9 erzeugt werden. Die Art, wie der Defokus-Bildstapel erzeugt wird, muss in der späteren Auswertung berücksichtigt werden.
Der Defokus-Bildstapel wird sodann genutzt, um auf die Phasenverteilung in der Pupille zurückzuschließen. Hierfür kann insbesondere eines der folgenden Verfahren vorgesehen sein: ein Fehler-Reduzierungs-Verfahren (Error-Reduction-Algorithmus, auch IFTA oder Gerchberg-Saxton-Algorithmus genannt), ein Optimierungsverfahren oder ein direktes Inversionsverfahren. Jeder dieser Algorithmentypen hat verschiedene Voraussetzungen für seine Anwendbarkeit und verschiedene Limitierungen. Je nach Bedarf kann der jeweils geeignetste Algorithmus gewählt werden.
Im Folgenden werden einige Details dieser Verfahren näher beschrieben.
Bei dem Fehler-Reduzierungs-Verfahren handelt es sich um einen iterativen Prozess (siehe 19). Zunächst wird eine initiale Pupillenfunktion 20 und ein initialer E-Feld-Stack 21 vorgegeben. Bei dem weiteren Prozess wird abwechselnd zwischen Pupille und verschiedenen Ebenen des Bildraums hin- und hertransferiert. Innerhalb des entsprechenden Raums, Pupille- beziehungsweise Bildraum, wird dann jeweils eine Ersetzung der transferierten Daten mit den bekannten Messdaten beziehungsweise Designdaten durchgeführt. Konvergiert der Algorithmus, so erzeugt die retrievalte Pupillenfunktion die Intensitätsstaffel der Messung.
Zu den einzelnen Schritten:

In einer iterativen Schleife 22 wird eine Pupillenfunktion 23 in einem ersten Transferschritt 24 in einen erweiterten E-Feld-Stack 25 transferiert. Als Transferfunktion dient H^Pupil_Image, die optische Transferfunktion zwischen der Pupille der Projektionsoptik 6 und dem Bildraum.

Sodann werden die errechneten Feldamplituden in einem ersten Ersetzungsschritt 26 mit den gemessenen ersetzt. Der erste Ersetzungsschritt 26 wird zum Teil auch mit der Funktion R bezeichnet.
Nach dem ersten Ersetzungsschritt 26 liegt ein E-Feld-Stack 27 vor, welcher in einem zweiten Transferschritt 28 in eine erweiterte Pupillenfunktion 29 transferiert wird. Als zweite Transferfunktion dient die Inverse der optischen Transferfunktion zwischen der Pupille der Projektionsoptik 6 und dem Bildraum, (H^Pupil_Image)^-1. Eine Voraussetzung für die Anwendung des Fehler-Reduzierungs-Algorithmus ist daher, dass die inverse Funktion zu H^Pupil_Image bekannt ist.
In einem Beschneidungsschritt 30, welcher auch mit einer Funktion T bezeichnet wird, wird sodann die erweiterte Pupillenfunktion 29 auf der Pupillenberandung beschnitten, das heißt an die Randbedingungen angepasst.
Es gibt unterschiedliche Varianten derartiger Fehler-Reduzierungs-Algorithmen, welche sich darin unterscheiden, wie die Funktionen T und R für die Ersetzung der errechneten Feldamplituden mit den gemessenen einerseits und die Beschneidung der Pupillenfunktion auf der Pupillenberandung andererseits aufgebaut sind. Die Ersetzungen beziehungsweise Beschneidungen können so durchgeführt werden, dass die Feldamplituden beziehungsweise die Pupillenberandung vollständig mit dem Soll-Zustand übereinstimmt. In verschiedenen Hybrid-Varianten werden die Ersetzungen jedoch nicht vollständig gemacht, sondern es findet eine Vermittlung zwischen den erweiterten Größen und den Mess-Zuständen statt.
Der Algorithmus wird gestoppt, entweder wenn genügend viele Iterationen durchgeführt wurden, oder wenn die Einflüsse der Funktionen T und R verschwinden, das heißt bei Erreichen eines bestimmten Konvergenz-Kriteriums.
Das Ergebnis ist ein pixelweise aufgelöstes E-Feld.
Der Fehler-Reduzierungs-Algorithmus bietet sich insbesondere im Falle einer kohärenten Beleuchtung an. In einem derartigen Fall entspricht bei paraxialer Näherung die optische Transferfunktion H^Pupil_Image einer gegebenenfalls skalierten Fourier-Transformation. Die inverse Funktion, (H^Pupil_Image)^-1, entspricht entspricht dann einer inversen gegebenenfalls skalierten Fourier-Transformation.
Eine weitere Voraussetzung für die Anwendbarkeit des Fehler-Reduzierungs-Algorithmus ist, dass weder die System-Pupille noch das Spektrum des Objekts Nullstellen hat. Anderenfalls ist die Phase an diesen Stellen nicht bestimmbar.
Im Falle einer inkohärenten Beleuchtung wird eine Entfaltung (Deconvolution) benötigt.
Als Optimierungsverfahren kommen beispielsweise ein Least-Square-Fit, ein Levenberg-Marquardt-Verfahren, eine Simplex-Methode oder ähnliche Verfahren in Frage. Es handelt sich insbesondere um ein modales Optimierungsverfahren. Ein solches beruht auf einem parametrisierbaren Modell für die gesuchte Größe, im vorliegenden Fall insbesondere für die Systemabberationen. Sodann wird ein Optimierungsalgorithmus benutzt, um die Parameter zu bestimmen, die das System am besten beschreiben. Mit anderen Worten muss die Pupillenfunktion parametrisiert werden. Zur Parametrisierung der Pupillenfunktion kann beispielsweise die Phasenverteilung in der Pupille in Zernike-Polynome zerlegt werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 20 ein modales Verfahren zur Bestimmung der Pupillenfunktion beschrieben. Ausgehend von der Bereitstellung eines initialen Parametervektors 31 wird in einem ersten Modellierungsschritt 32 eine Modellbeschreibung 33 der Projektionsoptik 6 entwickelt. Auf die Modellbeschreibung 33 wird in einem Transferschritt 34 die optische Transferfunktion, H^Pupil_Image, angewendet, um einen simulierten Bildstapel 35 zu erzeugen.
In einem darauffolgenden Vergleichsschritt 36 wird der simulierte Bildstapel mit dem von der Messeinrichtung 7 aufgenommenen Bildstapel verglichen, um den Parametervektor 37 zu verbessern. Dieser wird in einem nachfolgenden Modellierungsschritt 38 zur Verfeinerung der Modellbeschreibung 33 verwendet.
Beim Vergleichsschritt 36 wird auch die Merit- oder Zielfunktion des Optimierungsalgorithmus gebildet. Der Optimierungsalgorithmus wird solange fortgesetzt, bis die Meritfunktion einen vorgegebenen Wert erreicht, das heißt solange, bis der simulierte Bildstapel 35 dem tatsächlich aufgenommenen ähnlich genug ist.
Eine Voraussetzung für ein derartiges modales Verfahren ist, dass sich das gewünschte Feld mit einem parametrisierten Modell beschreiben lässt.
Bei einem direkten Inversionsverfahren ist das Ziel, direkt aus der Messung auf das Ergebnis zu schließen. Hierfür gibt es insbesondere die folgenden zwei Möglichkeiten: algorithmische Lösungen und Datenbanklösungen.
Bei algorithmischen Lösungen existiert ein Algorithmus, um direkt, nicht iterativ, das gewünschte Feld oder die gewünschten Parameter aus den mittels der Messeinrichtung 7 aufgenommenen Bildstapeln zu errechnen. Als Beispiel für einen solchen Algorithmus dient beispielsweise der Extended Nijboer Zernike-Algorithmus. Dieser ist insbesondere im Falle einer im Wesentlichen punktförmigen Strahlungsquelle 3 nützlich.
Bei den Datenbanklösungen wird eine Vielzahl von Parameterkombinationen vorwärts simuliert und die sich ergebenden Bilder zusammen mit den zugrundeliegenden Parametersätzen in einer Datenbank abgespeichert. Die Daten können noch algorithmisch, insbesondere mit einer Principle Component Analysis, komprimiert werden. Bei einer anschließend durchgeführten Messung wird nun ein Vergleich mit dieser Datenbank durchgeführt und der Parametervektor genutzt, der den Bildstapel erzeugt, der dem tatsächlich gemessenen am nächsten liegt bzw. es wird eine Interpolation der Parametervektoren der am nächsten liegenden Lösungen gemacht. Die Güte der Parameterschätzung korreliert direkt mit der Dichte der simulierten Parametersätze.
Bei sämtlichen der vorher beschriebenen Verfahren kann die Phasenverteilung in der Pupille bei Bedarf nach den gesuchten Bildfehlern, beispielsweise nach Zernike-Polynomen, entwickelt werden, wobei die genaue Kenntnis über die Eigenschaften der abzubildenden Struktur 5 verwendet werden. Die Pupillenfunktion, das heißt die Strahlungsverteilung in der Pupille, ergibt sich aus dem Spektrum der abzubildenden Struktur 5 und der Systemtransferfunktion.
Außerdem ist es für die Extraktion der Bildfehler vorteilhaft, wenn diese aus der Pupillenphasenfläche eindeutig extrahierbar sind. Dies wird durch das spezielle Design der abzubildenden Struktur 5 sichergestellt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 17 eine weitere Alternative des optischen Systems 1 beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst das optische System 1 eine Beleuchtungseinrichtung 2 mit einer Strahlungsquelle 3 zur Erzeugung von Beleuchtungsstrahlung 8. Das optische System 1 umfasst weiterhin die abzubildende Struktur 5, die Projektionsoptik 6 und die Messeinrichtung 7. Exemplarisch ist in der 24 eine intrafokale Bildposition 39 und eine extrafokale Bildposition 40 dargestellt.
Wie bereits geschildert, ist es beim klassischen Phase Retrieval nötig, einen Defokus-Stapel der abzubildenden Struktur 5 aufzunehmen. Hierbei ist ein Defokusbereich von mindestens ± 3 Rayleigh-Längen um die Bildebene 11 herum empfehlenswert, um genügend Informationen über die Pupillenfunktion zu gewinnen. Die Maximal-Intensität innerhalb der Kaustik fällt aber quadratisch mit dem Abstand zum Fokus. Daher ist in den stark intrafokalen und extrafokalen Bereichen mit einem erhöhten Rauschen zu rechnen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Diversifizierung nicht ausschließlich über einen Defokus zu realisieren ist. Vielmehr ist jede Manipulation innerhalb der Pupillenfunktion, welche die einzelnen Teile der Pupille, das heißt die Frequenzen im Ortsraum, variiert, eine potenzielle Diversifizierung. Vorteilhaft sind solche Diversifizierungen, welche die Pupillenfunktion möglichst breitbandig variieren.
Als Mittel zur Variierung der Beleuchtungsverteilung in der Pupille der Projektionsoptik 6 umfasst das optische System 1 gemäß 17 eine Pupillenmanipulationsmaske 41. Die Pupillenmanipulationsmaske 41 ist als Phasenmaske, Amplitudenmaske oder kombinierte Phasen-AmplitudenMaske ausgebildet.
Die Pupillenmanipulationsmaske 41 ist mittels einer Verlagerungs- und/oder Wechseleinheit 42 in einer Pupillenebene 43 der Projektionsoptik 6 oder in der Nähe dieser Pupillenebene 43 angeordnet.
Mittels der Verlagerungs- und/oder Wechseleinheit 42 kann die Pupillenmanipulationsmaske 41 verlagert und/oder ausgewechselt werden. Sie ist insbesondere linear, insbesondere in Richtung senkrecht zur optischen Achse 9, verschiebbar und/oder um die optische Achse 9 rotierbar.
Mit Hilfe der Pupillenmanipulationsmaske 41 ist mit anderen Worten eine Pupillendiversifizierung möglich. Ein wesentlicher Vorteil einer derartigen Pupillendiversifizierung ist, dass ein schnelles Retrieval durchführbar ist, ohne dass eine Defokussierung der Messeinrichtung 7 oder der abzubildenden Struktur 5 notwendig ist. Benötigt wird hierfür lediglich ein physischer Zugang zu der Pupillenebene der Projektionsoptik 6.
Ein weiterer Vorteil der Pupillendiversifizierung ist, dass sie sowohl für kohärente als auch für inkohärente Beleuchtung ohne Genauigkeitsverlust durchführbar ist. Hierdurch wird es möglich, im Falle einer nicht kohärenten Beleuchtung, das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich zu verbessern.
Als Pupillenmanipulationsmaske 41 eignet sich insbesondere eine Phasenmaske. Eine derartige Phasenmaske ändert den Gesamtstrahlungstransfer des optischen Systems 1 nicht. Eine derartige Phasenmaske ist stets invertierbar. Die Phasenmaske kann dazu genutzt werden, die Punktbildreihe zu diversifizieren, ohne die Messeinrichtung 7 zu defokussieren. Die Phasenmaske kann insbesondere dazu genutzt werden, die Ambiguity der Phasenrekonstruktion aufzuheben.
Ein Beispiel einer als Phasenplatte ausgebildeten Pupillenmanipulationsmaske 41, welche mit der Verlagerungs- und/oder Wechseleinheit 42 linear verschoben wird, ist in sechs unterschiedlichen Einschiebepositionen in den 21a bis f dargestellt. Zwei hierzu korrespondierende Punktbildreihen, welche mit einer intrafokalen und einer extrafokalen Positionierung der Messeinrichtung 7 aufgenommen wurden, sind in den 22 und 23 dargestellt.
Das entsprechende optische System 1 hatte eine Strahlungsquelle 3 mit einer Beleuchtungsstrahlung 8 mit einer Wellenlänge von 632 nm und eine numerische Apertur von 0,4. Die Messeinrichtung 7 hatte eine Pixelgröße mit einem Durchmesser von 1 µm.
Als abzubildende Struktur 5 diente bei den 22 und 23 ein einfaches Pinhole. Die Pupillendiversifizierung ist jedoch auch vorteilhaft mit der speziellen Ausbildung der abzubildenden Struktur 5 gemäß der vorhergehenden Beschreibung kombinierbar.
Prinzipiell ist es auch möglich, die Messeinrichtung 7 in einer einzigen Position zu halten. Hierbei kann die Messeinrichtung 7 intrafokal, extrafokal oder im Bereich der Bildebene 11 angeordnet sein. Wesentlich ist lediglich, dass der Effekt der Pupillenmanipulation sichtbar ist.
Ein weiteres Beispiel einer Pupillenmanipulationsmaske 41 in sechs unterschiedlichen Rotationspositionen ist in den 24 dargestellt. Bei diesem Beispiel umfasst die Pupillenmanipulationsmaske 41 einen Amplitudenspalt 44, welcher mit Hilfe der Verlagerungs- und/oder Wechseleinheit 42 rotierbar ist.
Die 25 zeigt eine Pupillenmanipulationsmaske mit einem Phasenspalt 45, welcher mit Hilfe der Verlagerungs- und/oder Wechseleinheit 42 rotierbar gelagert ist.
Selbstverständlich kann die Pupillenmanipulationsmaske 41 auch als kombinierte Amplituden-Phasen-Maske ausgebildet sein. Die in den 21a bis f, 24 und 25 dargestellten Beispiele dienen der Verdeutlichung des Konzepts der Pupillendiversifizierung mittels einer Variierung der Beleuchtungsverteilung in der Pupille mit Hilfe der Pupillenmanipulationsmaske 41. Die Struktur dieser Maske kann im Hinblick auf das zu vermessende optische System 1, insbesondere die Projektionsoptik 6 und/oder im Hinblick auf bestimmte, zu vermessende Abbildungsfehler optimiert werden.
Im Falle der Ausbildung der Pupillenmanipulationsmaske 41 als Amplitudenmaske wird der Gesamttransfer, insbesondere die Gesamttransmission des optischen Systems 1, verringert. Dies muss innerhalb eines Fehler-Reduzierungs-Algorithmus als Randbedingung der Beleuchtung in der Pupille berücksichtigt werden. Im Gegensatz zu allgemeinen Phasenmasken sind Amplitudenmasken aber leichter herzustellen und zu justieren.
Die Diversifizierung der Pupille kann sowohl durch Auswechseln der Pupillenmanipulationsmaske 41 als auch durch Verlagerung, insbesondere lineare Verschiebung und/oder Rotation ein und derselben Pupillenmanipulationsmaske 41 erreicht werden.
Wie bereits beschrieben, kann ein Strahlteiler 15 vorgesehen sein, um gleichzeitig Bilder aus intra- und extrafokalen Positionen aufnehmen zu können.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 18 eine weitere Alternative eines optischen Systems 1 mit einem Mittel zur Variierung der Beleuchtungsverteilung in der Pupille beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie beim System gemäß 17, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst das optische System 1 ein Mittel zur Objektdiversifizierung. Statt einer Manipulation innerhalb der Pupille wird hier das abzubildende Objekt 46 variiert. Dies führt indirekt zu einer Manipulation der Pupille. Das abzubildende Objekt 46 ist mittels einer Verlagerungs- und/oder Wechseleinheit 47 gehalten. Bezüglich der Verlagerungs- und/oder Wechseleinheit 47 sei auf die Beschreibung der Verlagerungs- und/oder Wechseleinheit 16 beziehungsweise 42 verwiesen. Das abzubildende Objekt 46 ist verlagerbar und/oder austauschbar im Strahlengang angeordnet. Es ist insbesondere in Richtung senkrecht zur optischen Achse verschiebbar und/oder um die optische Achse 9 rotierbar. Als abzubildendes Objekt 46 kann das vorhergehend beschriebene Testobjekt 17 mit der abzubildenden Struktur 5 dienen.
Das abzubildende Objekt 46 ist insbesondere im Bereich der Objektebene 10 oder in deren Nähe angeordnet.
Die Variierung des abzubildenden Objekts 46, insbesondere durch Austausch und/oder Verlagerung, wird auch als Objektdiversifizierung bezeichnet. Ein wesentlicher Vorteil der Objektdiversifizierung im Vergleich zur Pupillendiversifizierung besteht darin, dass sie auch für Optiken, bei welchen die Pupillenebene 43 nicht frei zugänglich ist, anwendbar ist.
Vorzugsweise wird die Objektdiversifizierung mit kohärenter Beleuchtung durchgeführt.
Es ist jedoch auch der Einsatz einer nur partiell kohärenten oder einer inkohärenten Beleuchtungsstrahlung 8 möglich. Die Abbildung der Intensität ist in diesem Fall eine intensitätsmäßige Überlagerung verschobener Punktbildfunktionen. Sie kann im paraxialen Fall über eine Faltung der Punktbildfunktion mit dem Objekt beziehungsweise dem Objektspektrum berechnet werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das abzubildende Objekt 46 derart strukturiert ist, dass die Beugungsstrukturen der Punktbildfunktion durch die Faltung nicht zu stark verwaschen werden.
Selbstverständlich können die unterschiedlichen Aspekte der Erfindung, insbesondere die zweidimensional ausgedehnte Ausbildung der abzubildenden Struktur 5 das Konzept der Pupillendiversifizierung und das Konzept der Objektdiversifizierung beliebig miteinander kombiniert werden.

Claims

Testobjekt (17) zur Messung der Punktbildfunktion (PSF) eines optischen Systems (1) mit einem gegebenen Airy-Durchmesser (d_Airy) umfassend 1.1. eine abzubildende Struktur (5) mit 1.2. einer Mehrzahl von abzubildenden Struktur-Elementen (18), 1.2.1. welche jeweils in mindestens einer Richtung eine Ausdehnung dmin ≥ 2 d_Airy aufweisen, oder 1.2.2. welche jeweils lokal betrachtet in mindestens einer Richtung kleiner sind als der Airy-Durchmesser (d_Airy) und welche lokal betrachtet jeweils in mindestens einer zweiten Richtung größer sind als der Airy-Durchmesser (d_Airy), 1.3. wobei die Struktur-Elemente (18) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Struktur (5) mindestens zwei Symmetrieachsen (50) aufweist, 1.4. wobei die Struktur-Elemente (18) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Struktur (5) eine Rotationssymmetrie mit gerader Ordnung von mindestens 4 aufweist.
Testobjekt (17) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der abzubildenden Struktur-Elemente (18) mindestens vier beträgt.
Testobjekt (17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge der abzubildenden Struktur-Elemente (18) balken- oder schlitzförmig ausgebildet ist.
Testobjekt (17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (5) einen Flächeninhalt (A_Strukt) aufweist, welcher mindestens 20-mal so groß ist wie das Quadrat des Airy-Durchmessers (d_Airy ²) des optischen Systems (1), A_Strukt ≥ 20 (dAiry)².
Testobjekt (17) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abzubildende Struktur (5) als Phasen- und/oder Amplitudenmaske ausgebildet ist.
Testobjekt (17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Mehrzahl von abzubildenden Strukturen (5) aufweist.
Verwendung eines Testobjekts (17) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Bestimmung der Punktbildfunktion (PSF) eines optischen Systems (1).
Einrichtung (4) zur Messung der Punktbildfunktion (PSF) eines optischen Systems (1) mit einem gegebenen Airy-Durchmesser (d_Airy) umfassend 8.1. mindestens ein Testobjekt (17) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, 8.2. eine Messeinrichtung (7; 7i; 7e) zur Aufnahme eines Fokusstapels (35), 8.3. eine Verfahreinheit (16), mittels welcher das Testobjekt (17) und/oder die Messeinrichtung (7; 7i; 7e) in Richtung der optischen Achse (9) des optischen Systems (1) relativ zueinander verlagerbar ist und 8.4.eine Rechen- und Speichereinrichtung zur Speicherung des Fokusstapels (35) und zur Berechnung und Speicherung der Punktbildfunktion (PSF).
Optisches System (1) umfassend 9.1. eine Einrichtung gemäß Anspruch 8, 9.2. eine Projektionsoptik (6) zur Abbildung des Testobjekts (17) in ein Bild und 9.3. mindestens eine Messeinrichtung (7; 7₁; 7₂) zur Aufnahme mindestens eines Bildes des Testobjekts (17).
Verfahren zur Messung der Punktbildfunktion (PSF) eines optischen Systems (1) umfassend die folgenden Schritte: 10. 1.Bereitstellen eines optischen Systems (1) gemäß Anspruch 9, 10.2.Aufnahme eines Fokusstapels (35) mit mindestens zwei Bildern des Testobjekts (17) in unterschiedlichen Defokuspositionen.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme von Bildern in Defokuspositionen von mindestens einer Rayleigh-Länge mit einer Integrationszeit von höchstens 20 ms erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Bilder des Fokusstapels (35) mehrfach aufgenommen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme der Bilder des Fokusstapels (35) mit einer Integrationszeit erfolgt, welche bei zwei unterschiedlichen Defokuspositionen um höchstens einen Faktor 10 variiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktbildfunktion (PSF) des optischen Systems (1) positionsweise für eine Mehrzahl an Feldpositionen parallelisiert ermittelt wird.